パケット通信

パケット通信とは

パケット通信は、データを小さなパケットに分割し、それぞれのパケットに宛先情報を付与してネットワーク上を伝送する通信方式です。この方式は、1960年代にアメリカとイギリスでそれぞれ独立して考案され、現代のインターネットを支える重要な技術となっています。

パケット通信の仕組み

パケット通信では、送信側の端末から送られたデータは、まず「PAD (Packet Assembly Disassembly)」と呼ばれる装置によってパケットに分割されます。このパケットには、宛先アドレスやシーケンス番号などの情報が含まれており、ネットワーク上を適切な経路で伝送されるようになります。

パケットは、ネットワーク内のルーターやスイッチなどの機器を経由しながら、最終的な宛先に送られます。受信側の端末では、再びPADによってパケットが元のデータに組み立て直されます。このように、パケット単位でデータを送受信することで、ネットワーク資源を効率的に利用し、複数の端末が同時に通信を行うことが可能になります。

パケット交換の概念

パケット交換とは、情報を小さなパケットに分割し、それぞれのパケットに宛先情報を付与して、ネットワーク上を個別に送り出す方式です。これは、従来の回線交換方式とは対照的な概念です。

回線交換との比較

回線交換では、通信を開始する前に、送信側と受信側の間に専用の回線を確保する必要があります。この回線は通信が終了するまで占有されるため、他の通信には使用できません。一方、パケット交換では、回線を占有する必要がなく、複数の通信が回線を共有することができます。

パケット交換の利点

効率的な資源利用: 回線を占有しないため、ネットワーク資源を有効に活用できます。
柔軟な通信: 異なる速度の端末間で通信が可能です。
障害に強い: 複数の経路を利用できるため、障害が発生しても通信を継続できます。
データ誤りの少ない通信: データ誤りを検出した場合、再送信を要求することで、データ誤りのない通信を提供できます。

パケット交換の欠点

リアルタイム性の低さ: パケットの伝送遅延が変動する可能性があります。
実効速度の保証が難しい: 輻輳やパケットロスにより、実効速度が変動することがあります。
直接データ通信の困難さ: RASなどの直接データ通信が困難な場合があります。

パケット通信の歴史

パケット通信の概念は、1960年代初頭にアメリカのポール・バランとイギリスのドナルド・デービスによってそれぞれ独立して提唱されました。

ポール・バランの研究

バランは、核戦争下でも通信が生き残るための方法を研究しており、分散型ネットワークの概念を提唱しました。彼は、データを小さな塊に分割し、ネットワーク上の様々な経路を介して送信する方法を考案しました。

ドナルド・デービスの研究

デービスは、通信の品質向上を目的として、バランとほぼ同じ結論に至りました。彼は、小分けされたデータに「パケット」という名前を与え、この通信方式を「パケットスイッチング」と名付けました。

ARPANETへの影響

デービスの研究は、後のARPANET（インターネットの前身）の設計に大きな影響を与えました。バランの研究は当初、採用されませんでしたが、後にその重要性が認識されるようになりました。

その後の発展

その後、パケット通信は、TCP/IPプロトコルやCMOS技術の発展に伴い、急速に普及しました。今日では、インターネットをはじめとする、様々なネットワークで利用されています。

パケット通信の構成

パケット通信ネットワークは、以下の要素で構成されています。

DTE (Data Terminating Equipment): データ端末装置
PAD (Packet Assembly Disassembly): パケット組立分解機能
DCE (Data Circuit terminating Equipment): データ回線終端装置

PADは、端末がパケット通信網に接続するために必要な機能であり、端末に内蔵されている場合と外付けされている場合があります。

パケット通信の方式

パケット通信には、主に以下の2つの方式があります。

仮想回線方式: 通信前に仮想的な回線を設定してからデータを送信する方式です。
コネクションレス型通信: 事前に経路を確保せずに、データ送信を開始する方式です。

これらの方式は、それぞれ異なる特徴を持っており、用途に応じて使い分けられます。

パケット交換の種類

パケット交換は、コネクションレス型とコネクション型に分類することができます。

コネクションレス型パケット交換

各パケットに宛先アドレスや送信元アドレスなどの情報を付与して、個別にルーティングします。
パケットの順序が保証されないため、受信側で再構成が必要です。
イーサネット、IP、UDPなどがこのタイプに属します。

コネクション型パケット交換

通信開始前に接続を確立し、識別子を用いてパケットを転送します。
パケットの順序が保証されます。
X.25、フレームリレー、MPLS、TCPなどがこのタイプに属します。

ネットワークにおけるパケット交換

パケット交換は、コンピュータネットワークで利用可能なチャネル容量の使用を最適化し、伝送遅延を最小限に抑え、通信の堅牢性を高めるために使用されます。インターネットやほとんどのローカルエリアネットワークで使用されており、コネクションレス型ネットワーキングに関連付けられています。

主要なパケット交換ネットワーク

パケット交換ネットワークの歴史は、主に以下の3つの時代に分けることができます。

初期のネットワーク: X.25やOSIモデルが導入される前の時代
X.25時代: 多くの郵便、電話、電信会社がX.25インターフェースを持つネットワークを使用した時代
インターネット時代: インターネットが普及し、グローバルなネットワークになった時代

初期のネットワーク

NPLネットワーク（イギリス）
ARPANET（アメリカ）
SITA HLN
AppleTalk
BNRNET
CYCLADES
DECnet
DDX-1
EIN
EPSS
GEIS
IPSANET
IPX/SPX
Merit Network
OCTOPUS
Philips Research
PUP
RCP
RETD
SCANNET
システムネットワークアーキテクチャ（SNA）
テレネット
Tymnet
XNS

X.25時代

AUSTPAC（オーストラリア）
ConnNet
Datanet 1（オランダ）
Datapac（カナダ）
Datex-P（ドイツ）
Eirpac（アイルランド）
Euronet
HIPA-NET
Iberpac（スペイン）
IPSS
JANET（イギリス）
PSS（イギリス）
TRANSPAC（フランス）
VENUS-P
Venepaq（ベネズエラ）

インターネット時代

CSNET
Internet2
NSFNET
NSFNET地域ネットワーク（BARRNet、CERFNET、CICNet、Merit/MichNet、MIDnet、NEARNET、NorthWestNet、NYSERNet、JVNCNet、SESQUINET、SURAnet、Westnet）
ナショナルラムダレール
TransPAC、TransPAC2、TransPAC3
* 超高速バックボーンネットワークサービス（vBNS）

まとめ

パケット通信は、現代のデジタル通信に欠かせない技術です。効率的なデータ転送を実現し、インターネットをはじめとする様々なネットワークで利用されています。今後も、更なる技術革新により、パケット通信は進化を続けるでしょう。

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