ネットワークとは ― なぜ層に分けるのか

ネットワークとは、2台以上の機器をつないでデータをやりとりする仕組みです。その仕組みは、ひとまとまりのものとしてではなく、役割ごとの層に分けて考えます。層は、英語のままレイヤーとも呼びます。

分けて考えると、通信が「つながらない」ときに、どこが壊れているかを順番に絞り込めます。大事なのは、層の名前を7つ覚えることではなく、分ければ原因を切り分けられるという考え方です。層の名前と中身は、次の記事の1-2 OSI参照モデル ― 7階層それぞれの役割で説明します。

自宅のPCとスマホが同じWi-Fiにつながっている状態も、世界中のコンピュータを結ぶインターネットも、ネットワークです。どちらも、機器同士がつながってデータをやりとりしている点は同じです。

ネットワークは、つながる範囲によって呼び方が変わります。自宅やオフィスなど、建物内の狭い範囲のネットワークがLAN（Local Area Network）です。複数のLANを結ぶ広い範囲のネットワークは、WAN（Wide Area Network）です。インターネットは、世界中のLANを結ぶ最大のWANです。

LANとWANを作る機器や回線、かかる費用の違いは、LANとWANの違いとイーサネット規格の記事で比べています。

機器同士がデータをやりとりするには、決めることが多くあります。データを電気信号やWi-Fiの電波でどう表すか。同じ部屋の機器をどう見分けるか。地球の裏側の相手までの経路をどう選ぶか。届かなかったデータをどう再送するか。

このうち、電気信号やWi-Fiの電波の表し方を扱う一番下の層を、物理層と呼びます。bps で表す回線速度は、この層の値です。回線速度からデータの伝送時間を計算する方法は、伝送時間・回線利用率の計算で説明しています。

これらを1つのプログラムで全部やろうとすると、困ったことが起きます。たとえば、電波を扱う処理がアプリの中に混ざっていると、有線LANをWi-Fiに変えただけでアプリまで作り直しになります。配線を変えるだけのはずが、関係のないソフトの中身まで書き換えることになるのです。

SSIDやアクセスポイント、規格の呼び方など、Wi-Fiの具体的な仕組みは、無線LANの仕組み ― SSIDとWi-Fi規格を読むと分かります。

層に分けて考える利点は、下から順に1つずつ疑えることです。Webページが開かないトラブルを例に、下から順に原因を絞り込む流れを示します。

1. 1

   ケーブル・電波を確認する

   一番下の層の確認です。LANケーブルが抜けていないか、Wi-Fiならアイコンに×が付いていないかを見ます。ここがつながっていなければ、この先は確認しても意味がありません。

2. 2

   IPアドレスが振られているか確認する

   機器には、通信の宛先を示すIPアドレスという番号が割り振られます。これが正しく設定されているかを見ます。

   ケーブルはつながっているのに番号が振られていない場合は、ここで見つかります。

3. 3

   デフォルトゲートウェイ・外まで届くか確認する

   IPアドレスが振られていても、通信できるとは限りません。自分のネットワークの外に出るときの出口をデフォルトゲートウェイと呼び、家庭では家庭用ルータがこれにあたります。

   まず、デフォルトゲートウェイに、到達を確かめるコマンドのpingが通るかを見ます。次に、8.8.8.8のような外部のIPアドレスにpingが通るかを確認します。ここで止まっていれば、ルータの不調や回線の問題です。

4. 4

   名前解決ができているか確認する

   一番上に近い層の確認です。ブラウザには example.com のような名前を入力します。この名前を実際の宛先であるIPアドレスに変換する仕組みがDNSで、これが働いているかを見ます。

tracerouteというコマンドを使うと、経路をルータ1台分（1ホップ）ずつ確認できます。pingのオプションや出力の読み方と、tracerouteの使い方は、ping・tracerouteの使い方と見方にまとめました。

ここまでは、層に分けるという考え方だけを説明しました。層の分け方には、世界共通の名前が付いたモデルが2つあります。

1つは、通信を7つの層に整理したOSI参照モデルです。もう1つは、実際にインターネットを動かしているTCP/IPモデルで、層は4つです。

2つは対立するものではなく、層に分ける同じ考え方を違う細かさで表しています。現場では、話をするときと実際に機器を設定するときで、この2つを使い分けています。

7つの層それぞれの働きは、次の記事の1-2 OSI参照モデル ― 7階層それぞれの役割で説明します。