ネットワーク（4）

リンク層

Ethernet & Fast Ethernet
FDDI, ATM
SLIP, PPP
Loopback

シリアル回線

SLIP (Serial Line IP)

シリアル回線(RS232C)上のIPデータグラムのための単純なカプセル化(RFC1055)。

データの最後に 0xc0 (END キャラクタ)をつける。ノイズの影響を無くすために、先頭にも 0xc0 をつけるのが一般的である。
データが 0xc0 の場合は、代りに 0xdb, 0xdc を送る。 0xdb はSLIP ESC キャラクタと呼ばれる。
データが 0xdb と同じ場合、代りに 0xdb, 0xdd を送る。

欠点

point-to-pointリンクの双方の端が、それぞれ相手のIPアドレスを前もって知っておく必要がある。
タイプ・フィールドが無いので、他のプロトコルと混ぜてシリアルラインを使うことができない。
SLIPで付加できるチェックサムはない。

IPパケットを送るためには、本来のデータ(たとえ1byteでも。対話的な利用では1バイト毎にパケットが飛ぶことが多い)に IP ヘッダ (20byte) とTCP ヘッダ (20byte) が必要となる。 SLIPは遅い回線で使われることが多いので、このオーバーヘッドは無視できない。 CSLIP (圧縮 SLIP) は、40バイトのヘッダを3〜5バイト程度に圧縮して送る。

PPP (Point-to-Point Protocol)

SLIPの欠点を解決したプロトコル (Fig.2.3)。

リンクを確立し、設定を変更する、リンク制御プロトコル (LCP) があり、さまざまなオプションを取り決めることができる。
ネットワーク制御プロトコル (NCP) により、各種のネットワーク層プロトコル (IP, AppleTalk, ...)に対応できる。

フレームの最初と最後には 0x7e (フラグ・バイト) がおかれる。それに続いて、0xff (アドレスバイト), 0x03 (制御バイト), プロトコル・フィールド (0x0021: IPパケット、0xc021: LCP, 0x8021: NCP)が続く
0x7e は 0x7d, 0x5e として送られる。
0x7d は 0x7d, 0x5d として送られる。
デフォルトでは0x20以下の値(x)も 0x7d, (0x20+x) として送られる。
NCP を用いて (CSLIPと同等な)ヘッダの圧縮の使用を開始することができる。また、たいていの場合、値が一定の「アドレス・バイト」や「制御バイト」を省略し、さらに、プロトコル・フィールドの大きさを1バイトにしてしまう。

ループバック・インターフェイス

同一ホスト上のクライアントとサーバがIP通信するには loopback interface を用いる。

127.0.0.1	localhost

ループバック・インターフェイスや自ホストのIPアドレス宛の IPパケットは、ネットワークに送り出されることはない。

127.0.0.1 に送られたパケットは、IP入力として扱われる。
自ホストのIPアドレスに送られたパケットは、ループバックインターフェイスに送られる。
ブロードキャスト・アドレスに送られるIPパケットは、ループバック・インターフェイスにコピーしてから、Ethernetに送り出す。

MTU

MTU (最大転送ユニット, Max Transfer Unit) は、そのリンク層で一度に送ることのできる最大のデータサイズを表す(図2.5)。

MTUを調べる (Linux)
[nitta@degas ~]$ netstat -ni
Kernel Interface table
Iface   MTU Met  RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR  TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flags
lo     3584   0 982286      0      0      0 982286      0      0      0 BLRU
eth0   1500   0   2775      0      0      0   2223      0      0      0 BRU

MTUがIPパケットよりも小さい場合は、IPパケットは小さく分けられて (フラグメント、fragment)送られる。

2台のホストの間がネットワークで結ばれているとき、その経路のうちの最小のMTUを、パスMTUと呼ぶ。

シリアル回線のスループット

Fig.2.5 「典型的なMTU」の「PPP(低い遅延レベル)」ではMTUが296バイトになっている。これはハードウェアからの要請ではなく、対話環境における遅延時間を小さくし、かつ、大きいサイズのパケットもそれなりに効率よく送るためにこのサイズが使われている。

MTUを小さくすると、データに対するヘッダの割合が大きくなり転送効率が悪くなる。しかし、MTUを大きくすると、小さいパケット(対話的な環境で流れるパケットのほとんどがこれ)を、たとえ大きいパケットよりもキューの前につなぐとしても、その時点で転送中の大きいパケットを待つ必要はあるので、遅延時間(期待値としては、最大のパケットを送る時間の半分)が大きくなってしまう。

IP層は、データにIPヘッダとTCPヘッダを合計40バイト付加して、リンク層(PPP)に渡す。 PPPは、これらのヘッダを(3〜5バイト程度に)圧縮して通信するが、それはIP層には見えない。したがって、296バイトとなっているが、 MTUと同じサイズのデータのとき、実際に送られているのは 256バイト (+ 3〜5バイト)である。 PPPのヘッダでさらに5バイト付加されると仮定すると、実際に送られているデータは 266バイト程度と仮定できる。

[例] 9600bps、8bitデータ長 (non-parity), 1 start bit, 1 stop bitの回線で送る場合
    1バイトのデータを送る時間    (8+1+1)/9600 秒

    266バイト送る時間は  266 * (8+1+1)/9600 = 0.277083... 秒
    このときの対話環境の平均待ち時間 ＝ 最大サイズのパケットを送る時間／２
                                     ＝ 0.1385... 秒

    MTUを1000と仮定すると、パケットの大きさは 1000-40+5+5=970 バイト程度。
    これを送る時間は 970 * (8+1+1)/9600 = 1.010... 秒。
    このときの対話環境の平均待ち時間 ＝ 最大サイズのパケットを送る時間／２
                                     ＝ 0.505... 秒 ←とても待てない