レイヤ2 : データリンク層
- データリンク層:隣接ノード間の通信に関するプロトコル群
- 2つのノードの間で確実に通信するために必要なプロトコルが定義される
- データの送信元と宛先の識別方法に関するルール
- データ衝突の検知や回避に関するルール
- 送出するためのデータ加工に関するルール
イーサネット
- イーサネット(Ethernet)は物理層:データリンク層を規定するCPネットワークの規格の1つ
- LANの物理層:データリンク層はほとんどがイーサネット規格で設計されている
- 現在ではLANだけでなくWANにも利用が広がる
イーサネットの仕様とフレーム
- DIXイーサネットとIEEE802.3の2つの規格が存在する
- インターネットを支えるTCP/IPで仕様されている理由からDIX仕様が一般的となっている
- DIX仕様もIEEE802.3仕様も構造は似ており、イーサネットで動作するすべてのノードはどちらにも対応している
- フレームを構成する1つ1つの要素をフィールドという
IEEE仕様
- IEEEは、データリンク層をさらにMAC副層とLCC副層に分けた
- MAC副層ではケーブルや無線といった伝送媒体に依存するフレームの伝送方式に関するルールを定義
- LCC副層は媒体に依存しないIEEE802.2という共通規格を定義
宛先＆送信元MACアドレス
- 送信先&送信元のノードを識別するための番号 それぞれ6バイトずつ
MACアドレス
- コンピュータのNICやネットワーク機器の各ポートに対して製造時に重複なしに付与された番号(アドレス)で、フレーム送信元や宛先を識別するためのデータリンク層(レイヤ2)で利用される
- 物理アドレス、ハードウェアアドレスとも呼ばれる
- 48ビット(6バイト)から成り、16進数12桁で『-』『;』『.』のいずれかで区切って表記される
MACアドレスの構成
- MACアドレスの前半24ビットはOUIと呼ばれるIEEEが各製造会社に割り当てた番号を表す
- 後半２４ビットは各製造会社が製品に割り当てた番号を表す(シリアル番号)
イーサネット規格の命名規則
- IEEE802.3では伝送媒体に応じて様々な規格が用意されている
- 規格の命名は『通信速度』『伝送方式』『ケーブルの書類』の３部で構成される
オートネゴシエーション
- ノード間の通信規格の違いを判定し、最適な通信規格を自動で選ぶ機能をオートネゴシエーションという
- オートネゴシエーションが有効な機器同士、互いにFLPという自身の通信規格を知らせる信号を送りあうことですり合わせを行う
イーサネットの媒体アクセス制御(CSMA/CD)
- イーサネットで使用される媒体アクセス制御方式の一つ
- 一定時間(IFG)のアイドル状態を確認してから送信する
- コリジョンが発生したらジャム信号で全ホストに知らせた後、バックオフで再送処理を行う
全二重通信/半二重通信
- 全二重通信は送信/受信を同時に行える通信方式
- 半二重通信は不可なもの
- 全二重通信の方が通信速度・効率がよく、コリジョンも起こらない。
- 全二重通信が一般的
- CSMA/CDは半二重通信のイーサネットで用いられる
全二重通信の条件
- ノードが全二重通信をサポートしている
- 集線機器がスイッチである
- ポイントツーポイント(1:1)の接続である
リピータ
- リピータ機能(波形の増幅・再生)のみを持ったレイヤ1で動作するネットワーク機器
フィルタリング
- スイッチもブリッジも宛先MACアドレスがどのポートに接続されているかを判断し、接続のあるポートにのみフレームを転送することをフィルタリングと呼ぶ
- 全てのポートから送り出すというハブの機能に不適切なポートを閉じる機能が加わったものとイメージする
MACアドレステーブル
- レイヤ2デバイスが内部に持つMACアドレスとポートの対応表をMACアドレステーブルという
- シスコではCAMテーブルと呼んでいる
- 作成手順はダイナミック(動的=デバイスが自動作成)とスタティック(静的=管理者が手動登録)の２種類ある
スイッチとブリッジの違い
- スイッチは転送先のポートを識別する
- スイッチはハードウェア主体で判断するため処理が高速
- スイッチはポート密度が高い
- ブリッジは『受信側のポートにいるかどうか』しか識別しない
- ブリッジはソフトウェア主体で判断するため処理が低速
- ブリッジは基本的に2ポートしかない
コリジョンドメイン
- コリジョンの伝わる範囲のこと
- レイヤ1デバイス(ハブ、リピータ)は全て半二重通信となるため、接続するすべてのリンクがコリジョンドメインとなる
- カスケード接続(ハブとハブの接続)するとコリジョンドメインは更に拡大する
- コリジョンドメインが広いとコリジョンの発生確率が上がり、再送処理が増えてパフォーマンスが低下する
- レイヤ2デバイス(レイヤ3デバイスも含む)はMACアドレスから適切なポートのみにデータを送信する特性からポート毎にコリジョンドメインを分割する特性を持つ
- 1つのスイッチポートにつき1つホストを接続することでコリジョンドメインを最小分割することをマイクロセグメンテーションという
レイヤ3デバイスの特徴
- レイヤ3デバイスは隣接していないノードとの通信を可能にし、異なるネットワークを相互接続する
- レイヤ3デバイスは複数の経路から最適経路を選択し、パケットを効率的に転送する(ルーティング)
- レイヤ3デバイスはポート毎にブロードキャストドメイン(ブロードキャストで届けられる範囲)を分割する
ルータとレイヤ3スイッチの違い
- L3スイッチはネットワーク層(パケットの処理)に対応できるようL2スイッチを改良したもののイメージ
- ルータはイーサネットのみならず様々なWANサービスに対応するネットワーク接続の万能選手
- 開発が進んで現在は双方のデメリットが小さくなっており、その差が曖昧になってきている
参考サイト
【CCNA合格講座】「イーサネットとは？」を徹底解説！【インフラエンジニア基礎入門 #4】
