OSI 7階層

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OSI 7階層
通信(伝達)における階層モデルとプロトコル
• 階層モデル
– 上下、上~より具体的、下~より抽象的
– カプセル化
• プロトコル
– 同じ階層間の約束
CD・DVD・本
ケース・包装
封筒
プロトコル
プロトコル
プロトコル
情報ネットワーク
CD・DVD・本
ケース・包装
封筒
2
階層とプロトコル (OSI 参照モデル)
アプリケーション層
プロトコル
アプリケーション層
プレゼンテーション層
プロトコル
プレゼンテーション層
セッション層
プロトコル
セッション層
トランスポート層
プロトコル
トランスポート層
ネットワーク層
プロトコル
ネットワーク層
データリンク層
プロトコル
データリンク層
物理層
プロトコル
情報ネットワーク
物理層
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7層の概略(IT辞典 http://e-words.jp)
•
アプリケーション層
– データ通信を利用した様々なサービスを人間や他のプログラムに提供する。
•
プレゼンテーション層
– 第5層から受け取ったデータをユーザが分かりやすい形式に変換したり、第7層から送
られてくるデータを通信に適した形式に変換したりする。
•
セッション層
– 通信プログラム同士がデータの送受信を行なうための仮想的な経路(コネクション)の
確立や解放を行なう。
•
トランスポート層
– 相手まで確実に効率よくデータを届けるためのデータ圧縮や誤り訂正、再送制御など
を行なう。
•
ネットワーク層
– 相手までデータを届けるための通信経路の選択や、通信経路内のアドレス(住所)の管
理を行なう。
•
データリンク層
– 通信相手との物理的な通信路を確保し、通信路を流れるデータのエラー検出などを行
なう。
•
物理層
– データを通信回線に送出するための電気的な変換や機械的な作業を受け持つ。ピン
の形状やケーブルの特性なども第1層で定められる。
情報ネットワーク
4
物理層
• ビット列
– 64Kbps, 1Gbps
• 電圧などの電気的条件
– リンクがあがる
情報ネットワーク
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物理層 (RJ45)
情報ネットワーク
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物理層
• ケーブルそのものではない
– 物理層 → ビット列
• 001000111100010001001110
– 標準化された物理層の規格にあったケーブル
• デジタルであることが前提
– メタルケーブルは必ずしも物理層ではない
– アナログケーブルは通信とは関係ない
情報ネットワーク
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Protocol for Ethernet
Transmission speed
Maximum length
Cable
Encoding
10BASE-5
10Mbps
500m
Coaxial cable
Manchester
10BASE-2
10Mbps
185m
Coaxial cable
Manchester
10BASE-T
10Mbps
100m
Twisted pair
cable
Manchester
100BASE-TX
100Mbps
100m
Twisted pair
cable
4B/5B + MLT-3
1000BASE-T
1Gbps
100m
Twisted pair
cable
4DPAM5(8BIQ4)
Optical fiber
4B/5B + NRZI
Optical fiber
8B/10B + NRZ
Optical fiber
8B/10B + NRZ
Optical fiber
8B/10B + NRZ
Multi mode:412m(half duplex)
100BASE-FX
100Mbps
2km(full duplex)
Single mode:20km(full duplex)
1000BASE-SX
1Gbps
1000BASE-LX
1Gbps
Multi mode:550m
Multi mode:550m
Single mode:5km
1000BASE-ZX
1Gbps作成: 中村 遼 (大学院 情報科学府)
100km
データリンク層
•
•
ビットパターンをフレーム
8ビット=1バイト
– 001000111100010001001110
– 00100011 11000100 01001110
– 23 C4 4E
•
•
送り元・あて先という概念
イーサネット
– MAC アドレス(48bit)
• 00:50:56:8A:00:00
• ベンダ固有 24bit
– 最初の 24bit を見ればメーカの察しがつく
•
•
•
同一物理ネットワーク間のみ
スイッチングハブ
L2 スイッチ
情報ネットワーク
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UNIXの ifconfig コマンド
$ ifconfig vmnet1
vmnet1 Link encap:Ethernet HWaddr 00:50:56:8A:00:00
inet addr:192.168.34.1 Bcast:192.168.34.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:223989 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:247923 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:100
MACアドレスは、LANアダプタ固有である。
情報ネットワーク
10
MAC アドレスからベンダを調べる
• http://coffer.com/mac_find/
情報ネットワーク
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データリンク層通信
• MAC アドレス: イーサネットカード固有
• イーサネットカードは自分の MAC アドレスの
フレームのみを受信する
– ハードによる処理
– OS によらない
情報ネットワーク
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CSMA/CA (Carrier Sence Multiple Access
with Collision Avoidance)
• 搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式の略
で、無線LANに用いられているアクセス制御
方式
– 通信が行われていなければ、DIFS(Distributed
coordination function Initial interFrame Space) +
ランダム時間待ち、送信を開始する
– 送信データを受け取ったときにack(応答メッセー
ジ)を送信することで、データの送信エラー(衝突)
を検出する
– ackメッセージを受け取らなかった場合、再送する
資料作成者:原田義明
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データリンク層通信
• 通信容量:フレームの流量
– CSMA/CD
• スイッチによって関係ない部分にフレームが出ないようにで
きる。
• 関係ない部分→ MAC アドレスで判断
情報ネットワーク
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スイッチ
• ブリッジ
– MACアドレスを記憶し、通信を制御(CAMテーブル)
– フレーム読み取りの分だけ遅延が発生する
– ブロードキャストを止めることはできない
• スイッチ
– ストア&フォワード形式
• スイッチ内のメモリにデータをストアし、データの衝突を防ぐ
– フレーム読み取りの分だけ遅延が発生する
– ブロードキャストを止めることはできない
– 全二重回線(送信・受信の回線を分ける)が可能
資料作成者:原田義明
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データリンク層通信
• ブロードキャストフレーム
– 無条件に受信する。
• 受信したあと
– OS によって吟味され不要なら破棄される
• 他のコンピュータのCPUを浪費させる
情報ネットワーク
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データリンク層通信
• MACアドレスの登録
– 登録されたMACアドレスだけ通過する設定によ
り許可されていないホストの通信を防ぐことがで
きる。
情報ネットワーク
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VLAN
• スイッチの技術発展により、大きなネットワー
クの構築が可能になった
• ブロードキャストドメインの巨大化
ブロードキャストドメインを仮想的に分割した
い
VLAN (Virtial LAN)
資料作成者:原田義明
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VLAN
• 仮想的にネットワークを構築する技術
– レイヤ2スイッチでブロードキャストドメインを分割
VLAN1
VLAN2
資料作成者:原田義明
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ダイナミックVLANとトランクリンク
• Cisco独自のものと、IEEE標準のものがある
– ISL(Inter-Switch Link)
• Cisco独自のカプセル化プロトコル
– IEEE802.1Q
• IEEE標準のタギングプロトコル
ISL
IEEE802.1Q
ISLヘッダ
(26バイト)
イーサネットフレーム
(26~1518バイト)
FCS
(4バイト)
送信先(元)MACアドレス タグ タイプ データ FCS
資料作成者:原田義明
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