ネットワークの構成要素
ネットワークを構成するもの
Section titled “ネットワークを構成するもの”私たちがインターネットを使ったり、社内でファイルを共有したりできるのは、さまざまな機器やケーブル、通信技術が連携して「ネットワーク」を形成しているからです。この章では、ネットワークを構成する要素を体系的に学んでいきます。
用語が多い分野ですが、「有線LAN関連」「無線LAN関連」「ネットワーク機器」「アドレスと識別」「通信規格と速度」のカテゴリに分けて整理すると理解しやすくなります。
有線LANの構成要素
Section titled “有線LANの構成要素”ネットワークインタフェースカード（NIC）
Section titled “ネットワークインタフェースカード（NIC）”ネットワークインタフェースカード（NIC：Network Interface Card）は、コンピュータをネットワークに接続するための部品です。「LANカード」「LANアダプタ」とも呼ばれます。現在のパソコンでは、マザーボードにNICの機能が内蔵されていることがほとんどです。
NICには、世界で唯一の識別番号であるMACアドレス（後述）が割り当てられており、これによってネットワーク上で各機器を区別できます。
ネットワーク機器同士をつなぐ物理的なケーブルには、主に次の2種類があります。
| 種類 | 特徴 | 用途 |
|---|---|---|
| LANケーブル（ツイストペアケーブル） | 銅線を使い、比較的安価で扱いやすい | オフィスや家庭のLAN |
| 光ファイバケーブル | 光の信号で通信し、高速・長距離伝送が可能 | インターネット回線、データセンター間接続 |
LANケーブルは手軽に敷設できますが、伝送距離や速度に限界があります。一方、光ファイバケーブルは高速かつ長距離の通信に優れていますが、コストが高めです。
ハブとスイッチ（スイッチングハブ）
Section titled “ハブとスイッチ（スイッチングハブ）”ハブは、複数のLANケーブルを集約してネットワーク機器同士を接続する集線装置です。ハブにはデータの送り方に違いがある2種類があります。
| 種類 | 動作の仕組み |
|---|---|
| リピータハブ（単純なハブ） | 受け取ったデータをすべてのポート（接続口）に転送する |
| スイッチ（スイッチングハブ） | 宛先のMACアドレスを確認し、該当するポートだけにデータを転送する |
リピータハブは全ポートにデータを流すため、無駄な通信が増えてネットワークが混雑しやすくなります。一方、スイッチはMACアドレスを使って宛先を判断するため、効率的に通信できます。現在のオフィスや家庭で使われているのは、ほとんどがスイッチ（スイッチングハブ）です。
試験で出るポイント
有線LANと無線LAN
Section titled “有線LANと無線LAN”ネットワークへの接続方法は、大きく有線LANと無線LANに分かれます。
有線LANは、LANケーブルや光ファイバケーブルを使って物理的に接続する方式です。通信が安定しており、速度も高速ですが、ケーブルの配線が必要です。
無線LANは、電波を使ってケーブルなしで接続する方式です。配線が不要で移動しながら使える利便性がありますが、壁や障害物の影響を受けやすく、通信の傍受や不正利用への対策が必要です。
ケーブルを使って機器を接続する経路のことを伝送路と呼び、データをやり取りするための回線全般を通信回線といいます。
無線LANの仕組みと用語
Section titled “無線LANの仕組みと用語”Wi-Fiの規格（Wi-Fi 4 / 5 / 6 / 6E）
Section titled “Wi-Fiの規格（Wi-Fi 4 / 5 / 6 / 6E）”無線LANの標準規格として広く普及しているのがWi-Fiです。Wi-Fiにはいくつかの世代があり、新しい世代ほど高速で安定した通信が可能です。
| 名称 | 規格名 | 最大伝送速度（理論値） | 特徴 |
|---|---|---|---|
| Wi-Fi 4 | IEEE 802.11n | 600Mbps | 2.4GHz/5GHz両対応 |
| Wi-Fi 5 | IEEE 802.11ac | 6.9Gbps | 5GHz帯、高速化 |
| Wi-Fi 6 | IEEE 802.11ax | 9.6Gbps | 多数同時接続に強い |
| Wi-Fi 6E | IEEE 802.11ax拡張 | 9.6Gbps | 6GHz帯を追加、さらに混雑に強い |
Wi-Fi 6E は Wi-Fi 6 の拡張版で、新たに6GHz帯の周波数を利用できるようになり、電波の混雑が起きにくくなっています。
ESSID（Extended Service Set Identifier）は、無線LANのネットワークを識別するための名前です。スマートフォンやパソコンでWi-Fiに接続するとき、一覧に表示されるネットワーク名がESSIDです。
同じ場所に複数の無線LANが存在しても、ESSIDによって「どのネットワークに接続するか」を区別できます。
試験で出るポイント
ビーコンは、無線LANのアクセスポイントが定期的に発信する信号のことです。ビーコンにはESSIDなどの情報が含まれており、周囲の端末はこの信号を受信することで、接続可能なネットワークを検出します。
WPS（Wi-Fi Protected Setup）
Section titled “WPS（Wi-Fi Protected Setup）”WPS（Wi-Fi Protected Setup）は、無線LANの接続設定を簡単に行うための仕組みです。通常、無線LANに接続するにはESSIDやパスワードを手動で入力する必要がありますが、WPSに対応した機器同士であれば、ボタンを押すだけで自動的に接続設定が完了します。
Wi-Fi Direct
Section titled “Wi-Fi Direct”Wi-Fi Directは、アクセスポイント（無線LANルーター）を介さずに、Wi-Fi対応機器同士が直接通信できる技術です。たとえば、スマートフォンからプリンタに直接データを送って印刷するような場面で使われます。
メッシュWi-Fi
Section titled “メッシュWi-Fi”メッシュWi-Fiは、複数のアクセスポイント（ノード）を網の目（メッシュ）のように配置し、広い範囲をカバーする無線LANの構成方式です。従来の中継器方式と異なり、各ノードが互いに通信し合うため、家の隅々まで安定した接続が得られます。
アドホックネットワーク
Section titled “アドホックネットワーク”アドホックネットワークは、アクセスポイントを使わず、端末同士が直接通信するネットワーク形態です。災害時など、インフラが使えない状況でも端末間でデータをやり取りできる利点があります。
試験で出るポイント
ゲストSSID / ゲストポート
Section titled “ゲストSSID / ゲストポート”ゲストSSIDは、来客用に用意する専用の無線LANネットワーク名です。ゲストポートは、同様の機能を有線LANで提供する接続口です。
ゲストSSID／ゲストポートを使うと、来訪者にインターネット接続を提供しつつ、社内ネットワーク（ファイルサーバやプリンタなど）へのアクセスは遮断できます。セキュリティを保ちながらおもてなしを実現する仕組みです。
試験で出るポイント
ネットワーク機器と重要な仕組み
Section titled “ネットワーク機器と重要な仕組み”ルーターは、異なるネットワーク同士を接続し、データの転送先（経路）を決定する機器です。たとえば、家庭やオフィスのLANとインターネットをつなぐ役割を担います。ルーターはデータに含まれる宛先IPアドレスを見て、最適な経路にデータを送り出します。
デフォルトゲートウェイ
Section titled “デフォルトゲートウェイ”デフォルトゲートウェイは、自分のネットワークの外にデータを送るときの「出入口」となる機器（通常はルーター）のことです。パソコンが「宛先がどのネットワークかわからない」場合、まずデフォルトゲートウェイにデータを送ります。ゲートウェイがその先の適切な経路にデータを転送してくれます。
家庭のネットワークでいえば、Wi-Fiルーターがデフォルトゲートウェイの役割を果たしています。
NAT（Network Address Translation）
Section titled “NAT（Network Address Translation）”NAT（Network Address Translation）は、プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスを相互に変換する技術です。
家庭やオフィスのネットワーク内では、「192.168.1.10」のようなプライベートIPアドレスが使われています。しかし、インターネット上ではグローバルIPアドレスが必要です。NATはルーターなどで動作し、内部のプライベートIPアドレスを外部のグローバルIPアドレスに変換することで、インターネットとの通信を可能にします。
試験で出るポイント
プロキシ（プロキシサーバ）
Section titled “プロキシ（プロキシサーバ）”プロキシ（プロキシサーバ）は、内部ネットワークのパソコンに「代わって」外部のWebサーバにアクセスする中継サーバです。「プロキシ」は「代理」という意味です。
プロキシサーバの主な役割は次のとおりです。
- セキュリティの向上：内部のパソコンが直接インターネットに接続しないため、外部からの攻撃を受けにくくなる
- アクセスの制御：特定のWebサイトへのアクセスを制限できる
- 通信の高速化：一度アクセスしたWebページの内容をキャッシュ（一時保存）し、次回以降の表示を高速化する
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アドレスと識別の仕組み
Section titled “アドレスと識別の仕組み”MACアドレス
Section titled “MACアドレス”MACアドレス（Media Access Control Address）は、NICに製造時から割り当てられた、ネットワーク機器固有の識別番号です。「物理アドレス」とも呼ばれます。
MACアドレスは「00:1A:2B:3C:4D:5E」のような形式で表され、前半がメーカーを、後半が個体を識別します。世界中で重複しない一意の番号であり、スイッチ（スイッチングハブ）がデータの送り先を判断するときに使われます。
IPアドレスが「住所」に例えられるのに対し、MACアドレスは「個人の指紋」のようなもので、機器そのものに紐づいた変わらない識別子です。
サブネットマスク
Section titled “サブネットマスク”サブネットマスクは、IPアドレスの「ネットワーク部」と「ホスト部」を区別するための値です。
IPアドレス（例：192.168.1.10）は、「どのネットワークに属しているか」を示すネットワーク部と、「そのネットワーク内のどの機器か」を示すホスト部に分かれています。サブネットマスク（例：255.255.255.0）を使うことで、IPアドレスのどこまでがネットワーク部で、どこからがホスト部かを判別できます。
たとえば、サブネットマスクが「255.255.255.0」の場合、IPアドレスの先頭3つの数字（192.168.1）がネットワーク部、最後の数字（10）がホスト部です。
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通信規格と伝送速度
Section titled “通信規格と伝送速度”移動体通信規格（LTE・5Gなど）
Section titled “移動体通信規格（LTE・5Gなど）”スマートフォンなどで使われるモバイル通信には、世代ごとの規格があります。
| 世代 | 名称 | 特徴 |
|---|---|---|
| 3.9G | LTE | 高速なデータ通信（4Gへの橋渡し） |
| 4G | LTE-Advanced | LTEをさらに高速化 |
| 5G | 5G | 超高速・超低遅延・多数同時接続 |
5Gは「高速大容量」「超低遅延」「多数同時接続」の3つの特徴を持ち、自動運転やIoTなど、新しい技術の基盤として期待されています。
WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）は、広い範囲をカバーできる無線通信規格です。Wi-Fiが数十メートル程度の範囲を対象とするのに対し、WiMAXは数キロメートルの範囲で通信できるのが特徴です。モバイルルーターなどで利用されています。
伝送速度（bps）
Section titled “伝送速度（bps）”伝送速度は、ネットワークで1秒間に送れるデータ量を表す指標で、単位はbps（bits per second：ビット毎秒）です。
たとえば「100Mbps」は「1秒間に1億ビットのデータを送れる」という意味です。Mbpsの「M（メガ）」は100万を表し、Gbpsの「G（ギガ）」は10億を表します。
実際の通信では、理論上の最大速度どおりにはならず、回線の混雑などにより実効速度は低下します。この実効速度の割合を回線利用率（伝送効率）と呼びます。
【伝送時間の計算例】
問題：回線速度が20Mbps、回線利用率が80%のとき、1GBのデータを送るのにかかる時間は？
- 実効速度 = 20Mbps × 0.8 = 16Mbps = 16,000,000bps
- 1GB = 1,000,000,000 × 8 = 8,000,000,000ビット（1バイト = 8ビット）
- 伝送時間 = 8,000,000,000 ÷ 16,000,000 = 500秒
試験で出るポイント
VLAN・SDN ── ネットワークを柔軟に管理する技術
Section titled “VLAN・SDN ── ネットワークを柔軟に管理する技術”VLAN（Virtual LAN：仮想LAN）は、物理的なネットワーク構成に関係なく、ソフトウェアの設定で仮想的にネットワークを分割する技術です。
たとえば、同じオフィスのフロアにいても、営業部と開発部を別のネットワークに分けたい場合があります。VLANを使えば、物理的にケーブルをつなぎ替えることなく、スイッチの設定だけでネットワークを分離できます。セキュリティの向上や通信の効率化に役立ちます。
SDN（Software-Defined Networking）
Section titled “SDN（Software-Defined Networking）”SDN（Software-Defined Networking）は、ネットワーク機器の設定や制御をソフトウェアによって一元的に管理する技術です。
従来は、ルーターやスイッチを1台ずつ個別に設定する必要がありましたが、SDNでは中央のソフトウェア（コントローラ）からネットワーク全体を制御できます。これにより、ネットワーク構成の変更が迅速かつ柔軟に行えるようになります。大規模なデータセンターやクラウド環境で特に活用されています。
ネットワークの構成要素は用語が多い分野ですが、「何の役割を果たすか」を軸に整理すると理解しやすくなります。
| カテゴリ | 主な要素 |
|---|---|
| 接続部品 | NIC、LANケーブル、光ファイバケーブル |
| 集線・中継 | ハブ、スイッチ（スイッチングハブ） |
| 経路制御 | ルーター、デフォルトゲートウェイ |
| 中継・変換 | プロキシサーバ、NAT |
| 識別 | MACアドレス、ESSID、サブネットマスク |
| 無線LAN | Wi-Fi 4/5/6/6E、WPS、Wi-Fi Direct、メッシュWi-Fi、アドホックネットワーク |
| 通信規格 | LTE、5G、WiMAX、伝送速度（bps） |
| 柔軟な管理 | VLAN、SDN |
試験で出るポイント