ネットワーク入門 — Project Hematite

なぜこれを知る必要があるか

ノートパソコンから地球の裏側にいる相手へ1秒もかからずメールを送れる。バスに乗りながらスマートフォンで動画をストリーミングできる。なぜだろうか？

答えはネットワーク（network）——コンピューター同士が通信できる仕組みだ。よく使われる接続方式を理解すると、インターネットが「魔法」から「仕組みが読める機械」に変わる。

ネットワークとは何か

最もシンプルな定義として、ネットワークとは情報をやり取りするためにつながれた2台以上のデバイスのことだ。

同じ部屋にある2台のパソコンがファイルを共有している状況かもしれない。ノートパソコンにプリンターが話しかけている状況かもしれない。スマートフォンが遠くのサーバーからウェブページを取得している状況かもしれない。規模は大きく変わるが、考え方は常に同じだ——デバイスがデータを送り合っている。

デバイスのつながり方

ネットワークへの参加方法にはいくつかある。物理的なケーブルを使うものもあれば、目に見えない電波を使うものもある。それぞれにトレードオフがある。

有線接続（イーサネット）

2台のデバイスをつなぐ最も直接的な方法はケーブルだ。このために使われる標準的なケーブルが**イーサネット（Ethernet）**ケーブル——幅広の電話ジャックのような平たい四角いプラグだ。

片方をノートパソコンに、もう片方をルーター（インターネット事業者から提供されている箱）に挿せば、ノートパソコンはネットワークにつながる。信号はケーブル内部の銅線を電気パルスとして伝わる。

有線接続には3つの大きな利点がある：

速い — 最新のイーサネットは1ギガビット毎秒以上のデータ転送が可能だ。
安定している — ケーブルは干渉や信号の減衰を受けない。
安全だ — 盗聴するには物理的に接続する必要がある。

明らかな欠点は：ケーブルでつながれているため動き回れない。1〜2メートル以上離れるとケーブルが抜けてしまう。

WiFi

WiFiを使う人が最も多い。自由に動き回れるからだ。ケーブルの代わりに、WiFiはデータを電波として送る——ラジオ放送と基本的な仕組みは同じだが、異なる周波数帯を使い、届く距離もずっと短い。

ルーター（またはアクセスポイント）がWiFi信号を発信する。近くにあるデバイス——スマートフォン、ノートパソコン、タブレット——が無線アンテナで信号を受け取り、データを送り返す。すべての通信はその中央のルーターを経由する。

WiFiは非常に便利だが、トレードオフがある：

届く範囲が限られている。 一般的な家庭用ルーターは屋内でせいぜい20〜30メートルで信号が弱まる。壁や床がさらに届く距離を縮める。
速度が変動する。 ルーターから遠ければ遠いほど、接続は遅く不安定になる。
干渉を受ける。 電子レンジ、近隣のWiFiネットワーク、その他のデバイスが信号を乱すことがある。

ルーターの近くに座ると通信が速くなると感じたことがあるはずだ——その理由がわかっただろう。

Bluetooth

Bluetoothも電波技術だが、目的がまったく異なる。すぐそばにあるデバイス同士の短距離接続のために設計されている。

ワイヤレスイヤホンをスマートフォンにペアリングするとき、接続しているのはBluetoothだ。ワイヤレスマウスをノートパソコンに接続するとき、フィットネストラッカーをスマートフォンに同期するとき——それもBluetoothだ。

Bluetoothは速度と到達距離を犠牲にして、低消費電力を実現している。数メートル先で接続し続ける必要がある小型のバッテリー駆動アクセサリーに最適だ。インターネットの閲覧にBluetoothは向かない——速度が遅すぎ、届く範囲も小さすぎる。しかし机の上に置いたスマートフォンから音楽を聴くには十分だ。

Bluetoothの主な特徴：

到達距離が非常に短い — 通常5〜10メートル。新しいバージョンではそれ以上のこともある。
低消費電力 — イヤホンやフィットネストラッカーのような小型デバイス向けに設計されている。
ピアツーピア（peer-to-peer） — 2台のデバイスが直接接続する。間にルーターは不要だ。

携帯回線

WiFiを使うにはルーターの近くにいる必要がある。では屋外に出たり、車に乗ったり、電車に乗ったりするとどうなるか？スマートフォンは**携帯回線（cellular network）**に切り替わる。

携帯キャリアは都市・地方・幹線道路に沿って鉄塔を建設している。各鉄塔は**セル（cell）**と呼ばれる地理的なエリアをカバーする——「セルラー」という名前の由来だ。スマートフォンが接続すると、最寄りの鉄塔と電波を送受信する。移動すると、スマートフォンはシームレスに次の鉄塔へハンドオフ（handoff）される——普通は切り替わりを感じない。

携帯回線のおかげで、WiFiルーターからはるか遠い場所でもメッセージを確認できる。トレードオフは次のとおりだ：

広いカバレッジ（coverage） — キャリアは広い地域をカバーするために多大な投資をしている。
費用がかかる — WiFiと違い、携帯データ通信は有料プランから来る。
速度が変動する — 古い世代（3G、4G）は遅い。新しい5Gネットワークは速度で家庭用WiFiに匹敵するかそれを上回ることもある。

3G・4G・5Gの「G」は**世代（generation）**の略だ。世代が上がるごとに速度と容量が向上している。

自宅のネットワーク

自宅では、こうした接続方式が共存していることが多い。

ルーターは、インターネットサービスプロバイダー（ISP）が自宅まで引いたケーブルを通じてインターネットに接続する。そしてネットワークに参加するすべてのデバイスにその接続を共有する——ほとんどはWiFiで、ケーブルを挿していればイーサネットで。

スマートフォンは自宅にいるときはWiFiを使い、玄関を出ると自動的に携帯回線に切り替わる。ワイヤレスキーボードはBluetoothを使い、インターネットにはまったく触れない。これらはすべて異なる種類の接続方式であり、それぞれ異なる用途のために同時に動いている。

「インターネット」と「ネットワーク」の違い

「ネットワーク」と「インターネット」はよく同じ意味で使われるが、意味が異なる。

ネットワークは完全にプライベートな場合もある。オフィスビル内のパソコン同士がファイルを共有しているとき、それが**ローカルエリアネットワーク（LAN、Local Area Network）**だ。外部の人はアクセスできない。

インターネットは世界最大の公開ネットワーク——ネットワークのネットワークだ。あらゆる国の数十億台のデバイスをつなぐ。自宅のルーターがISPに接続し、ISPが他のネットワークに接続し、それがさらに別のネットワークに接続することで、最終的にすべてに届く。

つまり——インターネット接続には必ずネットワークが使われるが、すべてのネットワークがインターネットというわけではない。

まとめ

ネットワークとはデータをやり取りするためにつながれた2台以上のデバイスのことだ。
**有線（イーサネット）**接続は物理的なケーブルを使う。速く、安定していて、安全だが、動き回れない。
WiFiは電波を使い、近くのルーターにデバイスを無線でつなぐ。便利だが、届く範囲と干渉の影響を受ける。
Bluetoothはイヤホンやキーボードのようなアクセサリー向けの短距離・低消費電力の電波技術だ。インターネット接続には向かない。
携帯回線は広いエリアに点在する鉄塔を使い、電波の届く場所ならどこでもスマートフォンが接続できる。世代（3G・4G・5G）が上がるごとに速くなる。
自宅のネットワークは通常これらを組み合わせている——インターネット接続にはイーサネットまたはWiFi、周辺機器にはBluetooth。
**LAN（ローカルエリアネットワーク）**はプライベートなネットワークだ。インターネットはそれらすべてをつなぐ世界規模の公開ネットワークだ。