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LANの接続機器

キーワード

LAN、リピータ、ハブ、ブリッジ、ルータ、ゲートウエイ、スイッチングハブ


LAN接続機器の種類

LAN回線を互いに接続したり、回線とホストを接続したりする機器には、多くの種類があります。その主なものを掲げます。

LANの接続図
リピータ
LANケーブルを流れる電気パルスは距離が長くなるにつれて減衰します。そのために、LANでは1本のケーブル(セグメント)の最大長が決められています。それを延長するには、リピータで2本のケーブルを接続して、 減衰した電気パルスを復元します。
ハブ
LANに接続するパソコン台数が多くなると、それらのすべてのパソコンをLAN幹線で数珠つなぎにしたのでは、幹線を長くしなければならないし、接続パソコンを増加するたびにLANを止めることになります。それを解決するために、ハブという集線装置をおき、そこからパソコンにスター型に配線します。ハブには、単に集線するだけのリピータハブと、ブリッジなどの機能を持つスイッチングハブがあります。
ブリッジ
1本の幹線で構成されるネットワークをセグメントといいます。セグメント間を接続するのがブリッジです。また、ブリッジ等で接続されたセグメント全体をデータリンクといいます。  ブリッジはそれに接続しているホストのMACアドレスを持っています。セグメントAからのメッセージの宛先MACアドレスがセグメントAに属するものであればそのまま折り返し、セグメントA以外の宛先であれば、その電文をセグメントBに渡します。
ルータ
ブリッジは単に両側のセグメントに属するパソコンのMACアドレスにより、通過させるかどうかを判断するのに対して、ルータでは、宛先のIPアドレスを見て、入力側のネットワークに属しているならば折り返し、出力側のネットワークに属していればそのネットワークに渡す(ここまではブリッジに似ている)だけでなく、その向こうにあるネットワークに属していれば、そのネットワークにつながるルータに渡します。これをルーティング(経路決定機能)といいます。
 さらに、その電文を受け取ったルータは同様にして次のルータに渡します。このようなバケツリレーにより、目的のパソコンにまで到達するのです。すなわち、ルータはOSI参照モデルのネットワーク層を実現するものであり、そのプロトコルにIPを用いています。
ゲートウェイ
LANを制御しているソフトウェアのことをNOS(Network OS)といいます。一般的にLANのNOSではTCP/IPが広く利用されていますが、それとは異なるNOSを持っているネットワークや機器もあります。特に汎用コンピュータではメーカー独自のNOSを用いていることもあります。異なるNOS(すなわち異なるプロトコル)間での通信では、OSI参照モデルのアプリケーション層までも変換しないと正しい接続は期待できません。そのような変換までも行って接続するのがゲートウェイです。
スイッチングハブ
スイッチングとは、回線をメッセージの宛先により切り替えることです。その機能を持つハブをスイッチングハブといいます。
  レイヤー2スイッチングハブ:ブリッジに相当する機能をもつ
  レイヤー3スイッチングハブ:ルータに相当する機能をもつ
などがあります。
スイッチングハブには多くの利点があるので、現在では広く利用されています。

現実の製品には、ブリッジとルータの両機能を持つものやゲートウェイ機能の一部を持つルータもあり、必ずしも上のような区分に従っているわけではありません。

NFV(Network Functions Virtualization:ネットワーク機能仮想化)

このように、多様な専用機器が多いのは面倒です。それを回避するために、専用機器がハードウェアとして実現してきた機能を、ソフトウェアとして実現しよういう考え方が出てきました。
 ネットワーク機器の機能を、汎用のOS上で動作するアプリケーションソフトとして実装し、仮想化されたサーバ上で実行する技術が注目されています。

スイッチングハブの利点

転送先の限定による回線の有効利用
リピータハブは、受信したパケットをすぐに全ポートへ送信します。
それにたいして、スイッチングハブは、MACアドレスとポートの対応表をもち、受信したパケットを該当するポートだけに送信します。
他のポートではトラフィックが流れず通信ができるので、ネットワーク全体の見かけ上の容量を増大させることができます。
VLAN機能によるネットワーク分割
一般のLANでは、物理的な回線によってネットワークが分割されます。これでは、ある部門が離れた位置にあるとき、あるいは、配置換えをしたとき、異なるネットワーク間での通信になり、通信の頻度やセキュリティの面でも不都合です。
スイッチングハブでは、スイッチ内部でポートの組み合わせを変更することにより、仮想的なネットワーク分割ができます。これをVLAN(Virtual LAN)といいます。
蓄積交換による異なる速度回線の接続
スイッチングハブは、受信したパケットをいったんハブの内部へ蓄積してから送信します。そのため、速度の異なるイーサネット媒体間におけるパケットの中継をすることができます。
送信と受信を独立して行うため、全二重通信方式を用いることができます。
長距離カスケード接続
リピータハブ(100BASE-T)では、ハブ間は最大5m、ハブとノード間は最大100mなので、大きなネットワークを作ることはできません。
スイッチングハブを使えば、長距離の接続ができますし、カスケード(階層的)に接続することができます。それにより、大規模なLANを一つのデータリンク層として実現できます。これを活用したのが広域イーサーネットです。

メディアコンバータ

種類の異なるケーブル間の信号伝送において信号を相互変換する装置です。よく用いられるのが、光ケーブルと銅線ケーブルの接続で、光メディアコンバータといいます。変換はハードウェアで行うのが通常です。
 物理レイヤに属しますが、スイッチングハブやルータなど多様な機器にこの機能が内蔵されています。

通信速度変換の観点から、リピータ型とスイッチ型(ブリッジ型)があります。
 リピータ型は、光ファイバー側と銅線側が同じ通信速度の場合で、速度変換をせず、そのままあらゆるパケットを完全に透過します。
 スイッチ型は、速度変換をするので、パケットを最後まで受信完了してから送信を開始します。伝送遅延が発生しますが、エラーパケットをフィルタリングしたい場合などに使われます。

メディアコンバータは、次のような機能をもっています。
 ミッシングリンク機能:通信経路のひとつがダウンした場合に他の経路で通信を継続するようにスイッチが自動的に経路切り替えを行う機能です。
 タグVLAN機能:メディアコンバータはVLANのタグパケットも透過するので、高価なVLAN専用機器よりも安価にVLAN環境を実現できます。特に無線LANでは、SSIDとタグVLANの対応付けにより、アクセスポイントをスイッチ製品から離れた場所に設置するような場合に適しています。


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