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ネットワークの基本:LANを構成するコンピュータ・ネットワークに繋げるハードウェアについて

コンピュータ・ハードウェアとは

コンピュータはCPU、メモリ、ハードディスク、フラッシュメモリ、マザーボード、チップセットなどから成る機械です。ネットワークに繋げるハードウェアとはハブやルーター、LANケーブルなどコンピュータをネットワークに繋ぐための機器です。このページではコンピュータとハードウェアについて解説します。

CPUとは

CPUは中央処理装置とも呼ばれ、データーの読み書きや入出力処理を行っています。CPUはギガヘルツ(GHz)という単位の周波数で性能が表示されます。一般的に、値が大きいほど高速な処理が行えます。

メモリとは

メモリはCPUが演算した内容を一時的に記録する領域です。読み出しだけで書き込みができないROMと、読み書きどちらも可能なRAMの2種類があります。

ROMは電源を切っても消えませんが、RAMは電源を切ると消えてしまいます。フラッシュメモリー(SDカード、USBメモリー)などはROMに含まれます。

ハードディスクとは

ハードディスクはメモリと同様の記憶装置ですが、電源を切っても記録内容は消えません。

マザーボードとは

マザーボードは基板で、この上にCPUやメモリなどが搭載されています。マザーボードは各部品同士のデータを転送する回路を持った装置です。

ASICとFPGAとは

ルーターや携帯電話などを製造する際にはICと呼ばれる半導体回路を組み合わせます。しかし、ICの数が多くなると、接続の多さにより処理能力の低下などの問題が生じます。そのため、ICを多く接続しなくても良いように、特定の用途のために作られたICをASICと呼びます。カメラにはカメラ用のASIC、携帯電話には携帯電話用のASICを搭載しています。

ASICは一度出荷されると機能を変更することはできませんが、変更可能な機能を搭載した半導体回路をFPGAと呼びます。FPGAには書き換え可能な領域であるRAMが含まれています。

いずれにしてもASICやFPGAは通信データ処理を行っており、この方法を「ハードウェア処理」と呼んでいます。

NIC(Network Interface Card)とは

ノード(パソコンやルーター)などの繋ぎ口をポートと呼びます。NICはポートを持つ部品のことを指します。無線LANアダプタなどもNICの一種です。

リピーターハブとスイッチングハブ

ハブは集線装置です。LANケーブルが差し込まれる穴が複数空いています。リピーターハブでは、受信したデータをすべてのポートに送ってしまうため無駄が多いです。一方、スイッチングハブはフレームのヘッダ情報を見ながら必要なポートのみにデータを送ることができます。現在の製品は殆どスイッチングハブです。

ルーターとは

ルーターは「データを送る経路を決める人」という意味の言葉です。ネットワーク上での送信経路を決定します。

LANケーブル:ツイストペアケーブル

LANケーブルではツイストペアケーブルと呼ばれる8本の細い銅線で構成されています。ツイストペアケーブルにはUTPとSTPの2種類がり、UTPはシールド(金属箔でケーブルを覆うこと)なし、STPはシールドありです。

ツイストペアケーブルにはストレートケーブルとクロスケーブルの2種類があり、8本の銅線のうち、データを送る千雄一が尾となります。ストレートかクロスかはノード(ハブやルーター)の種類によって変わってきます。

ツイストペアケーブルにはカテゴリがあり、カテゴリ3は10Mbpsの通信速度、カテゴリ6は1Gbpsと、カテゴリの数字が上がるほど品質が良くなります。

ツイストペアケーブルの長さは100mという制限があります。100mでは足らない場合には光ケーブルを使用します。

Auto-MDIXとは

パソコンやルーターのインターフェイス(外部と接続する媒体)はMDIと呼ばれ、スイッチ・ハブなどのインターフェイスはMDI-Xと呼ばれます。MDIとMDI-Xを繋ぐ場合はストレートケーブル、MDI同士、MDI-X同士を繋ぐ場合はクロスケーブルを使用します。

また、わざわざケーブルを変えなくとも自動的にMDIかMDI-Xかを判別して、その都度通信経路を制御できる機器も存在します。そのようなインターフェイスはAuto-MDIXと呼ばれます。現在の機器は殆どAuto-MDIX対応です。

光ケーブルとは

LANケーブル(ツイストペアケーブル)は100mの制限があるため、それ以上を必要とする倍には光ケーブルを使用します。光ケーブルにはシングルモードとマルチモードの2種類があり、シングルモードでは光線(モード)を1つだけ使って情報を送ります。一方、マルチモードでは複数の光線(モード)を使います。マルチモードの方がデータの損失が大きいのですが、安価で作れるため、近距離通信によく使われます。

光ケーブルもケーブルの最長の長さが定められており、例えば10Gpsでは、マルチモードで300m、シングルモードで40kmとなっています。いずれにしても、シングルモードでは長距離であってもデータを正確に伝達することができます。

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