ネットワークの設計時に使用するネットワークの種類とトポロジ

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すべてのネットワークは同じ原則に基づいて構築されます。 これらの原則は、組織のローカル ネットワークまたはクラウドベースのネットワークを設計および構築するときに適用できます。 ネットワークを構築するときは、さまざまな種類のネットワークと、そのトポロジおよび用途について知る必要があります。

このユニットでは、インターネットベースのネットワークを作成するために使用する一般的なネットワーク トポロジの種類をいくつか確認します。

ネットワークとは

ネットワークとは、通常、コンピューター、スイッチ、ルーター、プリンター、サーバーで構成されるネットワーク対応デバイスの集合です。 ネットワークは私たちの日常生活に欠かせないものであり、自宅、職場、公共の領域に存在します。 ネットワークによって、あらゆる種類のネットワーク対応デバイスが通信できるようになります。

ネットワークの種類

ネットワークのサイズ、形状、用途はさまざまです。 さまざまなネットワークの種類を簡単に識別できるように、これらは次のいずれかのネットワーク カテゴリに分類されています。

  • パーソナル エリア ネットワーク
  • ローカル 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
  • ワイド エリア ネットワーク

パーソナル エリア ネットワークとは

パーソナル エリア ネットワーク (PAN) では、個人の周辺に必要なネットワークが提供されます。 PAN の一例として、アクセス ポイントや Microsoft 以外ののネットワーク サービスに接続しなくても、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、ノート PC をすべて接続してデータを共有できる場所があります。 通常、PAN ネットワークでは Bluetooth® を使用して通信します。Bluetooth が低電力で短距離のデータ共有機能を提供しているためです。 PAN に関連付けられているネットワーク標準は、Bluetooth および IEEE 802.15 です。

ローカル エリア ネットワークとは

ローカル エリア ネットワーク (LAN) は、オフィス、学校、大学、病院、空港など、1 つの場所を中心としたネットワーク ニーズを提供します。 通常、LAN はプライベートに所有されており、アクセスするには認証と承認が必要です。 ネットワークのさまざまな分類の中で、圧倒的に LAN が最もよく使用されています。

メトロポリタン エリア ネットワークとは

メトロポリタン エリア ネットワークの図。

メトロポリタン エリア ネットワーク (MAN) とは、1 つの都市または大都市内の異なる拠点間で、1 つの広域なネットワークを提供するネットワーク機能です。 通常、MAN では、MAN に参加している各 LAN の間に専用のセキュリティで保護された接続が必要です。

ワイド エリア ネットワークとは

ワイド エリア ネットワーク (WAN) では、(ローカルまたは世界規模で) 地理的に異なる拠点間にネットワーク機能が提供されます。 たとえば、WAN は、組織の本社とリージョン全土のブランチ オフィスを接続するために使用されます。 WAN では、複数の LAN を結合して、1 つのスーパー ネットワークが作成されます。 WAN では、仮想プライベート ネットワーク (VPN) を使用して、異なる LAN 間の接続を管理します。

LAN と WAN ネットワークの違い

LAN が WAN と異なる点はいくつかあります。 それらの差異が何かを把握することで、これらのネットワーク全体にデプロイするサービスの計画がより容易になります。

LAN WAN
LAN は、通常、1 つの建物内でプライベートに運用されるネットワークです。 WAN は、地理的に離れたオフィスを相互に接続するために使用されます。 WAN は複数の組織で運用される場合があります。
LAN は 10 Gbps 以上の速度で動作します。 WAN は通常、1 Gbps 未満の速度で動作します。
LAN の輻輳は、他のネットワークの種類と比べて低くなります。 WAN の輻輳は、他のネットワークの種類と比べて多くなります。
LAN は社内で管理できます。 WAN では通常、サードパーティを使用して構成およびセットアップを行う必要があり、コストが増加します。

ネットワーク トポロジ

ネットワーク トポロジでは、ネットワークの物理的な構成を説明します。 LAN を設計するときに選択できる 4 つのトポロジを見てみましょう。 それらは次のとおりです。

  • バス型
  • 輪
  • メッシュ型
  • 星

バス型トポロジ

1 つのネットワーク セグメントに接続された 5 つのノードを示すバス型トポロジの図。

バス型トポロジでは、各ネットワーク デバイスが 1 つのネットワーク ケーブルに接続されます。 実装するネットワークの種類は最も単純ですが、制限があります。 最初の制限は、メイン ケーブルまたはバスの長さです。 長くなるほど、信号のドロップアウトの可能性が高くなります。 この制限により、ネットワークの物理的なレイアウトが制限されます。 すべてのデバイスを、互いに物理的に近い場所 (同じ部屋など) に配置する必要があります。 最後は、バス ケーブルに障害が発生すると、ネットワーク全体がダウンすることです。

リング型トポロジ

リングに接続されたノードを示すリング型トポロジの図。

リング型トポロジでは、各ネットワーク デバイスが近隣ノードに接続されてリングを形成します。 このネットワークの形は、バス型トポロジよりも回復力があります。 ケーブル リングが切断されると、やはりネットワークのパフォーマンスに影響します。

メッシュ型トポロジ

すべてのノードが他のすべてのノードに接続されたメッシュ型トポロジの図。

メッシュ型トポロジは、物理メッシュまたは論理メッシュのいずれかです。

物理メッシュでは、各ネットワーク デバイスがネットワーク内の他のすべてのネットワーク デバイスに接続します。 これにより、ネットワークの回復性は大幅に向上しますが、すべてのデバイスを接続することによる物理的なオーバーヘッドが発生します。 現在、フル メッシュで構築されているネットワークはほとんどありません。 ほとんどのネットワークでは、一部のマシンを相互接続して、その他は 1 つのデバイス経由で接続する、部分メッシュが使用されています。

物理メッシュ ネットワークと論理ネットワークの間には微妙な違いがあります。 各デバイスがネットワーク上の他のデバイスを参照して通信できるため、最新のネットワークのほとんどはメッシュベース、という認識です。 しかし、このトポロジは論理メッシュ ネットワークを説明するものであり、主にネットワーク プロトコルを使用して可能になります。

星型トポロジ

1 つのノードが他のすべてのノードに接続された星型トポロジの図。

星型トポロジは、最も一般的に使用されているネットワーク トポロジです。 各ネットワーク デバイスが一元的なハブまたはスイッチに接続されます。 スイッチとハブを結合して、ネットワークを拡張したり、より広範なネットワークを構築したりすることができます。 この種のトポロジは、はるかに高い信頼性と拡張性を備えています。

イーサネット

イーサネットは、有線ベースの LAN ネットワークと同義のネットワーク標準であり、MAN や WAN ネットワークでも使用されます。 イーサネットは、ARCNET やトークン リングなどの他の有線 LAN テクノロジに取って代わるもので、業界標準となっています。

イーサネットは有線ネットワークに関連付けられていますが、光ファイバー リンクでも使用されているため、有線に限定されないことに留意してください。

イーサネット標準では、データ転送、エラー処理、およびパフォーマンスしきい値のフレームワークが定義されています。 それには、イーサネット ネットワークを構成するための規則と、ネットワークの各要素が相互に通信する方法が記載されています。

イーサネットは、OSI モデルのデータ リンク層と物理層で使用されます。 IEEE 802.3 標準の基盤として形成されています。 この標準は、ネットワークとハードウェアの開発を統合するのに役立ちました。

イーサネットは継続的に進化している標準であり、元のバージョンでは、2.94 Mbps のデータ転送速度しかサポートされていませんでした。 近年、速度向上の需要に対応するために、いくつかのイテレーションが行われました。 現在の速度は、最大で 400 Gbps まで伸びています。

ファスト イーサネット

ファスト イーサネット (IEEE 802.3u) は、最大 100 Mbps のデータ転送速度をサポートするために開発されました。 ファスト イーサネットは、100BASE-TX 標準とも呼ばれます。

ギガビット イーサネット

ギガビット イーサネット (IEEE 802.3ab) は、ストリーミング マルチメディアやボイス オーバー IP (VoIP) などのサービスをサポートできるより高速な通信ネットワークをサポートするために開発されました。 1000BASE-T 標準の実行速度は、100BASE-TX 標準より 10 倍高速です。 ギガビット イーサネットは、802.3 標準に含まれており、エンタープライズ ネットワークに推奨されています。 新しい標準には、100BASE-T と以前の 10BASE-T 標準との下位互換性があります。

10 ギガビット イーサネット

10 ギガビット イーサネット (IEEE 802.3ae) 標準の公称データ転送速度は 10 Gbps で、前のものより 10 倍高速になっています。 この速度向上は、光ファイバーを使用した場合にのみ可能です。 この標準では、現在、10 ギガビット イーサネット ネットワークでは、すべてのノードにデータをブロードキャストするのではなく、領域ベースのルーティングを使用する必要があります。 これにより、ネットワークのノイズとトラフィックが削減されます。

テラビット イーサネット

テラビット イーサネットでは、200 Gbps と 400 Gbps のデータ転送速度が提供されます。 テラビット イーサネットでは、将来的に、800 Gbps と 1.6 Tbps の速度が提供されると予想されています。

Azure のネットワーク

Azure には、複数のネットワーク ツールとサービスが用意されています。

Azure Virtual Network

サーバーを分離するために、仮想ネットワークの範囲から IP アドレスが割り当てられた Web サーバーと SQL サーバーの仮想ネットワークの設計を示す図。

Azure Virtual Network を使用することで、お使いの実際のオンプレミス ネットワークの構造をエミュレートする複雑な仮想ネットワークを構築できます。 クラウドベースの仮想ネットワークをプロビジョニングして管理することができます。 また、Azure Virtual Network を使用するときに、ご使用のオンプレミス ネットワークと統合されるハイブリッド仮想ネットワークを作成することもできます。

接続サービス

オンプレミス ネットワークと Azure Virtual Network のインスタンスとの間に待機時間の短い高帯域幅接続を使用する必要がある場合には、2 つの選択肢があります。

  • Azure ゲートウェイ経由の VPN 接続
  • Azure ExpressRoute 経由の専用接続

ExpressRoute は、セキュリティで保護されたポイントツーポイントのサービスです。 このサービスを利用するには、Microsoft 以外の接続パートナーがお客様に代わって ExpressRoute 回線を提供し、ホスティングします。