LANとWAN 〜基本情報技術者合格のための学習法〜

LANandWAN基本情報

LANとWAN

ネットワークには「LAN」と「WAN」の2種類があり,接続できる範囲が異なります。

LAN

LANは「Local Area Network(ローカルエリアネットワーク)」の略で、同じ建物の中などの限定された範囲で接続できるネットワークのことです。
会社で使うネットワークのことを「社内LAN」、家庭内で使うネットワークのことを「家庭内LAN」と呼び、無線LANやスイッチ、ルーターなどのネットワーク機器でLANを構築します。

つまり、自分で管理できる範囲がLANです。LAN内では、プライベートアドレスと呼ばれるIPアドレスを使用します。

WAN

WANは「Wide Area Network(ワイドエリアネットワーク」の略で、遠く離れた場所とつながったネットワークのことで、だれもが自由に接続できるネットワークです。 WANは簡単に言えばLANとLANをつないだ大きなネットワークです。

WANは複数のLANの集合体でもあります。

LANとWAN

LANの接続形態 (トポロジー)

LANを構築する際に、どのように各コンピューターをつなぐかの接続形態をトポロジーと呼びます。

チータくん
チータくん

次の3つが代表的なトポロジーです。

スター型

複数の機器(ノード)をハブなどの通信機器を中心として放射線状のように接続する形態をスター型接続と呼びます。 スター型

ケーブル配線が他のトポロジーと比べて簡単で自由度が高いため、家庭でのネット配線はこの形が一番ポピュラーです。

バス型

全ての機器を1本の基幹となるケーブルに接続する形態をバス型接続と呼びます。 バス型

メリットとしては他の接続形態よりもケーブルが短く済む、ハブなどの中継装置が不要なためローコストで構築できるという点です。

デメリットとしては1本のケーブルに接続する配線上、同じバスの中のいずれか1組の端末間でしか通信できず、ケーブル断線が発生した場合、断線したケーブルより先の機器が全て通信できなくなってしまう点です。

イーサネットの100BASE-Tや1000BASE-Tなどの規格で使用されています。

リング型

各機器をリング状に構成する接続する形態をリング型接続と呼びます。 リング型

リング内では、トークンと呼ばれる信号が高速で周回しています。

送信したいノードは、このトークンを捕まえ、トークン内にデータを詰め込んで送信します。トークンは、リング状のネットワーク上を回るため、衝突は、発生しません。   

ケーブルに障害が発生すると、被害がネットワーク全体に及んでしまいます

イーサネットの10BASE-2や10BASE-5などの規格で使用されています。

イーサネット(Ethernet)

LANの規格として、現在最も普及しているのが、イーサネットです。
IEEE(米国電気電子技術者協会)によって標準化されており、接続形態や伝送速度ごとに吐かれています。

伝送速度に使われているbps(Bits Per Second)という単位は、1秒間に送ること出来るデータ量(ビット数)を表しています。

トークンリングなどの規格で使用されています。

規格名称伝送速度伝送距離標準化規格主な使用ケーブル
バス型
10BASE5(Thin Ethernet)10Mbps500mIEEE 802.350Ω同軸 (12mm)
10BASE2(Thick Ethernet)10Mbps185mIEEE 802.3a50Ω同軸 (5mm)
スター型
100BASE-TX(Fast Ethernet)100Mbps100mIEEE 802.3uUTP (CAT5)
1000BASE-TX(Gigabit Ethernet)1000Mbps100mIEEE 802.3abUTP(4対CAT5e)

CSMA/CD

CSMA/CD方式(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)とはイーサネットがアクセス方式として、を採用している通信方式の一つです。

CS(Carrier Sense)

CSMA/CDでは、半二重通信で行うため、通信状況を監視して、データを送信します。

半二重通信とは一度に「送信」と「受信」のどちらか片方しか行えない通信方法です。

CS

CD(Collision Detection)

もし、同時に送信してしまい、コリジョン(通信パケットの衝突)が発生した場合は、各々ランダムに求めた秒数待機してから、再度送信を行います。
CD

MA(Multiple Access)

このように通信を行うことによって、一本のケーブルを複数のコンピュータで共有することが出来ます。 MA

トークンパッシング

リング型LANの代表格であるトークンリングでは、アクセス制御式にトークンパッシング方式を用います。 トークンパッシング方式ではリング型のLANにトークンというデータを一つだけ巡回させます。 この巡回しているトークンをフリートークンと呼びます。

チータくん
チータくん

平常時は、トークンだけがリング上を流れています。

この平常時に流れているトークンをフリートークンと呼びます。

フリートークンを獲得するとその間は他のホストは送信ができなくなります

チータくん
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データを送信したい時は、このトークンにデータをくっつけて次へ流します。

このデータをくっつけたトークンをビジートークンと呼びます。

自分宛てではない場合はそのまま次へ流し、自分宛の場合は受信したというマークをつけて再度リング上の送信元へ流します。

マークが付加されたビジートークンが送信元に到着すると、送信元はビジートークンをフリートークンに変更して再びリング上を流します。

トークンパッシング方式ではリング上でトークンを獲得したホストからの通信しか 行われないのでコリジョンは発生しません。

トークンパッシングのデメリット

たった一台の機器の設定違いやダウンで、ネットワーク全体に影響を及ぼしてしまいます。

リング上でトークが紛失するような場合が発生するとどのホストからも送信できない状況が発生してしまいます。

ネットワークから機器を撤去する場合や、逆にネットワークに機器を新規に追加するような場合、ハブにLANケーブルを抜き挿しすれば良いだけのCSMA/CD方式に対し、トークンリングはその度に、ネットワーク全ての機器の設定を変えなくてはいけなく、保守の負担が大きいです。

このトークンパッシング方式は現在ではあまり使われていません。

無線LAN

ケーブルを必要とせず、電波などを用い無線で通信を行うLANが無線LANです。 無線なので、電波の届く範囲であれば自由に移動することができます。

チータくん
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ノートパソコンなど、持ち運びできる装置をLANへとつなぐ場合に便利です。

しかしその反面、電波を盗聴されてしまう恐れもあるため、通信を暗号化するなど、しっかりとしたセキュリティ対策が必要になります。

無線LANはIEEE802.11シリーズとして規格化されています。

2.4GHzや5GHzなどの周波数帯を使って通信しています。

2.4GHzと5GHzの違い

2.4GHzと5GHzの違いは以下のような違いがあります。

2.4GHz

周波数が低く、電波が、遠くまで届きやすいというメリットがあります。 また、壁などの障害物にも強いため、隣の部屋にも電波を届けることができます。 しかし、無線LANに限らず様々な家電製品・電子機器で利用されているため、他の機器との干渉を受けやすく速度低下を起こしやすいデメリットがあります。

5GHz

この周波数帯を利用している機器が少ない為、干渉を受けにくく安定して通信が出来るメリットがあります。代わりに、電波があまり遠くへ届かず壁などの遮蔽物が多いと、極端に不安定になり2.4GHz帯に劣ってしまいます。

クライアントとサーバ

ネットワークにより、複数のコンピュータが組み合わさって働く処理の形態にはいくつか種類があります。中でも「集中処理」と「分散処理」が代表的です。

集中処理

集中処理システムとは一つのコンピューターですべての処理を行います。
集中処理

メリット

一つのコンピューターですべてを管理するため運用管理やセキュリティー管理が行いやすいです。

デメリット

ホストコンピューターに障害(故障)が発生すると、システム全体が停止(システムダウン)します。
システムの拡張が複雑になります。

分散処理

集中処理システムに対して、分散処理システムは、複数のコンピューターで分散して処理を行います。 分散処理はP2P(ピアツーピア)型とクライアントサーバー型があります。

分散処理

メリット

複数のコンピューターで処理を行うため一つのコンピューターが故障しても、システム全体が停止することは少ないです。 LANの信頼性が高いです。 システムの拡張が容易です。

デメリット

複数のコンピューターで処理を行うため、集中処理システムに比べて保守やセキュリティー管理、運用が複雑になります。

P2P型LAN

P2P型は、クライアントとサーバーという役割分担がなく、接続されている機器がすべて対等な立場で接続しています。 その時々によって、接続されている機器がクライアントになったり、サーバーになったり変わります。 また、小規模なLANに向いており、クライアント・サーバー型に比べて専用のサーバーやサーバー用のOSも必要ないので比較的構築が容易です。

家庭などで専用のサーバーを設置せず、複数のパソコンでファイルやプリンターを共用しているようなケースがP2P型LANです。

クライアントサーバー型システム

クライアントサーバー型は、サーバーとクライアントが明確に別れています。 サーバーはどのようなサービスを提供するかによって、名称が違います。 サーバーには以下のようなものがあります。

サーバーの種類機能
ファイルサーバーファイル共有機能をクライアントに提供します。
データベースサーバーデータベースの機能をクライアントに提供します。
プリントサーバー印刷機能をクライアントに提供します。
WebサーバーWebページの公開機能をクライアントに提供します。
メールサーバー電子メール機能をクライアントに提供します。

P2P型のようにLAN上のコンピューターがすべて対等な立場にある場合を水平分散システムと呼びます。

クライアントサーバー型のように、サービスを提供する側と、サービスを受ける側が明確に分かれている場合を垂直機能分散システムと呼びます。

チータくん
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クライアントとサーバーの違い

クライアントとはサービスを利用するコンピュータ、

サーバはサービスを提供するコンピュータとなります

参考書籍

キタミ式イラストIT塾 基本情報技術者 令和03年
令和03年 イメージ&クレバー方式でよくわかる 栢木先生の基本情報技術者教室 情報処理技術者試験
令和03年 基本情報技術者 合格教本 情報処理技術者試験

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