高校情報I LANの構成機器—端末とサーバの接続を目的から選び通信の経路を説明する｜武蔵野個別指導塾

展示会受付の接続図を作り、経路と故障時の影響から選ぶのがLANの構成機器です。

受付端末を増やすなら、同じLAN内の有線接続を増やすスイッチと、異なるネットワークをつなぐルータの役割を分けます。よくあるのは、高校生が展示会の受付端末を増やす図でルータとスイッチを同じ役割にするという場面です。どの端末からどのサーバへ届く必要があるかを先に決め、経路と故障の影響を確かめます。

出方には、目的に合う機器を選ぶ型、接続図から通信の経路をたどる型、1か所の故障で届かなくなる範囲を調べる型があります。機器名を暗記するだけでなく、線の両端と通信先を読み取ることが共通の手順です。

接続の範囲と機器の役割

LANは、建物や会場など一定の範囲で機器を結ぶネットワークです。WANは離れた場所のネットワークどうしを結ぶ広い範囲のネットワークです。境界は単に距離の長短を数字で区切るものではなく、どのネットワークをどのように結んでいるかを図の条件から考えます。

端末は、受付係が入力したり、サーバに情報を求めたりする機器です。サーバは、他の機器からの要求に応じてデータや機能を提供します。これは通信における役割の区別で、外見や機器の名前だけで決まるものではありません。受付端末が情報を求め、会場内のサーバが応じる設定なら、その往復が必要です。

スイッチは同じLAN内で有線の機器をつなぎ、宛先に応じてフレームを転送します。複数の端末とサーバを接続する場所として使えます。ポートには空きが必要であり、図に線を描いただけで無限に増設できるわけではありません。学習用の図では必要な接続口があると条件を置いてから考えます。

ルータは異なるネットワークの間で、宛先に応じてパケットを転送します。受付LANから別会場のLANへ向かう経路には、ネットワークの境界を越えるためのルータが必要です。一方、同じLANの端末とサーバがスイッチに直接つながる構成では、その間の通信にルータを通す必要はありません。複合機器には複数の機能を持つものもあるため、名前だけで配線の実態を決めず、問題に与えられた機能を読みます。

アクセスポイントは無線の端末をLANにつなぐための接続点です。受付の移動端末と有線側の間を橋渡しします。無線でつながることと、別のLANへ経路を選んで送ることは異なる役割です。無線の接続が成立する範囲や機器の状態は条件によるので、置けば必ず会場中で通信できるとは限りません。

図1のように、受付LANでは有線端末とサーバをスイッチに、無線端末をアクセスポイント経由で接続します。別のネットワークに向かう場合はルータを経由します。図の線は接続の関係を表し、通信が必ず成功する保証ではありません。

図1で有線端末からサーバへはスイッチを通ります。無線端末からサーバへはアクセスポイント、スイッチの順です。外部へ向かう場合はさらにルータを通ります。戻りの応答も必要なので、片方向の矢印を頭の中で逆にたどり、途中の接続が両方向に使える条件か確かめます。

基本例題：受付から会場内サーバへ

展示会の受付に有線端末A、Bと会場内サーバSを置きます。A、B、Sは同じLANに属し、それぞれスイッチHに直接つなぎます。Hには3本分の空き接続口があり、各機器は正常です。別ネットワークへ出る必要はありません。AからSへの要求と応答が通る機器を順に書き、Hが故障した場合にAからSへ届くか答えてください。ほかの経路はないものとします。

まず、通信の始点をA、終点をSと決めます。次にAの線をたどるとHに着きます。HからSへの線があるので、要求はA、H、Sの順に進みます。応答はその逆のS、H、Aです。Bが同じHにつながっていても、AとSの経路を説明する際にBを通す必要はありません。

図2のように線を1本ずつ追うと、往復の両方がHを通ることが見えます。正常時にAとSの間の経路がつながることと、Sが実際に要求に応答することは別の条件です。ここでは機器が正常で、必要な通信が可能な設定と考えます。

Hが故障すると、AとSを結ぶ唯一の経路が途中で切れます。したがってAからSには届きません。BからSへの経路もHを通るため同じ影響を受けます。S自体が壊れたと断定することはできず、Hを復旧した後にSが動くかは別に確かめます。

逆にAとHの間の線だけが切れたなら、Aからは届きませんが、BとSの間の線とHが正常という条件ではBからSへの経路は残ります。故障箇所が機器なのか、1本の線なのかを区別すると影響範囲が変わります。経路を元の図に戻してA側とS側の両端を確かめることが検算です。

標準例題：無線端末と別会場を加える

受付LANには有線端末C、無線端末D、サーバTがあります。CとTはスイッチJに有線でつなぎ、DはアクセスポイントPに無線でつなぎます。PとJは有線でつながっています。JはルータRにつながり、RはWANを介して別会場LANのルータQにつながります。Qと別会場のサーバUは直接接続されます。各機器は記した機能を持ち、線と無線接続は双方向に使え、他の経路はありません。

正常時にDからT、CからUへの要求が通る機器をそれぞれ始点から順に書いてください。また、Pだけが故障したときの2つの通信について、経路が残るか答えてください。サーバは正常に応答し、接続に必要な設定も済んでいるものとします。

Dは無線でPへ接続します。PからJへ進み、JからTへ届きます。したがってD、P、J、Tです。Tからの応答は逆順です。この通信は受付LAN内で完結し、R、WAN、Qを通りません。

CからUへは、まずC、Jと進みます。別会場のLANへ出るためRを通り、WANを経てQからUへ進みます。答えはC、J、R、WAN、Q、Uです。WANは機器名ではなく、問題で与えられたネットワークの区間です。応答はこの経路を逆向きにたどれると条件で定めています。

Pが故障するとDからJへの唯一の接続が切れるため、DからTへ届きません。一方、CからUへの経路にPは含まれないので、その経路は残ります。C、J、R、WAN、Q、Uを元の条件と照合すると、故障したPを通らずにつながっています。なお、Rの故障なら受付LAN内のDとTの経路は残りますが、CからUへの経路は切れます。

経路が残るという答えは、その線と機器が正常という条件の下での判断です。実際にはサーバの停止や設定の誤りなども通信失敗の原因になります。線があることだけを根拠に、どの状況でも応答を受け取れると結論しないことが大切です。

発展例題：増設案と共通の故障点

展示会の別の受付では、有線端末E、Fと会場内サーバVを同じLANで使います。無線端末GもVへアクセスします。別会場のサーバWにも各端末からアクセスする必要があります。スイッチKには接続口が5個あり、端末などを直接つなぐ線は1本につき1口を使います。アクセスポイントM、ルータNにも必要な接続口があります。Nの先からWまでの経路は正常で、受付側からはNを経由する以外の経路はありません。

案1はE、F、V、M、NをそれぞれKにつなぎ、GをMに無線でつなぐ案です。案2はE、F、V、MをKにつなぎ、GをMに無線でつなぎますが、Nをどこにも接続しない案です。各案について、Kの使用口数、GからVへの経路、EからWへ届く経路の有無を答えてください。その後、案1でKが故障したとき、EからVとGからWへの影響を説明してください。正常な機器と接続では要求と応答が可能とします。

案1ではKに接続する相手をE、F、V、M、Nと数えます。使用口数は5個で、条件の5個に収まります。GからVへの経路はG、M、K、Vです。EからWへはE、K、Nを通り、その先の正常な経路でWに至ります。戻りも同じ接続を逆にたどれます。

案2ではKに接続する相手はE、F、V、Mの4個です。GからVへの経路は案1と同じです。しかしNが受付側に接続されていないので、EからWへ向かう経路はありません。空き口があることは、必要な線が既に存在することを意味しません。NとKを接続して初めて、その接続口を使う案に変わります。

案1でKが故障すると、EとVの間の唯一の経路が切れます。GからWもMの先にあるKを通れず、届きません。元の2経路、E、K、VとG、M、K、NからWへの経路に共通するKを指して説明できます。Kの故障による影響と、W自体の故障は別です。Wが止まれば会場内のEからVへの経路まで切れるわけではありません。

経路に共通する機器は、増設をまとめやすい一方で、その機器の故障が複数の通信に影響します。予備経路を設ければ影響が変わる場合もありますが、単に線を増やしただけで使えると決めず、その経路の機器、設定、故障条件を問題ごとに確かめます。

誤答を経路に戻して直す

受付端末XとサーバYが同じLANにあり、どちらもスイッチLにつながるとします。Lは別ネットワークへのルータZにもつながります。「XからYへはX、L、Z、L、Yと進む」とする答えは誤りです。この問題の接続と同じLANという条件では、XからYへの基本経路はX、L、Yです。

誤りの理由は、ルータを通信のたびに必ず通る装置として扱ったことです。ルータには異なるネットワーク間を結ぶ役割がありますが、同じLANでLを介して接続されるXとYの経路に、それを加える条件はありません。問題文にない迂回を勝手に加えると、Zの故障でXからYにも届かないという誤った影響判断にもつながります。

図3のように、誤答と修正を同じ端点で比べます。修正後はXからL、LからYという実際の接続をたどり、応答もY、L、Xと逆にたどれます。Zが故障してもLとX、Yの接続が正常なら、このLAN内の経路は残ります。

反対に、Yが別ネットワークにある設定なら、ルータを省いてはいけません。同じ図に見える線でも、各機器が属するネットワークと接続の条件を先に読む必要があります。機器の役割と図の経路を別々に覚えるのではなく、始点と終点の所属から結び付けます。

練習問題

次はそれぞれ独立した学習用の条件です。記載した接続は双方向に使え、正常なサーバは応答します。明記したもの以外の経路はありません。経路は始点から順に機器名を書き、WANを通る場合はその区間も書いてください。

1. 端末A1とサーバB1は同じLANにあり、双方がスイッチC1に直接つながります。正常時の要求と応答の経路を書き、C1が故障した場合の到達可否を答えてください。
2. 無線端末A2はアクセスポイントB2に接続し、B2とサーバD2はスイッチC2につながります。正常時のA2からD2への経路と、A2とB2の無線接続だけが切れた場合の到達可否を答えてください。
3. 端末A3、サーバB3はスイッチC3につながり、C3はルータD3につながります。D3はWANと別LANのルータE3を経てサーバF3につながります。A3からB3とF3への正常時の経路を書き、D3の故障がそれぞれに及ぼす影響を答えてください。
4. 有線端末2台、サーバ1台、アクセスポイント1台とルータ1台を、それぞれスイッチの別の接続口へ直接つなぎます。スイッチの空き口は4個です。必要な口数を整数で答え、このまま全接続が可能か、理由を述べてください。
5. 端末A5とサーバB5はスイッチC5に直接接続されています。端末D5もC5に直接接続されています。「A5の線が切れるとD5もB5へ届かない」という記述を、残る経路を挙げて修正してください。C5と他の線は正常です。

練習の答えと解き方

1. 要求はA1、C1、B1、応答はB1、C1、A1です。両端の線をたどると、どちらの方向もC1を通ります。C1が故障すると唯一の経路が切れ、A1からB1へ届きません。A1やB1そのものが故障したとは限りません。

2. 正常時はA2、B2、C2、D2です。A2とB2の無線接続が切れた場合、最初の区間が通れないためA2からD2へ届きません。C2とD2が正常でも、始点からC2へ至る別経路は条件にないためです。切れた区間を元の経路に戻すと、どこで止まるか確かめられます。

3. A3からB3はA3、C3、B3です。A3からF3はA3、C3、D3、WAN、E3、F3です。D3が故障しても前者はD3を通らないので経路が残り、後者はD3を通れず届きません。別LANへの経路と同じLAN内の経路をそれぞれ図の接続に戻して比べます。

4. 接続する相手は2台と1台と1台と1台で、必要な口数は5個です。空き口4個では1個足りず、このまま全接続はできません。5本の線のそれぞれに1口を割り当てて数え直すと、4口では1本を接続できないことも確かめられます。必要な口を備えた構成に変更してから、再び全ての経路を調べます。

5. A5の線だけが切れても、D5、C5、B5という経路は残ります。したがって「A5からB5へは届かないが、D5からB5への経路は残る」と修正します。D5とB5の各線、およびC5は正常という条件に戻して確かめます。A5の線の故障をC5全体の故障に置き換えないことがポイントです。

覚えておくこと

• スイッチは同じLAN内の有線機器をつなぎます。
• ルータは異なるネットワーク間の経路をつなぎます。
• アクセスポイントは無線端末をLANへつなぎます。
• 到達可否は始点から終点までの接続と条件で判断します。
• 故障の影響は、その箇所を通る経路ごとに調べます。

つまずきの見分け方

機器名は答えられても、故障点を通るかどうかを図で示せない場合は、役割と経路が結び付いていないかもしれません。個別指導では、まず端末とサーバの所属を印で分け、要求と応答を指で逆向きにたどります。次に線1本の故障とスイッチ全体の故障を順に置き、残る経路を言葉にします。通信の成否は、図にある接続を端から端まで追って判断します。