「ネットワーク方式」カテゴリーアーカイブ

【応用情報・基本情報】
・LAN とWAN の仕組み,特徴,電気通信事業者が提供するサービスの種類,特徴を修得し,応用する。
・有線LAN と無線LAN,交換方式の仕組み,特徴を修得し,応用する。
・回線速度,データ量,転送時間の関係を修得し,応用する。
・インターネット技術の必要性,特徴を修得し,応用する。

【ITパスポート】
・ネットワークに関するLAN とWAN という分類を理解する。
・ネットワークを構築するための接続装置の役割を理解する。

ネットワーク方式

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・LAN とWAN の仕組み,特徴,電気通信事業者が提供するサービスの種類,特徴を修得し,応用する。
・有線LAN と無線LAN,交換方式の仕組み,特徴を修得し,応用する。
・回線速度,データ量,転送時間の関係を修得し,応用する。
・インターネット技術の必要性,特徴を修得し,応用する。

【ITパスポート】
・ネットワークに関するLAN とWAN という分類を理解する。
・ネットワークを構築するための接続装置の役割を理解する。

(1)通信ネットワークの役割 応用情報

通信ネットワークが果たす役割と効果,ネットワーク障害が発生した場合の社会的影響の大きさを理解する。

用語例:ネットワーク社会,ICT(Information and Communication Technology:情報通信技術),u-Japan 構想

(2)ネットワークの種類と特徴 ITパスポート 基本情報 応用情報

LAN とWAN の仕組み,特徴,構成要素,運用費用を理解する。また,WAN を構成する場合に利用する電気通信事業者から提供されているサービスの種類と特徴を理解する。

用語例:インターネットサービスプロバイダ, 従量制, 月額固定料金, IDF(Intermediate Distribution Frame),MDF(Main Distribution Frame),パケット交換網,回線交換網,フレームリレーサービス,ATM サービス,センサネットワーク

(3)有線LAN 基本情報 応用情報

有線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:同軸ケーブル,より対線,光ファイバケーブル

(4)無線LAN 基本情報 応用情報

無線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:電波,赤外線,無線LAN アクセスポイント,インフラストラクチャモード,アドホックモード

(5)交換方式 基本情報 応用情報

回線交換とパケット交換の仕組み,特徴を理解する。

用語例:パケット,VoIP(Voice over Internet Protocol)

(6)回線に関する計算 基本情報 応用情報

回線速度,データ量,転送時間の関係を理解し,与えられた回線速度,データ量,回線利用率からの転送時間の算出方法を理解する。また,発生するトラフィック量から必要な回線速度を算出する方法を理解する。

用語例:転送速度(伝送速度),bps(bit per second:ビット/秒),回線容量,ビット誤り率,トラフィック理論,呼量,呼損率,アーランB 式(アーランの損失式),アーラン,待ち行列理論,M/M/1,ケンドール記号,トラフィック設計,性能評価

(7)インターネット技術 基本情報 応用情報

ノードには,世界で一意となるIP アドレスが割り当てられることによって,相互通信が可能となっていること,アドレスを構成するネットワークアドレスとホストアドレスの役割,IP パケットのルーティングの動作,IPv6 の必要性と特徴を理解する。

用語例:IPv4,IPv6,アドレスクラス,グローバルIP アドレス,プライベートIP アドレス,IP マスカレード,NAT,オーバレイネットワーク,DNS,ドメイン,TLD,Proxy サーバ,QoS(Quality of Service:サービス品質),ユビキタス,パーベイシブ,セキュリティプロトコル,ファイアウォール,RADIUS

 

ネットワークの種類と特徴

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

LAN とWAN の仕組み,特徴,構成要素,運用費用を理解する。また,WAN を構成する場合に利用する電気通信事業者から提供されているサービスの種類と特徴を理解する。

用語例:インターネットサービスプロバイダ, 従量制, 月額固定料金, IDF(Intermediate Distribution Frame),MDF(Main Distribution Frame),パケット交換網,回線交換網,フレームリレーサービス,ATM サービス,センサネットワーク

ネットワークとは

ネットワークとは、コンピュータ、携帯電話、モバイル機器などを繋いでデータ通信を行う網状の通信回線です。通信経路が1本だけの通信回線に対比されるものです。その規模や接続形態などによって様々な種類があります。

LAN(Local Area Network)

外部とつながっていない、独立した構内ネットワークのことをLAN(Local Area Network)といいます。

ここでいう構内とは、同じ建物や敷地内を指し、LANとはフロア内や建物内にあるコンピュータ同士を接続した小規模なネットワークのことです。

現在では、外部接続の有無を問わず、無線も含めて利用者が私設できる通信網を指してLANと呼ぶ場合もある。

WAN(Wide Area Network)

都市間など、広い地域にまたがって構築されるネットワークをWAN(Wide Area Network)といいます。

WANとLANが大きく異なる点は、間に電話線などの公衆回線を使う部分があることで、広域通信網とも呼ばれます。

WANの最も大規模なものが、世界規模にまたがる「インターネット」です。

現在では、データ通信事業者やインターネットサービスプロバイダ(ISP)が提供し、利用者が利用・共用できる通信網を指してWANと呼ぶ場合もある。

WANの通信回線

WANで用いる通信回線には、専用回線と交換回線があります。

通信先との間を電気通信事業者から専用の通信回線を借りて接続する形態を専用回線といいます。専用回線は安定性が高いですが、借上げる分のコストがかかります。

対して、複数の通信で回線を共用する形態を交換回線といいます。交換回線では回線の接続点に交換旗があり、送信データの宛先を読み取って宛先に通じる経路を選択し、データを転送しますあ。このため、専用回線より回線コストや通信設備を節約できます。

回線交換網

回線交換網とは、通信回線の帯域幅を複数の一まとまりのデータ列(呼)に割り振るデータ通信網です。

交換機は、帯域の空き具合と料金等によるクラスの違いを考慮して、転送する経路を選択します。

回線交換網は、混んでいる場合には送信要求が断られて、再申し込みが必要ですが。回線を専有できるので交換のための遅延時間が少なく、電話やテレビ会議に向きます。

パケット交換網

パケット交換網とは、一まとまりのデータの列を小さなパケットに分割して、パケットの単位で送受信するデータ通信網です。

交換機は、混んでいる回線や停止している経路を避けて、稼働していて混んでいない経路を選択してパケットを転送します。

パケット交換網は、交換のための遅延時間が発生しますが、通信網の利用効率向上、混んでいる時の送信要求の再申し込みが不要、障害に対する安全性の向上などが特徴です。端末の間で複数の経路を使えることを活用したネットワークです。

フレームリレーサービス

フレームリレーサービスとは、ネットワークの7層モデルの下から2番目のデータリンク層で、フレームというデータのまとまりの通信を中心に考えた簡略なパケット交換方式です。

3層目のネットワーク層を中心に考える通常のパケット交換ほどきめ細かい特徴は出ませんが、オーバーヘッドを減らして性能を向上させることができます。

ATMサービス

非同期転送モード(Asynchronous Transfer Mode:ATM)サービスとは、固定長のデータ(53バイト)を単位として、一つの通信回線を複数の論理チャネル(仮想回線)として利用する通信方式です。

固定長なので処理が単純である上に、通信回線の容量が大きければ、大量のデータを同時並行して送信できるので高速通信が可能です。

ここでいう非同期とは、回線交換網が同期的に作動することに対する特徴を表しているものです。

プロバイダ

インターネットの各種サービスを利用するには、インターネットに接続しているネットワークのユーザになる必要があります。

インターネットに直接接続する環境を持たない一般家庭などの場合は、インターネットへの接続サービスを提供するプロバイダ(ISP)と呼ばれる業者と契約し、電話回線やCATV回線、光ファイバなどを経由してインターネットを利用します。

ダイアルアップIP接続

コンピュータを電話回線経由でプロバイダのネットワークに接続し、必要なときだけインターネットを利用する形態をダイアルアップIP接続といいます。

通常は、プロバイダが、ユーザがインターネットに接続するたびにJPNICから予め割り振られているグローバルIPアドレスの中から秋アドレスを割り当てるので、ユーザはグローバルIPアドレスの取得を申請する必要はありません。プロバイダのネットワークと専用回線で常時接続する場合には、ユーザがグローバルIPアドレスを申請して固定アドレスを取得することもあります。

IDF(Intermediate Distribution Frame)

主配電盤から、フロアごとに中継するための配電盤。オフィスや集合住宅で、主にフロア単位に設置する、通信回線用の配線盤のこと。

主配線盤と各部屋の間に設置され、主配線盤と中間配線盤を多芯ケーブルでつなぐことにより、主配線盤が大きくなるのを避けられる。

 

有線LAN

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

有線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:同軸ケーブル,より対線,光ファイバケーブル

LANの種類

LANの種類には、有線LANと無線LANがあります。

有線LANとは、LANケーブルを使用してコンピュータをネットワークに接続する方法のことです。

無線LANとは、LANケーブルの代わりに電波や赤外線などを使用してコンピュータをネットワークに接続する方法のことです。

有線LANは無線と比べると、高速でセキュリティは保持しやすいですが、どうしても敷設の手間がかかります。

有線LANの構成要素

有線LANはLANケーブル、LANカード(LANボード)、集線装置(ハブ、ルータなど)によって構成されます。

LANケーブルはコンピュータをネットワークに接続するためのケーブルでいくつかの種類があります。

LANカードはLANケーブルをコンピュータに差し込むための拡張カードです。現在ではあらかじめ内蔵しているPCがほとんどです。

集線装置とは、複数のLANケーブルを接続する装置で、ハブ、スイッチ、ルータ、ゲートウェイなどがあります。

イーサネット

イーサネットは、現在のLANの主流となっている伝送路規格です。10BASE-T、10BASE2、10BASE5などの企画があり、規格ごとにケーブルの種類や接続形態、伝送速度が異なります。

LAN規格伝送媒体最大転送速度最大伝送距離
10BASE2同軸ケーブル10Mbps185m
10BASE5同軸ケーブル10Mbps500m
10BASE-Tツイストペアケーブル10Mbps100m
100BASE-TXツイストペアケーブル100Mbps100m
100BASE-FX光ファイバ100Mbps2000m
1000BASE-Tツイストペアケーブル1000Mbps100m
同軸ケーブル

1本の芯を皮膜した構造で、細い10BASE2ケーブル(Thinケーブル)と、太い10BASE5ケーブル(Thickケーブル)があります。

同軸ケーブルは、低速ですが太いケーブルを使用しており、長距離の伝送に使用できます。(数百メートル単位)

ツイストペアケーブル(より対線)

2本の線を撚り合わせた構造で、細く曲げやすいため、現在では最も広く利用されています。8芯のカテゴリ5というケーブルが100BASE-Tなどに使われます。伝送距離が短く、中継しなければ長距離伝送することはできません。

光ファイバケーブル

動線に光ファイバケーブルを用いるもので、100BASE-FXなどがあります。

光ファイバケーブルは、光によって情報を伝達するため、電気信号を光信号に変換する機構が必要となるなど、コストがかかります。しかし、金属ケーブルに比べると外部からの電磁波に強く、超高速で伝送距離の長いLANを構築できるのが特徴です。

無線LAN

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

無線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:電波,赤外線,無線LAN アクセスポイント,インフラストラクチャモード,アドホックモード

無線LAN

無線LANは、ケーブルを使わず電波で通信する規格です。

無線通信のみでLANを構築することも、有線LANと組み合わせて利用することもできます。

無線LANは、アクセスポイントからの無線が届く範囲の自由な位置に端末を設置できるのがメリットです。また、電波を用いる場合、間仕切り程度の壁なら通信の障害にならないのもポイントです。

但し、接続台数が無制限に出来たり、通信の衝突が起こらなかったり、というわけではない上、外部からの侵入や電波の傍受に留意して使う必要があります。

無線LANの構成要素

無線LANは、無線LANカード、無線LANアクセスポイントによって構成されます。

無線LANカードは、通信機能のある拡張カードで、無線LANアクセスポイントを介してネットワークに接続します。

無線LANアクセスポイントは、無線LANカード同士のデータのやり取りを仲介したり、有線LANへの接続を提供したりします。

IEEE802.11

無線LANの規格はIEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. :米国電気電子学会)が定めています。

IEEE 802.11b
周波数が2.4GHz帯を利用する、最大伝送速度11Mbpsの方式です。安定型で、障害に強いのが特徴です。
IEEE 802.11a
周波数が5GHz帯を利用する、最大伝送速度54Mbpsの方式です。障害物に強いのが特徴です。
IEEE 802.11g
周波数が2.4GHz帯を利用する、最大伝送速度54Mbpsの方式で、802.11bの上位互換です。高速かつ安定しているのが特徴です。
IEEE 802.11n
周波数が2.4GHz/5GHz帯を利用する、最大伝送速度600Mbpsの方式です。複数のアンテナで送受信する技術(MIMO)や、複数のチャネルを組み合わせて通信するチャネルボンディングによって、2010年時点での理論値では300Mbpsとなっています。

これらの無線LAN規格で使用する周波数帯域のうち、IEEE 802.11aや802.11nで使用する5GHz体は電波法によって医療が制限されており、許可なく屋外で使うことはできません。

一方、2.4GHz体は自由に利用できる帯域ですが、電子レンジやアマチュア無線機などの子の周波数帯域を使用していることから、これらの電波干渉を受けやすく、機器同士を近くに置くと通信速度が下がることがあります。

無線LAN利用時の留意点

無線LANには、電波を第三者に勝手に傍受されるという危険性があるため、セキュリティ対策がより重要となります。

電波はある程度の厚さであれば壁を通しても届くため、無線信号が届く範囲内の自由な位置に端末を配置することができ、有線LANのような配線の煩わしさがありません。

ただし、電波の頭頂を防ぐために、無線LANカードのMACアドレスをアクセスポイントに登録し、LANにアクセスできるパソコンを制限する方法や、WPAやTKIP、AESなどの無線暗号化技術を使って暗号化通信を行う、などのセキュリティ対策を講じる必要があります。

交換方式

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回線交換とパケット交換の仕組み,特徴を理解する。

用語例:パケット,VoIP(Voice over Internet Protocol)

回線交換方式

回線交換方式は、電話のように、一旦相手と接続したら切断するまでその回線を専用回線と同じように専有する方式です。

伝送の遅延が少なく、データをまとめてやり取りするのに向いています。

パケット交換

送出されたデータを一旦交換機内に蓄積しておき、交換機が相手を呼び出してデータを伝送する方式を蓄積交換といいます。代表的なものがパケット交換です。

パケット交換は、データを一定の長さの単位(パケット)に分割し、1本の回線に複数の相手先へのパケットを混在して同時に流す方式です。それぞれのパケットには、発信元情報と宛先情報、パケットの順番などの「荷札」に当たる情報をつけます。子の部分をパケットヘッダといいます。

パケット交換の特徴

パケット交換には次のような特徴があります。

  • 異なる宛先のパケットを同時に1本の回線に混在させて送信(多重化)出来るので、回線の利用効率がよい。
  • ある回線が故障しても、別の回線を迂回させてパケットを届けることが出来るので、障害に強い。
  • 蓄積交換であることから、通信手段や通信速度が異なる宛先にも同じ回線を利用して通信できる。
  • パケットの損失や遅延が起こることがあり、信頼性は回線交換方式より低い。
  • データのパケット化、データの再構成のオーバーヘッドがかかる。

VoIP

パケット交換による音声通話システムのことで、Voice over Internet Protocolの略です。

通信規約としてインターネットプロトコル(IP)を用います。

回線を専有することなく音声通話が可能ですが、遅延やパケット損失の影響を免れません。

 

回線に関する計算

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

回線速度,データ量,転送時間の関係を理解し,与えられた回線速度,データ量,回線利用率からの転送時間の算出方法を理解する。また,発生するトラフィック量から必要な回線速度を算出する方法を理解する。

用語例:転送速度(伝送速度),bps(bit per second:ビット/秒),回線容量,ビット誤り率,トラフィック理論,呼量,呼損率,アーランB 式(アーランの損失式),アーラン,待ち行列理論,M/M/1,ケンドール記号,トラフィック設計,性能評価

回線速度

回線速度とは利用する回線の速度で、1秒間に何ビット転送できるかを表すbps(bits per second:ビット/秒)の単位で表されます。転送速度や伝送速度といわれることもあります。

データ量

転送するデータの総容量をデータ量(転送データ量)といいます。ビット(b)、バイト(B)やキロバイト(KB)、メガバイト(MB)、ギガバイト(GB)などの単位です。

データ転送時間

データ転送にかかる時間は、転送データ量 ÷ 転送速度として求めます。

1Mバイト(8,000,000ビット)のデータ量を64kbps(64,000bps)の速度で転送するのにかかる時間は、8,000,000ビット ÷ 64,000bps = 125秒 となります。

回線利用率

データ転送に使用される回線は、常時データが転送されているわけではなく転送されたり、されなかったりします。したがってデータ転送にかかる時間は回線が100%利用されている場合と50%の場合であれば50%のほうが時間がかかることになります。この回線の使用されている割合の平均を回線利用率といいます。

ビット誤り率

データ伝送を行う場合、回線の品質が悪いと転送中にデータが間違ってしまう場合があります。これは、内部のデータがお互いに影響をおよぼす場合もあれば、外部からのノイズによる場合もあります。

ビット誤り率が 10-3 の場合、1000分の1なので1000ビット送って1ビットの誤りがあることになります。

呼量

電話をかけてきるまでの処理を呼(こ)といいます。このこの延べ利用時間が単位時間あたりにどれくらいあるかを表したものが呼量(こりょう)といいます。単位はアーラン(ERL)です。

例えば、1時間に30回の呼があり、一回の呼が平均2分間だとすると呼量は以下のように求められます。

  • 呼の延べ利用時間(秒): 30回 × 2分 × 60 =3,600秒
  • 1秒あたりの呼量: 3,600秒 ÷ ( 60分 × 60秒 ) = 1 ERL

 

インターネット技術

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ノードには,世界で一意となるIP アドレスが割り当てられることによって,相互通信が可能となっていること,アドレスを構成するネットワークアドレスとホストアドレスの役割,IP パケットのルーティングの動作,IPv6 の必要性と特徴を理解する。

用語例:IPv4,IPv6,アドレスクラス,グローバルIP アドレス,プライベートIP アドレス,IP マスカレード,NAT,オーバレイネットワーク,DNS,ドメイン,TLD,Proxy サーバ,QoS(Quality of Service:サービス品質),ユビキタス,パーベイシブ,セキュリティプロトコル,ファイアウォール,RADIUS

インターネット

インターネットは、世界中に散在するサーバコンピュータが相互に接続するLANやWANの集合体として成立した、分散型の大規模ネットワークです。同じルールを用いることで、オープン性を実現しています。

インターネット上で提供されるサービスやアプリケーションは、その殆どがTCP/IPを利用しており、個々のネットワークが用いる機種やプラットフォームの違いを越えて、インターネットを介した通信を行うことができます。

グローバルIPアドレス

インターネット上のコンピュータを特定するIPアドレスをグローバルIPアドレスといいます。グローバルIPアドレスは世界で唯一の番号です。

コンピュータをインターネットに公開するには、JPNICの指定する事業者から、グローバルIPアドレスの割当を受ける必要があります。

グローバルIPアドレスに重複がないようにするには、IPアドレスを世界規模で一元管理する必要があります。これを世界的に調整を行っている組織がICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)です。日本国内ではJPNIC(Japan Network Information Center)がICANNと連携してIPアドレスの管理を行っています。

プライベートIPアドレス

インターネット外部から接続されない社内LANのコンピュータなどでは、基本的にネットワーク管理者が自由にIPアドレスを割り当てます。

このようなLAN内のみで使用する申請不要のIPアドレスをプライベートIPアドレスと呼んで、グローバルIPアドレスと区別しています。

なお、自由に割り当てられるといっても、慣例としてグローバルIPでは用いられない範囲のIPアドレスが決まっているので、その範囲の中でLAN用のプライベートIPアドレスを割り振るのが一般的となっています。

ドメイン名の取得

TCP/IPネットワークでコンピュータの識別に用いるIPアドレスは数字の羅列であり、人間にとっては見づらく、長くて覚えにくいものです。そこで、IPアドレスに「example.co.jp」などの名前(ドメイン名)をつけて利用しています。

ドメイン名を利用するには、IPアドレスとドメイン名のどちらでも、そのコンピュータにアクセスできるような仕組みが必要です。これをDNS(Domain Name System)といいます。

なお、ドメイン名とIPアドレスは対応付けられるので、インターネット上で使われるドメイン名は、グローバルIPアドレスと同様に、登録機関に申請して取得する必要があります。また、他と重複したドメイン名は使えません。

ドメイン名の構造

ドメイン名の基本構造は「組織名+組織種別+国名」です。組織名は、他と重複しない範囲で、利用者自身が決めて良い部分です。

組織種別は管轄の国ごとに異なりますが、日本では企業を表す「co」、学校法人を表す「ac」などがあります。

国名には、日本を表す「jp」などがあります。

また国名を省略した「com」や「net」などのように、もともとインターネット発祥の地である米国向けにあった組織種別で、国名を省略して世界共通で使えるようになったものもあります。

DNSサーバ

コンピュータに割り当てられているIPアドレスと、それに対応するドメイン名(又はホスト名)との相互変換を行うサーバをDNSサーバといいます。

DNSサーバは自身にIPアドレスとドメイン名の対応表を保持している他、インターネット上の他のDNSサーバと連携して自身の知らないドメイン名とIPアドレスについても情報を取得できるような仕組みになっています。

Proxyサーバ

Proxyは「代理」という意味です。本来はクライアントからサーバに対して直接通信が行われますが、Proxyサーバを利用すると、クライアントと目的のサーバとはProxyサーバを経由してやり取りする形となります。

Proxyサーバには以下のような特徴があります。

  • 外部からはProxyサーバだけが見えている状態で、クライアントの存在を隠すことが出来る。
  • Proxyには一度通過した外部サーバのコンテンツをキャッシュとして、一時保存しておく機能があるため、同じコンテンツを参照しにいった際にそのキャッシュを利用することで、通信量を減らすことが出来る。
  • Proxyを経由することで、アクセス制限を掛けたり、アクセスログの監視を行うことで、社内からのインターネット利用の適切化を図ることが出来る。