PC初心者がよく遭遇するネットワークの基礎
ネットワークは、ITの中において、とても重要な分野です。
ここを理解すると、トラブル原因の絞り込み及び解決が容易になります。この記事を足掛かりに少しでも参考に進めて行ければと思い下記に記載します。
この記事を読むと下記の悩みが解決します。
・ネットワークの概略イメージ？
・ルータやスイッチの役割が理解できる
・OSI参照モデルを理解したい
・ネットワークトラブルの原因を切り分けたい
をわかりやすく解説しています。
ネットワークは、PC初心者が最初につまずきやすい分野です。
この記事では、ネットワークの仕組み を、初心者でも理解できるように体系的にまとめました。
参考にしていただければ幸いです。
初心者向けネットワークの基本構造
ネットワーク
私自身過去には、なぜインターネットにつながっているのかなど仕組みがわからず迷っていました。
ネットワークとは、情報機器同士がつながり、データをやり取りする仕組み のことです。
つまり、ネットワークは“道路”、データは“車”のようなイメージです。
ネットワークの流れを知っておくと、どういう経路でインターネットやサーバーとの接続しているかなどイメージしやすくなりトラブル解決の役に立ちます。
参考にしていただけると幸いです。
●ネットワーク構成の機器
下記にネットワーク構成の一覧を記載します。
- PC
- スイッチ
- ルーター
- インターネット
- ファイアウォール
- サーバー（データベース）
これらが階層的につながり、データが流れています。
初心者がつまずくポイントは「どの機器が何をしているのか」なので、次の章で役割を整理します。
ネットワークのスイッチ（L2：同じネットワーク内の中継）
●役割
- 家や会社のLAN内でPC同士をつなぐ
- 高速で安定した通信を実現
- ネットワークの“交差点”のような役割
ブリッジ（MACアドレスを見てネットワーク制御する。）
データリンク層でセグメント間（192.168.2.*の数字部分が同じ：ネットワーク部が違うと通信できない）の中継役。
ネットワークのルーター（L3：ネットワーク同士をつなぐ）
●役割
- 家のLANとインターネットをつなぐ
- IPアドレスを見て、どこに送るか判断
- ネットワークの“道路案内（ナビ）”のような役割
ルータ（ＩＰアドレスを見てネットワーク制御する。）
ネットワーク層で異なるネットワークの中継機能（192.168.*.*の数字部分が同じ）を提供。
インターネット接続の要となる機器。
よく混乱するネットワークの種類（パブリックネットワークとプライベートネットワーク）
ここでは私もよく混乱しているネットワークの種類を下記に解説します。
- パブリックネットワーク：ホテルや屋外で利用。
- プライベートネットワーク：自宅やオフィスで利用。
※ 上記の違いはセキュリティが違うのみです。
パブリック：誰でも使える（危険度高い）
プライベート：家庭・会社のLAN（安全性高い）
私もよく誤解しがちですが、仕組みは同じで、違うのは安全性だけ です。
OSI基本参照モデル（7階層）
一般に通信を行うにもそれぞれ役割があり、一覧でわかると便利だと思い記載しました。
OSI7階層の役割が知りたい。
わかりました、下記に記載します。
なぜ「TCP/IP」階層モデルがあるのに、わざわざ古い「OSI参照モデル」を学ぶのですか？
それは、トラブルシューティングの共通言語として最適だからです。ようするに、「TCP/IP」階層モデルでは問題の特定ができないからです。
ネットワークの調子が悪いとき、上から（第7層）と下から（第1層）、どちらから調べるのが正解ですか？
基本は「下（第1層：物理層）」から調べるのが鉄則です。
例）LANケーブルが抜けているのに、Webアプリを調べても無意味です。
第7層（アプリケーション層）
メールやファイル転送に利用。SMTP、HTTPなど、通信が必要な動作プログラム。（実際のアプリではない。）
第6層（プレゼンテーション層）
データの表現形式の変換及び規定をつかさどる。例）別々の言語で
会話する場合一旦共通語に変換し会話するなど。
イメージとしては、日本語しか話せない人、英語しか話せない人の間に通訳が入るイメージです。
第5層（セション層）
同期制御。アプリケーションとのデータ間のやり取りを管理する階層。
通信の開始、タイミング、送り方など。通信のつながり状態を管理します。
第4層（トランスポート層）
品質、UDP（User Datagram Protocol：コネクションレスの通信プロトコル）通信の品質管理。ホスト間での送受信を定義する。例）ファイアウォールでブロック。
原因
ファイアウォールによるポートブロック、通信ポートの枯渇。
対策
ファイアウォールやセキュリティソフトの設定を確認し、必要なポート（TCP/UDP）が開放されているかチェックする。やり方は各OSにより違います。対策の項目名で検索すると確認できます。
第3層（ネットワーク層）
中継。ルータ、L3スイッチ。ICMP（インターネット制御通知）通信経路を特定する。
例）IPアドレスの設定ミス、ルーターの不調等。
原因
異なるネットワークの通信障害です。
対策
pingコマンド等で疎通の確認。ネットワーク設定の見直し。
第2層（データリンク層）
高速かつ高品質な伝送。ブリッジ、スイッチングハブ（L2スイッチ）直接接続された機器までの通信を決める。例）データ破損のチェック機能あり、スイッチの故障、ポートの不良。
原因
同一ネットワーク内の通信障害です。
対策
自身のMACアドレスやIPアドレスが正しいか。対象ポートの線を抜き差し、してみる。ネットワークループが発生していないか確認してみる。
第1層（物理層）
物理的な媒体の差を吸収する。リピータ、ハブ、０，１の変換（電圧：ON/OFF、光：点灯／消灯、LANケーブルが抜けている、断線している）
対策
ケーブルの着脱。ケーブルを交換してみる。
このモデルを知ると、「どこで問題が起きているか」 を切り分けやすくなります。
また、階層ごとに原因を切り分けると、トラブル解決が圧倒的に早くなります。
ＩＰアドレス・サブネットマスク・ＤＨＣＰの基礎
ネットワーク通信は『誰が・誰に・どのように』データを送るかで成り立っています。その中で通信相手を識別する住所の役割を担うのがIPアドレスです。
ネットワークの仕組みを理解するうえで最も重要なのがIPアドレスです。
ここがズレていると一切通信できないため、まずはその基本をこちらで押さえておきましょう。
また、下記リンクでは実際に私が過去にネットワークのどの部分（ブリッジなのか、ルータなのか）を特定する方法など調査する時の手法も併せ記載してますので参照ください。
ネットワークプロトコル
ネットワーク通信を成立させるには、機器同士が同じ言語「共通のルール」で話す必要があります。
この通信における共通ルールのことをネットワークプロトコルと呼びます。
【きっかけ】
ネットワークの勉強をしていると、教科書には必ず「MACアドレスは機器固有の番号なので、どこへ行っても一生変わらない」と書かれています。
私もずっとそう信じ込んでいました。
しかし、別の解説で「ルーターを通過するとき、データの中のMACアドレスは次々と書き換わる」という文言を目にし、頭の中がパニックになりました。
「変わらないはずのものが、なぜ書き換わるの？」と。
【気づき】
結論から言うと、私は「機器そのものが持つMACアドレス」と「データの中に書き込まれるMACアドレス」を混同していたことに気づきました。
ネットワークの世界には、2つの側面でMACアドレスが存在していたのです。
機器側のMACアドレス：部品に刻まれた本物の番号（絶対に変わらない）
データ側のMACアドレス：次の経由地を指定するために、データに印刷されたコピー（ルーターを通るたびに貼り替えられる）
「MACアドレスは1つだけ」という固定観念を捨て、『機器の持つ固有の番号（本物）を、データという書類の宛先欄にその都度コピーして使っている』と解釈した瞬間、それまでの矛盾が驚くほどスッキリと解消しました。
上記の事より下記リンクに併せIPアドレスのリンクも参照ください。
Webサイトが表示される仕組みとDNS（名前解決）の役割
私も詳しく理解していませんでしたが、普段何気なく見ているWebサイトが、裏側でどうやって手元の画面まで届いているのか。
その「表示されるまでの流れ」を初心者向けに分かりやすく解説したのがこちらの記事です。
URLを入力してからページが表示されるまでの裏側と、IPアドレスを翻訳するDNSの仕組みを下記リンクで詳しく解説します。
通信の上り／下り
私もそうですが、ネットワークの通信速度を理解する上で欠かせないのが、通信の上り（アップロード）／下り（ダウンロード）の違いです。
インターネットの契約プランや速度測定で見かけるこの2つ（「上り」と「下り」）には、決定的な違いがあります。下記リンクでは通信の上り・下りの違いを分かりやすく解説しています。
（詳細は下記リンクを参照ください。）
6Gと5G
私も含め初心者が最も混乱しやすいのが6Gと10G（光回線）の違いです。
ネットワークの通信速度は日々進化しています。
スマートフォンの次世代規格である「5G」「6G」がもたらす超高速・低遅延の世界と、固定回線で普及が進む「10G（最大10Gbps）回線」の実効速度にはどのような差があるのでしょうか。
下記リンクで詳しく解説しています。
パソコンがネットワーク接続できない時
私も自宅でちょくちょくネットワークに接続できず下記を試し解決できています。
参考に紹介します。
解決方法
１．再起動を試す。
２．上記１でも解決しない場合、「設定」⇒「ネットワークとインターネット」⇒「Wi-Fi」のON、OFFを切り替えてみる。（画面①参照）
３．1または２でも解決できない場合、「設定」⇒「ネットワークとインターネット」⇒「Wi-Fi」⇒「利用できるネットワーク接続」を切り替えてみる。（画面②参照）
４．上記で解決できない場合ルータの再起動をする。
【補足】
仮に、PCと親機Wi-Fiルータの間に中継機がある場合は、PCに親機のSSIDが表示されていますが、それは親機の電波が直接つなっがっている訳でなく、中継機を経由してPCにWi-Fiの電波が届いています。
それゆえ上記に追加し中継機と親機の接続を再度認識することで解決する場合もあります。
MACアドレスやＩＰアドレスを調べる場合
私自身のＰＣ等を各システム紐づける場合、MAC・IPアドレスを調べましたのでその時のコマンドを記載します。コマンドプロンプトの画面で：「ipconfig /all」と入力しました。（下図赤枠参照ください。）
ネットワーク通信が接続されているか？を調べる
Step1｜現状のネットワーク？
操作：ipconfigで各ネットワークのアドレスを調べる。
Step2｜ルータとの接続確認
私のpcがルータやDNSなどに接続されているか確認したときに利用しました。
利用方法：コマンドプロンプトの画面で：「ping IPアドレス（宛先の）」と入力しました。（下図赤枠参照ください。）
応答があると：接続されています。
チェックポイント
「要求がタイムアウトしました」や「送信失敗」と出る場合、LANケーブルの断線、Wi-Fiの接続不良、またはルーターの不具合が疑われます。
Step3｜インターネット接続の確認
操作：「ping 8.8.8.8」と入力してみる。（Googleの公開DNSです。）
ルータは通信できこれが通信できない場合、プロバイダーの回線障害が考えられるので少し
時間をおいて再度試したら私の場合うまくいきました。
どこのネットワークで躓いているか特定する場合
操作：コマンドプロンプトで「tracert 8.8.8.8」と入力する。
結果：応答速度が遅いところがトラブル箇所です。
例）下記の例では1回目、2日目、3回目の送信（左側より）に対しての応答速度です。
経験上タイムアウトで切れた場合や数値が数百msとなるような場合はその箇所がトラブル原因です。
ネットワークではなく「PC本体」に原因がある場合の不具合
ネット以前にPC自体が起動しない、動作が重い場合は、OSやCドライブに致命的な問題が起きている可能性があります。
具体的な復旧手順は下記リンクの「【PC容量不足】OS・BIOS・レジストリからCドライブを救う技」及び「【ブルースクリーン】原因と対策！PCトラブルを自分で直す方法」を参照ください。
【PC容量不足】OS・BIOS・レジストリからCドライブを救う技
ネットワークではなく、パソコン自体が重い・起動しない場合は、Cドライブの容量不足やOSの致命的な問題が疑われます。初心者でも安全にできる復旧手順をこちらにまとめました
【ブルースクリーン】原因と対策！PCトラブルを自分で直す方法
突然画面が固まったり、青い画面（ブルースクリーン）になったりする深刻な不具合の対策です。慌てずに自分で対処できるよう、私の実際の体験をベースに直し方を解説しています。
ネットワークに繋がった後に潜む3つのセキュリティリスク
ネットの脅威！「コンピュータウイルス」の基本と対策
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ウイルス対策と同じくらい重要なのが、各種サービスへのログインを守ることです。実は、強力なパスワードを作ってもそれだけでは突破される危険があります。そこで現代のインターネットで必須となっているのが『MFA（多要素認証）』です。なぜこれが必要なのか、その仕組みを分かりやすく解説します。
騙されないために！「詐欺サイト（フィッシング）」の簡単な見分け方
システム的なセキュリティを固めても、あなた自身が『偽物のサイト』に騙されてパスワードを手入力してしまっては意味がありません。近年急増しているフィッシング詐欺などの『詐欺サイト』に引っかからないために、初心者でも一瞬で見分けられるチェックポイントを伝授します。
まとめ：ネットワークの理解は“トラブル解決の武器”
最後まで閲覧くだされありがとうございました。またお疲れさまでした。
ネットワークは難しく見えますが、仕組みを知れば怖くありません。
●おさらい
・ネットワークは“機器同士がつながる仕組み”
・スイッチは“同じネットワーク内の中継”
・ルーターは“ネットワーク同士の橋渡し”
・OSIモデルを知るとトラブルに強くなる
初心者が最初に覚えるべきポイントを体系的にまとめました。
私はネットワークとは、機器（PC、スマホ、サーバーなど）を繋ぐ導線のようなもので通信の際、情報を正しく届ける役割を担っている物だと感じました。
ネットワークの理解は、PCトラブル解決の大きな武器になります。
参考にしていただければ幸いです。
