詳説 イーサネット

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  • 2000年12月 発行
  • 536ページ
  • ISBN4-87311-026-2
  • 原書: Ethernet: The Definitive Guide
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LAN技術の世界標準であるイーサネットは基礎研究や製品化は20年以上もさかのぼれる古いものですが、コンピュータハードウェアやネットワークの進歩とともにインタフェースカードやケーブル、コネクタなどを進化させて、高速通信にも対応しています。基礎研究が古いため新しい解説書などが少なく、光ファイバーや最新の通信手順(プロトコル)についての体系的な情報が不足しています。本書はそれらの情報をカバーし最新技術だけでなく基礎原理から学べる解説書です。

はじめに
イーサネットの普及
信頼性のための設計
本書の構成
オンライン参考資料
本書の利用法
本書で使用するアイコンの意味
問い合わせ先
謝辞

I イーサネットの概要
1章 イーサネットの発展
        1.1     イーサネットの歴史
                1.1.1   Alohaネットワーク
                1.1.2   イーサネット技術の発明
                1.1.3   イーサネット標準の発展
        1.2     最新のイーサネット標準
                1.2.1   IEEEのサプリメント
                1.2.2   標準の相違点
        1.3     IEEE標準の構成
                1.3.1   OSIの7階層モデル
                1.3.2   OSIモデルのIEEE副層
        1.4     準拠レベル
                1.4.1   標準への準拠
                1.4.2   標準に準拠した装置
        1.5     IEEEが策定したイーサネット標準
                1.5.1   100Mbpsメディアシステム
                1.5.2   1000Mbpsメディアシステム
        1.6     イーサネットの革新
        1.6.1   ツイストペアイーサネット
                1.6.2   100Mbpsイーサネット
                1.6.3   1000Mbpsイーサネット
                1.6.4   高機能イーサネット
1.7     マルチギガビットイーサネット
2章 イーサネットシステム
        2.1     イーサネットの4つの基本構成要素
                2.1.1   イーサネットフレーム
                2.1.2   MACプロトコル
        2.2     イーサネットハードウェア
                2.2.1   シグナリングコンポーネント
                2.2.2   メディアコンポーネント
                2.2.3   ラウンドトリップ時間
                2.2.4   イーサネットハブ
        2.3     ネットワークプロトコルとイーサネット
                2.3.1   ネットワークプロトコルの設計
                2.3.2   インターネットプロトコルとイーサネットアドレス
3章 メディアアクセス制御プロトコル
        3.1     イーサネットフレーム
                3.1.1   プリアンブル
                3.1.2   宛先アドレス
                3.1.3   送信元アドレス
                3.1.4   VLANタグヘッダ
                3.1.5   タイプフィールドと長さフィールド
                3.1.6   データフィールド
                3.1.7   FCSフィールド
                3.1.8   フレーム終了検出
        3.2     メディアアクセス制御のルール
        3.3     メディアシステムの基本伝送時間
                3.3.1   イーサネットスロットタイム
                3.3.2   スロットタイムとネットワークの最大距離
                3.3.3   スロットタイムの使用
                3.3.4   スロットタイムと最小フレームサイズ
        3.4     衝突検出とバックオフ
                3.4.1   衝突検出の動作
                3.4.2   遅れ衝突
                3.4.3   衝突バックオフアルゴリズム
                3.4.4   バックオフアルゴリズムの動作
                3.4.5   バックオフタイムの選択
        3.5     半二重ギガビットイーサネット
                3.5.1   半二重ギガビットイーサネットのネットワーク最大距離
                3.5.2   ビット時間に対する模索
                3.5.3   キャリア拡張
                3.5.4   フレームバースト
        3.6     衝突ドメイン
        3.7     イーサネットチャネルキャプチャ
                3.7.1   チャネルキャプチャの動作
                3.7.2   チャネル獲得における公平性の維持
                3.7.3   チャネルキャプチャへの対策
        3.8     上位層プロトコルとイーサネットフレーム
                3.8.1   フレームデータの多重化
                3.8.2   LLCによるデータの多重化
                3.8.3   LLC SNAP
4章 全二重イーサネット
        4.1     全二重方式の動作
                4.1.1   全二重方式の効用
                4.1.2   全二重方式のコンフィギュレーション
                4.1.3   メディアの全二重サポート
                4.1.4   全二重メディアセグメントの最大距離
        4.2     イーサネットのフロー制御
                4.2.1   MAC制御プロトコル
                4.2.2   PAUSEの動作
5章 自動ネゴシエーション
        5.1     自動ネゴシエーションの開発経緯
        5.2     自動ネゴシエーションの基本概念
        5.3     自動ネゴシエーションのシグナリング
                5.3.1   FLPの動作
        5.4     自動ネゴシエーションの動作
                5.4.1   リピータハブと自動ネゴシエーション
                5.4.2   自動ネゴシエーションとケーブルの種類
        5.5     並列検出
                5.5.1   並列検出の問題点
        5.6     管理インタフェース
        5.7     1000BASE-Xの自動ネゴシエーション
II イーサネットのメディアシステム
6章 イーサネットメディアの基本
        6.1     アタッチメントユニットインタフェース(AUI)
                6.1.1   データ端末機器とリピータポート
                6.1.2   AUIとケーブル
                6.1.3   AUIコネクタ
                6.1.4   AUIトランシーバケーブル
                6.1.5   メディアアタッチメントユニット(MAU)
                6.1.6   メディア依存インタフェース(MDI)
        6.2     メディア非依存インタフェース(MII)
                6.2.1   MIIコネクタ
                6.2.2   MIIトランシーバとMIIケーブル
        6.3     ギガビットメディア非依存インタフェース(GMII)
                6.3.1   ギガビットイーサネットの10ビットインタフェース
                6.3.2   GMIIトランシーバ
                6.3.3   ギガビットインタフェースコンバータ(GBIC)
        6.4     イーサネットの信号符号化処理
                6.4.1   AUIの信号符号化処理
                6.4.2   MIIの信号符号化処理
                6.4.3   GMIIの信号符号化処理
        6.5     イーサネットネットワークインタフェースカード
                6.5.1   イーサネットNICの購入にあたって
7章 ツイストペアメディアシステム(10BASE-T)
        7.1     10BASE-Tのシグナリングコンポーネント
                7.1.1   10BASE-Tイーサネットインタフェース
                7.1.2   トランシーバケーブル
                7.1.3   10BASE-T外部トランシーバ
                7.1.4   信号の極性と極性反転
                7.1.5   10BASE-Tの信号符号化
        7.2     10BASE-Tのメディアコンポーネント
                7.2.1   UTPケーブル
                7.2.2   100mを超える10BASE-Tセグメント
                7.2.3   ツイストペアの定格インピーダンス
                7.2.4   8ピンRJ-45ジャックコネクタ
        7.3     10BASE-Tイーサネットとステーションの接続
                7.3.1   10BASE-Tのリンク完全性テスト
        7.4     10BASE-Tのコンフィギュレーションガイドライン
8章 光ファイバメディアシステム(10BASE-F)
        8.1     新旧のファイバリンクセグメント
        8.2     10BASE-FLのシグナリングコンポーネント
                8.2.1   10BASE-FLイーサネットインタフェース
                8.2.2   トランシーバケーブル
                8.2.3   10BASE-FLトランシーバ
                8.2.4   10BASE-FLの信号符号化
        8.3     10BASE-FLのメディアコンポーネント
                8.3.1   光ファイバケーブル
                8.3.2   光ファイバコネクタ
        8.4     10BASE-FLイーサネットとステーションの接続
                8.4.1   10BASE-FLのリンク完全性テスト
        8.5     10BASE-FLのコンフィギュレーションガイドライン
                8.5.1   10Mbps光ファイバセグメントの延長
9章 ファーストイーサネットツイストペアメディアシステム(100BASE-TX)
        9.1     100BASE-TXのシグナリングコンポーネント
                9.1.1   100BASE-TXイーサネットインタフェース
                9.1.2   メディア非依存インタフェース(MII)
                9.1.3   100BASE-TXトランシーバ
                9.1.4   100BASE-TXの信号符号化
        9.2     100BASE-TXのメディアコンポーネント
                9.2.1   UTPケーブル
                9.2.2   STPケーブル
                9.2.3   8ピンRJ-45ジャックコネクタ
        9.3     100BASE-TXイーサネットとステーションの接続
                9.3.1   100BASE-TXのリンク完全性テスト
        9.4     100BASE-TXのコンフィギュレーションガイドライン
10章 ファーストイーサネット光ファイバメディアシステム(100BASE-FX)
        10.1    100BASE-FXのシグナリングコンポーネント
                10.1.1  100BASE-FXイーサネットインタフェース
                10.1.2  メディア非依存インタフェース(MII)
                10.1.3  100BASE-FXトランシーバ
                10.1.4  100BASE-FXの信号符号化
        10.2    100BASE-FXのメディアコンポーネント
                10.2.1  光ファイバケーブル
                10.2.2  光ファイバコネクタ
        10.3    100BASE-FXイーサネットとステーションの接続
                10.3.1  100BASE-FXのリンク完全性テスト
        10.4    100BASE-FXのコンフィギュレーションガイドライン
                10.4.1  100Mbps光ファイバセグメントの延長
11章 ギガビットイーサネットツイストペアメディアシステム(1000BASE-T)
        11.1    1000BASE-Tのシグナリングコンポーネント
        11.2    1000BASE-Tの信号符号化
                11.2.1  物理ラインシグナリングとデータレート
                11.2.2  クロック信号
                11.2.3  1000BASE-Tのケーブリング要件
        11.3    1000BASE-Tのメディアコンポーネント
                11.3.1  UTPケーブル
                11.3.2  8ピンRJ-45ジャックコネクタ
        11.4    1000BASE-Tイーサネットとステーションの接続
                11.4.1  1000BASE-Tのリンク完全性テスト
        11.5    1000BASE-Tのコンフィギュレーションガイドライン
12章 ギガビットイーサネット光ファイバメディアシステム(1000BASE-X)
        12.1    1000BASE-Xのシグナリングコンポーネント
                12.1.1  1000BASE-Xのリンク完全性テスト
        12.2    1000BASE-Xの信号符号化
        12.3    1000BASE-Xのメディアコンポーネント
        12.4    1000BASE-SXおよび1000BASE-LXのメディアコンポーネント
                12.4.1  光ファイバケーブル
                12.4.2  光ファイバコネクタ
                12.4.3  ギガビットインタフェースコンバータ(GBIC)
        12.5    1000BASE-CXのメディアコンポーネント
                12.5.1  1000BASE-CXのコネクタ
        12.6    1000BASE-SXおよび1000BASE-LXのコンフィギュレーションガイドライン
13章 マルチセグメントのコンフィギュレーションガイドライン
        13.1    コンフィギュレーションガイドラインの適用範囲
        13.2    ネットワークの文書化
        13.3    衝突ドメイン
        13.4    10Mbps向けのモデル1コンフィギュレーションガイドライン
        13.5    10Mbps向けのモデル2コンフィギュレーションガイドライン
                13.5.1  ネットワークモデルと遅延値
                13.5.2  最悪ケースのパスの割り出し
                13.5.3  ラウンドトリップ遅延の計算
                13.5.4  フレーム間隔時間縮減の計算
        13.6    ファーストイーサネット向けのモデル1コンフィギュレーションガイドライン
                13.6.1  リピータ間リンクの延長
        13.7    ファーストイーサネット向けのモデル2コンフィギュレーションガイドライン
                13.7.1  ラウンドトリップ遅延の計算
                13.7.2  セグメントに対応した遅延値の計算
                13.7.3  一般的なケーブル伝播速度
        13.8    ギガビットイーサネット向けのモデル1コンフィギュレーションガイドライン
        13.9    ギガビットイーサネット向けのモデル2コンフィギュレーションガイドライン
                13.9.1  パス遅延値の計算
                13.9.2  セグメント遅延値の計算
        13.10   ネットワークコンフィギュレーション例
                13.10.1 10Mbps向けの単純なモデル2コンフィギュレーション
                13.10.2 10Mbps向けの複雑なモデル2コンフィギュレーション
                13.10.3 100Mbps向けのモデル2コンフィギュレーション
III イーサネットシステムの構築
14章 構造化ケーブリング
        14.1    構造化ケーブリングシステム
        14.2    TIA/EIAケーブリング標準
                14.2.1  構造化ケーブリングの6つのコンポーネント
                14.2.2  スター型トポロジー
        14.3    ツイストペアケーブルのカテゴリシステム
                14.3.1  カテゴリ5およびカテゴリ5eの推奨
                14.3.2  カテゴリ6
        14.4    イーサネットとカテゴリシステム
        14.5    水平ケーブリング
                14.5.1  水平チャネルと基本リンク
        14.6    新しいツイストペア標準
                14.6.1  カテゴリ5の追加仕様
                14.6.2  カテゴリ5eケーブル標準
        14.7    ケーブルの識別システム
        14.8    ケーブリングシステムの文書化
        14.9    ケーブリングシステムの構築
15章 ツイストペアケーブルとコネクタ
        15.1    カテゴリ5水平ケーブル
                15.1.1  カテゴリ5ツイストペアケーブル
                15.1.2  ツイストペアケーブルの信号クロストーク
                15.1.3  ツイストペアケーブルの構造
                15.1.4  ツイストペアケーブルの導入手法
        15.2    8ピンRJ-45コネクタ
        15.3    4対結線方式
                15.3.1  「tipとring」
                15.3.2  カラーコード
                15.3.3  結線順序
        15.4    モジュラパッチパネル
        15.5    ワークエリアアウトレット
        15.6    ツイストペアパッチケーブル
                15.6.1  電話グレードのパッチケーブル
                15.6.2  装置ケーブル
                15.6.3  50ピンコネクタと25対ケーブル
        15.7    ツイストペアパッチケーブルの製作
                15.7.1  RJ-45プラグの取り付け
        15.8    イーサネット信号の交差
                15.8.1  10BASE-Tおよび100BASE-Tのクロスケーブル
                15.8.2  1000BASE-Tのクロスケーブル
                15.8.3  クロスケーブルの識別
        15.9    ツイストペアイーサネットと電話信号
16章 光ファイバケーブルとコネクタ
        16.1    光ファイバケーブル
                16.1.1  光ファイバのコア径
                16.1.2  ファイバモード
                16.1.3  光ファイバの伝送帯域
                16.1.4  光ファイバの最大伝送損失
                16.1.5  光ファイバコネクタ
                16.1.6  光ファイバケーブルの導入作業
                16.1.7  光ファイバシステムの信号交差
        16.2    10BASE-FL光ファイバの特性
                16.2.1  10BASE-FL光ファイバケーブルの代替ケーブル
        16.3    100BASE-FX光ファイバの特性
                16.3.1  100BASE-FX光ファイバケーブルの代替ケーブル
        16.4    1000BASE-X光ファイバの特性
                16.4.1  1000BASE-SXの伝送損失
                16.4.2  1000BASE-LXの伝送損失
                16.4.3  1000BASE-LX/LHの伝送損失
                16.4.4  異モード遅延(DMD)
                16.4.5  モードコンディショニングパッチケーブル
17章 イーサネットリピータハブ
        17.1    衝突ドメイン
        17.2    リピータの基本動作
                17.2.1  衝突伝播
                17.2.2  フレーム断片拡張
                17.2.3  自動切り離し
                17.2.4  リピータ数の制限
        17.3    リピータの購入にあたって
                17.3.1  シャーシハブ
                17.3.2  スタッカブルリピータ
                17.3.3  リピータの信号表示LED
                17.3.4  マネージドハブ
        17.4    10Mbpsリピータ
                17.4.1  プリアンブル再生
                17.4.2  SQE Test信号と10Mbpsリピータ
                17.4.3  10Mbpsリピータのコンフィギュレーション例
        17.5    100Mbpsリピータ
                17.5.1  100Mbpsリピータの種類
                17.5.2  100Mbpsリピータのコンフィギュレーション例
        17.6    1000Mbpsギガビットイーサネットリピータ
        17.7    リピータ管理
                17.7.1  リピータ管理インタフェース
                17.7.2  リピータ管理情報
                17.7.3  フレーミング機能
        17.8    リピータポートの統計情報
                17.8.1  可読フレーム
                17.8.2  可読オクテット
                17.8.3  フレームチェックシーケンスエラー
                17.8.4  アライメントエラー
                17.8.5  過長フレーム
                17.8.6  短期イベント
                17.8.7  ラント
                17.8.8  衝突
                17.8.9  遅れイベント
                17.8.10 長期イベント
                17.8.11 データレート不一致
                17.8.12 自動切り離し
                17.8.13 最終送信元アドレス
                17.8.14 送信元アドレス変更
        17.9    リピータ管理インタフェースの使用法
18章 イーサネットスイッチングハブ
        18.1    イーサネットブリッジングの概要
                18.1.1  トランスペアレントブリッジング
                18.1.2  アドレス学習
                18.1.3  トラフィックフィルタリング
                18.1.4  ブロードキャストドメインとマルチキャストドメイン
                18.1.5  スパニングツリーアルゴリズム
        18.2    スイッチングハブの利点
                18.2.1  ネットワークパフォーマンスの向上
                18.2.2  伝送速度が異なるセグメントの接続
                18.2.3  ハイブリッドハブ
                18.2.4  バッファ型ディストリビュータ
        18.3    スイッチングハブのパフォーマンス
                18.3.1  スイッチングハブを使用したネットワーク設計
                18.3.2  スイッチのパフォーマンス尺度
        18.4    スイッチングハブの高度な機能
                18.4.1  スイッチ管理
                18.4.2  カスタムフィルタ
                18.4.3  輻輳管理
                18.4.4  トラフィック管理
                18.4.5  VLAN
        18.5    スイッチを使用したネットワーク設計の問題点
                18.5.1  7ホップ制限
                18.5.2  異種LAN間のブリッジング
                18.5.3  ルータ
                18.5.4  ルータとスイッチングハブとの比較
IV パフォーマンスとトラブルシューティング
19章 イーサネットのパフォーマンス
        19.1    イーサネットチャネルのパフォーマンス
                19.1.1  イーサネットパフォーマンスについての誤信
                19.1.2  イーサネットチャネルの分析
        19.2    イーサネットパフォーマンスの計測
                19.2.1  計測に使用する時間間隔
                19.2.2  統計情報の収集
        19.3    ネットワークのパフォーマンスとユーザ
                19.3.1  データスループットと帯域幅との違い
        19.4    ベストパフォーマンスを目指すネットワーク設計
                19.4.1  スイッチングハブとネットワーク帯域幅
                19.4.2  ネットワーク帯域幅の増大
                19.4.3  アプリケーション要件の変化
                19.4.4  将来に向けたネットワーク設計
20章 トラブルシューティング
        20.1    信頼性のあるネットワーク設計
        20.2    ネットワーク文書の整備
                20.2.1  装置マニュアル
                20.2.2  システムの監視とベースライン
        20.3    トラブルシューティングモデル
        20.4    障害の検出
                20.4.1  情報の収集
        20.5    障害の切り離し
                20.5.1  ネットワークパスの割り出し
                20.5.2  兆候の再現
                20.5.3  バイナリサーチによる切り離し
        20.6    ツイストペアシステムのトラブルシューティング
                20.6.1  ツイストペアのトラブルシューティングツール
                20.6.2  ツイストペアでよく見られる問題
        20.7    光ファイバシステムのトラブルシューティング
                20.7.1  光ファイバのトラブルシューティングツール
                20.7.2  光ファイバでよく見られる問題
        20.8    データリンク層のトラブルシューティング
                20.8.1  データリンク情報の収集
                20.8.2  プローブを使用した情報収集
                20.8.3  RMONおよびSMONを使用した情報収集
        20.9    ネットワーク層のトラブルシューティング
V 付録
        A.1     AUIスライドラッチリテイナ
        A.2     購入ガイド
        A.3     ケーブルおよびコネクタ製品のサプライヤ
        A.4     ケーブルテスタのサプライヤ
        A.5     ケーブリングに関する情報
        A.6     イーサネットジャンボフレーム
        A.7     イーサネットメディアコンバータ製品
        A.8     イーサネットのベンダコード
                A.8.1   IEEEの管理によるOUIリスト
                A.8.2   ボランティアの編集によるOUIリスト
        A.9     イーサネットWebサイト
        A.10    ケーブリングおよびイーサネットに関するFAQ
        A.11    ネットワークアナライザ
        A.12    ネットワーキング雑誌および業界誌
        A.13    ネットワーク管理に関する情報
        A.14    RFC
        A.15    標準化に関する文書および機関
                A.15.1  BICSI
                A.15.2  ファイバチャネル標準
                A.15.3  IEEE OUI
                A.15.4  IEEE 802.1スパニングツリーの高速再構成
                A.15.5  IEEE 802.3(イーサネット)標準
                A.15.6  Higher Speed Study Group
                A.15.7  通信ケーブリング標準
                A.15.8  その他の標準化機関
        A.16    ワイヤレスイーサネット
付録B シックおよびシン同軸のメディアシステム
        B.1     シック同軸メディアシステム
        B.2     10BASE5のシグナリングコンポーネント
                B.2.1   10BASE5イーサネットインタフェース
                B.2.2   トランシーバケーブル
                B.2.3   10BASE5外部トランシーバ
                B.2.4   10BASE5の信号符号化
        B.3     10BASE5のメディアコンポーネント
        B.4     10BASE5イーサネットとステーションの接続
        B.5     10BASE5のコンフィギュレーションガイドライン
        B.6     シン同軸メディアシステム
        B.7     10BASE2のシグナリングコンポーネント
                B.7.1   10BASE2イーサネットインタフェース
                B.7.2   トランシーバケーブル
                B.7.3   10BASE2外部トランシーバ
                B.7.4   10BASE2の信号符号化
        B.8     10BASE2のメディアコンポーネント
        B.9     10BASE2イーサネットとステーションの接続
        B.10    10BASE2のコンフィギュレーションガイドライン
        B.11    同軸ケーブルおよび同軸コネクタ
                B.11.1  同軸ケーブルの安全基準
                B.11.2  同軸ケーブルの接地
                B.11.3  50Ωの定格インピーダンス
        B.12    10BASE5同軸ケーブルおよび同軸コネクタ
                B.12.1  複数のケーブルセクションから成る10BASE5セグメントの構築
                B.12.2  N型同軸コネクタ
                B.12.3  N型中継コネクタ
                B.12.4  N型ターミネータ
                B.12.5  10BASE5のケーブリングトポロジー
        B.13    10BASE2同軸ケーブルおよび同軸コネクタ
                B.13.1  複数のケーブルセクションから成る10BASE2セグメントの構築
                B.13.2  BNC型オスコネクタ
                B.13.3  圧着式BNC型コネクタ
                B.13.4  BNC型TコネクタおよびBNC型中継コネクタ
                B.13.5  シン同軸スタブケーブル
                B.13.6  BNC型ターミネータ
                B.13.7  10BASE2のケーブリングトポロジー
        B.14    同軸ケーブルコネクタの取り付け
                B.14.1  N型コネクタの取り付け
                B.14.2  BNC型コネクタの取り付け
                B.14.3  シック同軸へのトランシーバタップの取り付け
                B.14.4  トランシーバタップの取り外し
        B.15    同軸ケーブルシステムのトラブルシューティング
                B.15.1  同軸ケーブルのトラブルシューティングツール
                B.15.2  同軸ケーブルでよく見られる問題
付録C AUI装置の取り付けとコンフィギュレーション
        C.1     AUIスライドラッチ
                C.1.1   スライドラッチの問題
                C.1.2   スライドラッチの使用にあたって
        C.2     SQE Test信号の動作
                C.2.1   イーサネットステーションとSQE Test信号
        C.3     AUIポートコンセントレータ
                C.3.1   ポートコンセントレータのコンフィギュレーションガイドライン
                C.3.2   ポートコンセントレータの問題
                C.3.3   ポートコンセントレータのカスケード接続
                C.3.4   SQE Test信号とポートコンセントレータ
用語集
索引

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