サーバーエンジニアのためのネットワーク基礎

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By Gi Pyeong Lee

サーバーエンジニアのためのネットワーク基礎

ネットワークの基礎は、サーバーエンジニアにとって不可欠な知識です。ネットワークの基本原理を理解することは、サーバーシステムのトラブルシューティングや保守を行う上で欠かせません。この記事では、OSI参照モデル、IPアドレッシング、ルーティングなど、ネットワークの基礎について解説します。

OSI参照モデル

OSI（Open Systems Interconnection）参照モデルは、ネットワークにおける通信の7つの階層を定義した標準規格です。これは、あるデバイスから別のデバイスへデータがどのように転送されるかを記述するために使用されます。7つの階層は以下の通りです。

  1. 物理層（Physical Layer）: この層は、2つのデバイス間の物理的な接続を担当します。これには、2つのデバイスを接続するために使用されるケーブル、コネクタ、およびその他のハードウェアが含まれます。

  2. データリンク層（Data Link Layer）: この層は、2つのデバイス間の接続の確立と維持を担当します。これには、データが正しく送信されることを保証するために使用されるプロトコルが含まれます。

  3. ネットワーク層（Network Layer）: この層は、2つのデバイス間のデータのルーティングを担当します。これには、データが移動するための最適なルートを決定するために使用されるプロトコルが含まれます。

  4. トランスポート層（Transport Layer）: この層は、データが確実に配信されることを保証する責任があります。これには、データの損失や破損がないことを保証するために使用されるプロトコルが含まれます。

  5. セッション層（Session Layer）: この層は、2つのデバイス間のセッションの確立と維持を担当します。これには、セッションが安全であること、およびデータが正しく交換されることを保証するために使用されるプロトコルが含まれます。

  6. プレゼンテーション層（Presentation Layer）: この層は、受信側デバイスが理解できるようにデータをフォーマットする責任があります。これには、データが正しくフォーマットされていることを保証するために使用されるプロトコルが含まれます。

  7. アプリケーション層（Application Layer）: この層は、アプリケーションへのサービス提供を担当します。これには、アプリケーション同士が通信できることを保証するために使用されるプロトコルが含まれます。

IPアドレッシング

IP（インターネットプロトコル）アドレスは、ネットワーク上のデバイスを識別するために使用されます。ネットワーク上の各デバイスには、一意のIPアドレスが割り当てられます。このアドレスは、データを正しいデバイスにルーティングするために使用されます。IPアドレスは、ネットワークアドレスとホストアドレスの2つの部分に分かれています。ネットワークアドレスはデバイスが存在するネットワークを識別し、ホストアドレスは特定のデバイスを識別します。

ルーティング

ルーティングとは、あるネットワークから別のネットワークへデータを転送するプロセスのことです。ルーターは、ネットワーク間でデータを転送するために使用されます。ルーターは、ルーティングプロトコルを使用して、データが移動するための最適なルートを決定します。ルーティングプロトコルには、RIP（Routing Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）、BGP（Border Gateway Protocol）などがあります。

ネットワークの基礎を理解することで、サーバーエンジニアはサーバーシステムのトラブルシューティングと保守をより適切に行うことができます。OSI参照モデル、IPアドレッシング、およびルーティングはすべて、サーバーエンジニアが理解しておくべきネットワークの不可欠な構成要素です。

ネットワークトポロジー

ネットワークトポロジーとは、ネットワーク内のノードの物理的および論理的な配置のことです。これらは、ノードがどのように接続され、データがそれらの間をどのように流れるかを定義します。いくつかの異なるタイプのトポロジーがあり、それぞれに独自の利点と欠点があります。

バス型トポロジー

バス型トポロジーは最も単純なタイプのネットワークトポロジーで、すべてのノードがバスと呼ばれる1本のケーブルに接続されています。すべてのノードは同じデータラインを共有し、データはすべてのノードにブロードキャストされます。このトポロジーは設定や管理が容易ですが、バスケーブルが損傷すると障害に対して脆弱になります。

スター型トポロジー

スター型トポロジーでは、各ノードが中央のハブに接続されています。すべてのデータはハブを経由してルーティングされ、ハブはノードのゲートウェイとして機能します。このトポロジーは、1つのノードの障害がネットワークの残りの部分に影響を与えないため、バス型トポロジーよりも信頼性が高くなります。ただし、設定や管理にかかるコストは高くなります。

リング型トポロジー

リング型トポロジーでは、各ノードが他の2つのノードに接続され、閉じたループを形成します。データは一方向に送信され、各ノードは信号を増幅するリピーターとして機能します。このトポロジーは、1つのノードの障害がネットワークの残りの部分に影響を与えないため、バス型やスター型よりも信頼性が高いとされています。ただし、設定や管理はより困難です。

メッシュ型トポロジー

メッシュ型トポロジーでは、各ノードがネットワーク内の他のすべてのノードに接続されています。これにより、1つのノードの障害がネットワークの残りの部分に影響を与えないため、最高レベルの信頼性が提供されます。ただし、各ノードを他のすべてのノードに接続する必要があるため、設定と管理に最もコストがかかります。

ネットワークトポロジーは、ネットワークのパフォーマンスと信頼性に大きな影響を与えるため、サーバーエンジニアにとって重要な考慮事項です。特定のネットワークに適切なトポロジーを選択することは、導入の成功と、期待に応えられない失敗との分かれ道となります。

ネットワークプロトコル

ネットワークプロトコルは、コンピューターがネットワークを介して互いに通信する方法を規定するルールと標準です。これらは、データのフォーマット、アドレッシング方式、制御およびエラーチェックのメカニズム、そして通信の確立と維持の手順を定義します。

最も一般的なネットワークプロトコルは、TCP（Transmission Control Protocol）とIP（Internet Protocol）です。TCPは、データをパケットに分割し、各パケットに一意のアドレスを割り当て、宛先でデータを正しい順序で再構築する役割を担います。IPは、パケットをあるコンピューターから別のコンピューターへルーティングする役割を担います。

その他の重要なネットワークプロトコルには、ビデオストリーミングやVoIP（Voice over IP）などのリアルタイムアプリケーションに使用されるUDP（User Datagram Protocol）、ネットワーク管理に使用されるSNMP（Simple Network Management Protocol）、ドメイン名をIPアドレスに解決するために使用されるDNS（Domain Name System）などがあります。

ネットワークプロトコルは、データが確実かつ安全に送信されることを保証するために不可欠です。これらはすべてのネットワーク通信の基盤を提供しており、これらがなければ、コンピューター同士が通信することはできません。

結論として、ネットワークプロトコルは、コンピューターがネットワークを介して互いに通信できるようにするために不可欠です。これらは、データ伝送、アドレッシング、制御、およびエラーチェックのルールと標準を提供し、すべてのネットワーク通信の基盤となります。そのため、これらはあらゆるサーバーエンジニアのツールキットの重要な部分です。