インフラエンジニア未経験者が最初に学ぶべきこと

2023年6月12日

インフラエンジニア

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インフラエンジニアリングとは何でしょうか。

これは複雑なテクノロジーとシステムの背後にある概念で、私たちの日常生活とデジタルな体験を支える要素です。

今回は、その基本的なコンセプトと用語を掘り下げ、未経験者が最初に学ぶべき重要な知識をわかりやすく説明します。

問題提起：

現代のビジネスは、インフラエンジニアリングの重要性により強く依存しています。

しかし、その多くの概念と用語、技術は初学者にとって難解に思えます。

記事を読んで分かること：

この記事では、インフラエンジニアリングの基本的なコンセプトや用語、その重要性を網羅的に解説します。

ネットワーキングから仮想化、クラウドコンピューティングまで、最も重要なキーコンセプトを理解することで、未経験者でもその深層を探求できます。

記事を読むメリット：

この記事を通して、未経験者はインフラエンジニアリングの魅力を発見し、自身のキャリアパスにおける新たな可能性を探ることができます。

わかりやすい言葉と具体的な例を用いて説明しているため、どんな読者でも理解できます。

目次 [ close ]

インフラエンジニアリングとは？

インフラエンジニアリングは、情報システムの全体的な設計、構築、および運用を担当する専門領域です。

この専門領域には、物理的なハードウェア（コンピューターサーバー、ストレージデバイス、ネットワークデバイスなど）、ソフトウェア（オペレーティングシステム、データベース管理システム、ミドルウェアなど）、ネットワーク（LAN、WAN、インターネット接続など）、そしてデータセンター（ITリソースやサービスを保管、管理する施設）など、多岐にわたる要素が含まれます。

これらの要素は全て相互に関連し、一緒に動作して情報システムを機能させます。

それぞれが独立していても、全体としてのシステムは機能しません。

例えば、ハードウェアがあっても適切なソフトウェアがなければ、それらは単なる金属とプラスチックの塊でしかありません。

同様に、ネットワークがあってもそれを管理し、最適化するための適切なツールや専門知識がなければ、その価値は十分に引き出されません。

キーコンセプトと用語

サーバーとクライアント

サーバーは、一般的には情報やサービスを提供するためのコンピュータやソフトウェアを指します。

たとえば、ウェブサイトの情報をホスト（保管）しているコンピュータは「ウェブサーバー」と呼ばれます。

メールを送受信するためのコンピュータは「メールサーバー」と呼ばれ、データベースを管理するためのソフトウェアは「データベースサーバー」と呼ばれます。

これらのサーバーは、クライアントからの要求に応じて情報を提供します。

一方、クライアントは、サーバーから情報やサービスを要求し、受け取るコンピュータやソフトウェアを指します。

ウェブブラウザ（Google Chrome、Safariなど）は一般的なクライアントの例で、これを使用してウェブサーバーからウェブページを要求し、表示します。

IPアドレスとドメイン名

各デバイスやサーバーは、それ自体が一意に識別可能でなければなりません。

これはIPアドレスによって実現され、この一意の数値ラベルによって、デバイスが互いに通信し、正確な情報を正確な場所に送信できます。

しかし、IPアドレスは数値だけで構成されており、人間にとって覚えるのは困難です。

そこでドメイン名が登場します。ドメイン名は、ウェブサイトを人間が理解しやすい形で識別するための名前で、「google.com」や「yahoo.co.jp」などがあります。

これらの名前は、実際のIPアドレスにマッピングされています。

IPアドレスは、インターネット上の各デバイスに割り当てられた一意の識別子で、IPv4（例：192.168.0.1）とIPv6（例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）の2つの形式があります。

一方、ドメイン名はIPアドレスを人間が理解しやすい形式に変換したもので、DNS（Domain Name System）によって管理されています。

ネットワークプロトコル

ネットワークプロトコルは、情報の送受信方法を規定するルールのセットです。

主要なネットワークプロトコルには以下のようなものがあります：

TCP/IP：インターネットの基盤となるプロトコルで、パケットの送信方法と受信方法を定義します。
TCP（Transmission Control Protocol）は、信頼性の高い接続を保証し、IP（Internet Protocol）はデータパケットの送受信を取り扱います。
HTTP/HTTPS：HTTP（HyperText Transfer Protocol）はウェブページの送受信に使用され、HTTPS（HTTP Secure）は暗号化による安全な接続を提供します。
FTP/SFTP：FTP（File Transfer Protocol）はコンピュータ間でのファイル転送を行い、SFTP（Secure File Transfer Protocol）は安全なファイル転送を提供します。
SMTP/IMAP/POP3：これらのプロトコルはメールの送受信を管理します。
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）はメールの送信、IMAP（Internet Message Access Protocol）とPOP3（Post Office Protocol 3）はメールの受信を担当します。

ネットワークセキュリティ

ネットワークセキュリティは、データやシステムをサイバー攻撃から保護するための一連の手段です。

一般的なセキュリティ対策には、ファイアウォール、侵入検知システム（IDS）、暗号化、アンチウイルスソフトウェア、VPN（Virtual Private Network）などがあります。

これらの対策は、不正アクセス、データの漏洩、サービスの停止（DoS攻撃）などの脅威からネットワークを守ります。

サーバーアーキテクチャ

サーバーアーキテクチャは、サーバーがどのように設計され、管理されるかを決定します。

これには、一部サーバー（一部の要求を処理する）、分散サーバー（多数のサーバーが要求を均等に処理する）、クラウドベースのサーバー（物理的な場所に依存しない仮想サーバー）などがあります。

これらの用語と概念を理解することで、ネットワークとインフラエンジニアリングの基本的なメカニズムを理解する上で非常に役立ちます。また、これらの基本を把握することで、より高度なテーマに進む準備が整います。

データセンター

データセンターは、サーバーとその他のコンピューティングハードウェアをホストする施設で、データのストレージと管理、ネットワークの管理、データのバックアップと回復などを担当します。

これらは通常、冗長電源、冗長データ通信接続、環境制御（例えば、空調、消火システム）等を備えており、機器が最適な状態で動作することを保証します。

仮想化

仮想化は、物理的なコンピュータリソース（サーバー、ストレージ、ネットワークデバイスなど）を抽象化し、それらを複数の「仮想」リソースとして分割・再配置するテクノロジーです。

これにより、リソースの利用率が向上し、管理が容易になり、コストが削減されます。

クラウドコンピューティング

クラウドコンピューティングは、インターネットを介してコンピューティングリソース（サーバー、ストレージ、データベース、ソフトウェアなど）を提供するサービスです。

主要なサービスモデルには、IaaS（Infrastructure as a Service）、PaaS（Platform as a Service）、SaaS（Software as a Service）があります。

データバックアップと復元

データのバックアップは、データロスのリスクを軽減するための重要なプロセスです。

これは、データを別の場所にコピーまたはアーカイブすることによって行われます。復元は、バックアップからデータを回復するプロセスです。

オンプレミスとクラウド

これらの用語は、ITリソース（サーバー、ストレージなど）がどのように配置され、管理されるかを表します。

オンプレミスは、これらのリソースがユーザーの物理的な場所（オフィスなど）に配置され、自社で直接管理する形態を指します。

一方、クラウドは、これらのリソースがインターネットを通じて提供され、クラウドプロバイダが管理する形態を指します。

オンプレミスは一般的に完全なコントロールとカスタマイズが可能ですが、初期設置費用と運用費用が高くなる可能性があります。

一方、クラウドはスケーラビリティと柔軟性に優れ、初期設置費用が少なく済む反面、長期的な運用費用やデータのプライバシーに関する懸念があります。

ネットワークトポロジー

ネットワークトポロジーは、ネットワークの物理的または論理的な構造を表します。

主な形状には、バス、リング、スター、メッシュ、ツリーなどがあります。

これらのトポロジーは、ネットワークの性能、信頼性、冗長性を左右するため、インフラエンジニアはネットワークを設計する際に適切なトポロジーを選ぶ必要があります。

オペレーティングシステム（OS）

オペレーティングシステムは、コンピュータハードウェアとソフトウェアアプリケーションとの間のインターフェイスを提供します。

主要なOSには、Windows、macOS、Linuxがあります。

サーバー用途では、Linuxが一般的に使用されます。各OSは、異なる特性と機能を持ち、異なるユースケースに適しています。

ミドルウェア

ミドルウェアは、アプリケーションソフトウェアとオペレーティングシステム間の「仲介者」の役割を果たします。

これにより、異なるシステム間でのデータの交換や通信が容易になります。

具体的な例としては、データベースミドルウェア、メッセージ指向ミドルウェア、ウェブミドルウェアなどがあります。

ロードバランサー

ロードバランサーは、ネットワークトラフィックを複数のサーバーに分散する装置またはソフトウェアです。

これにより、単一のサーバーに負荷が集中するのを防ぎ、全体の性能と可用性を向上させます。

ロードバランサーは、特に大量のトラフィックを扱う大規模なウェブサイトやアプリケーションで重要な役割を果たします。

CDN（Content Delivery Network）

CDNは、ウェブコンテンツ（画像、ビデオ、ウェブページなど）をユーザーに最も近いサーバーから提供するネットワークのことです。

これにより、コンテンツの配信速度が向上し、ウェブサイトやアプリケーションのパフォーマンスが向上します。

特に地理的に離れた場所からアクセスするユーザーに対して有効です。

データベース

データベースは、データを整理して格納するシステムです。

リレーショナルデータベース（MySQL、PostgreSQLなど）とNoSQLデータベース（MongoDB、Cassandraなど）が主な種類です。

データベース管理システム（DBMS）は、データベースの作成、クエリ、更新、管理を行うソフトウェアです。

これらの概念と用語は、インフラエンジニアリングの領域を理解し、習得するための重要なステップです。

あなたがこれらの概念を深く理解し、それぞれがどのように連携してシステムを構築するのかを理解することで、より具体的な技術やツールを学ぶための土台を作ることができます。

DevOps

DevOps（開発と運用の組み合わせ）は、ソフトウェアの開発と運用の間のコラボレーションを促進するための哲学と実践の組み合わせです。

DevOpsの主な目標は、短いリリースサイクルでより高品質なソフトウェアを提供し、問題の修正を迅速に行うことです。

コンテナ化

コンテナ化は、アプリケーションとその依存関係を包含し、ソフトウェアを一貫して動作させるための技術です。

コンテナは、ホストシステムのOSを使用しながら、それぞれが独自のプロセス空間を持つように設計されています。

これにより、アプリケーションのデプロイメント、スケーリング、移植性が向上します。

DockerとKubernetesは、この領域でよく使用されるツールです。

モニタリングとロギング

モニタリングは、システムのパフォーマンスと可用性を継続的に追跡するプロセスです。

これにより、問題の早期発見と対処が可能となります。

ロギングは、システムやアプリケーションの動作に関する詳細な情報を記録するプロセスです。

これらの情報は、問題の診断やパフォーマンスの最適化に役立ちます。

ポート開放

ネットワーク上で特定の通信を許可するために行われる設定のことを指します。

インターネットを介してデータが送受信される際には、IPアドレスとポート番号という2つの情報が利用されます

。IPアドレスはネットワーク上のデバイスを識別するためのもので、ポート番号はそのデバイス内部で実行されている特定のプロセスやアプリケーションを識別するためのものです。

具体的には、ウェブサーバーへアクセスする際、通常はTCPの80番ポート（HTTP）や443番ポート（HTTPS）を使います。

これはウェブサーバー側でこれらのポートが開放されているからです。

同様に、メールを送るためのSMTP（25番）、受け取るためのPOP3（110番）、IMAP（143番）、またはFTP（20番と21番）など、それぞれのサービスやプロトコルは特定のポート番号を利用します。

ポート開放の設定は、主にファイヤーウォールやルーター等で行われます。

自宅でゲームサーバーを立てたり、遠隔地から自宅のPCにアクセスしたりする場合には、対応するポートを開放する必要があります。

ただし、無闇にポートを開放すると、セキュリティ上の問題を引き起こす可能性があります。

開放したポートは、インターネットから直接アクセスできるようになるため、攻撃者がそのポートを通じてシステムに侵入しようとする可能性があります。

そのため、必要なポートだけを開放し、利用しないときは閉じるようにするなど、適切な管理が必要です。

これらのコンセプトと用語は、インフラエンジニアリングの広範な領域を網羅しています。

理解しておくことで、ネットワークとデータシステムの設計、実装、管理においてより有効な意思決定が可能となります。

これらはすべて、インフラエンジニアリングの基礎となる要素であり、一歩ずつ学んでいくことで、あなた自身のスキルと知識を深め、成長することができるでしょう。

これらのコンセプトと用語は、インフラエンジニアリングの重要な概念をカバーしています。

これらを理解することで、インフラエンジニアリングの世界が開け、より深い理解と実用的なスキルを身につけることができます。

未経験者でも、一歩一歩進んでいけば、確実に理解を深めることができるでしょう。

具体的なイメージがわかない場合はChatGPTを使いましょう。

ChatGPTの質問のやり方

質問1　○○について詳しく教えて

こうすると知りたい内容を詳しく解説はしてくれます。

しかし、難しい表現が多いので理解はできません。

そこで次にこの質問をしましょう。

質問2　小学生でもわかるように教えて

この表現方法を使うことで難しいワードが出てくることなく解説してくれるのでわかりやすいです。

最初から質問2を使うとトンチンカンな答えで返ってくることが多いので、まずは詳しく解説してもらうようにしましょう。

インフラエンジニアリングの重要性

インフラエンジニアリングは、ネットワーク接続、ソフトウェアアプリケーション、データストレージなど、我々が日常的に利用するデジタル製品やサービスを提供するために不可欠です。

また、技術的な問題が発生した場合、その原因を特定し、適切な解決策を見つけるためには、インフラエンジニアリングの知識が必要です。

以上がインフラエンジニアリングの概要と、そのキーコンセプトおよび用語についての詳細な説明です。

これらの知識を深めることで、より効果的なシステムを設計、構築、管理する能力が身につきます。

サーバーアーキテクチャ

ネットワークシステムを理解するためには、サーバーアーキテクチャについての知識も重要です。

サーバーアーキテクチャは、システムの設計をどのように取り扱うか、どのような規模のユーザーがいて、どのような種類の作業が行われるかによって変わります。

一部サーバー：これは基本的な形式で、1つのサーバーがすべてのリクエストを処理します。
このタイプの設計は、ユーザーベースが小さく、リクエストが比較的少ないシステムに最適です。
分散サーバー：複数のサーバーがリクエストを均等に処理する形式です。
大量のリクエストを処理し、大規模なユーザーベースをサポートする必要があるシステムに適しています。
クラウドベースのサーバー：物理的なサーバーではなく、クラウド（インターネット上の仮想空間）上で動作するサーバーです。このアーキテクチャはスケーラビリティと柔軟性に優れています。

ネットワークセキュリティ

情報がインターネット上を移動するとき、それを保護するためにネットワークセキュリティが必要です。

これは、不正アクセス、データの損失、サイバー攻撃からシステムを保護するためのプラクティスと技術です。以下に、ネットワークセキュリティの一部を紹介します。

ファイアウォール：ネットワークを不正アクセスから保護するためのシステム。これは、許可されたトラフィックのみが通過できるように、ネットワークとインターネットの間に仮想的な「壁」を作ります。
侵入検知システム（IDS）：ネットワーク内の不正な活動を検出し、アラートを発生させるシステムです。
暗号化：データを安全に送信するために、情報をコード化（暗号化）し、その受信者だけが解読できるようにするプロセス。