データリンク層と物理層について

『基礎から復習 ネットワーク編』の第四回目として「データリンク層と物理層について」記述します。

はじめに、本記事は学生時代にITに興味を持って勉強を始めた頃の自分自身に当てて執筆しています。内容は以下の書籍を参考にしておりますので、より詳しく理解するためには是非以下の書籍を手にとってご覧になって下さい。また、アイキャッチ画像はxreschによるPixabayからの画像を使用させていただいております。

データリンク層と物理層の概要

今のわい
今のわい

今回はTCP/IPのデータリンク層と物理層をまとめて勉強するで!!

僕はアプリケーションエンジニアになりたいのだけどインフラ周りも勉強しないといけないの?

10年前のわい
10年前のわい
今のわい
今のわい

結局お前は、アプリエンジニアと言いつつインフラ周りの環境構築やトラブルシューティングもやることになるで!

まじか、そりゃ大変だ…

10年前のわい
10年前のわい

それでは、データリンク層、物理層について見ていきましょう。

データリンク層はネットワーク層の下に位置し、ネットワーク間の違いを埋める働きがあります。ネットワーク層ではIPデータグラムと呼ばれていたデータはデータリンク層ではヘッダをつけられフレームと呼ばれます。

また、データリンクの中で信号が流れている部分を物理層と言います。ここでは、ビット列と信号の返還が行われますが、その方法は機器の持つ性質に依存するため、決まったプロトコルはありません。

物理層は、他の層と性質が異なるので、データリンク層の一部と考えたり、TCP/IPの階層には含まない場合もあります。

コンピュータからネットワークの玄関口となる機器をネットワークインターフェースカード(NIC)と呼んでいます。

NICにはMAC(Media Access Control)アドレスという固有のアドレスが割りふられていて、データリンク層ではこの番号を使って機器を特定しています。ネットワークを超えるときにはIPアドレスが、データリンク層に入ってからはMACアドレスが使用されます。

データリンクを構成する要素

  • ノード:データリンク上にある機器のことで、コンピュータやルータのことを指します。
  • 通信媒体:ノード間をつなぐケーブル。その種類には金属線ケーブル、光ファイバーケーブル、無線などがあります。金属線ケーブルが電圧の変化で信号を伝えるのに対して、光ファイバーケーブルは光の明滅で信号を伝えています。
  • ノードと通信媒体をつなぐ機器:ビット列と信号の変換を行います。ネットワークインターフェースカード(NIC)やモデムなどがあります。

データリンクの種類

  • イーサネット:ネットワーク上のすべての機器上に信号を送り、該当する機器だけが受け取る。最も普及しているデータリンク
  • トークンリンク:ネットワーク上に流れているトークン(しるし)というフレームを使って通信。トークンを取得したコンピュータしか送信できないので(トークンパッシング方式)、フレームの衝突が起きない。
  • FDDI:光ファイバーを使った、トークンパッシング方式のデータリンク。
  • 無線LAN:電波や赤外線を利用。
  • Bluetooth:2.4GHzの電波帯を利用。

xDSLとWiMAXについて

ADSLや、SDSLなど電話線を使ったデジタル通信の技術を総称してxDSLと呼びます。SDSLがアップロードとダウンロードの速度が等しいのに対して、ADSLはダウンロードの方が早くなっています。

現在では携帯電話やWiWAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)など無線系のインターネット接続サービスが増え、ADSL利用者は減少してきています。

WiMAXは高速モバイル通信を実現する次世代ブロードバンドで、平均的には下り40Mbps、上り15Mbps程度と光通信には及ばないものの、動画を再生するにも十分な通信速度です。

※ちなみにWiMAXは2019年1月25日より最高速度が1,237Mbps(1.2Gbps)となりました。年々最高速度を更新しています。

データリンク上の機器について

  • リピータ:ネットワーク上の信号を補正し、信号の劣化を防ぐ。
  • ブリッジ:信号の補正に加えて、異なる2つのデータリンクをつなぐ機能を持つ。
  • リピータハブ:ネットワーク上でケーブルを分岐するための機器。リピータの役割も持つ。バカハブとも呼ばれる。
  • スイッチングハブ:宛先MACアドレスを見て、特定のノードにのみ信号を送る。
10年前のわい
10年前のわい

ネットワーク機器はメーカごとに設定方法も異なるし、専門的な知識が必要になりそうだね。

機器の設定ミスでネットワークトラブルを起こすこともあるから設定作業は責任重大やで!

今のわい
今のわい
10年前のわい
10年前のわい

勉強しないといけないことがありすぎて、こりゃ先が思いやられるな…

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