| English | 意味 |
|---|---|
| collision/kəˈlɪʒn/ | 衝突 |
| topology/təˈpɒlədʒi/ | トポロジー |
| bus/bʌs/ | バス |
| bandwidth/ˈbændwɪdθ/ | 帯域幅 |
| star/stɑː/ | スター型 |
| switch/swɪtʃ/ | スイッチ |
| mesh/meʃ/ | メッシュ型 |
| fault-tolerant/fɒlt ˈtɒlərənt/ | 耐故障性 |
| packet/ˈpækɪt/ | パケット |
| network interface card/ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | ネットワークインターフェースカード |
| MAC address/mæk əˈdres/ | MACアドレス |
| wireless network interface card/ˈwaɪələs ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | ワイヤレスネットワークインターフェースカード |
| hub/hʌb/ | ハブ |
| wireless access point/ˈwaɪələs ˈækses pɔɪnt/ | 無線アクセスポイント |
| bridge/brɪdʒ/ | ブリッジ |
| repeater/rɪˈpiːtə/ | リピーター |
| router/ˈruːtə/ | ルーター |
| IP address/ˌaɪ ˈpiː əˈdres/ | IPアドレス |
| routing table/ˈraʊtɪŋ ˈteɪbl/ | ルーティングテーブル |
| packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | パケットスイッチング |
| network address translation/ˈnetwɜːk əˈdres trænˈsleɪʃn/ | ネットワークアドレス変換 |
| DHCP/ˌdiː eɪtʃ siː ˈpiː/ | DHCP |
| firewall/ˈfaɪəwɔːl/ | ファイアウォール |
| full-duplex/fʊl ˈdjuːpleks/ | フルデックス |
| CSMA/CD/ˌsiː es em ˈeɪ ˌsiː ˈdiː/ | CSMA/CD |
パーティラインだったケーブル
- 最初のEthernetは1973年に、Xeroxの研究ビルを蛇行して通る一本の同軸ケーブルでした。すべてのコンピューターが同じワイヤーに接続し、そこに送信しました。
- 2台が同時に送信すると両方のメッセージが破損するため、設計者は丁寧な会話からルールを借用しました：まず聞き、衝突したら停止し、ランダムな時間待ってから再送します。
- このルールは現在もカリキュラムに含まれていますが、現代のネットワークでは配線を組むことで衝突が発生しないようにしています。
- この授業では、ネットワークの構造、それを動かすボックス、そしてワイヤーを共有するためのEthernetのルールについて学びます。
4つのトポロジー
- ネットワークのトポロジーとは、ノードとリンクの配置方法のことです。
- バス: 全機器が1本の共有ケーブルに接続され、両端にターミネータがあります。安価ですが、ケーブルが故障するとLAN全体が機能しなくなり、より多くの機器が帯域幅を共有するにつれ性能が低下します。
- スター: 各機器が独自のカベルで中央スイッチに接続されています。ケーブルの故障は1台の機器に影響しますが、スイッチの故障はすべてを止めます。現在の最も一般的なLANです。
- メッシュ: 全機器が他の機器と直接接続されており、複数のパスがあるため、障害時にトラフィックを迂回できます。耐故障性が非常に高いですが、大量の配線が必要です。ハイブリッドはこれらを組み合わせたもので、各オフィスにスター、オフィス間をメッシュで接続します。
バス、スター、メッシュ: 1本のケーブル、1つの中心、あるいは多数のパス
ネットワークトポロジーを比較する
4つのトポロジーをタップして確認する。それぞれコスト、速度、故障時の耐性でトレードオフがある — 各トポロジーで何が起こるとネットワーク全体が停止するかを確認しよう。
各トポロジーをその定義する特徴にマッチさせよ。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
バス型は1本の共有ケーブルを使用し、スター型は中央のスイッチを使用し、メッシュ型は多数の経路を持ち、ハイブリッド型はそれらを組み合わせる。
スター型トポロジーにおいて、あるデバイスのケーブルが故障した場合どうなるか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
各デバイスは中央のスイッチへ独立したリンクを持っているため、ケーブルの故障はそのデバイスだけに影響する。（もしスイッチが故障すれば、すべて停止する。）
トポロジーごとのパケットの伝送
- バス: 送信者がパケットを共有ケーブルに乗せます。全機器が受け取りますが、宛先アドレスが一致するものだけが受理します。一度に1回の送信なので、衝突が発生します。
- スター: 送信者はパケットをスイッチに渡します。スイッチは宛先アドレスを読み取り、その機器へのケーブルのみへ転送します。他のペアは同時に通話できます。
- メッシュ: パケットは利用可能な複数のパスのうち1つに沿ってノードからノードへ転送されます。リンクがダウンしている場合は別のパスが使用されます。
スター型トポロジーにおいて、パケットはPC AからPC Bへどのように送られるか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
スイッチは宛先MACアドレスを読み取り、1つのポートへ転送するため、他のペアも同時に通話できる。
worked example: トポロジーの正当性を説明する
- 30台のPCを持つ学校のコンピュータルーム。 スター: ケーブルの故障は1台のPCのみに影響し、新しいPCを追加すればスイッチへのケーブルが1本増えるだけ。スイッチにより衝突が生じません。
- 病院の重要システム。 メッシュ: リンクの故障は迂回されるため、単一故障でトラフィックが停止することはありません。
- コストが最優先の3台間の臨時リンク。 バス: ケーブル1本とスイッチ不要。
- 「スタートポロジーを描け」という指示は、中央にスイッチがあり、そこから各機器へ1本の線が伸びている形を意味します。リングや鎖のような形ではありません。
各状況に最適なトポロジーをマッチさせよ。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
スター型はケーブル故障を隔離し、メッシュ型は故障を迂回し、バス型は1本のケーブル以外にない。
LANハードウェア
- ネットワークインターフェースカード (NIC) は、デバイスがネットワーク上で送受信できるようにし、固有の48ビットMACアドレス MACを持ちます。ワイヤレスデバイスはワイヤレスネットワークインターフェースカード (WNIC) を使用します。
- スイッチ はフレームを宛先MACアドレスのポートのみへ転送します。廃止されたハブ はすべてのポートにフレームをコピーしました。ワイヤレスアクセスポイント (WAP) はワイヤレスクライアントが有線LANに接続できるようにします。
- サーバー は他機にサービスを提供します；ブリッジ は2つのLANセグメントを1つのネットワークに結合します；リピータ は弱まった信号を受信し、元の強度で再送信してケーブルの範囲を延伸します。
スターの中心にあるスイッチ
スイッチが宛先MACアドレスを読み取り、1つのポートへ転送します
NICの固有で固定された48ビットハードウェアアドレスを______アドレスという。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
MACアドレスはネットワークインターフェースカードに焼き付けられている。（DHCPはIPアドレスを割り当てるが、これは変更可能である。）
スイッチとハブの違いは何か？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
スイッチは各フレームを宛先のポートのみへ送信する（効率的で安全）。ハブは全ポートへコピーしていた。IPによるルーティングはルーターの役割である。
スイッチはハブより賢明であり、各フレームを全ポートではなく宛先対応のポートのみへ送信する。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
これにより、スイッチ付きネットワークは従来のハブベースのネットワークよりも高速かつ安全である。
LANの物理的な範囲を拡張または接続するデバイスはどれか？すべて選べ。
難易度 2/5 · 140 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
リピーターはケーブルの伝送距離を延ばし、ブリッジは2つのセグメントを接続し、WAPはワイヤレスクライアントを追加する。NICは1台のデバイス内部にある。
worked example: WNICの機能を説明する
- 4点満点の解答形式。各行に1点。
- デバイスのデータをラジオ信号に変換し、受信したラジオ信号をデータに戻します。
- デバイスの固有のMACアドレスを持ち、フレームを宛先に指定できます。
- デバイスをワイヤレスアクセスポイントに接続し、合意されたチャネルと周波数を使用してワイヤレスプロトコルに従います。
WNICはデバイスのデータを______信号に変換し、再び元に戻す。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
無線変換、MACアドレス、アクセスポイントへの接続、およびワイヤレスプロトコルの順守が、試験で列挙される4つの機能である。
ルーター
- ルーター は異なるネットワークを接続し、通常はLANとインターネットの境界付近でデータ entre them之间を転送します。
- パケットの宛先IPアドレスを読み取り、ルーティングテーブルを用いて適切なポートから出力します。これがパケットスイッチングであり、1つのメッセージのパケットは異なる経路をたどり、宛先で順序立てて再構成されます。
- 家庭用ルーターはネットワークアドレス変換（NAT）も行い、複数のプライベートアドレスが1つのパブリックアドレスを共有できるようになります。DHCPを実行してプライベートアドレスを割り当て、不要な着信トラフィックに対するファイアウォールとして機能します。
スイッチはLAN内のMACアドレスを処理し、ルーターはネットワーク間のIPアドレスを処理します
ルーターの主な仕事は:
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
ルーターはネットワークを接続し（例：LANとインターネット）、宛先IPとルーティングテーブルを使用してパケットを転送する。
イーサネット
- イーサネットは有線LANの標準規格です。ツイストペアや光ケーブルで接続されたデバイス間で、送信元と宛先のMACアドレスを含むフレームとしてデータを送信します。
- 共有メディア上では2台のデバイスが同時に送信でき、信号同士が干渉して互いに破損します：これをコリジョンと言います。
- 現代のスウィッチドイーサネットは、各デバイスとスイッチの間にフルデュプレックスの点对点リンクを使用するため、コリジョンは発生しませんが、それを処理するプロトコルも依然として学習対象となります。
CSMA/CD
- CSMA/CDとは、キャリアセンス・マルチアクセス・コリジョン検出のことです。
- キャリアセンス: 送信前にラインを監視し、混雑している場合は待機します。マルチアクセス: 多数のデバイスがメディアを共有します。
- コリジョン検出: 送信中も継続してラインを監視します。コリジョンが発生した場合は送信を停止し、すべてのデバイスに知らせるための短いジャム信号を送り、ランダムバックオフ時間を待ってから再送信を試みます。このランダムな待機時間が、同じ2台のデバイスが再び衝突することを防ぎます。
聴く、送信する、検知する、ジャム送出する、バックオフする、再試行する
共有ケーブル上で送信したいデバイスにおけるCSMA/CDの手順を正しい順序で並べ替えよ。
難易度 3/5 · 200 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
キャリアセンス → 送信 → 干渉検出 → ジャム → ランダムバックオフ。ランダムな待機時間は、両方のデバイスが即座に再度干渉することを防ぐ。
演習例：CSMA/CDの3つのタスク
- 共有イーサネット上のデバイスが如何に送信し、コリジョンを処理するか説明せよ。[3]
- デバイスはラインを監視してキャリアを検出し、ラインが空いている時にのみ送信します。
- 送信中にコリジョンの有無を常に確認し続けます。
- コリジョンが発生したら停止し、ジャム信号を送り、ランダムな時間を待って再送信します。これら3つのタスクが3点満点に対応します。
干渉後、CSMA/CDは両方のデバイスが再送信前に同じ固定時間を待たせる。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
バックオフはランダムである。もし両方が同じ時間を待った場合、再送信した瞬間に再び干渉する。
見落としやすいポイント
- スイッチは1つのネットワーク内でMACアドレスに基づいて転送し、ルーターはネットワーク間でIPアドレスに基づいて転送します。これらを交換するとどちらの場合でも失点します。
- スター型トポロジーにおいて、スイッチが単一故障ポイントであり、ケーブルではありません。
- バックオフ時間はランダムです。固定された待機時間では、同じ2台のデバイスが繰り返し衝突してしまうためです。
- ハブはスイッチではありません。すべてのフレームをすべてのポートへ送信するため、廃止されています。
理解できましたか
- バス: 1本の共有ケーブル・スター: 1つのスイッチ、最も一般的・メッシュ: 多数の経路、耐障害性・ハイブリッド: 組み合わせ；コスト、信頼性、故障時の影響範囲に基づいて正当性を示す
- NIC/WNICは48ビットのMACアドレスを保持します；スイッチはフレームを1つのポートに転送します；WAP、サーバー、ブリッジ、リピーターはそれぞれ1つの役割を持ちます
- ルーターはネットワークを接続し、IPアドレスとルーティングテーブルを用いてパケットを転送し、NAT、DHCP、ファイアウォールも提供します
- CSMA/CD: 聴く、聴きながら送信する、コリジョン時にはジャム送出してランダムなバックオフを待つ；スウィッチドフルデュプレックスイーサネットにはコリジョンなし