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データ伝送 ~ パケット・ルーティングとは ~

項までの解説のとおり、インターネット上では様々なサービスが利用できます。WWWシステムでウェブページを閲覧したり、電子メールで情報交換したり、ファイルをダウンロードしたりすることができす。

ただ、それぞれに共通して言えることは、インターネットを利用して何かを行うということは、データ伝送 が不可欠だということです。

例えば、WWWシステムでHTMLファイル(ウェブページ)を閲覧するための通信プロトコル「HTTP」では、WWWサーバからウェブページのデータを自分パソコンに伝送してもらう必要がありますし、「電子メール」であれば当然、データ伝送が行われて相手に届くわけです。

また、ファイル転送伝送専用のプロトコルである「FTP」、ネットニュース、Telnetなどのインターネットのあらゆる要素は、もともとデータ伝送をするためにネットワーク化したものから派生しているのです。

このようにインターネットのサービスを利用するということは、必ずデータ伝送をともなっているわけです。

少し補足をしますが、前項で解説したFTPは、「ファイル転送」でした。「データ伝送」との違いはほとんどありませんが、あえて違いを設けた方がわかりやすいので、1対1に近い特定の相手との通信が「転送」で、それよりも広い意味でデータをある場所からある場所へ移動させることを「伝送」として解説します。

ファイルとデータの違いは、以下で詳しく解説しますが、ファイルよりも小さい単位で伝送するためです。したがって、ファイル単位でのダウンロードを「ファイル転送」、それも含めた広い意味での「データ伝送」と理解してください。(ファイル転送については、ファイル転送のプロトコル で詳しく解説します)

さて、それではデータはどのようにネットワーク上を伝送されて行くのでしょうか?

インターネット上でデータを送受信する方法は、大別して2通りあります。まず一つは、

回線交換方式

と呼ばれるデータ伝送方式です。回線交換方式は電話と同じようなもので、通信相手を特定して1対1の通信を行います。

このため、通信経路が確定してから通信が行われるので、送られるデータ自体に送信先に関する情報を持たせる必要がなく、データの送受信はシンプルなものになります。

しかしこの方式では、回線を占有してしまう ため、同時にたくさんのユーザーが接続するインターネットなどのネットワークには適していません。

もう一つは、

パケット交換方式(パケット通信)

と呼ばれるデータ伝送方式です。「パケット」という言葉は、携帯電話の「パケット通信料」といったフレーズなどで耳にしたことがあると思います。

パケットとは「小包」の意味で、小さなデータの固まりのことです。つまりパケット交換方式とは、

データを小さなパケットに分割して伝送する

という方法です。データを分割することによって、回線交換方式のデメリットであった「回線を占有してしまう」という問題を解決することができます。

なぜなら、各パケットは、同じ経路を伝送する必要はない ので、それぞれのパケットが自由に通信経路を選択して、効率よくデータを届けることができるからです。つまり、

各パケットがそれぞれ空いている回線を選択して利用するので、回線を占有しない

ということです。

そもそも、ファイルとは で解説のとおり、データの最少単位は0と1の2進数であり、私たち人間が扱うためには「ファイル」という形にまとまっている必要がありました。

しかし、「ファイル」というサイズではデータ伝送には大きすぎるので、パケットという単位に分割して伝送するというわけです。

小さく分割した無数のパケットは、大雑把に言えばバラバラの経路で送信先に届けられ、そして送信先で元のひとつに合体します。

なぜこのようなことが可能なのかというと、一つひとつのパケットには、

送信先や送信元の情報など、データ内容とは異なる性質の情報が付加されている

からです。言わばパケットには必ず送信先の情報が書かれた別紙が添付されていて、それぞれが参照しながら同じ目的地に到着するのです。この情報のことを、

ヘッダ情報

と言います。パケットには必ずこのヘッダ情報が記述されており、ヘッダ情報に従ってパケットはそれぞれ道順が異なっても同じ目的地に到着することができます。

ヘッダ情報は、パケットの先頭部分に記述されています。その先頭部分を「ヘッダ」と言います。

ヘッダ情報が付加されているおかげで、途中経路の一部に障害があって伝送できない場合は、他のルートを通って送信先に届けたり、パケットの到着順序が違っていても、正しい順序で組み立てられるといった柔軟な伝送方式となるのです。

こうして、回線を占有してしまうことを防ぎ、同時にたくさんのユーザーがネットワーク上でデータを伝送することが可能になりました。

すなわち、

インターネットは、パケット交換方式で通信されている

ということです。(すべてパケット交換方式というわけではありません)

インターネットなどのネットワークでは、多数の人が同時に使えてこそ利用価値が高まるのであって、特にインターネットで回線を占有することは、大変な障害となります。

パケットに分割して送信することで、多数のユーザーが同時にデータを送受信できることや、また、同一の経路を使わなくても、様々なルートを通ってデータを伝送することも可能になりました。

経路が選択可能であるということは、

ネットワークの規模が大きくなるほど効果を発揮する

ので、インターネットには不可欠な技術と言えます。

下図は、どのくらいのパケットが送受信されているかを表示したウィンドウです。Windows Vistaでは、「コントロールパネル」→「ネットワークとインターネット」→「ネットワークと共有センター」→「ネットワークの管理」→「ローカルエリア接続」アイコンをダブルクリックで表示されます。

Windows XPでは、「コントロールパネル」→「ネットワーク接続」→「ローカルエリア接続」アイコンをダブルクリック(または、「マイネットワーク」アイコンを右クリックして「プロパティ」選択)すると表示されます。

「ローカルエリア接続の状態」ウィンドウイメージ

さて、それぞれのパケットには「ヘッダ情報」が付加されて伝送されますが、そこには、送信先や送信元のアドレスの他にも複数の情報が書かれています。

送信元および送信先のパソコンの識別番号である「IPアドレス」や、ネットワークカード(LANカード)と呼ばれるネットワークに接続するための機器に固有に振られた番号である「MACアドレス(マックアドレス)」、トラブル処理の方法などです。

※ インターネット(正確にはイーサネット)に接続するすべての機器は、固有のID番号が割り振られています。詳しくは、IPアドレスとは(2) で解説します。

このように、インターネット上に伝送されたパケットは、ヘッダ情報によってそれぞれ適切なルートを選択して目的地に向かいます。

しかし、そのルート選択は、実はパケット自身が選択しているわけではありません。ヘッダ情報を見て適切な経路を選択するのは、パケットではなく他の機器になります。

この機器のことを、

ルータ

と言います。そして、ヘッダ情報をもとに通信経路を選択してデータを送りだすことを ルーティング といいます。

この「ルーティング」を行う「ルータ」という装置は、ネットワークとネットワークの中継地点に存在します。つまり、

ネットワークとネットワークをルータ同士が接続している

と言うこともできます。

ルータを家庭や会社等で使用している方は、一度確認してみてください。そのネットワークの一番外側、つまりインターネットや、他のネットワークに接続する直前(例えばモデムの次など)に、ルータが接続されているばずです。

ルーティングによって、中継地点ごとにヘッダ情報から適切な経路を選択して送り出せば、データはほぼ最短距離で宛先に届けられます。

もし、ルータによってルーティングを行わなかったら、例えば、近所の友人にメールを送るのに、パケットが地球の裏側を経由するような事態にもなりかねません。これではネットワークの効率が低下してしまいます。

また、このようにデータの通る経路を選択する機能と並んで、必要のないデータ、あるいは 不正なデータを通さない というのもルータの重要な役割です。

不正なデータというのは、ユーザーが設定して決めることができます。例えば、外国からのパケットは通過させないとか、ブラウザで閲覧するウェブページ以外のパケットは通過させない、などといった設定です。

ユーザーがあらかじめルールを指定しておき、ルータはヘッダ情報と照らし合わせ、パケットを通過させたり通過を遮断したりします。このように、ルータがパケットの通過・遮断を選択的に行うことを、

パケットフィルタリング

と言います。会社などの内部ネットワークとインターネットの中継地点では、通常、こうしたパケットフィルタリングを行って、外部からの不正なアクセスを防いでいます。

ただこの機能は、ファイアウォール(詳細は後述)の機能の一部でもあり、最も一般的なセキュリティ技術なので、破る手段も多く、他の技術と併用するのが一般的です。

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更新履歴

2008年7月25日
ページを公開。
2009年4月30日
ページをXHTML1.0とCSS2.1で、Web標準化。レイアウト変更。
2014年5月19日
内容修正。

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参考文献・ウェブサイト

当ページの作成にあたり、以下の文献およびウェブサイトを参考にさせていただきました。

文献
図解入門 インターネットのしくみ参考文献

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