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媒体共有型ネットワークとは？コンテンション方式と非共有型との違いを解説

媒体共有型ネットワーク ネットワーク
2024.10.12
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はじめに

複数の端末が同じ通信媒体を使うネットワークでは、2台以上が同時に送信しようとすることがあります。そのままでは通信が競合するため、「どの端末が、いつ媒体を使うか」を決める仕組みが必要です。

このように複数の端末で通信媒体を共有する構成を、媒体共有型ネットワークと呼びます。この記事では、媒体共有型の基本、コンテンション方式やトークンパッシングによるアクセス制御、媒体非共有型との違いを解説します。読み終えると、共有媒体で送信制御が必要になる理由を説明できるようになります。

この記事で分かること

  • 媒体共有型ネットワークとは何か
  • 共有媒体でアクセス制御が必要な理由
  • コンテンション方式、CSMA/CD、トークンパッシングの考え方
  • 媒体非共有型ネットワークとの違い

媒体共有型ネットワークとは

媒体共有型ネットワークとは、複数の端末が同じ通信媒体を利用してデータを送受信するネットワークです。ここでいう通信媒体とは、有線LANのケーブルや無線LANの電波など、信号を運ぶための経路を指します。

同じ媒体を複数の端末で使う場合、ある端末が送信している最中に別の端末も送信しようとする可能性があります。そのため、媒体共有型では、端末が通信媒体を使うタイミングを調整する媒体アクセス制御が重要になります。

この仕組みはデータリンク層の役割と深く関係しています。フレームやMACアドレスなど、データリンク層全体の役割はデータリンク層とは？MACアドレスやフレームの役割を分かりやすく解説で確認できます。

なぜ共有媒体ではアクセス制御が必要なのか

共有媒体では、複数の端末が同じ経路を使うため、送信したい端末が自由に同時送信すると通信が成立しない場合があります。典型的なのが、従来の共有型Ethernetで発生するコリジョンです。複数の端末が同時に送信すると信号が衝突し、正常なフレームとして扱えなくなります。

そこで、共有媒体を使うネットワークでは、送信前に媒体の状態を確認する、衝突したら送信をやり直す、送信権を順番に渡すなどの方法で利用タイミングを調整します。どの方法を使うかはネットワーク技術によって異なりますが、「一つの媒体を複数端末でどう分けて使うか」という課題は共通しています。

なお、「媒体共有型」と「半二重通信」は同じ意味ではありません。媒体共有型・非共有型は通信媒体を複数端末で共有するかという分類であり、半二重・全二重は送信と受信を同時に行えるかという別の分類です。従来の共有型Ethernetは半二重でしたが、両者を機械的に同一視しないことが重要です。

代表的なアクセス制御方式

コンテンション方式とCSMA

コンテンション方式は、複数の端末が共通の通信媒体を利用し、送信の機会を競い合う方式です。代表的な考え方がCSMA（Carrier Sense Multiple Access）で、端末は送信を始める前に通信媒体が使用中かどうかを確認します。

ただし、複数の端末がほぼ同じタイミングで「空いている」と判断すれば、同時に送信を始める可能性があります。そのため、利用する技術に応じて衝突を検出したり、衝突を避けやすくしたりする追加の制御が必要になります。

CSMA/CD

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）は、従来の共有型Ethernetで使われた方式です。端末は媒体の使用状況を確認してから送信し、送信中も衝突を監視します。衝突を検出した場合は送信を中止し、一定の待ち時間を置いてから再送します。

CSMA/CDが必要なのは、複数端末が同じEthernet媒体を共有する半二重通信の場合です。現在一般的なスイッチ型Ethernetでは、端末とスイッチのポートが1対1で接続され、全二重通信を行うため、通常CSMA/CDは使用しません。

トークンパッシング方式

トークンパッシング方式は、送信権を示す特別な情報である「トークン」を端末間で順番に渡す方式です。トークンを受け取った端末だけが送信できるため、複数端末が同時に送信して衝突することを避けられます。

代表例はToken Ringです。コンテンション方式のように送信機会を競うのではなく、送信権を順番に管理するため、混雑時にも送信できるまでの見通しを立てやすい点が特徴です。一方、現在の一般的なLANではEthernetが中心であり、Token Ringは主流ではありません。

媒体非共有型ネットワークとの違い

媒体非共有型ネットワークでは、複数端末が同じ送信媒体を共有せず、端末とスイッチなどを1対1のリンクで接続します。現在の有線LANでは、端末とEthernetスイッチの各ポートを1対1で接続する構成が代表例です。同じ媒体を複数端末で奪い合わないため、共有型Ethernetで問題となったコリジョンを前提にしたCSMA/CDは不要です。

観点媒体共有型媒体非共有型
通信媒体複数端末で共有する端末ごとに1対1のリンクを使う
送信タイミング複数端末間で調整が必要同じ媒体を複数端末で奪い合わない
代表例共有型Ethernet、無線LANスイッチ型Ethernet
アクセス制御の例CSMA/CD、CSMA/CA、トークンパッシングなど共有型Ethernetのような衝突制御は不要

無線LAN（Wi-Fi）は、現在でも媒体共有型を理解しやすい例です。同じ無線チャネルを複数端末が共有するため、CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）によって送信前に媒体の使用状況を確認し、待ち時間を調整して衝突を避けやすくします。無線LANの構成やSSID、周波数帯などの基本は無線LAN（Wi-Fi）とは？仕組み・SSID・周波数帯を分かりやすく解説で解説しています。

まとめ

媒体共有型ネットワークは、複数の端末が同じ通信媒体を共有するネットワークです。重要なのは、媒体を共有すること自体ではなく、複数端末が同じ媒体を使うためにアクセス制御が必要になる点です。

コンテンション方式では端末が送信機会を競い、従来の共有型EthernetではCSMA/CDによって衝突を検出して再送しました。トークンパッシング方式では送信権を順番に渡すことで衝突を避けます。一方、現在一般的なスイッチ型Ethernetは端末ごとに専用リンクを持つ媒体非共有型であり、通常は全二重通信を行うためCSMA/CDを必要としません。

「媒体を共有しているか」と「どのように送信権を制御するか」を分けて考えると、EthernetやWi-Fiの違いも整理しやすくなります。

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