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ルーティング＆スイッチング技術（H3C）① - コンピュータネットワークの概要
教科書：『ルーティング・スイッチング技術の詳細解説と実践』 H3N大学編、清華大学出版局
コンピュータネットワークの概要
1.1 コンピュータネットワーク
コンピュータ ネットワーク: コンピュータ ネットワークは、相互接続された自律型コンピュータの集合です。
自律性とは、各コンピュータが自律性を持ち、他のコンピュータによって制御されないことを意味し、相互接続とは、通信媒体を使用してコンピュータを接続し、相互通信の目的を達成することを意味します。
平たく言えば、コンピュータネットワークとは、地理的に異なる地域に分散した独立したコンピュータと専用の外部装置を通信回線で接続し、大規模で強力なネットワークシステムを形成し、多数のコンピュータが相互に情報を容易に転送したり、情報をやり取りしたりできるようにするネットワークシステムです。情報やリソースを共有します。
1.2 コンピュータネットワークの基本機能
- リソースの共有
- 分散処理と負荷分散
- 総合情報サービス
1.2.1 リソースの共有
- リソースはソフトウェア リソースとハードウェア リソースに分けられます
- ソフトウェア リソースには、デジタル情報、メッセージ、音声、画像など、さまざまな形式のデータが含まれます。
- ハードウェア資源には、プリンタ、FAX（ファックス）、モデム（モデム）などのさまざまなデバイスが含まれます。
インターネットの出現により、双方がいつでもどこでも時間と空間の壁を越えて通信し、情報を送信し、リソースを共有できるようになりました。
1.2.2 分散処理と負荷分散
分散処理と負荷分散: コンピュータ ネットワークを通じて、大量の処理タスクを世界中に点在するコンピュータに分散できます。
例: 大手 ICP (インターネット コンテンツ プロバイダー) は大量のネットワーク トラフィックを抱えており、より多くのユーザーが自社の Web サイトにアクセスできるようにするために、同じコンテンツを含む WWW (World Wide Web) サーバーを世界中の複数の場所に配置しています。 ;ある技術を利用することで、異なる地域のユーザーが最も近いサーバーにある同じページを閲覧できるようにすることで、各サーバーの負荷分散を実現し、通信距離を短縮することができます。
1.2.3 総合的な情報サービス
統合情報サービス: 一連のシステム上で統合情報サービスを提供します。
多様化する発展の流れのもと、電子メール（E-mail）、IP電話、ビデオ・オン・デマンド（VOD）、オンライン取引（Eマーケティング）、ビデオ会議（ビデオ会議）など、新しい形態のネットワーク・アプリケーションが次々と登場しています。 . 待ってください。
現在広く使用されている IP 電話は、伝送プロトコルとして IP を使用し、ネットワーク技術を通じて音声を IP ネットワークに統合し、IP ベースのネットワーク上での音声通信を可能にし、長距離電話のコストを大幅に節約し、音声サービスの種類を充実させます。同様に、ビデオ情報も IP ネットワークに統合して送信できるため、ビデオ電話やビデオ会議などのアプリケーションが可能になります。
2. コンピュータネットワークの進化
- 1837 年、米国のサミュエル FB モースと英国のチャールズ ホイートストンとウィリアム クックが電信機の発明を主導しました。各文字は、異なる長さの電気パルス信号として定義されます。
- 1876 年、アレクサンダー グラハム ベルは、電線を介して音声を送信する機能をさらに実現し、最初の電話システムの構築に成功しました。
- 1945年、世界初の電子計算機ENIAC（Electronic Digital Computer）が誕生
- 1946年。ベル研究所のジョン・バーデクン、ウォルター・ブラッテン、ウィリアム・ショックレーは真空管をトランジスタに置き換えた
- より多くの計算やタスクをバッチで処理するために、人々は従来の電話回線を使用し、端末 (テレタイプライター、トランシーバーなど) を使用してコンピューターにリモート アクセスすることを検討し始め、コンピューター ネットワークのプロトタイプであるホスト コンピューターが開発されました。相互接続フォーム。
2.1 ホスト相互接続期間
- ホスト相互接続は1960 年代初頭に出現し、コンピュータ ネットワークの初期のプロトタイプでした。
- ホスト間の低速シリアル接続に基づくオンライン システム。
- 端末は電話回線を利用してコンピュータにアクセスしますが、コンピュータはデジタル信号を送受信するため、電話回線はアナログ信号を送信するため、端末とホストの間にデジタル/アナログ変換を行うモデムを追加する必要があります。
- その主なタスクは、リモート端末とコンピュータ間の接続を通じて、アプリケーションの実行、リモート印刷、データ サービスなどの機能を提供することです。
- 電話通信の接続コストを削減するために、端末とモデムの間にコンセントレータ(Concentrator) を追加することでポートの再利用が実現され、ホストは直接占有する電話ネットワーク接続回線の数を減らします。
- 例: IBM の SNA (システム ネットワーク アーキテクチャ)。ネットワーク内の SNA ゲートウェイは、メインフレーム コンピュータへのエンドツーエンド アクセスを提供します。現在、私の国の多くの銀行ネットワークは SNA 構造を使用しています。
- 短所: 電話通信ネットワークは、コンピュータや端末からのデータの送信には適していません。
第一に、ユーザーが支払う通信回線料金は、回線が占有されている時間に基づいて計算され、請求時間全体にわたって、コンピューターのデータが伝送路上にバースト的かつ断続的に表示されます。第二に、コンピューターとさまざまなデータによって
、端末の通信速度は大きく異なり、種類、仕様、速度が異なる端末間で通信することは困難です。
対策: データは一時的にいくつかのバッファに保存され、送受信される前に処理されるため、コンピュータ通信には効果的なエラー制御技術の採用と、コンピュータ通信に適した新しい技術の発見が必要です。
2.2 LAN時代
- 1970 年代、ビジネス コンピューティングの複雑さにより、多数の端末デバイスのリソース共有と共同操作が必要となり、多数のローカル コンピュータ デバイスをネットワーク接続する必要が生じ、ローカル エリア ネットワーク (LAN) が使用されました。生まれる。
- 今日のネットワークで使用されている主な LAN テクノロジーはイーサネットです。
1973 年に、Xerox同社の Robert Metcalfe 博士 (イーサネットの父) がオリジナルのイーサネットを提案し、実装しました。と
DEC、製品規格の開発に協力しました。この規格は、当初3 社の名前の頭文字を取ってDIX Ethernetと名付けられました。その他の一般的な LAN テクノロジーには、IBM のブランド リング テクノロジーなどがあります。IntelXerox - LAN の出現により、ビジネス ユーザーの高額なコストが大幅に削減されました。
2.3 インターネット時代
単一のローカル エリア ネットワークでは、ネットワークの多様性の要件を満たすことはできません。1970 年代後半には、異なる地域に分散したローカル エリア ネットワークを相互に接続するワイド エリア ネットワーク技術が徐々に開発されました。1983 年、ARPANET は、TCP (伝送制御プロトコル) および IP (インターネット プロトコル) プロトコルを主要なプロトコル クラスターとして採用し、大規模なネットワーク相互接続を可能にしました。別々のローカル エリア ネットワークが接続されてインターネットが形成されました。」
2.4 インターネット時代
1980 年代と 1990 年代は、ネットワーク相互接続の発展期でした。この間、ARPANET ネットワークの規模は世界中の無数の企業、キャンパス、ISP (インターネット サービス プロバイダー)、個人ユーザーを含めて拡大し続け、最終的には、図に示すように、世界の隅々まで広がる今日のインターネットに発展しました。図中 1-5に示すとおりです。1990 年に、ARPANET は正式にインターネットに取って代わられ、歴史の舞台から退きました。インターネットに参加する機関や個人がますます増えており、インターネットは急速に発展しています。
3種類のコンピュータネットワーク
3.1 地域の状況に応じた分類
コンピュータネットワークは次のように分類できます。
- ローカルエリアネットワーク(LAN)
- 首都圏ネットワーク (MAN )
- ワイド エリアネットワーク(WAN)。
3.1.1 ローカルエリアネットワーク (LAN)
- ローカル エリア ネットワークは通常、数キロメートルの範囲(機関、キャンパス、工場)内で特定の媒体を介して相互接続できる通信デバイス(コンピュータ、プリンタ、オーデム、またはその他のデバイス)の集合を指します。
- ユーザー自身がプライベートアドレスを利用して構築するネットワークです。
- 分類: メディア アクセス制御方式の観点からは、共有 LAN 1とスイッチド LAN 2に分類でき、メディアの観点からは、有線と無線に分類できます。
- 特徴：高いデータ伝送速度（10Mbps～100Gbps）、小さい伝送遅延（数十マイクロ秒）、低いビットエラー率。
- 利点: LAN の配布範囲が非常に狭いため、① 管理と構成が容易、② シンプルかつ規則的なトポロジの形成が容易、③ ネットワーク遅延が小さい (通常、数十マイクロ秒未満)、④ 高いデータ伝送速度、⑤ 信頼性の高い伝送、⑥ 柔軟性があります。トポロジーは
、限られたエリア内での情報交換と共有を実現するための代表的かつ効果的な方法として広く使用されています。 - アプリケーション: 通常は組織によって所有され、企業オフィスまたは企業内のパーソナル コンピューターとワークステーションを接続して、リソース (プリンター、データベースなど) を共有し、情報を交換するためによく使用されます。
3.1.2 首都圏ネットワーク (MAN)
- シティ エリア ネットワーク (メトロポリタン エリア ネットワーク)は、都市内に確立されたコンピュータ通信ネットワークを指します。
- 規模: 中規模、LAN と WAN の間、通常は都市内のネットワーク接続 (約数十キロメートル)。
- 技術: 現在、主に IP 技術と ATM 技術が使用されており、
首都圏ネットワークは首都圏ネットワーク部分と首都圏ネットワーク アクセス部分に分かれています。
首都圏ネットワーク部分は、事業者が計画、構築する事業者のネットワークであり、
大都市圏ネットワークのアクセス部分は、事業者、企業、建設業者、不動産管理部門が構築し、アクセス機能を提供し、ユーザーにローカルサービスを提供することができます。 。
3.1.3 ワイドエリアネットワーク(WAN)
- リモート ネットワークとも呼ばれる広域ネットワーク
- 範囲: 数十キロメートルから数千キロメートル、複数の国、地域、大陸をカバー
- 特徴: 遅いデータ送信 (通常の速度は 56Kbps ～ 155Mbps)、比較的大きな遅延 (数ミリ秒)、および柔軟性の低いトポロジ
- テクノロジー: WAN の通信サブネットは、公衆パケット交換ネットワーク、衛星通信ネットワーク、および無線パケット交換ネットワークを使用して他のシステムを相互接続できます。
速度が遅く、遅延が大きいため、Web サイトのアクセス サイトはデータの送受信のみを担当します。複雑な相互接続デバイス (スイッチ、ルーターなど) に依存してネットワーク管理を処理します。 - トポロジー: 分類は難しく、一般的にはメッシュ構造が使用されます。
3.2 ネットワークトポロジー
3.2.1 全体のディスプレイ (バス) トポロジー
3.2.2 スター型トポロジ
3.2.3 リングトポロジ
3.2.4 メッシュトポロジ
3.3 データ交換（データ伝送技術）
3.3.1 回線切替
3.3.2 パケット交換
コンピュータネットワークを測定するための 4 つの主要な指標
4.1 帯域幅
4.2 遅延
5つのネットワーク標準化団体
共有 LAN は通常、小規模オフィス環境またはホーム ネットワークで使用されます。共有 LAN では、すべてのデバイスがハブを介して接続され、共有 LAN はハブを介してすべてのデバイスにデータ パケットをブロードキャストします↩︎
スイッチド LAN は、大規模なオフィス環境や高帯域幅を必要とするアプリケーションに適しています。スイッチを使用してハブを交換します。スイッチド LAN は、スイッチを介してオンデマンドでターゲット デバイスにパケットを直接転送します。このアーキテクチャは、より高いネットワーク パフォーマンス、より優れたセキュリティ、より優れたネットワーク管理機能を提供しますが、より複雑で高価でもあります。↩︎