Speed / Duplex

このページで学ぶこと

• Speed
• Duplex
• Auto-Negotiation
• Speed Mismatch
• Duplex Mismatch
• Link Parameter Verification

1. Ethernetの速度（Speed）

速度は、Ethernet インターフェースが動作している通信速度です。

代表例として、

• 10 Mbps
• 100 Mbps
• 1000 Mbps（1 Gbps）

などがあります。

たとえばCisco IOSのインターフェース出力では、

Switch# show interfaces GigabitEthernet1/0/1

GigabitEthernet1/0/1 is up, line protocol is up
  Full-duplex, 1000Mb/s

のように表示されます。

この例では、

Duplex = Full
Speed  = 1000 Mbps

で実際にリンクが動作しています。

トラブルシューティングでは設定コマンドだけを見るのではなく、

最終的にインターフェースがどの値で動作しているか

を確認することが重要です。

2. デュプレックスとは

デュプレックスは、送信と受信をどのように行うかを表します。

大きく、

• 半二重
• 全二重

があります。

半二重

半二重では、送信と受信を同時には行いません。

機器 A             機器 B

送信 ──────────────→ 受信

または

受信 ←────────────── 送信

共有伝送媒体を前提とするEthernetでは、複数機器が同時に送信するとコリジョンが発生する可能性があります。

したがって半二重では、

コリジョンが発生し得る

という特徴があります。

全二重

全二重では、送信と受信を同時に行えます。

機器 A             機器 B

Tx ────────────────→ Rx
Rx ←──────────────── Tx

ポイントツーポイントの全二重リンクでは、半二重 Ethernetのようなコリジョンを前提にしません。

現在のスイッチEthernetでは、全二重での運用が一般的です。

3. 半二重と全二重の違い

ここで重要なのは、

全二重
= 常に正常

半二重
= 常に障害

ではないことです。

問題は、

リンク両端のデュプレックスが一致しているか

です。

両端が正しく半二重で動作する構成なら、それ自体はデュプレックス不一致ではありません。

4. オートネゴシエーション

オートネゴシエーション（Auto-Negotiation）は、Ethernetリンクの両端が互いの能力を交換し、対応可能な速度 / デュプレックス条件を決定する仕組みです。

両端が自動設定で正常にネゴシエーションできる場合、

スイッチA
Speed  auto
Duplex auto
      │
      │ capability exchange
      │
スイッチB
Speed  auto
Duplex auto

のように、双方がサポートする条件から動作パラメータを決定します。

たとえば両端が、

10 Half
10 Full
100 Half
100 Full

をサポートしているなら、より高い共通能力を使用して、

100 Mbps
全二重

で動作できます。

実際の対応能力はインターフェースや機種によって異なるため、固定値として決めつけません。

5. 自動設定同士は基本的な正常構成

両端がオートネゴシエーションに対応している場合、基本的には両端とも自動設定にする構成が推奨されます。

スイッチA                 スイッチB

Speed auto               Speed auto
Duplex auto              Duplex auto

          ↓

共通する能力をネゴシエーション

この構成では、片側だけ異なる値へ固定することによる不一致を避けやすくなります。

Ciscoでも、両端がオートネゴシエーションをサポートしている場合は両側を自動設定にすることが推奨されています。

6. 手動設定する場合

速度 / デュプレックスを手動設定する場合は、

両端を整合させる

ことが重要です。

たとえば、

スイッチA                 スイッチB

100 Mbps                 100 Mbps
全二重              全二重

なら両端が一致しています。

一方、

スイッチA                 スイッチB

100 Mbps                 100 Mbps
全二重              半二重

なら、

デュプレックス不一致（Duplex Mismatch）

です。

また、

スイッチA                 スイッチB

100 Mbps                 1000 Mbps

のように互換性のない速度を固定すると、

速度不一致（Speed Mismatch）

になります。

7. 注意が必要な構成 ― 自動設定と固定設定の混在

CCNAで特に重要なのが、

片側 = 自動設定
片側 = 固定

という構成です。

特に従来の10 / 100 Mbps Ethernetでは、

スイッチA                  スイッチB

自動設定                  100 Mbps
デュプレックス自動設定     全二重固定

のような構成でデュプレックス不一致が発生することがあります。

理由は、

速度は信号から検出できても、相手がオートネゴシエーションを行っていない場合はデュプレックス情報をネゴシエーションできない

ためです。

典型的には、

固定側
100 Mbps / 全二重

自動設定側
100 Mbps / 半二重

となり、

速度は一致しているのにデュプレックスだけが不一致

という状態になります。

8. 自動設定側が半二重になる理由

従来の10 / 100 Mbps Ethernetで、相手が速度を固定してオートネゴシエーション情報を送っていない場合でも、自動設定側は信号から速度を検出できることがあります。

しかし、その方法では相手のデュプレックス能力までは分かりません。

そのため自動設定側が半二重として動作するケースがあります。

側 A
100 Mbps / Full 固定
        │
        │ オートネゴシエーション情報なし
        │
側 B
自動設定

結果例

側 A
100 Mbps / 全二重

側 B
100 Mbps / 半二重

これが代表的なデュプレックス不一致です。

したがって、

片側が100/Full
もう片側が自動設定

という設定を見たら、

両端の実動作デュプレックスを必ず確認

します。

9. デュプレックス不一致の特徴

デュプレックス不一致では、速度不一致と違って、

リンクそのものはUpになる場合があります。

そのため発見しにくい障害です。

代表的な症状として、

• リンクはUp
• Pingできる場合もある
• 通信速度が極端に遅い
• 負荷が上がると性能が悪化する
• 通信が不安定に感じられる
• エラーカウンターが増える場合がある

などがあります。

つまり、

インターフェース is up
line protocol is up

だから、

速度 / デュプレックスは正常

とは判断できません。

10. なぜデュプレックス不一致で性能が落ちるのか

次の構成を考えます。

側 A                    側 B

全二重               半二重

全二重側は、

相手も同時送受信できる

という前提で通信します。

一方半二重側は、

共有伝送媒体としてコリジョンを考慮

して動作します。

そのため両者のEthernet動作ルールが一致しません。

結果として、

トラフィックが増える
        ↓
Duplex動作の不整合
        ↓
フレームエラー / コリジョン関連カウンターが増加
        ↓
フレーム損失
        ↓
必要に応じて上位プロトコルで再送
        ↓
スループット低下

という状態になることがあります。

ここで区別しておきたいのは、

Ethernet自体が破損したフレームを自動的に再送しているわけではない

という点です。

Ethernet フレームが損失した結果、TCPなど再送機能を持つ上位プロトコルを使用している場合に、上位プロトコル側で再送が発生することがあります。

コリジョンやレイトコリジョン、FCSなどの各カウンターをどのように読むかはPage004で扱います。

Page003では、

デュプレックス不一致によってフレームエラーやコリジョン関連カウンターが増える可能性があり、その結果として通信性能が低下する

というところまで理解します。

11. デュプレックス不一致をカウンターだけで断定しない

たとえば、

レイトコリジョンが増えている

という情報はデュプレックス不一致を疑う材料になります。

しかし、

レイトコリジョン
= 必ずデュプレックス不一致

とは限りません。

同様にFCSエラーなどがあっても、そのカウンター単独では原因を確定できません。

Page003では、

症状
＋
インターフェースカウンターの傾向
＋
両端のDuplex値

を組み合わせて判断します。

最終的な確認は、

両端の実動作デュプレックスを比較すること

です。

12. 速度不一致

速度不一致は、リンク両端が互換性のない速度で動作しようとしている状態です。

たとえば、

側 A                    側 B

100 Mbps固定              1000 Mbps固定

のような構成です。

両端が共通速度で動作できなければ、

リンクがアップしない

可能性があります。

これはデュプレックス不一致との大きな違いです。

速度不一致
→ リンクダウンになることが多い

デュプレックス不一致
→ リンクアップのまま性能問題になることがある

という違いを診断に利用します。

ただし、実際の動作はインターフェースの種類や対応機能にも依存するため、

症状だけで断定せず実際の速度を確認

します。

13. 速度不一致とデュプレックス不一致を比較する

試験では、

リンクダウン

なのか、

リンクアップだが性能が悪い

なのかを区別すると原因候補を絞りやすくなります。

14. 設定値と実動作値を区別する

トラブルシューティングで重要なのが、

設定した値と、実際に動作している値を混同しないこと

です。

たとえばインターフェース 設定に、

speed auto
duplex auto

と設定されていたとしても、

最終的に何Mbps / 何デュプレックスになったかは、実動作情報を確認します。

逆に、

speed 100
duplex full

と固定されている場合も、

対向側の状態まで確認しなければリンク全体が正常とは判断できません。

したがって、

ローカル Configだけ確認
        ↓
正常

ではなく、

ローカル実動作値
        ＋
リモート実動作値
        ↓
比較

が必要です。

15. show interfacesで確認する

代表的な確認コマンドが、

show interfaces

です。

例：

Switch# show interfaces GigabitEthernet1/0/1

GigabitEthernet1/0/1 is up, line protocol is up
  Hardware is Gigabit Ethernet
  Full-duplex, 1000Mb/s

ここでは、

Full-duplex
1000Mb/s

を確認します。

つまりローカル インターフェースの実動作値は、

Speed  = 1000 Mbps
Duplex = Full

です。

ただしローカル側だけでは十分ではありません。

リモート側でも同様に確認します。

16. show interfaces statusで確認する

Catalyst スイッチでは、

show interfaces status

も速度 / デュプレックス確認に利用できます。

例：

Switch# show interfaces status

Port      Name       Status       Vlan   Duplex  Speed
Gi1/0/1              connected    10     a-full  a-1000

機種やソフトウェアバージョンによって表示形式は異なりますが、速度 / デュプレックスの確認に利用できます。

Cisco IOSの一部では、

a-full
a-100

のように、自動設定に関連した表示になることがあります。

ただし、

a- 表示だけを見て「対向と正常にオートネゴシエーションが完了した」と断定しない

ことも重要です。

最終的には両端の値を比較します。

17. ローカルだけ確認してはいけない

たとえばローカル スイッチで、

Full-duplex, 100Mb/s

と表示されているとします。

これだけを見ると正常に見えます。

しかし対向側が、

Half-duplex, 100Mb/s

なら、

ローカル
100 Mbps / 全二重

リモート
100 Mbps / 半二重

となり、デュプレックス不一致です。

したがって、速度 / デュプレックス診断の基本は、

ローカル インターフェース
        ↓
速度 / デュプレックス確認

リモート インターフェース
        ↓
速度 / デュプレックス確認

        ↓

両端比較

です。

18. ケース1 ― 正常なオートネゴシエーション

スイッチA                         スイッチB

Speed auto                      Speed auto
Duplex auto                     Duplex auto

確認結果：

スイッチA
1000 Mbps / Full

スイッチB
1000 Mbps / Full

両端が一致しています。

この場合、

速度 / デュプレックス不一致という仮説の優先度は下がります。

別の原因を調査します。

19. ケース2 ― 自動設定と固定設定によるデュプレックス不一致

スイッチA                         スイッチB

speed 100                       speed auto
duplex full                     duplex auto

10 / 100 Mbps Ethernetで、スイッチBが速度を検出してもデュプレックス情報を取得できなかったとします。

実動作結果：

スイッチA
100 Mbps / Full

スイッチB
100 Mbps / Half

リンクはUpしています。

しかし、

Speed
100 = 100

Duplex
全二重 ≠ 半二重

です。

したがって、

デュプレックス不一致

と診断できます。

修正するなら、基本的には、

両端とも自動設定

または、

両端を同じ速度 / デュプレックスへ固定

のように、リンク Partner同士の設定方針をそろえます。

20. ケース3 ― 速度不一致

スイッチA                         スイッチB

100 Mbps固定                    1000 Mbps固定

この2つに共通速度が成立しない場合、

リンクダウン

になります。

確認すると、

ローカル速度 設定
100 Mbps

リモート速度 設定
1000 Mbps

です。

ケーブルを交換する前に、

両端速度設定の不一致

を原因候補として確認できます。

21. ケース4 ― リンクアップだが遅い

次の症状を考えます。

リンク Status
Up

Ping
通る

ファイル転送
非常に遅い

トラフィック増加時
性能が大きく低下

この場合、

ケーブルはつながっている

だけで調査を終えてはいけません。

速度 / デュプレックスを確認します。

側 A
100 Mbps / 全二重

側 B
100 Mbps / 半二重

なら、症状とデュプレックス不一致が整合します。

ここで初めて、

デュプレックス不一致を有力な原因として判断

できます。

22. 1000 Mbps以上と半二重

現在のCisco Ethernetでは、1000 Mbps以上で半二重を使用する構成を通常の診断シナリオとして考える必要はありません。

Ciscoの現行Catalystでは、1000 Mbps以上で半二重はサポートされません。

したがって、

1000 Mbps / 半二重

を一般的なGigabit Ethernetの正常候補として覚えないようにします。

CCNAでデュプレックス不一致を考えるときは、特に従来の10 / 100 Mbps Ethernetでの、

Full
対
Half

という構成を理解することが重要です。

23. 速度 / デュプレックス診断の優先順序

速度 / デュプレックス問題を調査するときは、次の順番で確認します。

障害発生
   │
   ▼
リンクアップ / Downを確認
   │
   ▼
ローカル 速度 / デュプレックス確認
   │
   ▼
リモート 速度 / デュプレックス確認
   │
   ▼
両端を比較
   │
   ├─ 速度不一致
   │      ↓
   │   速度不一致を調査
   │
   ├─ デュプレックス不一致
   │      ↓
   │   デュプレックス不一致を調査
   │
   └─ 一致
          ↓
      別の原因候補へ

さらに自動設定 / 手動設定も確認します。

ローカル
自動設定または手動設定

リモート
自動設定または手動設定

片側だけ自動設定、片側だけ固定なら、特に注意します。

24. よくある誤判断

「リンクアップだから速度 / デュプレックスは正常」

誤りです。

デュプレックス不一致ではリンクアップのまま性能問題が発生することがあります。

「両端の速度が同じなら正常」

誤りです。

100 Mbps / 全二重
100 Mbps / 半二重

なら速度は一致していてもデュプレックス不一致です。

「自動設定と100 Mbps / 全二重固定なら、自動設定側も100 Mbps / 全二重になる」

従来の10 / 100 Mbps Ethernetでは、そうならない場合があります。

速度を検出できてもデュプレックスをネゴシエーションできず、自動設定側が半二重になるケースがあります。

「エラーカウンターが増えたらデュプレックス不一致確定」

誤りです。

カウンターは原因候補を絞る確認情報です。

カウンターの種類と意味はPage004で詳しく扱います。

Page003では必ず両端のデュプレックス値を比較します。

「ローカル側だけ全二重なら問題ない」

誤りです。

デュプレックスはリンク両端の関係で判断します。

リモート側も確認します。

「自動設定は手動設定より劣るので常に固定する」

誤りです。

両端がオートネゴシエーションに対応する通常のEthernetリンクでは、Ciscoも両端とも自動設定を推奨しています。

重要なのは、

両端とも自動設定

または必要に応じて、

両端を整合した手動設定

にすることです。

片側だけ異なる設定方針にすることを避けます。

25. CCNAでの判断ポイント

問題文に次の情報が出たら、速度 / デュプレックスを疑います。

リンクアップだが通信が遅い

片側が自動設定
片側全二重固定

両端のDuplexが異なる

両端のSpeedが異なる

インターフェースカウンターに異常傾向

判断するときは、

Configured パラメータだけ

ではなく、

両端の実動作パラメータ

を確認します。

最終的には、

ローカル速度
ローカルデュプレックス
ローカル 自動 / 手動

        ↓ 比較

リモート速度
リモートデュプレックス
リモート 自動 / 手動

という形で整理します。

26. Page003で覚える診断パターン

パターンA

ローカル  1000 Mbps / 全二重
リモート 1000 Mbps / 全二重

速度 / デュプレックスは一致しています。

→ 不一致仮説の優先度を下げる

パターンB

ローカル  100 Mbps / 全二重
リモート 100 Mbps / 半二重

速度は一致、デュプレックスは不一致。

→ デュプレックス不一致

パターンC

ローカル  100
リモート 1000

共通速度が成立していない。

→ 速度不一致を確認

パターンD

ローカル
自動設定

リモート
100 / 全二重固定

リンクアップしていても、

→ 両端の実動作デュプレックスを確認

自動設定だから自動的に正常とは判断しません。

まとめ

速度 / デュプレックス障害を診断するときに最も重要なのは、

リンク両端を比較すること

です。

速度不一致では、両端に共通する速度が成立せず、リンクがアップしない場合があります。

デュプレックス不一致では、

Full
対
Half

のままリンクがアップし、通信性能だけが悪化する場合があります。

オートネゴシエーションを使用する場合は、両端が対応していれば基本的に両側を自動設定にします。

手動設定する場合は、両端の速度 / デュプレックスを整合させます。

特に、

片側が自動設定
片側手動

という構成では、実動作値を確認することが重要です。

Page003で身につける診断手順は、

リンク状態を確認
       ↓
ローカル 速度 / デュプレックス確認
       ↓
リモート 速度 / デュプレックス確認
       ↓
自動設定 / 手動設定状態確認
       ↓
両端を比較
       ↓
速度不一致
または
デュプレックス不一致を判断

です。

設定値だけではなく、両端で実際に動作している値を比較する。

これが速度 / デュプレックス トラブルシューティングの基本です。