WAN　－情報処理シンプルまとめ

WANに関するブログのアイキャッチ画像 ネットワーク
2023.11.26

　基本情報技術者試験など情報処理技術者試験を受験する方にとっては必須の，WANについてシンプルにまとめています。はじめに，WANの概要，WANの構成，DCE，DTE，アクセス回線について説明し，次に，専用線（一般専用線サービス，帯域品目（アナログ伝送），符号品目（ディジタル伝送），高速ディジタル専用線サービスの説明），さらに，回線交換（回線交換サービス，加入者電話サービス（公衆電話網（PSTN），モデム），ISDN（DSU，TA），蓄積交換サービス，パケット交換サービス，フレームリレー，ATM）を説明しています。また，ブロードバンド（ブロードバンドルーター，ADSL（スプリッタ，ADSLモデム），CATV（ケーブルモデム），FTTH（ONU（光回線終端装置），SS（シングルスター），DS（ダブルスター），AON（アクティブ光ネットワーク（ADS（アクティブダブルスター））），PON（パッシブ光ネットワーク（PDS（パッシブダブルスター）））））と，VPN（IP-VPN（MPLS），インターネットVPN（IPsec-VPN，SSL-VPN）），広域イーサネット（LVAN）についても説明しています。たくさんありますが，頑張りましょう。

  1. WAN（Wide Area Network；広域通信網）
    1. WANの構成
      1. DCE（Data Circuit-Terminating Equipment；データ回線終端装置）
      2. DTE（Data Terminal Equipment；データ端末装置）
      3. アクセス回線
    2. 専用線
      1. 一般専用線サービス
        1. 帯域品目（アナログ伝送）
        2. 符号品目（ディジタル伝送）
      2. 高速ディジタル専用線サービス
    3. 回線交換
      1. 回線交換サービス
        1. 加入者電話サービス
          1. モデム（MODEM：Modulator / Demodulator）
        2. ISDN（Integrated Services Digital Network）
          1. DSU（Digital Service Unit）
          2. TA（Terminal Adapter；ターミナルアダプタ）
      2. 蓄積交換サービス
        1. パケット交換サービス
        2. フレームリレー
        3. ATM（Asynchronous Transfer Mode；非同期転送モード）
    4. ブロードバンド（インターネットへの高速アクセス）
      1. ブロードバンドルーター（ホームゲートウェイ）
      2. ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line；非対称ディジタル加入者線）
        1. スプリッタ
      3. CATV（Community Antenna TeleVision；ケーブルテレビ）によるインターネット接続
      4. FTTH（Fiber To The Home）
        1. ONU（Optical Network Unit；光回線終端装置）
        2. SS（Sinlge Star；シングルスター）
        3. DS（Double Star；ダブルスター）
          1. AON（Active Optical Network；アクティブ光ネットワーク）
          2. PON（Passive Optical Network；パッシブ光ネットワーク）
    5. VPN（Virtual Private Network；仮想私設網）
      1. IP-VPN（Internet Protocol Virtual Private Network）
      2. インターネットVPN
        1. IPsec-VPN
        2. SSL-VPN
      3. 広域イーサネット
  2. まとめ

WAN（Wide Area Network；広域通信網）

　WANとは，離れたLAN同士を接続するネットワークのことで，電気通信事業者が設置・運用します。

※ WANを提供する電気通信事業者はインターネット接続サービスを行っていることが多い⇒ISP（インターネットサービスプロバイダ―）

WANの構成

　WANの構成は，（基本的には）次のようになります。

WANの構成に関する説明画像

DCE（Data Circuit-Terminating Equipment；データ回線終端装置）

　DCEは，DTEから送信された信号をアクセス回線に適した信号に変換したり，その逆を行ったりする装置です。具体的には，次のようなものがあります。

モデムMODEM：Modulator / Demodulator。アナログ回線で使用されるDCE
DSUDigital Service Unit。ディジタル回線で使用されるDCE
ONUOptical Network Unit。光回線で使用されるDCE

DTE（Data Terminal Equipment；データ端末装置）

　DTEは，データを送受信する装置です。ルーターやレイヤ3スイッチ，パソコンなどが該当します。

アクセス回線

　アクセス回線とは，DCEとWANサービス（のネットワーク）を結ぶ回線のことをいいます。メタル回線（金属線を被覆した回線）や光ファイバー回線などがあります。

※ ラストワンマイルともいう

※ 電話回線の場合は，ローカルループという

専用線

　専用線とは，電気通信事業者が，顧客の事業拠点間や，顧客とその取引先との接続などのために貸与する，専用の固定的な回線のことをいいます。プロトコルは，主にPPPを使用します。

※ 専用線を，ISPとの接続に使用（インターネット接続サービスのアクセス回線として使用）することもある

※ PPP（Point-to-Point Protocol）…2点間を1対1で接続して通信するための（データリンク層の）プロトコル

※ プロトコルにHDLCを使用することもできるが，ほとんど使用されていない

※ HDLC（High-level Data Link Control）…ホスト間で通信するための（データリンク層の）プロトコル。通信相手の応答を待つことなく連続して送信するため伝送効率が高い。また，CRCによる誤り制御などを行うため信頼性も高い

※ CRC（Cyclic Redundancy Check）…巡回冗長検査

  • 信頼性（可用性）が高い
  • 通信速度が保証される
  • 利用料金は定額制で高価（拠点間の距離で決まる）
  • 通信相手が物理的に固定される（機密性が高い）ため，セキュリティレベルが高い

一般専用線サービス

　一般専用線サービスとは，音声伝送や低速のデータ伝送に利用されるサービスです。

帯域品目（アナログ伝送）

　帯域品目は，電話やFAXに用いられます。

帯域品目に関する説明画像
符号品目（ディジタル伝送）

　符号品目は，低速のデータ伝送に用いられます。

※ あまり使用されていない

符号品目に関する説明画像

高速ディジタル専用線サービス

　高速ディジタル専用線サービスとは，64kビット／秒～6Mビット／秒のディジタル信号の伝送に利用されるサービスです。

※ 高速ディジタル専用線サービスは，一般専用線サービスよりも伝送速度が速く，（単位伝送情報量当たりの）料金も安い

※ 通信速度は，通信事業者によって異なる

回線交換

　回線交換とは，通信を行っている間だけ通信先と伝送路を専有する（通信先が固定されていない）方式をいいます。

回線交換サービス

　回線交換サービスとは，（アナログ電話のように）相手が他者と通話中でない場合にだけつながる（相手が通話中の場合はつながらない）サービスをいいます。プロトコルは，PPPやHDLCを使用します。

※ PPP（Point-to-Point Protocol）…2点間を1対1で接続して通信するための（データリンク層の）プロトコル

※ HDLC（High-level Data Link Control）…ホスト間で通信するための（データリンク層の）プロトコル。通信相手の応答を待つことなく連続して送信するため伝送効率が高い。また，CRCによる誤り制御などを行うため信頼性も高い

  • 通信時だけ接続を確立する
  • 利用料金は従量課金制
  • 通信速度が遅い
加入者電話サービス

　加入者電話サービスでは，公衆電話網（PSTN；Public Switched Telephone Networks）を使用します。

加入者電話サービスに関する説明画像
モデム（MODEM：Modulator / Demodulator）

　モデムは，アナログ回線で使用されるDCEです。パソコンなどから送信されるディジタル信号をアナログ信号に変換（変調；Modelation）したり，その逆（復調；Demodulation）をしたりします。

※ 現在，モデムをWAN回線のDCEとして使用することは，ほとんどない

ISDN（Integrated Services Digital Network）

　ISDNでは，公衆電話網（PSTN；Public Switched Telephone Networks）を使用しますが，すべての通信をディジタル化しています。

ISDNの説明画像
DSU（Digital Service Unit）

　DSUは，ディジタル回線で使用されるDCEです。ディジタル電話機や，TAなどを接続することができます。アナログ電話機と同じように，基地局から電力が供給されるため，停電時にも動作します。

TA（Terminal Adapter；ターミナルアダプタ）

　TAは，ISDN回線で使用される機器で，アナログ電話機や，パソコンなどを接続することができます。

※ TAにDSUの機能が内蔵されているものが多い（ほとんどのTAがDSU内蔵型）

蓄積交換サービス

　蓄積交換サービスとは，送信するデータを中継装置に一旦蓄積し，次の中継装置や目的地に伝送するサービスをいいます。

  • 1本の物理回線を複数の利用者が共有するため利用効率がよい
  • 専用線より安価
  • 回線交換よりも通信速度が速い
  • 回線の障害時には，別の回線に迂回させることができるため，障害に強い
パケット交換サービス

　パケット交換サービスでは，パケット交換網を使用します。送信するデータを送信側のパケット交換機に一旦蓄積し，それを受信側のパケット交換機に伝送します。

※ パケット交換サービスは，インターネットが普及する頃までは，企業の拠点間のデータ通信などに利用されていた

※ パケット交換網…電気通信事業者が設置・運用するWAN

  • 異なる端末間での通信が可能（速度や伝送制御手順の違いをパケット交換機が吸収する）
  • 信頼性が高い（誤り制御やフロー制御を行う）
  • 高速化が難しい（誤り制御やフロー制御をネットワーク側（ネットワーク層）で行うため）
パケット交換サービスに関する説明画像
フレームリレー

　フレームリレーは，フレームリレー網（パケット交換網）を複数の利用者が共有するベストエフォート型のサービスです。プロトコルは，HDLCを拡張したLAPF（Link Access Procedure for Frame Relay）を使用します。

※ ベストエフォート型…通信速度を保証しない（帯域の保証がない）サービス

※ 現在は，ほとんど使用されていない

  • 1本の物理回線に複数のデータリンクを設定し，複数の端末と同時に通信することができる（各データリンクは，データリンクコネクション識別子（DLCI；Data Link Connection Identifer）により識別する）
  • 高速伝送が可能（伝送路の信頼性が向上し，パケット交換で行っていた誤り制御などを省略した）
  • データリンク層の規定であるため，ネットワーク層以上のプロトコルとしてTCP/IPを使用可能
  • 輻輳制御が可能（端末に対して輻輳を通知する機能がある）
ATM（Asynchronous Transfer Mode；非同期転送モード）

　ATMでは，セルリレー網（パケット交換網）を使用します。ATMでは，データを（53オクテットの）セルと呼ばれる単位に分割して送信することにより，高速伝送を可能にしています。プロトコルは，ATMを使用します。

※ ATMは，セルリレーともいう

※ オクテット…8ビットをひとまとめにした単位。1オクテット=8ビット

※ 電気通信事業者によっては，フレームリレーとATMを統合したサービスを提供していることもある

ブロードバンド（インターネットへの高速アクセス）

　ブロードバンドとは，広帯域の回線という意味です。

  • 低価格である
  • インターネット接続用として提供されている
  • ベストエフォート型

※ ベストエフォート型…通信速度を保証しない（帯域の保証がない）サービス

ブロードバンドルーター（ホームゲートウェイ）

　ブロードバンドルーターは，小規模なLANから，ADSLやCATV，FTTHなどを利用してインターネットに接続する場合に使用する小型のルーターです。NAT（NAPT）機能やDHCPサーバー機能，ハブ機能，Wi-Fiアクセスポイントの機能などを備えています。

※ 通常，モデム機能は備えていない

※ NAT（NAPT）機能や，DHCPサーバー機能，ハブ機能，Wi-Fiアクセスポイントの具体例は，「インターネットへの接続と通信の流れ－内部ネットワークに複数（有線・無線）の端末を設置した場合の設定と通信の流れ　－情報処理シンプルまとめ」を参照

インターネットへの接続と通信の流れ　－情報処理シンプルまとめ
基本情報技術者試験など情報処理技術者試験を受験する方にとっては必須の，インターネットへの接続と通信の流れについてシンプルにまとめています。まず，コンピューターネットワークの種類について説明し，その後，端末をインターネットに接続する方法と通信の流れについて，具体例を載せて全体像を把握できるように説明しています。コンピューターネットワークの種類については，LAN，WAN，インターネットと，インターネットの構成（ISP（インターネットサービスプロバイダ―），IX，IDX，ピアリング），インターネットに接続しないネットワーク（イントラネット，エクストラネット）を説明しています。端末をインターネットに接続する具体例については，インターネットへの接続と設定（ISPとの契約，端末の設置と接続，IPアドレスの設定（グローバルIPアドレスの設定，プライベートIPアドレスの設定，デフォルトゲートウェイの設定）），通信に必要な情報（ルーターで管理する情報（フィルタリングテーブル，NATテーブル，ARPテーブル，MACアドレステーブル），スイッチで管理する情報（MACアドレステーブル），DMZに設置したWebサーバーや端末（PC）などで管理する情報（ARPテーブル），無線LAN端末で管理する情報（BSSIDやESSIDの設定，ARPテーブル）の説明をしたあと，①内部ネットワークに1台の端末を設置してインターネット上のWebサーバーに対して通信する場合の流れ，②内部ネットワークに有線・無線の複数の端末を設置してインターネット上のWebサーバーに対して通信する場合の流れ，③内部ネットワークの端末同士で通信する場合の流れ，④DMZにWebサーバーを設置して内部ネットワークの端末や外部から通信する場合の流れについて説明しています。ややこしいと思いますが，この分野は，全体像が掴みにくいのではないかと思いますので，ここで把握してから個々の内容に進むのがよいと思います。じっくり頑張りましょう。
johostudy.com
2024.08.30

ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line；非対称ディジタル加入者線）

　ADSLでは，公衆電話網を使用して，高速なデータ通信を実現します。加入者電話サービスでは3.4kHzまでの周波数しか利用しませんが，電話回線ケーブル自体は数百kHzまで使用できるため，この使用していない周波数帯を利用しています。プロトコルは，PPPoEを使用します。

※ ADSLでは，アナログ回線を使用する

※ 加入者電話サービスで使用する周波数帯とは離れた周波数帯を使用しているため相互干渉することはない

※ PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet）…2点間を1対1で接続して通信するための（データリンク層の）プロトコルであるPPPを，イーサネットで使えるようにしたプロトコル

  • 通信速度は，上下非対称（下り（基地局⇒家庭など）は最大50Mビット／秒，上り（家庭など⇒基地局）は最大5Mビット／秒）
ADSLの説明画像
スプリッタ

　スプリッタとは，ADSLと加入者電話サービスを共存させるための装置で，電話回線に流れるアナログ信号を音声信号とADSL信号に分離します。

CATV（Community Antenna TeleVision；ケーブルテレビ）によるインターネット接続

　CATVによるインターネット接続では，CATV回線網を使用します。

※ CATVでは，ADSLと同じく，アナログ回線を使用する

  • 通信速度は，上下非対称（下り（CATV局⇒家庭など）は256kビット／秒～40Mビット／秒，上り（家庭など⇒CATV局）は128kビット／秒～10Mビット／秒）
CATVによるインターネット接続の説明画像

FTTH（Fiber To The Home）

　FTTHでは，光回線を使用します。

ONU（Optical Network Unit；光回線終端装置）

　ONUとは，家庭などに設置される光回線の終端装置です。光信号を電気信号に変換したり，電気信号を光信号に変換したりします。

SS（Sinlge Star；シングルスター）

　SSは，光ファイバーケーブルを基地局から家庭などへ1本ずつ接続する方式です。伝送路を専有することができますが，コストがかかります。

※ 分岐点が基地局の1箇所だけになるのでSSと呼ばれる

SSの説明画像
DS（Double Star；ダブルスター）

　DSは，家庭などからの回線を集約して基地局に接続する方式です。

※ 分岐点が2か所になるのでDSと呼ばれる

AON（Active Optical Network；アクティブ光ネットワーク）

　AOSは，分岐点で光信号を電気信号に変換したり，電気信号を光信号に変換したりする方式です。

※ AONは，ADS（Active Double Star；アクティブダブルスター）ともいう

AONに関する説明画像
PON（Passive Optical Network；パッシブ光ネットワーク）

　PONは，分岐点で光信号を（単純に）分岐する方式です。

※ PONは，PDS（Passive Double Star；パッシブダブルスター）ともいう

PONに関する説明画像

VPN（Virtual Private Network；仮想私設網）

　VPNとは，複数の利用者が共同利用するネットワークに仮想的に構築された専用ネットワークのことをいいます。専用線よりも低いコストで，比較的安全な通信を実現できます。

※ 暗号化やトンネリングなどによりセキュリティを確保する

IP-VPN（Internet Protocol Virtual Private Network）

　IP-VPNは，電気通信事業者の（閉域）IP網に構築するVPNです。IP網では，MPLSというプロトコルを使用します。

  • VPNは，契約者しか利用できないIP網に構築される
  • 専用線に近いサービスが受けられる
  • インターネットVPNに比べ，通信の品質や信頼性，セキュリティレベルが高い
  • 管理負荷が少ない（利用者側でVPNに関する設定を行う必要がない）
  • 専用線より，かなり安価
IP-VPNに関する説明画像

インターネットVPN

　インターネットVPNは，インターネット上に構築するVPNです。インターネット上に暗号化された経路を作成し，仮想的な専用ネットワークを構築します。

  • 通信速度は保証されない
  • VPN装置がインターネットから攻撃可能な位置に配置されているため，完全な閉域性は確保できない
  • 低コストで導入できる
IPsec-VPN

　IPsec-VPNは，IPsec技術を利用したVPNです。

※ IPsec（Security Architecture for Internet Protocol）…TCP/IPネットワークで暗号通信を行うためのプロトコル

  • IPsec対応のVPN装置（ルーターなど）やVPNソフトウェアを導入する必要がある
  • 経路の途中に，アドレス変換（NATやNAPT）を行う機器がある場合には利用できない ⇒ ネットワーク間の接続に適している

　IPsecのトンネルモードを使用した場合は，VPN装置（ルーターなど）－VPN装置（ルーターなど）間，VPN装置（ルーターなど）－端末間を接続できます。

インターネットVPN（トンネルモード）の説明画像

　IPsecのトランスポートモードを使用した場合は，端末－端末間を接続できます。

インターネットVPN（トランスポートモード）の説明画像
SSL-VPN

　SSL-VPNは，SSL技術を利用したVPNです。

※ SSL（Secure Sockets Layer）…IPネットワークで暗号通信を行うためのプロトコル

  • SSL-VPN対応のVPN装置（ルーターなど）を導入する必要がある（ソフトウェアをインストールする必要はない）
  • Webブラウザ対応のアプリケーション以外では利用できない

　SSL-VPNの場合は，端末－端末間，VPN装置（ルーターなど）－端末間を接続できます。

SSL-VPNの説明画像

広域イーサネット

　広域イーサネットとは，複数のLANを電気通信事業者のイーサネット網に接続した広域的なネットワークをいいます。広域イーサネット網内では，VLANやMPLSなどを使用し各通信を分離します。

※ 広域イーサネットは，データリンク層で接続するため，レイヤー3のプロトコルに制限はない（TCP/IP以外のプロトコルも使用可能）

※ 広域イーサネットは，電気通信事業者のVPNサービスとして提供されることが多い

※ VLAN（Virtual LAN）…一つのLAN内に仮想的なグループを設定し，それぞれを一つのLANのように運用する技術

※ MPLS（Multi Protocol Label Switching）…IPパケットにVPNを識別するラベルを付け，このラベルによりルーティングをするプロトコル（MPLSヘッダは，IPヘッダとレイヤ2ヘッダの間に挿入される）

広域イーサネットの説明画像

まとめ

　今回は，WANについて，シンプルにまとめてみました。大変でしょうが，繰り返し頑張りましょう。