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LAN

目次 †

LAN †

　LAN（Local Area Network）とは、オフィスや大学のキャンパスなどの限定された範囲の地域でユーザーが主体的に管理・運営するネットワークである。

LANのメリットとデメリット †

• メリット
  • データの共有
    • 一台のマシンにデータを入れておけば他のPCからそれが利用できる。
  • ハードウェアの共有
    • 例えば、プリンタなどの周辺機器の共有が可能となる。
  • 複数マシンの接続
    • ルータを利用して、複数のPCでインターネットに接続できる。
• デメリット
  • セキュリティの低下
    • スタンドアローンで使えば、セキュリティは高いまま維持できる。しかし、LANを構築することで、必然的に別のコンピュータからDoSアタック・sniffing・侵入が行われる可能性が生じる。
  • コリジョン（衝突）の発生
    • データの衝突により、ネットワークが重くなる。

LANの規格 †

　IEEE802.3で定められたLANの伝送速度に関する規格が10BASE/100BASE規格である。Ethernetはこの規格に準拠している。そのため、IEEE802.3方式のLANはほぼEthernetと同じ意味に使われ、日本のLANの約8割がこの方式だといわれている。

　しかしながら、IEEE802.3のフォーマットは、Ethernetのフォーマットとほとんど同じだが、ひとつだけ違う点がある。その違いとは、送信元アドレスの直後のフィールドである。Ethernetの場合はそこにデータのタイプが指示されるが、IEEE802.3の場合はそこに長さを指示される。このため、IEEE802.3とEthernetはお互いに通信できない。ただし、同じ物理メディアを共用することは可能である。

LANのシステム構成の分類 †

　機能的には、ピアツーピア型とクライアントサーバー型に分類できる。

ピアツーピア型 †

　サーバー専用の機器がない構成。接続されているすべての機器が対等の立場で、クライアントにもサーバーにもなれる。

クライアントサーバー型 †

　LANに接続された機器が処理を依頼する機器（クライアント）と依頼された処理を実行する機器（サーバー）と明確に機能分けされている構成。

LANのネットワークアーキテクチャ †

LAN間接続の方式 †

リピータ接続 †

ブリッジ接続 †

ルーター接続 †

ゲートウェイ接続 †

LANのセグメント化 †

　より有効に帯域幅を使用してトラフィックを軽減する方法のひとつとして、LANのセグメント化がある。LANをセグメント化することにより、すべてのネットワークインタフェースを交換しなくても、ユーザーの使用できるネットワークの帯域幅を増やすことが可能になる。

リピーターによるLANのセグメント化 †

　リピーターはコリジョンドメイン*1を延長してしまう。

ブリッジによるLANのセグメント化 †

　ブリッジを使用することで、各セグメント上のユーザーは、各セグメントで使用できる帯域幅が増加するというメリットがもたらされる。ただし、ブロードキャストフレームは転送されるので注意。

ルーターによるLANのセグメント化 †

　ルーターは、リピーターやブリッジと同様に、ネットワークを拡張することができ、それと共にエラーの含まれたフレームを遮断することもできる。また、ブロードキャストフレームも転送しないので、ブロードキャストの影響範囲を限定することができる。この影響範囲をブロードキャストドメインという。

スイッチによるLANのセグメント化 †

　スイッチはハードウェアにより高速なフレームの転送を実現する中継機器である。OSI参照モデルの階層のうち、どの階層のパケットを処理するかによって、レイヤ2スイッチ・レイヤ3スイッチ・レイヤ4スイッチなどがある。主にLAN内での高速フレームの転送に使われるので、一般的にはハブのような形をしていてネットワークを接続するためのポートを複数持っている。特に、レイヤ2スイッチはスイッチングハブと呼ばれ、宛先の物理アドレス（Ethernetの場合ならMACアドレス）に基づいてパケットを目的のポートへと転送する。

　各ポートがコリジョンドメインを形成しており、各々のポートに接続しているPCやワークステーションを使用しているユーザーは、最大限の帯域幅を利用することができる。

LAN内におけるデータの伝送 †

　LAN内ではデータ送信の際に各々のNICに独自に与えられたMACアドレスが利用されます。このMACアドレスとIPアドレスを相互変換するにはARPプロトコルが利用される。ARPフレームをLAN内のすべてのPCに送る（これをブロードキャストという）ので、その応答パケットなどで通信が妨げられる可能性がある。

　よって、これを防止するためにARPプロトコルにはMACアドレスをARPテーブルに一時的に保持するARPキャッシュというものが使われる。

フレーム †

　フレームとは、LANにおいてデータリンク層におけるデータ伝送の単位である。フレームはハードウェア情報などで構成されている。

LANと応答時間 †

　応答時間とは、LANシステムなどにおいて、端末機（クライアント）から欲しいデータを要求してから返答が帰ってくるまでの時間である。

　その応答時間には、次の時間が含まれる。

1. 要求がサーバー（親機）に到着するまでの時間
2. 親機での待ち時間
3. 親機での処理時間（サービス時間）
4. 親機から端末までに到着するまでの時間

　通常LANシステムでは、ローカル環境に接続されているので（同じ部屋やフロア内という意味）、親機と端末の距離が近いので、1と4の時間は省略できると考えられる。しかし、WANを含む場合は1と4の時間は無視できない。

　2の親機での待ち時間は、待ち行列の計算における平均待ち時間（Wq）に他ならない。

　また、3のサービス時間は、平均サービル率μの逆数となる。

　したがって、総合する応答時間は、次のように表すことができる。

（応答時間）＝Wq＋1/μ

　ちなみに、応答時間は系内に滞在している時間と考えて、特にWの文字を使って表すこともある。

LANとセキュリティ †

想定されるアタック †

• sniffing
• ARPスプーフィング
• タッピング
• DoSアタック

LAN工事 †

　LANのケーブルとして同軸ケーブルやLAN用または電話とLANが共有できるツイストペア線などが使われる。そして、そのケーブルの配線の整理に分岐ボックスや通信アウトレットが使われる。さらに、各フロアーのLANをつなぐために配線パネルを使う。この配線パネルによって、PBXやボタン電話の配線も整理統合できる。

LANの配線 †

• 床下配線
• 天井裏配線

床下配線 †

• フリーアクセスフロアは、床下に電力・通信用配線および空気調和設備などの機器を収納する床（二重床）で、床下への配線作業が容易にできる構造を有する。

天井裏配線 †

• 天井からワイヤプロテクタを介して一旦床下を通して、19インチラックへ配線される。
  • ワイヤプロテクトとは、プラスチック製品で、室内でケーブルを床や壁に敷設したときにケーブルを収容・保護し、見た目をよくするためのものである。

ケーブルあれこれ †

　LANの工事ではカテゴリー3*2以上のツイストペア線を使う。これはLANと電話の共有が可能だからである。また、将来どちらかの線が足りなくなったら、余っている方を振り向けられるので、将来性・自由度・保守性の高い工事が可能となる。

　ここでは、例としてカテゴリー3以上の線を用いた具体的な工事の例を見ていく。

　LANの配線とそのアクセス（通信の仕方）を定めたLANの方式にEthernetと呼ばれるものがある。Ethernet型LANは一番よく使われるので、皆さんも聞いたことがあるかもしれない。

　そのEthenet型LANのひとつの方式に、カテゴリー3を用いたジャンルが存在する（カテゴリー4,5を用いたジャンルもある）。それが10BASE-Tである。10BASE-Tの「10」は1秒間に10Mビットのデータをやりとりすること意味し、「BASE」はデジタル値の0と1で通信すること（これをベースバンド方式という）を意味する。

LANケーブルの接続 †

○一般家庭

[ハブ]=====[LAN端末]

○企業など　

[ハブ]=====[ パッチパネル ]=====[ パッチパネル ]=====[ モジュラーコネクタ ]=====[LAN端末]

=====というのが10BASE-Tケーブル

　上記に10BASE-TにおけるハブとLAN端末間の配線を示しまた。

LANケーブル vs ISDNケーブル †

　ISDNのモジュラーケーブルと10BASE-Tのモジュラーケーブルには違いがある。どちらもコネクタ部分を見ると8つの穴（ピン）がある。つまむ部分を上にして、右からピン番号を1,･･･,8と名付ける。

　10BASE-Tのモジュラーケーブルでは2対のツイストペア線が使われていることはすでに述べた。実はISDNのモジュラーケーブルも同様に2対のツイストペア線を使う。違いをはっきりつかむには、もう少し詳しく見ていく必要がありそうだ。

　10BASE-Tのモジュラーケーブルの場合、2対のうち1対目は送信データ用（信号線名TD+とTD-があります。TDはトランスミットデータのこと）、残りの1対は受信データ用（信号線名RD+とRD-があります。RDはレシーブデータのこと）である。

　一方、ISDNのモジュラーケーブルの場合、SA,SB,RA,RBの4つがある。

　よって、ISDNのモジュラーケーブルと10BASE-Tのモジュラーケーブルの違いはこの4つのピン番号が対応していないことである。これを次の表に示す。

　さらに、ISDNのモジュラーケーブルにはストレートケーブルしか存在しない一方、10BASE-Tのモジュラーケーブルにはクロスケーブルとストレートケーブルの両方が存在する点でも異なる。

ストレートケーブルとクロスケーブル †

　ストレートケーブルは両端のピン番号がそのまま対応している。ISDNのモジュラーケーブルで言えば、DSU側ローゼットとTA側のそれぞれのピン番号が変わらないのである。よって、片方のコネクタの1番ピンをたどっていけば、もう片方のコネクタの1番ピンに対応する。ケーブルの途中において、その内部で線がねじれていないとイメージすればよいでだろう。具体的に言えば、ハブを経由してPC2台でやりとりする場合はストレートケーブルを用いる。

　クロスケーブルは両端のピン番号が対応せず、内部の線がねじれたようになっているケーブルである。よって、片方のコネクタの1番ピン（TD+）をたどっていけば、もう片方のコネクタの3番ピン（RD+）に対応する。同様に、2番ピンは6番ピンに対応する。逆も同様である。具体的に言えば、にハブを介さず、直接PC2台を接続するときに使われる。
　また、2台のハブを介するときもその間でクロスケーブルを使う。これはハブ内でストレートしているハブの場合である。一方、ハブによってはハブ内でクロスしているものもある。これの場合はハブ間をストレートケーブルを使う必要がある。ハブが内部でクロスしているかどうかを確認するには（カスケードの）コネクタ差込口の下周辺の記号に着目します。「X」という記号があれば、内部でクロスしている。また、「＝」という記号があれば、内部はストレートである。よって、前者の場合はハブ間でストレートケーブル、後者の場合はハブ間でクロスケーブルを使うことになる。

カテゴリーによるツイストペア線の分類 †

パッチパネル †

　パッチパネルは配線の管理区間を分割管理するための大切な部分に当たる。パッチパネル間の配線にはクロス配線を用いず、ストレート配線で統一すると後々混乱しなくて済む。また、パッチパネルを用いる利点がもうひとつある。それは配線の変更で100MbpsのLANなどの他の方式を採用しようとしたとき、すぐに対応できる点である。

　よって、次の4つの事柄を念頭において、パッチパネルを導入するとよいだろう。

• 将来の通信技術に対する対応性
• フロアー、システム変更に対する柔軟性と即時対応性
• 障害切り分け、復旧性
• 経済性

LANネットワークの拡大 †

　LANは次のようなネットワーク機器で拡大・分割される。

• リピーターハブ
• スイッチングハブ
• ブリッジ
• ルーター
  • ブルーター

配線の距離とハブの関係 †

　広いフロアや建物である場合、1本のケーブルだけではどうしても距離が足りなくなるだろう。100BASE-Tの場合、0.5φの導体（24AWG）で100mまでしか利用できない。このように距離が足りなくなったら、リピーターハブと呼ばれる中継装置を利用することによって、単純に電気的延長を実現できる。これは電話の世界の専用線中継装置に対応するLAN用製品である。

　スイッチングハブもリピーターハブの性能を包括しているので、スイッチングハブを中継することによって、延長させることができる。しかしながら、介することができるスイッチングハブの数は4つまでと決まっている。

[PC]=====[スイッチングハブ]=====[スイッチングハブ]=====[スイッチングハブ]=====[スイッチングハブ]=====[PC]

[補講]ケーブルの長さを自動的に調べる装置もあるので、メジャーで図る必要はない。このような装置は断線も調べることが可能である。

オフィス内のLANとフロアー工事 †

　オフィス内のLANは次の3つに分類される。

• 構内を結ぶ通信の中心線と言える基幹LAN
• 基幹LANとフロアー内の配線を結ぶ支線LAN
• フロアー内の配線となるフロアーLAN

基幹LAN †

　階と階をつなぐ大規模LANである。例えば、複数の階がある会社では基幹LAN、支線LAN、フロアーLANで構成される。

　基幹LANには次の2つが求められる。

• 信頼性
• 高速性

支線LAN †

　同じ階で部屋と部屋を結ぶ中規模LANである。例えば、1階建ての会社は支線LANとフロアーLANだけで構成される。

　支線LANには次の3つが求められる。

・信頼性 ・高速性 ・工事性

フロアーLAN †

　同じ部屋の中のコンピュータを結ぶ小規模LANである。例えば、ワンフロアーや家庭内ではフロアーLANだけで構成される。

　フロアーLANには次の4つが求められる。

・保守性 ・工事性 ・通信制 ・経済性

　802.3方式のLANは簡易なアクセス方式であるCSMA/CD方式の採用によって、経済性・工事性・保守性が特徴となっている。これが802.3方式がフロアーLANの主流になった要因である。また、この方式を採用するサードベンダーやメーカーが多いため、品揃えが豊かで、競争による低価格化が進んだことも大きな要因といえる。

通信路の通信性確認 †

通信性の確認 †

1. ケーブルの工事の確認
   • 結線ミス（断線）
   • 配線場所
   • 減衰量
   • ノイズ
   • ケーブル長
2. 実通信の確認
   • LANの送通信量（衝突）
   • パケットのアドレスの確認

断線検出 †

　目で見えない配線内部の断線、誘導ノイズなどをチェックするにはケーブルテスターを用いる。

　一般にケーブルテスターは断線やケーブル長の確認を特定パルスの反射の原理を用いて検出する。断線箇所は抵抗が無限大なので、パルスが反射してくるのが原理である。イメージするならば、「やまびこ」である。

　しかし、接触不良のような場合で特性インピーダンスのズレが少ないとき、反射が検出できない場合がある。そのようなときは、特性インピーダンスを調べて問題の箇所を特定する。

　実通信の確認の基礎は、LAN上の通信データの発信元アドレスと宛先アドレスの確認である。LAN上の終末はデータの配達先の番地として、MACアドレスを使う。そのMACアドレスが発信元アドレスや宛先アドレスに使われる。このような製品はLANモニターとして販売されている。

LAN工事の注意 †

・LANケーブルポートは確保しても、PCの電源の数が足りないといったことが起こらないようにする。

LANとWAN †

　コンピュータネット枠は接続範囲別にLANとWANに分類される。

• LAN(Local Area Network)
  • ある建物または敷地内で構成された構内通信網。
• WAN(Wide Area Newwork)
  • 電気通信事業者*3が提供するサービス（回線）を使用して構築されたネットワーク。

[補講]広い範囲に渡って構築されたネットワークであっても、電気通信事業者のサービスを利用していなければLANになる。　◇

LANとWANの違い †

参考文献 †

• 『2001　エレコム総合カタログ』
• 『TCP/IP セキュリティ』
• 『徹底解説　LAN工事実践テクニック』
• 『用語からカンタンにわかるインターネットセキュリティ』
• 『図解雑学　IP電話』
• 『平成16年度　情報セキュリティアドミニストレータ合格教本』
• 『待ち行列がわかる本』
• 『未来へつなぐデジタルシリーズ3　情報ネットワーク』
• 『徹底攻略　1週間でCCNAの基礎が学べる本』
• 『ネットワーク超入門講座　第2版』