コンピュータネットワークチュートリアル：究極のガイド

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コンピュータネットワーク：コンピュータネットワークの基本とネットワークの概念への究極のガイド

コンピューターとインターネットは、過去数十年の間にこの世界と私たちのライフスタイルを非常に大きく変えました。

数十年前、誰かに長距離電話をかけたいと思ったとき、それを実現するために一連の面倒な手順を踏まなければなりませんでした。

その間、それは時間とお金の両方の点で非常に費用がかかるでしょう。しかし、高度な技術が導入された現在、状況は時間とともに変化しています。今日、私たちは小さなボタンに触れるだけで、ほんの一瞬で、スマートフォン、インターネット、コンピューターの助けを借りて、電話をかけたり、テキストやビデオメッセージを送信したりすることができます。

この高度な技術の背後にある主な要因は、他ならぬコンピュータネットワークです。これは、メディアリンクによって接続されたノードのセットです。ノードは、ネットワークを介して他のノードによって生成されたデータを送受信する機能を備えている必要があるモデム、プリンター、コンピューターなどの任意のデバイスにすることができます。

コンピュータネットワークシリーズのチュートリアルのリスト：

以下に、参考のためにこのシリーズのすべてのネットワークチュートリアルのリストを示します。

このシリーズの最初のチュートリアルから始めましょう。

学習内容：

• コンピュータネットワーク入門
  • 基本的なコミュニケーションモデル
  • コンピュータネットワークの必要性
  • コンピュータネットワークの使用
  • ネットワークトポロジの種類
    • ＃1）バストポロジ：
    • ＃2）リングトポロジ：
    • ＃3）STARトポロジー：
    • ＃4）メッシュトポロジ：
    • ＃5）ツリートポロジ：
  • コンピュータネットワークの伝送モード
    • ＃1）シンプレックスモード：
    • ＃2）半二重モード：
    • ＃3）全二重モード：
  • コンピュータネットワークの伝送媒体
    • ＃1）同軸ケーブル：
    • ＃2）ツイストペアケーブル：
    • ＃3）光ファイバーケーブル：
  • 無線通信メディア
    • ＃1）電波：
    • ＃2）マイクロ波：
    • ＃3）赤外線：
  • 結論
  • 推奨読書

コンピュータネットワーク入門

コンピュータネットワークは基本的に、ノードがリソースを割り当てることを可能にするデジタル通信ネットワークです。コンピュータネットワークは、銅線ケーブルや光ケーブルなどの有線メディア、またはWiFiなどの無線メディアを介してデータを送受信する2つまたは3つ以上のコンピュータ、プリンタ、およびノー​​ドのセットである必要があります。

最高の例コンピュータネットワークのはインターネットです。

コンピュータネットワークは、スレーブとして動作する他のシステムに接続された単一の制御ユニットを備えたシステムを意味するものではありません。

さらに、以下に説明する特定の基準を満たすことができる必要があります。

• パフォーマンス
• 信頼性
• セキュリティ

これら3つについて詳しく説明しましょう。

＃1）パフォーマンス：

ネットワークパフォーマンスは、次のように定義される通過時間と応答時間を測定することで計算できます。

• 輸送時間： これは、データが1つのソースポイントから別の宛先ポイントに移動するのにかかる時間です。
• 反応時間： クエリと応答の間に経過した時間です。

＃2）信頼性：

信頼性は、ネットワーク障害を測定することによってチェックされます。障害の数が多いほど、信頼性は低くなります。

＃3）セキュリティ：

セキュリティは、データを不要なユーザーから保護する方法として定義されています。

データがネットワークを流れるとき、データはさまざまなネットワーク層を通過します。したがって、トレースすると、不要なユーザーによってデータが漏洩する可能性があります。したがって、データセキュリティはコンピュータネットワークの最も重要な部分です。

優れたネットワークとは、安全性が高く、効率的でアクセスが容易なネットワークであり、抜け穴のない同じネットワーク上でデータを簡単に共有できます。

基本的なコミュニケーションモデル

データ通信のコンポーネント：

• メッセージ： 配信される情報です。
• 送信者： 送信者は、メッセージを送信している人です。
• レシーバー： 受信者は、メッセージの送信先です。
• 中： これは、メッセージが送信される媒体です。 例えば 、モデム。
• プロトコル： これらは、データ通信を管理する一連のルールです。

コンピュータネットワークの他の側面：

音声、ビデオ、またはテキストの形式である可能性のあるすべてのタイプのデータとメッセージをサポートします。

それは非常に高速で、データの通信にほんの一瞬しかかかりません。これは、安全性の高い通信媒体であり、コストに非常に消極的で、非常に効率的であるため、アクセスも簡単です。

コンピュータネットワークの必要性

以下に、さまざまなニーズを示します。

• あるPCから別のPCへの通信。
• 同じプラットフォームのさまざまなユーザー間でのデータ交換。
• 高価なソフトウェアとデータベースの交換。
• 上の情報の共有 VAN 。
• ハードウェアデバイスだけでなく、プリンタ、モデム、ハブなどのソフトウェアの共有に使用されます。

コンピュータネットワークの使用

私たちの日常生活とビジネス目的の両方でのコンピュータネットワークのいくつかの例を見てみましょう。また、それがこれらの分野にどのように革命をもたらすかについても見ていきます。

＃1）リソース共有 ：唯一の目的は、送信者または受信者の物理的な場所に関係なく、すべてのソフトウェアおよびハードウェア機器、特にプリンタとスイッチをネットワーク上の誰もがアクセスできるようにすることです。

＃2）サーバークライアントモデル ：会社のデータが、ファイアウォールで高度に保護され、会社のオフィスにあるスマートコンピューターに保存されているモデルを想像してみてください。今、会社の従業員は彼のシンプルなデスクトップでリモートでデータにアクセスする必要があります。

このモデルでは、従業員のデスクトップがクライアントになり、オフィスにあるコンピューターがサーバーになります。

＃3）コミュニケーション媒体 ：コンピュータネットワークは、オフィスの従業員間の通信媒体の強力なセットアップを提供します。

ほぼすべての企業（2台以上のコンピューターを所有）は、すべての従業員が日常のコミュニケーションの大きな取引に一般的に使用する電子メール（電子メール）機能を採用します。

＃4）Eコマース： 今日、私たちの家の快適さで座ってオンラインショッピングをする傾向があります。

インターネットを介して消費者とビジネスを行うことは非常に便利であり、時間も節約できます。航空会社、書店、オンラインショッピング、ホテル予約、オンライントレーディング、および音楽ベンダーは、顧客が自宅からの買い物のしやすさを好むと感じています。

Eコマースの最も人気のある形式を次の図に示します。

ネットワークトポロジの種類

さまざまなタイプのネットワークトポロジについて、理解しやすいように図で説明します。

＃1）バストポロジ：

このトポロジでは、すべてのネットワークデバイスが1本のケーブルに接続され、データを一方向にのみ送信します。

利点：

• 費用対効果
• 小規模なネットワークで使用できます。
• わかりやすいです。
• 他のトポロジと比較すると、必要なケーブルは非常に少なくて済みます。

短所：

• ケーブルに障害が発生すると、ネットワーク全体に障害が発生します。
• 動作が遅い。
• ケーブルの長さに制限があります。

＃2）リングトポロジ：

このトポロジでは、各コンピューターはリングの形で別のコンピューターに接続され、最後のコンピューターが最初のコンピューターに接続されます。

各デバイスには2つのネイバーがあります。このトポロジのデータフローは単方向ですが、デュアルリングトポロジと呼ばれる各ノード間のデュアル接続を使用して双方向にすることができます。

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デュアルリングトポロジでは、2つのリングがメインリンクと保護リンクで機能するため、一方のリンクに障害が発生した場合、データはもう一方のリンクを流れ、ネットワークを存続させ、自己修復アーキテクチャを提供します。

利点：

• インストールと拡張が簡単です。
• 膨大な交通量データの送信に簡単に使用できます。

短所：

• 1つのノードに障害が発生すると、ネットワーク全体に影響します。
• リングトポロジではトラブルシューティングは困難です。

＃3）STARトポロジー：

このタイプのトポロジでは、すべてのノードがケーブルを介して単一のネットワークデバイスに接続されます。

ネットワークデバイスは、ハブ、スイッチ、またはルーターにすることができます。これらは中央ノードになり、他のすべてのノードはこの中央ノードに接続されます。すべてのノードには、中央ノードとの専用の接続があります。中央ノードはリピーターとして動作でき、OFC、ツイストワイヤーケーブルなどで使用できます。

利点：

• セントラルノードのアップグレードは簡単に行えます。
• 1つのノードに障害が発生しても、ネットワーク全体に影響はなく、ネットワークはスムーズに実行されます。
• 故障のトラブルシューティングは簡単です。
• 操作が簡単。

短所：

• 高コスト。
• 中央ノードに障害が発生すると、すべてのノードが中央ノードに依存しているため、ネットワーク全体が中断されます。
• ネットワークのパフォーマンスは、中央ノードのパフォーマンスと容量に基づいています。

＃4）メッシュトポロジ：

すべてのノードはポイントツーポイントトポロジで別のノードに接続され、すべてのノードは相互に接続されています。

メッシュトポロジを介してデータを送信するには、2つの手法があります。 1つはルーティングで、もう1つはフラッディングです。ルーティング技術では、ノードは、最短パスを使用して送信元から宛先にデータを転送するために必要なネットワークに従って、ルーティングロジックに従います。

フラッディング技術では、同じデータがネットワークのすべてのノードに送信されるため、ルーティングロジックは必要ありません。ネットワークはフラッディングの場合に堅牢であり、データを失うことはほとんどありませんが、ネットワーク上で不要な負荷が発生します。

利点 ：

• 頑丈です。
• 故障は簡単に検出できます。
• 非常に安全

短所 ：

• 非常に高価です。
• インストールと構成は難しいです。

＃5）ツリートポロジ：

ルートノードがあり、すべてのサブノードがツリーの形でルートノードに接続されているため、階層が形成されます。通常、3つの階層レベルがあり、ネットワークの必要に応じて拡張できます。

利点 ：

• 障害検出は簡単です。
• 要件に応じて、必要に応じていつでもネットワークを拡張できます。
• メンテナンスが簡単。

短所 ：

• 高コスト。
• WANに使用する場合、保守が困難です。

コンピュータネットワークの伝送モード

これは、ネットワークを介して接続された2つのノード間でデータを送信する方法です。

送信モードには3つのタイプがあり、以下で説明します。

＃1）シンプレックスモード：

このタイプのモードでは、データは一方向にのみ送信できます。したがって、通信モードは単方向です。ここでは、データを送信するだけで、それに対する応答を受け取ることは期待できません。

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例 ：スピーカー、CPU、モニター、テレビ放送など。

＃2）半二重モード：

半二重モードとは、データを単一の搬送周波数で両方向に送信できることを意味しますが、同時に送信することはできません。

例 ：トランシーバー–この場合、メッセージは両方向に送信できますが、一度に送信できるのは1つだけです。

＃3）全二重モード：

全二重とは、データを両方向に同時に送信できることを意味します。

例 ：電話–それを使用する両方の人が同時に話したり聞いたりできる電話。

コンピュータネットワークの伝送媒体

伝送メディアは、発信元と宛先の間で音声/メッセージ/ビデオの形式でデータを交換するためのメディアです。

OSI層の最初の層、つまり物理層は、送信メディアから受信者にデータを送信したり、あるポイントから別のポイントにデータを交換したりするための伝送メディアを提供するという重要な役割を果たします。これについては、さらに詳しく調べます。

ネットワークの種類、設置のコストと容易さ、環境条件、ビジネスの必要性、送信者と受信者の間の距離などの要因に応じて、データの交換に適した伝送媒体を決定します。

伝送メディアの種類：

＃1）同軸ケーブル：

同軸ケーブルは、基本的に互いに平行な2本の導体です。銅は主に同軸ケーブルの中心導体として使用され、実線の形にすることができます。それは、シールドが外側の金属で包まれているPVC設備に囲まれています。

外側の部分は、ノイズに対するシールドとして、また回路全体を完成させる導体として使用されます。最も外側の部分は、ケーブル全体を保護するために使用されるプラスチックカバーです。

これは、単一のケーブルネットワークで10Kの音声信号を伝送できるアナログ通信システムで使用されていました。ケーブルTVネットワークプロバイダーも、TVネットワーク全体で同軸ケーブルを広く使用しています。

＃2）ツイストペアケーブル：

これは最も人気のある有線伝送媒体であり、非常に広く使用されています。同軸ケーブルよりも安価で設置が簡単です。

これは2つの導体（通常は銅が使用されます）で構成され、それぞれが独自のプラスチック絶縁体を持ち、互いにねじれています。 1つは接地され、もう1つは送信者から受信者に信号を伝送するために使用されます。送信と受信には別々のペアが使用されます。

ツイストペアケーブルには、シールドなしツイストペアケーブルとシールド付きツイストペアケーブルの2種類があります。通信システムでは、4対のケーブルを組み合わせたRJ45コネクタケーブルが広く使用されています。

帯域幅容量が大きく、データと音声レートの高い接続を提供するため、LAN通信と電話の固定電話接続で使用されます。

＃3）光ファイバーケーブル：

に 光ファイバケーブル は、反射率の低い透明なクラッド材料で囲まれたコアで構成されています。それは信号がそれらの間を移動するために光の特性を使用します。したがって、光は、ファイバを導波路として機能させる内部全反射の方法を使用してコアに保持されます。

マルチモードファイバには、複数の伝搬経路があり、ファイバのコア径は広くなっています。このタイプのファイバーは、主に建物内ソリューションで使用されます。

一方、シングルモードファイバでは、単一の伝搬パスがあり、使用されるコアの直径は比較的小さくなります。このタイプのファイバーは、ワイドエリアネットワークで使用されます。

光ファイバは、シリカガラスまたはプラスチックで構成される柔軟で透明なファイバです。光ファイバは、ファイバの両端間で光の形で信号を伝送するため、同軸ケーブルやツイストペアケーブルや電気ケーブルよりも長距離および高帯域幅での伝送が可能です。

この場合、金属線の代わりにファイバーが使用されるため、信号は送信機から受信機への信号の損失が非常に少なく、電磁干渉の影響を受けません。したがって、その効率と信頼性は非常に高く、また非常に軽量です。

光ファイバケーブルの上記の特性により、これらは長距離通信用の電線よりもほとんどの場合好ましいです。 OFCの唯一の欠点は、設置コストが高く、メンテナンスも非常に難しいことです。

無線通信メディア

これまで、送信元から宛先に信号を伝送するための通信に導体またはガイド付きメディアを使用し、通信目的の物理メディアとしてガラスまたは銅線を使用する有線通信モードを研究してきました。

物理的な媒体を使用せずに電磁信号を伝送する媒体は、無線通信媒体または無誘導伝送媒体と呼ばれます。信号は空中で放送され、それを受信する能力を持っている人なら誰でも利用できます。

無線通信に使用される周波数は3KHzから900THzです。

ワイヤレス通信は、以下の3つの方法に分類できます。

＃1）電波：

送信周波数が3KHz〜1GHzの信号を電波と呼びます。

これらは全方向性です。アンテナが信号を送信すると、すべての方向に信号を送信します。つまり、送信アンテナと受信アンテナを互いに位置合わせする必要はありません。電波信号を送ると、受信特性のあるアンテナならどれでも受信できます。

その欠点は、信号が電波を介して送信されるため、誰にでも傍受される可能性があるため、分類された重要なデータの送信には適していませんが、送信者が1人で受信者が多い目的で使用できることです。

例： AM、FMラジオ、テレビ、ページングで使用されます。

＃2）マイクロ波：

送信周波数が1GHzから300GHzの信号をマイクロ波と呼びます。

これらは一方向の波です。つまり、信号が送信側アンテナと受信側アンテナの間で送信されるときは、両方を調整する必要があります。マイクロ波は、送信側アンテナと受信側アンテナの両方が両端で互いに位置合わせされているため、電波通信よりも干渉の問題が少なくなります。

マイクロ波伝搬は見通し内通信モードであり、アンテナが取り付けられたタワーは直接見通し内にある必要があるため、適切な通信を行うにはタワーの高さを非常に高くする必要があります。マイクロ波通信には2種類のアンテナが使用されます。 パラボラアンテナとホーン 。

マイクロ波は、その単方向特性により、1対1の通信システムで役立ちます。したがって、衛星および無線LAN通信で非常に広く使用されています。

マイクロ波は同じ時間間隔で数千の音声データを伝送できるため、長距離通信にも使用できます。

マイクロ波通信には2つのタイプがあります。

1. 地上マイクロ波
2. 衛星マイクロ波

マイクロ波の唯一の欠点は、それが非常に高価であるということです。

＃3）赤外線：

送信周波数が300GHzから400THzの信号を赤外線と呼びます。

高周波の赤外線は部屋に浸透できず、デバイス間の干渉を防ぐため、短距離通信に使用できます。

例 ：隣人による赤外線リモコンの使用。

結論

このチュートリアルを通じて、コンピュータネットワーキングの基本的な構成要素と、今日のデジタル世界におけるその重要性について学習しました。

ここでは、ネットワーク内のさまざまなタイプのノードを接続するために使用されるさまざまなタイプのメディア、トポロジ、および伝送モードについても説明しました。また、建物内ネットワーク、都市間ネットワーク、およびワールドワイドウェブ（インターネット）にコンピューターネットワークがどのように使用されているかも見てきました。

次のチュートリアル

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