ホームネットワーク

ホーム ネットワークまたはホームエリア ネットワーク( HAN ) は、自宅の近くにあるデバイス間の通信を容易にするコンピュータ ネットワークの一種です。このネットワークに参加できるデバイス (ネットワーク プリンターやハンドヘルド モバイル コンピューターなどのスマート デバイス)は、対話機能によって高度な新機軸を獲得することがよくあります。これらの追加機能を使用すると、反復的なタスクの自動化、個人の生産性の向上、ホーム セキュリティの強化、エンターテイメントへのアクセスの容易化など、さまざまな方法で家庭内の生活 の質を向上させることができます。

IPv4 アドレスの枯渇により、ほとんどのインターネット サービス プロバイダーは、各家庭のアカウントに対してWANに面したIP アドレスを1 つだけ付与せざるを得なくなりました。家庭や小規模オフィス内の複数のデバイスは、プライベートネットワーク用に予約された IP アドレスを持つローカル デバイス用のローカル エリア ネットワーク(LAN) を確立することで、インターネット アクセスをプロビジョニングされます。ネットワーク ルーターは、WAN インターフェイス上のプロバイダーの IP アドレスで構成され、ネットワーク アドレス変換によって LAN 内のすべてのデバイス間で共有されます。

ホーム ネットワーク上の特定のデバイスは、主に、家庭の住人がより直接的にやり取りする種類のエンド デバイスの通信を有効にしたりサポートしたりすることに関係しています。データ センターのデバイスとは異なり、これらの「ネットワーキング」デバイスはコンパクトで受動的に冷却され、可能な限り手間がかからず、邪魔にならないように設計されています。

• ゲートウェイは、サービス プロバイダーのネイティブ通信インフラストラクチャを介してWANへの物理およびデータ リンク層の接続を確立します。このようなデバイスには通常、イーサネットのネットワーク インターフェイス コントローラーにバインドされたケーブル、DSL、または光モデムが含まれています。これらのデバイスには、利便性を高めるためにルーターが組み込まれることがよくあります。
• ルーターは、WANとホーム ネットワーク間のネットワーク層接続を確立します。また、ネットワーク アドレス変換という重要な機能も実行します。これにより、同じホーム ネットワーク内の個別にアドレス指定されたデバイスが、単一の外向きの WAN IP アドレスから WAN を介したトランスポート層接続を確立できるようになります。これらのデバイスには、統合されたワイヤレス アクセス ポイントと 4 ポート イーサネットスイッチが付属していることがよくあります。
• ネットワーク スイッチは、ホーム ネットワーク上のデバイスがイーサネット経由で相互に通信できるようにするために使用されます。ほとんどのホーム ネットワークのニーズは、ルーターの内蔵ワイヤレス機能やスイッチング機能で満たされますが、状況によっては、高度な機能を備えた別のスイッチを追加する必要があります。例:
  • 一般的な家庭用ルーターには 4 ～ 6 個のイーサネット LAN ポートがあるため、ルーターのスイッチング容量を超える可能性があります。
  • ネットワーク デバイスには、 Power over Ethernet (PoE)などの非標準ポート機能が必要になる場合があります。 ( IP カメラおよびIP 電話)
• 無線デバイスをネットワークに接続するには、無線アクセス ポイントが必要です。ルーターにこのデバイスが含まれている場合、そのルーターは無線ルーターと呼ばれます。
• ホームオートメーションまたはスマートホームコントローラーは、電球やロックなどのシンプルでデータ集約型ではないデバイスの低電力ワイヤレス ネットワークのゲートウェイおよびルーターとして機能します。
• ネットワークブリッジは、多くの場合、有線のみのデバイスにワイヤレス ネットワーク メディアへのアクセスを許可する目的で、2 つの異なるネットワーク インターフェイスを相互にバインドします。

ホーム ネットワークでは、エンドポイントを接続するために有線または無線のテクノロジを使用できます。ワイヤレスは、インストールが簡単で、見苦しいケーブルがなく、ネットワーク パフォーマンス特性が家庭での活動に十分であるため、家庭での主な選択肢です。

ホームネットワークを構築する最も一般的な方法の 1 つは、無線信号技術、つまりIEEE認定の 802.11 ネットワークを使用することです。ほとんどの無線対応住宅用デバイスは、802.11b および 802.11g では 2.4 GHz、802.11a では 5 GHz の周波数で動作します。一部のホームネットワーク デバイスは両方の無線帯域信号で動作し、802.11n または 802.11ac 規格に該当します。Wi -Fi は、 IEEE 802.11 技術のマーケティングおよびコンプライアンス認証です。^[1] Wi -Fi Alliance は準拠製品をテストし、相互運用性を認証しています。

IEEE 802.15 規格に基づく低電力の近距離通信は、家庭で広く普及しています。Bluetoothは、キーボード、マウス、ヘッドセット、ゲーム コントローラなどのほとんどのワイヤレス アクセサリで引き続き選ばれるテクノロジです。これらの接続は、一時的なアドホック方式で確立されることが多く、ホーム ネットワークの恒久的な存在とは考えられていません。

オリジナルの WPAN プロトコルの「低速」バージョンがZigbeeの基盤として使用されました。もともと産業環境における低電力のマシン間通信の標準として考え出されましたが、この技術は、長時間のバッテリー駆動が期待される組み込み型の「スマートホーム」製品への統合に適していることがわかりました。Zigbee は [10002000

従来の WPAN と連携して、建物全体に広がるアドレス指定可能なデバイスの単一ネットワークを確立します。Z -Waveは、ホーム オートメーションデバイス メーカー
のニーズを念頭に置いて特別に開発された、802.15.4 をベースに構築された追加の標準です。

家庭にあるほとんどの有線ネットワーク インフラストラクチャでは、 RJ45互換の終端を備えたカテゴリ 5またはカテゴリ 6 の ツイスト ペアケーブルが使用されています。このメディアは、多数の住宅用 IP 対応デバイスに存在するイーサネットインターフェイス間の物理的な接続を提供します。ケーブルのグレードと設置の品質に応じて、最大 10 Mbit/s、100 Mbit/s、1 Gbit/s、または 10 Gbit/s の速度がサポートされます。

一部の地域では、光ファイバー ケーブルを住宅に直接引き込むことができます。これにより、サービス プロバイダーは、エンドツーエンドの光信号に関連する、はるかに高い帯域幅や低遅延特性を備えたインターネット サービスを提供できるようになります。

• VDSLとVDSL2
• HomePNAは最大160 Mbit/sをサポート

以下の規格により、家庭内の複数のテレビをサポートするためによく設置される同軸ケーブルを介してデバイスが通信できるようになります。

• ドクシス
• マルチメディアオーバーコアックスアライアンス（MoCA）規格は、最大1.5 Gbit/sを実現できます^{[引用が必要]}
• Cウェーブ
• HomePNAは最大320 Mbit/sをサポート

ITU -T G.hnおよびIEEE Powerline規格は、既存の家庭内配線上で高速（最大1Gbit/s）のローカルエリアネットワークを提供するもので、IPTV配信専用に設計されたホームネットワーク技術の例です。^[2]最近、IEEEは、HomePlug Allianceに加盟する企業が製造・販売する有線製品の市場における標準を定めた提案P1901を可決しました。^[3] IEEEは、P1901が今後ホームネットワーク向けに製造されるすべての製品の唯一の標準として世界中で完全に認知されるよう、継続的に取り組んでいます。

• HomePlugとHomePNAは関連規格である
• ユニバーサルパワーライン協会

従来、コンピュータやメディア プレーヤーなどのデータ中心の機器がホーム ネットワークの主なテナントでした。しかし、コンピューティング コストの低下とスマートフォンの使用の普及により、従来ネットワーク化されていなかった多くのホーム機器カテゴリに、スマートフォンのアプリから制御またはリモート モニタリングが可能な新しいバリエーションが含まれるようになりました。新興企業や既存のホーム機器メーカーはいずれも、これらの製品を「スマート」または「インテリジェント」または「コネクテッド ホーム」ポートフォリオの一部として提供し始めています。これらの製品の制御および/またはモニタリング インターフェイスには、その製品ラインに固有の独自のスマートフォン アプリケーションからアクセスできます。

• デスクトップ、ラップトップ、ネットブック、タブレットなどのパソコン
• ネットワーク接続ストレージ(NAS) デバイスには、一般的なストレージまたはバックアップの目的で、CIFSまたはNFSプロトコルを介して簡単にアクセスできます。
• プリントサーバーを使用すると、直接接続されたプリンターをネットワーク上の他のコンピューターと共有できます。
• VoIP技術を利用したIP電話またはスマートフォン（Wi-Fi経由で接続されている場合）

• スマートスピーカー
• テレビ: 一部の新しいテレビやDVRには WiFi 接続が統合されており、ユーザーはNetflixやYouTubeなどのサービスにアクセスできます。
• ホームオーディオ:デジタル オーディオ プレーヤーやネットワーク接続を備えたステレオ システムを使用すると、ユーザーはBonjour を使用してリモート PC で実行されているiTunesのインスタンスを検出し、インターフェイスすることで、簡単に音楽ライブラリにアクセスできます。
• ゲーム:ビデオゲーム コンソールは、ゲーム内のマルチプレイヤー、ソーシャル ネットワークの統合、新しいゲームの購入やデモ、ソフトウェア アップデートの受信など、全体的な機能の大部分を有効にするためにホーム ネットワークへの接続に依存しています。最近のコンソールは、家庭の唯一のエンターテイメントおよびメディア ハブとしての役割をより積極的に追求し始めています。
• DLNAは、家庭内のネットワーク化されたメディア中心のデバイス間の相互運用性を実現するために使用される一般的なプロトコルです。

古いエンターテイメント デバイスの中には、ホーム ネットワーク接続に必要な適切なネットワーク インターフェイスを備えていないものがあります。状況によっては、USBドングルや PCIネットワーク インターフェイス カードが、この機能を有効にするアクセサリとして利用できる場合があります。

• Lifx、Philips Hue、Samsung Smart Bulb、GE Linkなどの「接続型」電球
• Zigbee Light Linkは、現在主要な「接続型」電球ベンダーが使用しているオープン標準プロトコルです。

• アクセス制御:プルーム^[4]
• セキュリティアラーム: iSmartAlarm
• ガレージドアおよびゲートオープナー: Liftmaster MyQ、GoGogate

• HVAC: Nest 学習サーモスタット
• 煙/CO検知器: Nest Protect

外部で管理されるクラウド コンピューティングリソースの利便性、可用性、信頼性は、IT に興味や経験のない多くの在宅勤務者にとって、引き続き魅力的な選択肢となっています。これらの個人にとって、このようなサービスに関連するサブスクリプション料金やプライバシーリスクは、ホーム ネットワーク内で同様の設備を構成して維持するよりもコストが低いと感じられることがよくあります。このような状況では、ローカル サービスとそれを維持するデバイスは外部データ センターのサービスに置き換えられ、在宅勤務者のコンピューティング デバイスから WAN 接続経由でアクセスできるようになります。

DHCPは、ホームネットワークのメンバーに内部IPアドレスを割り当てるために使用されます。DHCPサーバーは通常、エンドデバイスをクライアントとするルーター^{[5]上で実行されます。ルーター自体は、}インターネットサービスプロバイダーが所有する外部DHCPサーバーのクライアントです。すべてのDHCPクライアントは、 IPアドレス、デフォルトルート、および1つ以上のDNSサーバーアドレスを取得するために、DHCPプロトコルを使用して構成設定を要求します。クライアントがこれらの設定を実装すると、そのインターネット上で通信できるようになります。^[6]

小型のスタンドアロン組み込みホーム ネットワーク デバイスは、通常、同じネットワーク上の PC からのリモート構成が必要です。たとえば、ブロードバンド モデムは、同じネットワーク上の PC で実行されているWeb ブラウザーを介して構成されることがよくあります。これらのデバイスは通常、最小限の Linux ディストリビューションを使用し、バックグラウンドで軽量の HTTP サーバーが実行されているため、ユーザーはブラウザーに表示されるGUIからシステム変数を簡単に変更できます。これらのページでは、 HTML フォームが広範に使用され、スタイルが整えられ、視覚的に魅力的で、説明的で使いやすいビューを提供するように努めています。

Apple デバイスは、独自のソフトウェアおよびハードウェア製品ラインに組み込まれた Bonjour と呼ばれるゼロ構成ネットワーク プロトコルを使用して、ネットワークを可能な限り隠蔽し、自動化することを目指しています。

Microsoft は、Windows オペレーティング システムにシンプルなアクセス制御機能を組み込んでいます。ホームグループは、小規模オフィスのワークグループと同様に、分散型ピアツーピアネットワーク(中央サーバーなし) などを使用して、家庭内のすべてのコンピューターとユーザー (通常は家族)間でディスクアクセス、プリンター アクセス、スキャナー アクセスを共有できるようにする機能です。さらに、ホーム サーバーを追加して機能性を高めることもできます。Windowsホームグループ機能は、家庭内でのファイル共有を簡素化するために、Microsoft Windows 7で導入されました。ゲスト アカウントを除くすべてのユーザー (通常は家族全員) は、ホーム グループに接続されている任意のコンピューター上の共有ライブラリにアクセスできます。ログオン時に家族にパスワードは要求されません。代わりに、コンピューターをホームグループに追加するときに使用する一時パスワードによって、安全なファイル共有が可能になります。^[7]

標準的な住宅用ワイヤレス ルーターのワイヤレス信号強度は、家全体をカバーできるほど強力ではない場合や、複数階建ての住宅のすべての階に到達できない場合があります。このような状況では、1 つ以上のワイヤレス リピーターのインストールが必要になる場合があります。

Wi-Fiは家の境界を越えて広がることが多く、望ましくない場所にまで電波が届くため、非居住者がシステムに侵入して個人データを取得できる経路となります。これを防ぐには、通常、ネットワーク接続にパスワードを必要とする認証、暗号化、またはVPNの使用を強制するだけで十分です。 ^[8]

しかし、 802.11adなどの 60 GHz で動作する新しい Wi-Fi 規格では、このような周波数では単純な壁でも信号が大幅に減衰するため、LAN が物理的な障壁を侵害しないことが保証されます。

電力線通信技術に依存するホームネットワークでは、一般的な家庭用電化製品からシステムに注入される電気ノイズをどう処理するかが最大の課題となっています。電化製品の電源をオンまたはオフにすると、配線を介したデータ転送を妨害する可能性のあるノイズが発生します。HomePlug 1.0 準拠として認定された IEEE 製品は、同じ家の電力網に接続された他のデバイスに干渉したり、干渉を受けたりしないように設計されています。^[9]

ホームネットワークで急増するデバイスやソフトウェア、そして増え続ける個人データの管理は、それ自体が急速に問題になりつつあります。状況を把握し、ソフトウェアの更新やセキュリティ パッチを遅滞なく適用し、子供たちのインターネット使用を安全な範囲内に維持し、個人ファイルやその他のデータのストレージとアクセス レベルを構造化し、データのバックアップを取り、感染を検出して除去し、外出中にホームネットワークのリソースに簡単にアクセスできるように仮想プライベート ネットワークを運用するなど、これらすべてに注意を払い、計画的に慎重に作業する必要があります。そうすることで、家族全員とそのゲストが使いやすい、安全で回復力があり、安定したホーム ネットワークを実現できます。

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