ネットワークのおべんきょしませんか?

ネットワークのおべんきょしませんか? Vol.092 衝突についての補足

カテゴリー: 2001年04月19日
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2001/04/19  Vol.92 発行部数 10560

普段何気なく使っているネットワーク。でも、その仕組みっていったい
どうなっているんだろう・・・?
そんなネットワークの仕組みをこのメールマガジンで一緒に勉強してい
きましょう!

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「はじめに」

こんにちは、発行者の Gene です。
今回はちょっとスイッチから離れてしまうのですが、非常にいい
質問をもらったので、そちらの関連事項を詳しく解説します。
イーサネットで使っている CSMA/CD のとても重要なポイントにな
ってくることです。ちょっとむずかしいので、以前に CSMA/CD の
説明をしたときは触れなかったんですが、この際ですから解説し
ようと思います。

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「本文」

前回のフラグメントフリーでの解説について、次のような質問をい
ただきました。イーサネットのフレームサイズがなぜ64バイトなの
か?ということに行き着きます。ちょっと難しいですが、イーサネ
ットを深く理解するためには必要になってきますので、がんばって
読んで下さい。

質問内容
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
メールマガジンの中で、スイッチの転送方法の一つ、フラグメントフリーと言
うものを紹介されていましたが、うまく理解できなかった所がありました。

・64バイトのフレームを送信するとネットワーク全体に行き渡るとありました
が、これは何故でしょう?

・64バイト以上のフレームであれば、衝突していないことになるとありました
が、これは逆に衝突をすると64バイトに断片化するということでしょうか?

・ハブのカスケード台数やケーブルの長さが規格外だと、衝突しても64バイト
にならないのは何故でしょう?
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

質問に答える前に、なぜフレームの最小サイズが64バイトなのか?
から説明していきます。

ご承知のとおり、イーサネットの媒体アクセス制御方式は CSMA/CD
です。その CSMA/CD で考えなければいけない重要なことは、「最悪
の条件の下ですべての端末が衝突を検出」できなければいけません。
最悪な条件とは、一番はなれた2台の端末間での通信のときです。
10BASE-Tイーサネットでは、4台のハブを経由する場合でしかも各
ケーブルが100mのときが最悪の条件です。


図はこちら↓
http://www12.u-page.so-net.ne.jp/qc4/survive/grafic/fragment.gif


AからBにフレームを送信していきます。ケーブルを伝わるのは電
気信号なのでかなり高速に伝わっていきます(20万km/秒程度)が、
もちろんいくらかの時間がかかってしまいます。
Aがフレームを送信し始めて、Bに届くぎりぎりの時間にBがフレ
ームを送信すると、衝突が起こってしまいます。衝突が起こると、
Bは近いのですぐに衝突の検出をすることができます。で、衝突を
検出してもしばらくフレームの送信を続けて、衝突が起こったこと
を他の端末に伝えています。これをジャム信号といっています。ジ
ャム信号がAに届かないとAは衝突を検出することができません。
つまり、最悪な条件で、正常に衝突を検出するためには、一番遠い
相手にフレームが届く時間+衝突が起こった場合のジャム信号が戻
ってくる時間が必要です。この時間を「スロット時間」と呼び、イ
ーサネットの規格でネットワークの全長と信号の速度にある程度の
余裕を持たせて、512ビット時間としています。ビット時間という単
位が出てきていますが、これはあるビットを伝送できる時間を示し
ています。たとえば、10Mbpsなら512ビット伝送するためには、

512(ビット)/10000000(ビット/秒)=0.0000512(秒)=51.2(マイクロ秒)

かかります。また、512ビット=64バイトなので、最悪な条件で衝突
を検出するためには少なくとも64バイト必要になってきます。この
ことからイーサネットのフレームサイズの最小値は64バイトです。
ファストイーサネット(100BASE-TX)では、512ビット時間は5.12マイ
クロ秒です。つまり、衝突を検出するためにより制限が厳しくなっ
ています。そのため、ハブのカスケードの台数が2台と10BASE-Tの
ときよりも厳しくなっています。

「CSMA/CDで複数の端末が同時にフレームを送信すると衝突が発生す
る」といっていますね。この「同時」っていうタイミングはどれぐ
らいか?と疑問に思ったことはありませんか?(ぼくは最初に聞いた
ときに真っ先にこの点が不思議でした)
完全に「同時」っていうのはありえません。いくらかのタイムラグ
は必ず存在するはずです。ここでのCSMA/CDの「同時」というのは、
「スロット時間内」という意味です。
つまり、10BASE-Tである端末がフレームを送信してから51.2マイク
ロ秒以内に他の端末がフレームを送信してしまうと衝突が発生しま
す。100BASE-TXで、ある端末がフレームを送信してから5.12マイク
ロ秒以内に他の端末がフレームを送信したら衝突が発生するという
ことになります。

ここまでがCSMA/CDのより詳しい話とイーサネットのフレームサイズ
の最小値が64バイトになる理由です。
で、質問の答えです。


・64バイトのフレームを送信するとネットワーク全体に行き渡るとありました
が、これは何故でしょう?

「回答」
上の説明から、もっと正確には64バイトのフレームを送信すると、
ネットワーク全体に行き渡り、かつ衝突が起こった場合はジャム信
号を検出できるということになります。これはイーサネットの規格
です。

・64バイト以上のフレームであれば、衝突していないことになるとありました
が、これは逆に衝突をすると64バイトに断片化するということでしょうか?

「回答」
衝突はスロット時間内、つまり64バイトを送るまでに起こってしま
います。ですから、衝突が起こると必ず64バイトに断片化するので
はなく、64バイト未満になってしまいます。

・ハブのカスケード台数やケーブルの長さが規格外だと、衝突しても64バイト
にならないのは何故でしょう?

「回答」
ある端末が例として、80バイトを送ったとします。ハブのカスケー
ド台数が多かったり、ケーブルが長すぎたりなど規格を超えている
と、送信元の端末から一番遠い端末ではそのフレームが届いていな
い場合が考えられます。
するとキャリアセンスを行うとケーブルは空いているので、フレー
ムの送信をしてしまいます。が、実際にはまだ届いていなかっただ
けで、フレームはやってきているので、衝突が発生します。すると
64バイト以上の衝突フレームになってしまいます。このことを「衝
突遅延」だとか「遅れ衝突」と言っています。
「衝突遅延」は、送信元はフレームを送信できたと思っているので
ランダム時間待機して再送信などは行いません。ということこは、
正常な通信ができなくなります。「衝突遅延」起こっているネット
ワークは、すぐに問題を追及して改善した方がいいです。


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「きょうのネットワーク用語」

・スロット時間
  イーサネットで、フレームを送信するときに一番遠い端末までフレーム
  が到達し、かつ衝突が発生した場合にジャム信号が戻ってくる時間。ケ
  ーブルの最大長や電気信号の伝達速度を考慮して、512ビット時間と決め
  られている。スロット時間内に複数の端末がフレームの送信をはじめる
  と衝突が起こることになる。

・ビット時間
  ビットを伝送するのにかかる時間。100Mbpsの通信速度の場合、100ビッ
  ト時間は1マイクロ秒となる。

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「オススメ!!ネットワーク関連の書籍・雑誌」
オススメのネットワーク関連の本を紹介してほしいというメールを何度か
いただいていますので、ぼくがよく読んでいるものを紹介します。

『雑誌』
・日経NETWORK   日経BP
  これはかなりいいです!毎回ビジュアルな特集があり、「へぇ〜そうな
  のかぁ」とうなずくことがしばしば。Windows2000やルータ、LINUXなど
  の連載も豊富です。書店では買えずに年間の定期購読になります。いま
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・NETWORK MAGAZINE  アスキー
  日経NETWORKとはまたちょっと感じが違います。ぼくが思っている感想で
  は「ふとした疑問」を解決していこうっていうスタンスかなって気がしま
  す。いつかわすれたのですが、実際に特集でアスキーのネットワークの構
  成を紹介していたことがあって、これはおもしろい!って思ったのを覚え
  ています。これは普通の本屋さんで買うことができます。
  http://biz.ascii24.com/biz/n-mag/

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「終わりに」

今回はちょっとスイッチから離れてしまいましたが、いかがでした
でしょうか?
さらに突っ込んでいくと、ギガビットイーサネットならもっとスロ
ット時間が短くなるので、どうすればいいか?といったことが問題
になってきます。かなり奥が深いんですね。興味がある方は、書籍
などで調べてみてください。こないだ紹介した「詳説 イーサネッ
ト」にはこういった話があります。このメルマガでもそのうち機会
があれば、ギガビットイーサネットのことについても解説するかも
しれませんね。

次回は、またスイッチに戻ってVLANを軽く説明しようかなって思い
ます。お楽しみに!

『きかせて・net』
「ネットワークのおべんきょしませんか?」の会議室を開設していま
す。興味がある人はみてくださいね。ここを見ると、発行者のぼくが
どんなやつかちょっとは知ることができますよ(笑)。顔とか名前とか・・・
ダイレクトにはこちらからいけるのですが↓

       http://www.hitobito.net/np/n_study.html

こっちのリンクから、My Page登録をしてもらえると非常にうれしい
です↓
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よろしく!

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ネットワークのおべんきょしませんか? 
発行者  : Gene 
Mail to :survive@qc4.so-net.ne.jp 
          ご意見、ご感想お待ちしています(^o^)!
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発行周期: 週3回程度 最新号:  2019/03/15 部数:  10,622部

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