基本的なネットワーキング：ネットワークの仕組み

ネットワークとは、相互接続されたデバイスが正しく機能するためにお互いに情報を交換するシステムです。これには、ノートパソコン、サーバー、スマートフォンなどが含まれます。デバイスは、ルーターやスイッチと呼ばれる特別なネットワークを介して通信します。インターネットに接続されるデバイスの数が増え続ける中、それらがどのように通信しているかを理解する必要があります。この記事では、さまざまなネットワークコンポーネントと、それらがどのように連携してウェブ閲覧やメール送信などを可能にしているかを見ていきます。

ネットワークにはさまざまな種類があり、それぞれカバー範囲が異なります。まず、さまざまな種類のネットワークを探ってみましょう:

ネットワークの種類:

LAN – ローカルエリアネットワーク

LAN（ローカルエリアネットワーク）は、小規模なネットワークの一種であり、組織や家庭に限定されています。たとえば、家庭内ネットワークに接続されているデバイスの数は、他のネットワークタイプと比較して制限されています。学校のネットワークは、家庭内ネットワークよりも規模が大きいですが、それでも同じ物理空間内で多くのデバイスを相互接続するため、LANと見なされます。これには、コンピュータ、サーバーなどが含まれます。

MAN – Metropolitan Area Network

MANは都市全体をカバーする拡張されたネットワークです。

都市内で複数のネットワークを結合して接続することで、MAN（メトロポリタンエリアネットワーク）を形成することになります。このタイプのネットワークはより包括的で、町全体をカバーします。平均的なインターネット接続よりも比較的高速なデータ速度を提供するネットワークのタイプは、メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）と呼ばれます。

WAN – 広域ネットワーク

WAN（Wide Area Network）は、LAN（Local Area Network）などの小さなネットワークを接続する大規模なコンピュータネットワークです。

WANは、多くの都市や国をつなげるネットワークで、人々がインターネットを利用したり、広い範囲でお互いに簡単にコミュニケーションを取ることができるようにします。組織の複数のLANが相互接続されると、WANが形成されます。

WWAN

基本的に、インターネットは世界規模のエリアネットワーク（WWAN）です。.

WLAN – 無線LAN

無線LAN、またはWi-Fiは、通常私たちの家庭用ルーターによって作成されるネットワークです。.

WLANは、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、またはその他のデバイスから無線で接続できるLANの一種です。無線環境は、データをケーブルや他の物理メディアの代わりに電波で送信するため、速度、セキュリティ、カバレッジの点で有線ケーブルベースのネットワークとは異なる特性を持っています。無線接続の最大の利点の一つは、その柔軟性です。.

上記で言及したネットワークタイプに加えて、他にも異なるサイズや目的のネットワークがあります。例えば、,

• SAN- ストレージエリアネットワーク。.
• EPN – エンタープライズプライベートネットワーク。.
• VPN – 仮想プライベートネットワーク。.

ネットワークは2つの方法で表現できます：

ネットワークは通常、「ネットワークトポロジー」で表され、これはネットワーク上のデバイスがどのように接続されているかを指します。ネットワークトポロジーには、論理的と物理的の2つの主要なタイプがあります。.

論理トポロジー

論理トポロジーは、IPアドレス、デバイス間の接続、使用されているルーティングプロトコルなど、ネットワークの論理的な側面を示します。.

物理トポロジー

ネットワークの物理トポロジーは、物理的にどのように配置されているかを示します。これには、デバイスの配置場所、使用されるケーブルの種類、必要なポート数、サーバーが接続されるポート/スイッチが含まれます。物理トポロジーは、ネットワーク内での機器の位置と目的を示す図です。.

しかし、デバイスの目的によって異なるネットワークトポロジーが生じます。.

ネットワークトポロジー

ネットワーク環境でデバイスを表現する方法は複数あります。それらは異なる目的に基づいてグループ化できます。.

スターライクトポロジー

LANに最もよく使用されるトポロジーはスター型トポロジーです。スター型トポロジーは、小規模なネットワーク、例えば小規模なビジネスで使用されるものに最適です。.

例えば、ネットワーク接続やインターネットアクセスだけが必要な場合、デバイスをスターライクトポロジーでグループ化できます。このネットワーク内のすべてのマシンは中央のHUBに接続されています。ノードが故障しても、ネットワーク全体に害を及ぼすことはありません。なぜなら、非常に簡単に保守およびグレードアップできるからです。.

しかし、このシナリオの問題は、コンピュータネットワーキングに不可欠な冗長性の欠如です。.

メッシュトポロジー

メッシュトポロジーは、ISP（インターネットサービスプロバイダー）などの信頼性の高いネットワークに最適です。この設計では、すべてがバックアップされています。ケーブルやスイッチに問題が発生しても、インターネットや接続しようとしている場所にアクセスする他の方法があります。完全な冗長性は、より多くのデバイスと長いケーブルが必要であり、コストが高くなることを意味します。完全なメッシュトポロジーは、一般的にスターライクトポロジーよりも実装コストが高くなります。.

メッシュトポロジーの例として、Google Wi-Fi、Google Home、または軍用デバイスのネットワークがあります。.

部分メッシュトポロジー

部分メッシュトポロジーは、ネットワークの一部のスイッチと部分にのみ冗長性を提供する、より手頃なネットワークトポロジーです。他のスイッチには代替経路がありません。.

ハブアンドスポークトポロジー

ハブアンドスポークトポロジーは、WAN（インターネット）設計で頻繁に利用されます。このトポロジーの3つのルーターは、デフォルトでお互いを知らない状態です。データが目的地に到達するためには、R1とR3の両方がR2にトラフィックを送信し、R2がそれを正しくリダイレクトする方法を知っている必要があります。例えば、R1がR3にトラフィックを送りたい場合、ハブ（R2）を通じて送信します。ハブはそのトラフィックを処理し、リダイレクトする方法を知っています。.

ネットワークコンポーネント

ネットワークを構成する要素は次のとおりです：

エンドデバイス

インターネットに接続するために使用する物理デバイスはエンドデバイスとして知られています。これにはPC、ラップトップ、スマートフォン、サーバーなどが含まれます。接続は、電気、光インパルス、または電波などの複数のチャネルを通じて行うことができます。スマートフォン、ラップトップ、PCから無線でインターネットに接続できます。ラップトップやPCを使用している場合、ネットワークケーブル（UTP）を使用することもできます。.

スイッチ

スイッチは、ネットワーク（LAN）内でコンピュータやプリンタなどの複数のエンドデバイスを相互接続します。.

このデバイスは、多くのポートを扱う能力で人気があり、ポートあたりの速度は1から10 Gbpsです。スイッチは、ネットワークに接続されているエンドデバイスを識別するためにMACアドレスを使用します。これにより、どのデバイスがネットワークに接続しているかを追跡しやすくなり、許可されたデバイスのみがデータにアクセスできるようにします。.

ルーター

ルーターは、複数の小さなネットワーク（LAN）を接続して1つの大きなネットワーク（WAN- 広域ネットワーク）を形成します。ルーターは、任意のネットワークソースから任意の宛先ネットワークへのパケット配信を処理することにより、インターネットに接続するデバイスです。ルーターは、データを送信および受信するデバイスを識別するためにIPアドレスを使用します。ルーターは通常、2から5ポートを持ち、スイッチはそれよりも多くのポートを持つことができます。さらに、両方のデバイスはモデルに応じて100 Mbpsから10 Gbpsの速度を持っています。.

ファイアウォール

ファイアウォールを持つことで、仮想侵入を防ぐことができます。.

伝送媒体

伝送媒体は、情報が伝送される手段であり、例えばケーブルを通じて、または無線で行われます。.

コンピュータはインターネット上でどのように通信しますか？

トラフィックは、FacebookやGoogleのようなサイトと通信するために一意の識別子を持たなければなりません。これをIPまたはインターネットプロトコルと呼びます。IP、またはインターネットプロトコルは、ネットワークまたはインターネット上でデバイスを識別する方法です。この番号は一意でなければなりません。同じネットワークまたはインターネット上に同一のIPアドレスが2つ存在することはできません。なぜなら、それは競合を引き起こし、接続が正しく機能しなくなるからです。.

インターネットの成長

近年、世界中で接続されたデバイスの数が急増しています。2020年には、約500億台のデバイスがインターネットに接続されていたことをご存知ですか？そして、その500億台のデバイスの中で、ますます多くの数がモノのインターネット（IoT）の一部です。.

モノのインターネット（IoT）は、データを収集し合い、インターネットを介して通信できるデバイスを指します。一般的なIoTデバイスの例には、センサー、スマートホームデバイス、支払い端末、スマートウェアラブルがあります。これらのデバイスもIPアドレスを持つ必要があります。.

IPアドレスには2種類あります：

公開IP対プライベートIP

公開IPアドレス

名前が示すように、公開IPアドレスはインターネット上での通信に使用されます。NIC（ネットワーク情報センター）やIANAのような組織が公開IPアドレスを登録し、それをインターネットサービスプロバイダー（ISP）や他のグループに割り当てます。.

プライベートIPアドレス

プライベートIPアドレスは、通常、家庭や学校のネットワークのようなローカルエリアネットワーク（LAN）で使用されます。そのため、プライベートIPアドレスはインターネット上に存在しません。コンピュータがインターネット上で互いに通信できるようにするために、NAT（ネットワークアドレス変換）というプロトコルが設計されました。これにより、プライベートIPアドレスが公開IPに変換されます。.

NATは、攻撃者がプライベートIPアドレスにアクセスするのを難しくすることで、ネットワークのセキュリティを向上させることができます。.

要約

インターネットに接続されたデバイスの数が増え続ける中で、それらがどのように互いに通信するかを理解する必要があります。この記事では、異なるネットワークコンポーネントと、それらがどのように連携してウェブを閲覧したり、メールを送信したりすることを可能にするかを見てきました。また、IPアドレスがデバイスを識別する役割を果たし、なぜローカルエリアネットワークでプライベートIPが使用されるのかを見てきました。これらの技術がどのように機能するかを理解することは、ますます相互接続された世界に移行する中でより重要です。.