ネットワーク基礎

ネットワークの基礎 ~物理層~

復習 ~物理層(レイヤ1)とは~

機器や電気信号に関するプロトコル群

  • ケーブルの長さ・種類に関するルール
  • 電圧レベル・電圧変化に関するルール
  • 通信速度・電気信号の符号化に関するルールetc
  • 2つのノード間で確実に通信するために必要なプロトコルが定義される

代表的なネットワーク機器

  • クライアントやサーバといったコンピュータ以外に、ネットワークを構築するためのハードウェアであるネットワーク機器もノードに含まれる
  • ネットワーク機器はレイヤ別に役割分担している
  • ハブはレイヤ1(物理)、スイッチはレイヤ2(データリンク)、ルータはレイヤ3(ネットワーク)

ハブ(リピータハブ)

  • 複数のノードを繋げる集線装置

スイッチ(スイッチングハブ)

  • 送りたいノードのみ送れる頭のいいハブ

ルータ

  • ハブやスイッチと違って、隣接していないノードとの通信を可能にし、異なるネットワークを相互接続できるネットワーク機器

ハブ(リピータハブ)

  • 通信データを単なる電気信号としてしか扱わない、物理層で働く装置(L1デバイス)の一つ
  • 集線装置としての機能+リピータ機能を有する
  • 特定の宛先を選んで送るといった制御機能はない
  • 正式名称はリピータハブ
  • Ciscoではハブと呼ぶ

集線装置

  • 複数のノードをつなぎ、あるノードから受信したデータを他の全てのノードへと伝送する

リピータ機能

  • 減衰してしまった電気信号を増幅、波形を再生して送り届ける

(入出力)ポート

  • リンクとのインターフェース
  • ケーブルを差し込む

リピータ

  • 集線機器を持たないハブのようなもの
  • 波形の増幅・再生のみ行う

ツイストペアケーブル

  • 二本の寄り合わせ×四セットの芯線を使ったケーブル
  • 二本の「より」によってノイズの発生と影響を抑えられる
  • 現在、最も使用されているLANのケーブル
  • 伝送可能な距離(セグメント長)は約100メートル
  • 銅線の並びでストレートケーブルクロスケーブルに分類される

UTP(Unshielded Twisted-pair)ケーブル

  • シールドなし

STP(Shielded Twisted-pair)ケーブル

  • シールドあり

ツイストペアケーブルのカテゴリ

カテゴリ伝達速度(bps)最大周波数(Hz)用途
120k規定なし電話線
24M1M低速データ通信
316M16M10BASE-T、トークンリング(リング型トポロジ)
  • ツイストペアケーブルは品質によってカテゴリに分けられる
  • LANではカテゴリ3(Cat3)以上しか使用できない
  • カテゴリが上がるほど、高品質・高速通信が可能

RJ-45コネクタ(端子)

  • ケーブルの末端に取り付ける装置=コネクタ
  • ツイストペアケーブルで一般的に使用されている8芯のコネクタ=RJ-45コネクタ
  • 多くのNIC、ネットワーク機器が対応している

NIC(Network Interface Card)

  • コンピュータをネットワークに繋ぐための拡張部品
  • LANカード、ネットワークアダプタ、ネットワークカードとも呼ばれる
  • 有線LAN、特にイーサネットに対応するものが多い

ストレートケーブル

  • 両端のピンが同じ並び

クロスケーブル

  • 銅線が交差
  • 通信規格によって、1⇄3・2⇄6(100BASE-TX)と1⇄3・2⇄6・4⇄7・5⇄8(1000BASE-T・全て交差)がある

MDIポート

1・2番で送信/3・6番で受信

MDI-Xポート

1・2番で受信/3・6番で送信

  • ポート(モジュラージャック)の番号で分類が決まる
  • ストレートケーブル食い違ったポート(MDI⇄MDI-X)の接続で使用
  • クロスケーブル同種のポート(MDI⇄MDI、MDI-X⇄MDI-X)の接続で使用

MDIを持つノード

  • PC(NIC)、ルータ

MDI-Xを持つノード

  • ハブ、スイッチ

配線の問題の対応

  • MDIかMDI-Xかを判断する
  • 同種のポートクロスケーブル
  • 食い違っていたら、ストレートケーブル

光ファイバケーブル

  • コンピュータからの電気信号を光信号に変換して伝達する
  • 光の通り道=コア
  • コア内に光を閉じ込める=クラッド
  • それらを包む外皮で構成
  • 光信号は電気信号と違い、ノイズが発生しない
  • 伝達可能な距離(セグメント長)=500m~数km

シングルモードファイバ(SMF)

  • 高速で長距離伝達が可能
  • 繊細、扱いづらく、コストが高い

マルチモードファイバ(MMF)

  • 低速で短距離伝達向け
  • 頑丈、安価

その他のケーブル

同軸ケーブル

  • LANの普及の初期で使われていた
  • 現在でもテレビなどで利用

シリアルケーブル

  • 主にWAN接続で使用される
  • LAN=ツイストペアケーブル、WAN=シリアルケーブル
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