LANの構成、動作及び特性

                                                                                2003/4　OsI

 

１．Computer　Networkの概観

 

［１］独立型(Stand-alone)

　　Computer間のデータ交換はFloppy-Diskによる。

 

［２］LAN　(Local-Area-Network)

（１）   複数のＰＣを接続

（２）   共用；　Printer，Data-Base，

（３）   Client-Server方式　；DHCP，Name(DNS)，Web，

（４）   衛星インターネット

 

［３］WAN　(Wide-Area-Network)

（１）   複数の通信網（LAN，Stand-alone）を相互に結ぶ通信網の網；Inter-Network

（２）   The　Internetの特長；

−Packet交換網（Router；Packet交換機を接点（node）とする網）

−TCP/IP

−WEB技術；DNS（Domain Name System）

−HTTP/HTML

−開放的なシステムである事；IETFで決定するRFC仕様に準拠。　　　　

 

２．ＬＡＮとは

（１）   Local　Area　Network

（２）   パケット通信網

（３）   放送網；　どの端末からのパケットもすべての端末で受けられる。

（４）   自局あてのアドレスのパケットのみを選択受信

（５）   Random　Accessの場合はパケットの衝突が起こる。

（６）   パケットの衝突の結果、回線の利用効率が制限される。

（７）   Throughputの向上と不安定性の回避機構が必要不可欠

 

３．Ethernetが圧倒的に多く、De-facto　Standard

（１）   歴史的には各社各様のシステムがあった；

PC-LAN／SNA（IBN），Aladdin,StarOffice（NEC），他多数

（２）   Ethernet

1980；Xerox,　Digital-Equipment，Intelの三社による共同開発

その後、IEEE802.3として公開仕様化

 

４．主なEthernet規格

4.1　種類

名称

Ethernet

Fast　Ethernet

規格

IEEE802.3

10Base５

10Base２

10Base−Ｔ

10Base−F

100Base-TX

100Base

-T4

100Base

-FX

伝送媒体

同軸cable

 

Thick

Coax.

同軸cable

 

Thin

Coax.

Shielded　Pair線

 

Category-3以上

光Fiber

Shielded　Pair線

 

Category-5以上

Shielded　Pair線

 

Category-3以上

光Fiber

 

伝送距離（m）

500

200

100

 

2,000

伝送速度

10Mb/s

100Mb/s

Access方式

CSMA/CD

 

網形態

BUS

Vampire

ＢＵＳ

BNC-T

ＳＴＡＲ

Hub

ＢＵＳ

ＳＴＡＲ

用途

 

Back-

bone

Cheap

Easy

建物間

 

 

4.2　Manchester　Encoding

（１）   Dataの区切り（De-limiting）

（２）   各データの真中で極性が変化、その方向（上へ、下へ）で１／０を表現

 

　　　　　　１　　　　　　　　　０　　　　　　　０　　　　　　　　１

 

 

 

 


4.3　The　802.3　MAC　Protocol

（１）   パケットの構成

Preamble                              ；10101010の繰り返し７バイト

Start　of　frame                 ；10101011

Dest．Address　                  ；６　Bytes

Source　Address                  ；６　Bytes

Length　of　data                ；２　Bytes

Data                                     ；0-1500

Pad                                       ；0-64

CheckSum                            ；4　Bytes

 

（２）   パケット長

最小                             ；64　Bytes（Dataが０の時はPadを詰める）．

　　最大                             ；Data　1500　Bytes

 

（３）   Destination　Address

０＊＊＊　             ；Normal　Address

１＊＊＊                 ；Group　Address

１１１１１１　　   ；Broadcast

 

＊０＊＊＊             ；Global　Address　；IEEEが一括管理。

＊１＊＊＊             ；Local　Address

 

 

５．ＬＡＮ用機器

（１）   ＰＣ

（２）   NIC,　LAN　Card

（３）   Ethernet　Cable

（４）   ＨＵＢ；Dumb，Switching

（５）   Printer　Driver

 

 

６．ＬＡＮの特性

−Time-slot長　＝　２τ

τ＝L/c     ；LANの端から端までの伝搬時間

これは最小パケット長（64Bytes）に等しいように仕様化。

−最大パケット長＝　F（bits）

−LANにぶらさがっている端末の数              ；ｋ

−LANのデータ速度（10/100Mbps）            ；Ｂ

 

効率

特定の空いているＴＳに各端末が信号を出す確率をｐとすると

ある端末が送信権を得る確率（衝突無し）Ａは

              Ａ＝ｋ．ｐ．（１−ｐ）＾（k-1）＜（１−１／ｋ）＾（k-1）　　（if　p=1/k）

→１／ｅ（k→無限大）

ｊ回に一回衝突が起きる確率は　

              （１−Ａ）＾（j-1）．Ａ

その平均回数は

　           ＜ｊ＞＝［ｊ＝１，∞］Σｊ．（１−Ａ）＾（j-1）．Ａ　＝１／Ａ

衝突が起こったTime-Slotは無駄になる。

そこで効率は

              効率　＝　［Ｆ／Ｂ］／｛［Ｆ／Ｂ］＋　２τ／Ａ｝

ここでＢは伝送速度（10Mbps）

 

端末の数が非常に多く且つTrafficが均等に分布している場合には

              効率＝［Ｆ／Ｂ］／｛［Ｆ／Ｂ］＋　２ｅτ｝

 

ＬＡＮの最大長を４　ｘ　２．５（ｋｍ）とすると

                             τ　＝　51.2μs　

この時10Base（B=10Mbps）の効率は

              効率　＝　0.1F／｛0.1F　＋　280｝　        

 

遅延

ある端末が空きＴＳに信号を出したとき送信権を得る確率は

              Pa　＝　（1−p）＾（k-1）

ｎ回目で送信権を得る確率は

              Pa（n）＝　（1−Pa）＾（n-1）．Pa

平均＜ｎ＞

              ＜ｎ＞　＝　［ｎ＝１，∞］Σｎ．Pa（n）

                             ＝　１／Pa

              　　　（＝）１／（１−＜ｋ＞）

但し       ＜ｋ＞　＝ｐ．ｋ　は空き時間に送信権を要求する端末の平均数である。

Trafficが増え、＜ｋ＞が１に近づくと遅延は急激に増大する。＜ｋ＞が１を越えればLANは不安定になる。

 

Throughput

これは一秒当たりのデータ伝送量であり

              ｙ＝＜ｋ＞．Ｂ／Ｆ．Ｆ    ＝　＜ｋ＞Ｂ　（b/s）

即ちThroughputを上げると平均遅延が急激に増大する。