【第11回】半二重・全二重・衝突ドメイン ― スイッチングハブでなぜ通信が速くなるのかをやさしく解説

結論

データ通信には「一方向ずつしか送れない半二重」と「同時に双方向で送れる全二重」があります。バス型ネットワークやリピータハブでは衝突が起きるため半二重しか使えませんでしたが、スイッチングハブは衝突ドメイン（衝突が起きる範囲）をポートごとに分けることで、全二重を実現しています。

はじめに

前回までのおさらい

これまでの連載で、ケーブル共有方式（バス型）の3つの弱点と、それぞれの解決策を学んできました。

弱点①「データが衝突する」 → CSMA/CD で解決
弱点②「全員にデータが届く」 → スイッチングハブ＋MACアドレス で解決
弱点③「障害で全体ダウンする」 → スター型配線 で解決

今回のテーマ

「スイッチングハブにしたら、なぜもっと速くなるのか？」

実は、スイッチングハブの恩恵はデータを宛先だけに届けることだけではありません。通信の方向の使い方そのものが変わるという、もう一段深い話があります。その答えが、半二重・全二重・衝突ドメインという3つのキーワードです。

本題

まず「二重」って何？ ― Duplex の意味から

「半二重」「全二重」という言葉、なんだか難しそうですね。まず英語の元の言葉から分解してみましょう。

両方に共通しているのが Duplex（デュープレックス） です。

Du-（デュー）：「2つの・双方向の」という意味の接頭語です。「デュエット（2人の歌）」「デュオ（2人組）」と同じ語源です。
-plex（プレックス）：「〜方向に」という意味です。

つまり Duplex とは「双方向（2方向）の通信」を意味します。そこに「半分」と「全部」がつくわけです。

半二重（Half-Duplex）とは

Half（ハーフ）：「半分」。「ハーフサイズ」「ハーフタイム」と同じ使い方です。
Duplex（デュープレックス）：双方向の通信（上で説明しましたね）。

半二重（Half-Duplex） とは、「一度に1方向にしか通信できない」方式です。

一番わかりやすいたとえは**トランシーバー（無線機）**です。

登山中に無線機で話すとき、「山頂より、こちら麓。聞こえますか？　どうぞ。」と言って、送信ボタンを離します。相手が話し終わったら「どうぞ」と言って、こちらが話す番になります。

送るときは受信できない。受信するときは送れない。必ず交互にしか使えないのが半二重です。

バス型ネットワークは、まさにこの状態でした。1本のケーブルを全員で共有しているため、誰かが送っている間は他の全員が待たなければなりません。

全二重（Full-Duplex）とは

Full（フル）：「全部・完全」。「フルマラソン（全長）」「フルタイム（全時間）」と同じです。
Duplex（デュープレックス）：双方向の通信。

全二重（Full-Duplex） とは、「同時に双方向で通信できる」方式です。

こちらのたとえは普通の電話です。

電話で話すとき、自分が話しながら相手の相槌も聞こえますよね。「そうなんですよ」と言いながら、相手の「へ〜！」という声も同時に届く。

送りながら受信もできる。これが全二重です。トランシーバーと違って「どうぞ」は必要ありません。

現代のスイッチングハブを使ったネットワークでは、この全二重が当たり前になっています。

なぜバス型は全二重にできなかったのか

「最初から全二重にすればよかったのでは？」と思いませんか？

それができなかった理由が、衝突です。

バス型では1本のケーブルを全員で共有しています。もし全二重で、みんなが好き勝手に送受信を同時に行ったら、電気信号はひっきりなしにぶつかりあってしまいます。

「全員が同じ道路を、好きな方向に、同時に走る」状態です。事故だらけになるのは目に見えています。

だから「一度に1方向ずつ」という半二重のルールで、なんとか秩序を保つしかなかったのです。

「衝突ドメイン」とは何か

ここで新しいキーワード、衝突ドメイン が登場します。

Collision（コリジョン）：「衝突」。CSMA/CDの回で登場しましたね。
Domain（ドメイン）：「領域・範囲・エリア」という意味です。「ウェブサイトのドメイン」でもおなじみですが、ここでは「範囲・エリア」という意味で使われています。

つまり 衝突ドメイン（Collision Domain） とは、「データの衝突が起きる可能性がある範囲」のことです。

バス型は「衝突ドメインが1つだけ」

バス型ネットワークでは、全員が1本のケーブルにつながっています。

この場合、ネットワーク全体がたった1つの衝突ドメインです。

[PC-A]──[PC-B]──[PC-C]──[PC-D]
|_________________________________|
       衝突ドメイン（全体が1つ）

PC-AとPC-Dが同時に送れば、ケーブルのどこかでぶつかります。PC-B・PC-Cも同じ範囲にいるので影響を受けます。全員が同じ「衝突のリスク」を共有しているのです。

コンピュータの台数が増えるほど衝突が増え、待ち時間が長くなり、ネットワーク全体が遅くなります。

ちょっと待って！「ハブ」はどうなの？

「スイッチングハブじゃなくて、ただのハブを使った場合はどうなるの？」と思った方、鋭いです！

「ハブ」には2種類あります。

リピータハブ（単に「ハブ」と呼ばれることも多い）
スイッチングハブ（「スイッチ」とも呼ばれる）

見た目はよく似ていますが、中身はまったく違います。

リピータハブ は、届いた信号を「とにかく全ポートに流すだけ」の機器です。MACアドレスも見ませんし、宛先も考えません。

Repeater（リピーター）：「繰り返す・中継する」という意味です。スポーツの「リピート」と同じ語源で、「そのまま繰り返して伝える」というイメージです。

たとえるなら**拡声器（メガホン）**です。話した内容を、方向も相手も関係なく周囲全員に聞こえるよう流すだけ。

このしくみでは、衝突ドメインはどうなるでしょう？

衝突ドメイン

バス型と同じく、全体が1つの衝突ドメインのままです。

ハブにつながるPCが増えるほど衝突は増え、半二重のままで、CSMA/CDも引き続き必要です。見た目はスター型の配線になっていても、衝突ドメインの観点ではバス型と変わらないのです。

スイッチングハブが衝突ドメインを「切り分ける」

スイッチングハブに変えると、何が変わるのでしょう？

スイッチングハブの各ポートは、それぞれ独立した衝突ドメインになります。

[PC-A]─┐
        │
[PC-B]─[スイッチングハブ]─[PC-C]
        │
       [PC-D]

↓ 衝突ドメインは…

[PC-A]だけ | [PC-B]だけ | [PC-C]だけ | [PC-D]だけ

PC-AとスイッチングハブのポートAは1対1でつながっています。そのケーブルを使うのはPC-Aだけです。PC-Aが送信するタイミングで、他のPCが割り込んでくることはありません。

衝突が起きる可能性がゼロになれば、「一度に1方向ずつ」というルールは不要になります。つまり、全二重が使えるようになるのです。

3つを並べて比べてみよう

比較項目	バス型	リピータハブ	スイッチングハブ
衝突ドメイン	全体で1つ	全体で1つ	ポートごとに独立
通信方式	半二重	半二重	全二重
CSMA/CD	必要	必要	不要
データの届け方	全員に届く	全員に届く	宛先だけに届く
PC台数が増えたとき	遅くなる	遅くなる	影響なし