ネットワークの初め

昔のコンピュータはネットワークがなかった。
なのでファイルや印刷するとは人の手で渡していた。
しかし
コンピュータ同士が繋がることによって人の手で渡さなくてもインターネット経由で渡せるようになり
早く作業ができるようになった。

気づき

改めてネットワークはコンピュータの繋がりだったな。
このqiitaもqiitaのコンピュータと繋がって書くことが出来るのか。
すごいな。

ネットワークの種類

ネットワーク（コンピュータ同士のつながり）には広い狭いで名前が違う。

LAN（Local Area Network)

家庭で構築する在宅ネットワーク
出典キタミ式イラストIT塾　基本情報技術者　令和03年
日本語に訳すと「構内情報通信網」となり、```ローカルエリア（限られた範囲）のネットワーク````のことを意味します。ネットワークの構築は自分で行います。
出典 https://panasonic.co.jp/ew/pewnw/solution/column/network/006.html#link_01_2
同一の敷地またはや建物内等に構築されたネットワーク
出典 https://www2.elecom.co.jp/network/wireless-lan/column/wifi_column/vol03/#:~:text=LAN%E3%81%A8%E3%81%AF%E3%80%8CLocal%20Area,%E6%99%AE%E5%8F%8A%E3%81%8C%E9%80%B2%E3%81%BF%E3%81%BE%E3%81%97%E3%81%9F%E3%80%82

WAN（Wide Area Network)

遠く離れたLAN同士を接続する。
出典キタミ式イラストIT塾　基本情報技術者　令和03年
日本語に訳すと「広域情報通信網」となり、広い範囲のネットワークのことを指します。いわゆるインターネットがWANにあたります。複数のLANの集合体というイメージをするとよいかもしれません。
WANの構築は、通信事業者(プロバイダー)が行います。よって、プロバイダー契約をすることで、WANへのアクセスができるようになるのです。
出典 https://panasonic.co.jp/ew/pewnw/solution/column/network/006.html#link_01_2

気づき

WANはLANの集合体と覚えておけばよさそうだ。
光回線をプロバイダーと契約したらWANへアクセスしているのか。
プロバイダーはいろんなところにWANの構築をしているのか？
一体プロバイダーを知らないからな。
時間がないから先に行く。

データを運ぶ通信路の方式とWAN通信技術

コンピュータ同士でデータのやり取りを行うためには通信経路でお互いを結ぶことが必要になる。
コンピュータ同士を回線一本で繋げることを専用回線方式と言う。
現在は1対１の通信を行わずたくさんのコンピュータとやり取りをしている。

交換方式

任意のコンピュータにつがるように送信先を差配するものが必要になる。
交換機を使ってデータの行き先を変更して届ける。
交換機を使って通信路を確立される方式を交換方式と言う。
さらには交換方式には２種類ある。

気づき

昔の電話みたいだな。

交換方式の２つの種類

回線交換方式

送信元から送信先にまでの経路を交換機がつなぎ通信路として固定する。
これで使用中の回線は使用者同士占有され使うことができない。

パケット交換方式

送信データをバラバラにして小さなデータにする。これをパケットと言う。

パケットを交換機が適切な回線へと送り出すことで通信路を形成できる。
パケットは小さいので海鮮の占有時間は短時間になる。複数人で使うことができる。
パケットは交換機に蓄積されているので自分の番になると通信できる。

気づき

パケットの送信時間はどれくらい早いのだろうか?

わからなかった。
速度でも回線速度と転送速度があった。
脱線が長くなりそうだからやめる。

パケットとは？

1パケットは128バイトで全角文字64字に相当する。
ネットワーク層のプロトコルであるIPは、1つのデータを複数のパケットに分割して送信する。パケットは、``「ヘッダー」と「データ」に分かれる```。
ヘッダーには、送信元・あて先IPアドレス、データの内容を表すフラグやTTL（Time to live）、上位層のプロトコルの種類などの情報が保存される。
IPは、この情報に基づいてパケットをあて先に送信する仕組みだ。
エラー発生時の再送信や再書き込みを最小限に抑えて通信回線の占有率を低下させる。
出典 https://mypage.otsuka-shokai.co.jp/contents/business-oyakudachi/words/packet.html#:~:text=%E3%83%91%E3%82%B1%E3%83%83%E3%83%88%E3%81%A8%E3%81%AF,64%E5%AD%97%E3%81%AB%E7%9B%B8%E5%BD%93%E3%81%99%E3%82%8B%E3%80%82
混雑時は通信が不安定になる。回線を占有できないため、混雑時は伝送効率が低下したり、パケットを消失する恐れがあります。
通信量が大きい。パケット一つ一つにヘッダ情報を付与したり、回線切れやパケット喪失などの場合に自動再送が行われるため、トータルで通信量が増える。
出典 https://www.tramsystem.jp/voice/voice-2113/#i-6
IPを基にしたネットワークでは、データを“パケット”と呼ぶ固まりに格納
します。そしてこのIPパケットは大きく分けてIPヘッダ(IP Header)とIPデータ(IP Data)
の２つに分けることが出来ます。
IPヘッダ中身は出典元へ。
出典 https://www.itbook.info/study/p87.html

とりあえず混雑すると効率が悪くなったり、合計の通信量が大きくなることがわかった。
また１２８バイトが１パケットだった。
沢山紐づけていたら膨らんでしまうのも当然か。

WANの通信方式

専用線

WANの拠点間を専用回線で結ぶ。
回線速度と距離によって費用が決まる。
セキュリティは高いが、非常に高額。

フレームリレー方式

パケット交換方式を元にしている。
伝送中の誤り制御を簡略化して高速化を図ったもの。
パケット交換方式と比べて、伝送遅延は小さい。

ATM交換方式

パケット交換方式を元にしている。
データ転送単位を可変長ではなく固定長のセル（53バイト)とすることで高速化を図ったもの。
パケット交換方式と比べて、伝送遅延は小さい。

広域イーサネット

LANで用いられるイーサネット技術を用いて拠点間を接続するもの。
高速。
一般的に使用している機器をそのまま使えるのでコスト面で安価になる。
WAN構築における近年の主流サービス

LANの接続形態（トリロジー）

各コンピュータをどのようにつなぐか

スター型

ハブを中心に放射状に各コンピュータを接続する形態。
イーサネットの規格

10BASE-T

伝送速度 10Mbps
伝送距離 100m
伝送媒体ツイストペアケーブル

１００BASE-TX

伝送速度　 100Mbps
伝送距離 100m
伝送媒体ツイストペアケーブル

１０００BASE-T

伝送速度　 １Gbps
伝送距離 100m
伝送媒体ツイストペアケーブル

気づき

１０００BASE-Tの数字で通信速度が上がってくるのか。

バス型

一本の基幹となるケーブルに各コンピュータを接続する形態。
イーサネットの規格

１０BASE２

伝送速度　１０Mbps
伝送距離 １８５m
伝送媒体同軸ケーブル

１０BASE5

伝送速度　１０Mbps
伝送距離 ５００m
伝送媒体同軸ケーブル

Ethernetの標準規格（IEEE 802.3）10BASE5
Ethernetの心臓部ともいうべきCSMA/CDによるアクセス手法が、この第4章で定義されています。
通常イエローケーブルと呼ばれる外径約1cmのインピーダンス50Ωの同軸ケーブルが通信媒体として使用されます。最近では、黄色以外のカラーバリエーションも豊富になってきており、セグメント別の色分けも可能です。また、リピータ無しの場合の最大セグメント長は500mで、1セグメント当たりの最大接続MAU数は100台です。

気づき

伝送距離が数字が大きくなると長くなるのか。

リング型

リング状に各コンピュータを接続する形態。
トークンリングという規格を使う。

気づき

コンピュータの繋ぎ方で色々変わってくるのかな？
信号も電気だから関係ありそうだ。
なんかコンピュータの信号が電気の信号であることを何となくイメージできなくなってきた。
どのように信号しているのか？

現在のLANはイーサネットがスタンダード

LANの規格としてイーサネット（Ethernet)が現在もっとも普及している。
接続形態や伝送速度ごとによって次のような規格に分かれている。

イーサネットはCSMA/CD方式でネットワークを監視する

アクセス制御方式としてCSMA/CD(Carrier SeVSE Multiple Access/Collision Detection)方式を採用している。

この方式ではネットワーク状の通信状態を他の送信をおこなっている者がいない場合に限ってデータの送信を開始する。
しかしそれでも同時に送信する。するとパケット同士で衝突（コリジョン）する。
衝突が起こった場合は各々ランダムに求めた時間文待機して再度送信する。
こうすると１本のケーブルで複数のコンピュータで共有することができる。

気づき

時間をずらしてパケットを送信するのか。

結局イーサネットとは？

主にパソコンなどで信号をやり取りに用いられている規格です。高度な情報を授受する際には、信号を送る側の規格と、受け取る側の規格がバラバラでは、データの送受信などととても望めません。
そこで、パソコン機器を接続する標準規格として生まれたのが「イーサネット」です。誕生は1973年。
有線LAN（ローカルエリア接続）に用いられる規格としてイーサネットは現在最も普及し、今では極端にいえばイーサネット＝有線LANケーブルの規格、だと考えてもよいでしょう。

イーサネットのメリット

有線LANケーブルにも複数の種類があり、光ファイバーを用いた規格では、1秒間に10ギガバイトもの大量の信号を伝送できるものもあります。イーサネットのメリットは、大量のデータを高速で安定的にやり取りできることなのです。

こうしたデジタル通信の規格が充実したことで、データ通信の環境は以前とはケタ違いに効率化されました。

パソコン以外の使用

イーサネットが用いられるのはパソコンだけではありません。最近は家電などでもネットワークにつながることが増えてきました。
映像と音声を同時にやり取りするHDMIケーブルには、イーサネット対応のものもあります。例えばテレビだけがネットワークにつながっている場合、イーサネット対応のHDMIケーブルをBlu-rayレコーダーに繋げば、Blu-rayレコーダーもネットワークにつながることになります。

昨今工場などでは「産業用イーサネット」が注目を浴びています。標準的なイーサネットと比べると、高い堅牢性と、通信の安定性が求められるため、独自に進化しているのです。複数のロボットやオペレーション端末をつなぎ、工場のIoT化の中心を担っています。

今後の次世代自動車で使われる技術は、大量のデータを高速でやり取りする必要があり、その手段としてイーサネットが注目されています。将来的には自動運転が社会の常識になるかもしれませんし、それら先進技術を車に応用するためにも、さまざまな機器を車載にしてネットワークを構築する必要があります。

さらに、今後登場する未来型の自動車は高性能なコンピュータを搭載して、各種のセンサーやアクチュエータ（電気信号を運動に変換する装置）などを、それぞれイーサネットで結ぶことになると考えられます。モビリティの高度化に伴い、車の中枢神経はこのイーサネットに置き換わってくることから、イーサネットはコネクテッドカーの「神経網」と位置付けられていくでしょう。
出典 https://www.yupiteru.co.jp/yupista/article/ethernet.html#:~:text=%E3%82%A4%E3%83%BC%E3%82%B5%E3%83%8D%E3%83%83%E3%83%88%EF%BC%88Ethernet%EF%BC%89%E3%81%A8%E3%81%AF%E3%80%81,%E8%AA%95%E7%94%9F%E3%81%AF1973%E5%B9%B4%E3%80%82

イーサネットの種類

光ファイバー

光ファイバーはインターネットで使用されるイーサネットで「光回線」で使用されています。光ファイバーは大容量のデータを高速で送受信することが可能で、他の種類よりも高速です。さらに光ファイバーはケーブルの距離で信号が弱くなるデメリットがなく、安定した通信が行える強みがあります。

LANケーブル

LANケーブルはパソコンやゲーム機をイーサネットに接続するアイテムです。パソコンやゲーム機をイーサネットに接続する他にも、集合住宅内で各部屋に通信を提供するために使われることもあります。

他にも集合住宅でLANケーブルを活用しているケースがあります。集合住宅では1本の光ファイバーを各部屋に分配して共有することが多く、各部屋への分配にLANケーブルを使う回線方式をLAN配線方式と呼びます。ひとつの光ファイバーをLANケーブルで分配することで、インターネット料金が安くなる一方、最大通信速度も下がってしまうというデメリットがあります。

同軸ケーブル

同軸ケーブルは、テレビやケーブルテレビで映像の提供をするために利用されているケーブルです。ケーブルテレビでは同軸ケーブルを使ったインターネット通信の提供も行われています。同軸ケーブルを使って宅内までインターネットをつないでいても、パソコンなどのデバイスへの有線接続にはLANケーブルを使われることが多いです。

出典 https://koneta.nifty.com/koneta_detail/1141008014351_1.htm

気づき

イーサネットは有線の規格
データの送る側と受け取る側の規格を統一して、高速、大容量の通信を可能にする。
いろいろなものとつなぎ合わせてインターネットと繋げる。

トークンリングとトークンパッシング方式

リング型の繋ぎ方のLANの代表的な規格としてトークンリングがある。
アクセス制御方式にトークンパッシング方式を使う。
トークンパッシング方式では送信する権利がないとデータを送信できない。
その送信する権利をトークンと言う。

トークンが誰のものではない時のトークンをフリートークンと言う。
フリートークンの時にデータをトークンをつけて送信できる
データをつけられているのトークンをビジートークンと言う。

データを送信完了したら受信したことを伝えるために送信元へビジートークンをそのまま送られる。
このようにトークンはフリートークンになったり、ビジートークンになったりする。

気づき

ビジートークンは相手に届けてそれを相手が受信したことを送信元へ伝えることによってフリートークンになるのか。
ビジートークンは往復をするのか。

アクセス制御方式

通信媒体上で生じる信号の衝突を回避するための、データリンク層における``信号の伝達を制御する方法のことである。ネットワーク上で複数の信号が伝達されると、競合や衝突が発生```する可能性があり、```放っておくと正常な通信ができない````。このような可能性を回避するために、いくつかのアクセス制御方式が利用されている。
出典 https://www.weblio.jp/content/%E3%82%A2%E3%82%AF%E3%82%BB%E3%82%B9%E5%88%B6%E5%BE%A1%E6%96%B9%E5%BC%8F

線が入らない無線LAN

電波なおどぉ使って無線通信を行うLANを無線LANと言う。
規格はIEEE802.11シリーズがある。
LANの接続形態にアクセス制御方式が利用されて、衝突を防ごうとしているのか。
トークンパッシング方式はアクセス制御方式の一つなのか。

特徴

電波の届く範囲ならどこでも使うことができる。
電波が盗聴される危険がある。
セキュリティ対策が必要。

気づき

無線だからいろんな人が接続できる可能性があるのか。

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形態がいくつかある
その中で２つ紹介する。

集中処理

ホストコンピュータが全ての計算とかの処理を行う。
他のコンピュータがホストコンピュータに向かって処理を任せる構成。

長所

処理を全てやらせるのでデータの一貫性が維持、管理しやすい。
セキュリティの確保や運用管理が簡単。

短所

システムの拡張が難しい。
ホストコンピュータが壊れると全体が止まる。

気づき

ホストコンピュータに任せるからそれがダメになるとダメなのか。
ホストコンピュータのセキュリティがしっかりしていないとダメだな。
犯されたらダメだな。

分散処理

複数のコンピュータに負荷を分散させる。それぞれに処理を行わせる構成。

長所

システムの拡張が簡単。
一部のコンピュータが壊れても全体には影響しない。

短所

データの一貫性を維持、管理しにくい。
セキュリティの確保や運用が大変

気づき

ホストコンピュータを切り分けるようなことなのか。
その分セキュリティをしっかりしていないといけないのか。
でも一台が壊れても全体に影響が出ないのは良さそう。

クライアントサーバシステム

集中的に管理した方が良い資源(プリンタ、ハードディスク領域など）やサービス(メールやデータベースなど)を提供するサーバと必要に応じてリクエストを投げるクライアントの２種類のコンピュータで処理を行う構成。

サーバやクライアントは役割を示す言葉であり、専用の機械ではない。
サーバ自体がクライアントとして他のサーバに要求することもある。１台のサーバが複数の機能を兼任することもある。

気づき

ホストコンピュータが機能ごとに分散しているのか。
やりたい処理によってはサーバーがサーバーに要求することもある。
物理的には複数あっても仮想的には一台であるみたいなことなのかな。
集中処理と分散処理の長所を採ったコンピュータの構成なのか。

気づき

コンピュータの繋がりとそれに伴う規格この２つが組み合わさることによって通信ができていることがわかった。
つながり方だけでセキュリティや処理の長所が出てくるなんて思わなかった。