リピータ・ブリッジ・ルーターの機能的違いについての考察

本記事の概要

ModemはModular(変調 アナログ→デジタル)とDemodular(復調 デジタル→アナログ)の頭をとってくっつけた造語であり、役割はダイアルアップとデータの変復調です。

ルーターはLANとLANを繋ぐこと、LANから別のLANまでのルーティング(道案内)が役割で、同一敷地内のLAN同士を結ぶ場合はローカルルーター、遠距離のLAN同士を結ぶ場合はリモートルーターと呼ばれ、モデムと異なり近距離であろうと遠距離であろうとデータ通信はすべてデジタルで行われTCP/IPというプロトコルを通して行われる。

ルーティングは8ビットx4=32ビット(4バイト)のアドレス空間を持つIP(IPv4)を元に行われ、32ビットはサブネットマスクによってネットワーク部とホスト部に分けられる。

リピータハブ(Unmanaged)はデータが接続されるすべての端末に送信しますが、スイッチングハブ(Managed)は宛先を判断して送信します。

モデムとルーターの機能の違い

昔(1990年代後半くらい)はインターネットに接続するにはモデムに電話回線を繋いでダイアルアップするというように、モデムの機能がはっきりしていた。そもそもModemはModular(変調 アナログ→デジタル)とDemodular(復調 デジタル→アナログ)の頭をとってくっつけた造語であり、PCのデジタルデータをアナログ回線である電話線に乗せて送信、または電話線に乗って送られてきたアナログデータをデジタル化して受信するするという役割であり、これは今でも基本的に変わっていない。

  1. ダイアルアップ
  2. データの変復調

この2つがモデムの役割であり、ダイアルアップによってPCがプロバイダのネットワークに参加(ログイン)することによりインターネットへの口まで到達する。

一方でルーターの基本的な役割はLANとLANを繋ぐこと、LANから別のLANまでのルーティング(道案内)をすることである。同一敷地内のLAN同士を結ぶ場合はローカルルーター、遠距離のLAN同士を結ぶ場合はリモートルーターと呼ばれるが、モデムと違うのは近距離であろうと遠距離であろうとデータ通信はすべてデジタルで行われTCP/IPというプロトコルを通して行われる。

日本で新入社員の頃に何度も暗唱して覚えさせられたOSI参照モデルというのがまさにそのネットワーク通信構造を7階層のプロトコルに分けたものである。「ブツ・デ・ネ・トラ・セ・プ・ア」と御経のように繰り返して覚えた頃が懐かしいが、IPがネットワークのルート選択のための規格で、TCPがデータ通信の規格になる。

  • 7. アプリケーション層(HTTP,FTP,DNS)
  • 6. プレゼンテーション層(HTTP,FTP,DNS)
  • 5. セッション層(HTTP,FTP,DNS)
  • 4. トランスポート層(TCP)
  • 3. ネットワーク層(IPルーティング)
  • 2. データリンク層(Ethernet)
  • 1. 物理層(UTPケーブル, ネットワークアダプタ)

ルーティングは32ビット(4バイト)のアドレス空間を持つIP(IPv4)を元に行われ、32ビットはサブネットマスクによってネットワーク部とホスト部に分けられる。高校の部活みたいやな。

  • 10進数表記
    アドレス     192.168.0.1
    サブネットマスク 255.255.255.0
  • 2進数表記
    アドレス     11000000.10101000.00000000.00000001
    サブネットマスク 11111111.11111111.11111111.00000000

上記の場合11000000.10101000.00000000がネットワークアドレスで00000001がホストアドレスとなり最大254台(0と255は使用できない)のPCを接続できる(クラスC)。ネットワーク全体を一つと考えた場合、これを小さなネットワークに分割する場合にルータが必要になり、分割されたネットワークがサブネットであると考えると分かりやすいと思う。

ネットワーク機器の種類

さて、ここまでは今はなき情報処理試験に必須の知識だが、近年のインターネット接続はブロードバンド(広帯域を利用した大体500Kbps以上のインターネット接続の総称、必ずしも無線とは限らない)が主流になり、モデムやルータにいろんな亜種が出ており非常に分かりにくい。

ブロードバンドモデム(無線が多い)=ワイヤレスモデム

IM2, Smart, Net-ZapなどWindowsの設定から「*99#」にダイアルアップ接続する

個人のインターネット接続用で携帯電話のキャリアのサービスを使う。USBカード型で携帯キャリアの電波の届くとこならどこでもネット接続が可能である。
2.5G(GPRS), 3G(EDGE), 3.5G(HSDPS), CDMAなど携帯電話の無線規格に対応したもの。

ダイアルアップルーター(電話線のみ)

ISDNの電話線接続の時代に使われたもので、ADSLに取って代わられた今はブロードバンドルーターを使用する。

ブロードバンドルーター

(ルータ機能は有線)
CentrinのADSL
アクセスポイント(無線LANの親機=無線ブリッジ)機能を合わせもつものはワイヤレスルーターとも呼ばれる。
プロバイダとのADSL接続をルータで、LAN上のPCからの接続をアクセスポイントで行う。

LAN側の回線として無線LAN機能を搭載したブロードバンド・ルーター
無線LAN機能を持つパソコンからのアクセスを受け付け,インターネット側のWAN回線(有線)にトラフィックを流すルーター

アクセスポイント

無線LANブリッジ接続機器だが、最近はルータ機能をもちワイヤレスルータとして多機能化している。

ワイヤレスルーター

ワイヤレス・ルーターは、インターネット接続のWAN回線の部分に無線を使うルーターのこと。「LAN側の通信」でなく,インターネットにつながる「WAN側の通信」に無線を利用するルータ。例えば我が家のアパートのインターネットはワイヤレスルーターを使ってプロバイダと無線接続している。2012年現在、インドネシアでは初期投資が安価に済むため大半のインターネット接続がワイヤレスルーターを用いたものである。

市販のワイヤレスルーターはルータ+アクセスポイント(無線LANブリッジ)+Switch(有線LANブリッジ)の3つの機能を兼ね備えるためブロードバンドルーターとほぼ同義。アクセスポイントとしてのみ使うのならルータ機能はオフにすべし。ワイヤレスでLAN同士を繋ぐという意味ではないので注意。このリピータ機能(WDS)を持つワイヤレスルータもある。

ルータ機能とは以下のの2種類である。

  1. 遠距離のLANと有線でWAN構築する
  2. プロバイダの電波をキャッチしてインターネットとWAN構築する

wirelessrouter

リピータからブリッジ,ルータへの発展

リピータ機能ついで脱線するが、ハブには

  1. リピータハブ(Unmanaged)
  2. スイッチングハブ(Managed)

がある。リピータハブは一台のパソコンから送られたデータを、接続されているすべてのパソコンに送るが、それに対して、スイッチングハブはデータを送る先を判断してデータを送る。リピーターハブの場合はLANの規模が大きくなったときに余分なデータの送信が多くなってしまう。

ネットワークにつながっているパソコンなどの機器が多くなった場合にはカスケード接続と呼ばれる、ハブとハブとを接続することもできるが、理論上、スイッチングハブ(ブリッジ機能)は無限に接続できるのに対し、リピータハブは10BASE-Tの場合4台まで、100BASE-TXの場合2台までの接続しかできない。

リピータは電気信号を中継するものであり、データの単位であるフレームは認識しない。単に物理的な距離を延長するだけである。リピータで接続したLAN同士は1本のLANだと考えてよい。ハブはリピータの応用製品でマルチポート・リピータである。つまりあるマシンから送信されたデータは、ハブの他のポートすべてに送られる。

ブリッジは片方のポートから入ってきたデータのあて先MACアドレスを見て、それが他方のポートに接続されているMACアドレスであれば、データを中継する。逆に入ってきたデータのあて先MACアドレスがそのポート側のものであれば、データを中継せずに廃棄してしまう。片方のLANに閉じるデータは、他方のLANに送出しないため、これによってトラフィックが制御されネットワーク全体の帯域を増やすことができる。これがリピータとブリッジの最大の違いであり

  1. リピータ接続機器=ハブ(電気信号の中継)
  2. ブリッジ接続機器=スイッチ(MACアドレスによる中継)

となる。

しかし接続するLANの数が増えたり、WANに接続したりするとブリッジだけでは問題が起きてくる。仮にインターネットがブリッジだけで構成されていたとしたら、自社とインターネットを接続する部分のブリッジのテーブルは、世の中のすべてのマシンのMACアドレスによって随時更新される。また世の中のどこかのマシンが出したブロードキャスト・データは、すべて社内に届いてしまう。

そこでIPアドレスの必要性が出てくるわけで、一言でいうとIPアドレスは,ネットワークを複数に分け,そのネットワーク間の中継を効率的に行うためのものである。そしてIPアドレスに基づく中継を行うLAN間接続機器がルーターである。

市販のネットワーク機器の分類

昔はモデムだのルーターだのハブだの専門分野ごとの単機能の機器ばかりだったので分かりやすかったのだが、最近の通信機器は多機能化の流れの中にあり、ネットワークの基本知識や言葉の定義をしっかり理解していないと、何がどんな機能をもっているのか訳分からなくなる。
これだけ押さえておけばマンガドゥアやアンバサドールを2倍楽しく歩ける(おおげさ)という基本知識をまとめてみました。

まずインドネシアのPC周辺機器のショップで市販されている通信機器は大雑把に分けて

  1. デジタル携帯電話規格に対応した機器
  2. LAN規格に対応した接続機器

の2種類がある。このうちややこしいのがLAN間接続機器であり、上述のとおりネットワーク技術の発展に伴いリピータ機能、ブリッジ機能、ルーター機能というニーズが生まれてきた。これは有線LAN規格(IEEE802.3)と無線LAN規格(IEEE802.11)に準じたものである。

ネットワーク機器の相関関係

WDSのリピータ機能

WDS「Wireless Distribution System」は無線親機間を無線で通信する機能のことで、リピーター機能、アクセスポイント間通信と呼ばれる場合もある。

リピーターは、単純に片方から送られてきた信号を片方に送出するだけなので、本来中継しなくてもよい信号も中継してしまう。OSI参照モデルでいう物理層(第1層)の中継機器がこれに該当する。

従来、複数の無線親機同士を接続する場合、有線ケーブルで接続する必要があったが、リピーター機能(WDS)対応無線親機同士であれば、「パソコン」-「無線親機」間だけでなく「無線親機」-「無線親機」間でも無線通信が可能である。

この機能により通信距離の延長、電波の届かない死角エリアへの中継が可能になるが、リピーター機能(WDS)で通信している無線親機に無線パソコンからの同時接続も可能であり、その場合、無線親機に負荷がかかり、通信速度が遅くなる場合がある。リピーター機能(WDS)で通信をする場合、すべての無線親機がリピーター機能(WDS)に対応している必要がある。