減衰 on ネットワーク入門講座

【第12回】電気信号とその天敵 ― データはどうやって伝わり、何に邪魔されるのか

Tue, 12 May 2026 00:00:00 +0000

結論

コンピューターネットワークでは、データは電気信号としてケーブルの中を旅しています。しかしその旅には障害が待ち受けています。距離で信号が弱まる**「減衰（げんすい）」、外からのノイズが信号を乱す「干渉（かんしょう）」、そして複数の信号がぶつかり合う「衝突（しょうとつ）」**です。今回はこの3つの障害が「何者なのか」を知ることをゴールにします。

はじめに

前回のおさらい

前回までのシリーズでは、複数のコンピューターがケーブルを「共有」するときに起こる問題と、それを解決する技術を学びました。

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection）：送信前にケーブルの状態を確認し、衝突が起きたら検出してやり直すしくみ
スイッチングハブ：接続された機器をかしこく管理し、必要な相手にだけデータを届ける装置
スター型配線：中心に1台のハブを置き、そこから各コンピューターを個別につなぐ配線方式

これらはすべて「ケーブルを効率よく、正確に使うための工夫」でした。

今回のテーマ

ところで、そもそもデータはケーブルの中をどんな形で旅しているのか、気になりませんか？

スイッチングハブが「正しい相手に届ける」しくみはわかった。でも、その「届ける」という行為の中身はまだ見ていません。今回はその根本に立ち返り、電気信号とは何か、そして電気信号の前に立ちはだかる3つの障害を紹介します。

電気信号

データの正体は「0と1」

私たちがパソコンで送るメッセージも、画像も、動画も、コンピューターの中ではすべて0と1の組み合わせ（ビット）で表されています。そしてその0と1を、ケーブルを通じて相手に届けるために使われるのが電気信号です。

電気信号とは、電圧（でんあつ）の高い・低いで情報を表したものです。

電圧の状態	意味
電圧が高い（例：+5V）	「1」
電圧が低い（例：0V）	「0」

これをとても速く切り替えながら送ることで、「01001000…」というデータをケーブルの向こう側に届けています。

モールス信号で考えてみる

電気信号のイメージをつかむのに、モールス信号がとても参考になります。

モールス信号では、点（・）と線（―）の組み合わせで文字を表します。たとえば「SOS」であれば「・・・ ――― ・・・」です。コンピューターが使う電気信号も本質的には同じで、「電圧が高い・低い」という2種類のパターンを組み合わせて、データを表現しています。

コンピューターが違うのはそのスピードです。1秒間に何百万回・何億回もの切り替えを行う、超高速モールス信号の使い手だと思ってください。

「何を意味するか」はあらかじめ決めた約束事にのっとる

ここで大切なことがあります。モールス信号が機能するのは、送る側と受け取る側が、あらかじめ同じ「対応表」を持っているからです。「・・・ ――― ・・・」がSOSを意味すると知らなければ、点と線の羅列にしか見えません。

電気信号も同じです。「この並びの0と1が、この文字（データ）を意味する」という約束事を、送受信の前に両者で共有しておく必要があります。

このような「通信のための取り決め」のことを、**プロトコル（Protocol）**と呼びます。プロトコルとは「議定書・規約」という意味の英単語で、ネットワークの世界では「通信の約束事・ルール」を指します。プロトコルについては今後の回でじっくり取り上げますが、「電気信号だけでは不十分で、ルールがセットで必要なんだ」ということを、まず頭の片隅に置いておいてください。

電気信号でのやり取りの障害

電気信号は一見シンプルに見えますが、現実の世界には信号を弱めたり乱したりする「障害」が存在します。代表的なものが以下の3つです。それぞれ何者なのかをまず知っておきましょう。対処法については次回以降の記事でじっくり掘り下げます。

減衰（げんすい）― 信号は距離で弱くなる

電気信号はケーブルを進むにつれて、少しずつエネルギーが失われ、信号が弱まっていきます。これを**減衰（Attenuation・アテニュエーション）**と呼びます。

イメージ：遠くにいる友達への呼びかけ 近くにいる友達には小声でも伝わりますが、遠くなるほど声は届きにくくなります。電気信号も同じで、ケーブルが長くなればなるほど信号は途中でエネルギーを消耗し、届く頃には「小さな声」になってしまいます。

信号が弱くなりすぎると、受け取った側が「これは0？それとも1？」と正確に判断できなくなります。データの読み間違いが起きて、通信エラーになってしまうのです。

干渉（かんしょう）― 外からのノイズが信号を乱す

ケーブルの周囲には、電子レンジや蛍光灯、ほかのケーブルなど、電磁波（でんじは）を発するものがたくさんあります。それらが出す電磁波が、ケーブルの中を流れる電気信号に入り込み、信号を乱してしまいます。これを**干渉（Interference・インターフェアランス）またはノイズ（Noise）**と呼びます。

イメージ：にぎやかな部屋での会話 静かな部屋なら小声でも相手に届きますが、周りでみんなが話し出すと、声が雑音にかき消されてしまいます。電気信号における「雑音」が干渉です。本来「0」という信号を送ったはずなのに、ノイズが重なって「1」に見えてしまうようなことが起こります。

衝突（しょうとつ）― 信号どうしがぶつかる

同じケーブルを複数のコンピューターが共有しているとき、2台以上が同時にデータを送ると、電気信号どうしがぶつかり合ってしまいます。これが**衝突（Collision・コリジョン）**です。

イメージ：一本道での正面衝突 一本の細い路地を想像してください。右からも左からも同時に車が突っ込んできたら、道の真ん中でぶつかってしまいます。電気信号も同時に流れると互いに混ざり合い、どちらの信号も読めないぐちゃぐちゃな状態になってしまいます。

実はこの衝突こそ、前回まで学んできたCSMA/CDやスイッチングハブが解決しようとした問題そのものです。「なぜあの技術が必要だったのか」が、衝突という障害を知るとすっきり腑に落ちますね。

まとめ

今回はネットワークの「土台」とも言える電気信号と、その障害を紹介しました。

データは**電気信号（電圧の高低）**としてケーブルを伝わる
「信号の並びが何を意味するか」は、送受信の前に決めた**プロトコル（約束事）**にのっとる
電気信号には3つの障害がある
- 減衰（Attenuation）：距離とともに信号が弱まる
- 干渉（Interference）：外からのノイズで信号が乱れる
- 衝突（Collision）：複数の信号がぶつかって混ざり合う

それぞれの障害にどう立ち向かうのか、次回以降の記事でひとつずつじっくり解説していきます。お楽しみに！

【第13回】リピーターとリピーターハブ ― 弱った信号を元気にする中継の話

Tue, 12 May 2026 00:00:00 +0000

結論

電気信号は距離とともに弱まる「減衰（げんすい）」という問題を抱えています。その対策として登場したのが、信号を増幅して送り直すリピーターと、それを複数台接続できるよう発展させたリピーターハブです。ただしリピーターハブには、信号をすべてのポートに流してしまうという限界がありました。

はじめに

前回のおさらい

前回は、電気信号が抱える3つの障害を紹介しました。

減衰（Attenuation）：距離とともに信号が弱まる
干渉（Interference）：外からのノイズで信号が乱れる
衝突（Collision）：複数の信号がぶつかって混ざり合う

また、データの「0と1の並び」が何を意味するかは、あらかじめ決めた約束事＝プロトコルにのっとるということも触れました。

今回のテーマ

3つの障害のうち、今回は減衰に向き合います。「弱まってしまった信号をどうするか」という問いへの答えが、リピーターとリピーターハブです。

減衰のおさらい

電気信号はケーブルを進むにつれてエネルギーを失い、だんだん弱くなっていきます。信号が弱くなりすぎると、受け取った側が「これは0？1？」と判断できなくなり、通信エラーが起きます。

イメージ：遠くにいる友達への呼びかけ どんなに大きな声で叫んでも、距離が離れるほど声は弱まります。そのままでは伝わらなくなってしまいます。

では、どうすれば遠くまで信号を届けられるでしょうか？

リピーター（Repeater・中継器）

発想はシンプル「途中で元気にしてあげる」

リピーター（Repeater）の「Repeat（リピート）」は「繰り返す・中継する」という意味です。弱まった信号を途中で受け取り、元の強さに増幅してから送り直す機器です。

イメージ：駅伝のたすきリレー 長距離を一人で走り続けるのは難しくても、途中で次の走者にたすきを渡せば、チーム全体として遠くまでたすきを届けられます。リピーターはまさに「中継地点の走者」です。弱まった信号を受け取り、元気な状態にして次のケーブルへ渡します。

リピーターの特徴

ポートが2つ（入口と出口）しかない、シンプルな機器
信号の「内容（データ）」は一切関知せず、電気的に増幅して流し直すだけ
ケーブルを延長するために使う、というイメージが近い

リピーターハブ（Repeater Hub）

リピーターを「多口化」した機器

リピーターは2台のコンピューター間でしか使えません。しかし実際のネットワークでは、複数台のコンピューターをつなぐ必要があります。そこで登場したのがリピーターハブです。

リピーターハブは、リピーターの「信号を増幅して送り直す」機能を持ちつつ、複数のポートを備えて複数台のコンピューターをまとめてつなぐことができます。

イメージ：増幅機能付きのタコ足配線 電源タップ（テーブルタップ）が複数の家電をひとつのコンセントにつなぐように、リピーターハブは複数のコンピューターをひとつのネットワークにつなぎます。しかも、弱まった信号を増幅してから各ポートに届けてくれます。

リピーターハブの動き方

リピーターハブには、ひとつ大きな特徴があります。それは、あるポートに届いた信号を、接続されているすべてのポートに流すという動作です。これを**ブロードキャスト（Broadcast・一斉送信）**と呼びます。

たとえば、AさんがBさんにデータを送ったとき、リピーターハブはCさんやDさんのポートにも同じ信号を流します。Bさん以外は「自分宛てではない」と判断して無視しますが、信号自体はみんなに届いてしまっているのです。

リピーターハブの限界

全員に流すから「衝突」が起きやすい

すべてのポートに信号を流すということは、複数のコンピューターが同時に送信しようとすると、信号がケーブルの中でぶつかり合ってしまいます。前回紹介した「衝突（Collision）」です。

接続台数が増えれば増えるほど、衝突の起きる確率も上がり、ネットワーク全体の速度が落ちていきます。

リピーターとリピーターハブの違いまとめ

	リピーター	リピーターハブ
ポート数	2つ	複数
主な用途	ケーブルの延長	複数台の接続
信号の送り先	出口のポートのみ	接続されたすべてのポート
衝突の問題	少ない	台数が増えると起きやすい

まとめ

減衰への対策として、信号を増幅して送り直すリピーターが登場した
リピーターを多ポート化し、複数台をつなげるようにしたのがリピーターハブ
リピーターハブは信号をすべてのポートに流すため、台数が増えると衝突が起きやすくなるという限界がある

この「衝突しやすい」という問題を根本から解決したのが、スイッチングハブです。スイッチングハブについては第15回で改めて深掘りします。次回は電気信号の別の天敵、**干渉（ノイズ）**への対処法を見ていきましょう！