データ通信と制御|ハブ・スイッチングハブ・ルータ・プロキシサーバと伝送速度の計算【ITパスポート】

ITパスポート試験

ITパスポート 第4部 デジタル技術16-2 データ通信と制御最終更新 2026-10-18

ネットワークをつなぐ装置は、届いたデータの何を見て送り先を決めるかで見分けます。

ハブとスイッチングハブ

ネットワーク接続装置と、送り先を決めるときに見るもの

ハブ … 何も見ない。届いたデータをほかの全部のポートへ送る(LANの中)

スイッチングハブ … 宛先のMACアドレスを見て、相手がつながるポートだけへ送る(LANの中)

ルータ … 宛先のIPアドレスを見て、次に渡す先を選ぶ(ネットワークとネットワークの間)

プロキシサーバ … PCからWebのページの依頼を預かり、自分がWebサーバとやり取りして取り次ぐ

ハブとスイッチングハブは、1つのLANの中でPCやプリンターをケーブルでつなぐ、差し込み口(ポート)がいくつも並んだ箱です。 LANにつながる機器には、ネットワークの口(ネットワークインタフェースカードなど)ごとにMACアドレスという番号が付いていて、LANの中ではこの番号で相手を指定します。

ハブは宛先を見ません。あるポートから届いたデータを、ほかの全部のポートへそのまま送り出します。 関係のないPCにもデータが流れるので、台数が増えるほどLANが混み合います。

ハブとスイッチングハブ。左=ハブ:4台のPC(A・B・C・D)が1台のハブにつながり、Aが送ったデータがB・C・Dの3台すべてに届く。宛先を見ずに、全部のポートへ送る。右=スイッチングハブ:同じつなぎ方で、Aが送ったD宛てのデータはDにだけ届き、BとCには届かない。スイッチングハブはMACアドレスの表を持ち、宛先のMACアドレスを見て、相手のポートだけへ送る。

ハブは全員に配り、スイッチングハブは宛先の相手にだけ届けます。

スイッチングハブ(スイッチ、L2スイッチとも呼ばれます)は、データが届くたびに送り主のMACアドレスと、届いたポートを表に記録していきます。 こうして「どのMACアドレスの機器が、どのポートの先にいるか」を覚え、次にその機器宛てのデータが来たら、そのポートにだけ送ります。 スイッチングハブは、宛先のMACアドレスを見て、相手がつながるポートにだけデータを送ります。 関係のないPCにデータを流さないので、ハブよりLANが混みにくくなります。 ただし、表にまだ載っていない宛先のデータや、全員に宛てたデータ(ブロードキャスト)は、ハブと同じようにほかの全部のポートへ送ります。

通信プロトコルの回(16-3)の TCP/IP の4つの層でいえば、ハブとスイッチングハブはネットワークインタフェース層の装置です。

ある会議室では、4台のPCを1台のハブにつないで使っています。調べてみると、あるPC宛てのデータが、ほかの3台のPCにも届いていました。 同じ会議室のLANのまま、宛先のPCにだけデータが届くようにしたいとき、ハブを何に替えるのが適切ですか。

ルータ

ルータは、ネットワークとネットワークをつなぐ装置です。社内のLANと別の部署のLAN、社内のLANとインターネットのように、違うネットワークの境目に置きます。 ルータは、届いたデータに書かれた宛先のIPアドレスを見て、経路表(ルーティングテーブル)から、次にどのネットワーク、どのルータへ渡すかを選びます。

ルータはネットワークとネットワークをつなぐ。中央にアンテナの無い有線のルータがあり、横に経路表の札を添えている。線はすべてルータ本体から出る。左に社内のLAN(3台のPCがスイッチングハブにつながり、スイッチングハブがルータにつながる)、右上にインターネット、右下に別の部署のLAN(2台のPCがスイッチングハブにつながり、スイッチングハブがルータにつながる)。社内のPCから出たデータ(宛先のIPアドレス付き)がルータに届き、ルータは宛先のIPアドレスを見て、次に渡す先を選ぶ。

ルータは宛先のIPアドレスと経路表から、データを次にどこへ渡すかを選びます。

ルータは、宛先のIPアドレスを見て、データを次にどこへ渡すかを選ぶ装置です。 MACアドレスを見て同じLANの中で送り分けるスイッチングハブとは、見るものも、つなぐ範囲も違います。 TCP/IP の4つの層では、IPアドレスで宛先まで届けるインターネット層の装置です。

PCは、宛先が自分と同じネットワークにいなければ、データをまずLANの出口のルータへ送ります。この出口のルータをデフォルトゲートウェイといい、PCの設定項目の1つです(DHCP で自動で設定されることが多い。16-3)。 家庭や小さな事務所の「無線LANルータ」は、ルータに無線LANのアクセスポイントなどの働きを1台にまとめた機器です。アクセスポイントやNATはネットワーク方式の回(16-1)で扱っています。

プロキシサーバ

プロキシサーバは、Webのページを取りに行く仕事を社員のPCから預かって、取り次ぐサーバです。会社では、社内のネットワークからインターネットへ出る通り道に置き、社員のPCはインターネット上のWebサーバと直接やり取りしません。 たとえば社員がブラウザで出張先のホテルのページを開くと、ブラウザは「このページがほしい」という依頼を、まずプロキシサーバへ出します(ブラウザに「Webの依頼はこのプロキシサーバへ出す」と設定しておきます)。 依頼を受けたプロキシサーバは、プロキシサーバ自身がホテルのWebサーバにつないでページを受け取り、それを社員のPCへ届けます。

プロキシサーバはWebへの依頼を取り次ぐ。①社内のネットワークのPCがプロキシサーバにページを頼む、②プロキシサーバが代わりにインターネット上のWebサーバへアクセスする、③Webサーバからページがプロキシサーバへ返る、④プロキシサーバがPCに渡す。PCからWebサーバへ直接向かう矢印は無い。プロキシサーバの働きとして、閲覧の制限とキャッシュ。

PCはWebサーバに直接つながず、プロキシサーバが依頼を取り次いで結果を渡します。

PCは依頼をプロキシサーバに出すだけで、Webサーバとやり取りするのはプロキシサーバです。 Webのページのやり取りには HTTP というプロトコル(16-3)を使うので、Webを取り次ぐプロキシサーバを HTTPプロキシ(HTTPプロキシサーバ)とも呼びます。 会社がプロキシサーバを置く目的は、主に次の3つです。

プロキシサーバを置く目的

セキュリティ … Webへの出入りを1か所に集めて、会社の方針に合わないサイトの閲覧を制限したり、だれがどこへアクセスしたかの記録を取ったりする

内部を隠す … Webサーバに直接つなぐのはプロキシサーバなので、Webサーバから見えるやり取りの相手はプロキシサーバになる

キャッシュ … 一度取ってきたページを手元に保存しておき、同じページを頼まれたら保存分を返して速く応える

プロキシサーバと取り違えやすいサーバや仕組みを、役割で区別しておきます。

「www.example.co.jp」のような名前から、そのコンピュータのIPアドレスを調べて教える電話帳の役はDNSサーバです。 PCをネットワークにつないだときに、そのPCが使うIPアドレスを配るのは DHCP(DHCPサーバ)で、配るのが社内用のプライベートIPアドレスでも、インターネットで使うグローバルIPアドレスでも、IPアドレスを配るのはDHCPの働きです(2つのIPアドレスの違いは 16-1)。 PCやサーバの時計を正しい時刻に合わせるための時刻を教えるのはNTPサーバ、動画配信のように、映像や音声を再生しながら受け取れるよう流し続けるのはストリーミングサーバです。 自社のページが検索で上のほうに出るよう、ページの中身や作りを見直す取り組みは SEO(検索エンジン最適化)です。どれもプロキシサーバの働きではありません。 またファイアウォールは、決めた規則に照らして通信を通すか止めるかを決め、外からの不正なアクセスを防ぐ仕組みです(16-1)。Webのページを取りに行って渡すプロキシサーバとは、主な働きが違います。

伝送速度と、ファイルを送る時間

回線が1秒間に送れるデータの量を伝送速度といい、単位は bps(bits per second、ビット/秒)です。 1,000倍ごとに k(キロ)・M(メガ)・G(ギガ)を付け、100Mbps なら1秒間に1億ビットを送れます。

計算でまちがえやすいのは単位です。回線の速さはビットで表しますが、ファイルの大きさはふつうバイト(B)で表します。1バイト=8ビットなので、バイトのままでは割れません。 ファイルの大きさをバイトからビットに直す(8倍する)のが、転送時間の計算の第一歩です。

もう1つ、問題文に伝送効率(回線の速さのうち、実際にデータを運ぶのに使える割合)が与えられたら、回線の速さにかけて「実際に使える速さ」にします。 通信には、データのほかに宛先などの制御のための情報も流れるため、回線の速さをまるごとデータに使えるわけではないからです。

転送時間(秒)= データ量(ビット)÷(回線の速さ × 伝送効率)

300Mバイトのファイルを、100Mbps の回線で送ります。伝送効率は80%とします。

ファイルを送る時間の求め方。①300Mバイトのファイルを8倍して2,400Mビットにする。②回線は100Mbpsで、伝送効率80%なので、実際に使える速さは80Mbps。③2,400÷80=30秒。

バイトをビットに直し、伝送効率をかけた実際の速さで割ります。

データ量を求める(バイト → ビット)
  300Mバイト × 8 = 2,400Mビット
実際に使える速さを求める
  100Mbps × 0.8 = 80Mbps
転送時間を求める
  2,400 ÷ 80 = 30秒

8倍を忘れると 300÷80=3.75秒、伝送効率を忘れると 2,400÷100=24秒になり、どちらも誤りです。 問題文に「1Mバイト=10の6乗バイト」のような単位の断りがあれば、それに従います。

600Mバイトの動画ファイルを、200Mbps の回線で取引先へ送ります。伝送効率は50%です。 送り終えるまでにかかる時間は何秒ですか。

まとめ

この回で持ち帰ること

1. 接続装置は「何を見て送り先を決めるか」で見分ける。ハブ=見ない、スイッチングハブ=MACアドレス、ルータ=IPアドレス

2. ハブは全部のポートへ送る。スイッチングハブはMACアドレスとポートの対応を覚えて、相手のポートだけへ送る(どちらもLANの中)

3. ルータはネットワークとネットワークをつなぎ、宛先のIPアドレスと経路表で次に渡す先を選ぶ。LANの出口のルータがデフォルトゲートウェイ

4. プロキシサーバ(HTTPプロキシ)は、PCから預かったWebの依頼を、自分がWebサーバとやり取りして取り次ぐ。目的は閲覧の制限・記録、内部を隠す、キャッシュ

5. 名前からIPアドレスを調べるのはDNS、IPアドレスを配るのはDHCP、時刻はNTP、検索の上位表示はSEO。どれもプロキシではない

6. 転送時間=データ量(ビット)÷(回線の速さ×伝送効率)。1バイト=8ビットで、先にビットに直す

この節で解ける公開問題

令和4〜8年度の公開問題のうち、この節の知識で解ける問題は次の2問です。

この節の過去問を続けて解く(2問) →

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出典:IPA「ITパスポート試験 シラバス(案)Ver0.1」(2026年8月31日)、「ITパスポート試験 シラバス Ver6.5」、 RFC 9110「HTTP Semantics」、RFC 1812「Requirements for IP Version 4 Routers」、RFC 4188「Definitions of Managed Objects for Bridges」。 練習問題と計算例は当サイトが説明のために作ったものです。

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