産業用スイッチのポートにLINK UPと表示されていれば、物理層で何らかの動作モードが確立されたことを確認できます。ただし、両端が同じ速度、デュプレックス動作、フロー制御機能を選択したことを証明するものではありません。Ethernetのオートネゴシエーションは、両方の機器が対応能力を通知し、共通の能力を特定して、標準の優先順位に従って動作モードを決定するPHYの処理です。固定設定、余裕度の低い線対、実装の違いによって、速度低下、フレーム損失、遅延、リンクの接続と切断の繰り返しが発生することがあります。
2つのPHYが最初に対応能力を交換する理由
アプリケーションのフレームが銅線Ethernetリンクを通過する前に、各PHYは接続相手を検出し、双方が対応できる動作モードを判定する必要があります。オートネゴシエーションが有効な場合、Fast Link Pulse（FLP）のバーストに能力ワードが符号化されます。通知される情報には、対応速度、全二重または半二重、ポーズ機能、確認応答、追加ページなどが含まれます。これらのパルスは物理層の信号であり、VLANやIPのパケットではありません。
各端は、自身の対応能力と相手から通知された能力の共通部分を求めます。産業用スイッチがギガビット全二重に対応し、旧型のコントローラーが100BASE-TX全二重のみに対応している場合、共通の動作モードは100BASE-TX全二重になるはずです。したがって、通知された能力と実際の動作モードは異なります。トラブルシューティングでは、自端が通知する能力と、決定されたリンク状態の両方を記録する必要があります。
速度とデュプレックスの決定方法
オートネゴシエーションは、単に最も大きい数値を選ぶものではありません。双方が対応するモードについて定義された優先順位を適用します。動作モードの決定後、PHYは信号方式、クロック動作、電気的動作を設定し、MACは対応するフレーム処理モードに切り替わります。全二重では送信と受信を同時に行うことができ、半二重の衝突処理は使用しません。
銅線のギガビット通信では、必要なすべての線対が揃い、トレーニング処理が正常に完了することも必要です。線対の欠落、不適切な端末処理、過度のクロストーク、インピーダンスの不連続によって、ギガビット動作ができなくなることがあります。ポートが100 Mbpsにフォールバックしたり、再トレーニングを繰り返したりする場合もあります。この症状は、パッチコード、コネクター、パッチパネル、現場配線ケーブルを含むチャネル全体を調べるべきことを示しており、スイッチの性能上の問題を証明するものではありません。
パラレル検出でデュプレックス不一致が残る理由
一方の端でオートネゴシエーションを無効にし、10または100 Mbpsのモードに固定すると、自動設定側は受信信号から速度を推定するためにパラレル検出を使用する場合があります。一般に、パラレル検出では固定設定された相手のデュプレックス能力を把握できません。そのため、自動設定側が半二重を選択し、固定設定側は全二重のままになることがあります。
デュプレックス不一致があっても、必ずしもリンクがダウンするとは限りません。トラフィックが少ないときは正常に見えることがあります。負荷が増えると、方向によってスループットに差が生じ、再送と遅延が増え、FCSエラー、レイトコリジョン、関連カウンターの値が増加することがあります。カウンター名はチップセットによって異なるため、技術者は両端の情報、パケットキャプチャ、アプリケーションの動作を突き合わせて確認する必要があります。
物理的な仕組みに基づいて症状を読み解く
ポートが常に想定より低い速度に決定される場合は、まず両端が通知する能力を比較し、次に正常と確認済みの短いケーブルを使って既設のチャネルを迂回します。短いケーブルで回復する場合は、線対の対応関係、端末処理、コネクター、またはパーマネントリンクに原因がある可能性を示します。問題が続く場合は、ポート設定、対応能力、ファームウェア、接続機器に注目します。
速度が正しいにもかかわらず、一方向の通信が遅い、またはエラーカウンターが増え続ける場合は、デュプレックス設定が一致しているか確認します。Energy Efficient Ethernetは、アイドル期間中に低消費電力状態に移行できます。機器の組み合わせによっては、低負荷時に断続的な遅延が現れることがあります。両端のEEE設定を揃えて条件を管理した比較を行うことで判断材料を得られますが、一度改善しただけで決定的な証拠とみなすべきではありません。
ポートを変更する前に証拠を保存する
両端の管理上の状態、通知される能力、決定された速度とデュプレックス、ポーズ設定、EEEの状態、リンクの状態遷移、エラーカウンターを記録します。パケットキャプチャが必要な場合は、ミラーリング箇所、トラフィックの方向、印加負荷を記録します。両端を自動設定に揃える、ケーブルを1本交換する、使用ポートを1つ変更するなど、変更は一度に1項目ずつ行います。複数の項目を同時に変更すると、証拠のつながりが失われます。
回復後は、LINKインジケーターだけでなく、さらに確認を行います。双方向のスループット、遅延、パケット損失、実際の制御または映像のワークロード、カウンターの安定性を試験します。産業環境の振動、温度、電磁的条件によって、余裕度不足に起因する障害が断続的に発生することがあるため、傾向を観察する期間を設け、最終的なポートとケーブルの構成を記録します。
設定と受入確認の原則
ほとんどの導入環境では、両端でオートネゴシエーションを有効にし、通知する能力を制限する場合は、両方の機器が実際に対応するモードだけにします。レガシー機器の要件によって固定設定が必要な場合は、両端に同一の速度とデュプレックスを設定し、その理由を記録します。ギガビット以上の銅線リンクでは、チャネル品質の問題を隠すために固定モードを使用するのではなく、機器の文書と適用されるEthernetの要件に従ってください。
実用的な受入記録では、通知される能力に互換性があること、両端が同じ決定済みモードを報告すること、カウンターが安定していること、アプリケーションが試験に合格すること、管理された条件で切断した後に正しく回復することの5項目を確認します。対応している場合は、予期しない速度変更、リンクの接続と切断の繰り返し、継続的なエラー増加に対する常時監視アラームを設定します。FCTELスイッチで確認できる情報と設定可能な項目は、モデルやファームウェアによって異なるため、監視要件を定める前に最新の製品文書を確認してください。
