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【応用情報技術対策】なぜ私はインターネットを使えるのか②ネットワーク層以下の通信

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前回の記事、①無線LANとはで述べた通り、私のワンルームマンションでは各戸にLANケーブルの差し込み口があります。
今日は、この差込口がどこに繋がっているのかを考えます。
(正確なところは分からないので、勉強しながら予想で書いています)

ルータ、レイヤ3スイッチ

私の部屋にLANケーブルの差込口があるのと同じように、隣の部屋にもLANケーブルの差込口があるはずです。
そして、マンション内のどこかには、全部屋のLANケーブルがまとめられている場所があると思われます。
このまとめている部分がルータです。
複数ポートを持つ機器を特にレイヤ3スイッチと呼びます。

ブリッジ、レイヤ2スイッチ

私の場合はワンルームに1つしかないLANケーブルの差込口にWifiルーターを差し込んで、PCもスマホもWifiで利用しています。
しかし、1つのLANケーブルで複数の機器を有線でつなぎたい場合もあるかもしれません。
もしくは、マンションにルータが1つ、一戸に1つしかLANがないのに、ワンルームではなくて部屋が複数ある場合、各部屋にLANケーブルの差込口が必要です。

その場合に使うのがブリッジで、複数ポートを持つ機器を特にスイッチングハブと呼びます。
1つのLANの中で複数の機器をつなぐために使うのがスイッチングハブ。
口を増やしているだけで、共通のLANを使っています。

リピータ、リピーティングハブ

最後に、部屋が超広大で、1本の有線LANでLANケーブル差込口から端末まで電気信号を伝えようとすると、LANケーブルを通る間に電気信号が弱ってしまって通信しにくくなる場合。
この場合は、リピータを使って電気信号の整形・増幅を行います。

複数ポートをもつリピータをリピーティングハブと呼びます。
複数のポートを持つならスイッチングハブと役割が同じなのでは?と思いますが、リピーティングハブは電気信号を整形・増幅させているだけで、入ってきた電気信号を全てのポートに渡してしまいます。
スイッチングハブは、入ってきた電気信号から宛先のMACアドレスを読み取って、必要なポートにだけデータを流しています。
必要なポートにのみフレームを流すので、スイッチングハブの方が不要なトラフィックやコリジョン(衝突)が発生しにくいです。

スパニングツリー

スイッチングハブはリピーティングハブと違って必要なポートにのみフレームを流すと書きましたが、この必要なポートにのみフレームを流す機能がスパニングツリーです。
通常、スイッチングハブは受信したフレームを全てのポートに流しますが、スイッチングハブが複数あった場合、スイッチングハブ同士でフレームがループしてしまいます。

3つのスイッチングハブがある場合を考えてみます。
スイッチングハブAが送ったフレームをスイッチングハブB、Cが受け取って、受け取ったものをBはCに、CはBに送ります。
その次は、BがAに、CがAに送ります。
よく分からなくなってきましたが、要するにループしているので、コリジョンが大量発生です。
この状態のことをブロードキャストストームと呼びます。

これを回避するためには、AがBとCにフレームを送った後、BとCが互いにフレームを送り合うのを防げばよいのです。
つまり、ポートの一部をブロックしてループを切断すれば良いということ。
これを行うプロトコルをスパニングツリープロトコル(STP)と呼びます。

無線LANの場合は?

無線の場合は私のように無線アクセスポイントを使えば複数の機器でLANに接続できます。
部屋が複数あったり、広かったりで無線が届きにくいなら、中継器を使うことで無線LANが届く範囲を延長することができます。

まとめ

今日の内容をOSI基本参照モデルにまとめるとこんな感じ

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