EEE

Energy Efficient Ethernetの略

・省電力型イーサネット

・省電力化のための手法
　　　（１）ＬＰＩ (low power idle)
           イーサネットでは，常に帯域を使い切っているわけではないので，
          使わないときは，ＭＡＣ層のチップへの電力供給をとめることで消費電力をへらす．

　　　（２）ＲＰＳ (rapid PHY selection)
　　　　物理層のＰＨＹのチップを制御して，消費電力を削減する．イーサネット上の実際の
           トラフックが少なくなったときに，例えば，伝送速度を１Ｇ bpsから１００Ｍ bps，
          １０Ｍbpsに順次おとすなどする．

・ＥＥＥ　Draft1.0では，ＬＰＩだけが採用されている．

IA（アイエー）

Intel Architecture

　Intel社のマイクロプロセッサの基本設計(アーキテクチャ)の総称。大きく分けて、i386からスタートした、Pentium・Celeronシリーズに代表される32ビットマイクロプロセッサのIA-32アーキテクチャと、Itaniumからスタートした64ビットマイクロプロセッサのIA-64アーキテクチャの2つがある。

　IA-64は超高性能エンタープライズサーバ・超高性能ワークステーション向けで、それ以外の分野はIA-32が担当する。IA-32とIA-64は設計思想が根本的に異なるが、IA-64ではIA-32をエミュレートできるようになっているため、IA-64はIA-32の上位互換となっている。

　ちなみに、「IA」という言葉を単独で用いる場合は前述の通り総称を意味するが、まれに「IA」単独でIA-32を指すことがある(逆にIA-64を指す場合はほぼ確実にそう明記されている)。

MACフレーム

・イーサネットのフレームフォーマット（フレーム形式）
・ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，媒体アクセス制御）

・ＩＥＥＥ８０２．３で規定されている．

ＭＡＣフレームの定義：　プリアンブル/SFD ～FCS　までを指す
ＭＡＣフレーム長の定義：プリアンブルを除いた，あて先アドレス（ＤＡ）～ＦＣＳまでを指す．

■ＭＡＣフレームの構成

１．イーサネットＭＡＣフレームの構成（ＶＬＡＮタグなしの場合：アンタグフレーム）　
有効フレーム長(DA-FCS)の範囲(64-1518B)

プリアンブル/ＳＦＤ(8B)| 宛先アドレス(6B)|送信元アドレス(6B)|Type/Len(2B)|ユーザデータ,PAD(46-1500B)|FCS(4B)

２．VLANタグありの場合 有効フレーム長(DA-FCS)の範囲(64-1522B)

プリアンブル/ＳＦＤ(8B)| 宛先アドレス(6B)|送信元アドレス(6B)|VLANタグ(4B)|Type/Len(2B)|ユーザデータ,PAD(42-1500B)|FCS(4B)
      
２．プリアンブル/ＳＦＤフィールド

・ＭＡＣフレームの先頭に付加され，ここからＭＡＣフレームが開始することを表す．全８バイトのうち，前半の７バイトがプリアンブルで，最後の１バイトがＳＦＤになっている．ＳＦＤの１バイトは，その直後からＭＡＣフレームの中身が始まることを表す．

（２－１）プリアンブルのデータ形式

・１，０のビットが交互に５６ビット（７バイト）連続するパターンになっている．

（先頭）10101010  10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010

（２－２）ＳＦＤ(Start of Frame Delimiter)
その直後からＭＡＣフレームの中身が始まることを表す．
プリアンブルとビットパターンを変えてあり，最後に１が２つ連続する．

（先頭）10101011

※1010が連続するビットパターンは，初期のイーサネット(10BASE5,10BASE2,10BASE-T)で使用されるマンチェスタ符号化において，10MHz周期の矩形波の送信信号を形成し，受信側において同期確立を容易にする
働きをした．10BASE-Tより新しいイーサネットでは，マンチェスタ符号化は，用いられていないが，1010のビットパタンはＭＡＣフレームのプリアンブル/SFDとして，使用されている．

※プリアンブル短縮(Preamble Shirinkage)
８バイトのプリアンブル/SFDが伝送路上で７バイトに短縮されることがある現象のこと．
ファーストイーサネット，ギガビットイーサネットでは，ＭＡＣフレームとＭＡＣフレームの間に
「アイドル符号セット」を送信する．ギガビットイーサネットのアイドル符号セットは，２バイト単位に
なっているため，たまたま，送信フレームの先頭がアイドル符号セットの境界に一致しなかった場合，
プリアンブル/SFDを１バイト削って，その分先頭をずらして，送信することが規定されている．

・プリアンブル短縮がおこるのは，１０００ＢＡＳＥ－Ｘファミリーのみ
→アイドル符号セットとして，２バイト単位の符号セットを使用しているため．

・１０Ｇイーサの場合，プリアンブル短縮はおこらない．
→プリアンブルを短縮するのではなく，符号セットの境界に合わせて，
フレームの送信開始自体を遅らせたり，早めたりする手法をとっているため．

３．宛先アドレス(DA)/送信元アドレス(SA)

宛先アドレス：ＭＡＣフレームを届ける宛先の端末のアドレス
送信元アドレス：ＭＡＣフレームを送信した元の端末のアドレス

イーサネットでは，これらのアドレスとして，それぞれ４８ビット（６バイト）
のＭＡＣアドレスを使用している．

（３－１）ＭＡＣアドレスの構成

４８ビットのＭＡＣアドレスは，ＩＥＥＥの管理(ベンダに識別番号として割り当てるベンダ識別番号)と，
ＮＩＣベンダの管理（製造番号）によって，世界で唯一のＭＡＣアドレスになる．
ベンダは，この番号をＮＩＣボードやスイッチに書き込んで出荷する．

I/G (1bit)| U/L (1bit) | ベンダ識別番号(22bit) | 製造番号(24bit)

I/G:(Individual/Group) 　
　　０のとき：アドレスが特定のアドレス（個別アドレス，ユニキャストアドレス）を指す
　　１のとき：複数端末を指すか（マルチキャストアドレス）について表す．

U/L(Unique/Local)
     ０のとき：グローバルアドレス（ＭＡＣアドレスがＩＥＥＥから正式に取得された世界的に唯一無二のアドレス）
　　１のとき：ローカルアドレス（ユーザーまたはネットワーク管理者が独自に割り当て，
　　　　　　　　ローカルで運用，管理されているアドレス）
　　　
　　
ベンダ識別番号：ＩＥＥＥから取得
製造番号：ベンダが管理

※グローバルアドレスの先頭２４ビットは，「ＯＵＩ」とよばれ，ＩＥＥＥで申請企業に対して，重複しないようにユニークに割り当てている値（ネットワーク機器ベンダの識別番号）
例えば，Ａ社に対して，0x00-46-11というＯＵＩが割り当てられた場合，Ａ社から出荷されるイーサネット製品には，0x00-46-11-xx-xx-xxというグローバルアドレスがつけられて出荷される．

ＯＵＩ：Organizationally Unique Identifier

４．Type/Length

・２バイトのフィールド
・設定された値によって，２通りの解釈がある．

（１）値が１５００以下のとき
→Ｌｅｎｇｈ解釈になる．

Type/Legthフィールドが，ＭＡＣフレームの最大ユーザーデータ長（１５００バイト）以下の値を
とる場合，この値は，ユーザーデータ長(Length)を表すことになる．

（２）値が１５３６以上(0x0600)のとき
→Type解釈になる．

上位プロトコル（ネットワーク層プロトコル：ＩＰなど）のプロトコルタイプを表している．
Etherタイプ値は，ＩＥＥＥにおいて割り当てが行われている．

主なタイプ値

0x0800  :　ＩＰ
0x0806  :  ARP
0x8100 : 802.1Q Tagged VLAN
0x8137:  Novell IPX
0x8808: MPCP
0x8809:OAM slow protocol


５．データ（ユーザーデータ）

・ＭＡＣの上位層のユーザーデータが格納されている（例えば，ＩＰパケットのようなネットワーク層
の形式のデータ）

・データの長さが最小の４６バイトに満たない場合，ＰＡＤとして４６バイトになるようにする．

・Type/Lenをtype解釈する場合(1536(0x0600)以上）は，ＰＡＤの付加および削除は上位プロトコル
（ネットワーク層）の役割になっている．

６．ＦＣＳ（フレームチェックシーケンス）

・ＭＡＣフレームの誤り検査
・ＭＡＣフレームのプリアンブルを除いた，ＤＡ～ユーザデータ（ＰＡＤを含む）までの範囲
のデータについて，チェックサム計算を行った結果を格納する．

ＦＣＳは，ＭＡＣフレームの送信時に付加され，受信側で同じ計算を行った結果，値が
一致するかどうか確認する．（計算方法は，３２ビットのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check 巡回冗長検査）
方式）値が一致しない場合，ＭＡＣフレームが伝送の途中でビット誤りを発生したとみなして，
そのＭＡＣフレームは廃棄する．
３２ビットＣＲＣが用いられるため，ＦＣＳフィールドをＣＲＣと呼ぶ場合もある．

７．ＶＬＡＮタグフレーム

・１９９８年のIEEE802.1Q規格(IEEE 802.1Q VLAN)に基づくＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ　ＬＡＮ，仮想ＬＡＮ）
でＭＡＣフレームの拡張が行われた．

・ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ
ＶＬＡＮの動作およびタグに含まれる情報を規定している．
フレームの拡張の規定はＩＥＥＥ８０２．３ac（ＶＬＡＮ　ＴＡＧ）

■フレームの構成　有効フレーム長(DA-FCS)の範囲(64-1522B)
プリアンブル/ＳＦＤ(8B)| 宛先アドレス(6B)|送信元アドレス(6B)|VLANタグ(4B)|Type/Len(2B)|ユーザデータ,PAD(42-1500B)|FCS(4B)

・ＶＬＡＮタグフレームは通常のＭＡＣフレームに４バイトのＶＬＡＮタグを挿入したもの．
最大長は１５００のまま．
ＭＡＣフレームのフレーム長最大値が１５１８→１５２２バイトになる．
最小値６４は変わらない．（データサイズの最小値が４６→４２バイトになった）

（７－１）ＶＬＡＮタグ　　４バイト

先頭の２バイトは，イーサネットのタイプ値（0x8100）
→フレームがＩＥＥＥ８０２．１Ｑ　ＶＬＡＮに基づくＶＬＡＮタグフレームであることを示す．
残りの２バイトにタグ制御情報を格納する．

・タグ制御情報の内容

User Priority(3bit) | CFI bit(1bit) | VID (12bit)

・User Priority(3bit)　オプション

VLANタグフレームの優先度を表す．３ビットなので，８種類の優先度を設定することができ，
スイッチングＨＵＢ（レイヤ２スイッチ）などにおいて，これをもとに，ＭＡＣフレームを中継する際に
優先制御を行うことが可能．

・CFI bit(1bit)　　Canonical Format Indicator

キャノニカル形式の識別を意味する．キャノニカルとは，正統なという意味の英語．

キャノニカル形式（Little Endian)とは，１バイトのＬＳＢ（１バイトの最小ビット）が，送信ビット列の
一番先頭となるビット配列形式を意味している．

逆に非キャノニカル形式(Big Endian)とは，１バイトのＭＳＢ（１バイトの最大ビット）が送信バイト列の
先頭となるビット配列形式を表す．

イーサネット，ＦＤＤＩ　→キャノニカル形式
トークンリング→非キャノニカル形式

ＣＦＩ　０のとき：キャノニカル形式（送信元がキャノニカル形式であることを示す）
ＣＦＩ　１のとき：非キャノニカル形式（送信元が非キャノニカル形式であることを示す）

全ポートがイーサネットのＬ２スイッチの場合，データ部に含まれるＭＡＣアドレスの
キャノニカル形式を意識する必要はない．→ＣＦＩ＝１の値をもつＶＬＡＮタグフレームが
到着（トークンリングＬＡＮからブリッジを介して，イーサネットＬＡＮに中継されたフレーム）しても
レイヤ２のアドレス情報にもとづき，このフレームを中継することができる．

・VID(12ビット）

VID(VLAN Identifier)とは，仮想ＬＡＮの識別番号（VLAN ID)を示す．
１２ビットのとりうる範囲　０～４０９５ですが，通常のＶＬＡＮ　ＩＤとしては，１～４０９４が使用可能．

ＶＩＤ＝０は，無ＶＬＡＮ　ＩＤ（null VLAN ID)：
　　ユーザープライオリティビットに基づく優先度のみを指定する場合に使用する．
ＶＩＤ＝４０９５
　　スイッチ内部の管理処理などに使用するために未使用となっており，通常のＶＬＡＮ　ＩＤ
として使用することは，禁止されている．



































 

ＤRAM

■ＤＲＡＭは，ＣＰＵコア，各種アクセラレータなどから頻繁にアクセスされる．
そのため，ＣＰＵやアクセラレータ，ＬＳＩの内部バスをいくら高速化しても，
メモリアクセス速度がそれに対応していなければ，システム全体の高速化は，はかれない．

■現在の主流は，ＪＥＤＥＣが２００３年に策定したＤＤＲ２－ＳＤＲＡＭ．

■ＤＲＡＭテクノロジーマップ

ＤＲＡＭ　→　ＳＤＲＡＭ　→　ＤＤＲーＳＤＲＡＭ　→　ＤＤＲ２ーＳＤＲＡＭ　
→ＤＤＲ３ーＳＤＲＡＭ

※省電力化や高速化をはかった，Ｍｏｂｉｌｅ－ＳＤＲ，Ｍｏｂｉｌｅ　ＤＤＲ（ＬＰ　ＤＤＲ１），ＬＰＤＤＲ２などがある．

■動作周波数

ＤＤＲ－ＳＤＲＡＭ　（１００ＭＨｚ（ＤＤＲ－２００）－２００Ｍｈｚ（ＤＤＲ－４００））
ＤＤＲ２ーＳＤＲＡＭ（２００ＭＨｚ（ＤＤＲ２－４００）－４００ＭＨｚ（ＤＤＲ２－８００））
ＤＤＲ３－ＳＤＲＡＭ（４００ＭＨｚ（ＤＤＲ３－８００）～）

ＬＰＤＤＲ２－ＳＤＲＡＭ（１６６ＭＨｚ－５３３ＭＨｚ）


　　　

1G/10Gイーサ物理層

■ＯＳＩモデルとの対応

ＭＡＣ層　　（データリンク層）
--------------
ＲＳ副層　　　（物理層）
--------------
GMII　　　　　（物理層）
---------------
PCS　　　　　（物理層）
PMA
PMD
-----------------
fiber

■ ＧＭＩＩ：ギガビットＥｔｈｅｒ媒体非依存ＩＦ

・Ｇｉｇａｂｉｔ　Media Independent Interface
・IEEE802.3z で規定．
・光ファイバの種類ごとに異なる物理層に共通につかえる，ＭＡＣ副層と物理層とのインターフェース
(1000BASE-PX,LX,BX,SX,FXなどで共通)
・ＭＡＣのフレーム形式を１２５ＭHz,8bitのパラレルデータに変換する．
・１０Ｇ用にXGMII(312.5(156.25MHz DDR),32bit)，ＸＡＵＩ（シリアルＩＦ）がある．

■ＧＭＩＩの原理

 ＭＡＣ副層からのデータをパラレルデータ(8bit/125MHz)にし,クロック信号，イネーブル信号とともに，物理層にわたす．

■ＰＣＳ（Ｐhisical Coding Sublayer ）

データの符号化をする．
符号化の種類
８Ｂ/10B符号化（１Ｇ），64B/66B符号化(10G)
マンチェスタ符号化(10BASE-T),４Ｂ/5B,
8B/1Q4．．．

※媒体依存で色々ある．

■なぜ符号化するのか？

（１）受信側で受信した信号からＭＡＣフレーム列を正しく復元できるようにする．
（２）信号の素性をよくし，受信しやすくする．
（３）伝送媒体中での減衰や波形ひずみをへらして，到達可能距離をのばす．（確保する）→ＦＥＣでも実現している内容

ＵＴＰ，光ファイバなど，さまざまな伝送媒体で符号化方式はかわる．

受信側で波形をタイミング抽出して，再生するときに，
０，１のどちらかが，連続しすぎていると，正しく再生受信できないので，符号化によって，ある程度の頻度で必ず，変化させるようにする．

■イーサネットの符号化の特徴

可変長フレーム（ＭＡＣフレーム）に適したブロック符号化方式（*1)が多用されていること．

(*1)ブロック符号化
・データを小分けにしたブロック単位（例:８bit)ごとに，冗長度のある符号語(例:10bit)に変換すること．
・物理層の機能（媒体に適した符号化を実施）
・ＭＡＣは，すべてのイーサで共通．符号化方式は，速度，また速度が同じでも媒体ごとに異なる場合がある．

■ 8B/10B符号化とは？

ＭＡＣフレームで8bit単位で冗長度のある符号語２bitをつけて10bitにする方式
・ＩＢＭが，１９８３年に発明し，１９９４年にファイバチャネル規格が採用し，ギガビット・イーサネットが借用したことで，広く普及した．

補足（１）ＦＥＣの層は，ＰＣＳとＰＭＡの間．

■８Ｂ/10B符号の特徴，原理

・「０」，「１」の個数差が３以上にならないように符号化（ＤＣバランスの確保）
・ＲＤ(今までに出力した０，１の累積個数の差)に応じた動的符号化で，コンマパターン，特殊符号語，ビット誤り検出を提供
・5B/6B符号，3B/4B符号の組み合わせなので，単純なハードウェア化が実現可能

■６４Ｂ／６６Ｂスクランブル符号化

・１０ＧＢＡＳＥ－Ｒファミリーで採用
・ＭＡＣ副層からＸＧＭＩＩにとどいた送信データをシリアル信号の送受信に適した符号に変換（６４ビットごとに２ビットのヘッダをつけて，符号化し，６６ビットにする．
・光通信に必要なＤＣバランス，反転密度，符号同期をスクランブラで統計的に処理し，信号伝送の信頼性を高める．
・ １＋Ｘ^39+X^58の多倍長演算で統計的にいい感じにバラける．

■１０ＧｂＥで64B/66Bを使う理由

・WAN仕様規格(10GBASE-W)ではSONET/SDHの規格に合わせる必要があった。
・光ファイバにおいて、8B/10B符号化方式だと通信速度を上げ過ぎてしまうため送信時の加熱に耐えられないという問題があった。 （１Ｇ：２５％，１．２５Ｇｂｐｓ）
・32bit(XGMII)の倍数なら回路が簡単になり、64B/66Bならば8B/10B符号化への対応も可能だった。

■ＰＭＡ（Phisical Medium Attachment）

・ＰＣＳで符号化した，パラレルデータ(10bit/125Mz)をシリアルデータ(1.25Gbps)に変換する．あるいは，その逆．
・変換方式：ＮＲＺ

■光ファイバ

・ＧＥ－ＰＯＮで使用する光ファイバは，１０００ＢＡＳＥ－ＰＸ１０（１０Ｋｍ）または，
１０００ＢＡＳＥ－ＰＸ２０（２０ｋｍ）
・光ファイバのモードには，ＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Mode Fiber）とＭＭＦ(Multi Mode Fiber)
がある．

 

 

 

 

 

・ ＳＭＦは，長距離を伝送させても減衰しにくい．

 

・ ＧＥ－ＰＯＮの１０００ＢＡＳＥ－ＰＸで使用する， 光ファイバは，ＳＭＦ．

■Burst 信号とは？

バースト(*1)伝送方式
送信すべきＭＡＣフレームが存在するときだけ，電位差，光強度を発生させる方式．信号は１つも固まりとして送られ，固まりと固まりの間には，信号自体が存在しない方式．

→それぞれの固まりの先頭でビット同期を取り直す必要あり．
※ＧＥ－ＰＯＮの場合，下りは，ＴＤＭですが，上りは，ＴＤＭＡなので，バーストになる．ＯＬＴの受信側にバースト信号処理用の回路があるのはそのため．

(*1)バースト：間欠的

・ＣＤＲ（Clock and data recovery）
受信信号から，ばらつきのある位相を検出し，
受信データを再生するためにクロックを抽出する．（ビット同期）

■１０ＧｂＥトランシーバ（ＭＳＡ）の種類

 

第１世代：300pinトランスポンダ
電気ＩＦ：XSBI(644Mbps×１６ｃｈ）
第２世代：ＸＥＮＰＡＫ，Ｘ２
電気ＩＦ：XAUI(3.125bps×４ｃｈ）
第３世代：ＸＦＰ
電気ＩＦ：ＸＦＩ（１０Ｇｂｐｓ×１ｃｈ）
第４世代：ＳＦＰ＋

■ＭＳＡとは？

ＭＳＡ（Multi Source Agreement：メーカー間製造契約）

背景：10GbE 規格(IEEE802.3ae)では，光トランシーバの物理的寸法，電気コネクタ形状，ピン配置は，規定なし．

→ベンダごとに色々できてしまい，不便
→複数のベンダ同士で，寸法，ピンアウトをあわせる契約を結んだ．
→現在，デファクト標準になっている．

■電気ノイズの主な種類

高性能化に伴う消費電力増大への対策、あるいは環境への負荷低減を目指した低消費電力化といったニーズに対応するため、半導体デバイスの動作電圧は徐々に引き下げられてきました。その結果、ノイズ・マージンも減少し、半導体は以前より電気ノイズの影響を受けやすくなっているのです。半導体に誤動作などの影響を及ぼす電気ノイズは、主に以下のようなものがあります。 

電源系ノイズ
同時スイッチング・ノイズ
半導体デバイス内では、膨大な数のトランジスタがオンとオフの切り替え（スイッチング）を繰り返しています。一般に、この切り替えタイミングはトランジスタごとにバラバラなのですが、偶然そのタイミングが合ってしまと電源／グラウンドの電位が大きく変化し、同時スイッチング・ノイズが発生。デバイス誤動作の可能性を高めてしまいます。 信号系ノイズ
クロストーク・ノイズ
平行して走る信号線同士が影響し合うことで発生するノイズです。信号線が接近しているほど、平行している距離が長いほど、クロストーク・ノイズは大きくなり、半導体デバイスが誤動作する原因となります。
→電磁誘導によるもの

反射ノイズ
半導体デバイスはチップやワイヤ、スルー・ホールなどさまざまな部分で構成されており、部分ごとに特性インピーダンスが異なります。特性インピーダンスの違う2つの部分が隣り合う境界面では、信号の反射ノイズが発生し、デバイス誤動作の原因となります。

減衰
抵抗などの影響により、回路を流れる信号の波形が徐々に不明瞭になっていく現象です。信号の周波数が高いほど減衰の影響は大きく、特に1GHzを超える周波数帯では大きな問題となります。
→ＧＥ－ＰＯＮで，上り波長1.31μm 下り1.49μｍ
→周波数の高いほうが，情報をいっぱいのせられるはずやのに，逆ちゃうか？と思っていたが，
減衰を気にしているのか

ジッタ
ある一定のパターンで繰り返されている信号が、反射などの原因により、その繰り返しタイミングに揺らぎが生ずる現象です。デジタル回路の場合、回路を流れる信号は水晶発振器などが発生するクロック信号のタイミングに同期しています。しかし、ジッタによってこのタイミングに乱れが生じ、回路の誤動作などにつながります。
→信号の時間的なズレや揺らぎのことである

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ジッタとは、通信やオーディオ関連の機器などにおいて発生する、信号の時間的なズレや揺らぎのことである。
ジッタは、主に信号の読取装置のわずかな不安定さや、あるいは信号の伝送経路の影響などによって発生する。ジッタが発生すると、信号が隣接する信号と干渉するなどして、ノイズや音とび、音質・画質の劣化などの原因になりやすい。