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【基本情報技術者試験】LANとWAN(イーサネット、CSMA/CD)

2024年6月16日

教授
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今回のテーマはイーサネットとCSMA/CSについてです。

難しそう...

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問題

イーサネットで使用されるメディアアクセス制御方式であるCSMA/CDに関する記述として,適切なものはどれか。

  • ア:それぞれのステーションがキャリア検知を行うとともに,送信データの衝突が起きた場合は再送する。
  • イ:タイムスロットと呼ばれる単位で分割して,同一周波数において複数の通信を可能にする。
  • ウ:データ送受信の開始時にデータ送受信のネゴシエーションとしてRTS/CTS方式を用い,受信の確認はACKを使用する。
  • エ:伝送路上にトークンを巡回させ,トークンを受け取った端末だけがデータを送信できる。

基本情報技術者令和2年免除 問31

基本情報技術者試験や応用情報技術者試験で出題される「CSMA/CD」の問題。「CSMA/CD」の動きを知らないと難しく感じる問題ですが、知っていればそこまで難しい問題ではありません。

本記事では、通信の基本である「LAN」と「WAN」、そして「イーサネット」と「CSMA/CD」について解説しています。

本記事で学べること

  • 「LAN」と「WAN」について理解する
  • 「イーサネット」について理解する
  • 「CSMA/CD」について理解する
  • 基本情報技術者試験 過去問の解き方を学ぶ

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LANとWAN

LAN(ローカルエリアネットワーク)とは

LANとは、Local Area Network(ローカルエリアネットワーク)の略で、社内や家庭で構成された一定範囲のネットワークのことです。

次の図は、LANのイメージ例です。

LANのイメージ例

家庭や社内で構築されたネットワークは、LAN(ローカルエリアネットワーク)です。

家庭LANや社内LANには、デフォルトゲートウェイの役割をするルータが設置されており、デフォルトゲートウェイを経由して、外部ネットワークへアクセスします。

はてな

デフォルトゲートウェイ:内部ネットワークと外部ネットワークをつなぐネットワーク機器

WAN(ワイドエリアネットワーク)とは

WANとは、Wide Area Network(ワイドエリアネットワーク)の略で、LANとLANを繋いだ広い範囲のネットワークのことです。

WANは、LANの利用者が、ISP(インターネットサービスプロバイダ)と契約して利用します。

例えば、一般の利用者は、ISPと契約し、ISPが提供しているブロードバンドルータ(デフォルトゲートウェイ)を経由して、インターネットに接続します。

次の図は、LANとWANのイメージ例です。

LANとWANのイメージ例

上記図は、家庭LANと社内LAN、そして、インターネットが存在しています。

家庭LANや社内LANには、デフォルトゲートウェイの役割をするルータが設置されており、各コンピュータは、ルータを経由してインターネットに接続します。

この家庭や社内で構築されたネットワークがLAN(ローカルエリアネットワーク)、そして、家庭や社内で構成されたLANから見た、外部のネットワークがWAN(ワイドエリアネットワーク)です。

ここがポイント

  • LAN:社内や家庭で構成された一定範囲のネットワーク
  • WAN:LANとLANを繋いだ広い範囲のネットワーク

イーサネット

イーサネット(Ethernet)とは

イーサネット(Ethernet)とは、コンピュータをネットワークに接続する際に使う、ネットワークケーブル(有線LAN)の規格で、世界中のオフィスや家庭で使用されています。

助手
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有線でネットワークにつなぐときに使う、ケーブルの規格です。

イーサネットの代表的な規格は次のとおりです。

イーサネットの規格通信速度ケーブル最大長ケーブルの種類
10BASE210Mbps185m同軸ケーブル
10BASE510Mbps500m同軸ケーブル
10BASE-T10Mbps100mツイストペアケーブル
100BASE-TX100Mbps100mツイストペアケーブル
1000BASE-T1000Mbps100mツイストペアケーブル
1000BASE-LX1000Mbps3000m光ファイバ

全二重通信と半二重通信

イーサネットでの通信には、「全二重通信」と「半二重通信」があります。

イーサネットの初期は「半二重通信」が主流でしたが、現在では「全二重通信」が主流であり、イーサネット規格の中でも比較的新しいものは「半二重通信」をサポートしていません。

「全二重通信」と「半二重通信」の違いは、自動車の道路で例えると次のとおりです。

  • 全二重通信:「上り車線」と「下り車線」が別の車線
  • 半二重通信:「上り車線」と「下り車線」が同じ車線

下記の図は、全二重通信と半二重通信のイメージ例です。

全二重通信
全二重通信のイメージ例

全二重通信は「送信」と「受信」が別チャンネルのため、衝突(コリジョン)が発生しません

半二重通信
半二重通信のイメージ例

しかし、半二重通信は「送信」と「受信」が同じチャンネルのため、衝突(コリジョン)が発生する可能性があります。

この問題を解決するために作られたのが「CSMA/CD」(読み:シーエスエムエーシーディー)です。

半二重通信は「CSMA/CD」という多元接続の方式を採用しているため、衝突(コリジョン)が発生しても問題なく通信できます。

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情報処理試験では「CSMA/CD」の問題がよく出題されます。

CSMA/CD

CSMA/CDは「Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection」の略で、イーサネットで利用されている通信方式のひとつです。

具体的には、通信を監視し回線に空きがあれば通信を開始、仮に衝突が発生したら一定時間待機後に再送する、といった衝突(コリジョン)を回避するための通信方式です。

CSMA/CDの流れ

①Carrier Sense:ケーブル上に電気信号が流れていないか確認する

CSMA/CDの流れ①Carrier Sense

通信を開始する前に、ケーブル上に電気信号が流れていないか確認します。

②Multiple Access:フレームを送信する

Multiple Access

誰も回線を使っていないことが確認できたら、通信を開始します。

③Collision Detection:衝突を検知したら一定時間後に再送する

Collision Detection

仮に衝突(コリジョン)が発生した場合、それを検知し、ランダムな時間待機してから再び送信手順を行います。

再試行までにランダムの間隔(数ミリ秒)をあけて再送します。再試行のタイミングはランダムのため、他のコンピュータと再度衝突(コリジョン)する確率は極めて低くなっています。

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基本情報技術者試験 過去問の解説

基本情報技術者令和2年免除 問31

問題

イーサネットで使用されるメディアアクセス制御方式であるCSMA/CDに関する記述として,適切なものはどれか。

  • ア:それぞれのステーションがキャリア検知を行うとともに,送信データの衝突が起きた場合は再送する。
  • イ:タイムスロットと呼ばれる単位で分割して,同一周波数において複数の通信を可能にする。
  • ウ:データ送受信の開始時にデータ送受信のネゴシエーションとしてRTS/CTS方式を用い,受信の確認はACKを使用する。
  • エ:伝送路上にトークンを巡回させ,トークンを受け取った端末だけがデータを送信できる。

基本情報技術者令和2年免除 問31

イーサネットで使用されるメディアアクセス制御方式であるCSMA/CDに関する記述として,適切なものはどれか、ア~エを順番に確認していきます。

ア:それぞれのステーションがキャリア検知を行うとともに,送信データの衝突が起きた場合は再送する。

正解:CSMA/CDの説明です。CSMA/CDは衝突が起きた場合、ランダムな時間待機してから再送します。

イ:タイムスロットと呼ばれる単位で分割して,同一周波数において複数の通信を可能にする。

不正解:TDMA(Time Division Multiple Access,時分割多元接続)の説明です。TDMAは、主に無線LAN通信で利用されている通信方式のひとつです。

ウ:データ送受信の開始時にデータ送受信のネゴシエーションとしてRTS/CTS方式を用い,受信の確認はACKを使用する。

不正解:CSMA/CAの説明です。CSMA/CAは、無線LAN通信で利用されている通信方式のひとつです。

エ:伝送路上にトークンを巡回させ,トークンを受け取った端末だけがデータを送信できる。

不正解:トークンパッシング方式の説明です。トークンパッシング方式は、CSMA/CD同様、衝突を避ける仕組みです。

助手
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「ア」が正解です。

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