コンピュータネットワーク

コンピュータネットワークは、ネットワーク ノード上にある、またはネットワーク ノードによって提供されるリソースを共有するコンピュータの集合です。コンピュータは、デジタル相互接続を介して共通の通信プロトコルを使用して相互に通信します。これらの相互接続は、さまざまなネットワーク トポロジで配置できる、物理的に有線、光、および無線の無線周波数方式に基づく通信ネットワークテクノロジで構成されています。

コンピュータ ネットワークのノードには、パーソナル コンピュータ、サーバー、ネットワーク ハードウェア、その他の専用または汎用ホストが含まれます。これらはネットワーク アドレスによって識別され、ホスト名を持つ場合があります。ホスト名はノードの覚えやすいラベルとして機能し、最初の割り当て後に変更されることはほとんどありません。ネットワーク アドレスは、インターネット プロトコルなどの通信プロトコルによってノードを検索および識別するために使用されます。

コンピュータ ネットワークは、信号を伝送するために使用される伝送媒体、帯域幅、ネットワーク トラフィックを編成する通信プロトコル、ネットワーク サイズ、トポロジ、トラフィック制御メカニズム、組織の意図など、さまざまな基準によって分類できます。 ^{[引用が必要]}

コンピュータ ネットワークは、World Wide Webへのアクセス、デジタル ビデオとオーディオ、アプリケーション サーバーとストレージ サーバー、プリンターとFAX マシンの共有使用、電子メールとインスタント メッセージング アプリケーションの使用など、 多くのアプリケーションとサービスをサポートします。

コンピュータ ネットワーキングは、関連分野の理論と実践的な応用に依存しているため、コンピュータ サイエンス、コンピュータ エンジニアリング、および電気通信の分野と見なすことができます。コンピュータ ネットワーキングは、さまざまな技術開発と歴史的なマイルストーンの影響を受けています。

• 1950年代後半、ベル101モデムを使用して、米国軍の半自動地上環境（SAGE）レーダーシステム^{[1] [2] [3]用のコンピュータネットワークが構築されました。これは、1958年に}AT＆T社によってリリースされたコンピュータ用の最初の商用モデムでした。このモデムにより、通常の無条件電話回線を介して110ビット/秒（bit/s）の速度でデジタルデータを送信できました。
• 1959年、クリストファー・ストレイチーが英国でタイムシェアリングの特許を申請し、ジョン・マッカーシーがMITでユーザープログラムのタイムシェアリングを実装する最初のプロジェクトを開始しました。^{[4] [5] [6] [7]}ストレイチーは、その年にパリで開催されたユネスコ情報処理会議で、JCR・リックライダーにこの概念を伝えました。 ^[8]マッカーシーは、最も初期のタイムシェアリングシステムのうち3つ（ 1961年の互換タイムシェアリングシステム、 1962年のBBNタイムシェアリングシステム、 1963年のダートマスタイムシェアリングシステム）の作成に尽力しました。
• 1959年、アナトリー・キトフはソ連共産党中央委員会に、コンピューティングセンターのネットワークを基盤としてソ連軍とソ連経済の管理体制を再編するための詳細な計画を提案した。^[9]キトフの提案は却下され、後に1962年のOGAS経済管理ネットワークプロジェクトも却下された。^[10]
• 1960 年、商用航空会社の予約システムである半自動ビジネス研究環境(SABRE) が、2 台のメインフレームを接続してオンラインになりました。
• 1963 年、J.C.R. リックライダーは、コンピューター ユーザー間の一般的な通信を可能にすることを目的としたコンピューター ネットワークである「銀河間コンピューター ネットワーク」の概念について議論した覚書をオフィスの同僚に送りました。
• 1965 年、Western Electric は、スイッチング ファブリックにコンピュータ制御を実装した、初めて広く普及した電話交換機を発表しました。
• 1960年代を通して、^{[11] [12]} ポール・バランとドナルド・デイヴィスはそれぞれ独立して、ネットワーク上のコンピュータ間のデータ通信にパケット交換の概念を発明した。 ^{[13] [14] [15] [16]バランの研究は、分散ネットワーク上のメッセージブロックの適応型ルーティングを扱ったが、ソフトウェアスイッチを備えたルーターや、ネットワーク自体ではなくユーザーが}信頼性を提供するという考えは含まれていなかった。^{[17] [18] [19] [20]}デイヴィスの階層型ネットワーク設計には、高速ルーター、通信プロトコル、エンドツーエンドの原則の本質が含まれていた。^{[21] [22] [23] [24]}国立物理学研究所（英国）のローカルエリアネットワークであるNPLネットワークは、1968-69年に768 kbit/sのリンクを使用してこの概念の実装を先駆的に行った。^{[25] [23] [26]}バランとデイヴィスの両発明はコンピュータネットワークの発展に影響を与えた重要な貢献であった。^{[27] [28] [29] [30]}
• 1969年、ARPANETの最初の4つのノードが、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、スタンフォード研究所、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、ユタ大学の間で50kbit/sの回線を使用して接続されました。^[31]ボブ・カーンが主に設計し、ネットワークのルーティング、フロー制御、ソフトウェア設計、ネットワーク制御は、ボルト・ベラネック＆ニューマンのIMPチームによって開発されました。^{[32] [33] [34]} 1970年代初頭、レナード・クラインロックは、パケット交換ネットワークのパフォーマンスをモデル化する数学的研究を行い、それがARPANETの開発の基礎となりました。^{[35] [36]} 1970年代後半に学生のファルーク・カモウンと行った階層型ルーティングに関する理論的研究は、今日のインターネットの運用に依然として重要です。^{[37] [38]}
• 1972年にヨーロッパで初めて実験的な公共データネットワーク上で商用サービスが導入されました。 ^{[39] [40]}
• 1973年、ルイ・プーザンが指揮するフランスのCYCLADESネットワークは、ネットワーク自体の集中型サービスではなく、ホストに信頼性の高いデータ配信の責任を持たせた最初のネットワークでした。^[41]
• 1973年、ピーター・カースタインはロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ（UCL）でインターネットワーキングを実践し、ARPANETを英国の学術ネットワークに接続しました。これは世界初の異種国際コンピュータネットワークでした。^{[42] [43]}
• 1973年、ロバート・メトカーフはゼロックスPARCでイーサネットについて記述した正式なメモを書きました。イーサネットは、1960年代にハワイ大学のノーマン・エイブラムソンと同僚によって開発されたアロハネットワークに基づいたネットワークシステムです。メトカーフは、ジョン・ショク、ヨゲン・ダラル、エド・タフト、バトラー・ランプソンとともに、インターネットワーキング用のPARCユニバーサルパケットも開発しました。^[44]
• 1974年、ヴィント・サーフとボブ・カーンはインターネットワーキングに関する画期的な論文「パケットネットワーク相互通信プロトコル」を発表しました。^[45]その年の後半、サーフ、ヨゲン・ダラル、カール・サンシャインは最初の伝送制御プロトコル（TCP）仕様であるRFC 675を書き、インターネットワーキングの略語としてインターネット という用語を作り出した。 ^[46]
• 1976年7月、ロバート・メトカーフとデビッド・ボッグスは論文「イーサネット：ローカルコンピュータネットワークのための分散パケットスイッチング」^[47]を発表し、1977年と1978年にいくつかの特許を共同で取得しました。
• ヨーロッパ、北米、日本の公衆データネットワークは1970年代後半にX.25の使用を開始し、 X.75と相互接続しました。^[14]この基盤となるインフラストラクチャは、1980年代にTCP/IPネットワークの拡張に使用されました。^[48]
• 1976 年、Datapoint Corporationの John Murphy が、ストレージ デバイスの共有に最初に使用されたトークン パッシング ネットワークであるARCNET を作成しました。
• 1977 年、カリフォルニア州ロングビーチの GTE によって最初の長距離光ファイバー ネットワークが展開されました。
• 1979年、ロバート・メトカーフはイーサネットをオープンスタンダードにすることを目指した。^[49]
• 1980年にイーサネットは、オリジナルの2.94Mbit/sプロトコルから、ロン・クレイン、ボブ・ガーナー、ロイ・オガス、^[50]およびヨゲン・ダラル^{[51]によって開発された10Mbit/sプロトコルにアップグレードされました。}
• 1995年、イーサネットの伝送速度容量は10Mbit/sから100Mbit/sに増加しました。1998年までに、イーサネットは1Gbit/sの伝送速度をサポートしました。その後、最大400Gbit/sのより高速な速度が追加されました（2018年現在^[update]）。イーサネットのスケーリングは、イーサネットが継続的に使用される要因となっています。^[49]

コンピュータ ネットワークは、電子メール、インスタント メッセージング、オンライン チャット、音声通話、ビデオ通話、ビデオ会議などのさまざまな電子的手段を使用して、ユーザー同士のコミュニケーションを強化します。また、ネットワークではコンピューティング リソースの共有も可能になります。たとえば、ユーザーは共有プリンタでドキュメントを印刷したり、共有ストレージ デバイスを使用したりすることができます。さらに、ネットワークではファイルや情報を共有できるため、承認されたユーザーは他のコンピュータに保存されているデータにアクセスできます。分散コンピューティングでは、ネットワーク上の複数のコンピュータのリソースを活用して、共同でタスクを実行します。

現代のコンピュータ ネットワークのほとんどは、パケット モード伝送に基づくプロトコルを使用しています。ネットワーク パケットは、パケット交換ネットワークによって伝送されるフォーマットされたデータ単位です。

パケットは、制御情報とユーザー データ (ペイロード) の 2 種類のデータで構成されます。制御情報は、送信元および宛先のネットワーク アドレス、エラー検出コード、シーケンス情報など、ユーザー データを配信するためにネットワークが必要とするデータを提供します。通常、制御情報はパケット ヘッダーとトレーラーにあり、その間にペイロード データが存在します。

パケットを使用すると、ネットワークが回線交換の場合よりも、伝送媒体の帯域幅をユーザー間でより適切に共有できます。 1 人のユーザーがパケットを送信していない場合は、リンクを他のユーザーからのパケットで満たすことができるため、リンクが過度に使用されない限り、比較的干渉が少なく、コストを共有できます。 多くの場合、パケットがネットワークを通過するために必要なルートはすぐには利用できません。 その場合、パケットはキューに入れられ、リンクが空くまで待機します。

パケット ネットワークの物理リンク テクノロジーでは、通常、パケットのサイズが特定の最大転送単位(MTU) に制限されます。長いメッセージは転送前に断片化される可能性があり、パケットが到着すると、元のメッセージを構築するために再構成されます。

ネットワーク ノードとリンクの物理的または地理的な位置は、通常、ネットワークにほとんど影響を与えませんが、ネットワークの相互接続のトポロジは、スループットと信頼性に大きく影響します。バス ネットワークやスター ネットワークなどの多くのテクノロジでは、1 つの障害によってネットワーク全体が機能しなくなる可能性があります。一般に、相互接続の数が多いほど、ネットワークは堅牢になりますが、インストールのコストも高くなります。そのため、ほとんどのネットワーク図は、ネットワーク ホストの論理的な相互接続のマップである ネットワーク トポロジに基づいて配置されます。

一般的なトポロジは次のとおりです。

• バス ネットワーク: すべてのノードは、このメディアに沿って共通のメディアに接続されます。これは、10BASE5および10BASE2と呼ばれるオリジナルのEthernetで使用されたレイアウトです。これは、データ リンク層では現在でも一般的なトポロジですが、最新の物理層バリアントでは、代わりにポイントツーポイントリンクが使用され、スター型またはツリー型を形成します。
• スター ネットワーク: すべてのノードは特別な中央ノードに接続されます。これは、各クライアントが中央のネットワーク スイッチに接続する小規模スイッチ イーサネットLAN や、各ワイヤレス クライアントが中央のワイヤレス アクセス ポイントに関連付けられる論理的にワイヤレス LANに見られる典型的なレイアウトです。
• リング ネットワーク: 各ノードは左右の隣接ノードに接続され、すべてのノードが接続され、各ノードは左または右にノードを移動することで他のノードに到達できます。トークン リングネットワークとファイバー分散データ インターフェイス(FDDI) は、このようなトポロジを利用しました。
• メッシュ ネットワーク: 各ノードは任意の数の隣接ノードに接続され、任意のノードから他のノードへのトラバーサルが少なくとも 1 回存在します。
• 完全に接続されたネットワーク: 各ノードはネットワーク内の他のすべてのノードに接続されています。
• ツリー ネットワーク: ノードは階層的に配置されます。これは、複数のスイッチがあり、冗長メッシュのない大規模なイーサネット ネットワークの自然なトポロジです。

ネットワーク内のノードの物理的なレイアウトは、必ずしもネットワーク トポロジを反映するとは限りません。たとえば、FDDIでは、ネットワーク トポロジはリング型ですが、隣接するすべての接続を中央の物理的な場所を経由してルーティングできるため、物理的なトポロジはスター型になることがよくあります。ただし、共通のダクトや機器の場所は、火災、停電、洪水などの問題により単一障害点となる可能性があるため、物理的なレイアウトはまったく無関係というわけではありません。

オーバーレイネットワークは、別のネットワーク上に構築される仮想ネットワークです。オーバーレイネットワーク内のノードは、仮想リンクまたは論理リンクによって接続されます。各リンクは、おそらく多くの物理リンクを介して、基盤となるネットワーク内のパスに対応します。オーバーレイネットワークのトポロジは、基盤となるネットワークのトポロジとは異なる場合があります（多くの場合異なります）。たとえば、多くのピアツーピアネットワークはオーバーレイネットワークです。これらは、インターネット上で実行されるリンクの仮想システムのノードとして編成されます。^[52]

オーバーレイ ネットワークは、データ ネットワークが開発される前、つまりコンピューターがモデムを使用して電話回線で接続されていたネットワークの初期の頃から使用されてきました。

オーバーレイネットワークの最も顕著な例は、インターネットそのものです。インターネット自体は、もともと電話網のオーバーレイとして構築されました。^[52]今日でも、各インターネットノードは、大きく異なるトポロジーとテクノロジーのサブネットワークのメッシュを介して、事実上他のノードと通信できます。アドレス解決とルーティングは、完全に接続されたIPオーバーレイネットワークをその基盤となるネットワークにマッピングするための手段です。

オーバーレイ ネットワークのもう 1 つの例は、ネットワーク内のノードにキーをマップする分散ハッシュ テーブルです。この場合、基盤となるネットワークは IP ネットワークであり、オーバーレイ ネットワークはキーによってインデックス付けされたテーブル (実際にはマップ) です。

オーバーレイ ネットワークは、サービス品質保証による高品質ストリーミング メディアの実現など、インターネット ルーティングを改善する方法として提案されてきました。IntServ、DiffServ、IP マルチキャストなどの以前の提案は、ネットワーク内のすべてのルーターの変更を必要とするため、広く受け入れられていませんでした。 ^{[引用が必要]}一方、オーバーレイ ネットワークは、インターネット サービス プロバイダーの協力なしに、オーバーレイ プロトコル ソフトウェアを実行するエンド ホストに段階的に導入できます。オーバーレイ ネットワークは、2 つのオーバーレイ ノード間の基盤となるネットワークでパケットがどのようにルーティングされるかを制御することはできませんが、たとえば、メッセージが宛先に到達する前に通過するオーバーレイ ノードの順序を制御することはできます^{[引用が必要]}。

例えば、アカマイ・テクノロジーズは、信頼性が高く効率的なコンテンツ配信（一種のマルチキャスト）を提供するオーバーレイネットワークを管理しています。学術研究には、エンドシステムマルチキャスト、 ^[53]、レジリエントルーティング、サービス品質の研究など が含まれます。

デバイスをリンクしてコンピュータ ネットワークを形成するために使用される伝送メディア (文献では物理メディアと呼ばれることが多い) には、電気ケーブル、光ファイバー、自由空間などがあります。OSIモデルでは、メディアを処理するソフトウェアは、レイヤー 1 と 2 (物理層とデータ リンク層) で定義されます。

ローカル エリア ネットワーク(LAN) 技術で銅線と光ファイバー メディアを使用する広く採用されているファミリは、総称してイーサネットと呼ばれます。イーサネットを介してネットワーク デバイス間の通信を可能にするメディアとプロトコルの標準は、IEEE 802.3で定義されています。ワイヤレス LAN 標準では電波を使用し、その他の標準では赤外線信号を伝送媒体として使用します。電力線通信では、建物の電力ケーブルを使用してデータを送信します。

コンピュータ ネットワークでは、次のクラスの有線テクノロジが使用されます。

• 同軸ケーブルは、ケーブルテレビ システム、オフィス ビル、その他の作業現場でのローカル エリア ネットワークに広く使用されています。伝送速度は、2 億ビット/秒から 5 億ビット/秒以上です。 ^{[引用が必要]}
• ITU-T G.hnテクノロジーは、既存の家庭内配線(同軸ケーブル、電話線、電力線) を使用して高速ローカル エリア ネットワークを構築します。
• ツイストペアケーブルは、有線イーサネットやその他の標準に使用されます。通常、音声とデータの両方の伝送に使用できる 4 対の銅線ケーブルで構成されます。2 本のワイヤを撚り合わせることで、クロストークと電磁誘導が軽減されます。伝送速度は 2 Mbit/s ～ 10 Gbit/s です。ツイストペア ケーブルには、シールドなしツイストペア (UTP) とシールド付きツイストペア (STP) の 2 つの形式があります。各形式には、さまざまなシナリオで使用できるように設計された複数のカテゴリ定格があります。

• 光ファイバーはガラス繊維です。レーザーと光増幅器を介してデータを表す光パルスを伝送します。光ファイバーが金属線より優れている点として、伝送損失が非常に低いことと、電気干渉の影響を受けないことが挙げられます。高密度波長分割多重方式を使用すると、光ファイバーは異なる波長の光で複数のデータストリームを同時に伝送できるため、データ送信速度が最大数兆ビット/秒まで大幅に向上します。光ファイバーは、非常に高いデータ速度を伝送する長距離ケーブルに使用でき、大陸間を相互接続する海底通信ケーブルにも使用されます。光ファイバーには、シングルモード光ファイバー(SMF) とマルチモード光ファイバー(MMF) の 2 つの基本的なタイプがあります。シングルモード光ファイバーには、数十キロメートル、さらには 100 キロメートルにわたってコヒーレント信号を維持できるという利点があります。マルチモード光ファイバーは終端処理が安価ですが、データ速度とケーブルのグレードに応じて、数百メートル、場合によっては数十メートルに制限されます。^[54]

ネットワーク接続は、無線またはその他の電磁通信手段を使用してワイヤレスで確立できます。

• 地上マイクロ波 – 地上マイクロ波通信では、衛星放送受信アンテナに似た地上の送信機と受信機を使用します。地上マイクロ波は低ギガヘルツ範囲にあるため、すべての通信は見通し線に制限されます。中継局の間隔は約 40 マイル (64 km) です。
• 通信衛星 – 衛星もマイクロ波を介して通信します。衛星は宇宙空間に配置されており、通常は赤道上空 35,400 km (22,000 マイル) の静止軌道上にあります。これらの地球周回システムは、音声、データ、およびテレビ信号を受信して​​中継することができます。
• セルラー ネットワークでは、複数の無線通信技術が使用されています。システムは、カバーされる領域を複数の地理的エリアに分割します。各エリアは、低電力トランシーバーによってサービスされます。
• 無線および拡散スペクトル技術 – 無線 LAN は、デジタル携帯電話に似た高周波無線技術を使用します。無線 LAN は、拡散スペクトル技術を使用して、限られたエリア内の複数のデバイス間の通信を可能にします。IEEE 802.11 は、Wi-Fiと呼ばれるオープン スタンダードの無線電波技術の共通バージョンを定義します。
• 自由空間光通信では、通信に可視光または不可視光を使用します。ほとんどの場合、見通し内伝播が使用されるため、通信デバイスの物理的な配置が制限されます。
• 電波と光学的手段を介してインターネットを惑星間次元に拡張する、惑星間インターネット。^[55]
• IP over Avian Carriersは、 RFC 1149として発行された、ユーモラスなエイプリルフールのRequest for Commentsでした。  2001年に実際に実装されました。^[56]

最後の 2 つのケースでは、往復の遅延時間が大きいため、双方向通信は遅くなりますが、大量の情報の送信を妨げることはありません (スループットは高くなります)。

物理的な伝送媒体とは別に、ネットワークは、ネットワーク インターフェイス コントローラ、リピータ、ハブ、ブリッジ、スイッチ、ルータ、モデム、ファイアウォールなどの追加の基本的なシステム構成要素から構築されます。特定の機器には複数の構成要素が含まれることが多く、複数の機能を実行する場合があります。

ネットワーク インターフェイス コントローラ (NIC) は、コンピュータをネットワーク メディアに接続し、低レベルのネットワーク情報を処理する機能を備えたコンピュータ ハードウェアです。たとえば、NIC には、ケーブルを接続するコネクタ、ワイヤレス送受信用のアンテナ、および関連回路があります。

イーサネット ネットワークでは、各 NIC に固有のメディア アクセス制御 (MAC) アドレスがあり、通常はコントローラの永久メモリに保存されます。ネットワーク デバイス間のアドレス競合を回避するために、電気電子技術者協会(IEEE) が MAC アドレスの一意性を維持および管理しています。イーサネット MAC アドレスのサイズは 6オクテットです。上位 3 オクテットは、NIC メーカーを識別するために予約されています。これらのメーカーは、割り当てられたプレフィックスのみを使用して、製造するすべてのイーサネット インターフェイスの下位 3 オクテットを一意に割り当てます。

リピータは、ネットワーク信号を受信し、不要なノイズを除去して再生成する電子デバイスです。信号は、より高い電力レベルで、または障害物の反対側に再送信されるため、信号は劣化することなくより長い距離をカバーできます。ほとんどのツイストペア イーサネット構成では、100 メートルを超えるケーブルにはリピータが必要です。光ファイバーでは、リピータは数十キロメートル、さらには数百キロメートル離れていることもあります。

リピータは OSI モデルの物理層で動作しますが、信号を再生成するには少し時間がかかります。これにより伝播遅延が発生し、ネットワークのパフォーマンスに影響を及ぼし、適切な機能に影響を及ぼす可能性があります。その結果、多くのネットワーク アーキテクチャでは、ネットワーク内で使用されるリピータの数を制限しています (例: Ethernet 5-4-3 ルール)。

複数のポートを備えたイーサネット リピータは、イーサネット ハブと呼ばれます。リピータ ハブは、ネットワーク信号の再調整と配信に加えて、ネットワークの衝突検出と障害分離にも役立ちます。LAN のハブとリピータは、現代のネットワーク スイッチによってほぼ廃止されています。

ネットワークブリッジとネットワークスイッチは、通信に関係するポートにのみフレームを転送するのに対し、ハブはすべてのポートにフレームを転送するという点でハブとは異なります。^[57]ブリッジには2つのポートしかありませんが、スイッチはマルチポートブリッジと考えることができます。スイッチには通常、多数のポートがあり、デバイスのスタートポロジーを容易にし、追加のスイッチをカスケード接続します。

ブリッジとスイッチはOSIモデルのデータリンク層（レイヤー2）で動作し、2つ以上のネットワークセグメント間のトラフィックをブリッジして単一のローカルネットワークを形成します。どちらも、各フレームの宛先MACアドレスに基づいてポート間でデータフレームを転送するデバイスです。 ^[58] 受信したフレームの送信元アドレスを調べることで物理ポートとMACアドレスの関連付けを学習し、必要な場合にのみフレームを転送します。未知の宛先MACがターゲットになっている場合、デバイスは送信元を除くすべてのポートに要求をブロードキャストし、応答から場所を検出します。

ブリッジとスイッチはネットワークの衝突ドメインを分割しますが、単一のブロードキャスト ドメインを維持します。ブリッジとスイッチングによるネットワークのセグメント化により、大規模で混雑したネットワークを、より小さく効率的なネットワークの集合に分割できます。

ルーターは、パケットに含まれるアドレス指定またはルーティング情報を処理して、ネットワーク間でパケットを転送するインターネットワーキング デバイスです。ルーティング情報は、多くの場合、ルーティング テーブルと連動して処理されます。ルーターはルーティング テーブルを使用してパケットの転送先を決定し、非常に大規模なネットワークでは非効率的なパケットのブロードキャストを必要としません。

モデム (変調器/復調器) は、もともとデジタル ネットワーク トラフィック用またはワイヤレス用に設計されていない有線を介してネットワーク ノードを接続するために使用されます。これを行うには、1 つ以上のキャリア信号をデジタル信号で変調して、送信に必要な特性を与えるように調整できるアナログ信号を生成します。初期のモデムは、標準の音声電話回線で送信されるオーディオ信号を変調しました。モデムは、デジタル加入者線テクノロジを使用する電話回線や、 DOCSISテクノロジ を使用するケーブル テレビ システムで、現在でも一般的に使用されています。

ファイアウォールは、ネットワーク セキュリティとアクセス ルールを制御するネットワーク デバイスまたはソフトウェアです。ファイアウォールは、安全な内部ネットワークと、インターネットなどの潜在的に安全でない外部ネットワーク間の接続に挿入されます。ファイアウォールは通常、認識されていないソースからのアクセス要求を拒否し、認識されているソースからのアクションを許可するように構成されます。ファイアウォールがネットワーク セキュリティで果たす重要な役割は、サイバー攻撃の絶え間ない増加と並行して拡大しています。

通信プロトコルは、ネットワーク上で情報を交換するための一連の規則です。通信プロトコルにはさまざまな特性があります。接続指向またはコネクションレス、回線モードまたはパケット交換、階層型アドレス指定またはフラット アドレス指定を使用する場合があります。

プロトコル スタックは、多くの場合 OSI モデルに従って構築されますが、通信機能はプロトコル レイヤーに分割され、各レイヤーは下位レイヤーのサービスを活用し、最下位レイヤーはメディアを介して情報を送信するハードウェアを制御します。プロトコルの階層化は、コンピュータ ネットワークの分野で広く使用されています。プロトコル スタックの重要な例としては、TCP over IP (インターネット プロトコル) over IEEE 802.11 (Wi-Fi プロトコル)上で実行されるHTTP (World Wide Web プロトコル) があります。このスタックは、ユーザーが Web を閲覧しているときに、ワイヤレス ルーターと家庭ユーザーのパソコン の間で使用されます。

通信プロトコルは多数ありますが、そのうちのいくつかを以下に説明します。

インターネットプロトコル スイート(TCP/IP とも呼ばれる) は、現代のあらゆるネットワークの基礎となるものです。インターネット プロトコル (IP) を使用したデータグラム伝送によって、本質的に信頼性の低いネットワーク上でコネクションレスおよびコネクション指向のサービスを提供します。このプロトコル スイートは、インターネット プロトコル バージョン 4 (IPv4) および、アドレス指定機能が大幅に拡張された次世代のプロトコルであるIPv6のアドレス指定、識別、ルーティング仕様を中核的に定義しています。インターネット プロトコル スイートは、インターネットを定義するプロトコル セットです。^[59]

IEEE 802は、ローカル エリア ネットワークとメトロポリタン エリア ネットワークを扱う IEEE 標準のファミリーです。完全な IEEE 802 プロトコル スイートは、多様なネットワーク機能を提供します。プロトコルにはフラットなアドレス指定方式があります。これらは主に OSI モデルのレイヤー 1 と 2 で動作します。

たとえば、MAC ブリッジング( IEEE 802.1D ) は、スパニング ツリー プロトコルを使用してイーサネット パケットのルーティングを扱います。IEEE 802.1Q はVLANについて説明し、IEEE 802.1X はポートベースのネットワーク アクセス制御プロトコルを定義します。これは、VLAN ^[60]で使用される認証メカニズムの基礎となります(ただし、WLAN ^[61]でも使用されています)。これは、家庭のユーザーが「ワイヤレス アクセス キー」を入力するときに表示されるものです。

イーサネットは、有線 LAN で使用されるテクノロジのグループです。これは、電気電子技術者協会によって発行された IEEE 802.3と呼ばれる一連の標準規格によって説明されています。

IEEE 802.11規格に基づく無線 LAN ( WLAN または WiFi としても広く知られています) は、今日の家庭ユーザーにとっておそらくIEEE 802プロトコル ファミリの中で最もよく知られているものです。IEEE 802.11 は、有線イーサネットと多くの特性を共有しています。

同期光ネットワーク(SONET) と同期デジタル階層 (SDH) は、レーザーを使用して光ファイバー上で複数のデジタル ビット ストリームを転送する標準化された多重化プロトコルです。これらはもともと、主に回線交換デジタル電話をサポートするために、さまざまなソースからの回線モード通信を転送するために設計されました。ただし、プロトコル中立性と転送指向の機能により、SONET/SDH は非同期転送モード(ATM) フレームの転送にも当然選択されました。

非同期転送モード (ATM) は、通信ネットワークのスイッチング技術です。非同期時分割多重化を使用し、データを小さな固定サイズのセルにエンコードします。これは、可変サイズのパケットまたはフレームを使用するインターネット プロトコル スイートやイーサネットなどの他のプロトコルとは異なります。ATM は、回線交換ネットワークとパケット交換ネットワークの両方と類似しています。このため、ATM は、従来の高スループット データ トラフィックと、音声やビデオなどのリアルタイムで低遅延のコンテンツの両方を処理する必要があるネットワークに適しています。ATM は、実際のデータ交換を開始する前に 2 つのエンドポイント間に仮想回線を確立する必要がある接続指向モデルを使用します。

ATMは、インターネットサービスプロバイダーと家庭のユーザーとの接続であるラストマイルにおいて依然として役割を果たしている。 ^{[62] [更新が必要]}

デジタル携帯電話規格には、GSM（グローバルシステム）、 GPRS（汎用パケット無線サービス）、 cdmaOne、CDMA2000、EV-DO（エボリューション・データ・オプティマイズド）、 EDGE（拡張データレートGSMエボリューション）、UMTS（ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム）、DECT（デジタル拡張コードレステレコミュニケーション）、IS-136/TDMA（デジタルAMPS）、 iDEN（統合デジタル拡張ネットワーク）など、さまざまな規格があります。^[63]

ルーティングは、ネットワーク トラフィックを伝送するためのネットワーク パスを選択するプロセスです。ルーティングは、回線交換ネットワークやパケット交換ネットワークなど、さまざまな種類のネットワークに対して実行されます。

パケット交換ネットワークでは、ルーティング プロトコルが中間ノードを介してパケット転送を指示します。中間ノードは通常、ルーター、ブリッジ、ゲートウェイ、ファイアウォール、スイッチなどのネットワーク ハードウェア デバイスです。汎用コンピューターでもパケットを転送してルーティングを実行できますが、専用のハードウェアがないため、パフォーマンスが制限される可能性があります。ルーティング プロセスは、さまざまなネットワークの宛先へのルートの記録を保持するルーティング テーブルに基づいて転送を指示します。ほとんどのルーティング アルゴリズムは、一度に 1 つのネットワーク パスのみを使用します。マルチパス ルーティング技術を使用すると、複数の代替パスを使用できます。

ルーティングは、ネットワーク アドレスが構造化されており、類似のアドレスはネットワーク内での近接性を意味するという前提において、ブリッジングとは対照的です。構造化アドレスを使用すると、単一のルーティング テーブル エントリでデバイス グループへのルートを表すことができます。大規模ネットワークでは、ルーターで使用される構造化アドレス指定は、ブリッジングで使用される非構造化アドレス指定よりも優れています。構造化 IP アドレスはインターネットで使用されます。非構造化 MAC アドレスは、イーサネットや同様のローカル エリア ネットワークでのブリッジングに使用されます。

ネットワークは、物理的な容量、組織の目的、ユーザー認証、アクセス権など、多くのプロパティや機能によって特徴付けられます。別の明確な分類方法は、物理的な範囲または地理的な規模による分類です。

ナノスケールネットワークは、メッセージキャリアを含む主要なコンポーネントがナノスケールで実装されており、マクロスケールの通信メカニズムとは異なる物理原理を活用しています。ナノスケール通信は、生物系に見られるような非常に小さなセンサーやアクチュエーターに通信を拡張し、他の通信技術では過酷すぎる環境でも動作する傾向があります。^[64]

パーソナルエリアネットワーク（PAN）は、1人の人の近くにあるコンピュータやさまざまな情報技術デバイス間の通信に使用されるコンピュータネットワークです。PANで使用されるデバイスの例としては、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ファックス機、電話、PDA、スキャナ、ビデオゲームコンソールなどがあります。PANには有線デバイスと無線デバイスが含まれます。PANの範囲は通常10メートルです。^[65]有線PANは通常、USBおよびFireWire接続で構成され、 Bluetoothや赤外線通信などの技術は通常、無線PANを形成します。

ローカルエリアネットワーク（LAN）は、家庭、学校、オフィスビル、または密集した建物群など、限られた地理的範囲内でコンピュータやデバイスを接続するネットワークです。有線LANは、一般的にイーサネット技術に基づいています。ITU -T G.hnなどの他のネットワーク技術も、同軸ケーブル、電話線、電力線などの既存の配線を使用して有線LANを作成する方法を提供しています。^[66]

LANは、ルーターを使用して広域ネットワーク（WAN）に接続できます。LANの特徴は、WANとは異なり、データ転送速度が速いこと、地理的範囲が限られていること、接続に専用線に依存しないことなどです。 ^{[要出典]現在のイーサネットやその他のIEEE 802.3 LANテクノロジーは、最大}100 Gbit/s以上のデータ転送速度で動作し、^[67] 2010年にIEEEによって標準化されました。

ホームエリア ネットワーク(HAN) は、家庭内に設置されるデジタル デバイス (通常は少数のパーソナル コンピュータと、プリンタやモバイル コンピューティング デバイスなどのアクセサリ) 間の通信に使用される住宅用 LAN です。重要な機能は、インターネット アクセスの共有です。多くの場合、ケーブル インターネット アクセスまたはデジタル加入者線(DSL) プロバイダーを介したブロードバンド サービスです。

ストレージエリア ネットワーク(SAN) は、統合されたブロック レベルのデータ ストレージへのアクセスを提供する専用ネットワークです。SA​​N は主に、ディスク アレイ、テープ ライブラリ、光ジュークボックスなどのストレージ デバイスをサーバーからアクセス可能にするために使用されます。これにより、ストレージはオペレーティング システムに対してローカルに接続されたデバイスとして表示されます。SAN には通常、他のデバイスからローカル エリア ネットワーク経由でアクセスできない独自のストレージ デバイス ネットワークがあります。SAN のコストと複雑さは 2000 年代初頭に低下し、エンタープライズ環境と中小企業環境の両方で広く採用されるようになりました。^{[引用が必要]}

キャンパス エリア ネットワーク( CAN) は、限られた地理的領域内の LAN の相互接続で構成されます。ネットワーク機器 (スイッチ、ルーター) と伝送メディア (光ファイバー、Cat5ケーブルなど) は、キャンパスのテナントまたは所有者 (企業、大学、政府など) がほぼ完全に所有しています。

たとえば、大学のキャンパス ネットワークでは、さまざまなキャンパスの建物をリンクして、大学や学部、図書館、学生寮などを接続することになります。

バックボーンネットワークは、異なる LAN またはサブネットワーク間で情報を交換するためのパスを提供するコンピュータ ネットワーク インフラストラクチャの一部です。バックボーンは、同じ建物内、異なる建物間、または広範囲にわたるさまざまなネットワークを結び付けることができます。ネットワーク バックボーンを設計する場合、ネットワークのパフォーマンスとネットワークの輻輳は考慮すべき重要な要素です。通常、バックボーン ネットワークの容量は、それに接続されている個々のネットワークの容量よりも大きくなります。

たとえば、大企業では、世界中に点在する部門を接続するためにバックボーン ネットワークを実装する場合があります。部門ネットワークを結び付ける機器がネットワーク バックボーンを構成します。バックボーン ネットワークのもう 1 つの例は、インターネット バックボーンです。これは、広域ネットワーク(WAN)、メトロ、地域、国内、および大洋横断ネットワーク間で大量のデータを伝送する、光ファイバー ケーブルと光ネットワークの大規模なグローバル システムです。

メトロポリタンエリア ネットワーク(MAN) は、大都市圏規模の地理的領域内のユーザーとコンピュータ リソースを相互接続する大規模なコンピュータ ネットワークです。

ワイド エリア ネットワーク( WAN ) は、都市や国などの広大な地理的領域をカバーし、大陸間距離にまで及ぶコンピュータ ネットワークです。WAN は、電話線、ケーブル、電波など、さまざまな種類のメディアを組み合わせた通信チャネルを使用します。WAN は、電話会社などの通信事業者が提供する伝送設備を利用することがよくあります。WAN テクノロジは、通常、OSI モデルの下位 3 層、つまり物理層、データ リンク層、ネットワーク層で機能します。

エンタープライズプライベート ネットワークは、単一の組織がオフィスの場所 (生産拠点、本社、リモート オフィス、ショップなど) を相互接続してコンピュータ リソースを共有できるように構築するネットワークです。

仮想プライベート ネットワーク(VPN) は、ノード間のリンクの一部が、物理的な配線ではなく、より大規模なネットワーク (インターネットなど) 内のオープン接続または仮想回線によって伝送されるオーバーレイ ネットワークです。仮想ネットワークのデータ リンク層プロトコルは、より大規模なネットワークを介してトンネル化されると言われています。一般的な用途の 1 つは、パブリック インターネットを介した安全な通信ですが、VPN には、認証やコンテンツの暗号化などの明示的なセキュリティ機能は必要ありません。たとえば、VPN を使用すると、強力なセキュリティ機能を備えた基盤ネットワーク上で、異なるユーザー コミュニティのトラフィックを分離できます。

VPN はベストエフォート型のパフォーマンスを実現する場合もあれば、VPN 顧客と VPN サービス プロバイダーの間で定義されたサービス レベル契約 (SLA) を実現する場合もあります。

グローバルエリアネットワーク（GAN）は、任意の数の無線LAN、衛星カバレッジエリアなどにまたがるモバイルユーザーをサポートするために使用されるネットワークです。モバイル通信における主な課題は、あるローカルカバレッジエリアから次のカバレッジエリアに通信を引き継ぐことです。IEEEプロジェクト802では、これには地上無線LANの連続が含まれます。^[68]

ネットワークは通常、それを所有する組織によって管理されます。プライベート企業ネットワークでは、イントラネットとエクストラネットを組み合わせて使用​​することがあります。また、単一の所有者が存在せず、事実上無制限のグローバル接続を可能にするインターネットへのネットワーク アクセスを提供することもあります。

イントラネットは、単一の管理エンティティによって制御されるネットワークのセットです。イントラネットでは通常、Web ブラウザやファイル転送アプリケーションなどのインターネット プロトコルと IP ベースのツールが使用されます。管理エンティティは、イントラネットの使用を許可されたユーザーに限定します。通常、イントラネットは組織の内部 LAN です。大規模なイントラネットには通常、ユーザーに組織の情報を提供するための Web サーバーが少なくとも 1 つあります。

エクストラネットは、単一の組織の管理下にあるネットワークですが、特定の外部ネットワークへの接続が制限されています。たとえば、組織は、ビジネス パートナーや顧客とデータを共有するために、イントラネットの一部へのアクセスを提供する場合があります。これらの他のエンティティは、セキュリティの観点から必ずしも信頼されているわけではありません。エクストラネットへのネットワーク接続は、多くの場合、WAN テクノロジを介して実装されますが、常にそうであるとは限りません。

インターネットワークとは、上位層のネットワーク プロトコルを使用し、ルーターを使用して複数の異なるタイプのコンピュータ ネットワークを接続し、単一のコンピュータ ネットワークを形成することです。

インターネットは、インターネットワークの最大の例です。これは、政府、学術、企業、公共、および個人のコンピュータ ネットワークが相互接続されたグローバル システムです。インターネット プロトコル スイートのネットワーク テクノロジに基づいています。これは、米国国防総省のDARPAによって開発された高等研究計画局ネットワーク(ARPANET)の後継です。インターネットは、銅線通信と光ネットワークバックボーンを利用して、ワールド ワイド ウェブ(WWW)、モノのインターネット、ビデオ転送、および幅広い情報サービス を実現します。

インターネットの参加者は、インターネット プロトコル スイートおよびInternet Assigned Numbers Authorityとアドレス レジストリによって管理される IP アドレス指定システムと互換性のある、文書化され、多くの場合標準化された数百のプロトコルの多様な方法を使用します。サービス プロバイダーと大企業は、 Border Gateway Protocol (BGP)を介してアドレス空間の到達可能性に関する情報を交換し、冗長な世界規模の伝送パス メッシュを形成します。

ダークネットは、通常はインターネット上で実行され、特殊なソフトウェアを通じてのみアクセス可能なオーバーレイネットワークです。これは匿名ネットワークであり、 非標準のプロトコルとポートを使用して、信頼できるピア（友人（F2F）^[70]と呼ばれることもあります）間のみで接続が行われます。

ダークネットは他の分散型ピアツーピアネットワークとは異なり、共有が匿名である（つまり、IPアドレスが公開されない）ため、ユーザーは政府や企業の干渉をほとんど恐れることなく通信することができます。^[71]

ネットワーク サービスは、コンピュータ ネットワーク上のサーバーによってホストされるアプリケーションであり、ネットワークのメンバーまたはユーザーに何らかの機能を提供したり、ネットワーク自体の動作を支援したりします。

ワールドワイドウェブ、電子メール、^[72] 印刷、ネットワークファイル共有は、よく知られているネットワークサービスの例です。ドメインネームシステム(DNS)などのネットワークサービスは、IPアドレスとMAC アドレスに名前を付けます (人々は210.121.67.18のような数字よりもnm.lanのような名前のほうが覚えやすいです)、^[73]および動的ホスト構成プロトコル(DHCP) は、ネットワーク上の機器が有効な IP アドレスを持っていることを確認します。^[74]

サービスは通常、そのネットワーク サービスのクライアントとサーバー間のメッセージの形式と順序を定義する サービス プロトコルに基づいています。

ビット/秒単位の帯域幅は、達成されたスループットまたはグッドプット、つまり通信パスを介した正常なデータ転送の平均速度に対応する消費帯域幅を指す場合があります。スループットは、帯域幅シェーピング、帯域幅管理、帯域幅スロットリング、帯域幅キャップ、帯域幅割り当て（たとえば、帯域幅割り当てプロトコルと動的帯域幅割り当てを使用）などのプロセスの影響を受けます。

ネットワーク遅延は、通信ネットワークの設計とパフォーマンスの特性です。これは、 1 ビットのデータがネットワークを介して 1 つの通信エンドポイントから別の通信エンドポイントに移動する待ち時間を指定します。遅延は、通信エンドポイントの特定のペアの場所によってわずかに異なる場合があります。エンジニアは通常、最大遅延と平均遅延の両方を報告し、遅延をいくつかの要素に分割します。それらの合計が合計遅延になります。

• 処理遅延 – ルータがパケットヘッダーを処理するのにかかる時間
• キューイング遅延 – パケットがルーティングキューで過ごす時間
• 伝送遅延 – パケットのビットをリンクにプッシュするのにかかる時間
• 伝播遅延 – 信号が媒体を介して伝播するのにかかる時間

パケットをリンク経由でシリアルに送信するのにかかる時間により、信号には一定の最小レベルの遅延が発生します。この遅延は、ネットワークの輻輳によるより変動の大きいレベルの遅延によって延長されます。IPネットワークの遅延は、1 マイクロ秒未満から数百ミリ秒の範囲になります。

パフォーマンスに影響を与えるパラメータには通常、スループット、ジッタ、ビット エラー レート、レイテンシなどがあります。

回線交換ネットワークでは、ネットワークパフォーマンスはサービス品質と同義です。拒否された通話の数は、トラフィック負荷が高い状態でネットワークがどの程度うまく機能しているかを示す指標です。^[75]その他の種類のパフォーマンス指標には、ノイズとエコーのレベルが含まれます。

非同期転送モード（ATM）ネットワークでは、回線速度、サービス品質（QoS）、データスループット、接続時間、安定性、テクノロジー、変調技術、モデムの機能強化によってパフォーマンスを測定できます。^{[76] [検証が必要] [全文引用が必要]}

ネットワークはそれぞれ性質や設計が異なるため、ネットワークのパフォーマンスを測定する方法は数多くあります。パフォーマンスは測定する代わりにモデル化することもできます。たとえば、回線交換ネットワークのキューイングパフォーマンスをモデル化するために、状態遷移図がよく使用されます。ネットワークプランナーはこれらの図を使用して、ネットワークが各状態でどのように機能するかを分析し、ネットワークが最適に設計されていることを確認します。^[77]

ネットワークの輻輳は、リンクまたはノードが定格を超えるデータ負荷にさらされたときに発生し、サービス品質の低下につながります。ネットワークが輻輳し、キューがいっぱいになると、パケットを破棄する必要があり、参加者は信頼性の高い通信を維持するために再送信に頼る必要があります。輻輳の一般的な影響には、キューイングの遅延、パケット損失、または新しい接続のブロックなどがあります。最後の 2 つの結果として、提供される負荷が徐々に増加しても、ネットワークスループットがわずかに増加するか、またはネットワーク スループットが低下する可能性があります。

パケット損失を補うために積極的な再送信を使用するネットワーク プロトコルは、初期負荷が通常はネットワーク輻輳を引き起こさないレベルまで低下した後でも、システムをネットワーク輻輳状態のままにする傾向があります。したがって、これらのプロトコルを使用するネットワークは、同じレベルの負荷で 2 つの安定した状態を示す可能性があります。スループットが低い安定した状態は、輻輳崩壊と呼ばれます。

現代のネットワークでは、輻輳制御、輻輳回避、トラフィック制御の技術が使用されています。これらの技術では、ネットワークが輻輳すると、輻輳による崩壊を回避するためにエンドポイントでは通常、速度が低下し、場合によっては送信が完全に停止されます。具体的な技術には、802.11のCSMA/CAやオリジナルの Ethernetなどのプロトコルの指数バックオフ、TCP のウィンドウ縮小、ルーターなどのデバイスの 公平なキューイングなどがあります。

ネットワーク輻輳の悪影響を回避するもう 1 つの方法は、サービス品質の優先順位スキームを実装して、選択したトラフィックが輻輳を回避できるようにすることです。優先順位スキームは、それ自体ではネットワーク輻輳を解決するものではありませんが、重要なサービスに対する輻輳の影響を軽減するのに役立ちます。ネットワーク輻輳を回避する 3 番目の方法は、特定のフローにネットワーク リソースを明示的に割り当てることです。その一例は、ITU-T G.hnホーム ネットワーキング標準の Contention-Free Transmission Opportunities (CFTXOP) の使用です。

インターネットに関しては、RFC  2914 で輻輳制御の主題が詳細に説明されています。

ネットワークの回復力とは、「障害や通常の運用に対する課題に直面しても、許容できるレベルのサービスを提供し、維持する能力」です。^[78]

コンピュータ ネットワークは、セキュリティ ハッカーが、ネットワークに接続されたデバイスにコンピュータ ウイルスやコンピュータ ワームを展開したり、サービス拒否攻撃によってこれらのデバイスがネットワークにアクセスするのを防いだりするためにも使用されます。

ネットワークセキュリティは、コンピュータネットワークとそのネットワークアクセス可能なリソースへの不正アクセス、誤用、変更、または拒否を防止および監視するためにネットワーク管理者が採用する規定とポリシーで構成されます。 ^[79]ネットワークセキュリティは、企業、政府機関、個人間の日常的な取引と通信を保護するために、パブリックとプライベートの両方のさまざまなコンピュータネットワークで使用されています。

ネットワーク監視とは、インターネットなどのコンピュータ ネットワーク上で転送されるデータを監視することです。監視は秘密裏に行われることが多く、政府、企業、犯罪組織、または個人によって、またはその要請によって行われることがあります。監視は合法である場合もそうでない場合もあり、裁判所やその他の独立機関からの許可が必要な場合もそうでない場合もあります。

今日では、コンピュータやネットワークの監視プログラムが広く普及しており、ほぼすべてのインターネット トラフィックは、違法行為の手がかりを探すために監視されているか、監視される可能性があります。

監視は、社会統制を維持し、脅威を認識し監視し、犯罪行為を防止または調査するために政府や法執行機関にとって非常に有用である。総合情報認識プログラムなどのプログラム、高速監視コンピュータや生体認証ソフトウェアなどの技術、法執行機関向け通信支援法などの法律の出現により、政府は今や国民の活動を監視する前例のない能力を備えている。^[80]

しかし、国境なき記者団、電子フロンティア財団、アメリカ自由人権協会など、多くの公民権およびプライバシー保護団体は、国民の監視が強化され、政治的自由や個人の自由が制限される大規模監視社会につながる可能性があると懸念を表明している。このような懸念から、ヘプティング対AT&T訴訟などの訴訟が起こされている。^{[80] [81]}ハクティビスト集団のアノニマスは、政府のウェブサイトをハッキングし、彼らが「過酷な監視」とみなす行為に抗議している。^{[82] [83]}

エンドツーエンド暗号化(E2EE) は、通信する 2 つの当事者間でやり取りされるデータを中断なく保護するデジタル通信パラダイムです。送信側がデータを暗号化し、第三者に依存せずに、意図した受信者だけがデータを復号化できるようにします。エンドツーエンド暗号化により、インターネット サービス プロバイダーやアプリケーション サービス プロバイダーなどの仲介者が通信を読み取ったり改ざんしたりすることが防止されます。エンドツーエンド暗号化は一般に、機密性と整合性の両方を保護します。

エンドツーエンド暗号化の例としては、 Web トラフィック用のHTTPS、電子メール用のPGP、インスタント メッセージング用のOTR、電話用のZRTP、無線用のTETRAなどがあります。

一般的なサーバーベースの通信システムには、エンドツーエンドの暗号化は含まれていません。これらのシステムでは、クライアントとサーバー間の通信の保護のみを保証でき、通信当事者間の保護は保証できません。非 E2EE システムの例としては、 Google Talk、Yahoo Messenger、Facebook、Dropbox などがあります。

エンドツーエンドの暗号化パラダイムは、クライアントの技術的悪用、低品質の乱数ジェネレータ、キーエスクローなど、通信のエンドポイント自体のリスクに直接対処するものではありません。また、E2EE は、エンドポイントの ID や送信されるメッセージの時間や量などに関連する トラフィック分析にも対処しません。

1990 年代半ばに World Wide Web 上で電子商取引が導入され、急速に成長したことで、何らかの認証と暗号化が必要であることは明らかでした。Netscapeは、新しい標準に最初に取り組みました。当時、主流の Web ブラウザはNetscape Navigatorでした。Netscape は、セキュア ソケット レイヤー (SSL) と呼ばれる標準を作成しました。SSL には、証明書を持つサーバーが必要です。クライアントが SSL で保護されたサーバーへのアクセスを要求すると、サーバーは証明書のコピーをクライアントに送信します。SSL クライアントはこの証明書をチェックし (すべての Web ブラウザには、ルート証明書の完全なリストがプリロードされています)、証明書がチェックされると、サーバーは認証され、クライアントはセッションで使用する対称キー暗号をネゴシエートします。これで、セッションは SSL サーバーと SSL クライアント間の非常に安全な暗号化トンネル内にあります。^[54]

通常、ユーザーとネットワーク管理者は、ネットワークについて異なる見解を持っています。ユーザーは、ワークグループのプリンターや一部のサーバーを共有できます。これは通常、ユーザーが同じ地理的な場所にあり、同じ LAN 上にあることを意味しますが、ネットワーク管理者はそのネットワークを稼働状態に維持する責任があります。関心のあるコミュニティは、ローカル エリアにあるというつながりが少なく、サーバーのセットを共有し、場合によってはピアツーピアテクノロジ を介して通信する、任意の場所にあるユーザーのセットと考える必要があります。

ネットワーク管理者は、ネットワークを物理的観点と論理的観点の両方から見ることができます。物理的観点には、地理的な場所、物理的なケーブル配線、および伝送メディアを介して相互接続されるネットワーク要素 (ルーター、ブリッジ、アプリケーション層ゲートウェイなど) が含まれます。TCP/IP アーキテクチャではサブネットと呼ばれる論理ネットワークは、1 つ以上の伝送メディアにマップされます。たとえば、建物のキャンパスでは、VLAN を使用して、各建物の LAN ケーブル セットを共通のサブネットのように見せるのが一般的です。

ユーザーと管理者は、ネットワークの信頼性とスコープの特性をさまざまな程度で認識しています。TCP/IP アーキテクチャ用語をもう一度使用すると、イントラネットは、通常企業によってプライベートに管理されている利害関係者のコミュニティであり、許可されたユーザー (従業員など) のみがアクセスできます。^[84]イントラネットはインターネットに接続する必要はありませんが、通常は接続が制限されています。エクストラネットは、イントラネットの拡張であり、イントラネット外部のユーザー (ビジネス パートナー、顧客など) との安全な通信を可能にします。^[84]

非公式には、インターネットはインターネット サービス プロバイダー (ISP) によって相互接続されたユーザー、企業、コンテンツ プロバイダーの集合です。エンジニアリングの観点から見ると、インターネットは、登録されたIP アドレス空間を共有し、ボーダー ゲートウェイ プロトコルを使用してそれらの IP アドレスの到達可能性に関する情報を交換するサブネットの集合、およびサブネットの集合です。通常、サーバーの人間が判読できる名前は、ドメイン ネーム システム(DNS)のディレクトリ機能によって、ユーザーには透過的に IP アドレスに変換されます。

インターネットでは、企業間、企業と消費者間、消費者間の通信が可能です。金銭や機密情報が交換される場合、通信は何らかの通信セキュリティメカニズムによって保護される傾向があります。安全な VPN テクノロジを使用すると、一般のインターネット ユーザーや管理者がアクセスすることなく、イントラネットとエクストラネットをインターネットに安全に重ねることができます。

 この記事には、連邦規格 1037Cのパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。一般調達局。2022 年 1 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。

• Shelly、Gary、他著「Discovering Computers」2003 年版。
• ウェンデル・オドム、ラス・ヒーリー、デニス・ドナヒュー（2010）CCIE ルーティングおよびスイッチング。インディアナポリス、インディアナ州：シスコ プレス
• 黒瀬 ジェームズ F および キース W. ロス：「コンピュータ ネットワーキング: インターネットを活用したトップダウン アプローチ」、ピアソン エデュケーション 2005 年。
• William Stallings 著、『インターネット プロトコルとテクノロジによるコンピュータ ネットワーキング』、Pearson Education 2004 年。
• ネットワーク通信アーキテクチャとプロトコル: OSI ネットワーク アーキテクチャ 7 層モデル
• Dimitri BertsekasおよびRobert Gallager、「データ ネットワーク」、Prentice Hall、1992 年。

• Curlieでのネットワーキング
• IEEE イーサネット製造元情報
• コンピュータネットワークの頭字語ガイド