ネットワーク

プロセス間の通信(ネットワークインターフェース層)

ネットワークインターフェース層とは?

OSIの階層で言うとデータリンク層と物理層でTCP/IPの階層で言うとネットワークインターフェース層のことです。

データリンク層における通信方式

インターネット層においては、IPアドレスのネットワーク部に基づき宛先のサブネットまでパケットを転送します。目的のサブネットへ到達した後は、IPアドレスのホスト部に相当するコンピュータを探してパケットを届けなければならない。このサブネット内の通信は、データリンク層のMACアドレスを用いて行われる。MACアドレスは、IPアドレスのホスト部からネットワーク層のARPを用いて調べられる。そしてこのMACアドレスを使いデータリンク層におてい処理が行われ、宛先へパケットが届けられます。この際のデータリンク層における通信は、ブロードキャストが基本になっている。

MACアドレスは、48ビットでコンピュータやルータなどのネットワークインターフェースに付与されるものです。MACアドレスは、NIC(Network Interface Card)のROM(Read Only Memory)に書き込まれている。

物理層における通信方式

伝送媒体(電気信号や光)上にてビット転送を行うための物理コネクションを確立・維持・解放する電気・機械・機能・手続き的な手段を定義する。イーサネットに合わせて電気信号に変えたりする。

イーサネットとは、世界中のオフィスや家庭で一般的に使用されている有線のLAN (Local Area Network) で最も使用されている技術規格で、OSI参照モデルの下位2つの層である物理層とデータリンク層に関して規定している。

 

伝達方式による分類

単方向通信方式

一方向にしかデータを流さない

半二重通信方式

1本の伝送路を使って送信と受信を切り替えながら行うものであり、トランシーバと同じように送信している時は送信のみ、受信している時は受信のみが行える。

全二重通信方式

送信用と受信用の伝送路が分かれており、電話と同じように送信しながら受信も行われる。

 

データリンクを構成する通信媒体

有線

銅線ケーブル

電圧の変化により0または1のデジタル信号を伝える。この場合信号の波形が歪んだり劣化したりしやすいため、長距離をそのまま伝送することはできません。そのためにリピータと呼ばれる装置が必要になります。

光ファイバー

光の点滅で0か1のデジタル信号を伝える銅線ケーブルと比べると信号が劣化しにくいために長距離運送に向いています。

無線

一般的に無線通信はのいずが多く入ってしまうために有線に比べると伝送速度は低くなる。

電波

波長によって性質が異なり、様々な伝送方法がある。

詳しく知りたい方は、こちらをご覧ください

赤外線

ごく近距離の伝送に使用される

波長がかなり短い(10-10m)と医療に使われるX線になります。

送信制御方式

通信媒体を共有する場合には、どのコンピュータが媒体を使用するか決定する。優先権の制御が必要でこの制御には、コンテンション方式とトークンバッシング方式があります。コンテンション方式の代表は、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)です。CSMAとは、データの送信権を競争で奪いとる方式です。トークンバッシング方式とは、トークンと呼ばれる特別なパケット巡回させ、これを獲得した時のみ送信を行えるようにして、送信権を生業する方式です。ここでは、コンテンション方式のCSMAを紹介していきます。

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

他がデータを送信していないことを確認し、空いていれば誰でもデータを送信する。衝突が起こった場合には、送信は一旦中止され、ジャム信号と言う特別な信号を送って衝突が起こったことを他のコンピュータに知らせてからある時間(バックオフ時間:衝突が起きるたびに倍になる範囲で乱数をとった時間)待って再送を行う。

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

CSMA/CDは有線ネットワークの場合有効だが、下位層が無線ネットワーク層の場合には、衝突検出が難しいために有効ではありません。そこで、無線ネットワークの場合には、CSMA/CDと動作がよくにているCSMA/CAを使用します。CSMA/CAは、送信基のコンピュータは、まず使用状態の把握を行い空いている場合は送信します。空いていなければ、あくまで待機します。通常のデータを送信する場合は、DIFS(Distributed Inter Frame Space)と呼ばれる長めの時間にかくコンピュータで決めたバックオフ時間を加えたフレーム間隔を待ち時間とする。またデータに対するACKを送信したい場合SIFS(Short INter Frame Space)と呼ばれる短めのフレーム間隔を待ち時間として用いる。

 

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