イーサネットLAN（１）【LANケーブル】

CCNAの試験に向けて学習中。
復習に見返せるようにメモしていきます。
ほぼ自分の勉強メモです。
過度な期待はしないでください。


1.イーサネットLAN
-
#### 1-1.LANケーブルの種類

LANケーブルに使用されるケーブルには、「同軸・ツイストペア・光」の3種類がLANケーブルとして使用されている。

|種類　　　|説明　　|
|:---|:---|
|同軸ケーブル　　　|伝送用の1本の銅線を絶縁体で囲んだケーブル。但し、LANケーブルとしては既にほとんど使われていない|
|ツイストペアケーブル|銅線を2本ずつをペアにしてより合わせたケーブル。シールド付きの<font color="Red">STP</font>、シールド無しの<font color="Red">UTP</font>があり、LANに使用されている。一般的には、<b>LANケーブル</b>と呼ばれている。|
|光ファイバケーブル|コアという芯をクラッドが同心円状に覆う構造で、光信号を反射させて利用するケーブル。|　
<br>

下記の画像は実物写真です
<img width="500" alt="ファイル名" src="https://i.gyazo.com/c5e8c844f99a69375c406a7aa8eafa91.png">
<br>

#### 1-2.ストレートケーブルとクロスケーブル

LANケーブルには、接続形態によってストレートケーブルとクロスケーブルの２種類があり、ピンの並びに違いがある。

◇ストレートケーブル
ストレートケーブルは、ケーブル内で8本の銅線がストレートに配線されている為、
ケーブルの両端でピンの並びが同じになっている。
<b>他の機器同士（例：パソコンとHUB、パソコンとルーター）を接続する</b>際に使用されます。

<img width="500" alt="ファイル名" src="https://i.gyazo.com/0b50fef98c49ffb8a8d4f990c1bbdf49.png">

◇クロスケーブル
クロスケーブルは、ケーブル内で8本の銅線の一部がクロスして配線されている為、
ケーブルの両端でピンの並びが異なっている。
基本的に、<b>パソコン同士で接続したい場合</b>は、クロスケーブルを使用します。

<img width="500" alt="ファイル名" src="https://i.gyazo.com/982fc7e61f65184a7decb309f6106d20.png">

#### 1-3.MDI と MDI-X

LANケーブルを差し込むポートには、<font color="Red">MDI</font>と<font color="Red">MDI-X</font>の2種類があり機器によって仕様が異なる。
※ポートとは、機器との「接続口」のこと。
通信において何かを受信する際には、ネットワークを通ってきたデータが、
たくさんあるドア(ポート)のどれかを通ってコンピュータに入ってくる。

|ポートの種類|ピンの状態|機器の例|
|:---|:---|:---|
|MDI　　　　　　|8本の内、１番目と２番目を送信、３番目と６番目を受信に使用|ルータやPCなど|
|MDI-X|8本の内、１番目と２番目を受信、３番目と６番目を送信に使用|ハブやスイッチなど|

通信する際は、送信と受信が向かい合うように絵接続する必要がある。
そこで、先程のストレートケーブルとクロスケーブルを使い分けて、送信と受信が向かい合うように接続する。

ストレートケーブルは、MDIのポートを持つ機器とMDI-Xのポートを持つ機器を接続する際に使用します。
また、クロスケーブルは、MDIのポートを持つ機器同士、MDI-Xのポートを持つ機器同士を接続する際に使用します。

<br>

#### 1-4.イーサネット規格

イーサネットとは、ネットワークやコンピューター間での通信モデル TCP/IPプロトコルの
リンク層(ネットワークインターフェース層)に対応する有線の規格です。

イーサネットは、接続方式やアクセス制御方式、ケーブルの伝送速度や長さ、フレームの形式などを
規定しています。

◇イーサネットの伝送速度
伝送速度が、100Mbpsを、<font color="Red">ファスト・イーサネット</font>といい
伝送速度が、1Gbpsを、<font color="Red">ギガビット・イーサネット</font>という。

◇bps
bpsは、イーサネットの伝送速度の単位。
bits per secondの略で、1秒間に転送できるデータ量・ビット数を表しています。

◇LANケーブルのカテゴリー
LANケーブルのカテゴリーとは、どの伝送速度まで対応しているかを示しています。
カテゴリー5が100Mbpsまで、カテゴリー5e～6が1Gbpsまで、カテゴリ6a～7が10Gbpsまで対応。

[ここ迄の内容で参考にしたサイトのリンク](https://www.pc-master.jp/words/ethernet.html)
<br>

2.イーサネットLANにおけるデータの送受信
-
#### 2-1.MACアドレス
イーサネットでは、通信の際のネットワーク内の端末を<b>MACアドレス</b>で識別します。

MACアドレスとは、ネットワークインターフェースカードで割り振られているリンク層で、
使用される固有の識別子のことで、<b>物理アドレス</b>や<b>ハードウェアアドレス</b>とも呼ばれています。

また、MACアドレスとは、前半の24ビットのネットワークインターフェースカードのベンダーを
識別するID（<font color="Red">OUI</font>）と、後半の24ビットはベンダーが独自に重複
しないように割り当てられたIDの<font color="Red">48ピット（6ビット）</font>で表されます。
<br>

#### 2-2.MACアドレスの種類

|アドレス種類　　　|説明|
|:---|:---|
|ユニキャストアドレス|単一の機器を識別する為のMACアドレス|
|マルチキャストアドレス|特定のグループを識別する為のMACアドレス|
|ブロードキャストアドレス|ネットワーク上の全ての機器を指定する為のMACアドレス。48bitの全てのビットが「1」の「FF:FF:FF:FF:FF:FF」というアドレスは、ブロードキャストアドレスとして予約されています。|

<br>

3.イーサネットフレーム
-
#### 3-1.イーサネットフレーム
イーサネットフレームは、イーサネットLANの通信を行う際に使用するデータのフォーマットのこと。
イーサネットフレームは複数のフレームが存在しますが、
代表的なものは、<font color="Red"><b>EthernetⅡ形式（DIX）</b></font> と <font color="Red"><b>IEEE802.3形式</b></font>です。

<img width="1000" alt="ファイル名" src="https://i.gyazo.com/48712a906e40c5c9785c7121b0da6994.png">

|フィールドの説明　　|フィールドの説明|
|:---|:---|
|プリアンブル|イーサネット通信で送受信の同期を取り、フレームの始まりを合図するために用いる特別なビット列のこと。|
|宛先MACアドレス|イーサネットでは通信するためにMACアドレスを使用する。ここでは通信相手となる宛先のコンピュータのMACアドレスの情報が入る。|
|送信元MACアドレス|送信するコンピュータのNICのMACアドレスの情報が入る。|
|タイプ|上位層プロトコルを識別するフィールドが入る。|
|データ|最小で46byte、最大で1500byteのデータが入る。|
|FCS|受信したフレームに誤りがないかどうかを調べる為のフィールド。|

※プリアンブルは、ハードウェアにより生成され受信後に破棄されるためイーサネットフレームのサイズには含まれない。
それゆえに、イーサネットフレームのサイズは、<font color="Red">最小64byte</font>、<font color="Red">最大1518byte</font>とされている。
<br>

#### 3-2.半二重通信と全二重通信

イーサネットは、半二重または全二重で通信を行います。

「送信」と「受信」の両方を行える通信の仕組みを、<b>双方向通信</b>といい、
また、どのように送受信を行うかによって、さらに2つに分類することができます。

それが、<font color="Red">半二重通信</font>と<font color="Red">全二重通信</font>です。

◇半二重通信は、一度に「送信」と「受信」の<b>どちらか片方しか行えない</b>通信方法です。
通信相手との間に1本だけ経路が繋がっていて、「送信」と「受信」を交互に行うイメージです。
<img width="1000" alt="ファイル名" src="https://i.gyazo.com/dcdb32e013103f72b8e5bc0469196dc4.png">

◇全二重通信は、「送信」と「受信」を<b>同時に行うことができる</b>通信方法です。
通信相手との間に、送信用と受信用の2本の経路が繋がっているイメージです。
<img width="1000" alt="ファイル名" src="https://i.gyazo.com/acc6fccb418b3fd9763234bcbbf1f97c.png">

※上記の画像は、[こちらの記事](https://www.lineeye.co.jp/html/term_tanko.html)から参照させて頂きました。

<br>

#### 3-3.CSMA/CD方式のアクセス制御

半二重通信の場合、同時にデータを発信すると、送信ケーブル内でデータの衝突（<font color="Red">コリジョン</font>）が発生し､
データが破損してしまいます。その為、アクセス制御により通信を制御します。
イーサネットは、アクセス制御に、<font color="Red">CSMA/CD方式</font>を利用します。

CSMA/CDでは、あらかじめ通信ルート上に他のデータが流れ込んでいないかどうか確認し、
存在していることを確認した際には両者とも送信を中止し一旦待機します。
また、もし衝突が発生した場合には、それを検知し、衝突が起きた事を知らせる<font color="Red">ジャム信号</font>を送ります。
ジャム信号を受け取ると、データの送信を中止し、ランダムな時間だけ待機して、その後で送信を再開します。

<br>
過去投稿記事
-
[ネットワークの基礎【接続形態と通信方法】](https://qiita.com/k-yasuhiro/items/38d643ec262a0309db06)
[ネットワークの基礎（２）【プロトコル(OSI参照モデル)】](https://qiita.com/k-yasuhiro/items/0e5accf951223e2332e4)
[ネットワークの基礎（３）【プロトコル(TCP/IPモデル)】](https://qiita.com/k-yasuhiro/items/401630a552221d19ac13)