Chaptor.9 物理層、伝送媒体と公衆通信サービス

Chapter 9
物理層、伝送媒体と
公衆通信サービス
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9章
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
まとめ
4403093
4403097
4403046
4403022
4403056
宮本佳徳
安松良太
佐藤要太郎
鎌田和真
背山有梨
佐藤要太郎
1
9.1 0と1の符号化
2
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
3
主な符号化方式
4
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。
5
9.2 コンピュータを結ぶ
通信媒体
6
9.2.1 同軸ケーブル

イーサネット、IEEE802.3で使用されるケーブ
ル。１０BASE5と１０BASE2の規格があり、共
に１０Mbpｓの速度を持つ。
最大500m
１０BASE5
トランシーバ
終端抵抗
終端抵抗
NICへ
7
9.2.2 ツイストペアケーブル
（より対線）

導線を2本1組でより合わせたもの。それ
により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する。

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
8
信号の伝送方式

RS232C


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


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。
受信側はこの2つの信号の差から送信された信号
を判断する
9
信号の伝送方式
外部からの
電気的影響
+側の信号
0V ------－側の信号
0V
＋側、－側の電位差
------両側とも外部の影響を受
けるが、信号は電位差の
あるなしで与えられるので
有
（読み取られる信号）
読み取られる信号に影響
は現れない
無
10
ツイストペアケーブルの種類

UTP（Unshielded Twisted Pair ）


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
STP（Shielded Twisted Pair ）

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
11
9.2.3 光ファイバーケーブル
ガラス繊維でできたケーブル。信号を光
の明滅によって送信する。
 減衰をほとんどしないため、中継なしで
数ｋｍの接続が可能
 通信速度も従来のメタルケーブルと比べ
て段違いに速い。



メタルケーブル
光ケーブル
数Mbps～５０Mbps
100Mbps～1Gbps
12
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


レーザー光など、直進性の強い光を入力し、細
いケーブル中でほとんど分散せずに信号を伝え
る
長距離伝送や超高速伝送が可能で、電話局間
などの基幹通信網に使われている
光源
シングルモード光ファイバー
13
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



ケーブル内をLEDなどによる光が反射しなが
ら伝わる
材料にプラスチックを利用できるため安価で
あり、折り曲げにも強い
主にGigabit Ethernetなどで用いられている
光源
マルチモード光ファイバー
14
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
15
9.2.4 無線（Wireless）

空間中を飛び交う電磁波を利用するため
ケーブルを必要としない。
物理的制約の解放
16
よく使われる無線通信(1)

無線LAN
 2.4GHz帯の極超短波と呼ばれる周波
数帯を利用
・・・ノートパソコン

赤外線通信

数十ｃｍ～1mの間で接続する。間に障
害物があると通信できない
・・・携帯電話、ノートパソコン
17
よく使われる無線通信(2)

マイクロ波通信

指向性が強いため2点間を結ぶ通信
回線に使われる。アンテナが設置でき
ればケーブルを引くのが難しいところ
でも通信ができるようになる。
・・・衛星回線、遠隔地への直接通信
18
9.3 公衆通信サービス
19
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
20
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．
21
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.
22
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。
23
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．
24
ケーブルテレビ




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．
ケーブルテレビ放送に使われていない、空
いているチャンネルをデータ通信に利用
下り伝送には放送と同じ周波数帯域を使用
登り伝送には放送に使用しない低周波数帯
域を使用⇒登り伝送速度が下りより遅い
25
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）
26
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．
27
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
28
フレームリレー網
29
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
IP-VPN
ラベル付与
ラベル除去
30
9.4 インターネットへの
接続形態
31
9.4.1 ダイアルアップ接続
インターネットに接続するときだけ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。
32
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。
料金は定額制
↓
現在はCATVやADSLを利用することで
安価になり、ダイヤルアップ接続よりも高
速なデータ通信が可能となり利用者が急
増した
33
9.4.3 一時的なＩＰアドレスと
恒久的なＩＰアドレス(1)
ダイアルアップ接続
→接続のたびに割り当て
 常時接続
→最初に接続したときに割り当て

34
一時的なＩＰアドレスと
恒久的なＩＰアドレス(2)
一時的なIPアドレスでは外部からの接続させることは困難
であり、DSNに登録してもIPアドレスが変わっては使え
ないしトラブルになる

独自にドメイン名を取得して、自分で外部にむけてWeb
サーバーを立ち上げたい！！
↓
固定IPアドレスを取得
（ISPによっては追加料金が必要だったり、固定IPアドレ
スを配布するサービスがない場合もある）
35
9.4.4 ＮＡＴ（ＮＡＰＴ）による
インターネット接続
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ネットに接
続できる

インターネット側からNAT内部のネット
ワークに対する接続が制限されるが、ク
ライアント的な利用であれば問題はほと
んどない。
36
9.4.5 インターネットに接続する
ときの注意点

料金



ISPとの契約
ISPまでの通信回線確保など
セキュリティ


自分のホストを「踏み台」に利用される
コンピュータウイルス
37
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。
考え方
↓
「危険にさらすのは特定のホストやルーター
のみに限定」

38
具体的に

1000台すべて＝大変
→インターネットから直接アクセスできる
ホストを数台に限定
ファイアウォールの一例
P297 図9.18参照
39
9.4.7 アプリケーションゲート
ウェイの利用

内部のネットワークとインターネットをアプリ
ケーションゲートウェイで、いったんトランスポー
トプロトコルのセッションを区切ってから通信
すべての通信はプロキシサーバがアプリケー
ションレベルで処理インターネットと直接通信
することはできないが、インターネットから直接
内部のネットワークを攻撃されない
40
9.5 ＩＰｖ６と未来のネットワーク
41
9.5.1 ＮＡＴ（ＮＡＰＴ）とアプリケー
ションゲートウェイの問題点





通常外部のネットワークから内部のネット
ワークにアクセスできないため、ネットワーク
アプリケーションの利用の際に制限が発生
同じポート番号を使用したゲームの場合には、
同時に接続できるホストが１台に限定される
データの転送能力を向上させるのが難しい
帯域通信に不向き
耐障害性を高めることが難しい
42
ＩＰｖ４ではアドレスが枯渇
現在は、ＩＰアドレス（ＩＰｖ４）が枯渇しているた
め、ＮＡＴ（ＮＡＰＴ）やアプリケーションゲート
ウェイによる接続をおこなうことが一般的
・・・しかしＮＡＴやアプリケーションゲートウェイ
には問題点がある
→アドレスが枯渇しているＩＰｖ４ではなく、アドレ
スが豊富なＩＰｖ６を利用すれば、エンドツーエ
ンド通信が可能に
43
9.5.2 ＩＰｖ６になると何が変わる


ＩＰｖ６時代になると、利用可能なＩＰアドレスが莫
大な数になり、オフィスや家庭に必要な数を十
分に配布できる。
・・・ＩＰｖ４よりはるかに大きな数であり、極端に
言えば、現在のインターネット規模のネット
ワークを家庭内にいくつも構築できる
ＩＰｖ６時代になると、プリケーションゲートウェイ
は不必要になるが、ファイアウォールは必ず必
要になる。
44
9.5.3 ＩＰｖ６時代のネットワーク（1）
ＩＰｖ6時代になり、本質的に変わることは、
「必要な時にはどのホストでも、エンドツー
エンド通信ができるように設定を変更でき
る」環境が得られること。
45
ＩＰｖ６時代のネットワーク（2）
ＩＰｖ６では、すべてのホストにグローバルアドレスを割
り振る。
・・・必要時のファイアウォール設定変更で
①高速で柔軟な通信環境が実現
②高品位なマルチメディア通信が可能に
ＩＰｖ６はつぎはぎのネットワーク構造を、整理・単純化
するため、高性能でとても柔軟なネットワークが構
築できる
大きな可能性を秘めたＩＰｖ６、TCP/IPプロトコルは今
後も新たな進化を続ける！！
46

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