†この演習は4名1組のグループ単位で行う。†この演習は、以下の項目に関するスキルを習得することを目標とする。†この演習では、以下のネットワーク機材を使用する。*自己所有のLANケーブルを持参すること。†USBシリアル変換ケーブルは以下の2種類がある。使用するケーブルのドライバーをインストールする。*実験で使用するのはこのケーブルです。*不足した場合の予備ケーブルです。†スイッチングハブは、LANネットワークを中継する装置のことである。従来は、同様の役割を果たすものとしてリピータハブがあった。address)のデバイスが接続されたポートのみに転送するが、リピータハブは、全てのポートにコピーを転送する。リピータハブは、イーサネットフレームが送信元ポート以外の全てのポートに転送されるため、効率が悪いだけではなく、関係のないデバイスにも転送されるため、セキュリティ上の問題がある。リピータハブは、半二重通信しか行えない。スイッチングハブは、これらのリピータハブの問題がないほか、全二重通信が行える。スイッチングハブとリピータハブの動作イメージを図1.1に示す。Protocol)パケットをブロードキャストして、スイッチングハブに接続されているデバイスのMACアドレスを調べる。スイッチングハブに接続されているデバイスがARPパケットに応答した場合は、ARPパケットの送信元デバイスはその情報を自身のARPテーブル(デバイスのIPアドレスとMACアドレスの対応表)に保存する。送信元デバイスは、このARPテーブルに基づいて送信先デバイスのIPアドレスをMACアドレスに変換し、送信先デバイスのMACアドレス宛てにイーサネットフレームを転送する。MACアドレスが不明なデバイス宛てのイーサネットフレームについては転送しない。スイッチングハブは、自身の各ポートに接続されたデバイスのMACアドレスを学習してMACアドレステーブル(MACアドレスと接続ポートの対応表)を作成し、これに基づいてイーサネットフレームを送信先デバイスに転送する。Detection:搬送波感知多重アクセス/衝突検出)による通信帯域の効率利用の制約を解消(同一スイッチングハブのポート間の通信でコリジョン(衝突)が起こらない)するメリットもある。†スイッチングハブには、インテリジェント・スイッチングハブと呼ばれるグレードの装置がある。インテリジェント・スイッチングハブは、通常のスイッチングハブに対して、(1)ポートベースVLAN、(2)タグVLAN、(3)STP、などの機能があり、必要に応じてこれらの機能を設定して利用することができる。本実験テーマでは、インテリジェント・スイッチングハブの設定演習を行う。これ以降は、インテリジェント・スイッチングハブをスイッチングハブと略称する。以下のものを箱から取り出して下さい。電源ケーブル(これ以外のものは箱に入れたままにして下さい)USBシリアル変換ケーブル、ロールオーバーケーブルは別途配布します。†PCのUSBポートにUSBシリアル変換ケーブルを接続し、スイッチングハブのCONSOLEポートに接続する。ここで、ロールオーバーケーブルをジョイントケーブルとして使用する。スイッチングハブのコンソールを表示するには、PCのターミナルを起動して以下のコマンドを実行する。(BHC-US01/GPの場合)上記の通りscreenコマンドを実行すると、スイッチングハブのコンソールにアクセスすることができる。スイッチングハブのコンソールにアクセスすると、ログインIDとパスワードの入力を求められる。以下の通り、ログインIDは"admin"、パスワードはナシでログインする。(何も入力せずにEnterキーを押す)SR-S308TL1#*正常にログインできるとプロンプト"SR-S308TL1#"が表示される。†スイッチングハブを設定するには「設定モード」に入る必要がある。設定モードに入るには、以下のコマンドを実行する。(con)SR-S308TL1(config)#*設定モードに入るとプロンプトが"SR-S308TL1#"から"SR-S308TL1(config)#"に変わる。設定した内容を有効化するには、以下のコマンドを実行する。設定モードから抜けるには、以下のコマンドを実行する。現在の設定内容を確認するには、以下のコマンドを実行する。r)*"show"コマンドの後ろに様々な引数をつけることでスイッチングハブの状態を調べることができる。†その時点で実行可能なコマンドや引数の候補リストを表示するには、以下のコマンドを実行する。(Tabキー)*ログインモードで実行できるコマンドの候補リストを表示する例。(Tabキー)*showコマンドの後ろにつける引数の候補リストを表示する例。LAN)とは、物理的な装置構成によって別々のLANセグメントを構成するのではなく、スイッチングハブなどを使って、仮想的にLANセグメントを構成する技術のことである。VLANを利用する主な目的は、LANネットワークを仮想的に分割することで、ネットワークの利用方法やセキュリティレベルが異なるデバイス同士を論理的に直接通信させないことである。複数のLANセグメントを構成したい場合、装置構成を変更せずに柔軟にLANセグメント構成を変更できるため、コスト的なメリットもある。†スイッチングハブは、同一スイッチングハブのポートをグルーピングして、グループごとに異なるLANセグメントを作ることができる。これを、ポートベースVLANと呼ぶ。図3.1では、ポートNo.1〜4、ポートNo.5〜7、ポートNo.8は、それぞれ異なるLANセグメントになっている。ポートベースVLANのモデル構成】ポートベースVLANでは、VLANごとにMACアドレステーブルが独立しており、異なるVLAN同士が直接通信することはできない。同一装置の中に、別々のスイッチングハブを仮想的に作ることができる。図3.1の通りにスイッチングハブにポートベースVLANを設定する。初期状態の各ポートのVLAN設定状況を確認する。上記のコマンドを実行すると、以下のような結果が表示されるはずである。1上記の結果の意味は、以下の通りである。全てのポートがVLAN-ID(VID):1に所属している。全てのポートがuntaggedモードである。定義されているVLANの種類はトータルで1つである。設定モードに入り、ポートNo.1〜4にuntagモードでVLAN-ID:10を設定する。ポートNo.5〜7にuntagモードでVLAN-ID:20を設定する。設定した内容を有効化し、設定モードから抜ける。(en)*()は省略形VLAN設定状況を確認する。上記のコマンドを実行すると、以下のような結果が表示されるはずである。3上記の結果の意味は、以下の通りである。ポートNo.1〜4がVLAN-ID(VID):10、ポートNo.5〜7がVLAN-ID(VID):20、ポートNo.8,9がVLAN-ID(VID):1に所属している。全てのポートがuntaggedモードである。定義されているVLANの種類はトータルで3つである。ここまでで、以下の設定になっていればok。†ポートベースVLANの設定が正しく行えているか確認する。2台のPCに以下のネットワーク設定を行う。PC1とPC2は同じサブネットに所属している。†スイッチングハブは、複数のスイッチングハブをまたいでそれぞれのポートをグルーピングして、グループごとに異なるLANセグメントを作ることができる。これを、タグVLANと呼ぶ。図3.2では、スイッチ[1]とスイッチ[2]のポートNo.1〜4、スイッチ[1]とスイッチ[2]のポートNo.5〜7は、それぞれ同じLANセグメントになっており、スイッチ[1]とスイッチ[2]のポートNo.8は2つのスイッチ間でVLAN情報を共有して通信するためのトランクポートになっている。タグVLANのモデル構成】タグVLANは、ポートベースVLANと同様に、VLANごとにMACアドレステーブルが独立しており、異なるVLAN同士が直接通信することはできない。複数のスイッチングハブをまたいで、別々のスイッチングハブを仮想的に作ることができる。図3.2の通りにスイッチングハブにタグVLANを設定する。スイッチ[1][2]とも、3.2.2節で行った設定に加えて、以下の設定をする。設定モードに入り、ポートNo.8にtagモードでVLAN-ID:10,20を設定する。設定した内容を有効化し、設定モードから抜ける。(en)*()は省略形VLAN設定状況を確認する。上記のコマンドを実行すると、以下のような結果が表示されるはずである。3上記の結果の意味は、以下の通りである。ポートNo.1〜4がVLAN-ID(VID):10、ポートNo.5〜7がVLAN-ID(VID):20、ポートNo.9がVLAN-ID(VID):1に所属している。ポートNo.8以外がuntaggedモードである。*ポイント定義されているVLANの種類はトータルで3つである。ここまでで、以下の設定になっていればok。†タグVLANの設定が正しく行えているか確認する。2台のPCに以下のネットワーク設定を行う。PC1とPC2は同じサブネットに所属している。(=同一LANセグメントのポートに接続すれば相互に疎通確認できるはず)スイッチ[1][2]のポート8同士を接続する。†イーサーネットでは、同一LANセグメントのポート同士を接続すると、ループ(閉路)ができる。ループの例を図4.1、図4.2に示す。ループの例(2)】LANセグメント上にループができると、次の例ような問題が生じる。図4.3において、LAN1セグメントに所属するデバイスAが、同じくLAN1セグメントに所属するデバイスBにイーサーネットフレームを送信することを例に説明する。1.1節で説明した通り、まず、デバイスAは、デバイスBのMACアドレスを調べるために、ARPパケットをブロードキャストする。次に、デバイスAからのARPパケットを受信したスイッチ[1]は、ARPパケットを受信したポート以外のLAN1セグメントの全てのポートにARPパケットを転送する。ここで、2つのスイッチのLAN1セグメントは、ポートNo.2とポートNo.8の間でループができているが、スイッチ同士はループの存在を知らないため、受け取ったARPパケットは無条件に受け取ったポート以外の全てのポートに転送してしまい、ポートNo.2とポートNo.8の間でARPパケットの無限増殖が始まってしまう。これを、ブロードキャストストームと呼ぶ。ループの例(3)】ブロードキャストストームが発生すると、通信帯域やスイッチの処理能力を大量に消費することになり、ループがあるLANセグメントだけでなく、関係のない他のLANセグメントの通信にも影響を与える場合がある。Protocol)を用いる。†STPでは、スイッチングハブ同士の接続状態をスパニング木(閉路を持たないグラフ)で表すことによって、論理的にループを解消することができる。Unit)をスイッチ間で交換し合うことでスパニング木を形成する。ループがあった場合は、論理的にブロックするポート(ブロッキングポート)とフォワードするポート(フォワーディングポート)を決定する。STPの動作プロセスは、次の通りである。ID)値を持つスイッチングハブをルートブリッジとして選出する。(計8バイト)の値を取る。ルートブリッジは、上記の式の通り、デフォルトの設定では、MACアドレスが小さいデバイスが選出される。STPでは、全てのスイッチの状態が収束するのにデフォルトの設定では最大50秒かかる(収束するまでスイッチングハブはイーサネットフレームを転送できない)。通常はデフォルトの設定でSTPを運用しても問題ないケースが殆どであるが、大規模なネットワークにおいて、頻繁にネットワークから離脱や復帰を繰り返すスイッチングハブがルートブリッジに選定された場合は、ネットワーク全体が不安定になる(頻繁にSTPの再計算が起こる)。このため、意図的にブリッジ優先度を設定して、あらかじめルートブリッジになるスイッチングハブを決めておくことができる。次に、ルートブリッジではないスイッチでは、ルートブリッジへの最小コストのポート(1つ)をルートポートとして選出する。コストは基本的にポートの帯域幅で決定される(帯域が大きいほど優先される)。ポートの帯域が同一の場合は、ポート番号が小さいポートが優先される。Port)として選出する。コストは基本的にポートの帯域幅で決定される(帯域が大きいほど優先される)。ポートの帯域が同一の場合は、ポート番号が小さいポートが優先される。ルートブリッジの全てのポートは自動的に指定ポートになる。最後に、ルートポートにも指定ポートにも選出されなかったポートを閉塞する。以上でスパニング木が形成され、STPによるスパニング木の形成プロセスが収束する。これ以降も定期的にスイッチ間でBPDUを交換し、ネットワークトポロジーに変更があれば、随時、上記のプロセスが再実行される。†スイッチにSTP設定をする前に、実際にブロードキャストストームの発生の様子を観察する。図4.3におけるスイッチ[1][2]について、3.3.2節で行った設定をする。(この時点では、PCを接続する2本のLANケーブルはスイッチから抜く(接続しない)こと)次に、デフォルトで有効になっているSTPを無効化する。設定モードに入り、以下の設定をする。設定した内容を有効化し、設定モードから抜ける。(en)*()は省略形ここで、図4.3の通りにスイッチングハブ同士を2本のLANケーブルで接続する。ここまでで、以下の設定になっていればok。SR-S308TL1の設定(スイッチ[1][2])確認事項PC1をスイッチ[1]の1番ポート,PC2をスイッチ[2]の1番ポートに接続した場合に、ブロードキャストストームが発生するか?(PCをスイッチに接続するだけでブロードキャストストームが発生するはずである)(PCにはIPアドレスを設定する必要はない)ブロードキャストストームの確認方法スイッチングハブのポートのステータスランプの点滅状況を確認する。以下のコマンドを実行して、スイッチングハブのポートのパケットカウンタの増加状況を確認する。図4.3におけるスイッチ[1][2]について、それぞれSTPを設定する。ここで、スイッチ[1]が必ずルートブリッジに選出されるように、BIDを意図的に調整することとする。スイッチ[1][2]とも、4.3節で行った設定に加えて、以下の設定をする。(この時点では、PCを接続する2本のLANケーブルはスイッチから抜く(接続しない)こと)設定モードに入り、STPを有効化する。s)*()は省略形さらに、スイッチ[1]では、BIDを最小とするため、ブリッジ優先度を"0"に設定する。設定した内容を有効化し、設定モードから抜ける。(en)*()は省略形ここで、図4.3の通りにスイッチングハブ同士を2本のLANケーブルで接続する。各スイッチのSTP設定状況を確認する。スイッチ[1][2]で、以下のコマンドを実行する。上記のコマンドを実行すると、以下のような結果が表示されるはずである。stp上記の結果の意味は、以下の通りである。(スイッチ[1])ブリッジ優先度は"0"である。スイッチのMACアドレスは"8c:73:6e:a1:07:30"である。STP無効時にBPDUは転送しない。BPDU送信間隔は"2秒"、BPDU最大有効時間は"20秒"、BPDU最大中継遅延は"15秒"である。STPのモードは"STP"である。(スイッチ[2])ブリッジ優先度は"32768"である。スイッチのMACアドレスは"8c:73:6e:a1:07:80"である。STP無効時にBPDUは転送しない。BPDU送信間隔は"2秒"、BPDU最大有効時間は"20秒"、BPDU最大中継遅延は"15秒"である。STPのモードは"STP"である。次に、スイッチ[1][2]で、以下のコマンドを実行する。上記のコマンドを実行すると、以下のような結果が表示されるはずである。0上記の結果の意味は、以下の通りである。(スイッチ[1])eth2(ether2)はフォワードポートである。eth2(ether2)は指定ポートである。eth8(ether8)はフォワードポートである。eth8(ether8)は指定ポートである。(スイッチ[2])eth2(ether2)はフォワードポートである。eth2(ether2)はルートポートである。eth8(ether8)はブロックポートである。ここで、今回使用しているスイッチングハブ(SR-S308TL1)では、ポートの帯域が同一の場合は、ポート番号が小さい順にポート指定されることに注意が必要である。上記の結果、形成されたスパニング木は、図4.4のようなイメージになる。スパニング木のイメージ】ここまでで、以下の設定になっていればok。†STPの設定が正しく行えているか確認する。2台のPCに以下のネットワーク設定を行う。PC1とPC2は同じサブネットに所属している。(=同一LANセグメントのポートに接続すれば相互に疎通確認できるはず)確認事項PC1をスイッチ[1]の1番ポート、PC2をスイッチ[2]の1番ポートに接続した場合に、相互にpingの応答があるか?PC1をスイッチ[1]の6番ポート、PC2をスイッチ[2]の6番ポートに接続した場合に、相互にpingの応答があるか?(後者はping応答がないはずである。Protocol)がある。RSTPは、STPに比べてネットワークトポロジーの収束が高速(数秒程度)でSTPとの互換性がある(共存できる)というメリットがある。MSTPは、複数のLANセグメント(VLAN)ごとにSTPを形成することで、LANセグメントごとのスイッチの負荷を分散することができる。ネットワークの規模や複雑度に応じて、これらのループ防止の機能を使い分けることが重要である。†LANケーブルは、大きく分けて以下の3つの種類がある。同軸ケーブルは、導体を絶縁体で囲み、その外側を被覆したケーブルである。引き回しが難しく高速化にも向かないため、現在ではほとんど使用されていない。10BASE5、10BASE2などで使用される。次に、ツイストペアケーブルがある。ツイストペアケーブルは、細い銅線をポリエチレンで被覆し、撚り合わせたものである。引き回しが容易で安価であり、1〜10Gbpsの高速通信が可能であるため、現在最も普及している。Pair)に分類される。STPケーブルは導体がシールドされておりノイズに強いが、コストが高いことから、一般的にはUTPケーブルが利用されている。ツイストペアケーブルは、専用の工具を使って簡単に作成することができる。10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、10GBASE-Tなどで使用される。最後に、光ファイバケーブルがある。光ファイバケーブルは、ガラスやプラスチックでできたケーブルに光を入射し、透明なケーブルの中を光が伝播することで信号を伝送する。1〜10Gbps以上の高速通信が可能であり、長距離通信が可能であるが、ツイストペアケーブルに比べてコストが高く、扱いが難しいことから、フロア内の配線ではなく、建物間やフロア間、あるいは、遠隔接続用に使用されている。100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX、10GBASE-SR、10GBASE-LR、10GBASE-ERなどで使用される。†UTPケーブルには、ストレートケーブル、クロスオーバーケーブル、ロールオーバーケーブルの3種類がある。ストレートケーブルは、コンピューターとスイッチングハブ、ルーターとスイッチングハブなど、異なる種類のデバイス同士を接続するために用いるケーブルである。次に、クロスオーバーケーブルは、コンピューターとコンピューター、ルーターとルーター、スイッチングハブとスイッチングハブなど、同種のデバイス同士を接続するために用いるケーブルである。最後に、ロールオーバーケーブルは、ルーターやスイッチングハブのシリアルポートにコンソール接続するために用いるケーブルである。最近のネットワークデバイスは、ストレート、クロスオーバーを自動認識する機能(Auto-MDIx機能)が備わっているものが多く、同種のデバイス同士の接続でもストレートケーブルを使うことができる場合がある。本実験テーマでは、UTPケーブルを実際に作成してみる。UTPケーブルの結線を図5.1に示す。※左上の図は、導線挿入口は奥側である。ストレートケーブルの結線は、両端で同じ並び(ストレート結線)となる。次に、クロスオーバーケーブルは、片側がストレート結線、もう片側がクロス結線となる。最後にロールオーバーケーブルは、片側がストレート結線、もう片側がストレート結線を完全に逆にした結線となる。各グループごとに、UTPケーブルを作成してみる。どのタイプのケーブルを作成するかは、教員の指示に従って下さい。以下の材料及び工具をグループごとに受け取って下さい。皮むき工具を使ってUTPケーブルの端の外被を2cm程度むく。このとき、ケーブルの中の導線や被膜を傷つけないように注意する。(図5.2)【図5.2】1本1本の導線を決められた結線の通りに並べる。(図5.3)【図5.3】*写真はまだ結線を並べる前である。ケーブルカッターを使い、導線の長さを均一(12mm程度)にそろえる。結線の並びが崩れないように注意しながら導線をRJ45コネクタに差し込む。このとき、RJ45コネクタの上下の向きを間違えないように注意する。全ての導線がRJ45コネクタの最深部まで差し込まれているか確認する。ケーブルの外被がRJ45コネクタの圧着爪に押さえつけられる位置にあるか確認する。(図5.5)【図5.5】かしめ工具を使ってRJ45コネクタとケーブルをかしめる。以上の作業をもう一方の端でも同様に行う。ケーブルテスターを使って結線状態をチェックする。最後に、教員又はTAに作成したケーブルのチェックを受ける。†この演習の理解度を確認するため、実技テストを行う。実技テストはグループ単位で行う。*印刷版も配布します。機材を片付ける前に、スイッチングハブの設定を初期化する。スイッチングハブにログインして、以下のコマンドを実行する。clear各機材は、同梱品を含めて紛失がないように取り扱うこと。(片付ける際は、本体は箱に貼られた番号の通りに箱詰めすること)USBシリアル変換ケーブル、ロールオーバーケーブル、貸出LANケーブルは別回収です。†システムエンジニアにとって、ネットワーク構築技術は、サーバー構築やプログラミング技術と並んで、最も重要なスキルの一つである。学生のうちに、IPアドレス設計を始め、ルータやスイッチングハブの基本的な動作原理や設定方法を理解しておくと、将来必ず役に立つはずである。実習機材は、実験室(403)に保管されているので、興味のある者は積極的に事後学習で活用してほしい。