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Ethernet LANとWAN接続

前回の物理層のLANの話に引き続き、WANの話を説明。

バス接続(LAN)と転送速度

基本的な Ethernet の接続では、1本の通信路を共有するバス型接続のため、1本の信号線をパケット単位の通信の短い時間に区切って、送信を交代しながら行う時分割多重方式で行い通信を行う。

例えば、4台のパソコンで、A-B間、C-D間で同時に通信を行おうとすると、A-Bの通信中は、通信路が使用中のため、C-D間の通信はできない。このため、A-B間、C-D間の通信をパケットを送る毎に交代しながら通信路を利用する。

    • 10BASE/5の PC-AとPC-Bの間で、音楽CD1枚のデータ(700MB)をを送る場合、通信時間はどの位かかるか?
      • →答え:

        700M[byte] = 5.6G[bit] なので、10M[bit/sec]で送ると、560[sec]

    • 同じく、A-B間、C-D間で同時に送る場合は、通信時間はどのくらいかかるか?
      • →答え:

        同時に通信ができないので、通信路を切り替えながら送るため、倍の時間がかかる。よって、1120[sec]

HUBを使った通信路、10BASE/T, 100BASE-T, *BASE-T では、HUBの内部構造に注意が必要。基本的には、見かけ上は木構造のように分配しているように見えるけど、内部はバス型の通信路に変わりはない。10BASE/T を利用している頃は、HUBは高価であり単純なバス型接続のHUB(Dumb HUB)であれば、C-D間通信中は、E-F間通信ができない。

しかしこれでは、通信速度が無駄になるので、最近はスイッチングHUBが利用される。このHUBは、通信相手に応じてHUB内部の通信路を切り分けるので、A-B間通信中でも、C-D間通信が可能となる。

理解確認

  • 2つのDumb HUBで、A,B,C,D,E,Fのコンピュータが繋がっている時、A-C間、B-D間で音楽CD700MBのデータを送る場合、通信時間はどうなる?

電話線接続

同じ敷地内のネットワーク接続のLANどうしを、ネットワークで相互接続するWAN(Wide Area Network)では、昔は電話線を用いていた。電話は、本来音声を伝えるためのものであるため、0/1のデジタル信号を、音の信号に変換(変調)し、受信側は音をデジタル信号に(復調)する。これらを行う機器は、変復調装置(モデム)と呼ばれる。

変調の際には、0/1信号を、音の強弱(振幅変調/AM),音程の高低(周波数変調/FM),位相の前後(位相変調/PM)の組み合わせによって、送受信を行う。

当初は、300bps程度であったが、最終的には64Kbps 程度の通信速度が得られた。

これらの通信速度の改善のため、電話線にデジタル信号で送る ISDN , 電話線の音の信号の高帯域を使った通信 ADSLなどが用いられた。

最近では、光ファイバによる FTTH(Fiber To The Home) により 1Gbps を越える通信が可能となっている。

通信速度の理解と、古い時代の通信速度を体験してもらうため、試しに「2000ドット✕1500ドットのRGB画像(1ドット3byte)のデータ(無圧縮)を、9600bps で通信したら、どの程度の時間を要するか、いくらかかるのか?」を計算してみよう。ちなみに2000年頃は、携帯電話では、1Kbyteあたり10円の通信料がかかった。

→答え:

データ量 2000✕1500✕3✕8 [bit] = 72 M[bit]
通信速度 9600[bps] であれば、72 M / 9600 = 7500[sec] = 約2時間
通信費  72M[bit]/8/1000 = 9000[Kbyte]、
通信料金 9000[Kbyte]=9000[パケット]、1パケット(1KB)10円だから90,000円 😥
# 320✕240✕RGB(16bit)で圧縮で1/5であれば、それでも100円超え

J-PHONE(J-SH04,200年発売)で始めてカメラ付き携帯が登場

ネットワークトポロジ

ネットワークに機器を接続する形態をネットワークトポロジと言う。

1本の線を共有するバス型、機器どうしがリング型に接続するリング型、中央の機器を通して接続されるスター型が基本となる。

基本的に、Ethernet は 1本の線を機器で共有するバス型。ただし、10BASE-T,100BASE-TX などの HUB で繋がることから、HUB を中心に広がるスター型とも言える。それぞれれのネットワークは相互につながることから、木の枝状に見えるものはツリー型と呼ばれる。また、上流ネットワークでは、機器が故障した場合に一切の通信ができなくなるのは問題があるため、複数のネットワークで相互に接続される。この場合、網が絡むような構造になることから、ネットワーク型と呼ばれる。

情報ネットワーク基礎・ガイダンス

シラバス:情報ネットワーク基礎

情報ネットワーク基礎では、インターネットがどのような仕組みなのか、どのようにして動いているのかを説明する。TCP/IPって何? IPアドレスって何? セキュリティって何?

あなたが使っているネットワーク機能は?

共有:ネットワークプリンタ、ファイル共有…
(ハードウェアや情報を共有)

分散:大量のコンピュータで負荷分散リスク分散
(仕事を分散し全体で高速化, 沢山のコンピュータの1台が壊れても全体は動く)

ネットワークの歴史

昔のコンピュータは、開発にお金がかかるため1台のコンピュータを全員で使うもの(TSS: Time Sharing System)だった。冷戦の時代、軍の重要な処理を行うコンピュータでは、コンピュータのある所に核攻撃を加えられ、軍の機能がすべて動かなくなることは問題だった。1970年頃にアメリカ国防総省ARPANETがインターネットの原型(TCP/IP)を作る。

1980年代には、パソコンがインターネットで繋がるようになる(LAN)。1990年代には、LANどうしを遠隔地接続をするWANが発達。欧州原子核研究機構(CERN)で、ティム・バーナーズ=リーWorld Wide Web/httpを開発(1989)。1995年、マイクロソフトの家庭用パソコンのOS Windows95の普及と共にWWWが普及する。

※1980年代:パソコン通信、1997年:weblog,1998年:Google検索、1999年:2ch、2002年:SNSの誕生、2006年:Twitter,Facebook(一般開放)

コンピュータインタフェースとネットワーク(物理層)

ネットワークにおける情報伝達において、伝送媒体(電気信号,光)にて0/1を伝えるための取り決めは、物理層という。まずは、コンピュータと機器の接続について考えると、シリアル通信パラレル通信に分類できる。

通信の高速化に伴い、伝送の配線はコンデンサやインダクタンスを考慮したインピーダンスマッチングが重要となる。このため、高速通信のインタフェース両端は終端抵抗(ターミネータ)が必要だった。

パラレル通信の例:パラレルポート(プリンタ用)IEEE 1284、ハードディスクATA(IDE)、計測器GP-IB

シリアル通信の例:RS-232C、USB1.1、IEEE1394(FireWire)、USB2.0、USB3.0、Ethernet

Ethernetの種別

  • 10Mbit/sec通信
    • 10BASE/5 – ケーブルに針を刺して増設
    • 10BASE/2 – T型BNCケーブルで延長
    • 10BASE/T – HUBで分配(終端抵抗などの問題はHUBが解決してくれる)
  • 100BASE-T
  • 1000BASE-T ギガビット
  • 10000BASE , 10GBase

理解確認

  • ネットワークにおける共有と分散について例をあげて説明せよ。
  • TSSのような通信によるコンピュータと、TCP/IPによる通信網を比べ何がどう良いのか?
  • シリアル通信とパラレル通信、それぞれの利点欠点は?
  • 10BASE/5,10BASE/2,10BASE/Tのそれぞれの問題点は?