ネットワーク初級編 on ネットワーク入門講座

ネットワーク初級編 ― 「なんとなく」を「わかる」に変える30回の連載

Tue, 21 Jul 2026 00:00:00 +0000

入門編では「なんとなくわかった」という感覚をつかむことを優先しました。この初級編では、その「なんとなく」を「人に説明できる」レベルへと引き上げていきます。ケーブルと電気信号という物理的な基礎から始まり、機器の識別・アドレスと経路・通信のルール・セキュリティへと、全30回で順を追って学んでいきます。

初級編はこんな人向け

この連載は、以下のような方を対象にしています。

入門編を読み終えた方
「なんとなくわかったけれど、もう少し詳しく知りたい」と感じている方
ネットワークスペシャリストや応用情報技術者などの資格取得を視野に入れ始めた方
実際の業務でネットワークの知識を使う場面が増えてきた方

入門編を読んでいることが前提ですが、しばらく間が空いた方でも読み進められるよう、各記事で関連する入門編の記事へのリンクを添えています。

入門編と初級編は何が違うのか

同じトピックでも、入門編と初級編では踏み込む深さが変わります。具体例で見てみましょう。

トピック	入門編で学んだこと	初級編で学ぶこと
IPアドレス	ネットワーク上の「住所」であること	サブネットマスクでネットワーク部とホスト部の境目がどう決まるか
ルーター	パケットを正しい方向へ転送する「道案内役」	ルーティングテーブルの中身と、経路をどう決定するか
DNS	ドメイン名をIPアドレスに変換する仕組み	ルートサーバーから権威DNSサーバーへ至る階層構造
HTTPS	通信を暗号化して安全にする仕組み	TLSハンドシェイクで暗号鍵をどう交換しているか

入門編が「それは何のためにあるのか」に答える連載だったとすれば、初級編は「それはどう動いているのか」に答える連載です。

30回を読み終えたら

この連載を最後まで読み終えたとき、次のようなことができるようになっているはずです。

ネットワークの用語を「知っている」だけでなく「説明できる」ようになる
ネットワークのトラブルが起きたとき、どこに原因がありそうか見当がつくようになる
技術記事や公式ドキュメントを読んだとき、前提知識でつまずかなくなる
資格試験の学習に入ったとき、暗記ではなく理解として頭に入るようになる

初級編の進め方

大切にしたいのは順番です。ネットワークはケーブルと電気信号という物理的な基礎の上に、機器の識別・アドレス・通信のルール・アプリケーションの仕組みが積み重なって成り立っています。下から順番に理解することで、より上位の仕組みの「なぜ？」が自然と見えてきます。

わからない部分があっても立ち止まりすぎず、まずは読み通してみることをおすすめします。一度通して読んだあとに気になる記事へ戻ると、理解がぐっと深まります。

初級編の記事一覧

回	タイトル	分野
第1回	初級編・はじめに（この記事）	導入
第2回	電気信号とは？データがケーブルを流れる仕組みを解説	物理的な基礎
第3回	ケーブルの種類：ツイストペアケーブル・光ファイバー・同軸ケーブルを比較	物理的な基礎
第4回	全二重と半二重：通信方向の違いと現代ネットワークへの影響	物理的な基礎
第5回	MACアドレスとは？48ビットの構造とOUIの仕組み	機器の識別
第6回	VLANとは？1台のスイッチを複数のネットワークに分割する仕組み	機器の識別
第7回	プロトコルとは？通信の取り決めをやさしく解説	通信モデルの整理
第8回	TCP/IPモデルとは？通信の仕組みを4つの役割で整理する	通信モデルの整理
第9回	IPアドレスの詳細：サブネットマスクとCIDR表記を理解する	アドレスと経路
第10回	NATの詳細：PATとの違い・NATテーブルの仕組み	アドレスと経路
第11回	DHCPとは？IPアドレスが自動で割り当てられる仕組みを詳しく解説	アドレスと経路
第12回	ARPとは？IPアドレスからMACアドレスを調べる仕組みを解説	アドレスと経路
第13回	ICMPとpingの仕組み：ネットワークの疎通確認をやさしく解説	アドレスと経路
第14回	デフォルトゲートウェイとルーティング①：スタティックルーティングとは	アドレスと経路
第15回	ルーティング②：ダイナミックルーティングとは	アドレスと経路
第16回	ネットワークトポロジーの種類：スター・リング・メッシュを比較	ネットワーク構成
第17回	プロキシサーバーとは？通信の中継役の仕組みと用途	ネットワーク構成
第18回	ロードバランサーとは？アクセスを複数のサーバーに分散する仕組み	ネットワーク構成
第19回	TCPの詳細：スリーウェイハンドシェイクとフロー制御の仕組み	通信のルール
第20回	DNSの階層構造：ルートサーバーから権威DNSサーバーまでの仕組み	アプリケーションの仕組み
第21回	HTTPメソッドとステータスコード：GET・POST・200・404・500の意味	アプリケーションの仕組み
第22回	CookieとセッションとHTTPS：ログイン状態が保たれる仕組み	アプリケーションの仕組み
第23回	TLSハンドシェイク：HTTPSの暗号化がどう確立されるか	アプリケーションの仕組み
第24回	暗号化の仕組み：公開鍵暗号と共通鍵暗号の違い	セキュリティ
第25回	認証とは？パスワード・多要素認証・SSO・OAuth	セキュリティ
第26回	ファイアウォールの詳細：ステートフルインスペクションとは	セキュリティ
第27回	IDS/IPSとは？不正侵入を検知・防止する仕組み	セキュリティ
第28回	リモートアクセスVPN vs 拠点間VPN：2種類のVPNの使い分け	セキュリティ
第29回	クラウドネットワークとは？オンプレミスとの違い	現代ネットワーク
第30回	CDNとは？世界中にコンテンツを高速配信する仕組み	現代ネットワーク

それでは始めましょう

普段、何気なく使っているインターネット。入門編でその全体像をつかんだ今、もう一歩踏み込んでみませんか。

最初のテーマは「電気信号」です。私たちが送るメッセージや画像は、ケーブルの中でいったい何に姿を変えているのか。ネットワークの一番下の土台から、じっくり見ていきましょう。

電気信号とは？データがケーブルを流れる仕組みをやさしく解説

Tue, 21 Jul 2026 00:00:00 +0000

コンピューター同士がデータをやり取りするとき、ケーブルの中を流れているのは「電気」です。文字・画像・動画といったあらゆるデータが、電気の「高い・低い」という2つの状態に変換されてケーブルを伝わります。この記事では、データが電気信号としてケーブルを流れる仕組みを、具体的なイメージとともに解説します。

はじめに

入門編「ネットワークとは何か」で、ネットワークの本質は「つながることでデータが行き来できるようになること」だと学びました。しかし「データが行き来する」とはいっても、実際にケーブルの中を何が流れているのかは説明しませんでした。

今回はその「ケーブルの中」に踏み込みます。

コンピューターは電気信号でデータを送る

コンピューター同士がデータをやり取りするとき、ケーブルの中では電気が行き来しています。コンピューターはケーブルに電気を流したり止めたりすることで、情報を相手に伝えます。

ここで使われるのが 電圧の高低 です。電圧とは「電気を押し出す力の大きさ」のことで、電圧が 高い状態 と 低い状態 の2種類を使い分けることで情報を伝えます。

この仕組みはモールス信号に似ています。モールス信号では「トン（短い音）」と「ツー（長い音）」の2種類の組み合わせだけで、すべての文字を表現できます。コンピューターも同様に、「電圧が高い」と「電圧が低い」という2つの状態の組み合わせだけで、あらゆるデータを表現します。

電気信号を「0」と「1」にデジタル化する

電圧の高低という2つの状態を、コンピューターが扱いやすいように 「1」 と 「0」 という記号に対応させます。この変換を デジタル化 といいます。

なぜデジタル化するのか

「電圧が高い」「電圧が低い」という表現のままでは、コンピューターは計算処理ができません。コンピューターの内部は、数字を足したり比べたりする演算回路で構成されているためです。

そこで、電気の物理的な状態を「1」「0」という数字に置き換えます。数字になれば、文字コードの表を使って「01000001はアルファベットのA」と解釈したり、画像の色情報として計算したりといった処理が可能になります。電気という物理現象を、コンピューターが扱える情報へと橋渡しするのがデジタル化の役割です。

なぜ2パターンなのか

電圧は「1V・2V・3V・4V・5V」のように複数の段階を使うことも理論上は可能です。5段階あれば1回の変化で5種類の値を表現でき、より多くの情報を一度に送れます。しかし現実には、ケーブルを流れる電気はノイズ（電磁波などの干渉）や温度変化の影響を受けて、電圧がわずかにずれてしまいます。「3Vのつもりで送ったのに、受け取った側では2.8Vに見えた」という読み間違いが起きやすくなります。

「高いか低いか」の2段階だけに絞ると、多少電圧がずれても「高い（1）」と「低い（0）」を取り違えることはほとんどありません。正確に読み取れることが何より重要です。2パターンに絞ることで1回に表現できる情報の種類は減りますが、高速で大量の変化を繰り返すことで膨大な情報を伝えることができます。

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flowchart TB
    subgraph multi["多段階（例：5段階）の場合"]
        M["1V・2V・3V・4V・5V\nノイズで誤読しやすい ⚠️"]
    end
    subgraph binary["2段階の場合"]
        B["高い（1）・低い（0）\nノイズに強く誤読しにくい ✅"]
    end

図：多段階電圧と2段階電圧のノイズへの強さの比較

電気の状態	対応する値
電圧が高い	1
電圧が低い	0

この0と1の1桁を ビット（bit） と呼びます。コンピューターはあらゆる情報をこのビットの組み合わせで表現します。文字・数字・画像・動画・音楽——すべては最終的に0と1の並びに変換されて処理されます。たとえばアルファベットの「A」は 01000001 という8ビットの並びで表現されます。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
ビット / bit	Binary digit（二進数の1桁）の略; データの最小単位	電球のオン・オフのように、2つの状態だけを持つ最小の情報単位

この変換を担う部品が NIC（ネットワークインターフェースカード） です。パソコンやスマートフォンの内部に搭載されており、送信時は「0と1のデータ → 電気信号」、受信時は「電気信号 → 0と1のデータ」という双方向の変換を行います。

受信側のNICは、届いた電気信号の電圧を読み取って「1」か「0」かを判定します。2パターンしかないおかげで、多少電圧がずれていても正確に判定できます。そうして復元された0と1の並びが、元のデータとして再現されます。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
NIC / Network Interface Card	ネットワークインターフェースカード; コンピューターをネットワークに接続するための回路	コンピューターとケーブルの「通訳」。デジタルデータと電気信号を相互に変換する

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flowchart LR
    subgraph send["送信側"]
        D["データ（文字・画像など）"] -->|"NICが変換"| S["電気信号（高・低・高・高・低…）"]
    end
    S -->|"ケーブルを伝わる"| R
    subgraph recv["受信側"]
        R["電気信号（高・低・高・高・低…）"] -->|"NICが変換"| D2["データ（文字・画像など）"]
    end

図：NICがデータと電気信号を相互に変換する

電気は減衰する ― 遠くへ届けるほど弱くなる

電気信号はケーブルを流れるほどに徐々に弱まります。これを 減衰（げんすい） といいます。水道のホースと同じで、ホースが長いほど先端から出てくる水の勢いが弱まるのと同じ現象です。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
減衰 / Attenuation	信号の強さが距離とともに弱まること	遠くにいる人に声が届きにくくなるのと同じ

入門編「ハブ」で学んだツイストペアケーブルの最大伝送距離は100mです。100mを超えると信号が弱まりすぎて正確に読み取れなくなります。

この問題を解決するのが リピーター です。リピーターは途中で弱まった信号を受け取り、増幅して送り直す機器です。入門編「ハブ」で学んだリピーティングハブは、このリピーターの機能を持つ集線装置でした。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
リピーター / Repeater	repeat＝繰り返す; 弱まった信号を受け取り、増幅して送り直す機器	マラソンの給水所のようなもの。疲れたランナー（弱った信号）に水（電力）を補給して再び走らせる

光ファイバーでは「光」でデータを送る

ツイストペアケーブルが電気の高低でデータを送るのに対し、光ファイバーケーブルは 光の強弱 でデータを送ります。2つの状態を使い分けて情報を伝えるという考え方は、電気信号とまったく同じです。

意外に思われるかもしれませんが、信号が伝わる速度そのものは電気とほとんど変わりません。銅線を伝わる電気信号は光速の約60〜70%（秒速約18万〜21万km）、光ファイバー内を進む光も光速の約70%（秒速約20万km）で、どちらも同程度です。

光ファイバーが優れているのは 減衰の少なさ と 一度に運べるデータ量 です。電気信号は100mで減衰しますが、光ファイバーなら数km〜数百kmまで届きます。また電磁ノイズの影響を受けないため、安定した通信が可能です。こうした特性から、海底ケーブルや都市間の幹線回線では光ファイバーが使われています。光ファイバーとケーブルの種類については次回の記事で詳しく解説します。

まとめ

コンピューター同士は電気の「高い・低い」という2つの状態でデータをやり取りします。この2状態に「1」と「0」を対応させたものがビットです。NICがデータと電気信号を相互に変換し、受け取った側が電圧を読み取って元のデータに復元します。2パターンに絞る理由はノイズへの強さで、多段階の電圧では読み間違いが起きやすいためです。電気信号はケーブルを流れるほど減衰するため、リピーターで増幅して長距離を届けます。光ファイバーでは電気の代わりに光の強弱を使い、減衰の少なさと大容量通信を実現しています。

用語表

用語	意味
電圧（Voltage）	電気を押し出す力の大きさ。デジタル信号では高電圧を1、低電圧を0として扱う
ビット（bit）	Binary digitの略。0か1かの2値で表すデータの最小単位
NIC（Network Interface Card）	コンピューターをネットワークに接続する回路。データと電気信号を相互に変換する
デジタル化	「電圧が高い・低い」という電気の状態を「1・0」という記号に変換すること
減衰（Attenuation）	信号がケーブルを流れるほど弱まる現象
リピーター（Repeater）	弱まった信号を受け取り増幅して送り直す機器

ケーブルの種類：ツイストペアケーブル・光ファイバー・同軸ケーブルを比較

Wed, 22 Jul 2026 00:00:00 +0000

ネットワークで使われるケーブルには大きく3種類があります。オフィスや家庭のLANで広く使われる ツイストペアケーブル、長距離・大容量通信に使われる 光ファイバーケーブル、そして有線テレビやバス型ネットワークで使われた 同軸ケーブル です。それぞれ信号の伝え方・伝送距離・コストが異なります。用途に合ったケーブルを選ぶことが、安定したネットワーク構築の第一歩です。

はじめに

電気信号の記事では、データが電圧の高低に変換されてケーブルを流れることを学びました。入門編「ハブ」でも登場したツイストペアケーブルは「2本の電線をねじり合わせたケーブル」と紹介しましたが、なぜねじるのか、どんな種類があるのかまでは触れていませんでした。今回はケーブルの種類を整理し、それぞれの特徴と使い分けを理解します。

ツイストペアケーブル ― LAN内の標準ケーブル

ツイストペアケーブル（Twisted Pair Cable）は、2本の銅線をらせん状にねじり合わせたものを複数束ねたケーブルです。家庭やオフィスのLANで最も広く使われています。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
twisted	ねじれた・よじれた	2本の電線をらせん状に巻き合わせた構造
pair	対（つい）	2本1組の電線

なぜねじるのか

2本の電線をねじり合わせる理由は ノイズへの対策 です。電流が流れるケーブルの周囲には磁場が発生し、近くを通る他のケーブルの信号に干渉（ノイズ）を与えることがあります。これを クロストーク といいます。

2本の電線をねじり合わせると、各電線が受けるノイズが交互に逆向きになります。逆向きのノイズは互いに打ち消し合うため、信号への影響が最小化されます。ねじる間隔（ツイスト率）が多いほどノイズへの耐性が高まります。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
クロストーク / Crosstalk	cross＝交差 / talk＝信号; 隣のケーブルの信号が干渉して混入するノイズ	隣の席の話し声が電話の受話器に入り込むようなもの

UTPとSTP

ツイストペアケーブルには UTP（シールドなし） と STP（シールドあり） の2種類があります。

	UTP	STP
正式名称	Unshielded Twisted Pair	Shielded Twisted Pair
シールド	なし	あり（アルミ箔や金属網で覆われている）
ノイズ耐性	低め	高い
価格	安価	高価
主な用途	家庭・一般オフィス	工場・病院など電磁ノイズが多い環境

シールド とは、ケーブルの外側を金属箔や金属網で覆い、外部からのノイズを遮断する仕組みです。外部の電磁波が内部の信号線に影響を与えにくくなります。家庭やオフィスではUTPで十分ですが、工場の機械や医療機器など強い電磁ノイズが発生する環境ではSTPが使われます。

カテゴリ規格

ツイストペアケーブルには カテゴリ（Cat） と呼ばれる規格があり、数字が大きいほど高速・高性能です。

カテゴリ	最大伝送速度	最大周波数	主な用途
Cat5e	1Gbps	100MHz	家庭・小規模オフィス
Cat6	1Gbps（最大10Gbps※）	250MHz	オフィス・データセンター
Cat6A	10Gbps	500MHz	データセンター・高速LAN
Cat7	10Gbps	600MHz	データセンター・産業用途
Cat8	25〜40Gbps	2000MHz	データセンター・サーバー間接続

※Cat6は55m以内の短距離なら10Gbps対応

現在、家庭・オフィスで最も広く使われているのは Cat5e または Cat6 です。購入時に「LANケーブル」として売られているものの多くはこのカテゴリです。速度やコストのバランスがよく、一般的な用途には十分です。

コネクタは RJ-45 と呼ばれる台形型で、最大伝送距離は100mです。

光ファイバーケーブル ― 長距離・大容量通信のスタンダード

光ファイバーケーブルは、電気信号ではなく 光（レーザー光や発光ダイオードの光） でデータを伝えるケーブルです。ガラスやプラスチックでできた細い芯（コア）の中を光が反射しながら進みます。

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flowchart LR
    subgraph fiber["光ファイバーケーブルの断面"]
        CORE["コア（光が通る芯）"] --- CLAD["クラッド（光を内側に反射させる層）"] --- COAT["被覆（保護層）"]
    end

図：光ファイバーケーブルの断面構造（コア・クラッド・被覆）

光ファイバーの特徴は3つあります。

①長距離通信が可能 電気信号（ツイストペアケーブル）は100mで限界ですが、光ファイバーは種類によっては数十km〜数百kmまで延ばせます。都市間の幹線や海底ケーブルに使われているのもこのためです。

②ノイズへの耐性が高い 光は電気と違い、電磁ノイズの影響をまったく受けません。電磁波が飛び交う工場内や、電力線の近くでも安定した通信が可能です。

③大容量通信が可能 電気信号の記事で学んだように、データは「オン・オフ」の切り替えの繰り返しで送られます。つまり、単位時間あたりに切り替えられる回数が多いほど、多くのデータを送れることになります。光は電気信号よりもはるかに高速に点滅を切り替えられるため、同じ1秒間でより多くの情報を詰め込めます。1秒間に100回しか点滅できない懐中電灯と、100万回点滅できる懐中電灯を比べるようなイメージです。現代のインターネットの幹線を支えているのは光ファイバーです。

シングルモードとマルチモード

光ファイバーには シングルモード と マルチモード の2種類があります。

	シングルモード（SM）	マルチモード（MM）
コアの直径	約9μm（細い）	約50〜62.5μm（太い）
光の通り方	1本の経路	複数の経路
伝送距離	数十〜数百km	数百m〜数km
コスト	高価	安価
主な用途	都市間・海底ケーブル	データセンター内・建物内

シングルモードは光が1本の経路だけを通るため、信号の乱れが少なく長距離向きです。マルチモードは複数の経路を通るため信号がわずかに乱れますが、短距離であれば問題なく、コストが安いためデータセンター内の接続に使われます。

同軸ケーブル ― バス型ネットワーク時代の主役

同軸ケーブルは、中心の銅線の周りを絶縁体・金属網（シールド）・外部被覆で覆ったケーブルです。「同軸（coaxial）」とは、中心の信号線とシールドが同じ軸の上にあるという意味です。

入門編「バス型ネットワーク」で登場した 10BASE5（イエローケーブル） と 10BASE2（シンイーサネット） がこれにあたります。現在はLANでほぼ使われなくなりましたが、有線テレビ（CATV）やアンテナ接続には今も広く使われています。

用途	説明
有線テレビ（CATV）	テレビのアンテナケーブルとして今も広く使用
インターネット接続	ケーブルテレビ会社のインターネット回線に使用
ネットワーク（過去）	バス型ネットワークの幹線（現在はほぼ使用されない）

3種類のケーブルを比較する

比較項目	ツイストペアケーブル	光ファイバーケーブル	同軸ケーブル
信号の種類	電気信号	光	電気信号
最大伝送距離	100m	数km〜数百km	185〜500m
伝送速度	〜40Gbps（Cat8）	数Tbps	〜10Mbps（旧規格）
ノイズ耐性	中（STPなら高）	最高（電磁ノイズ不影響）	高（シールドあり）
コスト	低〜中	高	中
主な用途	家庭・オフィスのLAN	幹線・海底ケーブル・DC内	有線テレビ・アンテナ

まとめ

ケーブルには3種類あります。ツイストペアケーブルは2本の銅線をねじり合わせてノイズを打ち消し、家庭・オフィスのLANで標準的に使われます。カテゴリ規格（Cat5e〜Cat8）で速度が決まり、最大伝送距離は100mです。光ファイバーケーブルは光でデータを伝え、長距離・大容量・ノイズ耐性に優れ、インターネットの幹線や海底ケーブルに使われます。同軸ケーブルはバス型ネットワーク時代の主役でしたが、現在のLANでは使われず、有線テレビやアンテナ接続に残っています。

用語表

用語	意味
ツイストペアケーブル（Twisted Pair Cable）	2本の銅線をらせん状にねじり合わせたケーブル。家庭・オフィスのLANで標準的に使用
クロストーク（Crosstalk）	隣のケーブルの信号が干渉して混入するノイズ。ツイストすることで軽減できる
UTP（Unshielded Twisted Pair）	シールドなしのツイストペアケーブル。家庭・一般オフィスで広く使用
STP（Shielded Twisted Pair）	シールドありのツイストペアケーブル。ノイズが多い環境向け
カテゴリ（Category）	ツイストペアケーブルの性能規格。Cat5e・Cat6・Cat6Aなどがある
光ファイバーケーブル（Optical Fiber Cable）	光でデータを伝えるケーブル。長距離・大容量・電磁ノイズ不影響
シングルモード（Single Mode）	光が1本の経路を通る光ファイバー。長距離向き
マルチモード（Multi Mode）	光が複数の経路を通る光ファイバー。短距離・低コスト向き
同軸ケーブル（Coaxial Cable）	中心の信号線をシールドで覆ったケーブル。有線テレビやアンテナ接続に使用

全二重と半二重とは？通信方向の違いと現代ネットワークへの影響をやさしく解説

Thu, 23 Jul 2026 00:00:00 +0000

通信には「送信と受信を同時にできるかどうか」という違いがあります。同時にできるのが 全二重通信（Full Duplex） 、片方ずつしかできないのが 半二重通信（Half Duplex） です。この違いは通信速度だけでなく、ネットワークの設計思想そのものを大きく変えました。現代の有線LANで信号の衝突が起きなくなったのも、全二重通信の実現があったからです。

はじめに

入門編「CSMA/CD」と入門編「スイッチングハブ」で、「半二重通信」「全二重通信」という言葉が登場しました。しかしそれぞれの仕組みや、なぜ全二重が可能になったのかまでは詳しく触れませんでした。

今回はこの2つの違いを正面から扱います。ケーブルの記事で学んだツイストペアケーブルの構造が、実は全二重通信を実現する鍵になっています。

通信方向による3つの分類

通信は「データが流れる方向」によって3つに分類されます。

分類	英語	説明
単方向通信	Simplex	一方向にしか送れない
半二重通信	Half Duplex	双方向に送れるが、同時にはできない
全二重通信	Full Duplex	双方向に同時に送れる

用語/英単語	意味	イメージ・補足
simplex	単一の・一方向の	simple（単純な）と同じ語源。一方通行の道路のイメージ
duplex	双方向・二重	du-（2つの）+ plex（重ねる）。双方向に通信できる形態

単方向通信（Simplex）

データが一方向にしか流れない通信です。テレビ・ラジオの放送が代表例です。放送局から視聴者へは映像や音声が届きますが、視聴者から放送局へ返すことはできません。

ネットワークではほとんど使われませんが、身の回りではキーボードからパソコンへの入力なども単方向通信の一種です。

半二重通信（Half Duplex）

双方向にデータを送れますが、同時には送れません。「送っているときは受け取れず、受け取っているときは送れない」という状態です。

代表例は トランシーバー（無線機） です。ボタンを押している間は自分の声だけが相手に届き、その間は相手の声が聞こえません。話し終わってボタンを離すと、今度は相手の声を受け取れるようになります。「どうぞ」と言って相手に発言権を渡すのは、この制約があるためです。

全二重通信（Full Duplex）

双方向に同時にデータを送れます。

代表例は 固定電話 です。自分が話している最中でも、相手の声を同時に聞くことができます。「もしもし」と言いながら相手の声も聞こえるのは、送信と受信が別々の経路で行われているためです。

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flowchart TB
    subgraph simplex["単方向通信（Simplex）"]
        S1["📡 放送局"] -->|"一方向のみ"| S2["📺 テレビ"]
    end
    subgraph half["半二重通信（Half Duplex）"]
        H1["📻 トランシーバーA"] -->|"送信中は受信できない"| H2["📻 トランシーバーB"]
    end
    subgraph full["全二重通信（Full Duplex）"]
        F1["☎️ 電話A"] -->|"送信"| F2["☎️ 電話B"]
        F2 -->|"受信（同時）"| F1
    end

図：単方向通信・半二重通信・全二重通信の違い

なぜ昔のネットワークは半二重だったのか

入門編「バス型ネットワーク」で学んだように、初期のネットワークは1本の同軸ケーブルを全員で共有していました。芯線が1本しかないため、送信と受信で同じ経路を使うしかありません。

1本の線に2台が同時に電気信号を流すと、信号同士がぶつかって歪んでしまいます。これが 衝突（コリジョン） です。そのため、当時のネットワークは「誰かが送信している間、他は受信に徹する」という半二重通信で運用するしかありませんでした。

入門編「CSMA/CD」で学んだ「送信前にケーブルの状態を確認し、衝突したら待つ」というルールは、この半二重という制約の中で秩序を保つために生まれた仕組みです。

入門編「ハブ」で登場したハブ（リピーティングハブ）に置き換わっても、この状況は変わりませんでした。ハブは届いた信号を全ポートへ転送するため、実質的に1本のケーブルを共有しているのと同じだったからです。

全二重通信はどうやって実現されたのか

全二重通信を実現する鍵は、ケーブルの記事で学んだ ツイストペアケーブルの構造 にあります。

送信用と受信用の線が物理的に分かれている

ツイストペアケーブルの中には、2本の電線をねじり合わせた「ペア」が複数入っています。一般的なLANケーブルには4ペア（合計8本）の電線が入っており、このうち一部を 送信専用 、別の一部を 受信専用 として使い分けられます。

送信と受信が物理的に別々の電線を通るため、同時に行っても信号がぶつかりません。1本の道路を交互に使うのではなく、上り車線と下り車線が最初から分かれている高速道路のようなイメージです。

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flowchart LR
    subgraph coax["同軸ケーブル（バス型）"]
        C1["💻 PC"] <-->|"1本の芯線を共有\n同時使用不可"| C2["💻 PC"]
    end
    subgraph twisted["ツイストペアケーブル（スイッチ接続）"]
        T1["💻 PC"] -->|"送信専用ペア"| T2["🔀 スイッチ"]
        T2 -->|"受信専用ペア"| T1
    end

図：同軸ケーブルとツイストペアケーブルの通信方向の違い

スイッチが専用の通信路を提供する

もう1つの条件が入門編「スイッチングハブ」で学んだスイッチの存在です。スイッチでは各コンピューターが専用のケーブルでスイッチに1対1で接続されます。ケーブルを他の機器と共有しないため、そもそも他者の信号とぶつかる心配がありません。

「送信用と受信用の線が分かれている」ことと「ケーブルを他の機器と共有しない」ことの2つが揃って、初めて全二重通信が成立します。

全二重通信がもたらした変化

全二重通信の実現は、ネットワークに3つの大きな変化をもたらしました。

①通信速度が実質的に2倍になった

送信と受信を同時に行えるため、単位時間あたりに扱えるデータ量が増えます。1Gbpsのネットワークであれば、送信1Gbps・受信1Gbpsを同時に処理できるため、合計で2Gbps相当の通信が可能になります。

②衝突がなくなった

送信と受信の経路が分かれ、かつケーブルを共有しなくなったため、信号の衝突そのものが発生しなくなりました。

③CSMA/CDが不要になった

衝突が起きないため、入門編「CSMA/CD」で学んだ「送信前の確認」「衝突検知」「ジャム信号」「ランダム待機」という一連の手順がすべて不要になりました。待機時間がゼロになるため、通信効率も大幅に向上しています。

現代の有線LANでは、CSMA/CDは事実上使われていません。ただし規格上は互換性のために残されており、古い機器と接続した場合には半二重通信に切り替わることがあります。

オートネゴシエーション ― 通信モードの自動判定

現代のネットワーク機器は、接続時に自動的に最適な通信モードを判定します。この仕組みを オートネゴシエーション（Auto Negotiation） といいます。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
negotiation	交渉・調整	接続した相手と「どの速度・どのモードで通信するか」を話し合って決めること

ケーブルを差し込むと、両端の機器が互いに「自分は1Gbpsの全二重に対応している」「こちらは100Mbpsの半二重まで」といった情報を交換します。そして双方が対応できる中で最も高性能な組み合わせを選びます。

たとえば、1Gbps全二重対応のパソコンと100Mbps半二重までしか対応していない古いハブを接続した場合、通信は100Mbps半二重で行われます。

普段私たちがLANケーブルを差し込むだけで通信できるのは、このオートネゴシエーションが裏で働いているためです。

まとめ

通信は方向によって単方向・半二重・全二重の3つに分類されます。半二重は送信と受信を同時にできず、トランシーバーのように交互に通信します。全二重は送信と受信を同時に行え、固定電話のように会話できます。初期のネットワークは1本の同軸ケーブルを共有していたため半二重しか選べず、衝突を管理するCSMA/CDが必要でした。ツイストペアケーブルで送信用と受信用の線が分かれ、さらにスイッチが専用の通信路を提供したことで全二重通信が実現し、衝突そのものが起きなくなりました。現代のネットワーク機器はオートネゴシエーションによって、接続時に最適な速度と通信モードを自動的に判定しています。

用語表

用語	意味
単方向通信（Simplex）	データが一方向にしか流れない通信。テレビ・ラジオの放送が代表例
半二重通信（Half Duplex）	双方向に送れるが同時にはできない通信。トランシーバーが代表例
全二重通信（Full Duplex）	双方向に同時に送れる通信。固定電話が代表例
衝突（コリジョン）	複数の信号が同じ経路でぶつかり、読み取れなくなる状態
オートネゴシエーション（Auto Negotiation）	接続時に両端の機器が通信速度とモードを自動的に判定する仕組み

MACアドレスとは？48ビットの構造とOUIの仕組みをやさしく解説

Fri, 24 Jul 2026 00:00:00 +0000

MACアドレスは、ネットワーク機器に出荷時から割り当てられた48ビットの識別番号です。前半24ビットが製造元を示す OUI 、後半24ビットが製造元が割り振る個体番号という構造になっており、この2つの組み合わせによって世界中で重複しない番号が実現されています。またMACアドレスには「1台だけに送る」「全員に送る」「特定のグループに送る」という3つの宛先の種類があります。

はじめに

入門編「スイッチングハブ」で、MACアドレスは「機器に出荷時から割り当てられた固有の識別番号」であり、「世界中で重複しないよう設計されている」と学びました。しかし、なぜ重複しないのか、どういう構造になっているのかまでは触れませんでした。

今回はMACアドレスの内部構造を詳しく見ていきます。

MACアドレスの構造 ― 48ビットの内訳

MACアドレスは48ビット（6バイト）で構成されます。表記するときは8ビットずつ6つに区切り、16進数で表します。

AA:BB:CC:DD:EE:FF

16進数とは、0〜9の数字とA〜Fの文字を組み合わせて数を表す方法です。8ビットは16進数2桁で表現できるため、AA や BB のような2文字の組が6つ並ぶ形になります。

区切り文字はコロン（:）が一般的ですが、ハイフン（AA-BB-CC-DD-EE-FF）やピリオド（AABB.CCDD.EEFF）で表記されることもあります。どれも同じ意味です。

前半24ビット：OUI（製造元の識別子）

MACアドレスの前半24ビット（最初の3組）は OUI（Organizationally Unique Identifier） と呼ばれ、機器の製造元を示します。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
OUI / Organizationally Unique Identifier	organizationally＝組織ごとに / unique＝固有の / identifier＝識別子; 製造元を一意に識別する番号	車のナンバープレートの地域名のようなもの。どこの組織のものかがわかる

OUIは IEEE（米国電気電子学会） という国際的な標準化団体が管理しており、各メーカーが申請して取得します。たとえばAppleやIntel、Ciscoといった企業は、それぞれ複数のOUIを保有しています。

MACアドレスの前半3組を調べれば、その機器の製造元がわかります。IEEEはOUIの一覧を公開しており、「このMACアドレスはどのメーカーの機器か」を検索できるサービスも存在します。

後半24ビット：製造元が割り振る個体番号

後半24ビット（後ろの3組）は、製造元が自社の製品に順番に割り振る番号です。同じメーカーの製品でも1台ごとに異なる番号が付けられます。

24ビットで表現できる数は2の24乗、およそ1677万通りです。1つのOUIあたり約1677万台の機器に番号を割り振れる計算になります。それ以上の台数を製造する企業は、追加でOUIを取得します。

図：MACアドレスの48ビットの構造

なぜMACアドレスは重複しないのか

MACアドレスが世界中で重複しない理由は、この2段階の管理にあります。

まずIEEEが各メーカーに異なるOUIを割り当てるため、メーカー同士で前半24ビットが重複しません。次に各メーカーが自社の製品に対して重複しない個体番号を割り振るため、同じメーカーの製品同士でも後半24ビットが重複しません。

「国が都道府県に番号を割り当て、各都道府県が住民に番号を割り振る」という仕組みに似ています。この2段階の管理によって、全体として重複のない番号が保証されます。

ただし、絶対に重複しないわけではありません。メーカーの管理ミスによる重複や、ソフトウェアでMACアドレスを書き換える「MACアドレススプーフィング」という手法も存在します。同じネットワーク内に同じMACアドレスの機器が2台あると、スイッチが正しく転送先を判断できず通信が不安定になります。

宛先の種類 ― ユニキャスト・ブロードキャスト・マルチキャスト

MACアドレスには、宛先の指定方法によって3つの種類があります。

ユニキャスト ― 特定の1台へ送る

ユニキャスト（Unicast） は、特定の1台の機器だけを宛先とする通信です。日常的な通信のほとんどはユニキャストです。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
unicast	uni-（1つの）+ cast（投げる）; 1台の宛先に送ること	特定の相手に手紙を出すイメージ

入門編「スイッチングハブ」で学んだ「MACアドレステーブルを見て宛先のポートだけに転送する」動作は、このユニキャスト通信の話です。

ブロードキャスト ― 全員へ送る

ブロードキャスト（Broadcast） は、同じネットワーク内のすべての機器を宛先とする通信です。宛先MACアドレスに FF:FF:FF:FF:FF:FF という特別な値を指定します。48ビットすべてが1の状態です。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
broadcast	broad（広く）+ cast（投げる）; 全員に一斉に送ること	学校の全校放送のイメージ

スイッチはブロードキャストのパケットを受け取ると、届いたポート以外のすべてのポートへ転送します。「同じネットワーク内の誰かに聞きたいことがあるが、相手のMACアドレスがわからない」という場面で使われます。

たとえば入門編「IPアドレス」で触れたARPは、「このIPアドレスの機器はどれですか？」とブロードキャストで全員に問い合わせる仕組みです。ARPの詳細は第12回で扱います。

マルチキャスト ― 特定のグループへ送る

マルチキャスト（Multicast） は、特定のグループに属する機器だけを宛先とする通信です。「全員でもなく1台でもない、指定したグループだけ」という中間的な送り方です。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
multicast	multi-（多数の）+ cast（投げる）; 特定のグループに送ること	部署内の全員にメールを一斉送信するイメージ

動画のライブ配信や、社内の一斉配信システムなどで使われます。同じ内容を多数の機器へ送る際、ユニキャストで1台ずつ送るよりも効率的です。

図：ユニキャスト・ブロードキャスト・マルチキャストの違い

MACアドレスを確認する方法

自分の機器のMACアドレスは、設定画面から確認できます。

機器	確認場所
Windows	設定 → ネットワークとインターネット → プロパティ → 物理アドレス（MAC）
macOS	システム設定 → ネットワーク → 詳細 → ハードウェア
iPhone	設定 → 一般 → 情報 → Wi-Fiアドレス
Android	設定 → デバイス情報 → Wi-Fi MACアドレス

なお、1台の機器が複数のMACアドレスを持つこともあります。有線LAN用のNICとWi-Fi用のNICは別々の部品なので、それぞれ異なるMACアドレスが割り当てられています。

まとめ

MACアドレスは48ビットで構成され、前半24ビットがIEEEの管理する製造元識別子（OUI）、後半24ビットが製造元が割り振る個体番号です。この2段階の管理によって、世界中で重複しない番号が実現されています。宛先の指定方法には、特定の1台へ送るユニキャスト、同じネットワーク内の全員へ送るブロードキャスト（FF:FF:FF:FF:FF:FF）、特定のグループへ送るマルチキャストの3種類があります。1台の機器でも有線LANとWi-Fiで別々のMACアドレスを持つことがあります。

用語表

用語	意味
MACアドレス	ネットワーク機器に割り当てられた48ビットの識別番号。16進数2桁を6組で表記する
OUI（Organizationally Unique Identifier）	MACアドレスの前半24ビット。IEEEが管理する製造元の識別子
IEEE	米国電気電子学会。OUIの割り当てやネットワーク規格の標準化を行う国際団体
ユニキャスト（Unicast）	特定の1台の機器を宛先とする通信
ブロードキャスト（Broadcast）	同じネットワーク内の全機器を宛先とする通信。宛先は `FF:FF:FF:FF:FF:FF`
マルチキャスト（Multicast）	特定のグループに属する機器を宛先とする通信

VLANとは？1台のスイッチを複数のネットワークに分割する仕組みをやさしく解説

Sat, 25 Jul 2026 00:00:00 +0000

VLANとは、1台のスイッチを論理的に複数のネットワークへ分割する技術です。物理的には同じスイッチにつながっていても、VLANが異なる機器同士は直接通信できません。部署ごとにネットワークを分けたい、ゲスト用のWi-Fiを社内ネットワークから隔離したい——こうした要望を、スイッチを買い増すことなく実現できます。

はじめに

入門編「スイッチングハブ」で、スイッチはMACアドレスを学習して宛先のポートだけにデータを届けると学びました。ただしこれは「同じネットワーク内での話」です。

では「同じスイッチにつながっているけれど、別のネットワークとして扱いたい」という場合はどうすればよいのでしょうか。その答えがVLANです。

VLANが必要になる場面

会社のオフィスを想像してください。営業部・開発部・経理部の3つの部署が同じフロアにあり、全員が同じスイッチにつながっています。

このままでは、すべての機器が同じネットワークに属することになります。経理部が扱う給与データのファイルサーバーへ、営業部のパソコンからもアクセスできてしまう状態です。

部署ごとにネットワークを分けたい場合、単純に考えると 部署の数だけスイッチを用意する ことになります。しかしこの方法にはいくつもの問題があります。

スイッチの購入費用がかさむ
設置スペースが必要になる
部署の人数が変わるたびに配線をやり直す必要がある
空きポートが多いスイッチと足りないスイッチが混在して無駄が出る

こうした問題を解決するのが VLAN です。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
VLAN / Virtual LAN	virtual＝仮想の / LAN＝ローカルエリアネットワーク; 1台のスイッチを論理的に複数のネットワークへ分割する技術	ワンフロアのオフィスをパーテーションで区切って、部署ごとの空間を作るイメージ

VLANの基本的な仕組み

VLANでは、スイッチの各ポートに「このポートはVLAN 10」「このポートはVLAN 20」といった VLAN ID を割り当てます。同じVLAN IDが設定されたポート同士は通信できますが、異なるVLAN IDのポートとは直接通信できません。

図：1台のスイッチをVLANで2つのネットワークに分割する

物理的には1台のスイッチですが、動作としては2台の独立したスイッチが存在するのと同じ状態になります。「バーチャル（仮想の）LAN」と呼ばれるのはこのためです。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
VLAN ID	VLANを識別する番号（1〜4094）	部屋番号のようなもの。同じ番号の部屋同士だけが行き来できる

ブロードキャストドメインの分割

VLANのもう1つの重要な効果が ブロードキャストドメインの分割 です。

MACアドレスの記事で学んだブロードキャストは、同じネットワーク内の全機器へ一斉に送られる通信です。この「ブロードキャストが届く範囲」を ブロードキャストドメイン といいます。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
ブロードキャストドメイン / Broadcast Domain	domain＝領域; ブロードキャストが届く範囲	校内放送が聞こえる範囲。校舎が分かれていれば別の放送になる

VLANを設定していないスイッチでは、1台のスイッチにつながる全機器が1つのブロードキャストドメインを共有します。機器の台数が増えるほどブロードキャストの量も増え、ネットワーク全体の効率が下がります。

VLANでネットワークを分割すると、ブロードキャストドメインもVLANごとに分かれます。VLAN 10で発生したブロードキャストはVLAN 20には届きません。台数が多い環境ほど、この効果は大きくなります。

ポートVLANとタグVLAN

VLANの実現方法には大きく2種類あります。

ポートVLAN（ポートベースVLAN）

スイッチの各ポートに、あらかじめVLAN IDを固定で割り当てる方式です。「ポート1〜8はVLAN 10、ポート9〜16はVLAN 20」というように設定します。

設定がシンプルでわかりやすく、小規模なネットワークで広く使われています。ただし、1つのポートは1つのVLANにしか所属できません。

タグVLAN（IEEE 802.1Q）

1本のケーブルで複数のVLANの通信をまとめて流せる方式です。パケットに VLANタグ という4バイトの情報を追加し、「このパケットはVLAN 10のもの」と印を付けて送ります。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
VLANタグ / VLAN Tag	tag＝札・荷札; パケットにVLAN IDを付与する4バイトの情報	宅配便の伝票に貼る「配送区分シール」のようなもの

受け取ったスイッチはタグを見て「これはVLAN 10宛て」と判断し、対応するポートへ転送します。この規格は IEEE 802.1Q として標準化されています。

トランクポート ― 複数のVLANをまとめて運ぶ

タグVLANが特に活躍するのが、スイッチ同士を接続する場面です。

たとえば1階と2階にそれぞれスイッチがあり、どちらのフロアにも営業部（VLAN 10）と開発部（VLAN 20）の席があるとします。ポートVLANだけで実現しようとすると、スイッチ間にVLANの数だけケーブルが必要になります。

タグVLANを使えば、1本のケーブルで複数のVLANの通信をまとめて流せます。このように複数のVLANの通信を運ぶポートを トランクポート といいます。

用語/英単語	意味	イメージ・補足
トランクポート / Trunk Port	trunk＝幹線; 複数のVLANの通信をまとめて運ぶポート	複数の路線が乗り入れる幹線道路のイメージ
アクセスポート / Access Port	access＝接続; 単一のVLANに所属し、パソコンなどの端末を接続するポート	各家庭につながる細い道路のイメージ

図：トランクポートで複数のVLANを1本のケーブルにまとめる

VLAN同士を通信させるには

VLANで分割したネットワーク同士は、そのままでは通信できません。しかし「基本的には分けておきたいが、共通のファイルサーバーには全部署からアクセスさせたい」という場面もあります。

異なるVLAN間の通信を実現するには、入門編「ルーター」で学んだルーターが必要です。VLANは異なるネットワークとして扱われるため、ネットワーク間の通信を担うルーターを経由することになります。

この仕組みは「VLAN間ルーティング」と呼ばれます。ルーターを使う方法のほか、ルーティング機能を内蔵した レイヤ3スイッチ を使う方法もあります。詳細はルーティングの記事で扱います。

VLANの主なメリット

VLANを導入することで得られるメリットを整理します。

①セキュリティの向上

部署ごとにネットワークを分離することで、他部署の機密データへのアクセスを防げます。ゲスト用Wi-Fiを社内ネットワークから隔離するのも典型的な使い方です。

②ブロードキャストの抑制

ブロードキャストドメインが分割されるため、不要な通信がネットワーク全体に広がりません。機器の台数が多い環境ほど効果的です。

③物理配線からの独立

席替えや組織変更があっても、スイッチの設定を変更するだけでネットワークの所属を変えられます。ケーブルを引き直す必要がありません。

④コストの削減

部署ごとにスイッチを用意する必要がなく、1台のスイッチを効率的に使えます。

まとめ

VLANは、1台のスイッチを論理的に複数のネットワークへ分割する技術です。各ポートにVLAN IDを割り当てることで、同じスイッチにつながっていても異なるVLAN同士は直接通信できなくなります。実現方式にはポートごとにVLANを固定するポートVLANと、パケットにVLANタグを付与するタグVLAN（IEEE 802.1Q）があり、スイッチ間の接続には複数のVLANをまとめて運ぶトランクポートが使われます。VLANによってブロードキャストドメインが分割されるため、セキュリティ向上とネットワーク効率の改善が同時に実現できます。異なるVLAN間で通信するにはルーターまたはレイヤ3スイッチが必要です。

用語表

用語	意味
VLAN（Virtual LAN）	1台のスイッチを論理的に複数のネットワークへ分割する技術
VLAN ID	VLANを識別する番号（1〜4094）。同じIDのポート同士だけが通信できる
ブロードキャストドメイン	ブロードキャストが届く範囲。VLANごとに分割される
ポートVLAN	スイッチの各ポートにVLAN IDを固定で割り当てる方式
タグVLAN（IEEE 802.1Q）	パケットにVLANタグを付与し、1本のケーブルで複数のVLANを運ぶ方式
VLANタグ	パケットに付与される4バイトの情報。どのVLANのパケットかを示す
トランクポート	複数のVLANの通信をまとめて運ぶポート。スイッチ間の接続に使われる
アクセスポート	単一のVLANに所属し、パソコンなどの端末を接続するポート