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インターネットへの接続

学習のポイント

「データリンク層(nw-datalink)」の続きです。
 LANの場合は,常にパソコンがLANに接続しています。それにたいして,インターネットへの接続をするときには,そのつどパソコンとISPのアクセスポイントとの間で一時的にデータリンクが確立することになります。ここでは,自宅からインターネットへダイアルアップやブロードバンドで接続するときのプロトコル,特徴,接続機器などについて学習します。

キーワード

ダイアルアップ接続,モデム,PPP,ISDN,TA,DSU,ADSL,スプリッタ,PPPoE,CATV,セットトップボックス,FTTH


インターネット接続でのプロトコル

ダイアルアップにより接続する場合はPPP,ADSLやCATVでの利用などでの「つなぎっぱなし」の場合は,PPPoEというプロトコルが用いられます。

PPP(Point-to-Point Protocol)

個人がISPと契約して,インターネットを利用するときには,ISPのアクセスポイントと接続することになります。その接続方式で最も以前から行われていた方式は,利用のつどアクセスポイントにダイアルするダイアルアップ接続です。ダイアルアップ接続では,PPPというデータリンク層のプロトコルを用います。
 PPPでは,次の順序でデータを送ります。

  1. 電話のコネクション確立:ダイアルをかけてつながった状態にします。
  2. モデム間のネゴシエーション:伝送速度などの確認をします。
  3. PPPのコネクション確立:PPPでデータの送受信をすることを確認します。
  4. データの送受信:HDLC手順でデータを送受信します。

PPPに関連したプロトコルに,次のものがあります。

        構成プロトコル   その特定のプロトコル
   PPP─┬─LCP──────┬PAP
    │  │(上位層に依存せず)└CHAP
    │  │
    │  └─NCP───────IPCP(上位層がIP)
    │   (上位層に依存)
    │
   PPPoE(常時接続用,イーサーネットをエミュレート)

LCP(Limk Control Protocol)

LCPは,データリンク層のプロトコルで,次の機能があります。

PAP(Password Authentication Protocol)は,PPPコネクション確立時に1回だけ確認する方法です。CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)ではワンタイムパスワードを用いて盗聴を防ぐとか,コネクション確立後も定期的にパスワードを確認して,コネクション中の相手が入れ替わっていないかを確認します。

NCP(Network Control Protocol),IPCP(IP Control Protocol)

NCPは,ネットワーク層への依頼をするプロトコルです。特にそれがIPのときをIPCPといいます。IPCPではIPアドレスの設定やヘッダ部の圧縮をするかどうかの設定をします。

PPPoE(PPP over Ehternet)

ADSLやCATVなどのような常時接続の場合には,パソコンとアクセスポイントの間で一時的なLANが形成されます。それで,通信回線をあたかもイーサーネットのようにエミュレートしてPPPを行うプロトコルであるPPPoEが用いられます。なお,LAN接続にDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)を用いているISPもあります。
 PPPoEでは,パソコンをLANに接続するためのLANカードが必要になります。


ダイアルアップ接続

インターネットを利用するときに,ダイアルアップをして,ISPのアクセスポイントに接続する方式です。利用できるアクセス回線には,アナログ公衆回線(電話回線),デジタル公衆回線(ISDN),無線(携帯電話網)がありますが,ここでは電話回線を利用するときに限定します。

PPPでの接続図

モデム

アナログの公衆回線を用いるので,モデムとNCUが必要になります。

モデム(MODEM:MOdulator-DEModulator)
モデムとは変調と復調をする装置です。コンピュータから送られてくるデータはデジタルデータです。ところが電話回線は音声信号をアナログデータとして送信しています。それで,アナログ搬送波(キャリア波)にデジタル信号をのせて運ぶようにする必要があります。それを変調といいます。逆に,アナログ信号をデジタル信号に変換することを復調といいます。
NCU(Network Control Unit)
公衆通信網で相手を呼び出すのですから,ダイアルを回す必要があります。そのダイアル信号を送出するのがNCUです。通常はモデムに内蔵されています。

電話回線でダイアルアップ接続する方式は,
    低速である(最高56Kbps)
    料金体系が接続時間制であり無駄が多い。
ことから,現在ではほとんど利用されなくなりました。

ISDN(Integrated Service Digital Network)

ISDNとは,デジタル通信の国際標準規格のことですが,一般にはISDN回線やそのサービスをISDNといいます。サービス統合デジタル通信網と訳されています。電話にもデータ通信にも使えるという意味です。
 東西NTTでは,主に家庭用のINSネット64と企業用のINSネット1500というサービスを提供しています。INSネット64は通常の電話と同じ銅線を使い基本インタフェース2B+Dの構成,INSネット1500は光ファイバを用いる一次群速度インタフェース23D+Bの構成になっています。Bチャネルとは通信用回線で1本が64Kbps,Dチャネルは制御用の回線で,INSネット54では16Kbps,INSネット1500では64Kbpsです。

ISDNもダイアルアップで用いますが,ISDNはデジタル回線ですので,モデムは不要です。しかし,TAとDSUが必要になります。

TA(Terminal Adapter)
パソコンをISDNに接続するには,速度変換や発呼や着信の制御などの機能が必要です。それがTA(ターミナルアダプタ)です。
DSU(Digital Service Unit)
加入者回線終端装置といいます。デジタル回線に端末装置を接続するための装置です。最大で8台までの電話機やターミナルアダプタなどの機器を接続することができます。一般にはTAに内蔵されています。
ISDNでの接続図

当時は,電話とインターネットが同時に使えること,64Kbps(あるいは128Kbps)の通信速度が公衆回線より高速だったために普及したが,ADSLなどブロードバンドの普及に伴って利用者は減少しています。


ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)

DSLとは,デジタル加入者線の意味で,従来のアナログ電話回線(銅線)を使って高速通信を行う技術です。そのうち最も代表的なのがADSLです。A(Asymmetric)とは,非対称の意味で,利用者から電話局(上り)が遅く,その逆(下り)が速い特徴を持っています。通常のインターネット利用では,Webページの閲覧やファイルのダウンロードなど,下りはデータ量が大きいので高速が必要ですが,上りはURLや指示コマンドを送る程度なので低速でも十分だともいえます。

必要な接続機器

ADSLでは,音声とデータとを周波数で分離しています。
 人間の耳が聞き取れる範囲は上限4KHz程度だとされています。それでデータ通信のデジタル情報をそれよりも高い周波数の搬送波に乗せることにより,電話とパソコンへの情報を切り分けることができます。デジタル信号をアナログ搬送波に乗せたり取り出したりするためにADSLモデムが必要ですし,周波数による分離のために,スプリッタが必要になります。また,ADSLでは,ISPとの間に仮想的なLANが構成されます。それでパソコンとモデムの間をLANにする必要があります。それでLANカードが必要になります。

ADSLでの接続図

ADSLの規格

上りと下りで速度が異なるのは,データ通信に用いる帯域幅を上りは小さく下りは大きく設定しているからです。その通信規格にはITU-T勧告によるG.992.2(G.lite)とG.992.1(G.dmt)があります(下図ではG.dmtを掲げています)。また,各国の事情に合わせた仕様があり,北米仕様のAnnex A,欧州仕様のAnnex B,日本仕様のAnnex C があります。東西NTTではAnnex C,Yahoo! BB はAnnex A を採用するなど,事業者により違いがあります。

ADSLでの帯域

周波数と伝送速度の関係

周波数帯域は4KHzごとに区切って用います。例えば上りでは,(138-25)/4=26本の回線になっていると考えればよいでしょう。その波に15ビットの情報を乗せる(変調ビットという)ことができるとします。そして変調速度を4000回/秒とします。
 最大伝送速度は,
   変調ビット数×回線数×変調速度
で与えられますので,上の数値を代入すると,
   15×26×4000=1.56×10ビット/秒=1.56Mbps
となります。図の値1Mbpsと異なりますが「諸般の事情により」としてください。

伝送速度を上げるには,
   周波数帯域の拡大(スペクトラム技術による)
   上り信号帯域を上り/下りで共用
   変調ビット数の増加
   フレームの高速処理,誤り訂正符号処理の効率化
などがあります。

ADSLでは,局との距離が増大すると急激に伝送速度が低下します。それは回線が多数のペア線からできていますが,その ペア線間で信号が漏れて妨害を与えるからです。この漏話による妨害は周波数の高い信号ほど大きくなるので,40Mbpsになると局から数kmの範囲でしか効果が発揮できません。

CATV(Community Antenna Television)

ケーブルテレビ(Cable TV)ともいいます。本来は一定の地域に光ファイバケーブル(古いものではや同軸ケーブルもある)を引いてテレビ番組を放送することが目的でした。そのテレビ用の周波数の空いている帯域を用いて,インターネットの通信に利用したものです。もともと動画を伝送できるだけの帯域幅があるので,下りは最大40Mbps,上りは最大10Mbpsの伝送速度が実現できます。

必要な機器

タップオフ,保安器
タップオフとはCATV幹線から加入者宅に分岐するための設備,保安器は加入者宅に設置する保安器具のことで,その間の引込線は通常同軸ケーブルを使います。タップオフの外側には光伝送装置が置かれます。これらはCATV事業者が行うので,利用者は意識する必要はありません。
セットトップボックス(チューナー)
通常のテレビはアンテナから受信するのですが,それを有線からとるためにこれが必要になります。CATVをインターネットのためにだけ用いるのであればこれや分配器は不要です。
ケーブルモデム
CATVもアナログ回線ですからモデムが必要です。また,CATV回線をLAN回線とするので,ケーブルモデムとパソコンの間をLAN回線にする必要があります。
CATVでの接続図

接続プロトコル

ADSLと同様に,PPPoVあるいはDHCPで接続します。さらに,光ファイバケーブルと同軸ケーブルを併用してネットワークを構築するにはHFC(Hybrid Fiber Coax)という方式を用います。

FTTH(Fiber To The Home)

CATVはテレビ放送のすき間の帯域を使うという制約があります。また,幹線は光ファイバケーブルですが引込線は同軸ケーブルなので,そこで伝送速度が低下してしまいます。それに対してFTTHは,専用の光ファイバケーブル網を文字通り家庭内にまでを引き込むことにより,100Mbpsの伝送速度を実現しています。光回線終端装置までならば1Gbpsにもなります。
 なお,オフィスや集合住宅などビルを対象としたものをFTTBということもあります。

FTTHでは,デジタル回線ですのでモデムは不要です。ISDNのTAに相当するのが光回線終端装置でONU(Oputical Network Unit)で,これはパソコンとの間のLANケーブルと光ファイバケーブルの簡易HFCの機能も持っています。

FTTHでの接続図

接続方法

PPPoEで接続することはADSLやCATVと同じです。光ファイバケーブルで接続するには,次の方式があります。

SS(Single Star)方式
局と利用者を直接にスター型び接続する方式です。非常に高速な回線が得られますが高価であり,個人対象にはなりません。
DS(Double Star)方式
局と利用者の間にハブを階層的に設置して,分岐して接続する方式です。共同住宅などでは,これが広く用いられます。

無線接続

FWA(Fixed Wireless Access)

固定無線アクセスともいいます。認可を得た無線事業者の基地局と企業や家庭のパソコンとを無線(電波)を用いて接続します。離島や山間部などの情報インフラ整備として提供されることもありますし,CATVやFTTHの引込線の部分を無線にする場合もあります。

P-P(Point to Point)方式
基地局とユーザを1対1に結んで通信を行なうで,伝送距離が最大約4km,最大速度が約156Mbpsという高速の通信ができますが高価です。
P-MP(Point to Multiple Point)方式
基地局と複数のユーザが同時に通信を行なう方式です。安価ですが,伝送距離は半径約1km以内で,複数のユーザが10Mbps程度の回線を共有します。

無線LAN

無線LANの利用として,代表的なのがホットスポットがあります。空港や店舗内に親機(アンテナ)が設置されており,携帯したノートパソコンと親機の間を無線で接続します。そのアンテナがアクセスポイントになります。伝送距離は20~50m程度で,通信速度は最大11MMbpsのものが広く用いられています。

携帯電話

移動体通信の通信方式をCDMA(Code Division Multiple Access)といいます。その規格として,IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000)があります。携帯電話では,その規格による方式として,W-CDMAやcdma2000が用いられています。

携帯電話などは移動するので,最寄のアクセスポイントを切り替えつつ通信を継続させる必要があります。それをローミングといいます。アクセスポイントの周波数が異なるので,それを自動的に切り替えることにより実現します。


理解度チェック

第1問

  1. 一般加入電話線でのダイアルアップ接続をするにはモデムあるいはTAが必要である。
    × アナログ回線ではTAでなくモデム
  2. モデムとは,自動的にダイアルをかける装置のことである。
    × モデム→NCU
  3. 自宅のパソコンからISPを通してインターネットを利用するときのプロトコルは,アナログ回線ではPPP,デジタル回線ではPPPoEが使われる。
    × PPPはダイアルアップ接続,PPPoEはLAN接続
  4. PAPとCHAPをセキュリティの観点から比較すると,PAPのほうが安全である。
    × CHAPのほうが安全
  5. ADSLでは,音声,データの上り,下りを周波数で分離している。
  6. 周波数帯域が大きいと,伝送速度が大きくなる。
  7. ISDN,ADSL,CATV,FTTHはすべてデジタル回線である。
    × ADSLとCATVはアナログ回線
  8. 一般のADSL,CATV,FTTHサービスでは,FTTHが最も伝送速度が大きい。
  9. 自宅から近くの無線局に無線で接続する方式を無線LANという。
    × 無線LAN→FWA
  10. IMT-2000は,携帯電話でのデータ通信のプロトコルである。

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