スター型とバス型トポロジーの基本

topologyとは、ネットワーク上のデバイスが接続される形状やパターンのことです。ケーブルの配線方法や、マシン間でのデータの流れを表します。トポロジーの選択は、コスト、速度、信頼性という3つの重要な要素に影響します。このレッスンでは、最も古く基本的な2つのレイアウトであるstarとbusを比較します。これらを理解することは、次に学ぶより高度なリング型やメッシュ型の基礎になります。

star topologyでは、すべてのデバイスが通常switchと呼ばれる1つの中央装置に接続します。switchはLAN（Local Area Network）上でデータを転送するデバイスです。デバイス同士が直接通信することはなく、すべての通信が中央装置を経由します。現在の家庭やオフィスのネットワークのほとんどで見られる構成です。各デバイスから中央のswitchへ専用のケーブルを1本ずつ配線するため、図にすると星形になります。

スター型トポロジーが広く使われるのは、管理とトラブルシューティングが簡単だからです。1本のケーブルが故障しても、そのケーブルにつながったデバイスだけが接続を失い、他のデバイスは使い続けられます。新しいデバイスを追加する場合も、switchの空いているポートにケーブルを1本接続するだけです。

• 信頼性が高い — 1本のケーブルの故障でネットワーク全体が停止しません。
• 拡張しやすい — 空いているポートに接続するだけでデバイスを追加できます。
• 障害を切り分けやすい — 問題のあるリンクを特定できます。

スター型には明確な弱点が1つあります。中央のデバイスが単一障害点になることです。switchの電源が落ちたり故障したりすると、接続されているすべてのデバイスが一度にオフラインになります。また、各デバイスから中央まで専用のケーブルを配線するため、古い方式より多くのケーブルが必要です。それでも、信頼性と簡単さにより、現在ではスター型が標準的な選択肢になっています。

bus topologyでは、すべてのデバイスがbackboneと呼ばれる1本の長いケーブルを共有します。各デバイスはこの1本の線に接続されます。デバイスがデータを送信すると、信号はケーブル全体を伝わり、すべてのデバイスが信号を受け取りますが、宛先のデバイスだけがその信号を処理します。バス型は、必要なケーブルが少なく、安価に構築できたため、初期のネットワークで広く使われていました。

バス型では、ケーブルの両端にterminator（小さな抵抗器）が必要です。ターミネーターがないと、信号が線上を反射して戻り、データを破壊する干渉が発生します。またバス型では、デバイス同士が1本の配線を共有しながら常に送信が衝突しないように、CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）が使われていました。

バス型トポロジーには重大な欠点があり、歴史の中へと姿を消していきました。すべてのデバイスが1本のケーブルを共有するため、一度に送信できるのは1台だけで、デバイスを追加するほどパフォーマンスが低下します。さらに、backbone上のどこか1か所で断線したりコネクターが緩んだりするだけで、ネットワーク全体が停止する可能性があります。トラブルシューティングでは、故障箇所を見つけるためにケーブル全体を調べなければなりません。

2つを比較すると、スター型がバス型に取って代わった理由が明確になります。

• 配線 — バス型は1本の共有線を使い、スター型はデバイスごとに1本の配線を使います。
• 耐障害性 — バス型は1か所の断線でネットワーク全体が停止しますが、スター型は障害を切り分けられます。
• パフォーマンス — バス型は帯域幅を共有しますが、スター型ではswitchが各デバイスに専用の経路を提供します。
• コスト — バス型はケーブルの費用は安いものの、停止時間によるコストははるかに高くなります。

重要な違いは、伝送媒体の共有方法です。バス型では、すべてのデバイスが1本のケーブルを奪い合うため、衝突（2台のデバイスが同時に送信すること）が頻繁に発生し、通信速度が低下します。最新のスイッチ接続型スターでは、この問題を避けられます。switchが各ポートに専用の衝突しない経路を提供するためです。これが、スター型とswitchを組み合わせた構成が、信頼性と速度に優れたネットワークの標準になった大きな理由です。

スター型トポロジーはあらゆる場所で使われています。家庭のルーター、オフィスの配線室、データセンターのラックはいずれもスター型を採用しています。純粋なバス型は現代のEthernetではほぼ使われていませんが、その考え方は、古いケーブルテレビの配線や一部の産業用制御バスなどに残っています。Network+試験では、スター型を現在主流の実用的な設計、バス型をその前身となった注意すべき設計として覚えておきましょう。

星型は自転車の車輪だと考えてみましょう。スイッチがハブで、各スポークが1台のデバイスにつながっています。バス型は、途中にドアが並ぶ1本の廊下で、1人の大声が廊下全体に響き渡る様子を思い浮かべてください。車輪はスポークが1本折れても動き続けますが、廊下はどこか1か所でも崩れると通行できなくなります。このイメージを覚えておくと、試験中でもそれぞれのトレードオフを簡単に思い出せます。

星型とバス型の構成について、理解度を確認しましょう。

最も基本的な2つのネットワーク構成を比較しました。星型はすべてのデバイスを中央のスイッチに接続するため、障害を分離しやすく、拡張も簡単です。ただし、スイッチが単一障害点になります。バス型は、両端に終端抵抗を取り付けた1本のバックボーンケーブルを共有します。安価ですが、どこかが切断されるとネットワーク全体が停止し、負荷が高くなると速度も低下します。現在の標準はスイッチ接続の星型であり、バス型は主に学習用の例として残っています。次はリング型とメッシュ型を見ていきます。