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【エンジニア基礎】ネットワークの基礎知識

ネットワークの基礎 TCP/IPとは何か

 

LANとは:Local Area Networkの略語です。

1つの建物内や、1つのオフィス内のように小規模なネットワークをLANと呼びます。それに対して、インターネットのように大規模なネットワークをWAN(Wide Area Network)と呼びます。

 

TCP/IPとは:TCP/IPは、インターネットで使われている標準的なプロトコルです。

TCP/IPという名前は、TCPプロトコルとIPプロトコルを一緒に使うことを意味しています。

 

MACアドレスとは:MACアドレスとは、ネットワーク・カードの識別番号のことです。1台のPCに1個割り当てられます。

ほとんどのネットワーク・カードでは、出荷時にMACアドレスが固定されています。

 

皆さんは、インターネットを使って動画をみたりメールを送ったりしていると思います。

このような複数のコンピュータ(PCやスマホ等)をつないで情報交換する仕組みを「ネットワーク(network)」と呼びます。

特にインターネットは、外国の人とも情報交換を簡単にできるネットワークです。

 

このインターネットですが、コンピュータ同士を電気信号として伝えていかなければなりません。

そのために情報の送り方と受け取り方を決めておかなければなりません。

この約束事を「プロトコル」と呼びます。

現在ネットワークの世界で標準となっているのは「TCP/IP」と呼ばれる仕組みです。

 

始めに

ネットワークに接続された個々のコンピュータの中には、サーバー(server、サービス提供者)となるものと、クライアント(client、サービスの利用者)になるものがあります。

サーバー上で動作するプログラムは、クライアントから利用されます。

個々のコンピュータから出たケーブルは、「ハブ(hub)」と呼ばれる集線装置によって相互に接続されています。「ルーター(router)」は、社内ネットワークをインターネットに接続する装置です。

このようにひとつのオフィス内の小規模なネットワークのことを「LAN(Local Area Network)」と呼びます。ルーターがLANをWANにつなぎます。ルーターの先は、

プロバイダ(provider、インターネット接続業者)のルーターにつながっています。プロバイダから先はまた別のルーターで、インターネットの太いケーブルにつながっています。

社内のLANを一つの単位とし、それをプロバイダのルーターで他社のLANとつなぐことを世界的に広げていったものがインターネットです。LANという小さな網が結ばれて大きな網になっているのです。

 

MACアドレス

コンピュータは、ハードウェアとソフトウェアの集合体です。これは、ネットワークにおいても同じです。

ネットワークに必要なハードウェアは4種類あります。

・ネットワーク・カード(NIC):個々のコンピュータに装着する

・ネットワーク・ケーブル     :ネットワーク・カードに差し込む

・ハブ:

・ルーター:インターネットに接続する

これらは、同じ仕様のものでなくては、相互に接続することはできません。

ネットワーク・カードは現在「イーサネット(Ethernet)」が主流となっています。

個々のコンピュータは、ネットワーク・ケーブルに他のコンピュータからの電気信号が流れていないこと、すなわちネットワークが誰からも使われていない状態であることを確認してから、自分の送りたい電気信号を送信します。

もしも、同時に複数のコンピュータが電気信号を送信してしまった場合には、

ランダムな時間だけ待ってから同じ電気信号を再び送信します。

この仕組みを「CSMA/CD方式」と呼びます。

小規模なLANであれば、「CSMA/CD方式」でも問題ありません。

 

1台のコンピュータから送信された電気信号は、他のすべてのコンピュータに届きます。

電気信号を受信したコンピュータは、それが自分あてのものであれば受け取り、そうでなければ無視します。

電気信号の宛先は「MACアドレス」と呼ばれる番号で指定されます。

個々のネットワーク・カードが持つROM(Read Only Memory、読み出し専用メモリ)には、あらかじめ1枚ずつ異なるMACアドレスが焼きこまれています。

MACアドレスの番号を決めるのは、ネットワーク・カードのメーカーの役目です。

MACアドレスは、メーカー番号と製品番号を組み合わせたものなので、世界に唯一無二の番号となっています。

 

 

 

IPアドレスとは

MACアドレスは、ハードウェア的にネットワーク・カードを識別するものですが、

それだけでは面倒なことになります。

なぜなら、企業単位でMACアドレスの上位桁をそろえるようなグループ化ができないからです。インターネットのように世界中のコンピュータをつないだ大規模なネットワークでは、データの送信先を郵便番号のように整然と識別する仕組みが必要となります。

もしも、MACアドレスだけでインターネットを実現したらどうなるでしょう。

インターネットに接続している膨大な数のコンピュータには、何らグループ化されていない番号(MACアドレス)があるだけです。

情報の送り先をみつけるのに、ものすごく時間がかかってしまいます。

そこで、TCP/IPネットワークでは、ハードウェア的なMACアドレスとは別の、

ソフトウェア的な番号をコンピュータごとに設定しています。この番号が「IPアドレス」です。

IPアドレスが設定されたコンピュータのことを「ホスト(host)」と呼びます。

ルーターもコンピュータの一種であり、IPアドレスを持っています。TCP/IPネットワークで送受信されるデータには、MACアドレスとIPアドレスの両方が付加されています。

IPアドレスは、32ビットの数値で、8ビットずつの4つの数値で表します。

8ビットで表せる数値は、10進数の0~255なので、IPアドレスとして使える値は、

0.0.0.0~255.255.255.255になります。

IPアドレスによって、1つ目~3つ目の数値で企業を表し、4つ目の数値で企業内のコンピュータを表すようなグループ化が容易に行えます。

例えば、AAA.BBB.CCCという企業で、XXXというコンピュータなら、IPアドレスは

AAA.BBB.CCC.XXXとなります。

AAA.BBB.CCC.YYYというIPアドレスなら、同じ企業内の別のコンピュータだとわかります。

IPアドレスの数値の中でグループ(すなわちLAN)を表す部分を「ネットワーク・アドレス」と呼び、

個々のコンピュータ(すなわちホスト)を表す部分を「ホスト・アドレス」と呼びます。

この例では、AAA.BBB.CCCまでがネットワーク・アドレスで、XXXやYYYYの部分がホスト・アドレスです。

また、TCP/IPでは、ネットワークを複数のネットワークに分割する方法があります。

それが「サブネット・マスク」と呼ばれる方法です。

サブネット・マスクは、32ビットのIPアドレスのどこまでがネットワーク・アドレスで、どこまでがホスト・アドレスかを区別するためのものです。

 

 

255.255.255.240を2進数で表すと

11111111.11111111.11111111.11110000

になります。1となっている桁がネットワーク・アドレスで、

それ以降の0になっている桁がホスト・アドレスです。

したがって、255.255.255.240というサブネット・マスクは、

IPアドレスの上位28ビットがネットワーク・アドレスで、下位4ビットがホスト・アドレスであること示しています。

 

DHCPサーバーの役割を知る

IPアドレスとサブネット・マスクは、企業などでPC一台に割り当てる場合は、いちいち手作業で設定します。

しかし、手作業で設定するのが面倒な場合は、DHCPサーバーを使用してIPアドレスを自動的に設定しています。

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol:動的にホストを設定するプロトコル)という意味です。DWHSサーバーには、LAN内のコンピュータに割り当てられるIPアドレスの範囲とサブネット・マスクの値が記録されています。

 

ルーターとは

グループ化されたコンピュータ群すなわちLAN全体を識別するのが、IPアドレスの中のネットワーク・アドレスの部分です。インターネットは、複数のLANをルーターが接続したものです。このことから、なんとなくルーターの役割がみえてきたのではないのでしょうか。

ルーターとは、その名が示すとおり経路(ルート)を決めるものです。ルーターもLAN内の他のコンピュータと同じハブに接続されています。

LAN内はCSMA/CD方式なのですから、ルーターにもすべての送信データが送られてきます。社内のコンピュータから他社のコンピュータへデータを送るとどうなるでしょう。

データの宛先には、LAN内のコンピュータにはありえないIPアドレスが付加されています。このデータをLAN内のコンピュータは無視しますが、ルーターは無視しません。

ルーターは、IPアドレスの中のネットワーク・アドレスを調べ、それがLAN内のコンピュータあてのものでなかったら、LANの外、すなわちインターネットの世界に送り出す装置なのです。

見かけは小さな箱ですが、ルーターは立派なコンピュータです。

インターネットは、世界中のLANが持つルーターが相互に情報を

交換し合うことで成り立っています。

この情報は、送信データをどこに送ればよいかを示すものであり「ルーティング・テーブル」と呼ばれます。

1台のルーターのルーティング・テーブルに、世界中の経路が記録されているわけではありません。近接するルーターまでの経路だけが記録されています。

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