衝突 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15回】スイッチングハブ ― 衝突をなくした「かしこいハブ」のしくみ

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

結論

電気信号の衝突問題に悩まされてきたリピーターハブの限界を乗り越えたのがスイッチングハブです。届いたデータの宛先を読み取り、必要なポートにだけ信号を送ることで、衝突をほぼゼロに抑えることができます。その賢い振り分けを支える鍵がMACアドレスです。

はじめに

前回までのおさらい

第12回から3回にわたって、電気信号が抱える3つの障害とその対策を見てきました。

減衰 → リピーター・リピーターハブで信号を増幅（第13回）
干渉・ノイズ → ツイストペアケーブル・シールドケーブルで打ち消す・遮断する（第14回）
衝突 → ？（今回！）

そして第13回では、リピーターハブの限界も見えてきました。「接続されたすべてのポートに信号を流す」という動作が、衝突を生む原因だったのです。

今回のテーマ

今回はその衝突問題を根本から解決したスイッチングハブの仕組みに迫ります。なぜスイッチングハブは衝突を防げるのか、その答えはデータの「宛先」を読み取るという動作にあります。

衝突のおさらい

リピーターハブに複数台のコンピューターをつなぐと、あるポートに届いた信号はすべてのポートに流れます。そのため、2台以上が同時にデータを送ると、信号がケーブルの中で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 右からも左からも同時に車が走ってきたら、道の真ん中でぶつかります。ぶつかった信号はどちらも読めないぐちゃぐちゃな状態になり、データは失われてしまいます。

CSMA/CDはこの衝突を「検出して送り直す」しくみでしたが、根本的な解決ではありませんでした。スイッチングハブは「そもそも衝突させない」というアプローチで、この問題に向き合います。

スイッチングハブのしくみ

「全員に流す」から「宛先だけに届ける」へ

スイッチングハブの最大の特徴は、届いたデータの宛先を確認してから、その相手のポートにだけ信号を送るという動作です。

イメージ：郵便局の仕分け作業 郵便局では届いた郵便物を、宛先の住所を見て適切な配達先に仕分けします。「全員の郵便受けに同じものを投げ込む」ことはしません。スイッチングハブも同じで、受け取ったデータの宛先を見て、必要なポートにだけ届けます。

これにより、AさんがBさんにデータを送っているあいだ、CさんとDさんのポートには信号が流れません。CさんとDさんは、同時に別のやり取りをすることができます。衝突が起きるどころか、複数の通信が同時進行できるようになったのです。

宛先を知るための「住所」―― MACアドレス

では、スイッチングハブはどうやって「どのポートにいる相手宛てか」を判断するのでしょうか。そのために使われるのが**MACアドレス（MAC Address）**です。

MACとは「Media Access Control（メディアアクセスコントロール）」の略で、「媒体（ケーブルなど）へのアクセスを制御する」という意味です。

MACアドレスは、ネットワーク機器のひとつひとつに割り当てられた世界で唯一の識別番号です。人間でいえば「個人番号（マイナンバー）」のようなものです。コンピューターのネットワークカード（LAN接続用のパーツ）には、製造時にMACアドレスが書き込まれており、原則として変更されません。

MACアドレスは、次のような形式の48桁の16進数（じゅうろくしんすう）で表されます。

00:1A:2B:3C:4D:5E

MACアドレステーブル ― 「誰がどのポートにいるか」の名簿

スイッチングハブは、接続されている機器のMACアドレスとポート番号の対応を**MACアドレステーブル（MAC Address Table）**という表として内部に記録しています。

ポート番号	MACアドレス	機器
ポート1	00:1A:2B:3C:4D:5E	Aさんのパソコン
ポート2	00:1A:2B:3C:4D:6F	Bさんのパソコン
ポート3	00:1A:2B:3C:4D:7G	Cさんのパソコン

データが届いたとき、スイッチングハブはこの表を参照して「この宛先MACアドレスはポート2にいるBさんだな」と判断し、ポート2にだけ信号を流します。

スイッチングハブは自分で学習する

MACアドレステーブルは、最初から完成しているわけではありません。スイッチングハブはデータが届くたびに、送り元のMACアドレスとポート番号を自動的に記録・学習していきます。これを**自動学習（Auto-Learning）**と呼びます。

まだ学習できていない宛先へのデータは、いったんすべてのポートに流しますが、やり取りを重ねるうちにテーブルが充実し、次第に的確な振り分けができるようになります。

リピーターハブとスイッチングハブの違い

	リピーターハブ	スイッチングハブ
信号の送り先	接続されたすべてのポート	宛先のポートのみ
衝突	起きやすい	ほぼ起きない
同時通信	できない	できる
宛先の判断	しない	MACアドレスで判断
賢さ	シンプル	かしこい

まとめ

スイッチングハブは、データの宛先（MACアドレス）を見て、必要なポートにだけ信号を届ける
これにより、衝突をほぼゼロにし、複数の通信を同時進行できるようになった
スイッチングハブは接続機器のMACアドレスとポートの対応を自動学習して蓄積していく
リピーターハブとスイッチングハブの本質的な違いは「宛先を見て届けるかどうか」にある

これで電気信号の3つの障害とその対策がひととおり揃いました。次回からは、より大きなネットワークのしくみへと話を広げていきます！