ネットワークスタートガイド

ここではLANについての体系的な知識を、初心者にも理解できることを目標にまとめてあります。
通読していただければ、LAN・Ethernetの世界を総合的に把握することができます。
また知らない項目を拾い読みしても充分理解に役立つと思います。

IEEE
IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers：米国電気電子技術者協会）IEEE（アイ・トリプルイーと読む）は、電気、電子、コンピュータに関する規格の標準化を推進する米国技術者の協会で、LANの標準化を進める組織です。1980年にIEEE802委員会が設置され、13ものワーキンググループがEthernetと始めとするLANの規格化を審議しています。各メーカーはこれら規格にあったものを製造することで、互換接続できるわけです。

伝送速度とは何か
伝送路を信号が行き来する速度もさまざまあり、一般的な10Mbps（Mega bit per second：メガビットパーセコンド、メガビーピーエスと読む）とは、0または1で表される最小単位（bit：ビット）の情報を１秒間に1000万（＝10M）個伝送する速度を表しています。しかし理論値ですので、実際はもっと低速です。データ量の増大に伴い登場した100Mbps（１秒間に１億ビット）や、今後開発されるであろう1Gbps（１秒間に10億ビット）といった高速伝送速度のLANが一般的になるのもそう遠くないでしょう。

ケーブルなどの伝送媒体
情報をやりとりする伝送路の種類のこと。大きくケーブルを使う有線と、電波などを使う無線に分けられます。有線には同軸ケーブルや、さらに配線が楽なLANを目指して採用された非シールドツイストペアケーブル、高速用の光ケーブルなどがあります。

アクセスを制御するCSMA/CD方式とは
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）方式は1本のケーブルを複数の端末で使用することを前提としています。物理トポロジとしてはバス型、スター型といった、データを巡回させない接続形態で使われます。データを送信する端末はまずケーブル上に他の端末が送信しているかどうかを確認を行います。もし搬送波（Carrier）が感知（Sense）されなければ、送信を開始します。このデータは目的の宛先だけでなく、すべての端末に向けて送られます。各端末は届いたデータが自分宛ならば受け取り、違う場合は破棄します。このように複数の端末が１つの伝送路を共有することを多重アクセス（Multiple Access）といいます。多重アクセスでは同時に送信を始めた場合、複数のデータが伝送路で衝突します。端末がその衝突を感知すると、いったん送信待ちになり、しばらくして再送信を始めます。この機能が衝突検出（Collision Detection）です。送信待ち時間は乱数で決められるので再び衝突するのを回避しています。いってみれば早いもの勝ちの方式なので、トラフィックが多くなると衝突の可能性も高まりますし、伝送路が広くなる（10M→100M）と終了までの時間が短くなり衝突の機会が減るという理屈もよくわかります。

全二重/半二重通信とは
LANで受信、送信が独立している通信方式は、半二重通信（half duplex※）、全二重通信（full duplex※）の２つがあります。半二重通信は送信と受信が同時に行えません。10BASE2などの同軸ケーブルは外線と内線の２線式のため全二重通信は行えません。つまり全二重通信を行うには４線必要ということです。10BASE-Tなどに採用されているツイストペアケーブルは4線式のため、同時に受信、送信が行うことができます。つまり10M、100Mの帯域は全二重通信によってそれぞれ倍の20M、200Mまで広がります。しかし、そのためには全二重に対応したNICが必要で、さらにリピータHubではなく、スイッチングHubを使わないとデータは衝突してしまいます。

今まではLANといえばEthernet
米国ゼロックス社、DEC社、インテル社が共同開発して製品化したネットワーク接続タイプの１つ。1980年、LANの標準化を目的としたIEEE802委員会が設置された。3社のEthernetをベースに標準LANを規格化。現在一般に使われているEthernetがこれです。最大セグメント長は500m、最大ノード数は1024。伝送速度やケーブルの種類に名称がついている。

パケット
多くのLANでは一つの回線をすべてのノードが共有するため、ノードが増えるたびに衝突の危険性は高まります。またベースバンドという伝送方式のため複数のチャンネルを設定できません。ノード間が大きなデータ搬送を行っている時、他のすべてのノードは終わるのをじっと待つことになります。そこで考えられたのがパケットです。大きなデータも小さなパケット（＝小包）に分割して伝送すれば、そのパケットとパケットの間に他のノードのデータを割り込ませることができるので、複数の通信を同時に行っているように見えます。分割されたパケットは宛先や送信元のアドレス、何番目のパケットかなどを記した“荷札”をつけて送られます。全てのノードに送られるので受け取った側で自分宛かどうか判断します。

パケットヘッド、フレームヘッド
パケットヘッドは、宛先や送信元のアドレス、何番目のパケットかを記したものです。EthernetなどのLANでは、宛先と送信元のMACアドレスを記したフレームヘッドを付け加えて伝送されます。

MACアドレス
MAC（Media Access Control：マックと読む）アドレスは、パソコンやNICが持っている物理的なアドレスです。メーカーコードや製品番号などから成り、NICのROMに書き込んであります。すなわちNICを取り替えればパソコンのMACアドレスも変わります。NICが装着されているパソコンで次の操作をするとMACアドレスを見ることができます。一度試してみてください。「Windows98/95で、Windowsフォルダのwinipcfg.exeを実行する」

Hub
Hubは誰でも簡単に設置することができるネットワークの集線機器として、ネットワークにはなくてはならないものです。10BASE-Tのツイストペアケーブルを集線する装置をHubと呼びますが、物によっては10BASE2などのポートを持つ物もあります。HubにはNICにつなげるための複数のポートが用意されていますが、つなぐ予定のパソコンの数だけポートを用意しなければなりません。ネットワークは拡大することはあっても、縮小することはほとんどありません。あらかじめ余裕を持ってポートを多めに考えましょう。

ubのH種類と機能
ネットワークの接続機器として、リピーター、ブリッジなどがありましたが、10BASE-Tが一般的な今、それら接続機器の役目をHubが負っています。いわゆる現在の一般的なHubは、リピータHub、シェアードHubなどさまざまな名で呼ばれていますが、すべて同じ物です。さらに10M/100Mの伝送速度の違いを自動判別するデュアルスピードHubや、スイッチングHubなど、機能が付加されたものへと主流は移りつつあります。

スイッチングHub
搬送するパケットのMACアドレスを読み取り、該当する端末がつながれているポートのみにパケットを送り出すHub。①関係ないポートには不要なパケットは送らない、②ブリッジのようにネットワークをセグメントにわける機能がある、③必要なポートのみに通信するので複数のポート間で同時送信ができる、などの点でトラフィックを低減し、快適なLANを構築することができます。

MACアドレス自動学習
スイッチングHubは、各NICが持つMACアドレスを電源を入れるたび、あるいは新たなNICがつながるたびに読み込み記憶します。ちなみにメルコ社製LSW10/100-8の学習MACアドレス数は12000件。

ストア＆フォワード転送方式
スイッチングHubは、受信したパケットを、本体のメモリバッファ内に一度貯めます(ストア）。パケットデータが壊れていないか検査した後、どのポートに送り出せばよいか判断して送り出します（フォワード）。10Mと100Mなど異なる速度のポート間は、この方式で帯域幅を調整し、スイッチングします。