ネットワーク技術の基礎―プロトコル、符号化、伝送、LAN・WAN、装置など

プロトコル、符号化、伝送、LAN・WAN、装置など。ネットワーク技術の基礎をまとめています。

プロトコル・伝送制御

ネットワークアーキテクチャ

データ通信技術

伝送制御手順

コンテンション方式
コンテンション方式は、送信しようとする端末が送信要求を出し、相手の受信可能状態を確認した後メッセージを送信する制御方式です。

OSIの階層

OSIの階層
OSI基本参照モデル	内容
第7層アプリケーション層	ファイル転送(FTP)やメッセージ通信(電子メール)など、ユーザが実行する多くのサービス間プロトコルを制御する。
第6層プレゼンテーション層	文字コードや画像データの表現形式を制御し、効率的なデータ伝送に適した形式に変換する。
第5層セッション層	アプリケーションプロセス間の情報の流れなど、通信モードの管理や通信方式、同期方法などを規定する。
第4層トランスポート層	エンドツーエンド(コンピュータ間)で必要とされる透過的なデータ伝送を提供する。データに抜けがあると、相手に通知するエラー制御などを行う。
第3層ネットワーク層	複数のネットワークにまたがったコンピュータ間のデータ伝送や、データの経路選択をする中継機能など。
第2層データリンク層	ノード間で信頼性の高いデータ伝送を保障する。中継局間のデータ伝送を確実に行う。
第1層物理層	データを電気信号や光信号に変換し、実際の伝送を行う。

符号化・伝送

誤り制御

パリティチェック方式

通信回線の伝送誤りに対処するものにパリティチェック方式があります。パリティチェック方式は、ある単位のビット列に対して1ビットのパリティビットを加えて、そのビット列中の1の値をもつビット数をパリティビットに設定する値によって偶数または奇数に統一する方式です。誤り検出は出来るが、誤りの訂正までは出来ません。

変調・符号化

バッファリング

データのバッファリングは、データを途切れることなく再生するために、接続を開始した時点ではすぐに再生せず、しばらく一定量のデータをメモリ上のバッファに蓄えてから再生を開始することです。

たとえば、符号化速度が64kビット／秒の音声データ1.2Mバイトを、通信速度が48kビット／秒のネットワークを用いてダウンロードしながら途切れることなく再生するために必要なバッファリング時間は、以下のようになります。

符号化速度が64kビット／秒の音声データ1.2Mバイトの再生時間を求めます。
1.2Mバイト÷64kビット＝(1.2M×8ビット)÷64k＝(1.2×1000k×8ビット)÷64k＝150秒
再生時間内に送れるデータ量を求めます。
48kビット×150秒＝(48kバイト÷8ビット)×150秒＝6kバイト×150秒＝900kバイト
再生時間内に送れないデータ量を求めます。
(1.2×1000k)－900k＝1,200k－900k＝300k
必要なバッファリングの時間を求めます。
300kバイト÷48kビット＝(300kビット×8ビット)÷48kビット＝2400kビット÷48kビット＝50秒

よって、必要なバッファリング時間は、50秒となります。

多重化方式

時分割多重化方式

ATM交換方式

ATM(非同期転送モード)交換システムは広域帯サービス総合デジタル網を支える通信方式で、音声や画像などのマルチメディアを統合した通信が出来るようになります。

従来のリアルタイムに情報を送る回線交換方式と、回線の効率化を目指すパケット交換方式の長所をともに取り込んだシステムで、高速かつ同一のインターフェースで情報を伝送します。データは48バイトごとに分割され、5バイトのヘッダーを付加されて、 53バイトのATMセルという単位で送受信されます。

ネットワーク(LAN・WAN)

LAN

LANのアクセス制御方式

CSMA/CD方式

CSMA/CD方式では、ネットワークの物理媒体に対して、各ノードは、送信要求発生時に任意に送信を行います。

各ノードのネットワークの物理層は通信線上に信号が流れていないか確認して、空き状態であれば通信線に対して送信する信号を送り出し、その信号が通信線の終端から反射して戻ってくる波形を確認し、送出した信号と同じであれば、送信が成功したとみなします。

波形が異なり、送出した信号でなくなっていれば他ノードの信号と交じり合った(衝突した)とみなして、一定時間待機した後、再度送信を行います。なお、バス型、スター型のLANトポロジが用いられます。

IPアドレス

IPアドレスは、ネットワークを効率的に管理するため、ネットワークに接続されるすべてのノードに人為的に付番するアドレスです。現在は、主にIPv4(Internet Protocol version 4)が使用されております。

なお、IPv4(Internet Protocol version 4)のIPアドレスは32ビットで構成されます。 IPv4では、IPアドレスが足りなくなってしまうため、アドレス空間として128ビットを割り当てらるIPv6(Internet Protocol version 6)が考えられました。

サブネットマスク

サブネットマスクは、ネットワークアドレスとホストアドレスを区別する表記のことです。ホストアドレス部の情報を分割し、複数のより小さいネットワークを形成するために使用する情報となります。

DNS(Domain Name System)

DNS(Domain Name System)は、ドメイン名とIPアドレスの関係を管理し、両者を相互に対応付けるシステムです。また、この対応付けを行うのがDNSサーバです。

TCP/IP

TCP/IP上のサービスプロトコル

DHCP

DHCP[Dynamic Host Configuration Protocol]は、ネットワークに接続するコンピュータにIPアドレスなどのネットワーク情報を自動的に割り当てるためのプロトコルです。

アドレスが割り当てられていないコンピュータはDHCPサーバを見つけるためにDHCPのブロードキャストを出し、 DHCPサーバはそれを受け取るとそれに応答を返し、応答を受け取ったコンピュータはDHCPサーバにIPアドレスを割り当てを要求し、 DHCPサーバがIPアドレスを返すことで動的割り当てが行われます。

OSIの階層

インターネットとブロードバンドルータの普及に伴い、他のプロトコルはTCP/IPに圧倒されてしまった感じがしますが、ネットワークの標準を語るときには必ずOSIの7階層モデルがベースとなって共通の理解が求められます。したがって、特に、OSI基本参照モデルとTCP/IPの関連を把握しておく必要があります。

OSI参照モデルの各層とEtherNetのサービス層、サポートプロトコル、ネットワーク接続装置の対応を以下に示します。

OSI基本参照モデル	IEEE802.3(EtherNet)	サポートプロトコル	接続装置
第7層アプリケーション層第6層プレゼンテーション層第5層セッション層	アプリケーション層	FTP、SMTP、 POP、Telnet、 HTTP、SNMP	ゲートウェイ
第4層トランスポート層	トランスポート層	TCP、UDP	ゲートウェイ
第3層ネットワーク層	インターネット層	IP、ARP、DHCP	ルータ
第2層データリンク層第1層物理層	ネットワークインターフェース層	PPP、CSMA/CD SUP、TokenRing	ブリッジ
第2層データリンク層第1層物理層	ネットワークインターフェース層	PPP、CSMA/CD SUP、TokenRing	リピータ

通信装置

LAN間接続装置

LAN間接続装置の機能についてまとめると以下のようになります。

リピータ
物理層で信号の減衰を補い、新たな波形で送り出すネットワークの延長装置。プロトコルに関しての処理は行わないので全てのパケットを伝送。
※リピータは、LANのケーブル延長を行う機器。電気信号の増幅・波形整形を行う。
ブリッジ
データリンク層でネットワークを接続する。あて先のMACアドレスを判断して送信するポートを選択する。
ルータ
ネットワーク層でLAN同士を接続し、パケットのアドレスを判断してルーティングを行う。サポートするプロトコル以外のプロトコルは破棄する。中継動作中にあて先アドレスを蓄積し、ルーティング情報を学習する機能がある。
デートウェイ
4層から7層までのいずれかのプロトコルに対して接続が可能な装置でプロトコル変換機能等を持ち、異機種の接続が可能。