コンピュータネットワーク
コンピュータネットワーク(Computer network)は、複数のコンピュータを接続する技術。または、接続されたシステム全体。コンピュータシステムにおける「通信インフラ」自体、あるいは通信インフラによって実現される接続や通信の総体が(コンピュータ)ネットワークである、とも言える。
ネットワークは様々な機器(ハードウェア)を相互に接続して構成される。接続には一般に何らかの配線が必要であり、ケーブル(カテゴリー5ケーブルなど)が使われることが多い。ほかに無線による接続(IEEE 802.11など)や光ケーブル(光ファイバー)による接続がある。
ネットワークカード(ネットワークアダプタあるいはNICとも)は、コンピュータをネットワークに接続するためのハードウェアである。ネットワーク媒体への物理的アクセスを提供し、MACアドレスなどを使った低レベルのアドレス指定機構を提供することが多い。コンピュータはネットワークカードを経由してケーブルや無線によって他のコンピュータと相互接続される。
リピータは、伝送路上の電子機器の一種で、信号を受信して、それを増幅するなどした上で送出する。これによって、信号はより長い距離まで到達可能となる。
リピータは物理的な信号を扱うものであり、その中身を解釈することはない。従ってOSI参照モデルで言えば、物理層で動作する機器である。
ハブには複数のポートがある。(スイッチ機能のないハブでは)ひとつのポートにパケットが到着すると、全ポートにそれがコピーされる。パケットをコピーする際に送信先アドレスは変更されず、単にそのままコピーされ全ポートに送出される。
ブリッジは、OSI参照モデルのデータリンク層(第2層)で、ネットワーク同士を接続する機器である。
ブリッジは、パケットの送信元MACアドレスを見て、MACアドレスとポートの対応関係を学習する。パケットの送信先アドレスが初めて見るものだった場合、そのパケットは送信元ポート以外の全ポートにコピーして転送される。
ブリッジは以下の3種類に分類される。
ローカルブリッジ: LAN同士を直接接続するもの
リモートブリッジ: LAN間をWAN接続するブリッジ。WAN側がLAN側より低速な場合は、ルーターが使われることが多い。
無線ブリッジ: ルーター機能のない無線LANアクセスポイント
スイッチはマーケティング要素が強い用語であり、ルーターやブリッジ、負荷分散機能のある機器などを包含する。OSI参照モデルの様々な層に対応するスイッチがあり、物理層、データリンク層(スイッチングハブ)、ネットワーク層(レイヤ3スイッチ)、トランスポート層(レイヤ4スイッチ)がある。複数層に同時に対応するスイッチは「多層スイッチ」などと呼ばれる。
「スイッチ」の意味するものが多岐にわたるため、ネットワークを理解しようとしたときにそこで最初に躓くことが多い。特に多層スイッチは、よく理解せずに使いこなすことは困難である。
ルーターは、パケットのヘッダ部の情報と転送テーブルを使って、最適の転送経路を判断してデータを転送する機器である。
一般的なネットワークの階層は、アクセス・ネットワーク、コア・ネットワーク、配布ネットワークで構成されている:
アクセス・ネットワークとは、ユーザーが、家庭やオフィスからパソコンなどでインターネットを利用する場合に、パソコンを直接的に接続する(アクセスする)ネットワーク。具体的には、ユーザー宅からインターネット・プロバイダ(ISP)までの間のネットワークのことを指す。
このアクセス・ネットワークには、以前は公衆電話網やサービス総合デジタル網などが利用されていたが、最近では、より高速化したアクセスネットワークとしてCATVやADSL、FTTHなど有線系のネットワークが広く普及している。また、最近では無線アクセスネットワークとして無線LANあるいはモバイル(3G/3.5G)が普及しており、さらにWiMAXなどもアクセス・ネットワークとして登場しはじめた。
コア・ネットワークとは、ネットワークが通信の中枢として用いる大容量の通信回線のことである。コアネットワークとは「背骨」の意味で、通信を行う際に最も重要となる、いわば回線網の屋台骨であるといえる。
コア・ネットワークは、主にインターネットサービスプロバイダー(ISP)が他のISPと接続する接続拠点などが相当する。ISPのサーバーのような通信容量に耐えることができるように、コアネットワークには光ファイバー回線が採用されている場合が多い。ISPの接続拠点のような大規模なものでなくても、例えば大学内のネットワークで主要な回線の役割りを果たしている通信回線回線などを指してコアネットワークと呼ぶ場合もある。
レンタルサーバ業者などは多くの場合、レンタルサーバー選定の1つの目安として、自社で使用している基幹回線の通信許容量を公開している。インターネットの普及とコンテンツのリッチ化に伴って通信容量は常に増大しているため、各所のコアネットワークはひんぱんに強化されている。
ユーザーのパソコンから相手に送られる送信データは、ADSLやFTTHなどのアクセス・ネットワークを通してこのコア・ネットワーク(中核ネットワーク)に集められ、処理され、送信先に届けられる。コア・ネットワークは、大容量のデータを扱うため、基幹通信ネットワーク、あるいはバックボーン・ネットワーク(Backbone Network、人間の背骨のような太いネットワーク)ともいわれる。
配布ネットワークはデータを受け取り、それをユーザーに配送する、相互接続された保管施設と輸送システムのグループである。直接または小売ネットワークを介して、製造業者から最終顧客に製品を届けるのは中間点である。今日の消費者の即時満足社会では、高速で信頼性の高い配布ネットワークが不可欠である。
ネットワークを運用し続け、障害を診断し、問題に対処するには、様々な補助的装備が必要となる。
個々のネットワーク機器には電圧や電流の急変への対策(サージプロテクタ)を設置することがある。例えば、雷サージは機器にダメージを与えるため(場合によっては人間にも危険である)、サージプロテクタで短絡させるなどの対策を施して安全なレベルになるようにする。
さらに、停電に対処するため、無停電電源装置を設置する場合もある。無停電電源装置には、小型のバッテリーから自家発電設備まで様々なものがある。
2台のコンピュータを相互接続した単純なネットワークでも、通信が失敗する要素はいくつか存在する。主な単一故障点は、ネットワークカードとケーブルである。大規模なネットワークでも、注意深く設計しないとネットワークが機能しなくなるような単一故障点が多数潜在することになる。機能し続けることが重要なネットワークでは、単一故障点がないよう設計することが重要である。カーネギーメロン大学の Software Engineering Instituteの調査によれば、ネットワークがダウンする主な要因は次の通りである。
攻撃: 物理的な破壊やクラッキングによる妨害行為。
障害: 人間がコマンドを間違えて入力した場合、ネットワーク機器のソフトウェアのバグ、部品の故障、システム設計上予期していなかった使い方によるものなど。
事故: ネットワーク機器にコーヒーをこぼした場合から自然災害や戦争によるデータセンターの破壊まで様々である。この対策としては、冗長化が基本であり、さらに遠隔地に予備システムを配置する必要がある
ネットワークは、その重要性や運用者のスキルによっては、各種性能測定/診断機器を一時的または永久的に接続する。例えば、企業やISP向けのルーターやブリッジは通信履歴やエラー履歴を保持する機能を持つことが多い。
診断機器の最も単純な形態としては、ネットワーク機器の予備を用意しておくだけである。故障したと思われる機器を予備と置換して障害が解消した場合、その機器に問題があると診断できる。これを洗練させると(コストはかかるが)、予備の機器で故障した機器を自動的に置換する方式になる。RFC 3768 に示されている Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) などを使えば、ネットワーク障害をコンピュータから見て透過的にすることができる。
ネットワーク仮想化Open Networking Foundation(ONF)は、従来のコンピュータや機械をつないだネットワーク構造の4つの一般的な制限を挙げている:外部ソフトからの操作が許可されて複雑、一貫性のないポリシー、スケーリングできないこと、情報通信企業依存。今後の時代はネットワークを仮想化し、抽象的に考える時代である。つまり、時間の経過とともに、ネットワーク仮想化(NFV)とソフトウェア定義ネットワーク(SDN)は緊密に相互運用され、ネットワーク機器とネットワークベースのリソースを抽象化してプログラムで制御するための幅広い統合ソフトウェアベースのネットワーキングアプローチを提供することになる。