現代のITインフラエンジニアにとって、ネットワークはその知識の土台を形成します。
テクノロジーが進化し続ける中で、ネットワーク技術の基礎をしっかりと理解していることは、効率的かつ効果的にシステムを管理し、トラブルシューティングを行う上で不可欠です。
本記事では、システムエンジニアとして知っておくべきネットワークの基本的な概念や技術を全10章にわたり解説します。
この一連のガイドが、日々の業勜をよりスムーズに、そして確実に進めるための一助となることでしょう。
ネットワークとは何か（1章）
最も基本的な「ネットワーク」という用語定義を確認します。
ネットワークの定義
ネットワークの定義は、NTT東日本様のサイトより引用すると以下になります。
ネットワークは「繋がり」を意味する単語です。IT（情報通信）の分野では、コンピュータ、スマートフォン、サーバーが互いに繋がっている状態を意味しています。ハードウェア同士の繋がりが世界中にクモの巣のように繋がることで、インターネット（Web）は構成されます。
ネットワークとは？IT社会を支える通信技術について徹底紹介
私たちはネットワーク技術に支えられて、PCやスマホからインターネットへのアクセス、ファイルの交換、リソースの共有など多様な活動を行うことが可能になります。
ネットワークの目的と重要性
ネットワークなくして私たちの生活は成り立ちません。ネットワークは社会的にも重要な技術であり、未来永劫に必要となる知識です。
例えば以下のような目的を”ネットワーク”は果たしています。
- 1. コミュニケーションの促進
- ネットワークは地理的な障壁を越えて、人々が瞬時にコミュニケーションを取り合えるようにしています。電子メール、ビデオ会議、ソーシャルメディアなど、多くのデジタルコミュニケーションツールがネットワークを基盤としています。
- 2. 情報のアクセスと共有
- 情報を即座に検索し、共有する能力は、ネットワークが提供する重要な利点です。これにより、教育、研究、ビジネスなど多岐にわたる分野で情報が容易に利用できるようになります。
- 3. リソースの効率的な利用
- ネットワークを通じて、ハードウェアリソースやソフトウェアアプリケーションを複数のユーザーが共有することが可能です。これにより、コスト削減と効率向上が実現されます。
- 4. 自動化とオペレーションの最適化
- ビジネスプロセスの自動化、リアルタイムでのデータ収集と分析、遠隔操作を可能にするネットワーク技術は、オペレーションの効率化に不可欠です。
- 5. セキュリティの強化
- セキュリティ対策としてのネットワークは、不正アクセスからデータを守り、通信の安全を確保します。ファイアウォール、暗号化、侵入検知システムなどが、この目的で広く利用されています。
- 6. エンターテインメントとメディア
- ネットワーク技術は、オンラインゲーム、ストリーミングサービス、デジタルメディアの配信といったエンターテインメントの形態を変革しました。
- 7. 社会経済的影響
- ネットワーク技術は経済活動に大きな影響を与えており、電子商取引、遠隔教育、テレワークなど新しい経済の形態を創出しています。
ネットワークの種類（2章）
ネットワークには大きく4つの種類があります。
- LAN（ローカルエリアネットワーク）
- WAN（ワイドエリアネットワーク）
- MAN（メトロポリタンエリアネットワーク）
- PAN（パーソナルエリアネットワーク）
ほとんどシステムエンジニアが意識するのはLANとWANの2種類ではないでしょうか。
LAN（ローカルエリアネットワーク）
LANは（ローカルエリアネットワーク）は、限定された地域（オフィス、学校、家庭など）内で複数のデバイスを接続するネットワークシステムです。
これにより、高速でセキュアなデータ交換が可能となり、リソースの共有や通信が効率的に行えます。
LAN設定には、スイッチ、ルーター、ケーブルなどのハードウェアが必要で、適切なセキュリティ対策も重要です。
とくにLAN内ではプライベートIPアドレスが基本的には利用される点を押さえておきましょう。
無線LAN（Wi-Fi）の技術の進化により、テレワークやフリーアドレスなどの更に柔軟で便利なネットワーク環境が実現しています。
WAN（ワイドエリアネットワーク）
WAN（ワイドエリアネットワーク）は、広範囲にわたる地理的な範囲をカバーするネットワークで、異なる地域（オフィス、学校、家庭など）間、都市や国を結びます。
企業が複数の拠点間でデータを共有し、通信するために利用されることが多いでしょう。
WANは、通信の遅延を最小限に抑え、高いセキュリティを維持するための技術として、VPNやMPLSなどが使用されます。SD-WANなどの技術は、WANの効率とパフォーマンスを向上させ、企業の運用を効率化しています。
MAN（メトロポリタンエリアネットワーク）
MAN（メトロポリタンエリアネットワーク）は、一都市やその周辺地域をカバーするネットワークで、地方自治体や大学キャンパスなどが主に利用します。
MANは、光ファイバーやWiMAXを用いて高速で安全なデータ通信を提供し、都市部の広範囲にわたる施設やサービスを効率的に結びつける役割を果たします。
これにより、組織間の連携が強化され、サービスの提供がスムーズになります。
PAN（パーソナルエリアネットワーク）
PAN（パーソナルエリアネットワーク）は、個人の身の回りにあるデバイス同士を接続するためのネットワークです。
BluetoothやWi-Fiを利用して、スマートフォン、パソコン、ウェアラブルデバイスなどが互いに通信し、データを共有します。
PANは特に個人のプライバシーとデータセキュリティに注目し、日常生活におけるデバイスの便利さを向上させています。
ネットワークトポロジー（3章）
「ネットワークトポロジー」とは、ネットワーク内のデバイスがどのように物理的あるいは論理的に接続されているかの配置を指します。
トポロジーは、ネットワークの性能と耐障害性を大きく影響します。
主なトポロジーには、バス型、スター型、リング型、メッシュ型があります。それぞれに特有の利点と制限があり、選択はネットワークの規模、必要な信頼性、管理の容易さに依存します。
例えば、スター型は一般的に設置が簡単で、一点の障害が他のデバイスに影響を及ぼすことが少ないですが、中心となるハブが故障すると全体のネットワークに影響します。
トポロジーについては以下の記事で詳しく解説しています。
ネットワークプロトコル（4章）
「ネットワークプロトコル」とは、ネットワーク上でデータの送受信を行う際に従うべき規則や手順の集まりです。
これらのプロトコルは、異なるデバイス間での通信をスムーズかつ効率的に行うために不可欠です。
主要なプロトコルには、TCP/IP、UDP、HTTP、HTTPS、FTP、SMTPなどがあります。
例えば、TCP/IPはインターネットの基盤となるプロトコルで、信頼性の高い通信を保証します。HTTPとHTTPSは、ウェブページのローディングとセキュアなトランザクションを可能にし、SMTPは電子メールの送信に使用されます。
以下の記事でこれらのプロトコルがどのように機能するか、そしてネットワーク内での彼らの役割について詳しく解説します。この理解を通じて、より効果的なネットワーク管理とトラブルシューティングが可能になります。
OSI参照モデルとTCP/IPモデル（5章）
「OSI参照モデルとTCP/IPモデル」の章では、これら二つのネットワークモデルがどのようにしてデータ通信の理解と設計に貢献するかを解説します。
OSI参照モデルは、通信プロセスを7つの層に分けて詳細に説明し、各層が独立して機能することでネットワーク通信を明確に理解しやすくします。
一方、TCP/IPモデルはインターネットの基礎となるプロトコル群を4つの層で表し、実際のネットワーク環境で広く利用されています。
この章では、各モデルの層の機能、それぞれの層で使用される主要なプロトコル、そしてOSIモデルとTCP/IPモデルの違いとそれが現実世界のネットワーク設計にどのように影響を与えるかを説明します。
IPアドレスとサブネットマスク（6章）
本章では、ネットワーク内でデバイスが互いに通信するために必要なIPアドレスの構造と割り当ての方法について解説します。
IPアドレスはインターネット上の各デバイスを識別するためのユニークな数字の列で、IPv4およびIPv6の二種類が主に使用されています。
本章では、IPアドレスの基本からサブネット設計のポイントについて徹底解説します。
ルーティングとスイッチング（7章）
この章では、スイッチとルータの基本的な機能と違いについて説明し、各デバイスがネットワーク内でどのように機能するかを詳しく解説します。
スイッチングにおけるVLANの設定、ルーティングにおける静的ルーティングと動的ルーティングプロトコル（如何にOSPFやBGPなどが動作するか）の違いとその適用例についても触れます。
また、ルーティングとスイッチングのプロセスがネットワークのパフォーマンス、効率、セキュリティにどのように影響を与えるかを示し、これらの技術がネットワーク設計とトラブルシューティングにおいてなぜ重要であるかを強調します。
この理解をもって、読者はより複雑なネットワーク環境で効果的に作業を進めることができるようになります。
ワイヤレスネットワーク（8章）
「ワイヤレスネットワーク」の章では、ケーブルを使用せずにデータを転送する通信技術の原理、展開、そして実際の適用方法に焦点を当てます。
この章では、Wi-Fi、Bluetooth、NFC（近距離無線通信）などの一般的なワイヤレス技術について詳しく解説し、それぞれの技術がどのようにしてデバイス間の通信を可能にしているかを説明します。
特に、セキュリティはワイヤレスネットワークで非常に重要な検討事項であり、WEP、WPA、WPA2といったセキュリティプロトコルの違いと、それぞれがどのようにネットワークを保護するかについて説明します。
この章を通じて、読者はワイヤレスネットワークの基礎から応用までの知識を深め、より効果的にネットワークを設計し、問題を解決する能力を養うことができます。
ネットワークセキュリティ（9章）
デジタルネットワークを保護するための戦略、技術、およびプロトコルについて詳細に解説します。
ネットワークセキュリティは、不正アクセス、データの損失、その他の脅威からネットワークリソースを守るために不可欠です。
この章では、ファイアウォール、アンチウイルスソフトウェア、侵入検知システム（IDS）、侵入防止システム（IPS）、およびその他のセキュリティ機能がどのようにしてネットワークを保護するかを詳しく説明します。
具体的には、以下の要点に焦点を当てます。
- 脅威の認識
- ネットワークに影響を与える可能性のあるさまざまなタイプの脅威を特定し、それらの脅威がどのように機能するかについて説明します。
- 防御戦略の開発
- ファイアウォールの設定、暗号化技術の使用、多要素認証の導入など、効果的なセキュリティ対策を詳細に解説します。
- セキュリティポリシーの策定
- 組織がどのようにセキュリティポリシーを策定し、遵守するべきか、そしてこれがどのように組織全体のセキュリティを向上させるかについて説明します。
- 定期的な監査と評価
- セキュリティシステムの効果を評価し、必要に応じて改善する方法について説明します。
- 教育と訓練
- 従業員に対するセキュリティ意識向上の重要性と、効果的なトレーニングプログラムの実施方法。
ネットワークのトラブルシューティング（10章）
「ネットワークのトラブルシューティング」の章では、ネットワークの問題を効果的に診断し、解決するための手法とツールに焦点を当てます。
ネットワークが直面する一般的な問題には、接続の失敗、速度の低下、不安定な接続が含まれますが、これらはビジネスの生産性に直接影響を与える可能性があります。
この章では、これらの問題を迅速に特定し、解決するためのステップバイステップのプロセスを詳しく説明します。
- 問題の特定
- ネットワークの障害の原因を効率的に特定する方法、使用する診断ツール（例えば、ping、traceroute、Wiresharkなど）の紹介。
- 問題解決の戦略
- 一般的なネットワーク問題に対する効果的なトラブルシューティングのテクニックと、それぞれの問題に対する特定の解決策。
- 事例研究
- 実際のトラブルシューティングのシナリオを提供し、理論と実践のギャップを埋める。
- 定期的なメンテナンス
- ネットワークのパフォーマンスを最適化し、将来的な問題を予防するための定期的なネットワークメンテナンスの重要性。
- ネットワークの監視
- ネットワークの健全性を継続的に監視するためのシステムとプラクティス。
まとめ
この一連の記事「ITインフラエンジニアが押さえるべきネットワーク基礎知識（全10章）」を通じて、ネットワークの基本から高度な概念まで、幅広い知識を深掘りしました。
また、ワイヤレスネットワークの特性、ネットワークセキュリティの重要性、そしてトラブルシューティング技術にも触れ、ITインフラエンジニアとして直面する可能性のある各種問題への対処方法を探りました。
これらの知識は、日々変化するテクノロジーの流れの中でITインフラを効果的に管理し、保守を行うために不可欠です。
どの章も、実務で直面するかもしれない課題への理解を一層深め、より質の高い問題解決能力をITインフラエンジニアに提供することを目的としています。
最終的に、このシリーズが皆さんの専門知識をさらに拡張し、どんなネットワーク環境でも柔軟に対応できる力をつける助けになればと思います。