LANの制御方式
はじめに
2025年10月のプロジェクトマネージャ試験受験を終え、2026年春の情報処理安全確保支援士に向けて勉強中です。
本記事を含めた各知識のインデックスや学習の道のりについては、「情報処理安全確保支援士への道のり(随時更新中)」をご参照ください。
本記事は学習した内容を記載しています。
該当問題
情報セキュリティスペシャリスト平成25年秋期 午前Ⅱ 問17
情報処理安全確保支援士平成31年春期 午前Ⅱ 問18
LANの制御方式
複数端末が同じネットワーク媒体を共有するLAN上では、複数端末が同時に送信することで衝突(コリジョン)が発生してしまいます。
そのため、「誰が、いつ、どのように送信するのか」を決める仕組みが必要であり、この仕組みがLANの制御方式(MAC方式(Media Access Control))です。
主要なMAV制御方式
- CSMA/CD
- トークンパッシング
- CSMA/CA
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
送信前に回線が空いているか(キャリアセンス)を確認し、データを送信します。
もし仮に、コリジョンが発生した場合は、再送する方式です。
コリジョンの検出
送信中の端末は、自身の送信信号と回線上に流れている信号を比較し、他端末との信号が混じって波形が崩れた場合、衝突の発生と判断します。
上記検出方法は有線(Ethernet)だからこそ可能ですが、無線LANの場合は不可能なので、CSMA/CAが存在します。
トークンパッシング(Token Bus/Token Ring)
「トークン」と呼ばれるネットワーク上の特殊フレームが順番にノードを巡回し、トークンを持ったノードだけが送信できる方式です。
トークンを保持しているノードはその瞬間は世界に一つだけなので、同時送信が起こらず衝突が発生しません。
メリット
- 衝突ゼロ
- 優先度制御が可能（トークンの回り方を制御）
- リアルタイム性が要求される産業ネットワークに適する
デメリット
- トークンが失われると送信不能
- 物理構成・復旧が複雑
- スイッチEther 化で事実上廃れた
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)
有線LANのように衝突を検出できない無線環境で、事前に衝突を避ける(Avoidance)方式が必要です。
衝突を避ける仕組み
無線上で送受信間による送信可否応答を行っています。
- RTS/CTS(送信要求／クリア通知)
- 送信前にランダム待機(バックオフ)
- ACK を受け取るまで次を送らない
隠れ端末問題
CSMA/CAでは、各端末が互いに送信フレームを受信できることが前提になっています。
しかし、2つの端末間の遮蔽物や位置関係によっては送信フレームを受信できないことがあります。
この時、互いに他方の端末の送信を検知できないことになるため、同時送信による衝突が起こりやすくなります。
これを各連松問題と呼びます。
周辺知識
スイッチングハブ(Layer2 Switch)
これによって、CSMA/CDの役割を終えました。
- MACアドレス学習
- 衝突ドメインの分離
- 全二重通信(コリジョンなし)
VLAN(Virtual LAN)
- 仮想LAN
- ブロードキャストドメインを分割
- セキュリティ向上に必須
Spanning Tree Protocol(STP)
- ループ防止
- BPDUによるルートブリッジ選定
無線LANの周辺知識
- WPA2/WPA3
- AES-CCMP
- マネージャフレーム保護(802.11w)
- DFS(レーダー干渉回避)
QoS(Quality of Service)
- 優先度制御(Voice/Video)
- Token Passing時代の優位性をEthernetが取り込んだもの