第4回目 光ファイバケーブル

光ファイバは、コンピュータの電気信号を光信号に変換して伝送する通信ケーブルの一種です。

光ファイバはコアと呼ばれる屈折率が高い素材を核とし、クラッドと呼ばれる屈折率が低い素材でコアの周囲を包み込んだ構造をしています。コア素材には石英ガラスやプラスチックが使われます。コアとクラッドの屈折率の違いから、境界面で光が全反射することを利用してコア内部に光を閉じ込めて、光の道路を自由に曲げることができます。複数の光ファイバケーブルを1本に集めても干渉しないため超遠距離通信ができます。光信号は電気信号に比べてはるかに多くのデータを一度に伝送できるため、超高速データ通信が可能です。

シングルモード、マルチモード

光ファイバの伝送距離は、コア径(ファイバの直径)により違います。コア径が小さいほど長距離の伝送が可能です。シングルモードファイバ(Single Mode Fiber:SMF)、マルチモードファイバ(Multi Mode Fiber)に大別されます。

SMF(シングルモードファイバ)

ファイバのコア径は9μm程で、1種類の光信号(モード)のみを伝送します。ファイバー内を進むレーザー光は1種類のモードしか存在しないため、分散を起こすことなく高速で長距離伝送が可能です。ファイバーが細いため折り曲げに非常に弱くケーブルの取扱が難しくコストが高い。

MMF(マルチモードファイバ)

ファイバのコア径は50μmまたは62.5μmとシングルモードファイバより大きく、複数の光信号(モード)を伝送します。ファイバ内の光信号は全反射を繰り返しながら進むため、光が多くのモードに分散して伝送されることから信号の到達時間に微妙なズレが生じ、低速で短距離伝送となります。ファイバが太いため取り扱いが比較的容易で安価です。

 

第3回目 ケーブルの種類

ネットワークを構成するケーブルは種類があります。一般的なケーブルとコネクタの種類と特長を紹介します。

ツイストペアケーブル

ツイストペアケーブルは、8本の芯線を2本ずつより合わせて4対のケーブルです。これによってノイズの発生と影響が抑えられます。通信可能な距離を延長し、「より対線」とも呼ばれて、LANで最もよく使われています。

UTPとSTPケーブル

ツイストペアケーブルはシールドの有り無しによって2種類に分類されます。

  • UTP(UnShielded Twisted-Pair)・・・・シールド保護なし
  • STP(Shielded Twisted-Pair) ・・・・・シールド保護付き

シールドは、より線の周りを囲んだ絶縁体のことです。これによってノイズの影響を抑える効果があります。その分コストが高くなります。一般的なオフィスや家庭ではUTPが使われ、STPはノイズの発生源が多い工場や研究所のような特殊な環境で使われます。

カテゴリ

ツイストペアケーブルは次の表の様に、いくつかのカテゴリに分けられて規格化されています。LANで使用されるものはカテゴリ3以上になります。

カテゴリ 伝送速度 最大周波数 適用範囲
1 20kbps  規定なし 電話線(4線2対)、コネクタは電話用(RJ-11)
2 4Mbps  1MHz ISDN、デジタルPBX、低速データ通信用
3 16Mbps 16MHz 10BASE-T、トークンリング
4 20Mbps 20Mbps トークンリング(16Mbps)
5 100Mbps 100Mbps 100BASE-TX
5e 1Gbps 100Mbps 1000BASE-T、Cat5よりも性能が高い
6 1.2Gbps 250Mbps 1000BASE-T、10GBASE-T(ただし、最大ケーブル長は55m)
6a 10Gbps 500Mbps 10GBASE-T、Cat6よりも安定した通信が可能
7 10Gbps 600Mbps 10GBASE-T、シールドがされたSTPケーブル

 

カテゴリは伝送速度を高速にするための方法によって分類されています。数字が大きほど高品質で高速伝送が可能です。上位カテゴリのケーブルで下位カテゴリのケーブルの代替えが可能です。

RJ-45コネクタ

ツイストペアケーブルの両端にRJ-45(Registered-Jack-45)という規格コネクタが使われます。NICやネットワーク機器に差し込んで接続します。

1本のツイストペアケーブルを分解してみると、8本の色分けされた導線が入っています。EIA/TIA-568規格により、配線ペア、何番目のスロットに結線されるか決められています。T568-A、T568-Bの2つの規格があります。

【EIA/TIAピン配列】

1 2 3 4 5 6 7 8
T568-A 白/緑 白/橙 白/青 白/茶
T568-B 白/橙 白/緑 白/青 白/茶

 

芯線の色は規格によって一部異なりますが、ポート番号が

1-2、3-6、4-5、7-8

とそれぞれペアになってより合わせられます。これによって8本の芯線で電気信号が流れます。

ストレートケーブルとクロスケーブル

ツイストペアケーブルにはストレートケーブルクロスケーブルの2つに大別されます。

・ストレートケーブル:ケーブルの両端を同一のピン配列で結線したケーブル。ストレートスルーケーブルとも言われる。
・クロスケーブル:ケーブルの両端を異なったピン配列で結線したケーブル。クロスオーバーケーブルとも呼ばれる。

100BASE-TXと10BASE-Tの通信では1,2,3,6番ピンを接続する2対みのを使用します。

ストレートケーブル

ストレートケーブルは同じピン配列ですので、画像は割愛いたします。

クロスケーブル

▼▽▼▽▼▽100BASE-TX▼▽▼▽▼▽

▼▽▼▽▼▽1000BASE-T▼▽▼▽▼▽

画像を見ると混乱するかもしれませんが、
より線のペアになっている、

1-2、3-6、4-5、7-8

のピン配列が入れ替わります。

MDIとMDI-X

実際にケーブルを使う場合にストレートかクロスのどちらかを判断する場合、接続するデバイスの組み合わせによって決まります。モジュラージャック(ポート)へは、各ピンへの信号が割り当てによってMDI(Medium Dependent Interface)とMDI-X(Medium Dependent Interface X)の2種類があります。

  • MDI:<送信>1・2ピン端子、<送信>3・6ピン端子
  • MDI-X:<送信>3・6ピン端子、<送信>1・2ピン端子

電気信号の衝突を避けるために、送信側から送出された電気信号を、受信側で着信できるように接続しなければなりません。従ってMDIとMDI-Xを接続するときはストレートケーブル、MDIとMDIまたはMDI-XとMDI-Xを接続する場合はクロスケーブルを使います。

タイプ ノード
MDI コンピュータ(NIC)、ルータ
MDI-X リピータハブ、スイッチ

 

異なる階層の機器同士を接続する場合はストレートケーブル、同じ階層同士の機器を接続する場合はクロスケーブルを使います。

第2回目 トポロジ

トポロジとはコンピュータやネットワーク機器の接続状態の事です。トポロジには種類があり、どのトポロジを使うかには利用するプロトコルによって決められています。

LANとWANで使われる代表的なトポロジを紹介します。

バス型

バス型のトポロジは1本のバスと呼ばれるケーブルに各コンピュータなどの機器(ノード)を接続します。バス型には同軸ケーブルが利用され、両端にはターミネータ(終端抵抗)を取り付けてケーブルの端に到達した電気信号が反射して通信の妨げになるのを防ぎます。

バス型は全てのノードが1本のケーブルを共有するために1箇所でも切断されるとネットワーク全体が機能しなくなります。また拡張性にも欠けるため、現在は利用されていないトポロジです。

スター型

スター型のトポロジは1つの集線装置を中心に、その他のノードをケーブルで接続します。集線装置にスポーク状にリンクが接続されるため、ハブ・アンド・スポークとも呼ばれます。

スター型では1本のリンクが断線しても影響を受けるのはそのリンクを使用したノードだけで、その他のノードは影響を受けることなく通信し続ける事ができます。スター型は扱いやすく、拡張性も高いため現在のLAN構築で一般的に使われるトポロジです。

ネットワークに接続するノードが多い場合、集線装置同士を接続してスター型を拡張します。このようなトポロジを拡張スター型と言います。

リング型

リング型のトポロジは、隣り合うノード同士をリング状に接続します。トークンリングやFDDIなどがこのトポロジを使います。

リング内はトークンと呼ばれる信号が同一方向で周回しています。データはトークンに付加されて送信され各ノードを順番に巡回します。自分宛てのデータを受け取ったノードはトークンからデーターを受け取ります。このトポロジはノードが同時にデータを受信することによる衝突が発生しない利点があります。

メッシュ型

メッシュ型のトポロジは、複数のノードを網目状に接続する構成です。主にWANで接続される接続形態になります。「フルメッシュ」と「バーチャルメッシュ」の2つに大別されます。

フルメッシュ型のトポロジは全ての拠点を相互に接続して直接通信をします。特定のリンクやノードに障害が発生しても、他のリンクやノードを経由して通信を継続します。フルメッシュ型は高い冗長性を持ち、最も信頼性が高いトポロジです。コストが高くなることが弱点です。

バーチャルメッシュ型のトポロジは、重要な拠点だけを相互に接続し直接接続されない部分があります。フルメッシュ型に比べてリンク数が少なくすることができ、コストを抑えることが可能になります。一定の信頼性の両立が取れます。

第1回目 ネットワーク概要

ネットワークとは、複数のコンピュータや電子機器をケーブルや電波などで相互に接続し、電子情報をやりとりする仕組み。正式にはコンピュータ・ネットワークと呼ばれる。欠かせないインフラの一部になっている。

ネットワーク構成要素

コンピュータ・ネットワークを構成する物理的な要素に、ノードリンクがあります。
ノードはネットワークを構成する一つ一つの要素を表します。スイッチやルータなどのネットワーク機器、ネットワークに接続されたコンピュータやプリンタなどを総してノードと言います。
ノード間はリンクで接続されます。

LANとWAN

ネットワークは接続範囲によってLANとWANの2種類に分類することが出来ます。

LAN

LAN(Local Area Network)は、限られた狭い範囲におけるネットワークです。建物や敷地内など限られた範囲にある機器を接続して構築されたネットワークを表します。

WAN

WAN(Wide Area Network)は遠方のLANとLANを相互に接続したネットワークです。企業であれば本社と支社との接続がWANに相当します。WANは電気通信事業者がサービスするWANや、インターネットプロバイダを利用して通信をやり取りします。

インターネット

インターネット(The Internet)は、世界中の様々なネットワークを通信規格であるTCP/IPによって相互接続した巨大な世界規模のネットワークです。インターネットは誰でも自由に利用することが出来き、パソコンだけではなく携帯電話、スマートフォン、ゲーム機、PDAから接続して情報のやり取りを行います。

インターネットに接続する際はISP(Internet Service Provider)の事業者と契約する必要があります。インターネットの技術を使って構築された企業内ネットワークをイントラネットと呼びます。イントラ(intra)とは”内部の”という意味を持ちます。

関連会社なども含めて外部のネットワークを経由して構成されるネットワークをエクストラネットと呼びます。