技術情報｜Auto-Negotiationについて

はじめに 現在のネットワーク環境では、10BASE-T/100BASE-TX，Full/Half-Duplex等の各方式を混在させて使用する為、自動認識機能が欠かせない状況になってきている。この機能を実現するのがAuto-Negotiation機能である。そこで、Auto-Negotiation機能の動作概要について説明する。

Auto-Negotiation機能は、端末やHUBが互いに通信可能な「最大公約数」の方式を交渉（Negotiation）して 決める方法で、National Semiconductor社のNWayをベースに、100BASE-TXの仕様であるIEEE802.3Uの28条に オプションとして規定されている。（図１を参照）

図1 Auto-Negotiationの仕組み

(1) 両側が自動認識の場合
（Auto-Negotiation機能を持つ機器同士の接続）

Auto-Negotiation機能を持つ機器同士を物理的に接続（TPケーブルで接続）すると、互いの機器が持つ 伝送方式をFLP（First Link Pulse）で伝え合う。
伝送方式とは、
a. 100BASE-TX Full-Duplex
b. 100BASE-T4
c. 100BASE-TX（100BASE-TX Half-Duplex）
d. 10BASE-T Full-Duplex
e. 10BASE-T（10BASE-T Half-Duplex）

の5種類であり、優先度もこの順番（ａ．が最も高く，ｅ．が最も低い）で決められている。両側の機 器は共通してサポートする伝送方式のうち、優先度の高い方式を自動的に選んで接続する。
例えば、接続した両側の機器が100BASE-TX Full-Duplex，100BASE-TX，10BASE-T Full-Duplex，10BASE -Tの伝送方式をサポートしている場合は、優先度の高い100BASE-TX Full-Duplexで接続が確定する。

(2) 片側が10M専用機器の場合
（Auto-Negotiation機能を持つ機器と10BASE-T機器との接続）

10BASE-T機器は、物理的な接続状態を確認する為に、「NLP」（Normal Link Pulse）を送信している。 Auto-Negotiation機能を持つ機器は、このNLPから相手がサポートする伝送方式を判断し、10BASE-Tで 接続が確定する。

(3) 片側が100M専用機器の場合
（Auto-Negotiation機能を持つ機器と100BASE-TX機器との接続）

100BASE-TX機器は、パケットを伝送していない間、「アイドル信号」を送信している。Auto-Negotiati on機能を持つ機器は、このアイドル信号から相手がサポートする伝送方式を判断し、100BASE-TXで接続 が確定する。

(4) 片側が伝送速度自動認識の場合
（Auto-Negotiation機能を持つ機器とAuto-Sensing機能を持つ 機器との接続）

Auto-Sensing機能を持つ機器は、ドライバの起動時に100BASE-TXと同様のアイドル信号を送信する。Auto-Negotiation機能を持つ機器は、この時送信されるアイドル信号から相手がサポートする伝送方式を 判断し、100BASE-TXで接続が確定する。波形1は、Auto-Sensing機能を持つLANアダプタとAuto-Negoti ation機能を持つ機器とを接続した時の波形である。

波形1 Auto-Negotiation機能をもつ機器とAuto-Sensing機能との接続

(5) 10M専用機器と伝送速度自動認識の場合

10M専用機器とAuto-Sensing機能を持つ機器を接続した場合は、波形2で示す様にAuto-Sensing機能を持つ機器がドライバの起動時に100BASE-TXと同様のアイドル信号を送信する。しかし、Auto-Sensing機能を持つ機器はNLPを受信する為､接続先が10BASE-Tであると判断して10BASE-Tで接続が確定する。

波形2 Auto-Sensing機能をもつ機器と10BASE-T専用機器との接続

FLPは、16bitの Data Pulseと17bitのClock Pulseから構成され、接続先がAuto-Negotiation機能を備えない10BASE-T機器の場合を想定して、FLP間隔を10BASE-Tのリンク・パルス（NLP：Normal Link Pulse）と同じにしている。（図2,3）（NLPは10BASE-T機器がリンク接続の有無を確認する為に使用する。）つまり 、10BASE-T機器は、FLPをNLPと同様に見なして、リンク接続の有無をAuto-Negotiation機能を持つ機器から受信する事が出来る。

図2 FLPの送信構成

図3 ＦＬＰ Timin

FLPは、16bitのDataを使用し、”Selector Field”，”Technology Ability Field”と接続が失敗した場合 の情報や同期をとるためのビットから構成される（図4）。

図4 FLP Bit 構成

Selector Fieldは、LAN規格 IEEE802の各方式を識別する為に使用される。（現在は、Ethernet（IEEE802.3 ）とIVD LAN（IEEE802.9）が定義されている。）Technology Ability Fieldは、IEEE802.3の各伝送方式を 識別する為に使用される。また、RFは、故障の通知，Ackは、同期合わせ，NPは、メーカ独自の機能を実現 する為に使用される。(図5を参照)

図5 各Bit 構成

X社のSwitching HUBのFLP観測

実際にAuto-Negotiation機能を装備するX社のSwitching HUB（以降Switching HUBと呼ぶ）のFLPをオシロスコープで以下のように観測した。

波形3 Switching HUBのFLP

図6 Switching HUBのFLPデータ

波形4 Switching HUBのFLP間隔(14.7ms)

Switching HUBと10BASE-T,100BASE-TX専用機器との接続時

波形5 Switching HUBと10BASE-T専用機との接続時
(FLPを送信後、10BASE-T(NLP)で接続が確定している)

波形6 Switching HUBと100BASE-TX専用機との接続時
(FLPを送信後、100BASE-TX(アイドル信号)で接続が確定している)

以上がAuto-Negotiation機能の動作概要であるが、最近では、Auto-SensingよりもAuto-Negotiationを採用 する機器が増えており、将来の伝送方式拡張（VG-AnyLAN IEEE802.12，100BASE-T2等）を見越して、未定義 領域が確保されている。（Auto-Sensing機能との違いは、Full/Half-Duplexの自動設定が出来ない、接続が 失敗した時の情報やメーカ独自の機能が使用出来ない等である。）

さらに、メーカ独自の機能として、データを圧縮して伝送する高速伝送モードや故障個所 及び 種類を特定 する故障診断機能として使用が伺える。
しかし、製品数の増加と共に普及している自動認識製品であるが、接続性に問題が発生する場合がある。