9 物理層,伝送媒体と公衆通信サービス 1 構成 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 0,1の符号化コンピュータを結ぶ通信媒体公衆通信サービスインターネットへの接続形態 IPv6と未来のネットワークこの章のまとめ鈴木大介小松俊介小畠大樹高野蓉功山腰諒一鈴木大介 9.5のみ2003年度版より抜粋 2 9.1 ０と１の符号化４４０００６６鈴木大介 3 物理層の役割 • コンピュータが処理する”0”と”1”を電圧の変化や光の点滅の信号に対応させる →送信側 • 電圧の変化や光の点滅を”0”と”1”のデータに戻す →受信側 4 主な符号化方式 5 送受信処理における変換 FDDIなどで利用されているNRZIでは０が連続すると、ビットとビットの切れ目がわからなくなる ↓ ４B／５Bという方法で変換・・・４ビットのデータを必ず１を含む5ビットのシンボルと呼ばれるビット列に変換し、 4ビット以上０が続くのを防ぐ。 6 9.2 コンピューターを結ぶ通信媒体４４０１０３７小松俊介 7 9.2.1 同軸ケーブル • イーサネットまたはIEEE802.3(10BASE5、 10BASE2)などで利用される • 両端には５０Ωの終端抵抗（ターミネーター）を取り付ける • 10BASE５…Thickケーブル • 10BASE２…Thinケーブル 8 9.2.1 同軸ケーブルターミネーター 10 BASE 5 トランシーバトランシーバケーブル NIC 9 9.2.1 同軸ケーブルターミネーター 10 BASE 2 T型コネクタ NIC 10 9.2.2 ツイストペアケーブル（より対線） • 導線を2本1組でより合わせた（ツイストした）もの • ノイズの影響を小さくし、ケーブル内の信号の減衰を抑制 • イーサネット（10BASE-T、100BASE-Tなど）の媒体としてよく使われている 11 9.2.2 ツイストペアケーブル（より対線）信号の伝送方式 • RS232Cを使用した通信のようなグラウンド信号（0ボルト）に対し、送信するビット列に対応した変化を1本の線に流し処理 • RS-422のようなグラウンド信号を使用せずに伝送ビット列に対応する信号（プラス側信号）とそれと正反対の信号（マイナス信号）を1対 1（ペア）にして送信 12 9.2.2 ツイストペアケーブル（より対線）ツイストペアケーブルの種類 • STP －外被の下にシールドと呼ばれるアルミ箔や網のような導線で内部のツイストペアケーブルを保護しているケーブル－外部からの電気的影響を抑えることが可能 • UTP – ケーブル外被の中がツイストペアケーブルだけで構成されるもの 13 9.2.2 ツイストペアケーブル（より対線）ツイストペアケーブルのペアの組み合わせ • ツイストペアケーブルを使用した通信は、信号のプラス側とマイナス側をペアにして通信を行うことによって効力を発揮する • ケーブルをコネクタに接続するときにどのペアがどの接続点につながっているかが重要 14 9.2.2 ツイストペアケーブル（より対線） EIA/TIA568B ８ペア４７６５ペア１ペア３４３２ペア2 １ＲＪ－４５ EIA/TIA568Bにおいて１０BASE-Tはペア２、ペア３を使用ＦＤＤＩはペア２、ペア４を使用 15 9.2.3 光ファイバーケーブル • 同軸ケーブルやツイストペアケーブルによる接続ではサポートできない数㎞離れた遠隔地を接続する • ノイズなどの電波障害からネットワークを保護する • より高速に伝送する 16 9.2.3 光ファイバーケーブル • 価格が非常に高価 • ほかのメディアに比べて接続作業が難しく、専門の技術と機器が求められる • 光ファイバーを使用したネットワークを構築する場合、将来の増設計画、また拡張性などを十分考慮した上で接続経路やしようする媒体などを検討する必要 17 9.2.3 光ファイバーケーブル光ファイバーケーブルの分類 • シングルモード光ファイバー • 光を通すコアの部分が細い光ファイバーケーブル • レーザー光が、細いケーブルを直線的に伝搬し、ケーブル中でほとんど分散せずに信号を伝える • マルチモードより長距離伝送や超高速伝送が可能 18 9.2.3 光ファイバーケーブル光ファイバーケーブルの分類 • マルチモード光ファイバー • 光を通すコアの部分が太い光ファイバーケーブル • ケーブル内を光が反射しながら伝わる • シングルモードよりは長距離の伝送や超高速伝送には向かない • ケーブル径を太くでき、取り扱いも楽で、製作と施工のコストを小さくできる 19 9.2.4 無線 • 空間中を飛び交う電磁波を利用するためケーブルを利用しない • よく利用されるのは赤外線とマイクロ波 • 赤外線はごく近距離 • マイクロ波は遠距離 20 9.2.4 無線 • 無線ＬＡＮなどでは2.4GHz帯の極超短波と呼ばれる周波数帯を使用 • 電波が広がりを持って伝わるため、周波数が近い場合には正しく通信できなくなる • 周波数を管理することが必要 21 9.2.4 無線 • 短波よりも波長が短いマイクロ波になると指向性が強くなる • ２点間を結ぶ通信回線や、静止衛星を利用した衛星回線などに利用される • アンテナさえ設置できれば離島や山奥と通信が可能になるため近年よく利用される 22 9.3 公衆通信サービス 4402017 小畠大樹 23 公衆サービス • LANのような構内の接続ではなく，外部と接続する場合に使用するサービス． NTTやKDDIなどに料金を払って通信回線を借りる形態をとる． 24 アナログ電話回線 • 電話回線を利用して通信すること． • コンピュータを電話回線で接続するためには，デジタル信号とアナログ信号を変換するモデムが必要になる． • 通信速度は，56kbpsが一般的速度． 25 ISDN (Integrated Services Digital Network) • アナログ通信で使用していた交換機をデジタル化し，1回線に複数の通信路を設定して高速通信を可能のしたもの． • デジタル回線を使用したことで，高い品質と高い機能を提供することが出来る． • 通信速度は，一般家庭向けINSネット64 （２B+D ）で144kbps. 26 PHS • 32kbps~128kbpsのデジタル回線になっている。 • 普通に音声で通話するときは、音声信号が ADPCMと呼ばれるデジタル音声に変換されてから電波で送信される。 • このデジタル回線を直接利用する伝送手順にPIAFがある。 27 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) • 電話機と電話局の交換機の間の回線を利用し，そこにスプリッタと呼ばれる分配機を設定し，音声周波数とデータ通信用の周波数を混合・分離する． • 通信速度は，上りが3Mbps，下りが1.5～45Mbps程度． 28 ケーブルテレビ • 電波を主体とするテレビ放送を，ケーブルを使って放送するサービスです． • インターネットに接続するには，加入者宅にデータ通信用のケーブルモデムを設置し，放送局に設置されたセンターモデムと通信する． • 通信速度は，10Mbps．ただし，時間帯，利用状況により著しく低い通信速度になる場合もある． 29 専用回線(専用線) • 接続形態は1対1接続に限られる． • 通信速度は，使用用途について細かく帯域を設定可能．･デジタル専用サービス（64kbps~6，50，150Mbps）･ ATMメガリンクサービス（0.5，1~135，600Mbps）･メトロハイリンク（45,150,600Mbps） 30 X.25(公衆パケット交換サービス) • 公衆データ網におけるパケットモードで動作するデータ端末装置（DTE）とデータ回線終端装置（DCE）間のインタフェース • ひとつの回線から複数のサイトに同時に接続可能 • エラー処理や転送効率を考慮 • 通信速度は，9.6Kbpsまたは64Kbps． 31 フレームリレー • 蓄積交換方式で異速度端末間接続が可能である • X.25に比べプロトコルを簡略化し、誤り制御やフロー制御は隣接するリンク間で行わないで端末間で行う。そのために高速通信が可能 • バースト的なトラフィックに対応するため、帯域の有効利用ができる。 • １本の物理回線で複数拠点と同時接続（論理多重）が可能 • DLCIによりフレーム論理多重が可能 32 IP-VPN • Virtual Private Network – 仮想私設網 – MPLSとIPsec • IPsecによるIPパケットの認証と暗号化 – Transportモード – Tunnelモード 33 IP-VPN ラベル付与ラベル除去 34 9.4 インターネットへの接続形態４４０２０３３高野蓉功 35 9.4.1 ダイアルアップ接続 • インターネットに接続する時にだけISPに接続する接続形態 • ISPとの間は、アナログ電話回線やISDN,携帯電話、PHSなどが利用される 36 ダイアルアップサーバーインターネット電話網 ISDN網モデムポートホスト TA 電話の ISDNのモジュラージャックモジュラージャックホストターミナルアダプター 37 9.4.2 常時接続 • インターネットと通信する、しないにかかわらず、常にISPと接続している形態 • 利用料金は毎月一定料金を払う定額制が一般的 • 常時接続をする際に利用する回線は、昔は専用回線が一般的で、利用料金も高額 • 最近はケーブルテレビやADSLが普及し、安価な料金でデータ通信が可能 38 9.4.3 一般的なIPアドレスと恒久的なIPアドレス • ダイアルアップ接続接続するたびに異なるIPアドレスがダイアルアップサーバーから割り当てられる • ２４時間常時接続最初に接続した時にIPアドレスが割り当てられ、その後は接続を切らない限り、ずっと同じIPアドレスを使用 39 自分で外部に向けてWebサーバーを立ち上げたい場合 • 恒久的に利用可能な固定IPアドレスを取得する必要がある • ISPによっては、追加の料金が必要になる場合や、固定IPアドレスを配布するサービスをしていない場合もある 40 9.4.4 NAT（NAPT）によるインターネット接続本来ならば、インターネットに接続するためには、接続したいホストの台数分のユニークなグローバルIPアドレスが必要しかしアドレスが不足しているため、複数のグローバルIPアドレスを取得するのは容易でない NATを使用すると、１つしかグローバルIPアドレスがなくても、LAN内の複数のホストがインターネットに接続できる 41 9.4.5 インターネットに接続するときの注意点 1. 料金 – インターネット接続費用と回線使用料 – 電子メールのアドレスの取得 – ホームページを作成する場合 2. セキュリティ – 自分のホストに不正侵入される – コンピュータウィルスに感染してしまう 42 9.4.6 ファイアウォールを利用したインターネット接続 • グローバルIPアドレスを設定したオフィスや学校などをインターネットに接続するときには、不正アクセスから組織内を守るためにファイアウォールを設置する必要がある • ファイアウォールの基本的な考え方は、「危険にさらすのは特定のホストやルーターのみに限定する」ということ 43 オフィス、学校メール WWW ルーターによるサーバーサーバーファイアウォールホストホスト WWWサーバーにはHTTPでアクセスできるホストA ルーターインターネットホストB フィルタリングホストホスト内部のネットワークからはインターネットにTCPコネクションを確立して通信できるメールサーバーにはSMTPでアクセスできるホストC 44 9.4.7 アプリケーションゲートウェイの利用オフィス、学校代理サーバーホストホストプロキシサーバーシステムアクセス制御アクセスログ保存サーバーインターネットホストホスト代理サーバーでIP転送をしない代理サーバーが許可した通信のみ可能サーバー内部からも外部からも直接通信はできない 45 9.5 IPv６と未来のネットワーク 4401088 山腰諒一 46 NAT（NAPT)の問題点 • 外部のネットワークから内部のネットワークに接続できない。（ネットワーク対戦ゲーム、ビデオ会議システムなど） • 外部から接続ができるものもあるが、同じポート番号を使用した場合は同時に接続できるホストが一台に限定される。 • データ転送速度を向上するのが難しい。 • 帯域通信に向いていない。 • 耐障害性を高めることが難しい 47 アプリケーションゲートウエイの問題点 • ネットアプリケーションとゲートウエイが対応している必要がある。（対応しているのは WWW（HTML)だけである） • データ転送速度を向上するのが難しい 48 問題がおきる理由 • エンドツーエンドでグローバルIPアドレスを使用してないため（アドレスが豊富だとエンドツーエンドで通信できるから） 49 IPv6を使うと • 必要な量のアドレスが配布される • ホスト数が１８４４京（けい）個になる • NATやアプリケーションゲートウエイが必要なくなる • 個々のアドレスに対してファイヤーウォールが必ず必要になる • 外部とは直接通信することはできず、代理サーバ経由で許可された情報だけにアクセスする環境になる 50 IPｖ６のグローバルIPアドレスのフォーマット FP TLAID RES ３１３ 8 NLA ID SLD ID Interface ID （＝MACアドレス） 24 64 広域ネットワーク 16 サイト内部ネットワーク部インタフェースの識別子ホスト部 51 52 IPv6の未来 • 個々のコンピュータにファイアウォールの設定が必要 • テレビ会議に必要な帯域を簡単に予約できるシステムの登場 53