ネットワークベースの通信と階層

(株)エクセムコンサルティング本部/APMキムダウン

概要

ネットワーキングは相互接続するものです。 だからといって、ただ接続することがネットワーキングを意味するわけではありません。 互いに連結された装備同士で会話を交わすことができなければなりません。 一言で定義すれば「装備を互いに対話できるように接続こと」だと考えれば良いいです。 IBMホスト装備のような高価な装備の場合、一人で使うにはもったいなくて普通「ターミナル」と呼ばれる端末に似た装備を数台ホストコンピューターに接続して使用し、ここでサーバーの他にプリンターも共有し、その後1つのホストだけを共有するのではなく、複数のホストを一緒に共有する方式に次第に拡大し、今のネットワーキングに発展するようになりました。 これらのネットワークベースの通信および階層構造に関する理解は、もはやネットワーク分野の人々だけに必要な知識ではありません。 ここでは、ネットワーキングおよびネットワークの通信方式について見ていきましょう。

Networkの種類

 インターネット

インターネット(Internet)のインター(Inter)という意味は連結を意味します。 したがって、インターネット(Internet)とは、

「複数のネットワークを束ねた」という意味を持っています。 このようなインターネットの特徴がありますが、1 つのプロトコル（TCP/IP）のみを使用します。 プロトコルは、一種の通信のルールと定義できます。 日常生活で会話するときに一人は日本語を話しますが、相手は英語だけで会話するとプロトコルが違うと言えます。

 イントラネット

イントラ(Intra)は「内部の」という意味を持っています。 簡単に言えば、内部のネットワークになります。

インターネットをウェブブラウザだけで使えるように、社内業務もウェブブラウザだけで使えるようにしたのがイントラネットです。 したがって、イントラネットもTCP/IP プロトコルを使用します。 違う点は会社の人以外の人はインターネットを通じて接続できないという点です。 インターネットのように使用できますが、社内でのみ許可されるネットワークであるわけです。

 エクストラネット

イントラネットに類似できるようにしたのがエクストラネットです。

LAN

LANとは「Local Area Network」の略でLocal、つまり「ある限られた空間でネットワークを構成した」ということを意味します。

 ここで限られたスペースが曖昧になるかもしれませんが、より正確にはLANは単一の機関の所有でなければならず、また、接続距離は300m〜3000m程度の地域に限られる必要があり、遠距離ネットワーク（WAN）よりも通信速度が速くなければならないのです。

これらの要件を満たすと、一般にLANと呼ばれます。

ネットワークとケーブル

LAN

LANとは「Local Area Network」の略でLocal、つまり「ある限られた空間でネットワークを構成した」ということを意味します。

 ここで限られたスペースが曖昧になるかもしれませんが、より正確にはLANは単一の機関の所有でなければならず、また、接続距離は300m〜3000m程度の地域に限られる必要があり、遠距離ネットワーク（WAN）よりも通信速度が速くなければならないのです。

これらの要件を満たすと、一般にLANと呼ばれます。

WAN

WANとは「Wide Area Network」の略で、「遠く離れた地域を互いにつなぐネットワーク」を

指すときに使用されます。

インターネットに接続するのはWANと見なすことができます。

ネットワーク方式

 イーサネット

ローカルエリアネットワークLANには、さまざまなネットワーク方式（トークンリング、FDDI、ATM）があります。

 このような方式の1つがバス型のイーサネット方式であり、現在のネットワーク方式の90％以上を占めています。

 インターネットがTCP / IPというプロトコル方式でデータ転送を行う場合、イーサネットはCSMA / CDプロトコル方式を介してデータ転送を行うという違いがあります。

 今現在、韓国で使用しているネットワーキング方式のほぼ90％以上がまさにイーサネット方式であるため、この部分の理解がいくら必要です。

 CSMA/CDプロトコル方式

・Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection の略称です。

・Carrier Sense: 宛先にフレームを転送する前に現在送信中のフレームの有無を確認する

・Multiple Access: ケーブル上で送受信中のフレームがある場合、待っていない場合は宛先にフレーム転送。
・Collision Detection: Ethernet は複数の機器が同時にフレーム転送が可能で、この場合衝突がある可能性があるため、フレーム前後に衝突発生を確認。

両方のホスト（PC）がネットワークに送信するデータが発生した場合は、それぞれネットワークが通信しているかどうかを確認し、通信が行われていないことを確認し、それぞれデータを送信します。

このとき、両方のPCで同時にデータを送信すると、ネットワーク上でクラッシュが発生します。

衝突が発生すると、両方のPCは衝突を検出し、ランダムな時間待機してから通信を再試行します。

つまり、CSMA/CD方式の通信は、コンピュータがネットワークを見て誰も通信をしていない場合、データを載せて送信してからうまく送信できたかを確認してみる方法です。

 同時に、2台のコンピュータからデータを送信しようとすると競合が発生しますが、ランダムな時間待ってから再送信します。

 トークンリング

トークンリング方式は、ネットワーク上のPC、つまりトークンを持つPCのみがネットワークにデータを送信します。

 データをすべて送信したら、すぐ隣のPCにトークンを渡します。 転送するデータがない場合は、トークンを再度隣のPCに渡します。

 このように横に渡す方式で通信が行われます。

 トークンリング方式の利点は、衝突が発生しないことです。

欠点は、他のPCが送信するデータがなくても、他のPCを介してトークンが来るのを待つ必要があることです。

 データネットワークの形式では、イーサネットの一般的な速度は100/1000Mbpsであり、トークンリングは4Mbps/16Mbpsです。

ほとんどの場合、いくつかの衝突を受けてもイーサネット方式を使用しています。

ネットワークAddress

 Macアドレス

MAC（Mac）は、Media Access Control（Media Access Control）の略です。

意味は分からなくても一度それは聞いたことがあると思います。

 私たちが手紙を受け取るために一意のアドレスを必要とするように、ネットワーク上の通信のために互いに区別するアドレスとして機能するアドレスはMACアドレスです。

 では、私たちが知るように通信のために各機器ごとにIPアドレスが明確に割り当てられ、またそのアドレスを持って通信をするのとMACアドレスにはどのような違いがあるでしょうか？

 私たちがIPアドレスを使用しているので、IPアドレスしかないとすべての通信が可能なように見えますが、実際にはIPアドレスをMACに戻す手順（ARP）を踏んでいます。

自分のLANカードのMacアドレスを知りたい方は、ウインドウのスタートボタンを押してから、実行を押して開くから「cmd」と入力し、DOSモードに出て「ipconfig /all」と入力すると物理アドレス（Physical address）と表示されるのが、自分のMacアドレスです。

通信方式

 ユニキャスト

正確に受け取るPCのアドレスをフレーム内に書き込みますが、このときPCが一つでなければなりません。

 我々はLANで通信を行うと仮定すると、データを送信したいPCのMacアドレスが（00-60-80-AA-BB-CC）であると仮定し、受信するPCのMacアドレスが（00-60-80-DD-EE -FF）と仮定した場合です。 つまり、出発地と目的地のMacアドレスがフレーム内に常になければならないのがユニキャスト通信方式です。

この時、PCのアドレスをフレーム内に書き込むのにPCが一つでなければなりません。

 ブロードキャスト

一言で言えば、ローカルLANに接続されているすべてのネットワーク機器に送信する通信です。 ここではローカルLAN は、Router によって区切られた空間、つまり broadcast ドメインという空間を意味します。

ブロードキャストは、通信の対象が特定のネットワーク機器ではなく、私が接続している（使用している）ネットワーク内のすべてのネットワーク機器に通信するときに書くための方法であると見なされます。 broadcast が見る区間を broadcast ドメインといいますが、アドレスが決まっています。 このアドレスをLANカードが受信されるとCPUに転送されます。

これにより、CPUで処理する必要がある作業が増えます。

そうなると、CPUは自動的にパフォーマンスが低下します。

 さらに、ブロードキャストはネットワーク全体のパフォーマンスが低下し、さまざまな問題の原因となる可能性があります。

しかし、broadcastを書く必要はありません。

主に相手と初めて通信をするときに相手のMacアドレスが必要ですが、このときMacアドレスを知るためにARP（Address Resolution Protocol）が起こりますが、このARPがまさにbroadcastです。

 マルチキャスト

これはグループメンバーだけに一度に送る方式です。

 グループメンバーが100人あり、20人に情報を送らなければならないが、 unicast を使用した場合 20 回を送らなければなら図、 broadcast を使用した場合、

必要としない人まで送られてしまいます。

 しかし、マルチキャストになると、そのグループに属している人に選択的に送信することができます。

OSI 7レイヤー層

ネットワークを利用する上で、一度は触れることがあるのOSI 7 Layerは、通信の段階を7つに分けて区切ることを意味します。 OSI は通信を7 Layer の段階別に標準化し、その効率性を高めるために階層化されました。 階層を区別する理由は次のとおりです。

・データの流れが一目でわかる。

・Trouble shooting が容易である。

・ネットワークを勉強している人がネットワークの動作プロセスを簡単に習得できる.

・  複数の会社の機器を使用しても、ネットワークが正常に動作する。

Application Layer(アプリケーション層)

ユーザーインターフェイスの役割を担う階層です。

Presentation Layer(プレゼンテーション層)

送信するデータのフォーマットを決定します。 さまざまなデータフォーマットを一貫して相互変換する圧縮および暗号化および復号化機能を実行します。

Session Layer(セッション層)

ネットワーク上で通信を行うと、両方のホスト間で最初の接続になり、通信中に切断されます。

通信状態を維持させる役割をします。 通信を行う2つのホスト間でセッションを開いたり、閉じたり、管理したりする機能を担当します。

Transport Layer(トランスポート層)

情報を分割し、相手に到達する前に再構成するプロセスを担当します。 (Segment: Layer

4のdata単位）

また、宛先コンピュータから発信元コンピュータ間の通信において、エラー制御（error control）とフロー制御（flow control）を担当します。

Network Layer(ネットワーク層)

Logical address（IP、IPX）を担当し、パケットの移動経路を決定します。 ルート選択、ルーティング、論理アドレスを定義するレイヤーとして、ルーティングプロトコルを使用して最適なルートを選択します。

Network 層機器: Router

Data Link Layer(データリンク階層)

データリンク層は、物理層を介したデータ伝送に信頼性を提供します。

 物理アドレス（MAC）指定、ネットワークトポロジ、エラー通知、フレームの順次転送、フロー制御などの役割を果たします。

この階層では、ローカルネットワークからフレームを安全に送信することが目的です。

Data link 層機器: Switch, Bridge

Physical Layer(物理層)

ネットワーク通信のための物理的な標準を定義しました。 2つのコンピュータ間のバッテリー、機械的そして手続き的な接続を定義する階層です。 (ケーブルの種類、データの送受信速度など)

Physical 層機器：ハブ

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