第1章ネットワーク基礎知識 4407036 榊原悠 1.1コンピュータネットワーク登場の背景 4407056 田端晃一コンピュータの普及と多様化  さまざまな場所で活躍している ◦ オフィス、工場、学校、教育機関、研究所  多種多様なコンピュータ ◦ ◦ ◦ ◦ 大型汎用コンピュータスーパーコンピュータミニコンピュータパーソナルコンピュータスタンドアロンからネットワーク  従来 ◦ コンピュータを単体で使用（スタンドアロン）  現在 ◦ 複数のコンピュータをネットワークで接続  Ex: WAN , LAN コンピュータ通信から情報通信環境へ初期 1980年代後半 1990年代前半プライベートなネットワークのみ  プライベートなネットワークを相互に接続する公共ネットワークとしてのインターネット情報ネットワークの役割  役割 ◦ 世界中の情報を各コンピュータに伝えること（人間でいえば神経に相当する役割）  将来 ◦ 空気のように存在を意識されないようなものになる 1.2コンピュータとネットワーク発展の7つの段階 4407056 田端晃一バッチ処理プログラムやデータなどを、まとめて一括で処理する方式利点：多くの人が利用できる欠点：時間がかかるタイムシェアリングシステム（TSS） 1台のコンピュータに複数の端末を接続して、複数のユーザーが同時にコンピュータを利用できるようにしたシステム・仮想的に１人１台コンピュータを利用できるようになった・インタラクティブ（対話的）な操作が可能になった・プログラミング言語のBASICが登場コンピュータ間通信コンピュータ間を通信回線で接続するだけでデータを瞬時にやり取りできるようなシステム・データ転送にかかる時間や手間が減った・複数のコンピュータで分散して処理し、結果をまとめられるようになった利用者の目的や規模に合わせた柔軟なシステムの構築や運用ができるようになったコンピュータネットワークの登場パケット交換技術によるコンピュータネットワーク・異なるメーカーのコンピュータ同士でも相互通信が可能・ウインドウシステムの登場コンピュータネットワークの中を自由に移動し、散在するコンピュータ資源を活用できるようになったインターネットの普及  ダウンサイジング、マルチベンダ接続といった、異なるメーカーのコンピュータを相互に接続し、安価にシステムを構築するためにインターネット技術が使われはじめた。  WWW（World Wide Web）による情報公開と、そのサービスを受けるwebブラウザ，インターネットメールが企業や一般家庭に急速に普及し始めた。  パーソナルコンピュータは以前は単独（スタンドアロン）で使う個人の道具だったが、現在ではインターネットにアクセスする道具として使う人が多い。インターネット技術中心の時代へ • インターネットは別々に発展してきた多くの技術をすべてインターネットに取り込む方向に進んでいる。 • もともと電話網の上に構築されていたインターネットだが，立場が逆転し、インターネットの技術を利用したIP網の上に電話やテレビ放送、インターネットが構築されるようになってきている。 • インターネットにつながれるものだけがいわゆる｢コンピュータ｣だけではなく、携帯電話、家電製品などがつながれるようになっていき、今後はありとあらゆる物がつながれるようになっていくだろう。「単につなぐ」時代から「安全につなぐ」時代へ  インターネット普及期 ◦ できる限り際限なく自由につなぐことを目指していたインターネットを利用することによって巻き込まれるトラブルの増加「安全につなぐ」ことが大事すべてのカギを握るTCP/IP TCP/IPには、別々に発達してきた様々な通信技術を１つに統合するだけの応用力があるまとめ年表年１９５０年代１９６０年代１９７０年代１９８０年代１９９０年代２０００年代内容バッチ処理の時代タイムシェアリングシステムの時代コンピュータ間通信の時代コンピュータネットワークインターネット、イントラネットの普及インターネット技術中心の時代 1.3 プロトコルとは 4407036 榊原悠プロトコル  使用する環境、機器などによってさまざまな種類があるが、私達はネットワークを利用するときに普段意識していない主なプロトコルネットワークアーキテクチャプロトコル用途 TCP/IP IP,ICMP,TCP,UDP,HTTP, TELNET,SNMP,SMTP... インターネット NetWare IPX,SPX,NPC... パソコンLAN AppleTalk DDP,RTMP,AEP,ATP,ZIP... Macintosh LAN DECnet DPR,NSP,SCP... 旧DEC社ミニコンなど OSI FTAM,MOTIS,VT,CMIS/CMIP, CLNP,CONP... XNS IDP,SPP,PEP... Xerox社ネットワークパケット交換とプロトコルパケット交換とは、大きなデータをパケットと呼ばれる単位に分割して送受信する通信形式  パケットにはそれぞれ送信元と宛先のアドレスさらには元のデータのどの部分かを示す番号がついている  1つの回線を複数のユーザーで共有できる  プロトコルとはコンピューター同士の間で情報（データやメール、メッセージ等）のやり取りをするために必要な手順や方法に関する取り決めや規則などの「約束ごと」  簡単に言うと、コンピューターの「共通言語」のようなもの  異なるものを使っていると相互にデータを伝えることができない  コンピュータでのプロトコル通信をする双方のコンピューターに必要な最低限の機能がすべてプログラミングされていなければならない  もし途中で障害が起こった場合はどうするかなど、あらかじめ通信中に起こりそうな問題を想定し、プログラムを作成しなくてはならない  1.4プロトコルの標準化 4407402 丹野雅弘情報通信ネットワーク 23 1.4.1 コンピュータ通信の登場から標準化へ 1974年にIBM社がネットワークアーキテクチャであるSNA(System Network Architecture)を発表。その後、各メーカーが独自のネットワークアーキテクチャを発表し、プロトコル群の体系化が進む。しかし、互換性がなく、メーカーが異なると、接続しても通信ができなかった。情報通信ネットワーク 24 多くの企業がネットワークには互換性が必要だと認識されるようになり、異なるメーカー間でも自由に通信できる環境が望まれたネットワークのオープン化、マルチベンダ化情報通信ネットワーク 25 1.4.2 標準化国際標準化機ISOが、国際標準として OSIという通信体系を標準化した。しかし、OSIの定めるプロトコルは普及せず、 IETFによって標準化されたTCP/IPが標準になっている。 (但し、OSI参照モデルはネットワークプロトコルを考えるときに引き合いに出される。) 情報通信ネットワーク 26 1.5 プロトコルの階層化と OSI参照モデル 4407402 丹野雅弘情報通信ネットワーク 27 1.5.1 プロトコルの階層化通信に必要な機能を７つに階層化する複雑なネットワークプロトコルを単純化する情報通信ネットワーク 28 ・インターフェイス上位層と下位層の間でサービスのやり取りをするときの約束事・プロトコル通信相手の同じ階層とやり取りするときの約束事情報通信ネットワーク 29 階層化の利点と欠点利点 1. 階層化することで各階層を独立なものとして扱える 2. ある階層を変更しても、その影響がシステム全体に波及せず、拡張性や柔軟性に富んだシステムを構築できる 3. 通信の機能分割が行われるため、それぞれの階層プロトコルの実装が容易になり、責任の分界点も明確になる欠点 1.モジュール化を進めすぎると、処理が重くなったり、各モジュールで似たような処理をしなければならなくなる情報通信ネットワーク 30 1.5.2 会話で階層化を考えるプロトコルインターフェイスインターフェイスプロトコル情報通信ネットワーク 31 1.5.3 OSI参照モデル各層は、何をするかという役割を定義している役割を定義しているのがプロトコルプロトコルは約束事、その中身は、仕様その仕様に準拠した製品・通信手段を利用情報通信ネットワーク 32 1.5.4 OSI参照モデルの各層の役割・アプリケーション層特定のアプリケーションに特化したプロトコル・プレゼンテーション層機器固有のデータフォーマットとネットワーク共通のデータフォーマットの交換・セッション層通信の管理やコネクションの確立/切断、トランスポート層以下の層の管理情報通信ネットワーク 33 ・トランスポート層両端ノード間のデータ転送の管理やデータ転送の信頼性を提供・ネットワーク層アドレスの管理と経路の選択・データリンク層直接接続された機器間でのデータフレームの識別と転送・物理層０と１を電圧の高低や光の点滅に変換したり、コネクタやケーブルの形状の規定情報通信ネットワーク 34 まとめ • • • • • ネットワークの通信モデルは、OSI参照モデルによって説明することができる。物理層、データリンク層は、1つのネットワーク媒体に接続されたコンピュータ間での通信方法を規定する。ネットワーク層は、相互に接続されたネットワーク上の任意の2台のコンピュータ間での通信方法を規定する。トランスポート層は、アプリケーション間での通信方法を規定する。セッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層では、アプリケーション間での通信方法を規定する。情報通信ネットワーク 35 1.6 OSI参照モデルの通信処理の例 4407003 飯田正成７階層の通信  OSIの７階層モデルにおける通信の方法・送信側データを上位層から下位層へ伝える（アプリケーション層 → プレゼンテーション層→…）・受信側データを下位層から上位層へ伝える（物理層 → データリンク層 →…）各階層での処理ヘッダ自分の階層のプロトコル処理に必要な情報のこと送信側上位層から渡されたデータに自分の階層のプロトコル処理に必要な情報をヘッダとしてつける（必要な情報を書き足していく。）データヘッダ → データヘッダ受信側受信したデータをヘッダと上位層へのデータに分離してデータを上位層に渡す（不要になった情報を取り除く）各階層の具体的な処理送信側受信側各階層の具体的な処理  7階層は二つに分けられる。通信を行う前の準備。実際のネットワークを使っての送信処理。アプリケーション層データを送信する（Aさん）  相手側から送信された情報の分析（Bさん）  要はインターフェイス人間とコンピューターの操作をつなぐ部分  アプリケーション固有のエラー処理  ヘッダ：「おはようございます」が電子メールの本文であるという情報や、あて先はBさんであるという情報。プレゼンテーション層「コンピューター固有の表現方式」送信データ受信データ「ネットワーク全体での表現方式」ヘッダ：データの符号化方式を識別するための情報。セッション層  コネクションを確立するタイミングや、データを転送するタイミングの管理。通信状況の整理を行う。ヘッダ：データをどのような手順で伝えるかという情報。トランスポート層データ転送の信頼性を保証する。通信ミスが発生した場合の処理も行う。 ■ ヘッダ：パケット番号などの情報。ネットワーク層  ネットワークとネットワークが接続された環境で送信ホストから受信ホストまでパケットを配達する。  正しくデータを届ける処理はトランスポート層で行うヘッダ：アドレス情報など。データリンク層、物理層  物理的な通信媒体で接続された機器同士でデータのやり取りをできるようにする。ヘッダ：MACアドレスの情報まとめアプリケーション層入力したもの  プレゼンテーション層文字などの整合性  セッション層通信路の確保・管理  トランスポート層データ通信の確認  ネットワーク層通信・配送  データリンク層通信許可  物理層接続機器の制御  1.7 通信方式の種類 4407010 榎本健太 1.7.1 コネクション型とコネクションレス型 (1) ● ネットワークにおけるデータの配送の種類 (a) 「コネクション型」 (b) 「コネクションレス型」 1.7.1 コネクション型とコネクションレス型 (2) (a) 「コネクション型」 [特徴]：送信ホストと受信ホストの間で回線の接続を行う無駄なデータを送らずに済む cf. 電話の通信 1.7.1 コネクション型とコネクションレス型 (3) 図1：コネクション型のイメージ 1.7.1 コネクション型とコネクションレス型 (4) (b) 「コネクションレス型」 [特徴]: 送り手はいつでもデータの送信が可能受け手はいつ誰からデータを受信するか不明データを常に受取っていないかどうか確認 cf. 郵便の配達 1.7.1 コネクション型とコネクションレス型 (5) 図２：コネクションレス型のイメージ 1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト (1) ● ネットワーク通信の種類 1. ユニキャスト ⇒ “1対1”通信 2. マルチキャスト ⇒ “1対複数”通信 3. ブロードキャスト 1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト (2) 1. ユニキャスト ⇒“1対1”通信のこと  Ex. 電話図3：ユニキャスト 1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト (3) 2. マルチキャスト ⇒“1対特定多数”通信のこと  Ex. ビデオ会議システム図4：マルチキャスト 1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト (4) 3. ブロードキャスト ⇒“1対不特定多数”通信のこと  Ex. テレビ放送図5：ブロードキャスト 1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト (5) 図6：ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト 1.7.3 回線交換とパケット交換 (1) ● 通信回線を利用して通信する方法 1. 回線交換 ⇒従来からの電話で利用されてきた方式 2. パケット交換 ⇒ 1960年代後半から必要性が認められ始めた方式 ※ TCP/IPはパケット交換方式を採用 1.7.3 回線交換とパケット交換 (2)  1. 回線交換図7：回線交換 1.7.3 回線交換とパケット交換 (3)  2. パケット交換図8：パケット交換伝送速度とスループット  伝送速度：２つの機器間を流れるデータの物理的速さ単位[bps]  スループット：実際にホスト間でやり取りされる伝送速度単位[bps] まとめ・データの配送の種類・コネクション型・コネクションレス型・ネットワークの通信の種類・ユニキャスト・マルチキャスト・ブロードキャスト・通信方法・回線交換・パケット交換 1.8ネットワークの構成要素 4407056 田端晃一通信媒体とデータリンク  接続ケーブル ◦ ツイストペアケーブル、光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、シリアルケーブル  ネットワークインターフェース ◦ NIC、ネットワークアダプタ、ネットw-九カード、LANカード  データリンクを接続する機器 ◦ リピーター、ブリッジ、ルーター、ゲートウェイネットワークインターフェース  コンピュータをネットワークに接続するための装置  10BASE-T 100BASE-TXのポート（LANポート）（備え付けられてない場合、イーサネットのNIC （Network Interface Card）を拡張スロットに増設）  ノートブックタイプのPCの場合はPCカード形式のNICが利用されるリピーター OSI参照モデルの第1層の物理層でネットワークを延長する機器 •ケーブル上を流れてきた電機や光の信号を受信し、増幅や波形の整形などをしたのちに別の側へ再生する •通信媒体を変換できるものもある •ただし、エラーフレームはそのまま送信される •伝達速度の異なる媒体間を接続することはできない •リピーターの接続段階には制限がある場合があるブリッジ/レイヤ2スイッチ       ブリッジはデータリンク層でネットワーク同士を接続する装置であり、データリンクのフレームを蓄積し新たなフレームとして送出する。データリンクのフレームには、フレームが正しく届いたかを検査するためのＦＣＳと呼ばれるフィールドがあり、ブリッジはこれをチェックして壊れたフレームは伝えないようにする働きがある。アドレスの学習機能によりホストＡとブリッジ間にだけフレームが流れれば済む。ＯＳＩ参照モデルでは第２層のデータリンク層に位置づけられるため、例や２スイッチとも呼ばれる。ラーニングブリッジとは、パケットを隣のセグメントに流すかどうかの判断を行う機能を持っているブリッジのことである。スイッチングハブもこのブリッジの一種である。ルーター/レイヤ3スイッチ  ＯＳＩモデルの第３層、ネットワーク層の処理を行う。つまり、ネットワーク同士を接続してパケットを中継する装置のことである。  ブリッジは物理アドレスで処理を行うが、ルーターはネットワーク層のアドレスで処理をする。  最近では家庭やオフィスでインターネット接続をするときに使用される。  ネットワークの負荷を仕切ったり、セキュリティ機能を備えたものもある。ゲートウェイ  ゲートウェイとは、ＯＳＩ参照モデルのトランスポート層からアプリケーション層までの階層で、データを中継する装置である。  ゲートウェイは、互いに異なるプロトコルの翻訳作業を行い、通信を可能にする。  携帯電話とＰＣでメールを通信する際に用いられる。  プロキシサーバーもゲートウェイの一種。