身近にあるパソコンがインターネットに接続されるまでの話

初めまして！

こんにちは! 現在新卒1年目でバックエンドエンジニアとして勤務をしているpikaと申します！

バックエンドエンジニアとして、体系的な知識を学ぶために、下記のロードマップに従って、学習とアウトプットを行っています。
https://roadmap.sh/backend

知識はAIで補えるとは思いますが、一度体系的にバックエンドエンジニアのことを学ぶことで、ある程度の自信を付けたい意図があります。自分が再びこの記事を見たときに、概要を思い出せる粒度で記事を書きました。

今回の目的

• LANとは何かを理解する
• LANからインターネットへ接続されるまでの流れを理解する

オフィス内のPCを相互に通信させたい!

あるオフィスに3台のPCがありますが、それ以外は何もないという状態を想像してください。

まずは会社内のPCが相互に通信できる状態を目指しながら、LANについて理解していきましょう！

ケーブルとスイッチを用いた接続

同一の環境内において、任意のPC達を相互に通信させるには、スイッチとケーブルを使用します!
イメージとしては下記のようになります。

スイッチ

• オフィスや、自宅、お店などの建物にあるコンピュータが相互に通信するためのデバイス

ケーブル

• PCとスイッチを繋ぐためのもの
• 銅ケーブルや光ファイバーなどいくつか種類がある。光ファイバーの通信速度が高速なため、一般的に用いられている

アクセスポイントとワイヤレス技術を用いた接続

物理的にPC同士をケーブルで繋いで通信を行う方法がある一方で、アクセスポイントと、その対応端末を用いることで、ワイヤレス通信による接続を行うことができます!

色々細かい指摘が飛んできそうですが、
ここではケーブルを使わずにワイヤレスで通信をすることもできるよってことだけお伝えしておきます！

LAN(Local Area Network)とは

スイッチ(もしくはアクセスポイント)を起点に、相互に通信できる端末の集合のことをLANと呼びます!
物理的にケーブルとスイッチを用いた接続時には有線LAN、アクセスポイントを用いたワイヤレス接続時には無線LANと呼ばれます。

LAN内における、パケットについて

LAN内で接続されているPC同士では、メッセージの通信を行うことができます！(ここでいうメッセージはかなり抽象的なものです。)

そのメッセージは一般的に パケット(フレーム) と呼ばれています！

LAN内の端末のパケット送信の仕組み

LAN内ではパケットの送受信を行うことができます！よりイメージしやすくなるように、実機に近いスイッチの画像を選んでみました。

以下はLAN内の端末のパケット送受信の仕組みになります。

1. 任意のPCからスイッチにパケットを送ると、スイッチ内のハードウェアにパケットが送られる
2. ハードウェア内でパケットを解析し、宛先を確認
3. 宛先へパケットを送信

ルーターの役割とインターネット接続の定義

LAN内の端末をインターネットへ接続するためには、ルーターというデバイスを利用する必要があります。
LANを形成している、スイッチとルーターをケーブルで繋ぎ、ルーターとインターネットの間には、ISP（インターネットサービスプロバイダ）より供給される特殊なケーブルを繋ぐことによって、インターネットとの通信が可能になります。また、ワイヤレス接続時には、アクセスポイントとルーターにはケーブルを繋がなくても通信が可能です。

ルーター

LANとインターネットを繋ぐための端末。この端末がなければ、基本的にインターネットへ接続はできない
(かなり抽象的に表現しています。さらなる詳細は、別の記事で解説できたらします。)

ISP(インターネットサービスプロバイダ)

インターネット回線を提供する事業者の総称。〇〇光と名乗っていることが多い。
これらの事業者が、自宅やオフィスなどのLANを形成しているエリアに設置してあるルーターとインターネット回線の繋ぎ込みを行うことで、インターネットとの通信を可能にしている(かなり抽象的に表現しています。さらなる詳細は、別の記事で解説できたらします。)

インターネット接続時におけるパケット送信の流れ

インターネットに接続できる状態であれば、LANより外側の、インターネットに接続している別の端末に対して、パケットを送信することができます！下記は、インターネットを介して、パケットを送信する場合の流れです！

まとめ

• PC同士の接続方法は、スイッチとケーブルを用いた方法と、アクセスポイントを用いたワイヤレス接続の方法がある

• LANとはスイッチ(もしくはアクセスポイント)を起点に、相互に通信できる端末の集合である

• LAN内の端末ではパケット送受信を行うことができる

• LAN内のスイッチやアクセスポイントとルーターの接続を行い、ISP(インターネットサービスプロバイダ)によるインターネット回線の繋ぎ込みができたら、インターネットへの通信を行うことができる

• インターネットを介して、ある地点から別の地点の端末に対して、パケットを送信することができる場合、 インターネットに接続している と定義できる

引用