ネットワーク - ITスタディーアカデミー

(1) ネットワークの種類と特徴

ネットワークは大きく「LAN」と「WAN」に分けられます。家の中のネットワークと、外の世界をつなぐネットワークの違いです。

LAN (Local Area Network)

社内や家庭内など、限られた狭い範囲のネットワーク。
自分たちでケーブルを引いたり、Wi-Fiルーターを設置して構築します。通信速度は速く、運用費用は基本的に無料（機器代のみ）です。

WAN (Wide Area Network)

本社と支社など、地理的に離れた場所を結ぶネットワーク。
自分たちでケーブルを引くことはできないため、電気通信事業者（NTTなど）のサービスを利用します。

(2) 有線LAN / (3) 無線LAN

有線LANのケーブル

より対線 (ツイストペアケーブル)：一般的なLANケーブル。2本の銅線をより合わせることでノイズを防ぎます。
光ファイバケーブル：電気ではなく「光」の点滅でデータを送るケーブル。超高速・長距離通信が可能でノイズに強い。
同軸ケーブル：テレビのアンテナ線などに使われる、中心に銅線があるケーブル。

無線LAN

ケーブルの代わりに「電波」や「赤外線」を使って通信します。

無線LANアクセスポイント：PCやスマホからの電波を受け取り、有線LAN（インターネット）へつなぐ中継機（Wi-Fiルーターなど）。
SSID (Service Set Identifier)：無線LANのネットワークを識別するための名前（ネットワーク識別子）です。
アクセスポイントを選ぶ際にスマホやPCの画面に表示される「Free_WiFi_Cafe」や「MyHome_Network_5G」といった名前がこれにあたります。

2.4GHz帯の無線LANのチャネル設定
無線LANで2.4GHz帯を使う場合、アクセスポイント相互の電波の干渉（混信）を避けるために、隣り合うアクセスポイントには、例えば周波数チャネル番号「1と6」「6と11」のように5つ以上離れた番号を割り当てる必要があります。

(4) 交換方式 / (5) 回線に関する計算

回線交換網（電話の仕組み）

通信中、相手との間に専用の通信路を占有する方式。
例え：固定電話。通話中は他の人がその回線を使えず、話し中になります。通信品質は安定します。

パケット交換網（ネットの仕組み）

データを「パケット（小包）」という小さな単位に分割し、1つの回線をみんなで共有して送る方式。
例え：郵便配達。同じ道路をいろんな人の手紙（パケット）が通ります。回線を効率よく使えます。

※VoIP：音声をパケットに変換して送る技術（IP電話の基盤）。

回線に関する計算と用語

bps (bit per second)：1秒間に何ビットのデータを送れるか（転送速度）。
回線容量：回線が一度に運べる最大データ量（帯域幅）。道路の車線の多さに例えられます。
伝送効率 (回線利用率)：理論上の最大速度に対して、実際にデータ送信に使える割合。エラー訂正や制御データの付加などで100%にはなりません。
ビット誤り率：送ったデータの中で、ノイズ等で壊れてしまったビットの割合。

伝送時間の計算（過去問でマスター！）

計算問題は「単位をそろえること(Byteとbit)」と「実際の速度(実効速度)を出すこと」がポイントです。

例題：令和6年免除問23

【問題】
10Mビット／秒の回線を用いて100Mバイトのファイルを送信するとき，伝送におよそ何秒掛かるか。ここで，回線の伝送効率は75%とし，1Mビット＝10⁶ビットとする。

ステップ・バイ・ステップ解説

単位を揃える（Byte → bit）
ファイルサイズは 100Mバイト(B) です。通信速度は 10Mビット(bps) なので、まずは送るデータの単位をビットに揃えます。
1バイト(Byte) = 8ビット(bit) なので、

100Mバイト × 8 = 800Mビット
実際のスピード（実効速度）を求める
回線の最大速度は 10Mbps（メガ・ビット・パー・セカンド）ですが、伝送効率が 75%（0.75）なので、実際に出るスピードは以下のようになります。

10Mbps × 0.75 = 7.5Mbps
時間を計算する（データ量 ÷ 速度）
最後に、送りたいデータ量（800Mビット）を、実際のスピード（1秒間に7.5Mビット）で割ります。

800Mビット ÷ 7.5Mbps = 106.666... 秒
よって、およそ 107秒 掛かることがわかります。

(6) インターネット技術

インターネットは、TCP/IPという共通ルールで世界中のコンピュータをつないでいます。

1. IPアドレスの構造とサブネットマスク

IPアドレスはインターネット上の住所にあたる識別番号（32ビット）です。
実は、IPアドレスは前半の「ネットワーク部」と後半の「ホスト部」の2つに分かれています。

ネットワーク部： 「どのネットワークか（何丁目か）」を表す。
ホスト部： 「そのネットワーク内のどのPCか（何番地か）」を表す。

■ アドレスクラス（規模による分類）

ネットワークの規模（接続できるPCの数）によって、A・B・Cのクラスに分かれています。
試験対策ポイント： IPアドレスの一番左の数字（第1オクテット）を見るだけで、どのクラスか判別できるようになっています！

クラス	一番左の数字 (第1オクテット)	規模	ネットワーク部	ホスト部	接続できるPCの数
クラスA	0 〜 127	超大規模	最初の8ビット	残りの24ビット	約1677万台
クラスB	128 〜 191	大規模	最初の16ビット	残りの16ビット	約6万5千台
クラスC	192 〜 223	小中規模	最初の24ビット	残りの8ビット	254台

見分け方の例：
10.0.0.1 なら一番左が10なので クラスA。
192.168.1.10 なら一番左が192なので クラスC だとすぐに分かります！

■ サブネットマスクとプレフィックス表記

IPアドレスの「どこまでがネットワーク部か」を示すための情報です。

サブネットマスクの仕組み

サブネットマスクは、IPアドレスと同じく32ビット（8ビット×4つの区切り）で構成されています。
ルールとして、左の上位ビットから連続した「1」を並べ、それ以降を連続した「0」にします。1と0が交互に混ざることはありません。
この「1」の部分がネットワーク部、「0」の部分がホスト部を表します。

サブネットマスク表記
255.255.255.0
これを2進数（0と1）に直すと…
11111111.11111111.11111111.00000000
先頭から「24個」の1が並び、残り「8個」が0の組み合わせになっています。

プレフィックス表記法 (CIDR)
192.168.1.10 /24
この「/24」は…
先頭から24ビット目までが「1」であることを意味しています。
つまり、上記の 255.255.255.0 と全く同じ意味です。

■ 特別なIPアドレス（使えないアドレス）

ホスト部には、個別のPCに割り当ててはいけない特別なアドレスが2つあります。

ネットワークアドレス
ホスト部のビットがすべて「0」のアドレス。そのネットワーク空間そのものを表す代表番号。
ブロードキャストアドレス
ホスト部のビットがすべて「1」のアドレス。ネットワーク内のすべてのPCに一斉送信（ブロードキャスト）するために使う。

【重要計算】割り当て可能なPCの台数
ネットワーク内のPC（ホスト）に割り当てられるIPアドレスの数は、上記の2つの特別なアドレス（すべて0、すべて1）を除外するため、以下の式で計算します。

割り当て可能な台数＝ 2^{ホスト部のビット数} － 2

例：クラスC（/24）の場合
全体32ビットのうち、ネットワーク部が24ビットなので、ホスト部は 32 - 24 = 8ビット です。
計算式に当てはめると、 2⁸ - 2 = 256 - 2 = 254台 となります。（PCに 0 や 255 は割り当てられません）

2. MACアドレスとポート番号

ポート番号

IPアドレスが「住所（マンション）」なら、ポート番号は部屋番号です。
「Webサイトを見たい（80番/443番）」「メールを送りたい（25番）」など、どのアプリケーションと通信するかを識別します。

MACアドレス

ネットワーク機器（NIC）に製造時に割り当てられる固有の物理的な識別番号です。機器のマイナンバーのようなものです。

全体で48ビット（16進数で12桁）で構成されています。
・前半24ビット：ベンダーID（製造メーカーの番号）
・後半24ビット：固有製造番号（メーカーがつける一連番号）

例：00:1A:2B:3C:4D:5E

3. URL・ドメイン名・DNS

数字だけのIPアドレス（13.124...）は人間には覚えにくいため、文字でつけた名前がドメイン名（例: google.com）です。
この「ドメイン名」と「IPアドレス」を変換・対応付けしてくれるシステムをDNS (Domain Name System)といいます。インターネットの電話帳のような役割です。

ユーザー
「google.comに行きたい」

DNSサーバ
「それは 142.250.x.x だよ」

Webサーバ
（142.250.x.x）にアクセス！

■ URLの構造

URL (Uniform Resource Locator) は、Web上の「どこにある、何というファイルか」を示す詳細な住所です。

https://www.example.com/images/photo.jpg

スキーム名（プロトコル）： 通信ルール（https, http, ftpなど）
FQDN（ホスト名＋ドメイン名）： どのコンピュータか
※ `www`がホスト名、`example.com`がドメイン名です。
ディレクトリ（パス）： サーバ内のどのフォルダ（階層）か
ファイル名： 具体的などのファイルか

4. IPアドレスの枯渇対策とNAT

現在主流のIPv4（約43億個）ではアドレスが足りなくなったため、ほぼ無限に使える新規格IPv6（128ビット）への移行が進んでいます。
同時に、アドレスを節約するための仕組みが使われています。

種類	説明
グローバルIPアドレス	インターネットに直接接続できるアドレス。世界中で一意（重複しない）。
プライベートIPアドレス	社内や家庭内（LAN）の中だけで使えるアドレス。LAN内だけで一意ならOK。

NAT / NAPT

プライベートIPのままではインターネットに出られません。ルーターで「グローバルIP」に変換する技術をNATといいます。

NAPT (IPマスカレード)
NATを進化させ、IPアドレスだけでなくポート番号も変換することで、「1つのグローバルIP」を「複数のPC」で同時に共有できるようにする技術です。

DHCP

LAN内のコンピュータやスマホに、IPアドレスなどの設定情報を自動的に割り当てる仕組みです。手動設定の手間や設定ミスを防ぎます。

なぜグローバルIPとプライベートIPを使い分けるの？

① IPアドレスの節約 (IPv4枯渇問題)

グローバルIPアドレスは約43億個しかありません。一人でスマホやPCを複数台持つ現代では全く足りません。
そこで、LAN内では「プライベートIP」を使い、外に出るときだけ「代表のグローバルIP」を使うことで節約しています。

会社の電話に例えると...

社外からの連絡先 代表電話番号
(03-xxxx-xxxx)
グローバルIP

交換機 (NAT)

社内の呼び出し 内線番号
(内線 201, 202...)
プライベートIP

「社員100人が、たった1つの代表番号を共有して外と電話する」のと同じ仕組みです。

② セキュリティのため (防犯)

それぞれのPCがグローバルIPアドレスを直接持っていると、世界中から直接アクセスできてしまい危険です（住所がバレている状態）。
ルーターのIPアドレスだけを公開し、内部のPCを隠すことで、外部からの直接攻撃を防ぐ「防犯」の役割も果たしています。

(1) ネットワークアーキテクチャとOSI基本参照モデル

ネットワークトポロジ（接続形態）

PCや機器をどのようにつなぐかの形です。

スター型
中心のハブに全PCをつなぐ(主流)
バス型
1本の幹線に全PCをつなぐ
リング型
円環状につなぐ

OSI基本参照モデル

異なるメーカーの機器同士でも通信できるように、通信の機能を7つの階層（レイヤ）に分けた国際標準モデルです。
※試験で頻出！各層の役割を覚えましょう。

階層	名称	役割（例え：手紙を送る）
第7層 (L7)	アプリケーション層	用途に応じた通信サービス（Webやメールなど）を提供する。（便箋に手紙を書く）
第6層 (L6)	プレゼンテーション層	データの表現形式（文字コードや圧縮・暗号化）を共通化する。（日本語で書くか英語で書くか決める）
第5層 (L5)	セション層	通信の開始から終了までの手順（会話の成り立ち）を管理する。（挨拶して手紙のやり取りを始める）
第4層 (L4)	トランスポート層	エラー訂正などを行い、データが相手に確実に届くことを保証する。（書留郵便にして確実に届ける）
第3層 (L3)	ネットワーク層	異なるネットワークを越えて、宛先までの最適な経路（ルーティング）を決める。（郵便局が住所を見て配達ルートを決める）
第2層 (L2)	データリンク層	直接つながっている隣の機器との間でデータを確実に送受信する。（隣の配達員に手渡す）
第1層 (L1)	物理層	ケーブルの材質や電気信号（0と1）への変換など、物理的な接続を規定する。（実際の道路やトラック）

(2) 伝送方式 / (3) ネットワーク接続装置

単方向通信

一方通行の通信。（例：テレビやラジオ）

半二重通信

双方向だが、同時に送れない。（例：トランシーバー）

全二重通信

同時に双方向から送受信できる。（例：電話）

ネットワーク接続装置とOSI基本参照モデルの関係

機器が「どの階層の情報を見て」通信を振り分けているかが重要です。

リピータ / ハブ (L1ハブ)
弱くなった電気信号を増幅・整形し、すべてのポートにそのまま流す装置。
物理層 (L1)
ブリッジ / L2スイッチ (スイッチングハブ)
MACアドレスを見て、宛先に関係あるポートだけにデータを流す装置。
データリンク層 (L2)
ルータ / L3スイッチ
IPアドレスを見て、別のネットワークへデータを中継（ルーティング）する装置。
ネットワーク層 (L3)
ゲートウェイ
異なるプロトコル（通信ルール）を翻訳・変換してつなぐ装置。
第4層〜第7層

スパニングツリー：スイッチ間をループ（環状）に接続した際、データが永遠に回り続けるのを防ぐために、一部の通信路を論理的に遮断して「木構造」にする技術。

ルーティングとIP/MACアドレスの変化

ルータを越えてデータ（パケット）を届ける際、IPアドレスとMACアドレスの役割の違いを理解することが重要です。

IPアドレス ＝「最終目的地」の住所
MACアドレス ＝「次の経由地（隣のルータなど）」の宛先

手紙をトラックで運ぶリレーに例えると...

発信元IPアドレス・宛先IPアドレス
手紙の封筒に書かれた住所です。通信の最初から最後まで変わりません。
発信元MACアドレス・宛先MACアドレス
荷物を運ぶトラックです。中継所（ルータ）に着くたびに、次のトラックへ積み替えるため、ルータを通るたびに書き換わります。

プロキシサーバ (Proxy Server)

「プロキシ（Proxy）」とは「代理」という意味です。通信を代理で行うサーバで、目的によって2種類に分かれます。

フォワードプロキシ (一般的なプロキシ)

社内のPCの「身代わり」として、インターネット上のWebサイトへアクセスするサーバです。

目的：社内から危険なサイトへのアクセスブロック、通信の高速化（キャッシュ機能）。
Webサイト側からは、プロキシサーバがアクセスしてきたように見えます。

リバースプロキシ

インターネットからのアクセスを「代理」で受け取り、社内の複数のWebサーバへ振り分けるサーバです。

目的：Webサーバの負荷分散、不正アクセスの防御。
利用者側からは、リバースプロキシがWebサーバのように見えます（受付係のような役割）。

(4) 伝送制御 / (5) メディアアクセス制御(MAC)

データを安全・確実に送るための「交通整理」のルールです。

パリティチェック: データに「パリティビット」という1ビットの検査用データを付加し、データが壊れていないか（誤り）を検出する仕組み。
CRC (巡回冗長検査): 複雑な計算（多項式）を用いて、精度の高い誤り検出を行う方式。
コネクション方式: 通信前に相手との間で「通信路（コネクション）」を確立してからデータを送る、信頼性重視の方式。（例：TCP）
コネクションレス方式: 事前の確認なしに一方的にデータを送りつける、速度重視の方式。（例：UDP）

MAC (メディアアクセス制御)

複数の機器が1つのケーブル（や電波）を同時に使おうとした時の「衝突（コリジョン）」を防ぐルールです。

CSMA/CD方式

Carrier Sense (搬送波感知)
Multiple Access (多重アクセス)
with Collision Detection (衝突検出)

主に有線LANで使われる方式。
「誰も送っていないか確認してから送る（CSMA）」。もし同時に送って「衝突」が起きたら、お互いにランダムな時間待ってから再送する（CD：衝突検出）仕組み。

CSMA/CA方式

Carrier Sense (搬送波感知)
Multiple Access (多重アクセス)
with Collision Avoidance (衝突回避)

主に無線LANで使われる方式。
衝突を検知できないため、「送る前に相手に確認信号を送り、衝突をあらかじめ『回避（CA）』する」仕組み。

(1) TCP/IPと各階層のプロトコル

現在のインターネットで標準的に使われている通信ルール（プロトコルのセット）をTCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）といいます。
OSI基本参照モデルの7階層を、より実用的な4階層にまとめているのが特徴です。

学習のコツ： 英語のフルスペル（元の意味）を知ると、「何をするプロトコルなのか」がとても覚えやすくなります！

OSI 7階層	TCP/IP 階層	代表的なプロトコル（正式名称と役割）
アプリプレゼンセション	アプリケーション層各アプリの機能を提供	HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) Webページ（HTML等）を転送する。 HTTPS (HTTP Secure) HTTP通信を暗号化し安全にする。 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) メールを「送信」する。 POP3 (Post Office Protocol) 郵便局(サーバ)からメールを「受信」する。 IMAP (Internet Message Access Protocol) サーバ上でメールを管理・閲覧する。 FTP (File Transfer Protocol) ファイルを転送する。 DNS (Domain Name System) ドメイン名とIPアドレスを変換する。 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) IPアドレスを自動的に割り当てる。 NTP (Network Time Protocol) 機器の時刻を同期する。
トランスポート	トランスポート層通信の信頼性を確保	TCP (Transmission Control Protocol) 到達確認を行う。確実性・信頼性重視（Webやメールなど）。 UDP (User Datagram Protocol) 到達確認を行わない。速度・リアルタイム性重視（動画配信や音声通話など）。
ネットワーク	インターネット層宛先までの経路選択	IP (Internet Protocol) IPアドレスを用いて宛先までパケットを届ける。 ICMP (Internet Control Message Protocol) 通信エラーの通知や確認を行う（pingコマンドで利用）。
データリンク物理	ネットワークインタフェース層隣接機器への伝送	ARP (Address Resolution Protocol) IPアドレスから、隣接機器のMACアドレスを調べる。 PPP / PPPoE (Point-to-Point Protocol / over Ethernet) 1対1の通信や、光回線などでの認証接続を行う。

LANインタフェース規格 (10BASE-Tなど)

規格名の読み方：「速度」＋「伝送方式」＋「ケーブルの種類」

10BASE-T：10Mbps / ツイストペアケーブル
100BASE-TX：100Mbps / ツイストペアケーブル
1000BASE-T：1Gbps (1000Mbps) / ツイストペアケーブル
※「Wi-Fi 6」は IEEE 802.11ax、「Wi-Fi 5」は IEEE 802.11ac の別名です。

(1) 運用管理 / (2) ツール / (3) SNMP

ネットワーク運用管理ツール（コマンド）

トラブルシューティングで使うPCのコマンドです。

ping
相手に届くか確認

ipconfig / ip
自分のIPを確認

traceroute
経路を調べる

netstat
通信状態を確認

SNMP (Simple Network Management Protocol)

ネットワーク上の機器（ルータやスイッチなど）を監視・集中管理するためのプロトコル。
監視される側の機器（SNMPエージェント）が持つ管理情報（MIB）を、管理者側のPC（SNMP管理ステーション）が読み取って機器の状態を把握します。

(4) 仮想ネットワーク

トンネリング: インターネット上に仮想的な専用の通信トンネルを作り、安全にデータを送る技術（VPNの基盤）。
SDN / OpenFlow: Software-Defined Networking。ネットワークの構成や設定を、物理的な配線を変えずにソフトウェアで動的に集中制御する技術。
その制御に使われる代表的な通信規格が「OpenFlow」です。

(1) インターネットサービス / (2) イントラネット

Webメール：ブラウザ上でメールの送受信を行うシステム（Gmailなど）。
CGI：Webサーバ上でプログラムを動かし、動的なWebページ（掲示板など）を作る仕組み。
検索エンジン：クローラが自動で集める「ロボット型」と、人間が登録する「ディレクトリ型」がある。

イントラネットとエクストラネット

イントラネット

インターネットの技術（TCP/IPやブラウザ）を使って構築された企業内ネットワーク。

エクストラネット

複数の企業のイントラネット同士を相互接続し、企業間でデータ連携（EDIなど）を行うネットワーク。

(5) 通信サービス / (6) モバイルシステム

モバイル通信技術

ハンドオーバー: 移動中に、通信する基地局を途切れないように次々と切り替える技術。
ローミング: 契約している通信事業者の電波が届かない場所（海外など）で、提携する別の事業者の電波を借りて通信すること。
キャリアアグリゲーション: 複数の異なる周波数帯の電波を束ねて、1つの通信回線として利用し、通信速度を向上させる技術。
MIMO (マイモ): 送信用と受信用の双方に「複数のアンテナ」を使い、同時にデータを送受信して高速化する技術。
eSIM: スマートフォン本体にあらかじめ組み込まれているSIM。物理的なカードを差し替えることなく、遠隔で通信事業者の情報を書き換えられる。

1. ネットワーク方式

2. データ通信と制御

3. 通信プロトコル

4. ネットワーク管理

5. ネットワーク応用