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通信ネットワーク

■ＬＡＮ

ＬＡＮとは、同一建物内や同一フロア内に構築されるネットワークの事である。一方、ＷＡＮとは、本社と支社など地理的に離れた地点にあるコンピュータ同士を接続して構築されるネットワークの事をいう。

①トポロジ
トポロジとは、ＬＡＮの論理的な接続形態の事である。

①バス型
１本のメインケーブルにサブケーブルを用いて複数の端末を接続する形態である。メインケーブルの両端にターミネータというものを取り付ける。
②スター型
ＨＵＢを用いる方法。現在主流となっている接続形態。論理的にはバス型トポロジと同じといえる。
③リング型
複数の端末をリング状に接続する形態である。リング内では、トークンと呼ばれる信号が高速で一方通行に周回している。トークンは、全ての端末を巡回するので、ケーブルのどこかに障害が発生すると、被害がネットワーク全体に及んでしまう。

②ＬＡＮの接続ケーブル
　・ツイストペアケーブル
　・同軸ケーブル
　・光ファイバ

③ＬＡＮのアクセス制御方式
ネットワーク上で信号の衝突を防ぐため、データ送信の方法を規定したものがアクセス制御方式である。

①CSMA/CD
ネットワークで生じるデータの衝突の事をコリジョンという。CSMA/CD方式は、コリジョンが発生しない様に制御する方式。バス型、スター型のトポロジで用いる。
②トークンパッシング方式
トークンパッシング方式とは、リング型のネットワーク上を一方通行に流れるトークンという信号を端末から端末へとパス回しして、目的の端末に送信する方式である。トークンはネットワーク上に一つしか存在しない為、コリジョンは発生しない。
　ア）データの送信が行われていない時は、ネットワーク上をフリートークンという空のトークンが巡回している。
　イ）データを送信する端末は、流れてきたフリートークンを受け取り、送信したい内容をトークンに入れてネットワーク上に流す。データの入ったトークンをビジートークンという。
　ウ）ビジートークンを受け取った端末は、トークン内のデータが自端末宛てかどうかを判断し、自端末宛てでなければ、そのままネットワーク上に返し、次の端末にパスしていく。
　エ）トークン内のデータが自端末宛てだった場合は、トークンからデータを取出して空にし、フリートークンをネットワーク上に流す。
③CSMA/CA
無線LANで使われている制御方式で、データを監視してコリジョンを回避するものである。

■LANの種類

①イーサネット
イーサネットは、アクセス制御にCSMA/CD方式を採用しており、現在最も普及している。トロポジは、バス型、スター型である。OSI参照モデルにおける物理層とデータリンク層の機能を実現するものである。

①10BASE2
太さ5mmの同軸ケーブルを利用するバス型LAN。伝送速度10Mbps。最大伝送距離185m。
②10BASE5
太さ10mmの同軸ケーブルを利用するバス型LAN。伝送速度10Mbps。最大伝送距離500m。
③10BASE-T
ツイストペアケーブルを利用するスター型LAN。伝送速度10Mbps。最大伝送距離100m。
④100BASE-TX
ツイストペアケーブルを利用するスター型LAN。伝送速度100Mbps。最大伝送距離100m。
⑤100BASE-FX
光ファイバーを利用するスター型LAN。伝送速度100Mbps。最大伝送距離20km。
⑥1000BASE-T
光ファイバーを利用するスター型LAN。伝送速度1Gbps。最大伝送距離100m。

②トークンリング
トークンリングとは、アクセス制御にトークンパッシング方式を採用したLANである。トポロジは、リング型である。4Mbpsや16Mbps。

③FDDI
アクセス制御にトークンパッシング方式を採用したLANでトークンリングを拡張した方式である。光ファイバで100Mbps。機器の値段が高く殆ど使われていない。

④無線LAN
無線LANとは、ケーブルを使わず、無線で通信するLANである。アクセス制御は、CSMA/CA方式。

①IEEE802.11a
5.2GHz帯の周波数を使った無線LAN。速度は54Mbps。11bに比べると電波が届きにくい。
②IEEE802.11b
2.4GHz帯の周波数を使った無線LAN。速度は11Mbps。初期の無線LANで普及した規格。
③IEEE802.11g
2.4GHz帯の周波数を使った無線LAN。速度は54Mbps。最も普及している規格。

■プロトコル

プロトコルは、ネットワークにおいてデータ通信を行う為に定められた規格の事であり、情報フォーマット、交信手順、誤り検出等を定めている。

■OSI基本参照モデル

異なる機種間におけるデータ通信を実現する為のプロトコル体系をしてISOが定めたOSIに基づきコンピュータの持つべき通信機能を７つの階層に区分したモデルである。TCP/IPが急速に普及した為、OSI準拠製品は普及しなかった。

第７層 アプリケーション層　　　　　　　　　　　　
第６層 プレゼンテーション層
第５層 セッション層
第４層 トランスポート層
第３層 ネットワーク層
第２層 データリンク層
第１層 物理層

■TCP/IP

インターネットやイントラネットで標準的に使われるプロトコルである。TCP/IPは、アプリケーション層、トランスポート層、インターネット層、ネットワークインターフェース層の４つから構成されている。TCP/IPでは、送信側はもとのデータを上位層から下位層に渡していく。そして、各層ごとにヘッダという情報データを付加しながら、細かい単位にデータを分割しながら送信する。受信側では、受け取ったデータを下位層から上層に渡していく。その時、各層に付加されているヘッダ情報をもとに、分割されたデータを繋ぎ合わせてもとのデータに再現する。

①アプリケーション層
webや電子メール、ファイル転送など個別のアプリケーションにおけるプロトコルが位置する層である。OSI基本参照モデルのアプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層に相当する。

①電子メールのプロトコル
クライアントのメールソフトで作成されたメール文書は、まず契約しているプロバイダのメールサーバに送信される。
メールサーバは、送信先のメールサーバにメールを送信する。
受信側のメールサーバは、各ユーザ専用の領域に分けて保存する。
受信側のユーザは、メールボックスにアクセスして、保存されているメール文書を受信する。

電子メールの送信には、SMTPというプロトコルが使われ、受信には、POPやIMAPというプロトコルが使われる。

②wwwのプロトコル

①HTTP
WebブラウザとWebサーバの間でHTMLなどのコンテンツの送受信に用いられる通信プロトコルである。
②HTTPS
HTTPにセキュリティを付加したプロトコルである。SSLと呼ばれるプロトコルを採用している。

③ファイル転送のプロトコル
インターネット上で公開されているプログラムをダウンロードするなどファイル転送するときに用いられるプロトコルをFTPという。

④遠隔操作のプロトコル
離れた所にあるコンピュータにログインして操作するためのプロトコルをTELNETという。

■トランスポート層

送信側と受信側で通信の信頼性をどの程度確保するかを規定する。TCPとUDPがある。

①TCP
データを送信する前に相手に送信する事を通知し、了解を得てからデータを送信するコネクション型のプロトコルである。データ送信中も常にデータが届いているかを確認しながら通信を行う。電子メールやファイル転送などで利用される。

②UDP
送信先に確認を取る事無く一方的にデータを送信するコネクションレス型のプロトコルである。リスクはあるが高速である。動画配信などのストリーミングで利用される。

■インターネット層

複数のネットワークを経由して、ネットワークに接続しているコンピュータ間の通信を実現する為のプロトコルである。主なものにIPがある。データ送信時にはトランスポート層から受け取ったデータにIPヘッダを追加しIPパケットという単位にカプセル化してネットワークインターフェース層に渡す。インターネット層は、OSI基本参照モデルのネットワーク層に相当する。

■ネットワークインターフェース層

IPパケットを実際のメディアによって送る手段を提供する。データ送信時には、インターネット層から受け取ったIPパケットにデータリンクヘッダとトレーラを追加し、フレームという単位にカプセル化する。データリンクヘッダには送信元や送信先のMACアドレスが付与されている。
MACアドレスとは、コンピュータのNICに採番された識別番号である。フレームのデータは、電圧の変化や光の点滅という形で物理的な信号に変換され、伝送媒体を介して送信される。ネットワークインターフェース層は、OSI基本参照モデルのデータリンク層と物理層に相当する。LANの規格は、この層に該当する。

■通信ネットワーク

■通信ネットワーク機器

①リピータ
ケーブル上を流れる信号の再生及び中継を行う機器である。OSI参照モデルの物理層である。

②ハブ

①リピータハブ
届いたデータを全てのLANポートに流してしまう。接続している各コンピュータは、届いたデータが自らのMACアドレス宛であれば受け取り、そうでない場合は破棄する。
②スイッチングハブ
相手先を判別し必要な相手先にのみデータを送信する。スイッチングハブは、OSI基本参照モデルのデータリンク層で動作する。

③ブリッジ
２つ以上の異なるネットワーク・パケットを中継する機器である。各ポートのネットワークセグメントに接続されているコンピュータのMACアドレス情報を管理しており、あるポートから届いたデータの宛先MACアドレス情報が同じポートに存在している場合は、その他のポートにデータを流さない。ネットワーク上に無駄なデータが流れる事を防ぐ。ブリッジは、基本参照モデルにおけるデータリンク層で動作する。

④ルータ
ネットワーク間の接続を行う機器である。IPアドレスを読み取って、適切な経路を選択し、データを送信する。OSI基本参照モデルにおけるネットアーク層で動作する。

⑤ゲートウェイ
ネットワークやシステムにおいて異なるプロトコルを持つデータを変換し、相互の通信を可能にする機器である。

■インターネットの仕組み

①IPアドレス
TCP/IPのインターネット層のレベルで1台1台のホストに割り振られた識別番号である。
IPアドレスは、住所に当たるネットワークアドレスと宛先にあたるホストアドレスに分かれる。同じLAN内のホストにはすべて共通のネットワークアドレスが割り振られており、ホストアドレスは別々の番号が割り振られている。

①URL
インターネット上のリソースを特定する為の形式的な記号の並びである。リソースとは、webページなどの宛先など。
②DNS
ホスト名やドメイン名おIPアドレスと対応させ、変換する仕組みである。
③グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス
現在のIpv4では、約42億個までしかIPアドレスを用意する事が出来ない。Ipv4を設定した時は充分な数だと判断されていたが、インターネットの目覚ましい普及によりIPアドレスが足りなくなる事が懸念されている。
企業など多くの機器を利用するところでは、LAN内の通信にはそのネットワーク内でしか通用しないプライベートIPアドレスを使い、LAN外との通信では、インターネットで通用するグローバルIPアドレスを使う事が一般的である。
④NAT
NAT機能対応のルータによって、グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスを１対１で変換する技術である。グローバルIPアドレスが１つしかない場合は、複数のクライアントから同時にローカル外のネットワークには接続できない。
⑤NAPT
NAPT機能対応のルータによって、１つのグローバルIPアドレスを複数のプライベートIPアドレスで共有する為の技術である。複数のクライアントから同時にローカル外のネットワークに接続できる仕組みである。IPマスカレードともいう。
⑥DHCP
各クライアントに、起動時に動的にIPアドレスを割り当て、終了時にIPアドレスを回収するためのプロトコルである。
⑦IPv6
IPアドレスの不足を解消する為に128ビットのIPアドレスを用いるIPv6への移行準備が進められている。

②接続形態

①専用線
ある特定の2地点間を結ぶデータ通信専用の回線である。セキュリティが確保されているが高額である。
②IP-VPN
通信業者が提供するIP網を専用回線のように利用できるネットワークサービスである。
③インターネットVPN
インターネットを利用したVPNである。専用線やIP-VPNに比べコストが抑えられる。
④ADSL
銅線ケーブルの電話回線を使って高速なデータ通信を行う技術である。音声を伝える際には使わない高い周波数帯を使って通信を行う。電話局からの距離が遠くなると通信速度が遅くなる。
⑤CATV
もともと同軸ケーブルや光ファイバなどを用いてテレビを提供するサービスだったが、近年では、インターネットやIP電話のサービスも提供している。
⑥FTTH
光ファイバによる家庭向けのデータ通信サービスである。

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