インターネットはどうやってつながっている？「情報通信工学」とネットワーク・セキュリティの世界
お世話になっております。
スマートフォンで動画を見たり、LINEでメッセージを送ったり、インターネットで調べ物をしたり。
私たちは毎日のようにインターネットを利用しています。
しかし、スマートフォンから送信した情報が、どのような仕組みで相手に届くのか、考えたことはあるでしょうか。
例えば、日本から海外にいる友人へ写真を送るとします。
送信ボタンを押すと、わずかな時間で相手のスマートフォンに写真が表示されます。
その間、情報はどのような経路を通り、どうやって正しい相手に届いているのでしょうか。
こうした情報の伝達や通信の仕組みを研究する学問が、**「情報通信工学」**です。
情報通信工学は、インターネットやスマートフォンだけでなく、社会全体を支える重要な技術と関わっています。
■ 情報通信工学とは？
情報通信工学とは、文字、音声、画像、映像などの情報を、離れた場所へ正確かつ効率的に伝えるための技術を研究する学問です。
例えば、スマートフォンで動画を見る場合を考えてみましょう。
動画のデータは、インターネットを通じてスマートフォンまで届けられます。
その途中では、光ファイバーなどを使った有線通信や、電波を利用した無線通信が使われています。
さらに、どこに情報を送るのかを判断するネットワークの仕組みや、通信内容を第三者に盗み見られないようにするセキュリティ技術も関係しています。
つまり、情報通信工学は、単にインターネットを使うための学問ではありません。
情報を「どのように送るか」「どうすれば速く、正確に、安全に届けられるか」を考える学問なのです。
■ インターネットは、どうやって情報を届けている？
ここで、インターネットの仕組みを少し詳しく見てみましょう。
例えば、スマートフォンからWebサイトを開くとします。
私たちは普段、Webサイトの名前やアドレスを入力するだけで、そのページを見ることができます。
しかし、コンピュータ同士が通信するときには、通信先を識別するために「IPアドレス」という番号を利用しています。
そこで、Webサイトの名前にあたるドメイン名を、IPアドレスに対応づける「DNS」という仕組みが使われます。
DNSは、インターネット上の住所録のようなものです。
そして、通信するデータは「パケット」と呼ばれる小さな単位に分けられ、ネットワークを通じて送られます。
途中では「ルーター」という機器などが、情報をどちらの方向に送ればよいかを判断します。
これは、道路を利用して荷物を配送する仕組みに似ています。
例えば、熊本から東京へ荷物を送る場合、いくつもの道路や中継地点を通ります。
インターネットでも同じように、情報が複数のネットワークや通信機器を経由して目的地へ届けられます。
ただし、道路と異なり、インターネットではデータを細かく分けて送ることができ、通信状況によって経路が変わる場合もあります。
こうした通信経路やデータの送受信を効率的に行う技術を研究するのが「ネットワーク工学」です。
■ Wi-Fiやスマートフォンの電波は、どんな仕組み？
私たちは普段、目に見えない電波を使って通信しています。
スマートフォンのモバイル通信やWi-Fiなどが、その代表例です。
電波は電磁波の一種で、電気と磁気の性質を持つ波です。
通信では、送りたい情報に合わせて電波の性質を変化させ、それを受信側で読み取る技術が使われています。
このような情報の伝え方を研究する分野を「通信工学」といいます。
例えば、Wi-Fiが家の中ではよくつながるのに、場所によって通信速度が遅くなることがあります。
これは、ルーターとスマートフォンの距離だけでなく、壁や家具による電波の減衰、周囲の電波との干渉、同時に通信する機器の数などが関係している可能性があります。
そこで、どのような電波を使えばよいのか、アンテナをどこに設置すればよいのか、限られた周波数をどう効率的に利用するのか、といった研究が行われます。
また、光ファイバーを利用した通信では、電気信号だけでなく、光を使って大量の情報を伝えます。
こうした技術は、高速なインターネット通信を支える重要な仕組みです。
通信工学には、プログラミングだけでなく、物理学や電気・電子工学の知識が深く関わっているのです。
■ 情報セキュリティとは？
インターネットでは、情報を届けるだけでなく、その情報を安全に守ることも重要です。
例えば、インターネットバンキングで自分の口座にログインするとします。
もし、通信内容が第三者に盗み見られたり、送信した情報が途中で書き換えられたりすれば、大きな問題になります。
そこで活用されるのが、暗号化や認証などの情報セキュリティ技術です。
暗号化とは、情報を特別な方法で変換し、必要な鍵を持たない第三者には内容を読み取りにくくする技術です。
また、認証は、通信相手や利用者が正しい相手であるかを確認する仕組みです。
現在、多くのWebサイトで利用されているHTTPSという通信方式にも、こうした暗号化や通信相手の確認に関する技術が使われています。
ただし、暗号化されていれば、すべての危険を防げるわけではありません。
パスワードの流出、不正ログイン、コンピュータウイルス、システムの設定ミスなど、さまざまな危険への対策も必要です。
情報セキュリティでは、特に次の3つの考え方が重視されています。
① 機密性
許可された人だけが情報を利用できること。
② 完全性
情報が不正に書き換えられたり、破壊されたりしていないこと。
③ 可用性
必要なときに、システムや情報を利用できること。
例えば、病院の電子カルテを考えてみましょう。
患者の情報が外部に漏れないことはもちろん、検査結果が勝手に書き換えられないこと、診察に必要なときにシステムを利用できることも重要です。
つまり、情報セキュリティとは、情報を秘密にするだけでなく、情報の正しさやシステムの安定した利用まで守る分野なのです。
■ インターネットは社会のインフラになっている
私たちの生活に欠かせないものとして、電気、水道、道路、鉄道などがあります。
これらは「社会インフラ」と呼ばれています。
現在では、インターネットや通信ネットワークも、同じように重要な社会インフラになっています。
例えば、病院では患者の情報を共有するためにネットワークを利用しています。
企業では、離れた場所にある事業所同士で情報をやり取りしています。
交通機関では運行情報の管理などに通信技術が使われ、行政機関では住民への情報提供や災害対応にも活用されています。
もし、大規模な通信障害が発生したらどうなるでしょうか。
スマートフォンが使えなくなるだけでなく、電子決済や業務システムなど、さまざまなサービスに影響が及ぶ可能性があります。
そのため、通信設備の故障や停電が起きた場合でも、できるだけ通信を維持できるようにすることが重要です。
例えば、通信経路を複数用意したり、非常用電源を設置したり、衛星通信を活用したりする方法があります。
こうした「通信を止めないための技術」も、情報通信工学が扱う重要な課題です。
■ これからの通信技術はどうなる？
情報通信の技術は、現在も進歩を続けています。
その一つが、5Gの次の世代を見据えた「Beyond 5G／6G」と呼ばれる通信技術の研究です。
今後は、通信速度を高めるだけでなく、多くの機器を接続する技術や、通信の遅延を小さくする技術、消費電力を抑える技術などが、さらに重要になると考えられています。
例えば、自動車やロボット、工場の機械などがネットワークでつながり、情報をやり取りする場面が増えていきます。
また、地上の通信基地局だけでなく、人工衛星などを利用した通信ネットワークの研究も進められています。
山間部や海上など、従来の通信設備だけでは対応しにくかった場所でも、通信を利用しやすくすることが期待されています。
このように、情報通信工学は、未来の社会の仕組みを支える技術にも関わっているのです。
■ 福岡工業大学の情報通信工学科では何を学ぶ？
九州で情報通信工学を学べる大学の一つに、福岡工業大学があります。
福岡工業大学の情報工学部情報通信工学科では、通信技術と情報・ネットワーク技術の両方を学ぶことができます。
例えば、電気回路、電子回路、電磁気、電磁波など、通信技術の基礎となる内容を学びます。
さらに、光通信、アンテナ、無線通信など、実際に情報を伝えるための技術についても学修・研究します。
一方で、プログラミング、ネットワーク、情報セキュリティ、情報システムなど、コンピュータを利用した通信技術も扱っています。
つまり、通信を支える電気・電子の仕組みから、ネットワーク上で情報を安全かつ効率的に届ける技術まで、幅広く学ぶことができるわけです。
また、無線通信や情報ネットワークに関係する資格の取得支援も行われています。
将来、通信設備の設計や運用、企業のネットワーク構築、システムの開発などに携わりたい人にとって、進学先の候補の一つになるでしょう。
■ 情報通信工学に向いているのは、どんな人？
情報通信工学に興味を持つきっかけは、人によって異なります。
例えば、「どうしてスマートフォンは電波で通信できるのだろう？」と疑問に思う人もいるでしょう。
また、「インターネットが遅くなる原因を調べたい」「不正アクセスを防ぐ仕組みをつくりたい」と考える人もいるかもしれません。
こうした疑問は、情報通信工学を学ぶ入り口になります。
大学では、数学、物理学、情報科学などの知識が必要になります。
特に、電磁波や電気回路を理解するためには物理学が重要です。また、通信信号や情報処理の仕組みを考えるためには数学の知識も欠かせません。
高校で学ぶ三角関数、指数・対数、電気や波の性質なども、大学での学びにつながります。
さらに、情報Ⅰで学ぶネットワークや情報セキュリティの基礎も関係しています。
単に機械を操作することが好きなだけでなく、「なぜ動くのか」「どうすれば、もっと安定して動くのか」と考えることが好きな人にとって、興味深い学問になるでしょう。
■ 「情報系に進みたい」の、その先を考えよう
これまで、情報系の学問として、ソフトウェア工学とデータサイエンスを紹介してきました。
ソフトウェア工学は、アプリやシステムを正確で安全に開発する方法を中心に学ぶ分野です。
データサイエンスは、データを分析し、そこから特徴や規則性を見つけ、課題解決につなげる分野です。
そして、今回紹介した情報通信工学は、情報を離れた場所へ正確かつ効率的に伝える仕組みや、それを支える通信技術を中心に学ぶ分野です。
もちろん、これらの分野は完全に分かれているわけではありません。
例えば、AIを利用した学習アプリを開発する場合、ソフトウェア工学の知識が必要になります。
学習記録を分析して苦手分野を見つけるためには、データサイエンスの知識が役立ちます。
そして、そのアプリをインターネットで安全かつ安定して利用できるようにするには、ネットワークや情報セキュリティの知識が必要です。
このように、異なる専門分野の技術が組み合わさることで、私たちが普段利用するサービスが成り立っています。
大学選びでは、「情報系だから」という理由だけで学部や学科を決めるのではなく、アプリをつくること、データを分析すること、情報をつなぐ仕組みを研究することのうち、どこに最も興味があるのかを考えてみましょう。
普段何気なく使っているスマートフォンやインターネットの仕組みに疑問を持つことも、進路選択の大切な第一歩になるのではないでしょうか。
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