インターネットは、20 世紀における最大の通信発展の 1 つです。これにより、世界中の人々が数秒で相互に電子メールを送信できるようになり、特に 「コンピューター入門」.com の記事を読むことができるようになります。もちろん、これはルーターなしでは不可能であり、ルーターは何をするのかという疑問が生じます。
私たちは皆、家庭やオフィスに入るインターネットのさまざまな部分 ( Web ページ、電子メール メッセージ、テキスト メッセージ、ダウンロードされたファイル、インターネットを動的で価値のあるメディアにするストリーミング データ) を見ることに慣れています。しかし、ルーターがなければ、これらの部品はいずれもコンピューターに到達しません。この記事では、ルーターが何をするのか、そしてその役割がインターネットの存在を可能にする主な役割をどのように担っているのかを正確に理解するのに役立ちます。
有線ルーターまたは無線ルーターの役割
国の反対側にいる友人に電子メールを送信するとき、メッセージが世界中の何百万台ものコンピュータの 1 つではなく、友人のコンピュータに送信されることをどのようにして知ることができるでしょうか?あるコンピュータから別のコンピュータにメッセージを送信する作業の多くはルーターによって行われます。ルーターは、ネットワーク内ではなくネットワーク間でメッセージを流す重要なデバイスだからです。
非常に単純なルーターが何を行うかを見てみましょう。地元のテレビ局向けにアニメーション3D グラフィックスを作成する小さな会社を想像してください。その会社には 10 名の従業員がおり、それぞれがコンピューターを持っています。従業員のうち 4 人はアニメーターで、残りは営業、経理、管理の職に就いています。アニメーターはプロジェクトに取り組む際に、非常に大きなファイルを大量に相互に送信する必要があります。これを行うには、ネットワークを使用します。
あるアニメーターが別のアニメーターにファイルを送信すると、非常に大きなファイルがネットワーク容量のほとんどを使い果たし、他のユーザーにとってネットワークの動作が非常に遅くなります。 1 人の集中ユーザーがネットワーク全体に影響を与える可能性がある理由の 1 つは、イーサネットの動作方法にあります。コンピュータから送信された各情報パケットは、ローカル ネットワーク上の他のすべてのコンピュータによって認識されます。次に、各コンピュータはパケットを検査し、それが自分のアドレス宛てのものであるかどうかを判断します。これにより、ネットワークの基本計画はシンプルに保たれますが、ネットワークのサイズやネットワーク アクティビティのレベルが増加するにつれて、パフォーマンスに影響が生じます。
アニメーターの仕事がフロント オフィスの人々の仕事に干渉しないように、同社は 2 つの別々のネットワークを設定しています。1 つはアニメーター用で、もう 1 つは会社のその他のメンバー用です。有線ルーターは 2 つのネットワークをリンクし、両方のネットワークをインターネットに接続します。
交通の誘導
ルーターは、会社のネットワーク上のいずれかのコンピュータから送信されたすべてのメッセージを確認できる唯一のデバイスです。この例のアニメーターが別のアニメーターに巨大なファイルを送信すると、ルーターは受信者のアドレスを調べて、アニメーターのネットワーク上にトラフィックを維持します。ただし、アニメーターが経費精算小切手について尋ねるメッセージを簿記係に送信すると、ルーターは受信者のアドレスを確認して、2 つのネットワーク間でメッセージを転送します。
ルーターがデータ パケットの送信先を決定するために使用するツールの 1 つが構成テーブルです。構成テーブルは、次のような情報の集合です。
- どの接続が特定のアドレス グループにつながるかに関する情報
- 使用される接続の優先順位
- トラフィックの日常的なケースと特殊なケースの両方を処理するためのルール
構成テーブルは、最小のルーターでは 6 行ほどの単純なものですが、大量のインターネット メッセージを処理する非常に大規模な有線ルーターでは、巨大なサイズと複雑さにまで成長する可能性があります。
接続されたデバイスへの情報の提供
したがって、ルーターには 2 つの別々の関連するジョブがあります。
- ルーターは、情報が不必要な場所に送信されないようにします。これは、大量のデータが「無実の傍観者」の接続を妨害しないようにするために非常に重要です。
- ルーターは、情報が意図した宛先に確実に届くようにします。
これら 2 つのジョブを実行する際、ルーターはネットワーク管理に非常に役立ちます。 2 つの別々のコンピュータ ネットワークを結合し、一方からもう一方へ情報を渡し、場合によっては 2 つのネットワーク間でさまざまなプロトコルの変換を実行します。また、ネットワークを相互に保護し、一方のトラフィックが他方に不必要に波及するのを防ぎます。
相互に接続されるネットワークの数が増えると、それらの間のトラフィックを処理するための構成テーブルが増加し、ルーターの処理能力が向上します。ただし、接続されているネットワークの数に関係なく、ルーターの基本的な操作と機能は変わりません。
パケットの送信
インターネット データは、 Web ページ、ダウンロードされたファイル、電子メールメッセージのいずれの形式であっても、パケット交換ネットワークと呼ばれるシステム上を移動します。このシステムでは、メッセージまたはファイル内のデータは、長さ約 1,500バイトのパッケージに分割されます。これらの各パッケージには、送信者のアドレス、受信者のアドレス、メッセージ全体におけるパッケージの位置、および受信側のコンピューターがパッケージが完全に到着したことを確認する方法に関する情報が含まれるラッパーが含まれます。
パケットと呼ばれる各データ パッケージは、利用可能な最適なルート (メッセージ内の他のすべてのパケットが通過する可能性のあるルート、またはメッセージ内の他のパケットがいずれも通過しない可能性があるルート) を介して宛先に送信されます。データ用に設計されたネットワークでは、パケット交換プランには 2 つの大きな利点があります。
- ネットワークは、ミリ秒単位でさまざまな機器間の負荷を分散できます。
- メッセージの転送中にネットワーク内の 1 つの機器に問題が発生した場合、パケットは問題を回避してルーティングされ、メッセージ全体が確実に配信されます。
データパケットのパス
インターネットの主要部分を構成するルーターは、データパケットの周囲の情報を参照し、データの送受信の遅延やさまざまな回線のトラフィックなどの回線状況を相互に通知するため、パケットが通過する経路を再構成できます。ネットワークの一部。ただし、すべてのルーターがそれほど多くのジョブを実行できるわけではありません。ルーターにはさまざまなサイズがあります。例えば：
- 2 台の Windows 98 ベースのコンピュータ間でインターネット接続の共有を有効にしている場合は、一方のコンピュータ (インターネットに接続されているコンピュータ) を単純なルーターとして使用していることになります。この場合、ルーターはデータを見て、あるコンピューター向けか別のコンピューター向けかを確認するだけで、ほとんど何もしないため、実行中の他のプログラムに大きな影響を与えることなく、システムのバックグラウンドで動作できます。
- 小規模オフィスのネットワークをインターネットに接続するために使用されるような、少し大きなルーターであれば、もう少し機能します。これらのルーターは、オフィス ネットワークのセキュリティに関するルールを頻繁に適用します (特定の攻撃からネットワークを保護しようとします)。十分なトラフィックを処理するため、通常はサーバー上で実行されるソフトウェアではなくスタンドアロン デバイスになります。
- インターネット上の主要なトラフィック ポイントでデータを処理するために使用される最大のルーターは、毎秒数百万のデータ パケットを処理し、ネットワークを最も効率的に構成するために動作します。これらのルーターは大規模なスタンドアロン システムであり、オフィスのサーバーよりもスーパーコンピューターとの共通点がはるかに多くあります。
ローカルエリアネットワークの認識
ルーターにとって重要なタスクの 1 つは、情報のパケットがいつローカル ネットワーク上に留まるかを知ることです。このために、サブネット マスクと呼ばれるメカニズムが使用されます。サブネット マスクはIP アドレスに似ており、通常は「255.255.255.0」となります。これは、最初の 3 グループの番号を共有するアドレスを持つ送信者と受信者を持つすべてのメッセージが同じネットワーク上にあり、別のネットワークに送信すべきではないことをルーターに伝えます。
例を次に示します。アドレス 15.57.31.40 のコンピュータが 15.57.31.52 のコンピュータにリクエストを送信します。すべてのパケットを参照するルーターは、送信者と受信者の両方のアドレス (15.57.31) の最初の 3 つのグループと一致し、パケットをローカル ネットワーク上に保持します。 (アドレスがどのように機能するかについては、次のセクションで詳しく説明します。)
データの送信先を知る
ルーターは、コンピューター ネットワークの「配管」を構成するいくつかのタイプのデバイスのうちの 1 つです。ハブ、スイッチ、ルーターはすべて、コンピューターまたはネットワークから信号を受け取り、他のコンピューターやネットワークに渡しますが、ルーターは、これらのデバイスの中で、通過するデータの各バンドルを検査し、正確にどこに送信すべきかを決定する唯一のデバイスです。行く。これらの決定を行うには、ルーターはまずアドレスとネットワーク構造という 2 種類の情報を知る必要があります。
友人が誕生日カードを自宅に届けるために郵送するとき、おそらく次のようなアドレスを使用します。
住所にはいくつかの部分があり、それぞれが郵便局の担当者が手紙をあなたの家まで運ぶのに役立ちます。郵便番号を使用するとプロセスを高速化できます。ただし、郵便番号がなくても、友人があなたの州、市、番地を記載していれば、カードはあなたの家に届きます。このアドレスは、誰かがあなたにメッセージを受け取る方法を記述しているため、論理アドレスと考えることができます。
論理アドレス
オフィス ネットワークでもインターネットでも、ネットワークに接続するすべての機器には物理アドレスがあります。これは、実際にネットワーク ケーブルに接続されている機器に固有のアドレスです。たとえば、デスクトップ コンピュータにネットワーク インターフェイス カード (NIC) が搭載されている場合、NIC には物理アドレスが特別なメモリの場所に永続的に保存されます。
この物理アドレスは MAC アドレス (Media Access Control の略) とも呼ばれ、それぞれ 3 バイトの長さの 2 つの部分があります。最初の 3 バイトは、NIC を製造した会社を識別します。 2 番目の 3 バイトは NIC 自体のシリアル番号です。
興味深いのは、コンピュータが同時に複数の論理アドレスを持つことができることです。もちろん、複数の「論理アドレス」によって 1 つの物理アドレスにメッセージが送信されることに慣れています。自宅にいるときは、住所、電話番号、自宅の電子メール アドレスがすべて機能してメッセージを届けます。これらは、単にさまざまな種類のメッセージ、つまりさまざまなネットワークに使用されるだけです。
コンピュータ ネットワークの論理アドレスもまったく同じように機能します。複数の異なるタイプのネットワークからのアドレス指定スキームまたはプロトコルを同時に使用している場合があります。インターネットに接続している場合 (これを読んでいるあなたもおそらくそうしているでしょう)、. の一部であるアドレスを持っていることになります。複数のファミリー コンピュータ間でファイルを交換するために小規模なネットワークを設定している場合は、Microsoft NetBEUI プロトコルも使用している可能性があります。
MACアドレス
コンピューターとネットワークの通信を支援するソフトウェアが MAC アドレスと論理アドレスの照合を行うため、どの機器の MAC アドレスも表示されない可能性が非常に高くなります。論理アドレスは、ネットワークがコンピュータに情報を渡すために使用するアドレスです。
Windows コンピュータのインターネット プロトコル (IP) で使用される MAC アドレスと論理アドレスを確認したい場合は、Microsoft が提供する小さなプログラムを実行できます。 [スタート] メニューに移動し、[ファイル名を指定して実行] をクリックし、表示されるウィンドウに WINIPCFG (Windows 2000/XP の場合は IPCONFIG/ALL) と入力します。灰色のウィンドウが表示されたら、「詳細情報」をクリックします。
ここには、インターネットへの接続がどのように確立されるかによって変わる多くの情報がありますが、物理アドレスは、プログラムによって照会されるアダプターの MAC アドレスです。 IP アドレスは、ISP またはネットワーク管理者によって接続に割り当てられた論理アドレスです。インターネット サイトのすべての名前を追跡するDNS サーバーなど、他のサーバーのアドレスが表示されます。
情報の確認が完了したら、「OK」をクリックします。自分のコンピュータの情報を他の人に渡す場合には、細心の注意を払う必要があります。あなたのアドレスと適切なツールを使用すると、状況によっては、悪意のある人物があなたの個人情報にアクセスし、 「トロイの木馬」プログラムを通じてシステムを制御する可能性があります。そして、マルウェアの話に着手するのはやめましょう。
プロトコルを理解する
ルーターの最初の最も基本的な仕事は、コンピューターに宛てられた情報の送信先を知ることです。国の反対側のメール ハンドラーが、あなたの家の場所を知らずにバースデー カードを送り続けるのに十分な知識を持っているのと同じように、電子メール メッセージをあなたに転送するルーターのほとんどは、あなたのコンピュータの MAC アドレスを知りません。しかし、彼らはメッセージを流し続けるのに十分な知識を持っています。
ルーターは、最も一般的なネットワーク プロトコルを理解できるようにプログラムされています。つまり、アドレスの形式、ネットワーク経由で送信されるデータの基本パッケージに含まれるバイト数、およびすべてのパッケージが宛先に確実に到着して再組み立てされることを確認する方法を知っていることを意味します。インターネットの主要な「バックボーン」の一部であるルーターにとって、これは毎秒何百万もの情報パッケージを見て、先に進むことを意味します。
最新のネットワークでは、すべての電子メール メッセージは小さな部分に分割されます。部品は個別に発送され、最終目的地に到着したときに再組み立てされます。個々の情報はパケットと呼ばれ、各パケットは一連のスイッチを通過する列車のように異なるパスに沿って送信できるため、この種のネットワークはパケット交換ネットワークと呼ばれます。
メッセージを追跡する
Microsoft Windows ベースのシステムを使用している場合は、コンピュータ上のプログラムを使用して、インターネット トラフィックに関与しているルーターの数を確認できます。このプログラムは と呼ばれ、その内容は、情報のパケットがあなたのコンピュータからインターネット サービス プロバイダを介して接続されている別のコンピュータに到達するまでにたどるルートを追跡します。
Traceroute を使用すると、名前を付けたり、IP アドレスを知っている他のコンピュータとの間にルーターが何台あるかを確認できます。国外のコンピューターにアクセスするのにどのくらいの手順が必要かを知るのは興味深いかもしれません。たとえば、自分のコンピュータと英国放送協会の Web サーバーの間にルーターが何台あるかを確認することにしました。結果はこうなりました。
大西洋の反対側にある Web サーバーに到達するのに、2 つの州離れたサーバーに到達するよりも 1 歩多くのステップが必要なだけであることがわかります。
ワイヤレスルーターとその先へ
イーサネット ケーブルに依存する時代は終わりました。ルーターは、より高速なインターネット速度、より広い範囲、より信頼性の高い接続に対する絶え間ない需要に後押しされ、過去数年間で大幅な進化を遂げてきました。最新のワイヤレス ルーターは、単にデバイスをインターネットに接続するという基本的な機能を超えています。
現在では、デュアルバンド機能やトライバンド機能などの高度な機能が装備されており、複数の周波数で同時にブロードキャストできるようになります。この進歩により、接続の品質を損なうことなく干渉が軽減され、より多くのデバイスをサポートできるようになります。
より高速なインターネットアクセス
複数のデバイスのパケット交換ネットワークは、これまで以上に動的になります。などの最新の Wi-Fi 標準の採用は、ワイヤレス ネットワーク テクノロジにおける極めて大きな変化を示しています。 Wi-Fi 6 ルーターは、多くのデバイスが接続されている環境でのデータ速度の高速化、容量の増加、パフォーマンスの向上を実現するとともに、デバイスの電力効率の向上を実現します。
さらに、ワイヤレス ルーターへのメッシュ ネットワーク テクノロジーの統合により、ホーム ネットワークに革命が起こりました。メッシュ システムは、複数のルーター ノードをシームレスに接続して家全体を Wi-Fi カバレッジでカバーすることにより、デッド ゾーンをなくし、大きな家全体に一貫した強力な Wi-Fi 信号を提供します。
ネットワークセキュリティの強化
無線ルーターの進化は、セキュリティ機能の強化にも反映されています。の台頭により、最新のルーターには、最先端の暗号化を提供する WPA3 などの堅牢なセキュリティ プロトコルが搭載されるようになりました。
さらに、多くのルーターには、VPN サポート、ペアレンタル コントロール、モバイル アプリを介してネットワーク アクセスを管理する機能が組み込まれており、平均的なユーザーにとってネットワーク管理がよりアクセスしやすく包括的になりました。この進化は技術の進歩を反映しているだけでなく、日常生活における接続デバイスへの依存の増大に対応する、よりユーザー中心の設計への移行も反映しています。
