自動ネゴシエーション

オートネゴシエーションとは、ツイストペアケーブルを介したイーサネットで使用されるシグナリングメカニズムおよび手順であり、接続された2つのデバイスが速度、デュプレックスモード、フロー制御などの共通の伝送パラメータを選択します。このプロセスでは、接続されたデバイスはまずこれらのパラメータに関する能力を共有し、次に両方がサポートする最も高性能な伝送モードを選択します。

ツイストペアのオートネゴシエーションはIEEE 802.3の第28条で定義されています。[ 1 ]これはもともとファストイーサネット規格のオプションコンポーネントでした。[ 2 ]これは10BASE-Tで使用される通常のリンクパルス（NLP）と下位互換性があります。[ 3 ]このプロトコルはギガビットイーサネット規格で大幅に拡張され、ツイストペア上の1000BASE-Tギガビットイーサネットでは必須となっています。[ 4 ]

OSI モデルでは、自動ネゴシエーションは物理層に存在します。

標準化と相互運用性

1995年、ファストイーサネット規格が発表されました。この規格は、同一の回線に新たな速度オプションを導入したため、接続されたネットワークアダプタが最適な共有動作モードをネゴシエートする手段を備えていました。IEEE 802.3規格第28条に含まれる自動ネゴシエーションプロトコルは、ナショナルセミコンダクター社がNWayとして知られる特許技術から開発されました。同社は、誰でも一度限りのライセンス料を支払うことで自社のシステムを利用できるという保証書を発行しました。[ 5 ] その後、別の企業がその特許権を購入しました。[ 6 ] [ a ]

オートネゴシエーション仕様の最初のバージョンは、1995 年の IEEE 802.3uファースト イーサネット標準で、異なるメーカーによって異なる方法で実装されたため、相互運用性の問題が発生しました。これらの問題により、多くのネットワーク管理者は各ネットワーク インターフェイスの速度とデュプレックス モードを手動で設定するようになりました。しかし、手動設定を使用すると、デュプレックスの不一致が発生する可能性があります。ネットワークは名目上は動作しているため、診断が困難な場合があります。ping などの単純なネットワーク テスト ユーティリティでは、有効な接続が報告される可能性があります。しかし、デュプレックスの不一致が原因で発生する送信の中断や、それに続くイーサネットフレームのドロップによって、ネットワーク パフォーマンスは大幅に低下します。デュプレックスの不一致が発生すると、接続のうち半二重を使用している側では遅延衝突が報告され、全二重を使用している側ではFCSエラーが報告されます。

オートネゴシエーションの仕様は、1998年にIEEE 802.3がリリースされた際に改良されました。その後、1999年にはIEEE 802.3abギガビットイーサネット規格がリリースされ、 1000BASE-Tにオートネゴシエーションが必須となりました。オートネゴシエーションは、1000BASE-TXおよび10GBASE-Tの実装にも必須となっています。現在、ほとんどのネットワーク機器メーカーは、すべてのアクセスポートでオートネゴシエーションの使用を推奨しており、工場出荷時のデフォルト設定として有効にしています。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

関数

自動ネゴシエーションは、複数の伝送速度、異なるデュプレックス モード(半二重と全二重)、および同じ速度での異なる伝送規格 (実際には各速度で 1 つの規格のみが広くサポートされています) に対応したデバイスで使用できます。

オートネゴシエーション中、各デバイスはそれぞれのテクノロジー能力、つまり可能な動作モードを宣言します。最適な共通モードが選択され、同じ速度であれば、高速モードが低速モードよりも優先され、全二重モードが半二重モードよりも優先されます。

パラレル検出は、自動ネゴシエーション対応のデバイスが自動ネゴシエーション非対応のデバイスに接続されている場合に使用されます。これは、デバイスが自動ネゴシエーションをサポートしていないか、デバイス側で自動ネゴシエーションが無効になっている場合に発生します。この状況では、自動ネゴシエーション対応のデバイスが速度を判定し、相手側のデバイスと一致させることができます。この手順ではデュプレックス（全二重）の可否を判定できないため、常に半二重とみなされます。

速度とデュプレックスモード以外に、オートネゴシエーションはギガビットイーサネットのマスター・スレーブパラメータの通信に使用されます。[ 10 ] [ 11 ]

優先度

相手方のデバイスの技術能力を受信すると、両方のデバイスは、双方がサポートする最適な動作モードを決定します。双方のデバイスがサポートするモードのうち、各デバイスは最も優先度の高いモードを選択します。モード間の優先度は以下のとおりです。[ 12 ] [ 13 ]

  1. 40GBASE-T全二重
  2. 25GBASE-T全二重
  3. 10GBASE-T全二重
  4. 5GBASE-T全二重
  5. 2.5GBASE-T全二重
  6. 1000BASE-T全二重
  7. 1000BASE-T 半二重
  8. 100BASE-T2全二重
  9. 100BASE-TX全二重
  10. 100BASE-T2 半二重
  11. 100BASE-T4 半二重
  12. 100BASE-TX 半二重
  13. 10BASE-T全二重
  14. 10BASE-T 半二重

電気信号

10BASE-T デバイスがリンク整合性を確立するために使用する、通常のリンク パルスのシーケンス。

オートネゴシエーションは、 10BASE-Tデバイスが他のデバイスとの接続の有無を検出するために使用するパルスと同様のパルスに基づいています。これらのリンク整合性テスト（LIT）パルスは、イーサネットデバイスがフレームを送受信していないときに送信されます。これは、公称持続時間1.5Vの単極性の正のみの電気パルスです。100 ns、最大パルス幅は200 ns [ 14 ]で生成された16msの時間間隔、タイミング変動許容範囲8ミリ秒。デバイスは、フレームもLITパルスも50～150ミリ秒間受信されない場合、リンク障害を検出します。[ 15 ]：§14.2.1.7 この方式が機能するには、デバイスはLITパルスの受信の有無にかかわらず、LITパルスを送信する必要があります。オートネゴシエーション仕様では、これらのパルスは通常リンクパルス（NLP）と呼ばれます。

自動ネゴシエーションデバイスが自身の機能を宣言するために使用される、高速リンク パルスの 3 つのバースト。

自動交渉で使用されるNLPは依然として単極性で、正のみであり、名目上の持続時間は100 ns ; しかし、各LITは17～33個のパルスで構成されるパルスバーストに置き換えられ、125μs間隔で、各パルスバーストは高速リンクパルス（FLP）バーストと呼ばれます。各FLPバーストの開始間隔は同じです。NLP 間の間隔は16 ミリ秒です。

リンクコードワード（16ビットワード）が高速リンクパルスバーストでどのようにエンコードされるか

FLPバーストは17個のNLPから構成され、125μsの時間間隔、許容誤差14 μs。2つの連続するNLPの各ペア（つまり、パルスペアの最初のNLPから62.5μs後、追加の正パルスが存在する場合があります。この追加パルスの存在は論理1を示し、存在しない場合は論理0を示します。結果として、すべてのFLPには16ビットのデータワードが含まれます。このデータワードはリンクコードワード（LCW）と呼ばれます。LCWのビットは0から15まで番号が付けられ、ビット0は時間的に最初のパルスに対応し、ビット15は最後のパルスに対応します。

すべての高速リンクパルスバーストは、リンクコードワードと呼ばれる16ビットのデータを送信します。最初のワードはベースリンクコードワードと呼ばれ、そのビットは以下のように使用されます。

  • 0～4: セレクタフィールド – IEEE 802.3とIEEE 802.9のどちらの規格が使用されているかを示します。
  • 5～12: テクノロジー能力フィールド – 100BASE-Tおよび10BASE-Tモード間の可能な動作モードをエンコードするビットシーケンス（下記参照）
  • 13: リモート障害 – デバイスがリンク障害を検出したときに1に設定されます
  • 14: 確認応答 – デバイスは、相手側からの基本リンクコードワードを正しく受信したことを示すために、このビットを1に設定します。これは、少なくとも3つの同一の基本コードワードを受信することで検出されます。デバイスは、これらの3つの同一のコピーを受信すると、確認応答ビットを1に設定したリンクコードワードを6回から8回送信します。
  • 15: 次のページ – ベースリンクコードワードの後に​​他のリンクコードワードを送信する意図を示すために使用されます

テクノロジー能力フィールドは8ビットで構成されます。IEEE 802.3では、以下のようになります。

  • ビット0: デバイスは10BASE-Tをサポート
  • ビット1: デバイスは全二重の10BASE-Tをサポートします
  • ビット2: デバイスは100BASE-TXをサポート
  • ビット3: デバイスは全二重の100BASE-TXをサポートします
  • ビット4: デバイスは100BASE-T4をサポート
  • ビット5: デバイスはポーズフレームをサポートしている
  • ビット6: デバイスは全二重の非対称ポーズをサポート
  • ビット7: 予約済み

リンクコードワードはページとも呼ばれます。したがって、ベースリンクコードワードはベースページと呼ばれます。デバイスが他のページを送信する場合、ベースページのネクストページビットは1になります。これらのページは、他の機能を通信するために使用できます。これらの追加ページは、両方のデバイスがネクストページビットを1に設定したベースページを送信した場合にのみ送信されます。追加ページは、リンクコードワードとしてエンコードされます（17クロックパルスと最大16ビットのパルスを使用）。

メッセージとフォーマットされていない次のページ

ベースページは、デバイスが10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-T4のどのモードをサポートしているかを通知するのに十分です。ギガビットイーサネットの場合は、さらに2つのページが必要です。これらのページは、両方のデバイスがネクストページビットを1に設定したベースページを送信した場合に送信されます。

追加ページには、メッセージページと非フォーマットページの2種類があります。これらのページは、ベースページと同様にパルスとしてエンコードされた16ビットワードです。最初の11ビットはデータで、最後から2番目のビットは、そのページがメッセージページか非フォーマットページかを示します。各ページの最後のビットは、追加ページの存在を示します。[ 16 ]

1000BASE-Tがサポートするモードとマスタースレーブデータ（2つのデバイスのうちどちらがマスターとして動作し、どちらがスレーブとして動作するかを決定するために使用される）は、1つのメッセージページと、それに続く1つのフォーマットされていないページを使用して送信されます。メッセージページには以下の内容が含まれます。

  • 半二重機能
  • デバイスがシングルポートかマルチポートか
  • マスター/スレーブが手動で設定されているかどうか
  • デバイスがマスターまたはスレーブとして手動で設定されているかどうか

フォーマットされていないページには、マスター スレーブ シード値と呼ばれる 10 ビットのワードが含まれています。

デュプレックス不一致

デュプレックスの不一致は、接続された2つのデバイスが異なるデュプレックスモードに設定されている場合に発生します。例えば、片方が自動ネゴシエーションに設定され、もう片方が全二重（自動ネゴシエーションなし）の固定動作モードになっている場合などに発生します。このような状況では、自動ネゴシエーションデバイスは動作速度を正しく検出しますが、デュプレックスモードを正しく検出できません。その結果、正しい速度が設定されますが、半二重モードであると想定されます。

一方のデバイスが全二重で動作しているときに、もう一方が半二重で動作している場合、接続は非常に低いスループットでのみ確実に機能します。全二重デバイスは、受信中にデータを送信できます。ただし、半二重デバイスが送信中にデータを受信すると、衝突を感知して送信を中止し、フレームの再送を試みます。全二重デバイスは、中止された送信のフレーム チェック シーケンス(FCS) エラーを報告します。タイミングによっては、半二重デバイスが遅い衝突を感知する場合があります。遅い衝突は、CSMA/CD の通常の結果ではなく、ハード エラーとして解釈され、フレームの再送を試みない場合があります。全二重デバイスは衝突を検出せず、フレームがエラーなしで受信されたと想定します。半二重側で報告された (遅い) 衝突と全二重側で報告された FCS エラーの組み合わせは、デュプレックスの不一致が存在することを示します。

特許

オートネゴシエーションは、米国特許 5,617,418、 米国特許 5,687,174、 E 米国特許 RE39,405 E、 E 米国特許 RE39,116 E、 米国出願 971018  (1992-11-02 提出)、 米国出願 146729 (1993-11-01 提出)、 米国出願 430143 (1995-04-26 提出)、[ 6 ] : 6 欧州特許出願 SN 93308568.0 (DE、FR、GB、IT、NL)、韓国特許第 286791 号、台湾特許第 098359 号、日本特許第 3705610 号、日本特許 4234 号、出願 SN H5-274147 で保護されています。韓国特許出願番号SN22995/93; 台湾特許出願番号SN83104531。[ a ]  

シングルペアイーサネットの自動ネゴシエーション

シングルペアイーサネットは、その性質上、独自のオプションの自動ネゴシエーションを備えています。これは、差動マンチェスター符号化（DME）ページを用いて半二重方式で機能をネゴシエートします。2つの異なる信号速度が使用されます。10/5/2.5GBASE-T1、1000BASE-T1、100BASE-T1、および10BASE-T1Sは、16.667Mbpsの高速モード（HSM）と、オプションで625kbpsの低速モード（LSM）をサポートします。一方、10BASE-T1LはLSMと、オプションでHSMをサポートします。[ 17 ]

ネゴシエートされたモードの選択優先順位は以下のとおりである。[ 18 ]

  1. 10GBASE-T1
  2. 5GBASE-T1
  3. 2.5GBASE-T1
  4. 1000BASE-T1
  5. 100BASE-T1
  6. 10BASE-T1S全二重
  7. 10BASE-T1S 半二重
  8. 10BASE-T1L

参照

  • ストレートまたはクロスオーバーケーブル接続の自動構成を実現するAuto MDI-X

注記

  1. ^ a b特許は発行日から20年で失効します。

参考文献

  1. ^「第28条：ツイストペアにおける自動ネゴシエーションのための物理層リンクシグナリング」、IEEE標準イーサネット、p.278、doi：10.1109/IEEESTD.2018.8457469、ISBN 978-1-5044-5090-4
  2. ^ Jayaswal, Kailash (2005). 『データセンターの管理：サーバー、ストレージ、Voice over IP』 ホーボーケン: John Wiley & Sons. p. 168. ISBN 0471783358。
  3. ^シュミット、ダニエル・ミノリ、アンドリュー（1998年）『スイッチド・ネットワーク・サービス』ニューヨーク：ワイリー・コンピュータ・パブリッシング、p.93、ISBN 0471190802。{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  4. ^ IEEE. 「パート3：キャリアセンスマルチアクセス／衝突検出（CSMA/CD）アクセス方式および物理層仕様」（PDF） . 第2節：このセクションには、第21条から第33条、および付録22Aから付録33Eが含まれます。2013年11月26日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年6月3日閲覧。
  5. ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2008年11月19日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2009年12月2日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク)
  6. ^ a b Negotiated Data Solutions LLC. 「NWay/IEEE標準特許ライセンス提供 | Negotiated Data Solutions LLC」 . Negotiateddata.com. 2009年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年2月2日閲覧。
  7. ^ 「イーサネット10/100/1000Mb半二重/全二重自動ネゴシエーションの設定とトラブルシューティング」。Cisco 。 2012年1月12日閲覧。Ciscoは、 802.3uに準拠したデバイスでは自動ネゴシエーションをオンのままにしておくことを推奨しています。
  8. ^ Jim Eggers、Steve Hodnett (2004年7月). 「イーサネット自動ネゴシエーションのベストプラクティス」(PDF) . Sun Microsystems .オリジナル(PDF)から2011年5月20日アーカイブ.自動ネゴシエーションの使用はIEEE 802.3規格であり、お客様はIEEE 802.3u/z規格の「意図」に従い、イーサネット環境に自動ネゴシエーションを実装することが推奨されます。
  9. ^ Rich Hernandez (2001). 「ギガビットイーサネットの自動ネゴシエーション」 . Dell . 2012年1月12日閲覧。
  10. ^ 「オートネゴシエーション; 802.3-2002」(PDF) . IEEE 標準解釈. IEEE. 2006年1月30日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2007年11月5日閲覧。
  11. ^ DP83865 データシート(PDF)、p. 29 、 2023年5月19日取得
  12. ^ IEEE 802.3-2018 付録 28B
  13. ^ 「ポート速度とデュプレックスモードの設定」 . docs.ruckuswireless.com . 2020年9月25日閲覧。
  14. ^ 「IEEE Link Task Force Autodetect、NWay Autodetectの仕様」(PDF) 57ページ。 2011年7月14日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  15. ^ IEEE Std 802.3-2012: IEEE Ethernet標準。IEEEコンピュータ協会。2012年12月28日。ISBN 978-0-7381-7312-2。
  16. ^ IEEE 802.3 条項 28.2.1.2.6次のページ
  17. ^ IEEE 802.3 条項98
  18. ^ IEEE 802.3 付録 98B
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