データリンクとは，論理的に一つの通信媒体で直接接続されている範囲です。「論理的」というのは，物理的に１本の通信媒体で接続されているだけでなく，第１層の機器であるリピータや第２層のブリッジなどで接続された範囲も，一つのデータリンクであると考えるからです。

データリンク層とは同一データリンクにある機器間での通信に関する仕様です。この下位層は物理層で，機器の接続や回線に関する仕様で，実際に通信をする層です。上位層はネットワーク層でＴＣＰ/ＩＰでのＩＰになり，複数のデータリンクをまたがる通信になります。

ＭＡＣアドレス（Media Access Control address）

電話をかけるには電話番号が必要ですが，他のノードと接続するときの電話番号に相当するのがＭＡＣアドレスです。パソコンをＬＡＮに接続するには，ＬＡＮカードが必要ですが，ＬＡＮカードには，ＭＡＣアドレスが付けられています。
　ＭＡＣアドレスは，４８ビットからなり，前半の２４ビット（厳密には，先頭の３ビット目からの２２ビット）がベンダ識別子（カード登録業者の番号でＩＥＥＥから与えられる）で，後半の２４ビットはベンダがつける製品番号で，世界中で一意になります。それで，データリンク層での接続相手はＭＡＣアドレスにより決定されます。

イーサーネットとＣＳＭＡ／ＣＤ

バス型ＬＡＮの代表的なものがイーサーネットです。イーサーネットでは，ＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）方式でデータを送信します。

イーサーネットヘッダ

イーサーネットでは，送る電文の先頭にイーサーネットヘッダ，最後にイーサーネットトレイラをつけて（その全体をフレームといいます）送信します。そのフレームの大きさは最大１５００オクテットです。

オクテットとは８ビットのことで，１バイトに相当します。通信ではバイトでよりもオクテットを多く用います。なお，１Ｋバイトは１０２４バイト，１ＭＢは１０２４^２バイトですが，１Ｋオクテットは１０００オクテット，１Ｍオクテットは１０００^２オクテットになります。

このフレームがＬＡＮの伝送路を流れているのを，すべてのノードが一斉に受け取り，送信先のＭＡＣアドレスを持つノードがそれを受け取ったときに送信相手が確定します。

イーサーネットトレイラは，フレームが正しく到着したことを確認するためのもので，ＣＲＣ方式というチェック方式を用いています。

ＣＳＭＡ／ＣＤ

イーサーネットでは１本の伝送路にいくつかのノードがあるので，どのノードが送信権を持つかを決める必要があります。コンテンション方式とは，早い者勝ちで送信権を得る方法で，ＣＳＭＡ方式ともいいます。ＣＳＭＡ／ＣＤ方式とは，ＣＳＭＡ方式を改良したものです。ＣＳＭＡ／ＣＤとは，直訳すれば搬送波感知多重アクセス／衝突検出となりますが，
　　　多重アクセス：複数のノードが送受信すること
　　　搬送波：ＬＡＮを流れるデータのこと
　　　衝突：データを送信するとき，ＬＡＮにデータが流れている状態のこと
というような意味です。

このような理由により，伝送路の使用率が増加すると，衝突が頻繁に起こるようになり，伝送待ち時間が急激に増加する欠点があります。
　また，このような欠点を減少させるために，次のような手段がとられています。

ループ検出とスパニングツリー

ブリッジでネットワークを構築したとき，その間にループが存在すると，データが次々とコピーされて永久に巡回してしまう危険があります。それを避けるための方法がスパニングツリーです。
　各ブリッジは，定期的にＢＰＤＵ（Bridge Protocol Data Unit）というパケットを送信し，それにより，ネットワークの構造をしらべ，ループがあればどこかの経路を使わないようにしてループを解消します。他の個所に障害が起こったときは，使わないようにした経路を復活させるようにバックアップとして利用します。

ＦＤＤＩとトークンパッシング方式

リング型ＬＡＮの代表的なものがＦＤＤＩ（Fiber Distributed Data Interface）です。ＦＤＤＩはトークンパッシング方式を用いています。この方式では，次のような方法で送受信します。

このように，送信権がトークンにより制御されますので，ＣＳＭＡ／ＣＤのような衝突が起こりません。しかし，各ノードを順番に回りなんらかの処理が行われるので，ノードの台数が多くなると，トークンの巡回時間が多くかかり効率が下がります。
　また，原理的には，あるノードに故障が生じたり，ノードの追加・削除を行うときには，ＬＡＮ全体を停止させる必要があります。しかし，実際にはそれを回避する手段が講じられています。

イーサーネットが１０ＢＡＳＥの同軸ケーブルを用いていた時代では，ＦＤＤＩは一般的には光ファイバを用いており高速でした。それで，たとえばビルの各階はイーサーネットにして，その階をつなぐ幹線ＬＡＮとしてＦＤＤＩが使われていました。しかし，イーサーネットの高速化が進むにつれて，ＦＤＤＩはあまり使われないようになりました。

スイッチングハブ

最近はスイッチングハブの発展により，スター型のＬＡＮが見直されてきました。スイッチングとは，入ってきたデータを，ＭＡＣアドレスを見て，そのホストに接続する機能です。それをハードウェアで実現しているので，高速な処理ができます。ブリッジ機能を持つものをレイヤ２スイッチングハブ，ルータの機能を持つレイヤ３スイッチングハブがあります。

イーサーネットやＦＤＤＩでは，１本の伝送路を共有する媒体共有型ですので，同時には一つのホストからの送信しかできませんが，スイッチングハブでは，個々のホストとはスター型に媒体非共有型に接続しているので，同時に複数の送信ができます。

ＶＬＡＮ（Virtual LAN）

一つのハブのポートをいくつかのグループに分けて複数のセグメントにすることができます。それをＶＬＡＮといいます。同じハブに接続されているホストが多いときにＶＬＡＮにすることにより，管理を容易にしたり，ブロードキャストが流れる範囲が狭くなるのでネットワークの負荷を小さくすることができます。
　しかし，このようにすると同一ハブ内でも他セグメントとの間で通信することになります。それを容易にするために，イーサーネットヘッダにタグを入れてセグメント間の転送をする方法がとられます。

無線ＬＡＮ

無線ＬＡＮは，各パソコンには無線ＬＡＮカードが必要で，それとスター型ＬＡＮでのハブに相当するベースステーションと呼ばれる中継機器を無線により通信を行ないます。パソコンとの接続線が不要になるので，パソコンを他の場所に移して利用するのに便利ですし，配線が少なくなるのでオフィスの美化にも効果的です。
　ＩＥＥＥ８０２.１１という規格があり，そのプロトコルには，ＣＳＭＡ／ＣＤに似た方式のＣＳＭＡ／ＣＡ（SCMA Collision Avoidance：搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式）を用いています。
　無線ＬＡＮは便利ではありますが，障害物があると到達距離が短くなるので，同じ階でのいくつかの室だけを単位にして，幹線はイーサーネットなどの有線を用いるのが通常です。また，有線にくらべて不正傍受の危険が高くなります。

Bluetooth

これは，オフィスよりも家庭での利用を対象にしたもので，携帯電話や情報家電など小型の機器を１０ｍ以内の範囲で用いる規格です。

ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）

ＡＴＭは，データを効率的に送信する技術です。一時ＬＡＮへの適用が行われましたが，現在では通常のＬＡＮに用いられることは少なく，主に専用回線などによる広域ネットワークで用いられています。

多重化方式

複数の低速な通信回線あるいは通信機器をまとめて１本の高速回線で接続する方式を多重化方式といいます。ＡＴＭは非同期・固定長の多重化方式です。ＡＴＭでは，低速回線から来たデータを，到着順に，固定長のセルに分割し，それに低速回線の番号などのあるヘッダを付けて高速回線で送信します。高速回線の反対側にあるＡＴＭは，そのヘッダにより，どの通信かを識別して，セルに分割したものを元通りに復元します。

　多重化方式には，ＡＴＭ以外に次のものがあります。
　　　　　多重化方式─┬─同期方式─────────ＴＤＭ
　　　　　　　　　　　└─非同期方式─┬─固定長──ＡＴＭ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　└─可変長──Ｘ.２５，フレームリレー

同期方式のＴＤＭでは，低速回線に番号をつけておき，一定時間間隔で回線を巡回して送ります。順番がきた回線に送るデータがないと空のセルを送ります。このような理由により，非同期方式のＡＴＭのほうが回線効率が高くなります。
　Ｘ.２５は，公衆パケット交換サービスと呼ばれるものですが，伝送速度が遅いので利用されていません。それに代わって，ＬＡＮ間の高速回線ではフレームリレーが利用されてきました。フレームリレーには固定長と可変長のものもあります。

ＡＴＭでの問題点

ＡＴＭのセルは固定長で４８オクテットです。単にデータを送るだけならよいのですが，それでも細切れになってしまいます。それに，インターネットで利用するには，ＩＰヘッダやＴＣＰヘッダなどを付加するので，ほとんど本文を入れる余裕がありません。それで，ＡＡＬ（ATM Adaptation Layer）という上位層と合わせて用いられます，それにより，連続して１９２個のセルを送ることができます。

しかし，これではすべてセルが正確に受信できないと，すべてのセルを再送信しなければなりません。ＡＴＭではイーサーネットやＦＤＤＩと異なり送信権の制御をしていないために，通信回線が輻輳することがあり，輻輳するとセルの脱落が発生する可能性が高くなり，それがさらに輻輳を招くという危険があります。それを防ぐために，ＡＴＭの回線は高速にする必要があります。

データリンク層

学習のポイント

キーワード