ホームネットワークのしくみに関するクイックガイド

ホームネットワークの使用は、パスワードを入力して Netflix アプリを開いて映画を見るのと同じくらい簡単ですが、ネットワークとそれがシームレスに機能するために必要なすべてのものは、おそらく所有している最も複雑でユニークなデバイスです。

ホームネットワークは、インターネットと呼ばれるグローバルネットワークを介して、デジタルデバイスが相互に通信したり、世界中の他のデバイスと通信したりできるようにするために存在します。ホームネットワークがどのように機能するかを正確に理解する必要はありませんが、ボンネットの下で時間を過ごすことで、技術に対する理解が深まり、問題のトラブルシューティングが容易になります。

あなたのホームネットワークはミニインターネットです
あなたのホームネットワークは特別な言語を話します
基本的なホームネットワークトポグラフィ
モデムを使用すると、インターネットに接続できます
ネットワークの中心に位置するルーター
ローカルサーバー
ネットワーク化された周辺機器
自宅のネットワーククライアント
コンピュータ、コンソール、およびモバイルデバイス
有線および無線接続
配線を交差させないでください: イーサネット
ワイヤー？どこへ行くにも有線は必要ありません: Wi-Fi
ネットワークの範囲を拡張する
Wi-Fi リピーターとエクステンダー
電力線エクステンダ
ネットワーク化された 1 つの大きな家族

あなたのホームネットワークはミニインターネットです

インターネットは「インターネットワーク」の略で、接続された LAN (ローカルエリアネットワーク) のグローバルネットワークであり、ウェブサーバー、ストリーミングサービス、クラウドサービス、ゲームサーバーなどを含みます。

あなたのホームネットワークも同じですが、より小さく、あなたの家に限定されています。ホームネットワークがどのようにミニインターネットに似ているかについて詳しく知りたい場合は、「インターネットの所有者は誰ですか?」を参照してください。Web Architecture Explained は、 インターネットである複雑なマシンの簡単な説明です。

あなたのホームネットワークは特別な言語を話します

全体として物理的にインターネットに似ていることは別として、ホームネットワークとインターネットが同じであるもう 1 つの重要な点は、それらが話す「言語」です。現在、ユニバーサルネットワークプロトコルはTCP/IP (伝送制御プロトコル/インターネットプロトコル) であり、データを本来あるべき場所に送るための鍵となっています。

TCP/IP ネットワークでは、ネットワーク経由で送信されるすべてのデータが「パケット」に分割されます。写真を数千ピースのジグソーパズルに変えることを想像してみてください。次に、各ピースを取り、個別に封筒に入れます。封筒には差出人と受取人の住所を書きます。また、元のイメージを再構築するために各ピースがどこに行くかを説明する情報を各エンベロープに含めます。

現在、何千もの封筒を受信者に郵送し、受信者はそれを再構築しています。封筒が乱れて到着しても問題ありませんが、紛失した場合は、紛失した封筒の新しいコピーを求める手紙が戻ってきます.

基本的なホームネットワークトポグラフィ

以下では、各ネットワークコンポーネントの役割について詳しく説明しますが、理解を深めるために、現在の典型的なホームネットワークがどのようなものかをスケッチしてみましょう。

ネットワークにはいくつかの重要なコンポーネントがあります。

モデムはあなたを WAN (インターネット) に接続します
ルーターは、LAN 上のデバイス間、およびそれらのデバイスと WAN 間のトラフィックを管理します。
ネットワークハードウェア接続。通常はイーサネットケーブルまたは Wi-Fi 無線送信機と受信機です。
コンピューター、Android および iOS スマートフォンなどのクライアントデバイス。
サーバーデバイス。コンピューターやスマートフォンなどの機器にもなります。
オプションのネットワークエクステンダー。ネットワークの物理的なフットプリントを家中に広げるのに役立ちます。例としては、ワイヤレスアクセスポイント、電力線エクステンダ、Wi-Fi リピータなどがあります。

ホームネットワークを構築するにはさまざまな方法がありますが、これらのコンポーネントのほとんどはすべてのホームネットワークに存在します。これらの一部は、他のコンポーネントで代用できます。たとえば、単にコンピュータのグループをネットワーク化するだけの場合は、イーサネットスイッチまたはネットワークハブを使用できます。ただし、この基本的なスケッチは、そこにあるものの 99% をカバーしています。

ホームネットワークの大まかな概要を描いたので、すべての主要なコンポーネントについてもう少し詳しく説明します。

モデムを使用すると、インターネットに接続できます

現代のブロードバンドインターネットが登場する前は、インターネットアクセスはモデム (変調器/復調器) を介して機能し、バイナリコードを表す銅線の音声回線を介して高音または低音の音声信号を送受信していました。

これらの「ダイヤルアップ」モデムは、現在ほとんど使用されておらず、多くの帯域幅を提供していません。最近では、モデムという言葉は、実際には両方の信号がデジタルであっても、ある種類のネットワーク信号を別の種類に変換するほぼすべてのデバイスを指すために使用されています。

デジタルからデジタルへの変換の 1 つの例は、イーサネットケーブルを介して光信号を受信し、電気パルスを出力する一般的なファイバーモデムです。DSL モデムは、電話回線と同じ銅線を使用しますが、音声通話とは異なる周波数帯域を使用するため、インターネットに接続しながら同時に電話をかけることができます。セルラーモデムは、電波を介して携帯電話の基地局に接続します。衛星モデムは、軌道との間で情報を送受信します。

モデムが別のデバイスであるネットワークもあれば、ワイヤレスルーターと組み合わされているネットワークもあります。これは、たまたまこのホームネットワークツアーの次の目的地です。

ネットワークの中心に位置するルーター

ルーターはあらゆるホームネットワークの心臓部であり、さまざまな重要な役割を果たします。

デバイス間、イーサネットと LAN 間、および内部ネットワークと外部ネットワーク間のネットワークトラフィックをルーティングします。
DNS (ドメインネームサービス) サーバーの検出とルーティング。
内部的には、CPU、RAM、および OS を備えたコンピューターに似ています。一部のルーターはアプリを実行できます。
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) を使用して LAN 上の IP アドレスを割り当て、管理します。

ルーターには、これらのコア機能以外にも多くの機能がありますが、それはルーターが行うことの主要なリストです。異なるタイプのネットワーク (ファイバー WAN、イーサネット、Wi-Fi など) 間のルーティングにより、ルーターはルーターになり、ネットワークスイッチやハブとは一線を画します。

ルーターは、IP アドレスを内部ネットワークデバイスに割り当て、競合がないことを確認します。インターネット上のサーバーはルーター自体とその「パブリック」IPアドレスしか見ることができないため、NAT（ネットワークアドレステーブル）と呼ばれるテーブルで、どのデバイスがインターネット上のデバイスのどのリクエストを行うかを追跡します.

一部のハイエンドルーターは、ネットワークストレージまたはストリーミングサーバーとして機能するカスタムアプリケーションを実行できます。ルーターにこの機能が搭載されていない場合でも、カスタムのサードパーティファームウェアをインストールしてこれらの機能を追加するオプションがある場合があります。

ローカルサーバー

サーバーは、コンテンツやネットワークベースのアプリケーションなどのサービスを提供するネットワーク上のデバイスです。Web サイトにアクセスしたり、インターネットからファイルをダウンロードしたりすると、そのコンテンツは世界のどこかにあるサーバーコンピューターでホストされます。Google ドキュメントなどのクラウドアプリを使用すると、そのソフトウェアとデータはサーバー上に存在します。

ローカルネットワークには少なくとも 1 つのサーバーがあり、それがルーターです。すべてのルーターには、設定を変更するためのインターフェイスとして機能する基本的な Web サーバーがあります。ルーターに接続してブラウザーに IP アドレスを入力すると、ルーター自体がホストする Web サイトに移動します。

Wi-Fi プリンターがある場合、それは印刷要求を処理するプリントサーバーでもあります。多くの人が、NAS (ネットワーク接続ストレージデバイス) またはメディアサーバー (Plex など) をネットワーク上で実行しています。サーバーとは思えないものもいくつかあります。IP カメラもサーバーです。動画配信サーバーです！

ネットワーク化された周辺機器

従来、スキャナーやプリンターなどの周辺機器は、特定のコンピューターに直接接続されていました。ただし、現代の家庭では、これらの種類のデバイスにアクセスする必要があるさまざまなコンピューターが多数あることがはるかに一般的です。何かを印刷する必要があるときに全員が同じコンピューターを使用するのではなく、ローカルネットワークでプリンターを共有できます。

パソコンのOSのプリンター共有機能を利用すると、パソコンに接続されている通常のプリンターを共有プリンターとして利用することができます。それでも、最近では、Wi-Fi またはイーサネットを備えたプリンター、スキャナー、または多機能デバイス (MFD) を購入するだけで、ネットワーク上でスタンドアロンの共有リソースとして機能させることが簡単にできます。

自宅のネットワーククライアント

ホームネットワーク上のローカルサーバーとは別に、他のデバイスは一般にクライアントと呼ばれ、リモートおよびローカルサーバーから情報を取得します。ローカルネットワーククライアントの例は次のとおりです。

コンピューター、コンソール、およびモバイルデバイス。
スマート冷蔵庫やロボット掃除機などのモノのインターネット (IoT) デバイス。

サーバーデバイスからデータを受信するものはすべてクライアントですが、どのデバイスも同時に両方になることができます。

コンピュータ、コンソール、およびモバイルデバイス

有線および無線接続

何年にもわたって、ネットワークにはいくつかの異なる接続規格がありましたが、今日のほとんどすべてのホームネットワークには、イーサネットと Wi-Fi の 2 種類の接続しかありません。

配線を交差させないでください: イーサネット

イーサネットは、家庭内ネットワークで TCP/IP データを伝送する有線接続規格です。コネクタ (RJ45) は大型の電話回線接続 (RJ11) に少し似ており、使用しているイーサネットネットワークケーブルのカテゴリに応じて異なる数本の銅線が通っています。

イーサネットケーブルは、さまざまな最大速度を提供するさまざまなカテゴリに分類されます。たとえば、カテゴリ 6 ネットワークケーブルの定格は 10Gbps ですが、カテゴリ 5e ケーブルの定格はギガビットです。LAN ポートの定格速度にケーブルの種類を合わせることが重要です。1Gbps ケーブルを 100 Mbps ポートに接続しても問題はありませんが、逆にすると、ケーブルが処理できる最大速度に速度が制限されます!

適切なイーサネットケーブル、アダプター、およびルーターを選択したと仮定すると、家中にイーサネット接続を設置する手間がかからない限り、高速、低遅延、非常に信頼性の高いネットワーク速度を楽しむことができます。

ワイヤー？どこへ行くにも有線は必要ありません: Wi-Fi

純粋なネットワークパフォーマンスに関しては、イーサネットが間違いなくゴールドスタンダードですが、それほど便利ではありません。モバイルデバイスに関しては、まったく実用的ではありません。そのため、ネットワーク機能が必要になるたびに壁に穴を開けたり、プラグを差し込んだりすることなく、ワイヤレスデバイスがネットワークに接続できるようにする Wi-Fi (ワイヤレスフィデリティ) を用意しています。

Wi-Fi は、電波を使用して情報のデジタルパルスを送信します。Wi-Fi で使用される周波数帯域には、2.4Ghz と 5Ghz の 2 つがあります。低い周波数帯域は高速でデータを送信できませんが、優れた範囲と壁貫通力を備えています。高周波 5Ghz Wi-Fi は超高速ですが、壁などの物体によって簡単にブロックされます。

最新の Wi-Fi ルーターのほとんどは「デュアルバンド」です。つまり、両方の周波数帯域で接続を提供します。Wi-Fiは世代が分かれています。以前は、これらの世代には、その世代の Wi-Fi の通信規格の名前を反映した番号が付けられていました。たとえば、802.11g、802.11n、802.11ac などです。これらの名前は、もう少し使いやすいように単純な数字に変更されています。したがって、802.11ac は単に Wi-Fi 6 であり、最新の 802.11ax はWi-Fi 6です。

特にデバイスが 2.4Ghz Wi-Fi のみをサポートし、問題のルーターが 5Ghz のみを提供する場合、古い Wi-Fi デバイスは新しいルーターに接続できない場合があります。

ネットワークの範囲を拡張する

ホームネットワークに接続する方法として、現在および将来を見据えた非常に多くのデバイスがあるため、ネットワークが家の隅々まで拡張されていることを確認する必要があります。これは、ワイヤレス信号をブロックする可能性のあるすべてのものや、家庭全体にイーサネットを敷設するための費用と労力に対して、言うよりも簡単です.

幸いなことに、ネットワークのフットプリントを増やして、家の中で接続できない場所をなくすのに役立つ多くの製品が市場に出回っています。

Wi-Fi リピーターとエクステンダー

Wi-Fi リピーターは、Wi-Fi 信号が低下し始める前に、既存の Wi-Fi ネットワークのエッジに配置されるデバイスです。コア Wi-Fi ネットワークとの間で送受信されるパケットをリッスンし、単純にそれらを繰り返します。これは時間のかかるソリューションですが、ネットワークを変更せずに WiFi を特定のスポットに拡張する簡単な方法です。

電力線エクステンダ

このシステムは、家の既存の電気配線を介してネットワーク信号を送信します。ルーターの近くや、ネットワークを拡張したい部屋に PowerLine アダプターを��し込むだけで簡単に接続できます。

ワイヤレスメッシュルーターは、通常のルーターのフットプリントを拡張するのではなく、既存のルーターを完全に置き換えます。それらを 1 つの大きな分散ルーターと考えてください。プライマリメッシュユニットがモデムに接続され、各サテライトユニットが専用のワイヤレスまたは有線接続を備えています。

ネットワーク化された 1 つの大きな家族

ホームネットワークのテクノロジは信じられないほど複雑かもしれませんが、このテクノロジは時間の経過とともによりスマートになり、はるかに使いやすくなっています。ホームネットワーキングの未来がどうなるかは誰にもわかりません。それでも、ミリ波 5G セルラーネットワークなどの技術の発展により、ローカルネットワークとワイドネットワークの境界が曖昧になるため、見た目が大きく変わる可能性があります。