Network Analysis

上位層からデータを受取ってフレームを作成します。
　フレームの長さは CRC を除いて 60 バイト以上、1514 バイト以下でなければなりません。これはプリアンブルを含めない長さです。
60 バイト以下の場合は 60 バイトになるまでデータを追加します。
　0000... のパターンで、これをパッドと呼びます。詰め物をするという意味です。
CRC を計算してフレームの最後に付加し、フレームを完成させます。

キャリア（搬送波）があるかどうかを調べます。
　キャリア検知とは、自分以外の他のステーションが使用中であるかどうかを調べることです。他のステーションが使用中であれば、終わるまで待ちます。この動作をディファードと呼びます。
使用中のステーションがなければ、9.6 マイクロ秒待ちます。
　この 9.6 マイクロ秒のことを「フレーム間隔」「フレーム間の空き」（ Inter Frame Gap ）と呼びます。
9.6 マイクロ秒経過後、フレームをシリアル・ビット列として（ 1 ビットずつ順に）送出し始めます。
送出しながら、コリジョンを監視します。
　これは、他のステーションがほぼ同時刻にフレーム送出を始めていないかどうかを調べるためのものです。
コリジョンが検出されなければ、フレームを終わりまで送出します。
コリジョンが検出されても、フレーム送出はすぐに停止されません。ジャム信号に切り替えて 32 ビット分、送出します。
　ジャム信号とは、他のステーションに衝突（コリジョン）を知らせるためのものです。 IEEE 802.3 の仕様では規定されていませんが、たいていは 10101010.... という信号です。
ジャム信号の送出が終わると、再送の試行回数を数えます。
　再送は最大 16 回まで可能です。
次の再送までの待ち時間を計算します。
　この時間は、制限付き二進指数バックオフアルゴリズムによって計算されます。バックオフとは「引き返す、後戻りする」という意味で、再試行のことです。

Sniffer University テキストによると「制限付き二進指数バックオフアルゴリズム」という日本語表現になっていますが、トランジスタ技術（ 1996.7 ）によると「台形型バイナリ・エクスポネンシャル・バックオフ」となっています。「Ethernet（ソフト・リサーチ・センター）」によると「２値指数関数的休止時間増加アルゴリズム」と訳されています。待ち時間はコリジョン回数が 10 回を越えると 16 回までは同じ時間になるので、そのグラフの形からすると「台形型」という表現の方がいいのかもしれません。英語では、Truncated Binary Exponential Backoff Algorithm と表現されます。Truncated は「先端を切った」という意味なので、Truncated の部分は「台形型」がよさそうです。
再送が 16 回を越えたら、上位層へ通知します。この層でのフレーム送出は失敗しました。

［ CSMA/CD による受信のフローチャート］

フレーム開始部（ Start Freme Delimiter ）を検出して、フレーム組み立てを開始します。
　SFD はイーサネットではプリアンブルの最後のパターンで、10101011 です。
フレーム受信が完了すると、512 ビット（ = 64 バイト）以上かどうかを調べます。
短すぎる場合は、廃棄します。
　このようなフレームはラントフレームと呼ばれます。

自分宛てか、マルチキャストか、ブロードキャストかを調べます。
　上記の３つの場合以外は、自分には関係のないフレームなので、廃棄します。
CRC が正しいか調べます。
　CRC が正しくない場合は、CRC エラーとなり、フレームを廃棄します。
CRC が正しくない場合は、余分なビットがないかどうかを調べます。
　余分なビットがある場合は、アライメントエラーとなり、フレームを廃棄します。
Align とは揃えることです。フレームは８ビット単位でそろっていなければならなりません。
自分に関係するフレームで、エラーのないものだけが、上位層プロトコルに渡されます。

[ ステーションが HUB に接続されている場合は、HUB がジャム信号を送出する。］

　このことを 10BASE-T 、リピータハブの仕様から説明します。さらに、SQE による障害について説明します。

10BASE-T システムの構成例

10BASE-T の仕様

メディアとしてツイストペアケーブルを使います。
２つの MAU がポイントツーポイントで接続されます。MAU 間の電気的接続のことを「リンク・セグメント」と呼びます。
リンク・セグメントの長さは、リピータ無しで 100 m 以下です。
接続コネクタには、８極モジュラコネクタを使います。

リピータの機能

信号増幅・タイミング調整
　劣化した信号を正規の状態にします。
　96 ビット以下のフレームを受信した場合は、ジャムパターンを補い 96 ビットにしなければなりません。
データ転送処理
衝突処理
　いずれかのポートで衝突を検出すると、他のすべてのポートにもジャム信号を送出して衝突状態を通知します。
ジャバ保護
　送信時間を監視し、所定の時間を超過した場合、強制的に送信を停止させる機能です。
自動パーティション
　連続衝突回数が異常に長いポートや異常に長い期間衝突が発生しているようなポートを自動的に分離します。

SQE による障害

　衝突検出回路が正常な動作をするかどうかを確認するための信号が Signal Quality Error です。フレーム転送直後にフレーム間ギャップの時間を利用して疑似衝突信号を発生させます。

　リピータ・ハブは衝突発生時に各ポートにジャム信号を送ります。リピータ・ハブに SQE 信号が入力されると、リピータ・ハブはこの信号を衝突と解釈しジャム信号を発生させます。このことによりネットワークのトラフィック状況が極端に悪化することになります。

　10BASE-T ハブの AUI インターフェイスに MAU を接続する場合は、SQE 機能を禁止状態にしなければなりません。

イーサネットと IEEE 802.3 の用語の違い

イーサネット	IEEE 802.3
同軸ケーブル	メディア（ Medium ）
トランシーバ	MAU （ Media Attachment Unit ）
トランシーバケーブル	AUI （ Attachment Unit Interface ）
ステーション	DTE （ Data Termination Equipment ）

［制限付き二進指数バックオフアルゴリズム］

　衝突発生時に再送処理の待ち時間を計算するアルゴリズムです。

　再送信間隔 T = スロット時間 × n
スロット時間 = 51.2 マイクロ秒（ 512 ビット分の伝播遅延時間）
0 <= n < 2^k [ k = 衝突回数、ただし k が 11 以上のときは 10 ]
　衝突回数によって物理層の混み具合を想定し、再送信の確率を変動させながら、対応していきます。