スイッチングハブ on ネットワーク入門講座

【第8回】関係ないコンピュータにデータが届く問題を解決する仕組み ― スイッチングハブとMACアドレスをやさしく解説

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

結論

ケーブル共有方式では、データが関係ないコンピュータにも届いてしまう問題がありました。この問題は、スイッチングハブという機器が「どのコンピュータがどこにいるか」を覚えることで解決しています。スイッチングハブは、データを宛先のコンピュータにだけ届けることができます。

はじめに

前回のおさらい

前回は、ケーブル共有方式の欠点のひとつ「データの衝突（コリジョン）」を防ぐルール、CSMA/CD について学びました。

「送る前にケーブルを聞いて、ぶつかったらランダムに待ってやり直す」というシンプルなルールでしたね。

今回のテーマ

ところで、第6回でケーブル共有方式には3つの欠点があると紹介しました。

#	欠点	対応する回
①	データが衝突してしまう	第7回（CSMA/CD）
②	関係ないコンピュータにもデータが届いてしまう	今回（第8回）
③	ケーブルに障害が起きると全体がダウンする	次回（第9回）

今回は欠点②、「関係ないコンピュータにもデータが届いてしまう」問題を解決する仕組みを見ていきます。

本題：スイッチングハブがデータを「正しい相手だけに」届けるしくみ

まず、問題をおさらいしよう

ケーブル共有方式では、1本のケーブルに複数のコンピュータがつながっています。

誰かがデータを送ると、電気信号はケーブル全体に広がります。たとえ「AさんからBさんへ」送ったデータでも、CさんやDさんのコンピュータにも信号は届いてしまいます。

これは、廊下で人を呼ぶようなイメージです。

「Bさん、ちょっといいですか！」と廊下で叫ぶと、Bさんだけでなく、廊下にいる全員に声が届いてしまう。

CさんやDさんは「自分宛てではない」と判断して無視しますが、それでも一度は全員の耳に入ってしまいます。これはプライバシーの面でも、効率の面でも、あまりよくありません。

解決策：スイッチングハブの登場

この問題を解決するのが、スイッチングハブ（略して「スイッチ」とも呼ばれます）という機器です。

廊下で叫ぶ代わりに、スイッチングハブは内線電話の交換機のようなイメージです。

AさんがBさんに電話をかけると、交換機はBさんの電話だけをつなぐ。CさんやDさんには何も届かない。

スイッチングハブも同じように、データを宛先のコンピュータにだけ転送することができます。

では、スイッチングハブはどうやって「Bさんのコンピュータがどこにあるか」を知っているのでしょう？

コンピュータの「住所」― MACアドレスとは

スイッチングハブが宛先を知るためのカギが、MACアドレスです。

まず、単語の意味から見てみましょう。

MAC（Media Access Control） を1語ずつ分解すると：

Media（メディア）：「媒体・道」という意味です。ここでは、データが流れるケーブルなどの「通り道」を指します。
Access（アクセス）：「使う・つながる」という意味です。（第7回でも登場しましたね）
Control（コントロール）：「管理・制御する」という意味です。日本語でもそのまま使われていますね。

つまり MAC とは「データの通り道を管理・制御するための仕組み」を意味します。

そして Address（アドレス） は「住所」です。メールアドレスの「アドレス」と同じ意味ですね。

まとめると、MACアドレス とは「ネットワーク上でコンピュータを識別するための住所」です。

MACアドレスの特徴

MACアドレスには、大切な特徴があります。

世界中で重複しない、唯一の番号であることです。

コンピュータに搭載されている「ネットワークカード（LANカード）」という部品に、製造時にあらかじめ書き込まれています。

イメージとしては、人間のマイナンバーに近いです。日本国内で重複しないように割り当てられた個人番号と同じように、MACアドレスも世界中で重複しないように割り当てられています。

MACアドレスは 00:1A:2B:3C:4D:5E のように、英数字6組をコロンでつないだ形で表されます。

スイッチングハブが「誰がどこにいるか」を覚えるしくみ

スイッチングハブには複数の差し込み口（ポート）があり、各コンピュータがそれぞれのポートにケーブルでつながっています。

スイッチングハブは、データが届くたびに「どのポートから、どのMACアドレスのコンピュータがデータを送ってきたか」を自動的に記録していきます。

この記録表を MACアドレステーブル と呼びます。

たとえば、こんなイメージです。

ポート番号	MACアドレス（コンピュータ）
ポート1	AさんのPC
ポート2	BさんのPC
ポート3	CさんのPC

この表ができあがると、「BさんのPCへのデータ」が届いたとき、スイッチングハブはポート2にだけデータを転送します。AさんやCさんのポートには送りません。

廊下で叫ぶのではなく、Bさんの部屋にだけノックしに行くイメージです。

最初はどうやって覚えるの？

「でも最初は誰がどこにいるか知らないんじゃないの？」と思いますよね。

その通りです。スイッチングハブは最初、何も知りません。

最初にデータが届いたとき、宛先のコンピュータがどのポートにいるかまだわからない場合は、いったん全ポートに送ります（これをフラッディングといいます）。

しかし、やりとりを重ねるうちに「Aさんはポート1、Bさんはポート2…」とどんどん覚えていきます。覚えてしまえば、それ以降はピンポイントで届けられるようになります。

まとめ

ケーブル共有方式の欠点②「データが全員に届く」を解決するのが スイッチングハブ
コンピュータにはそれぞれ固有の住所 MACアドレス がある
スイッチングハブはやりとりを通じて MACアドレステーブル を作り、「誰がどのポートにいるか」を覚えていく
覚えてしまえば、宛先のコンピュータにだけデータを届けられるようになる

これで、関係ないコンピュータにデータが届いてしまう問題が解決されました！

次回は、欠点③「ケーブルに障害が起きるとネットワーク全体がダウンする」問題をどう解決するかを見ていきます。

【第9回】ケーブル障害でネットワーク全体がダウンする問題を解決する仕組み ― スター型配線をやさしく解説

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

結論

ケーブル共有方式では、ケーブルのどこか1か所が壊れるだけでネットワーク全体が止まってしまいます。この問題は、スイッチングハブを中心にして、各コンピュータを個別のケーブルで放射状につなぐ「スター型配線」 にすることで解決しています。1本のケーブルが壊れても、そのコンピュータ1台が切り離されるだけで、他のコンピュータはそのまま使い続けられます。

はじめに

前回のおさらい

前回は、ケーブル共有方式の欠点②「データが関係ないコンピュータにも届いてしまう」問題を解決する スイッチングハブ について学びました。

スイッチングハブは、MACアドレス（コンピュータ固有の住所）を使って、データを宛先のコンピュータにだけ届けられる機器でしたね。

今回のテーマ

いよいよ今回は、第6回から続いてきた「ケーブル共有方式の3つの欠点」の最後、欠点③を見ていきます。

#	欠点	対応する回
①	データが衝突してしまう	第7回（CSMA/CD）
②	関係ないコンピュータにもデータが届いてしまう	第8回（スイッチングハブ）
③	ケーブルに障害が起きると全体がダウンする	今回（第9回）

この問題がどうして起きるのか、そしてどうやって解決するのか、一緒に見ていきましょう。

本題：スター型配線が障害に強い理由

まず、問題をおさらいしよう

ケーブル共有方式（バス型とも呼ばれます）では、1本の長いケーブルに全員がぶら下がっています。

PC-A ─┬─ PC-B ─┬─ PC-C ─┬─ PC-D
      |         |         |
   （ここが断線！）

このとき何が起きるでしょう？

電気信号は1本のケーブルを流れてきます。どこか1か所でも断線や接触不良が起きると、信号がそこで遮断されてしまいます。結果、そのケーブルにつながっているコンピュータ全員が通信できなくなります。

これは、家の廊下に1本だけ通した延長コードにたとえられます。

廊下の延長コードにテレビ、冷蔵庫、電子レンジをつないでいる。コードのどこかが断線すると、全部の電気が止まってしまう。

1か所の問題が、全体に影響してしまうのです。

解決策：「放射状」につなぎ直す（スター型配線）

この問題の解決策はシンプルです。

「1本のケーブルに全員をぶら下げるのをやめて、各コンピュータを個別のケーブルでスイッチングハブにつなぐ」 ことです。

この配線のかたちを、スター型（星型）と呼びます。中心にスイッチングハブがあり、そこから各コンピュータへケーブルが放射状に伸びる形が、ちょうど星のように見えることからこう呼ばれます。

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

先ほどの延長コードのたとえで言えば、こうなります。

廊下の延長コードをやめて、テレビ・冷蔵庫・電子レンジをそれぞれ壁のコンセントに直接つなぐようにした。 1か所のコードが断線しても、他の家電には影響が出ない。

スター型だと、なぜ障害が広がらないのか？

スター型では、各コンピュータがスイッチングハブと1対1のケーブルでつながっています。

BさんのPCとハブをつなぐケーブルが断線しても、それはあくまでも「BさんのPCとハブの間だけの問題」です。

          PC-A ─── （正常）
            |
PC-D ─── [スイッチングハブ]    PC-B ─── （ここが断線！でも他は無関係）
            |
          PC-C ─── （正常）

A・C・Dさんのケーブルはそれぞれ独立しているため、まったく影響を受けません。Bさん1台だけが切り離される形になります。

バス型が「廊下の延長コード」なら、スター型は「各部屋に独立したコンセント」のイメージです。

「スイッチングハブ自体」が壊れたらどうなるの？

ここで鋭い方は気づくかもしれません。

「中心のスイッチングハブが壊れたら、全員つながれなくなるんじゃないの？」

その通りです。スイッチングハブは、スター型ネットワークの 唯一の急所（単一障害点） になります。

ただ、これはバス型と比べると大きな改善です。

	バス型（共有ケーブル）	スター型（スイッチングハブ）
ケーブル1本が壊れたとき	全員ダウン	1台だけ切り離される
中心機器が壊れたとき	（中心機器がない）	全員ダウン

バス型ではケーブルのどの1か所が壊れても全体に影響しましたが、スター型ではハブが壊れない限り、1本のケーブル障害は全体に波及しないのです。

そして実際の現場では、重要なスイッチングハブは予備機を用意したり、2台を並列で動かすなど、壊れにくい工夫を重ねて使われています。

第6回からの旅をふり返ろう

第6回でケーブル共有方式の3つの欠点を紹介してから、4回かけてその解決策を学んできました。

欠点	解決策
① データが衝突する	CSMA/CD（ぶつかる前に聞く、ぶつかったらランダムに待つ）
② 関係ないPCにもデータが届く	スイッチングハブ（MACアドレスで宛先だけに転送）
③ 1か所の障害で全体ダウン	スター型配線（個別ケーブルで障害を局所化）

そして①〜③の解決策はバラバラに存在するのではなく、現代のネットワークでは3つが同時に実現されています。 スイッチングハブを使ったスター型のネットワークは、CSMA/CDが不要なほど衝突が起きにくく、データは宛先だけに届き、1本のケーブル障害が全体に広がらない、という3拍子が揃っています。

まとめ

ケーブル共有方式（バス型）の欠点③「1か所の障害で全体ダウン」を解決するのが スター型配線
スイッチングハブを中心に、各コンピュータを個別のケーブルでつなぐことで、障害を1台だけに局所化できる
スイッチングハブ自体が壊れると全体に影響するが、バス型の「どこが壊れても全体ダウン」よりはるかに堅牢
第6回から続いた「3つの欠点と解決策」がこれで出揃い、現代のイーサネットの基本形が見えてきた

次回からは、同じ建物内のネットワーク（LAN）を超えて、インターネットへとつながる仕組みを見ていきましょう！