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イーサネット（/ ˈ iː θ ər n ɛ t / EE -thər-net）は、ローカルエリアネットワーク（LAN）、メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）、ワイドエリアネットワーク（WAN）で一般的に使用されている有線コンピュータネットワーク技術の一種です。 [1] 1980年に商用化され、1983年にIEEE 802.3として初めて標準化されました。イーサネットはその後改良され、より高いビットレート、より多くのノード、より長いリンク距離をサポートするようになりましたが、下位互換性も大幅に維持されています。時間の経過とともに、イーサネットはトークンリング、FDDI、ARCNETなどの競合する有線LAN技術に大きく取って代わりました。
オリジナルの10BASE5イーサネットでは、共有メディアとして太い同軸ケーブルが使われていました。これは、より安価で使いやすい、より細く柔軟なケーブルを使用する10BASE2に大きく置き換えられました。より新しいイーサネットの変種では、スイッチと組み合わせてツイストペアと光ファイバーリンクが使用されています。イーサネットのデータ転送速度は、その歴史を通じて、オリジナルの 10BASE5 から 10BASE2 に増加しました。2.94 Mbit/s [2]から最新の400 Gbit/s、最大速度1.6 Tbit/s が開発中。イーサネット標準には、 OSI 物理層の配線および信号方式のさまざまなバリエーションが含まれています。
イーサネット経由で通信するシステムは、データ ストリームをフレームと呼ばれる短い部分に分割します。各フレームには送信元と送信先のアドレス、およびエラー チェック データが含まれており、破損したフレームを検出して破棄できます。ほとんどの場合、上位層のプロトコルが失われたフレームの再送信をトリガーします。OSI モデルによれば、イーサネットはデータ リンク層までのサービスを提供します。[3] 48 ビットのMAC アドレスは、 IEEE 802.11 ( Wi-Fi ) などの他のIEEE 802ネットワーク標準やFDDIでも採用されています。EtherType値は、サブネットワーク アクセス プロトコル(SNAP) ヘッダー でも使用されます。
イーサネットは家庭や産業で広く使用されており、ワイヤレスWi-Fiテクノロジーと相互運用できます。インターネット プロトコルは一般にイーサネット経由で伝送されるため、インターネットを構成する主要なテクノロジーの 1 つと考えられています。
歴史
イーサネットは、1973年から1974年にかけてゼロックスPARCで開発されました[4] [5]。Altoコンピュータ同士が通信できるようにする手段です。 [6]これは、ロバート・メトカーフが博士論文の一部として研究したALOHAnetに触発されたもので、 [7] [8]当初はAlto Aloha Networkと呼ばれていました。[6]メトカーフのアイデアは、基本的にAlohaのような信号を空中に放送するのではなく、ケーブル内に制限するというものでした。このアイデアは、メトカーフが1973年5月22日に書いたメモに初めて記載され、そこで彼は、かつて「電磁波を伝播するための遍在する完全に受動的な媒体」として存在すると仮定されていた光伝導エーテルにちなんで名付けました。[4] [9] [10]
1975年、ゼロックス社はメトカーフ、デイビッド・ボッグス、チャック・サッカー、バトラー・ランプソンを発明者として特許出願した。 [11] 1976年、システムがPARCに導入された後、メトカーフとボッグスは画期的な論文を発表した。[12] [a] ロン・クレイン、ヨゲン・ダラル、[14]ロバート・ガーナー、ハル・マレー、ロイ・オガス、デイブ・レデル、ジョン・ショクは、オリジナルの2.94 Mbit/sプロトコルから10 Mbit/sプロトコルへのアップグレードを促進し、1980年に市場に投入された。[15]
メトカーフは1979年6月にゼロックス社を退社し、 3Comを設立した。[4] [16]彼は、デジタル・イクイップメント・コーポレーション（DEC）、インテル、ゼロックス社を説得し、イーサネットを標準規格として推進するために協力するよう求めた。その過程で、ゼロックス社は「イーサネット」の商標を放棄することに同意した。[17]最初の標準規格は1980年9月30日に「イーサネット、ローカルエリアネットワーク、データリンク層および物理層の仕様」として公開された。このいわゆるDIX標準（デジタル・インテル・ゼロックス）[18] は、48ビットの送信先アドレスと送信元アドレス、およびグローバルな16ビットのEthertypeフィールドを持つ10Mbit/sイーサネットを規定した。[19]バージョン2は1982年11月に公開され[20] 、イーサネットIIとして知られるようになったものを定義している。正式な標準化の取り組みも同時に進められ、1983年6月23日にIEEE 802.3が発行されました。 [21]
イーサネットは当初、トークンリングやその他の独自プロトコルと競合していました。イーサネットは市場のニーズに適応することができ、10BASE2 では安価な細い同軸ケーブルに移行し、1990 年には今では広く普及している10BASE-T のツイストペアに移行しました。1980 年代の終わりまでには、イーサネットが明らかに主要なネットワーク技術となっていました。[4]その過程で、3Com は大手企業になりました。3Com は 1981 年 3 月に最初の 10 Mbit/s イーサネット 3C100 NICを出荷し、その年にはPDP-11およびVAXのほか、マルチバスベースの Intel およびSun Microsystemsコンピュータ用のアダプタの販売を開始しました。[22] : 9 その後すぐに DEC のUnibusから Ethernet へのアダプタが続き、DEC はこれを販売して社内で使用し、1986 年までに 10,000 ノードを超え、当時世界最大級のコンピュータ ネットワークとなりました。[23] IBM PC用のイーサネットアダプタカードは1982年に発売され、1985年までに3Comは10万個を販売した。[16] 1980年代には、IBM独自のPCネットワーク製品がPC用のイーサネットと競合し、1980年代を通じて、LANハードウェアは一般にPCで一般的ではありませんでした。しかし、1980年代半ばから後半にかけて、PCネットワーキングはプリンタやファイルサーバの共有のためにオフィスや学校で人気が高まり、その10年間のさまざまな競合LAN技術の中で、イーサネットは最も人気のあるものの1つでした。パラレルポートベースのイーサネットアダプタが一時期製造され、DOSおよびWindows用のドライバが付属していました。1990年代初頭までに、イーサネットは非常に普及し、一部のPCとほとんどのワークステーションにイーサネットポートが搭載され始めました。このプロセスは、10BASE-Tとその比較的小さなモジュラーコネクタの導入により大幅に加速され、その時点でイーサネットポートはローエンドのマザーボードにも搭載されるようになりました。[要出典]
それ以来、イーサネット技術は新しい帯域幅と市場の要件を満たすために進化してきました。[24]イーサネットは現在、コンピュータに加えて、家電製品やその他の個人用デバイスの相互接続にも使用されています。[4]産業用イーサネットとして産業用アプリケーションで使用されており、世界の通信ネットワークで従来のデータ伝送システムを急速に置き換えています。[25] 2010年までに、イーサネット機器の市場は年間160億ドルを超えました。[26]
標準化
1980年2月、電気電子技術者協会（IEEE）は、ローカルエリアネットワーク（LAN）を標準化するためのプロジェクト802を開始しました。 [16] [27] DIXグループは、ゲイリー・ロビンソン（DEC）、フィル・アースト（インテル）、ボブ・プリンティス（ゼロックス）とともに、いわゆるブルーブック CSMA/CD仕様をLAN仕様の候補として提出しました。[19] CSMA/CDに加えて、トークンリング（IBMがサポート）とトークンバス（ゼネラルモーターズが選択し、その後サポート）もLAN標準の候補として検討されました。競合する提案とイニシアチブに対する幅広い関心により、どの技術を標準化するかについて激しい意見の相違が生じました。1980年12月、グループは3つのサブグループに分割され、各提案ごとに標準化が進められました。[16]
標準化プロセスの遅れは、 Xerox Starワークステーションと 3Com の Ethernet LAN 製品の市場導入を危うくしました。このようなビジネス上の意味合いを念頭に、David Liddle (Xerox Office Systems のゼネラル マネージャー) と Metcalfe (3Com) は、新興のオフィス通信市場での提携に関する Fritz Röscheisen ( Siemens Private Networks)の提案を強く支持しました。これには、Siemens による Ethernet の国際標準化へのサポートも含まれていました (1981 年 4 月 10 日)。IEEE 802 の Siemens 代表 Ingrid Fromm は、ヨーロッパの標準化団体 ECMA TC24 内に競合するタスク グループ「Local Networks」を設立することで、IEEE を超えて Ethernet に対する幅広いサポートを迅速に実現しました。1982 年 3 月、ECMA TC24 は企業メンバーとともに、IEEE 802 ドラフトに基づく CSMA/CD の標準について合意に達しました。[22] : 8 DIX提案は技術的に最も完成度が高く、ECMAの迅速な対応がIEEE内での意見の調整に決定的な貢献をしたため、IEEE 802.3 CSMA/CD標準は1982年12月に承認されました。[16] IEEEは1983年に802.3標準をドラフトとして、1985年に標準として公開しました。[28]
国際レベルでのイーサネットの承認は、同様の超党派の活動によって達成され、フロムは連絡役として国際電気標準会議（IEC）の技術委員会83と国際標準化機構（ISO）の技術委員会97小委員会6との統合に取り組みました。ISO 8802-3規格は1989年に発行されました。[29]
進化
イーサネットは、より高い帯域幅、改良されたメディアアクセス制御方法、および異なる物理メディアを含むように進化しました。マルチドロップ同軸ケーブルは、イーサネットリピータまたはスイッチによって接続された物理的なポイントツーポイントリンクに置き換えられました。[30]
イーサネットステーションは、データパケット（個別に送信および配信されるデータブロック）を相互に送信することで通信します。他の IEEE 802 LAN と同様に、アダプタにはグローバルに一意の 48 ビットMAC アドレスがプログラムされているため、各イーサネットステーションは一意のアドレスを持ちます。[b] MAC アドレスは、各データパケットの送信先と送信元の両方を指定するために使用されます。イーサネットは、送信先アドレスと送信元アドレスの両方を使用して定義できるリンクレベルの接続を確立します。送信を受信すると、受信側は送信先アドレスを使用して、送信がステーションに関連するか無視するかを判断します。ネットワークインターフェイスは通常、他のイーサネットステーション宛てのパケットを受け入れません。[c] [d]
各フレームの EtherType フィールドは、受信ステーションのオペレーティング システムによって、適切なプロトコル モジュール (例: IPv4などのインターネット プロトコルバージョン) を選択するために使用されます。イーサネット フレームは、 EtherType フィールドがあるため、自己識別型であると言われています。自己識別フレームにより、同じ物理ネットワーク上で複数のプロトコルを混在させることができ、1 台のコンピューターで複数のプロトコルを一緒に使用できるようになります。[31]イーサネット技術の進化にもかかわらず、すべての世代のイーサネット (初期の実験バージョンを除く) は同じフレーム形式を使用しています。[32]必要なイーサネット バリアントをサポートするイーサネット スイッチとリピータを使用して、速度が混在するネットワークを構築できます。[33]
イーサネットの普及と、それをサポートするハードウェアのコストが継続的に低下したことにより、2004年までにほとんどのメーカーがPCのマザーボードにイーサネットインターフェースを直接組み込み、別のネットワークカードの必要性を排除しました。[34]
共有メディア
イーサネットはもともと、コンピュータがブロードキャスト伝送媒体として機能する共有同軸ケーブルを介して通信するというアイデアに基づいていました。使用された方法は無線システムで使用される方法に似ており、[e]共通ケーブルが通信チャネルを提供し、19世紀の物理学における光子エーテルに例えられていました。この参照からイーサネットという名前が生まれました。[35]
オリジナルのイーサネットの共有同軸ケーブル (共有メディア) は、建物またはキャンパスを横断して、接続されたすべてのマシンに渡っていました。キャリア検知多重アクセス/衝突検出(CSMA/CD) と呼ばれる方式が、コンピューターがチャネルを共有する方法を制御していました。この方式は、競合するトークン リングやトークン バス技術よりも単純でした。[f]コンピューターは、ケーブルに接続されたアタッチメント ユニット インターフェイス(AUI)トランシーバーに接続されます ( Thin Ethernetでは、トランシーバーは通常、ネットワーク アダプターに統合されています)。単純なパッシブ ワイヤは小規模ネットワークでは非常に信頼性が高いですが、大規模拡張ネットワークでは信頼性が低く、ワイヤの 1 か所または 1 つの不良コネクタが損傷すると、イーサネット セグメント全体が使用できなくなる可能性があります。[g]
1980年代前半、イーサネットの10BASE5実装では直径0.375インチ（9.5mm）の同軸ケーブルが使用され、後にthick Ethernetまたはthicknetと呼ばれるようになりました。その後継の10BASE2はthin Ethernetまたはthinnetと呼ばれ、RG-58同軸ケーブルを使用しました。ケーブルの敷設をより簡単に、より低コストにすることに重点が置かれました。[36] : 57
すべての通信は同じ回線で行われるため、1 台のコンピュータから送信された情報は、たとえその情報が 1 つの宛先に向けられたものであっても、すべてのコンピュータで受信されます。[h]ネットワーク インターフェイス カードは、該当するパケットを受信したときにのみCPU に割り込みます。カードは、自分宛てではない情報を無視します。[c] 1 本のケーブルを使用するということは、データ帯域幅が共有されることも意味します。たとえば、2 つのステーションが同時にアクティブになると、各デバイスで利用可能なデータ帯域幅が半分になります。[37]
衝突は、2 つのステーションが同時に送信しようとすると発生します。送信されたデータが破損し、ステーションは再送信する必要があります。失われたデータと再送信により、スループットが低下します。最悪の場合、最大許容ケーブル長で接続された複数のアクティブなホストが多数の短いフレームを送信しようとすると、過度の衝突によりスループットが大幅に低下する可能性があります。ただし、 1980 年のXeroxレポートでは、通常の負荷と人工的に生成された高負荷の両方で既存の Ethernet インストールのパフォーマンスを調査しました。レポートでは、LAN で 98% のスループットが観測されたと主張しています。[38]これは、トークン パッシングLAN (トークン リング、トークン バス)とは対照的です。これらの LAN では、新しいノードが LAN に参加するたびに、トークン待機のためにスループットが低下します。このレポートは議論を巻き起こしました。モデル化により、衝突ベースのネットワークは、公称容量の 37% という低い負荷でも理論的に不安定になることが示されたためです。初期の研究者の多くは、これらの結果を理解できませんでした。実際のネットワークのパフォーマンスは大幅に向上します。[39]
現代のイーサネットでは、すべてのステーションが共有ケーブルまたは単純なリピータ ハブを介して 1 つのチャネルを共有するのではなく、各ステーションがスイッチと通信し、スイッチがそのトラフィックを宛先ステーションに転送します。このトポロジでは、ステーションとスイッチが同時に通信しようとした場合にのみ衝突が発生する可能性があり、衝突はこのリンクに限定されます。さらに、10BASE-T規格では、ファースト イーサネットで一般的になり、ギガビット イーサネットでは事実上の標準となった全二重動作モードが導入されました。全二重では、スイッチとステーションは同時に送受信できるため、現代のイーサネットでは衝突はまったく発生しません。
- オリジナルのイーサネットと現代のイーサネットの比較
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オリジナルのイーサネット実装: 共有メディア、衝突が発生しやすい。通信しようとするすべてのコンピューターは同じケーブルを共有するため、互いに競合します。 -
最新のイーサネット実装: スイッチ接続、衝突なし。各コンピューターは、他のコンピューターとケーブルを競合することなく、独自のスイッチとのみ通信します。
リピーターとハブ
信号劣化とタイミング上の理由から、同軸イーサネットセグメントのサイズは制限されている。[40]イーサネットリピータを使用すると、いくらか大きなネットワークを構築できる。初期のリピータには2つのポートしかなく、ネットワークサイズを最大で2倍にすることしかできなかった。2つ以上のポートを持つリピータが利用可能になると、ネットワークをスタートポロジで配線することが可能になった。光ファイバーを使用したスタートポロジ（Fibernetと呼ばれる）の初期の実験は、1978年に発表された。[41]
共有ケーブル イーサネットは、そのバス トポロジが電話用に建物に設計されたスター トポロジ ケーブル プランと競合するため、オフィスにインストールするのが常に困難です。イーサネットを、商業ビルにすでに設置されているツイストペア電話配線に適合するように変更すると、コストを削減し、インストール ベースを拡大し、建物の設計を活用する別の機会が生まれ、ツイストペア イーサネットは 1980 年代半ばの次の論理的な開発となりました。
シールドなしツイストペアケーブル (UTP) 上のイーサネットは、1980 年代半ばに 1 Mbit/s のStarLANから始まりました。1987 年にSynOptics は、後にLattisNetと呼ばれる中央ハブを備えたスター配線トポロジで、10 Mbit/s のツイストペアイーサネットを初めて導入しました。[16] [35] : 29 [42]これらは 10BASE-T に進化し、ポイントツーポイントリンク専用に設計され、すべての終端がデバイスに組み込まれました。これにより、リピータは、大規模ネットワークの中心で使用される特殊なデバイスから、2 台以上のマシンを持つすべてのツイストペアベースのネットワークで使用するデバイスに変わりました。これによりツリー構造が生まれ、1 つのピアまたはその関連ケーブルのほとんどの障害がネットワーク上の他のデバイスに影響を与えるのを防ぐことで、イーサネットネットワークの保守が容易になりました。[要出典]
物理的なスター型トポロジと、ツイストペアとファイバーメディアでの送信チャネルと受信チャネルが別々に存在するにもかかわらず、リピータベースのイーサネットネットワークでは、依然として半二重と CSMA/CD が使用され、リピータによるアクティビティは最小限で、主にパケット衝突に対処するためのジャム信号の生成のみです。すべてのパケットはリピータ上の他のすべてのポートに送信されるため、帯域幅とセキュリティの問題は解決されません。リピータの合計スループットは単一リンクのスループットに制限され、すべてのリンクは同じ速度で動作する必要があります。[35] : 278
ブリッジングとスイッチング
リピータは、ケーブルの破損など、イーサネット セグメントの一部の側面を分離できますが、すべてのトラフィックをすべてのイーサネット デバイスに転送します。ネットワーク全体が 1 つの衝突ドメインであり、すべてのホストがネットワーク上のどこで衝突が発生しても検出できる必要があります。これにより、最も遠いノード間のリピータの数が制限され、イーサネット ネットワーク上で通信できるマシンの数に実質的な制限が生じます。リピータで接続されたセグメントはすべて同じ速度で動作する必要があるため、段階的なアップグレードは不可能です。[引用が必要]
これらの問題を軽減するために、物理層を分離しながらデータリンク層で通信するブリッジングが開発されました。ブリッジングでは、適切に形成されたイーサネット パケットのみが 1 つのイーサネット セグメントから別のイーサネット セグメントに転送され、衝突やパケット エラーは分離されます。最初の起動時に、イーサネット ブリッジはイーサネット リピータのように動作し、すべてのトラフィックをセグメント間で渡します。ブリッジは、着信フレームの送信元アドレスを観察して、アドレスをセグメントに関連付けるアドレス テーブルを作成します。アドレスが学習されると、ブリッジはそのアドレス宛てのネットワーク トラフィックを関連付けられたセグメントにのみ転送し、全体的なパフォーマンスを向上させます。ブロードキャストトラフィックは、引き続きすべてのネットワーク セグメントに転送されます。ブリッジは、2 つのホスト間のセグメントの合計数の制限を克服し、速度の混在を可能にします。これらはどちらも、より高速なイーサネット バリアントの段階的な展開に不可欠です。[引用が必要]
1989 年、モトローラ Codex は6310 EtherSpan を発表し、カルパナはEtherSwitch を発表しました。これらは最初の商用イーサネット スイッチの例です。[i]このような初期のスイッチは、カットスルー スイッチングを使用していました。カットスルー スイッチングでは、着信パケットのヘッダーのみが検査され、その後パケットはドロップされるか別のセグメントに転送されます。[43]これにより、転送遅延が短縮されます。この方法の欠点の 1 つは、異なるリンク速度の混在が容易に許可されないことです。もう 1 つは、破損したパケットがネットワークを介して伝播されることです。この問題の最終的な解決策は、ブリッジングの元のストア アンド フォワードアプローチに戻ることでした。このアプローチでは、パケットはスイッチのバッファーに完全に読み込まれ、フレーム チェック シーケンスが検証されてからパケットが転送されます。[43]現代のネットワーク機器では、このプロセスは通常、パケットをワイヤ スピードで転送できる特定用途向け集積回路を使用して行われます。[要出典]
ツイストペアまたはファイバーリンクセグメントが使用され、どちらの端もリピータに接続されていない場合、そのセグメント上で全二重イーサネットが可能になります。全二重モードでは、両方のデバイスが同時に送受信でき、衝突ドメインはありません。[44]これにより、リンクの合計帯域幅が2倍になり、リンク速度が2倍になると宣伝されることもあります（たとえば、ファストイーサネットの場合は200 Mbit/s）。[j]これらの接続で衝突ドメインがなくなるということは、そのセグメント上の2つのデバイスがリンクのすべての帯域幅を使用でき、セグメントの長さが衝突検出の制約によって制限されないことも意味します。
パケットは通常、目的のポートにのみ配信されるため、スイッチ型イーサネット上のトラフィックは共有メディア型イーサネットよりも公開性が低くなります。それにもかかわらず、スイッチ型イーサネットは、 ARPスプーフィングやMACフラッディングなどの手段でスイッチ型イーサネットシステムを破壊しやすいため、依然として安全でないネットワーク技術と見なされるべきです。[引用が必要] [45]
帯域幅の利点、デバイス間の分離の改善、異なる速度のデバイスを簡単に混在させることができること、非スイッチ型イーサネットに固有の連鎖制限が排除されることなどにより、スイッチ型イーサネットは主要なネットワーク技術となっている。[46]
高度なネットワーク
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シンプルなスイッチ型イーサネット ネットワークは、リピータ ベースのイーサネットに比べて大幅に改善されていますが、単一障害点、スイッチやホストを騙して意図しないマシンにデータを送信させる攻撃、スイッチング ループ、ブロードキャスト放射、マルチキャストトラフィックに関するスケーラビリティとセキュリティの問題などの問題があります。[引用が必要]
スイッチの高度なネットワーク機能は、最短パス ブリッジング(SPB) またはスパニング ツリー プロトコル(STP) を使用してループのないメッシュ ネットワークを維持し、冗長性 (STP) または負荷分散 (SPB) のための物理ループを可能にします。最短パス ブリッジングには、リンク状態ルーティング プロトコル IS-ISの使用が含まれており、デバイス間の最短パス ルートを持つ大規模なネットワークを可能にします。
高度なネットワーク機能は、ポートのセキュリティを確保し、MACロックダウン[47]やブロードキャスト放射線フィルタリングなどの保護機能を提供し、同じ物理インフラストラクチャを使用しながらVLANを使用して異なるクラスのユーザーを分離し、異なるクラス間のルーティングにマルチレイヤースイッチングを採用し、リンクアグリゲーションを使用して過負荷のリンクに帯域幅を追加し、冗長性を提供します。[引用が必要]
2016年には、イーサネットがInfiniBandに代わり、 TOP500スーパーコンピュータの最も人気のあるシステム相互接続となりました。[48]
品種
イーサネットの物理層は長い時間をかけて進化し、同軸、ツイストペア、光ファイバーの物理メディアインターフェースを網羅し、速度は1Mbit/sから400Gbit/sに及びます。[49]ツイストペアCSMA/CDが最初に導入されたのはStarLANで、802.3 1BASE5として標準化されました。[50] 1BASE5は市場にほとんど浸透しませんでしたが、10BASE-Tから10GBASE-Tに引き継がれる物理装置（ワイヤ、プラグ/ジャック、ピン配列、配線計画）を定義しました。
最も一般的に使用されている形式は、10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-Tです。これら3つはすべてツイストペアケーブルと8P8Cモジュラーコネクタを使用します。それぞれ10 Mbit/s、100 Mbit/s、1 Gbit/sで動作します。[51] [52] [53]
光ファイバータイプのイーサネット（一般的にSFPモジュールを使用）も大規模ネットワークで非常に人気があり、高性能、優れた電気的絶縁、長距離（バージョンによっては数十キロメートル）を提供します。一般に、ネットワークプロトコルスタックソフトウェアはすべての種類で同様に動作します。[54]
フレーム構造
IEEE 802.3 では、データグラムはパケットまたはフレームと呼ばれます。パケットは全体的な伝送単位を表すために使用され、プリアンブル、開始フレーム区切り文字(SFD)、およびキャリア拡張 (存在する場合) が含まれます。[k]フレームは開始フレーム区切り文字の後に、送信元および宛先 MAC アドレスと、ペイロード プロトコルのプロトコル タイプまたはペイロードの長さを示す EtherType フィールドを含むフレーム ヘッダーで始まります。フレームの中央のセクションは、フレームで運ばれる他のプロトコル (インターネット プロトコルなど) のヘッダーを含むペイロード データで構成されます。フレームは 32 ビットの巡回冗長検査で終わります。これは、転送中のデータの破損を検出するために使用されます。[55] : セクション 3.1.1 および 3.2 特に、イーサネット パケットには存続時間フィールドがないため、スイッチング ループがある場合に問題が発生する可能性があります。
自動ネゴシエーション
自動ネゴシエーションは、接続された 2 つのデバイスが速度やデュプレックス モードなどの共通の伝送パラメータを選択する手順です。自動ネゴシエーションは当初オプション機能でしたが、100BASE-TX (1995 IEEE 802.3u ファースト イーサネット標準) で初めて導入され、10BASE-T と下位互換性があります。この仕様は、1998 年の IEEE 802.3 リリースで改善されました。自動ネゴシエーションは、1000BASE-T 以上の速度では必須です。
エラー条件
スイッチングループ
スイッチングループまたはブリッジループは、2つのエンドポイント間に複数のレイヤー2（OSIモデル）パスがある場合にコンピュータネットワークで発生します（たとえば、2つのネットワークスイッチ間の複数の接続、または相互に接続された同じスイッチ上の2つのポート）。ループによりブロードキャストストームが発生します。ブロードキャストとマルチキャストはスイッチによってすべてのポートに転送され、スイッチはブロードキャストメッセージを繰り返し再ブロードキャストしてネットワークをフラッディングします。レイヤー2ヘッダーは存続時間（TTL）値をサポートしていないため、フレームがループトポロジに送信されると、永久にループする可能性があります。[56]
スイッチング ループまたはブリッジ ループを含む物理トポロジは冗長性の観点から魅力的ですが、スイッチ ネットワークにはループがあってはなりません。解決策は、物理ループを許可しながら、ネットワーク スイッチで SPB プロトコルまたは古い STP を使用してループのない論理トポロジを作成することです。[引用が必要]
ジャバー
イーサネット パケットの最大送信ウィンドウよりも長い時間を送信しているノードは、ジャバリングしていると見なされます。物理トポロジに応じて、ジャバの検出と解決方法は多少異なります。
- MAUは、ネットワークの永続的な中断を防ぐために、DTEからの異常に長い送信（20〜150ミリ秒以上）を検出して停止する必要があります。 [57]
- 電気的に共有された媒体（10BASE5、10BASE2、1BASE5）では、ジャバーは各エンドノードによってのみ検出され、受信が停止されます。それ以上の対策は不可能です。[58]
- リピータ/リピータハブは、期限が切れると他のポートへの再送信を終了するジャバータイマーを使用します。タイマーは、1 Mbit/s の場合は 25,000 ～ 50,000 ビット時間、[59] 10 および 100 Mbit/s の場合は 40,000 ～ 75,000 ビット時間、[60] [61] 1 Gbit/s の場合は 80,000 ～ 150,000 ビット時間実行されます。[62]ジャバーポートは、キャリアが検出されなくなるまでネットワークから分離されます。[63]
- MAC層を利用するエンドノードは通常、サイズが大きすぎるイーサネットフレームを検出し、受信を停止します。ブリッジ/スイッチはフレームを転送しません。[64]
- ジャンボ フレームを使用するネットワークでフレーム サイズの構成が均一でない場合、エンド ノードによってジャバーとして検出される可能性があります。[引用が必要]ジャンボ フレームは、公式のIEEE 802.3イーサネット標準の一部ではありません。
- 上流リピータによってジャバーとして検出され、その後切断されたパケットには無効なフレームチェックシーケンスがあり、ドロップされます。[65]
ラントフレーム
- ラントとは、許容される最小サイズよりも小さいパケットまたはフレームのことである。これらはドロップされ、伝播されない。[66]
参照
注記
- ^ 1976 年の論文で説明されている実験的なイーサネットは 2.94 Mbit/s で動作し、8 ビットの宛先および送信元アドレス フィールドを備えているため、元のイーサネット アドレスは現在のMAC アドレスとは異なります。[13]ソフトウェアの慣例により、宛先および送信元アドレス フィールドの後の 16 ビットは「パケット タイプ」を指定しますが、論文で説明されているように、「異なるプロトコルは、パケット タイプの独立したセットを使用します」。したがって、元のパケット タイプは、異なるプロトコルごとに異なる場合があります。これは、使用されているプロトコルを指定する IEEE イーサネット標準のEtherTypeとは対照的です。
- ^ 場合によっては、アダプタの交換時にアドレスの変更を回避するため、またはローカルで管理されているアドレスを使用するために、工場で割り当てられたアドレスを上書きすることができます。
- ^ ab 無差別モードに設定されない限り。
- ^ もちろん、ブリッジとスイッチはパケットを転送するために他のアドレスも受け入れます。
- ^ 無線と有線の共有メディア通信には、無線システムよりも有線システムの方が衝突を検出するのがはるかに簡単であるなど、根本的な違いがあります。
- ^ CSMA/CD システムでは、パケットは、送信機が送信を停止する前にメッセージの伝播波の先端が媒体のすべての部分に到達し、戻ってくることを保証できるほど十分に大きくなければなりません。これにより、衝突(一定時間内に開始された 2 つ以上のパケットが重複すること) が検出されることが保証されます。その結果、最小パケット サイズと物理媒体の合計長は密接に関連しています。
- ^ マルチポイント システムでは、電気的な不連続性が信号に反映され、一部のノードは正常に動作する一方で、再試行が多すぎるために他のノードの動作が遅くなったり、まったく動作しなくなったりするといった、奇妙な障害モードが発生する傾向があります。説明については定在波を参照してください。これらの障害は、セグメントの完全な障害よりも診断がはるかに困難になる可能性があります。
- ^ つまり、すべての listenプロパティは共有メディア イーサネットのセキュリティ上の弱点であり、イーサネット ネットワーク上のノードは必要に応じて回線上のすべてのトラフィックを盗聴できるためです。
- ^ スイッチという用語はデバイス製造業者によって考案されたもので、IEEE 802.3 標準には登場しません。
- ^ これは誤解を招く恐れがあります。トラフィック パターンが対称的な場合にのみパフォーマンスが 2 倍になるからです。
- ^ キャリア拡張は、共有メディア ギガビット イーサネットでの衝突検出を支援するために定義されています。
参考文献
- ^ Ralph Santitoro (2003). 「メトロ イーサネット サービス - 技術概要」(PDF) . mef.net . 2018 年 12 月 22 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2016 年1 月 9 日閲覧。
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さらに読む
- Digital Equipment Corporation、Intel Corporation、Xerox Corporation (1980年9 月)。「イーサネット: ローカル エリア ネットワーク」。ACM SIGCOMM Computer Communication Review。11 (3) : 20。doi :10.1145/1015591.1015594。S2CID 31441899。DIX 仕様のバージョン 1.0。
- 「イーサネット テクノロジー」。インターネットワーキング テクノロジー ハンドブック。シスコ システムズ。2018 年 12 月 28 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年4 月 11 日閲覧。
- Charles E. Spurgeon (2000)。イーサネット:決定版ガイド。O'Reilly Media。ISBN 978-1565-9266-08。
- Yogen Dalal。「イーサネットの歴史」。ブログ。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、イーサネットに関連するメディアがあります。
- IEEE 802.3 イーサネットワーキンググループ
- IEEE 802.3-2015 – 廃止
- IEEE 802.3-2018 規格