ＬＡＮ技術研究室（ＬＡＮに関心がある人のために情報を提供しているサイト）
このページでは、イーサーネットについて解説しています。
ＬＡＮの初歩
イーサーネットフレーム
この項目では、イーサーネットフレームについてお話しましょう。
フレームとは、ＬＡＮ上に流れるひとかたまりのデータのことを指します。
イーサーネットでも、最大１５００バイトたらずのデータのかたまりを１回ずつ送っているので、これだけで１フレームになります。
フレームとパケットの違いは、プロトコルの基礎で述べたネットワーク階層モデルを構成するレイヤ（階層）と深い関係があります。
レイヤ２（データリンク層）でのひとかたまりのデータ単位をフレームと呼び、レイヤ３（ネットワーク層）でのひとかたまりのデータ単位をパケットと呼びます。
レイヤ４（トランスポート層）では、ＴＣＰの場合ひとかたまりのデータ単位をＴＣＰセグメントと言いますが、ＵＤＰではＵＤＰパケットと言い、ちょっと混乱します。
また、レイヤに関係なく、ひとかたまりのデータ単位を表現したい場合は単にパケットと総称して呼ぶ場合があるので、私（ケロ丸）はいつもレイヤ３以上はパケットと呼ぶことにしています。
レイヤ２とは、前にプロトコルの基礎で述べたように、データリンク層またはインターフェイス層でしたね。
レイヤ３とは、これもプロトコルの基礎で述べたように、ネットワーク層でしたね。
どういう働きを行うレイヤか思い出しましたか。
忘れたらプロトコルの基礎の２つのネットワーク階層モデルの表を見直して下さい。
ＬＡＮ入門を卒業するまでプリンターに印刷して壁にでも貼っておくと良いです。
ネットワーク階層モデルに関しては、私も８０年代のおわりくらいに富士通のメインフレームのマニュアルなどでよく勉強しました。
当時は、ＯＳＩ参照モデルを勉強しました。
最近はインターネットで使われているせいかＴＣＰ／ＩＰ階層モデルの方がシンプルでわかりやすいような気がします。
プロトコルの基礎からずっと抽象論的なことばかり言ってきましたが、ここで具体的にネットワークを流れるひとかたまりのデータとは何かを見ていきましょう。
フレームから見ていきましょう。
フレームは、ＯＳＩ参照モデルでいうレイヤ２でのデータ単位の呼び名なので、ＴＣＰ／ＩＰ階層モデルでいうレイヤ１のリンク層のデータと考えることができます。
イーサーネットの場合、これは、ＭＡＣフレームまたはイーサーネットフレームと呼ばれます。
一般的なＭＡＣフレーム（ＥｔｈｅｒｎｅｔII）
| 終点ＭＡＣアドレス | 始点ＭＡＣアドレス | イーサーネットタイプ | データ | ＦＣＳ |
|---|
これがフレームの内容です。
通常、パソコンのソフトウェアでは、このＭＡＣフレームの先頭にある８バイト（オクテット）のプリアンブル（Preamble）は受信できないので、上の表では省略しました。
ネットワーク関連の文献を見ると、オクテットという用語を見ますが、これはバイトと同じで、当サイト（ネットワーク技術研究室）でもオクテットを使用します。
このフォーマット（書式）は、ごく一般的なＭＡＣフレームのフォーマットで、ＥｔｈｅｒｎｅｔIIとかＤＩＸ仕様と呼ばれ、上位プロトコルがＩＰの場合などはこれです。
これ以外に、ネットワークＯＳで有名なＮｅｔＷａｒｅにあるＩＰＸというプロトコルが上位プロトコルだった場合や、ＮｅｔＢＥＵＩが上位プロトコルだった場合や、Macintoshコンピュータに見られるＤＤＰやＡＡＲＰが上位プロトコルだった場合などは、ＩＥＥＥ８０２.３という仕様のフレームフォーマットの場合もあります。
ＮｅｔＢＥＵＩは、ネットビューイと読みまして、古いWindows®で見かけたプロトコルです。
この表の左から見ていくと、始点のＭＡＣアドレスはフレーム送信元のアドレスを指し、終点のＭＡＣアドレスはフレーム送信先のアドレスを指します。
ＭＡＣアドレスは、１つの機器に対して１つしかありません。
従って、同じＭＡＣアドレスが２つ以上あることはありません。
ＭＡＣアドレスは、一般に以下のような表記をし、特定の宛先を表します。
00:00:30:79:FE:AC
ところが、FF:FF:FF:FF:FF:FFという特別なＭＡＣアドレスもあります。
このアドレスは、ブロードキャストアドレスと言って、ＬＡＮ上の全部の通信機器に対してフレームを送信する時に利用されます。
このような特殊なＭＡＣアドレスを除いて、通常ＭＡＣアドレスは世界で唯一つのアドレスになります。
あるメーカーのＬＡＮアダプタを一つ買うと、それに最初から割り当てられているＭＡＣアドレスはこの世に他に存在しないことになります。
次のイーサーネットタイプのフィールドは、ＤＩＸ仕様ではＩＰのような上位のプロトコルを示すコードが入ります。
その他の仕様ではフレーム長である場合もあります。
この後はデータ部になります。ここには上位のプロトコルがかかえているヘッダーやデータが入ります。
最後はＦＣＳというフレームチェックシーケンスがあり、これにはフレームをチェックするためのコードが入っています。
今度は、ＩＥＥＥ８０２.３という仕様のフレームです。
ＩＥＥＥ８０２.３仕様のフレームの内容をお見せする前にＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層の構造について解説する必要があります。
以下の表では、ＯＳＩ参照モデルの階層を下位３階層のみ示しました。上位階層は省略しました。
ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層の構造
| レイヤ３ | ネットワーク層 |
| レイヤ２ |
| データリンク層 |
| ＬＬＣ副層（論理リンク制御副層） |
| ＭＡＣ副層（メディアアクセス制御副層） |
|
|
| レイヤ１ | 物理層 |
御覧のように、レイヤ２のデータリンク層には、２つのサブレイヤ（副層）があります。
下の階層から解説します。
まず、ＭＡＣ副層（Media Access Control SubLayer）です。
ＭＡＣ副層の任務は、実際に６オクテットのＭＡＣアドレス（Media Access Control Address）を使用して、イーサーネット対応機器間の送受信を行うことです。
そのすぐ下の物理層とは違い、ちょっとソフトウェアらしいところがあります。
ＭＡＣアドレスには、宛先と送信元の２つがあるので、お互いを識別できるようになっています。
次は、ＬＬＣ副層（Logical Link Control SubLayer）です。
物理層には、イーサーネット以外にも、トークンリング（ＩＥＥＥ８０２.５）、トークンバス（ＩＥＥＥ８０２.４）、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２.１１）、ＦＤＤＩなどがあります。
ＬＬＣ副層では、このような物理層の違いや通信機器の違いも区別しなくても済むように、物理的な媒体を扱えるような仕組みを提供しています。
イーサーネットでも、10 BASE 5、10 BASE 2、10 BASE-Tなどの違いや中継装置の違いも区別しなくても済むようになっています。
ＬＬＣ副層は、これらの違いを区別しなくてもその上の階層であるネットワーク層に位置する異なるプロトコルともデータのやり取りができる機能を提供しています。
ＬＬＣ副層は、物理的な部分は下の階層のプロトコルに任せ、上の階層（ネットワーク層）とのやり取りも含めて論理的な部分を担当し、他にビットエラーのチェック程度のことを行っています。
ネットワーク層とＬＬＣ副層との間では、ＬＳＡＰ（Link Service Access Point）と呼ばれるこの２つの境界の論理アドレスを使用して相互にデータのやりとりをします。
ＬＡＮの標準化を行っているＩＥＥＥ８０２委員会という組織には、１６のワーキンググループがあり、この内、ＬＬＣ副層はＩＥＥＥ８０２.２というグループで策定されたものです。
この組織では、データリンク層をその中で上位の階層に位置するＬＬＣ副層と、下位の階層に位置するＭＡＣ副層を別々に標準化しています。
以下の表でＩＥＥＥ８０２.３仕様のフレームの内容をお見せします。
ＭＡＣフレーム（ＩＥＥＥ８０２.３）
| 終点ＭＡＣアドレス | 始点ＭＡＣアドレス | フレーム長 |
DSAP | SSAP | 制御 |
OUI | 上位プロトコルタイプ |
データ | ＦＣＳ |
|---|
ＩＥＥＥ８０２.３仕様のフレームでは、ＭＡＣフレームの先頭にある７オクテット（５６ビット）のプリアンブル部（Preamble Part）と、これに続いて１オクテット（８ビット）のＳＦＤ（Start Frame Delimiter）がありますが、上の表では省略しました。
ＩＥＥＥ８０２.３仕様のプリアンブル部は、１と０が交互に２８回並んだビット列で、それに続くＳＦＤは開始フレームデリミタのことを言い、10101011という決まったビット列になります。
ＤＩＸ仕様では、８オクテット（６４ビット）のプリアンブル部がＭＡＣフレームの先頭にあります。
ＤＩＸ仕様のプリアンブル部では、１と０が交互に並んだビット列で、最後の６４ビット目だけが１と決まっています。
プリアンブル部は、受信回路のクロックの同期に使用されます。
ＤＩＸ仕様と異なるのは、イーサーネットタイプのフィールドがフレーム長（オクテット単位）であることと、薄いピンク色の部分の８０２.２ＬＬＣヘッダーと薄い水色の部分の８０２.２ＳＮＡＰヘッダーがあることです。
従って、終点ＭＡＣアドレスからフレーム長までは、ＭＡＣヘッダーと呼ばれ、DSAPとSSAPと制御の部分は８０２.２ＬＬＣヘッダーと呼ばれ、ＯＵＩと上位プロトコルタイプの部分は８０２.２ＳＮＡＰヘッダーと呼ばれます。
８０２.２ＬＬＣヘッダーから見ていきます。
DSAP（Destination Service Access Point）は宛先のサービスアクセスポイントを指し、SSAP（Source Service Access Point）は送信元のサービスアクセスポイントを指します。
最後は１オクテットの制御フィールドになっています。
DSAPとSSAPには、ＬＳＡＰ（Link Service Access Point）の値が設定され、それぞれ１オクテットです。
ＬＳＡＰの値には、８０２.２ＳＮＡＰヘッダーがあることを示す１６進数でＡＡという値や、上位レイヤがＮｏｖｅｌｌ ＮｅｔＷａｒｅ関連プロトコルであることを示すＥ０、ＩＢＭ ＮｅｔＢＩＯＳであることを示すＦ０などがあります。
次は、８０２.２ＳＮＡＰヘッダーを見ます。
最初のＯＵＩは、ＩＥＥＥという組織の識別子（Organizationally Unique Identifier）で３オクテットあります。
続く上位プロトコルタイプは、ＤＩＸ仕様のＭＡＣフレームにあるイーサーネットタイプと同じものです。
上位レイヤがどんなプロトコルであるかを示します。
この８０２.２ＳＮＡＰヘッダーと対応する部分は、ＳＮＡＰ（SubNetwork Access Protocol）というプロトコルが担当しています。
なお、ＭＡＣフレームの詳細は、ネットワーク関連の専門書やインターネットで調べて下さい。
さらに、ＭＡＣフレームに関して補足しておきます。
ＭＡＣフレームは、事実上ＤＩＸ仕様とＩＥＥＥ８０２.３という仕様のフレームフォーマットが２種類存在しますが、単にフレームの構成が異なるだけではありません。
バス型のトポロジーの一つとしてかつて企業などでよく使われていた10 BASE 5において、物理層（ＯＳＩ参照モデルの最下位階層）での伝送制御手順に少し違いが見られます。
以前述べましたが、10 BASE 5では、イエローケーブルと呼ばれる太い同軸ケーブルと、トランシーバーケーブル（ＡＵＩケーブル）と、トランシーバーという機械を使用します。
トランシーバーは、イエローケーブルと接続し、ＡＵＩケーブルをトランシーバーとコンピュータの間に接続していました。
ＤＩＸ仕様とＩＥＥＥ８０２.３の仕様における伝送制御手順の違いは、コンピュータとトランシーバーを接続したトランシーバーケーブル（ＡＵＩケーブル）を流れる電気信号のやりとりの約束事が少し違うということです。
つまり、ＩＥＥＥ８０２.３の仕様では、コンピュータがトランシーバーへ信号を送信し終えた時、確認のため、逆にトランシーバーからコンピュータへ信号を送信します。
とことが、ＤＩＸ仕様では、確認のための信号を送信するような仕組みになっていません。
そのため、コンピュータ側とトランシーバー側のハードウェア仕様が合っていなければならないということになります。
ページトップへ
イーサーネット［メニュー］へ戻る
サイトマップ（ＬＡＮ技術研究室の案内図）
ネットワーク技術用語集へ行く
ＬＡＮ技術研究室のトップページへ
© 2008 Toyozi Masuda All rights reserved.