■はじめに

 今回は,ネットワークで伝送されるデータの形式や,データの伝送方法などを説明します。ネットワークでは,送信先に正しくデータを伝送することが要求されます。そのためには,伝送のタイミングを合わせたり,データの誤りを検出及び訂正する仕組みが必要となります。

■伝送速度とデータ長

 「伝送速度」とは,1秒間に何ビットのデータを伝送するかを表すものです。伝送速度の単位は,bps(ビー・ピー・エス,bit per second)で表されます。当然のことですが,データの送信側と受信側で伝送速度が一致していなければ,正しくデータを伝送できません。

図1●伝送速度が異なると正しくデータを伝送できない
 図1[拡大表示]は,100Kbpsで送信されたデータ(デジタル・データ)を,誤って50Kbpsで受信した様子を示しています。送信側が意図したデータは01011010ですが,それが受信側では0011であると解釈されています。このような誤りが起きないように,送信側と受信側の伝送速度を合わせなければならないのです。

 意味のあるデータが何ビットで構成されているかを「ビット長」と呼びます。ビット長は,一般的には8ビットですが,英文のデータだけを送る場合には,7ビットが使われることもあります。もちろん,送信側と受信側でビット長を合わせなければ,正しくデータを伝送できません。

■非同期式と同期式

 データを伝送する場合には,データの送信側と受信側でタイミングを合わせなければなりません。これは,「よーいドン!」でデータを受信し始めるタイミングです。タイミングを合わせることを「同期(どうき)を取る」と呼びます。同期の取り方には,「非同期式」と「同期式」の2つがあります。

 非同期式は,データの先頭に「スタート・ビット」を付け,データの末尾に「ストップ・ビット」を付けるものです。1という1ビットの信号をスタート・ビットとし,0という1ビットをストップ・ビットにします。

図2●非同期式の伝送
 データが伝送されていない状態は0になっています。それが1に変わった時点から,伝送速度にしたがって次のビットから順番に受信していきます。データ長を8ビットに取り決めておけば,8ビット目を受信した後でストップ・ビットの0を見つけたら,無事に受信できたことになります(図2[拡大表示])。

 非同期式は,8ビットのデータの前後にスタート・ビットとストップ・ビットを付加しているため,効率の悪いものとなります。8ビットの情報を伝送するために,10ビットが必要となるからです。非同期式は,コンピュータとモデムを接続するような,比較的低速なデータ伝送で使われます。

図3●フレーム同期による伝送
 同期式は,複数バイトから構成された「フレーム(パケットと同じ意味です)」の単位でデータを効率的に伝送するものです。フレームの前後に「フラグ・シーケンス」と呼ぶ同期用の特殊な信号を付加することで同期を取ります。同期には,いくつかの手法があります。ここで説明しているのは「フレーム同期」と呼ぶものです。フレーム同期を使ったプロトコルのことを「HDLC手順(High level Data Link Control)」とも呼びます(図3[拡大表示])。LANでは,一般的に同期式のデータ伝送が使われます。

■誤り制御

 ネットワーク・ケーブルを通過中のデータが,何らかのノイズによって壊れてしまうことがあります。デジタル・データが壊れるとは,0である部分が1に,1である部分が0になってしまうことです。壊れたデータであっても,デジタル・データとして処理することはできますが,内容が間違っているのですから,意味がありません。そこでネットワークには,データの誤りを検出し,場合によっては自動的に修正する「誤り制御機能」が装備されています。

表1●誤り制御の種類
 誤り制御機能の種類には,「パリティ・ビット」,「チェック・サム」,「ハミング符号」,及び「CRC(Cyclic Redundancy Check=巡回符号チェック:シー・アール・シー)」などがあります。それぞれの特徴を表1[拡大表示]に示します。誤ったデータを自動的に修復できた場合は,そのまま使いますが,そうでない場合は,データの送信側に再送要求を送って,同じデータをもう一度送ってもらうことになります。

■データの衝突を避けるCSMA/CD方式

図4●CSMA/CD方式
 現在主流のイーサネットを使ったネットワークでは,ネットワーク・ケーブルで同時に1つのデータしか伝送できないようになっています。したがって,複数のコンピュータから同時にデータが伝送された場合には,データの衝突が発生してしまいます。この衝突を避けるための手法が「CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection:シー・エス・エム・エー/シー・ディー)方式」です。イーサネットは,CSMA/CDを使ったネットワークの通称でもあります。

 CSMA/CD方式では,データを送信したいコンピュータが,ネットワーク・ケーブル上に他のデータがなくなるまで待つようにします。偶然にも,他のコンピュータと同時にデータを送信してしまった場合は,ネットワーク上のすべてのコンピュータにデータを破棄するように伝え,もう一度データを送信し直します(図4[拡大表示])。

■おわりに

 この講座では,すべてのIT技術者が身に付けておくべき,ネットワークの基礎知識を説明してきました。何事でも基礎をマスターするほど心強いことはありません。ネットワークを取り巻く技術は,今後も進化発展を続けて行くはずですが,基礎知識に照らし合わせて考えれば必ず理解できるはずです。皆さんのご健闘をお祈り申し上げます。