ネットワーク接続

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LAN 内接続,LAN 間接続,LAN-WAN 接続の装置の種類,特徴,各装置の機能が,OSI 基本参照モデルのどの層に対応するかを理解する。

用語例:リピータ,ハブ,カスケード接続,スイッチングハブ,ルータ,回線接続装置,レイヤ2(L2)スイッチ,レイヤ3(L3)スイッチ,ブリッジ,ゲートウェイ,プロキシサーバ,スパニングツリー

LAN間接続装置

ネットワークを接続するための装置は以下のように分類されます。

LAN内接続装置
リピータ、ハブ、ブリッジ、L2スイッチ
LAN間接続装置
ルータ、L3スイッチ
LAN-WAN接続装置
ゲートウェイ

また、これらの接続装置はOSI参照モデルの各層に対応しています。

  • 物理層:リピータ、ハブ(リピータハブ)
  • データリンク層:スイッチングハブ、ブリッジ、L2スイッチ
  • ネットワーク層:ルータ、L3スイッチ
  • トランスポート層~アプリケーション層:ゲートウェイ

LAN接続に使われる機器

リピータ

ケーブルとケーブルを接続し、伝送距離を延長するための装置です。減衰した信号を増幅し、信号を整形し送り出します。

ハブ(HUB)

パソコンなどの機器をスター形に接続する集線装置です。数個から数十個のポート(接続口)に各機器からのケーブルを接続し、相互に通信できるようにします。

受信データをすべての接続ポートに転送するリピータハブと、MACアドレスを判断し宛先の接続ポートにだけ送るスイッチングハブがあります。

ハブとハブを段階的に繋いで接続台数を増やすことをカスケード接続といいます。10BASEハブは4段まで、100BASEハブは2段まで可能です。

スター型のトポロジーを取っていることから、通信がハブに集中し、衝突が発生しやすくなっています。

MACアドレス

MACアドレス(Media Access Control Address)はNIC(Network Interface Card)の出荷時に一枚ごとにつけられる固有のID番号です。IEEE(米国電気電子技術者協会)が管理する製造メーカーコード+各メーカーが割り振る製造番号という、世界で唯一の番号なので、MACアドレスによって個々のNICを識別することができます。

MACアドレスは、IPアドレスのようにネットワークアドレスなどは含まないので、ネットワーク層より下のデータリンク層で利用されます。

なお、MACアドレスは48ビット長の16進数12桁で表現され、通常は16進数2桁ごとにハイフンで区切って表現されます。子のうち、上位6桁がIEEEが管理する製造メーカーコード、下位6桁が各メーカーが割り振る製造番号となっています。

例:00-12-34-AB-CD-EF

カスケード接続

カスケード接続とは、ハブやスイッチングハブの多段接続のことをいいます。

ハブでは接続段数に上限があり、10Mbpsタイプでは4段、100Mbpsタイプでは2段です。L2スイッチでは接続段数の制限は理論上ありません。

ブリッジ

同じプロトコルのLAN同士を接続する装置です。LANを流れてきたパケットのMACアドレスを読取り、LAN外に通過させるパケットかどうかを判別します。この機能をフィルタリングといいます。

データは『フレーム』という単位で扱われます。フレームが無限ループすることを防ぐための、スパニングツリーという機能を持っています。

レイヤ2スイッチ(L2スイッチ)

レイヤ2スイッチは、スイッチやスイッチングハブと呼ばれています。ハブは入ってきたフレーム(パケット)をすべてのポートに転送してしまいますが、L2スイッチはブリッジと同様に、フレームの中にある宛先MACアドレスを判断して、宛先のMACアドレスの接続されたポートにのみ転送します。(ブリッジには一般的に2つのポートしかありませんが、L2スイッチには複数のポートがあります。)

このため、他のポートが空いているので同時に通信でき、全体の処理能力(スループット)が向上します。また、必要なポートにのみフレーム(パケット)を流すので、他のポートからはデータを見ることができないので、セキュリティの向上も可能です。

ブリッジとの違いは、ブリッジがソフトウェアを使って転送処理を行うところを、L2スイッチは専用のIC(ASIC)を使ってハードウェアで処理を行う部分です。そのため高速に動作できます。

なお、L2スイッチという名称は、後述するL3スイッチとの区別のために名づけられたもので、一般的にはスイッチングハブと呼ばれる機器のことをL2スイッチといいます。(スイッチという名称は、CISCO社製品の名称)

なお、L2スイッチには、カスケード接続の段数制限はありません。

ルータ

プロトコルやネットワークアドレスの異なるLAN同士を接続する装置です。受け取ったパケットのIPアドレスを読取り、宛先への最適な経路を選択して、宛先のネットワークへの中継を行います。この機能をルーティングといいます。

レイヤ3スイッチ(L3スイッチ)

L3スイッチは、ルータと同じ機能を持っています。ルータはCPUやOSを使って動作していて、ルーティング処理をソフトウェアによって行っています。

これに対してL3スイッチは、ルーティング処理を専用のIC(ASIC)によって処理を行うため、高速にルーティングできることになります。(ただし、ルータも高速なCPUを使うなどして高速化出来るため、L3スイッチが必ずしもルータより高速とは限りません)

ルータと比べて、ポートの数が多数あるのも特徴です。

一般的に、ルータとL3スイッチは下表のような違いがあるとされていますが、それぞれの機能向上によって差異が少なくなっています。

ルータL3スイッチ
ソフトウェア処理が主体ハードウェア処理が主体
それほど高速な処理はできない高速処理
マルチプロトコル対応TCP/IPのみ
WANインタフェースを持つLANインタフェースのみ
ソフトウェアのバージョンアップによって機能追加が容易機能追加は難しい

ゲートウェイ

汎用コンピュータとTCP/IPで接続されたネットワークなど、性質やプロトコルの異なるネットワーク間を接続してデータのやり取りをする装置です。プロトコル変換機能をもち、通信媒体や伝送方式の違いを吸収することができます。