ハブについて(まとめ)

この記事ではハブについてメモ書きとなります。ハブとは物理層の代表的なネットワークデバイスであり、(1)電気信号の整形・増幅、(2)集線 という2つの役割があります。

ネットワークデバイスとは？

ネットワーク通信において使用する装置のことです。「何を処理できるか？」によって分類されます。分類の機銃となるのが多くの場合、OSI参照モデルとなります。

物理層におけるネットワークデバイスとは、物理層に要求される処理な可能な装置であり、物理層で動作する装置であるとも言えます。物理層の役割は0と1の電気信号を伝えることであり、ハブはその機能を実現するためのネットワークデバイスです。

ハブとは？

物理層で動作するネットワークデバイスです。(1)電気信号の整形・増幅、(2)集線 という2つの役割があります。UTPケーブルを接続するためのポートを複数持っていて、コンピュータとUTPケーブルで接続します。

信号の整形・増幅

コンピュータから送信された信号はUTPケーブルを通じてハブに届きます。UTPケーブルの最大伝送距離は(多くの場合)100mとなっています。

それ以上長いと信号が減衰したり、波形が変わってしまうこともあります。そこでハブは他のポートへ信号を送出する前に整形・増幅します。

集線装置

コンピュータ間で通信を行う場合、最も単純なのがコンピュータ同士を直接ケーブルで接続する方法です。これならカンタンにコンピュータ同士がやりとりできます。

しかしコンピュータの数が増えた場合はどうでしょうか。全てのコンピュータを1対1で結んでいると配線が複雑になり過ぎてしまいます。

そこでハブを介してコンピュータ同士を接続します。ハブに接続された端末はケーブルで直接つながなくても通信が可能です。これによって配線をすっきりとまとめることができます。

ハブの動作

データを受信したポート以外の全てのポートへデータを送信します。例えば下記の図でPC-AからPC-Bへデータを送信したとします。その場合、ポート1から送られたデータはポート2,3,4全てへ送られることになります。

本来不要なポートにもデータが送られるため通信効率が落ちます。受信した信号をそのまま他のポートへ流してしまうことからリピーターハブとも呼ばれます。（リピーター = 増幅機の意味）

半二重通信

物理層で動作するハブのポートは、基本的に半二重通信という通信方法をとっています。半二重通信とは、一度にできるのは送信/受信のどちらかのみ..という通信方式です。パケットを送信しているときにパケットを受信できませんし、逆に受信している時には送信できません。もしたまたま両者が同じタイミングでパケットを送信した場合には、データ同士が衝突を起こします。

同時にデータを送信すると衝突が発生する範囲をコリジョンドメインと呼びます。この図ではハブを中心に接続されている機器全体で1つのコリジョンドメインを構成します。

ハブからスイッチへ

(1)不要なポートへもデータが送られてしまう
(2)同時にデータを送信すると衝突が起こってしまう

ここまでハブの仕組みと2つの欠点を見てきました。これら欠点を克服し、隣接ノードとの間で正しい通信を実現することがデータリンク層の役割となっています。そこではスイッチというネットワークデバイスを使用し、MACアドレスによって宛先端末を正しく識別することができます。