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詳説 イーサネット(第2版)

詳説 イーサネット(第2版)

最新のイーサネット技術とその用法を網羅した定番書の改訂版!

イーサネット技術についての解説書。本書では、ファーストイーサネットやギガビットイーサネットなどの従来技術だけでなく、10ギガ、40ギガ、100ギガビットなど最新のイーサネット仕様を詳しく解説します。また、全二重イーサネット、オートネゴシエーション、Power over Ethernet、Energy Efficient Ethernet、構造化ケーブリングシステム、スイッチを用いたネットワークの設計、ネットワーク管理、ネットワークのトラブルシューティングのテクニックなども解説します。
監訳者まえがき
まえがき
第Ⅰ部 イーサネットとは
1章イーサネットの発展
1.1 イーサネットの歴史
1.1.1 ALOHAネットワーク
1.1.2 イーサネットの登場
1.2 イーサネットを再発明する
1.2.1 ツイストペアメディアイーサネットを再発明する
1.2.2 100 Mb/sイーサネットを再発明する
1.2.3 1000 Mb/sイーサネットを再発明する
1.2.4 10 Gb/s、40 Gb/s、100 Gb/sイーサネットを再発明する
1.2.5 イーサネットの新機能を再発明する
1.3 イーサネットスイッチ
1.4 イーサネットの将来
2章 IEEEイーサネット標準規格
2.1 イーサネット規格の発展
2.2 イーサネットメディア標準規格
2.2.1 IEEE付録
2.2.2 ドラフト標準規格
2.2.3 DIXと IEEE標準規格の違い
2.3 IEEE標準規格の構成
2.3.1 OSIの 7層モデル
2.3.2 OSI参照モデルにおける IEEE副層
2.4 標準規格への準拠レベル
2.4.1 標準規格への準拠をどこまで考えるか
2.5 IEEEメディアシステム規格名
2.5.1 10 Mb/sメディアシステム
2.5.2 100 Mb/sメディアシステム
2.5.3 1000 Mb/sメディアシステム
2.5.4 10 Gb/sメディアシステム
2.5.5 40 Gb/sメディアシステム
2.5.6 100 Gb/sメディアシステム
3章イーサネットシステム
3.1 イーサネットの基本要素
3.1.1 イーサネットフレーム
3.1.2 メディアアクセス制御プロトコル
3.1.3 ハードウェア
3.2 ネットワークプロトコルとイーサネット
3.2.1 ベストエフォート型の配信
3.2.2 ネットワークプロトコルの設計
3.2.3 プロトコルのカプセル化
3.2.4 インターネットプロトコルとイーサネットアドレス
3.2.5 ここから先へ
4章イーサネットフレームと全二重モード
4.1 イーサネットフレーム
4.1.1 プリアンブル
4.1.2 宛先アドレス
4.1.3 送信元アドレス
4.1.4 Qタグ
4.1.5 エンベローププレフィックスとサフィックス
4.1.6 長さ /タイプフィールド
4.1.7 データフィールド
4.1.8 FCSフィールド
4.1.9 フレーム終端の検出
4.2 全二重メディアアクセス制御
4.2.1 全二重モード
4.2.2 全二重モードの効果
4.2.3 全二重モードの設定
4.2.4 全二重モードを利用できるメディア
4.2.5 全二重メディアセグメントの最大長
4.3 イーサネットフロー制御
4.3.1 PAUSE
4.4 上位層プロトコルとイーサネットフレーム
4.4.1 フレームでのデータ多重化
4.4.2 IEEE LLC
4.4.3 LLCサブネットワークアクセスプロトコル
5章オートネゴシエーション
5.1 オートネゴシエーションの開発
5.1.1 光ファイバメディアにおけるオートネゴシエーション
5.2 オートネゴシエーションの基本的な枠組み
5.3 オートネゴシエーションの通信方式
5.3.1 FLPバースト動作
5.4 オートネゴシエーションの動作
5.4.1 並列検出
5.4.2 並列検出の動作
5.4.3 並列検出と半二重 /全二重のミスマッチ
5.4.4 オートネゴシエーションの処理時間
5.5 オートネゴシエーションとケーブルの問題
5.5.1 カテゴリ 3ケーブルにおけるイーサネットの速度制限
5.5.2 ギガビットイーサネットオートネゴシエーションとケーブルの問題
5.5.3 クロスケーブルとオートネゴシエーション
5.6 1000BASE-Xのオートネゴシエーション
5.7 オートネゴシエーションコマンド
5.7.1 オートネゴシエーションの無効化
5.8 オートネゴシエーションのデバッグ
5.8.1 デバッグに関する一般的な情報
5.8.2 デバッグツールとコマンド
5.9 リンク設定ポリシーの設計
5.9.1 エンタープライズネットワークのためのリンク構成ポリシー
5.9.2 手動設定の問題
6章 Power over Ethernet(PoE)
6.1 PoEの標準規格
6.1.1 PoEの目的
6.1.2 PoEで給電できるデバイス
6.1.3 PoEのメリット
6.2 PoEデバイス
6.3 PoEのタイプ
6.4 PoEの動作
6.4.1 電力検出
6.4.2 電力区分
6.4.3 リンクの電力管理
6.4.4 電力障害の監視
6.5 PoEとケーブル
6.5.1 PoEとイーサネットケーブル
6.6 PoEにおける電力管理
6.6.1 電力要件
6.6.2 ポート管理
6.6.3 電力モニタリングと電力ポリシング
6.7 標準規格に対するベンダー拡張
6.7.1 Cisco UPOE
6.7.2 Microsemi EEPoE
6.7.3 Power over HDBaseT(POH)
第Ⅱ部 イーサネットメディアシステム
7章イーサネットメディア信号と Energy Efficient Ethernet
7.1 メディア非依存インタフェース( MII)
7.2 イーサネットの PHYコンポーネント
7.3 イーサネットの信号符号化
7.3.1 ベースバンド信号の問題
7.3.2 ベースライン変動と信号符号化
7.3.3 より高度な信号技術
7.4 イーサネットインタフェース
7.4.1 高速イーサネットインタフェース
7.5 Energy Efficient Ethernet(EEE)
7.5.1 IEEE EEE標準規格
7.5.2 EEEの動作
7.5.3 EEEの運用が遅延に与える影響
7.5.4 EEEの節電量
8章 10 Mb/sイーサネット
8.1 10BASE-Tメディアシステム
8.1.1 10BASE-Tイーサネットインタフェース
8.1.2 信号の極性と極性反転
8.1.3 10BASE-T信号の符号化
8.1.4 10BASE-Tメディアコンポーネント
8.1.5 10BASE-Tイーサネットにステーションを接続する
8.1.6 10BASE-Tリンクの整合性テスト
8.1.7 10BASE-Tの構成ガイドライン
8.2 光ファイバメディアシステム( 10BASE-F)
8.2.1 新旧のファイバリンクセグメント
8.2.2 10BASE-FLシグナリングコンポーネント
8.2.3 10BASE-FLイーサネットインタフェース
8.2.4 10BASE-FL信号の符号化
8.2.5 10BASE-FLメディアコンポーネント
8.3 10BASE-FL光ファイバの特性
8.3.1 10BASE-FL光ファイバの代替ケーブル
8.3.2 光ファイバコネクタ
8.3.3 10BASE-FLイーサネットセグメントを接続する
8.3.4 10BASE-FLリンクの整合性テスト
8.3.5 10BASE-FLの構成ガイドライン
9章 100 Mb/sイーサネット
9.1 100BASE-Xメディアシステム
9.2 ファーストイーサネットツイストペアメディアシステム( 100BASE-TX)
9.2.1 100BASE-TXシグナリングコンポーネント
9.2.2 100BASE-TXイーサネットインタフェース
9.2.3 100BASE-TX信号の符号化
9.2.4 100BASE-TXメディアコンポーネント
9.2.5 100BASE-TXリンクの整合性テスト
9.2.6 100BASE-TXの構成ガイドライン
9.3 ファーストイーサネット光ファイバメディアシステム( 100BASE-FX)
9.3.1 100BASE-FXのシグナリングコンポーネント
9.3.2 100BASE-FX信号の符号化
9.3.3 100BASE-FXメディアコンポーネント
9.4 100BASE-FXの光ファイバの特性
9.4.1 代替として利用できる 100BASE-FX光ファイバケーブル
9.4.2 100BASE-FXリンクの整合性テスト
9.4.3 100BASE-FXの構成ガイドライン
9.4.4 ファイバセグメントの延伸
10章ギガビットイーサネット
10.1 ギガビットイーサネットツイストペアメディアシステム( 1000BASE-T)
10.1.1 1000BASE-Tシグナリングコンポーネント
10.1.2 1000BASE-T信号の符号化
10.1.3 1000BASE-Tメディアコンポーネント
10.1.4 1000BASE-Tリンクの整合性テスト
10.1.5 1000BASE-Tの構成ガイドライン
10.2 ギガビットイーサネット光ファイバメディアシステム( 1000BASE-X)
10.2.1 1000BASE-Xシグナリングコンポーネント
10.2.2 1000BASE-Xリンクの整合性テスト
10.2.3 1000BASE-X信号の符号化
10.2.4 1000BASE-Xメディアコンポーネント
10.3 1000BASE-X光ファイバの仕様
10.3.1 1000BASE-SXのロスバジェット
10.3.2 1000BASE-LXのロスバジェット
10.3.3 1000BASE-LX/LH(長距離バージョン)のロスバジェット
10.4 1000BASE-SXおよび 1000BASE-LXの構成ガイドライン
10.5 ディファレンシャルモード遅延
10.5.1 モード調整パッチコード
11章 10ギガビットイーサネット
11.1 10ギガビット標準アーキテクチャ
11.2 10ギガビットイーサネットツイストペアメディアシステム( 10GBASE-T)
11.2.1 10GBASE-Tのシグナリングコンポーネント
11.2.2 10GBASE-T信号の符号化
11.2.3 10GBASE-Tのメディアコンポーネント
11.2.4 10GBASE-Tリンクの整合性テスト
11.2.5 10GBASE-Tの構成ガイドライン
11.2.6 10GBASE-Tの短距離モード
11.2.7 10GBASE-T信号の遅延
11.3 10ギガビットイーサネット短距離銅線ケーブルメディアシステム(10GBASE-CX4)
11.4 10ギガビットイーサネット短距離銅線ダイレクトアタッチケーブルメディアシステム(10GSFP+Cu)
11.4.1 10GSFP+Cuのシグナリングコンポーネント
11.4.2 10GSFP+Cu信号の符号化
11.4.3 10GSFP+Cuリンクの整合性テスト
11.4.4 10GSFP+Cuの構成ガイドライン
11.5 10ギガビットイーサネット光ファイバメディアシステム
11.5.1 10ギガビット LAN PHY
11.6 10 Gb/s光ファイバメディア仕様
11.7 10ギガビット WAN PHY
12章 40ギガビットイーサネット
12.1 40 Gb/sイーサネットアーキテクチャ
12.1.1 PCSレーン
12.2 40ギガビットイーサネットツイストペアメディアシステム( 40GBASE-T)
12.3 40ギガビットイーサネット短距離銅線ケーブルメディアシステム(40GBASE-CR4)
12.3.1 40GBASE-CR4のシグナリングコンポーネント
12.3.2 40GBASE-CR4信号の符号化
12.4 QSFP+コネクタと複数の 10 Gb/sインタフェース
12.5 40ギガビットイーサネット光ファイバメディアシステム
12.5.1 40 Gb/s光ファイバメディア仕様
12.5.2 40GBASE-LR4の波長
12.5.3 40ギガビットの距離拡張版
13章 100ギガビットイーサネット
13.1 100 Gb/sイーサネットアーキテクチャ
13.1.1 PCSレーン
13.2 100ギガビットイーサネットツイストペアメディアシステム
13.3 100ギガビットイーサネット短距離銅線ケーブルメディアシステム(100GBASE-CR10)
13.3.1 100GBASE-CR10信号の符号化
13.4 100ギガビットイーサネット光ファイバメディアシステム
13.4.1 100ギガビットイーサネット用 Cisco CPAKモジュール
13.4.2 100 Gb/s光ファイバメディア仕様
14章 400ギガビットイーサネット
14.1 400 Gb/sイーサネット Study Group
14.1.1 400 Gb/sの標準化作業
14.2 400 Gb/sの仕様案
第Ⅲ部 イーサネットシステムの構築
15章構造化ケーブリング
15.1 構造化ケーブリングシステム
15.2 ANSI/TIA/EIAケーブリング規格
15.2.1 独自仕様なケーブリングシステムの問題とその解決
15.2.2 ISO国際規格と TIA規格
15.2.3 ANSI/TIA構造化ケーブリング規格書
15.2.4 構造化ケーブリング規格の諸要素
15.2.5 スター型トポロジ
15.3 ツイストペアのカテゴリ
15.3.1 推奨される最小限のケーブルカテゴリ
15.3.2 イーサネットとカテゴリ
15.4 水平ケーブリング
15.4.1 水平チャネルと基本リンク
15.4.2 ケーブルおよびコンポーネントの仕様
15.4.3 カテゴリ 5/カテゴリ 5eケーブルの試験と対処策
15.5 ケーブリングシステムの管理
15.5.1 ケーブルとコンポーネントの識別
15.5.2 クラス 1ラベル付け体系
15.5.3 ケーブリングシステムの文書化
15.6 ケーブリングシステムの構築
15.6.1 ケーブリングシステムの課題
16章ツイストペアケーブルとコネクタ
16.1 水平ケーブルセグメントのコンポーネント
16.2 ツイストペアケーブル
16.2.1 ツイストペアケーブル信号のクロストーク
16.2.2 ツイストペアケーブルの構造
16.2.3 ツイストペアケーブルの敷設方法
16.3 8極( RJ45型)ジャックコネクタ
16.4 8極 4対の結線方法
16.4.1 ティップとリング
16.4.2 カラーコード
16.4.3 結線順序
16.5 モジュラパッチパネル
16.6 ワークエリアアウトレット
16.7 ツイストペアパッチケーブル
16.7.1 ツイストペアパッチケーブルの品質
16.7.2 電話グレードのパッチケーブル
16.7.3 ツイストペアイーサネットと電話の信号
16.8 機器ケーブル
16.8.1 50ピンコネクタと 25対ケーブル
16.8.2 25対ケーブルハーモニカコネクタ
16.9 ツイストペアパッチケーブルの自作
16.9.1 RJ45型プラグの取り付け
16.10 イーサネット信号のクロス
16.10.1 10BASE-Tおよび 100BASE-Tのクロスケーブル
16.10.2 4組クロスケーブル
16.10.3 オートネゴシエーションと MDI-Xの障害
16.10.4 クロスケーブルの見分け方
17章光ファイバケーブルとコネクタ
17.1 光ファイバケーブル
17.1.1 光ファイバコアの直径
17.1.2 光ファイバのモード
17.1.3 光ファイバの帯域幅
17.1.4 光ファイバのロスバジェット
17.2 光ファイバコネクタ
17.2.1 STコネクタ
17.2.2 SCコネクタ
17.2.3 LCコネクタ
17.2.4 MPOコネクタ
17.3 ビル用の光ファイバケーブル
17.3.1 光ファイバのカラーコード
17.4 光ファイバシステムでの信号のクロス
17.4.1 MPOケーブルでの信号のクロス
第Ⅳ部 イーサネットスイッチとネットワーク設計
18章イーサネットスイッチ
18.1 スイッチの基本機能
18.1.1 ブリッジとスイッチ
18.1.2 スイッチとは何か
18.2 イーサネットスイッチの動作
18.2.1 アドレス学習
18.2.2 トラフィックフィルタリング
18.2.3 フレームのフラッディング
18.2.4 ブロードキャストとマルチキャストのトラフィック
18.3 スイッチの相互接続
18.3.1 転送経路のループ
18.3.2 スパニングツリープロトコル
18.4 スイッチの性能について
18.4.1 パケット転送の性能
18.4.2 スイッチポートのメモリ量
18.4.3 スイッチの CPUと RAM
18.4.4 スイッチの仕様
18.5 基本的なスイッチ機能
18.5.1 スイッチの管理機構
18.5.2 ポートミラーリング
18.5.3 トラフィックフィルタリング
18.5.4 VLAN
18.5.5 802.1Q MSTP
18.5.6 サービス品質( QoS)
19章イーサネットスイッチを用いたネットワークの設計
19.1 ネットワークを設計するにあたってのスイッチのメリット
19.1.1 ネットワークの性能向上
19.1.2 スイッチの階層構造とアップリンクの速度
19.1.3 アップリンク速度と輻輳
19.1.4 複数のカンバセーション
19.2 スイッチのトラフィックのボトルネック
19.2.1 ネットワークを階層的に設計する
19.3 スイッチを利用した弾力性のあるネットワーク
19.3.1 スパニングツリーとネットワークの弾力性
19.4 ルータ
19.4.1 ルータの動作
19.4.2 ルータかブリッジか
19.5 特殊用途のスイッチ
19.5.1 マルチレイヤスイッチ
19.5.2 アクセスレイヤスイッチ
19.5.3 スタックスイッチ
19.5.4 産業用イーサネットスイッチ
19.5.5 無線アクセスポイントスイッチ
19.5.6 インターネットプロバイダスイッチ
19.5.7 メトロイーサネット
19.5.8 データセンタースイッチ
19.6 スイッチの高度な機能
19.6.1 トラフィックフローの監視
19.6.2 sFlowと NetFlow
19.6.3 Power over Ethernet
第Ⅴ部 性能評価とトラブルシューティング
20章イーサネットの性能評価
20.1 イーサネットチャネルの性能
20.1.1 半二重イーサネットチャネルの性能
20.1.2 半二重イーサネットの性能に関するなくならない思い込み
20.1.3 半二重イーサネットチャネルシミュレーションによる性能評価
20.2 イーサネットの性能の測定
20.2.1 測定のタイミング
20.2.2 スループットとバンド幅
20.3 性能を最大限引き出すネットワークの設計
20.3.1 スイッチとネットワークのバンド幅
20.3.2 ネットワークバンド幅の増加
20.3.3 アプリケーション要件の変化
20.3.4 将来を見据えた設計
21章ネットワークトラブルシューティング
21.1 信頼性のあるネットワークを設計する
21.2 ネットワークを文書化する
21.2.1 機器のマニュアル
21.2.2 システムのモニタリングと基準値
21.3 トラブルシューティングの手順
21.4 障害の検出
21.4.1 情報の収集
21.5 問題の切り分け
21.5.1 経路の特定
21.5.2 問題の再現
21.5.3 2分探索による問題の切り分け
21.6 ツイストペアシステムのトラブルシューティング
21.6.1 ツイストペアのトラブルシューティングツール
21.6.2 ツイストペアでよくある障害
21.7 光ファイバシステムのトラブルシューティング
21.7.1 光ファイバのトラブルシューティングツール
21.7.2 光ファイバでよくある障害
21.8 データリンク層のトラブルシューティング
21.8.1 情報の収集
21.8.2 プローブを用いた情報収集
21.9 ネットワーク層のトラブルシューティング
第Ⅵ部 付録
付録A 資料
A.1 ケーブルおよびコネクタのサプライヤー
A.2 ケーブルテスタ
A.3 ケーブリング
A.4 イーサネットジャンボフレーム
A.5 イーサネットメディアコンバータ
A.6 OUI(ベンダー番号)
A.6.1 IEEEの管理下にある OUI
A.6.2 ボランティアが収集した OUI
A.7 イーサネットブリッジおよびスパニングツリープロトコル
A.8 レイヤ 2ネットワークの故障モード
A.9 Cisco Validated Design Guides
A.10 イーサネットスイッチ
A.11 ネットワークプロトコルアナライザ
A.12 ネットワーク管理情報
A.13 RFC
A.14 Power over Ethernet
A.15 標準規格と標準化組織
A.15.1 OSI参照モデル
A.15.2 BICSI
A.15.3 ファイバチャネル仕様
A.15.4 IEEE 802.3標準規格
A.15.5 IEEE 802.1ブリッジとスイッチ
A.15.6 通信ケーブル規格
A.15.7 その他の標準化団体
A.16 スイッチの性能評価
A.17 スイッチの遅延測定
A.18 スイッチおよびネットワークの管理
A.19 トラフィックフローのモニタリング
付録B 半二重 CSMA/CD
B.1 メディアアクセス制御( MAC)
B.2 メディアシステムのタイミング
B.2.1 イーサネットのスロット時間
B.2.2 スロット時間とネットワークの到達距離
B.2.3 スロット時間の応用
B.2.4 スロット時間と最小フレーム長
B.3 衝突検出とバックオフ
B.3.1 衝突についてひとこと
B.3.2 衝突検出の動作
B.3.3 レイトコリジョン
B.3.4 バックオフアルゴリズム
B.3.5 バックオフアルゴリズム
B.3.6 バックオフ時間の選択
B.4 衝突ドメイン
B.5 チャネル占有効果
B.5.1 チャネル占有効果の発生原因
B.5.2 チャネル占有効果の例
B.5.3 長期的な視点から見た「公正性」
B.5.4 チャネル占有効果の対処策
B.6 半二重ギガビットイーサネット
B.6.1 半二重ギガビットイーサネットネットワークの到達距離
B.6.2 ビット時間を決める
B.6.3 キャリアエクステンション
B.6.4 フレームバースト
付録C 外付けトランシーバ
C.1 データ端末装置
C.2 アタッチメントユニットインタフェース
C.2.1 AUIのスライド式ラッチ
C.2.2 AUIのピン配置
C.3 AUIのトランシーバケーブル
C.4 メディアアタッチメントユニット
C.4.1 トランシーバの超過送信防止機構
C.5 SQEテスト信号
C.5.1 SQEテストの動作
C.5.2 イーサネットステーションと SQEテスト
C.6 AUIポートコンセントレータ
C.6.1 ポートコンセントレータのガイドライン
C.6.2 ポートコンセントレータの問題
C.6.3 ポートコンセントレータのカスケード接続
C.6.4 SQEテストとポートコンセントレータ
C.7 メディア依存インタフェース
C.8 メディア非依存インタフェース
C.8.1 MIIコネクタ
C.8.2 MIIトランシーバとケーブル
用語集