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通信プロトコルについて見ていく。
OSI基本参照モデルは異なる設計思想や世代のシステムとの通信を円滑に行うことを目的に標準化されている。
階層化により、技術体系の変化の対応コストを最小化できる。
下記がOSI基本参照モデルの階層。
7 アプリケーション層
6 プレゼンテーション層
5 セッション層
4 トランスポート層 ポート番号によってトランスポート層の通信を行うTCPヘッダを追加
3 ネットワーク層 IPアドレスによってネットワーク層通信を行うIPヘッダを追加
2 データリンク層 MACアドレスによってデータリンク層通信を行うMACヘッダを追加
1 物理層
それぞれの階層をN層といい、層に所属する通信機器の実体をエンティティと呼ぶ。
プロトコルは、N層に属するエンティティ同士が相互に通信を行うための取り決めのこと。
上位の層が下位の層を利用しながら通信を行うため、異なる階層間のエンティティ同士が通信する窓口が必要になる。この窓口を提供するのは下位の層となり、サービス機能と呼ぶ。
このプロトコルの組み合わせで代表的なものがTCP/IPで
7 アプリケーション層 HTTPなど
6 アプリケーション層 HTTPなど
5 アプリケーション層 HTTPなど
4 トランスポート層 TCP,UDP
3 インターネット層 IPなど
2 ネットワークインターフェース層 イーサネット
1 ネットワークインターフェース層 イーサネット
このような形態をとる。
TCP/IPではデータをパケット単位に区切り、各パケットにヘッダをつけて送信する。ヘッダは各階層毎に付加され、上から下に下されていく。
MACアドレスはイーサネットやFDDIで使用される物理アドレス。データリンク層で使用され、同じネットワークの隣接ノード間通信で相手を識別するために使う。機器が固有に持つ番号となっている。
ポート番号はトランスポート層においてノード内のアプリケーションを識別するための番号。パソコン内部の割り当て先のことを指す。
同じネットワークに接続されていればデータリンク層までで通信可能で、ネットワーク外のものは複数のルータを経由するネットワーク層の通信となる。
データ通信はネットワーク上を流れる電流の形で実現されており、一定距離を置くと電流が減衰したり、波形が乱れるため、一定距離毎にリピータと呼ばれる整流を行う必要がある。
ブリッジはデータリンク層にあり、ネットワーク上を流れるフレームのMACアドレスを認識して通信を中継する。接続されている各ノードのMACアドレスを記憶し、接続されているノードをセグメントに分割する。
これにより、より厳密なMACアドレスの宛先対象に絞って送信できるようになる。余分なトラフィックを発生させない。
スイッチングハブ(レイヤ2スイッチ)もMACアドレスを認識してフレームの宛先を決め通信を行う。
ルータはネットワーク層に位置し、宛先のIPアドレスを見てパケットの送り先を決め通信を制御する装置。ローカルネットワークの境界に設置され、ネットワークの基本単位となる。
ルータはパケットを受け取ると、その宛先のIPアドレスを見て、それが自分のネットワーク向けであれば破棄し、他のネットワークの物であれば転送を行う。
この際に最短の宛先経路を見つけることをルーティングという。
ルータの冗長構成を行う際にVRRPという仕組みが用いられ、同一のLANに接続された複数のルータを1台のものとみなすことで、故障などの場合に備えている。
レイヤ３スイッチは、ルータのようにソフトウェアを利用して転送処理を行うのではなく、専用のハードウェアで転送処理を行う。
ゲートウェイでは、ここまでの流れでノードから他のノードまでの送信は完成しているので、第四層以上が異なるLANシステム相互間のプロトコル変換やデータ形式の変換を行う。
L4スイッチはトランスポート層で稼働する装置で、先の下層のIPアドレスを参照しての経路制御ではなく、TCPポート番号やUDPポート番号も経路制御の情報として用いる。L7スイッチは全ての情報を使って通信制御を行う。数字の部分が各対応階層に位置していると覚えておけば良い。
VLANはスイッチを利用して物理的な接続形態とは独立に仮想的なLANグループを構成する仕組み。仮想化することで複数のものを一つにまとめる子グループを作れるように
複数のデータを一つのケーブルを通して送受信すると、データの衝突が起こってしまうのでその回避が必要となる。
CSMA/CDという衝突検知方法をイーサネットで採用されており、伝送媒体が使用中かどうか調べて、使用中でなければデータの送信を開始、衝突を検知し、一定時間待ったあとで再送。
この方法の場合、トラフィックの増加により悪循環に陥るため、トークンパッシング方式というトークンを獲得したノードのみが送信を行えるようにし、衝突を回避させるなどの方法が取られる。
TDMAは伝送路の利用できる時間を細かく区切り、割り当てられた時間に各ノードが独占する方式が取られる、信号と同じで、青と赤を時間で分けている。
無線LANはCSMA/CA方式によって通信を制御しており、CSMA/CD方式とは衝突回避となっている点で異なる。
