ネットワーク2

ネットワーク２
ネットワークアーキテクチャ
この資料は岩波講座
「現代工学の基礎」
を参考に作成した
コンピュータ
ネットワーク
通信制御機構
通信制御機構
ノードb
ノードa
ノードa
階層(n)
階層(n-1)
機能(n)
ノードb
プロトコル(n)
機能(n)
機能(n-1) プロトコル(n-1) 機能(n-1)
階層(n-2) 機能(n-2) プロトコル(n-2) 機能(n-2)
ネットワークアーキテクチャ
階層化の理由
1.複数人で開発､保守、運用ができる。
2.機能変更の影響範囲を限定できる。
3.技術進歩の取り込みが階層ごとに
自由にできる｡
階層数の増加とともにオーバーヘッド
（本来の通信対象データ以外の付加
業務）が増加し性能の低下を招く。
OSI参照モデルは7つの階層から成立っ
ている｡（次ペ-ジ）
プロトコル
対応する階層同士が情報のやり取りを
する。その場合の取り決め（約束、規
則）がプロトコルである。
階層(n)
プロトコル (i) に従って通信するための
階層(n-1)
機構が機能（i）である。
階層(n-2)
機能(i)は機能(i-1)を使って通信するの
で階層(i-1)は階層(i)から見て「サービ
機能(i-1)
機能(i-1)
サービスス」に当たる｡
機能(2)
機能(2)
また、階層(i)と階層(i-1)との間にあっ
階層(1)
階層(1)
プロトコル(1) 機能(1)
機能(1)
て両者の情報のやり取りを円滑化する
ネットワーク
ネットワーク
規則が「インタフェース(i-1Æi)」。
機能(i)
インタフェース
アーキテクチャA
機能(i)
アーキテクチャB
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1
OSI参照モデル
初期のネットワークアーキテクチャはメーカごとに異なるなどで相互接続できなかった。
そこで､世界的に標準化の必要性が認識され1978年に検討が始まった｡
ISOとITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector)
で検討の結果OSI参照モデル(Open Systems Interconnection Reference Model)が誕生した。
これは､下図に示すように７層からなる。
(7) アプリケーション層ap
(6)
プレゼンテーション層
pr
(5)
セッション層ss
(4) トランスポート層tp
上位層
利用者やアプリケーションがよく使う機能を提供。通信路の設定
・解除、データベースの一貫性を制御するコミットメント制御等
情報の標準的な表現形式(抽象構文)を伝送効率のよい転送構文に
変換して伝送し、元の抽象構文に戻してアプリ層に提供する。
通信プログラム同士がデータ送受信を行うための仮想経路の設立
や開放
下位層
終端システム間でのデータの伝送､データ圧縮､誤り訂正等
(3)
ネットワーク層nw
中継網を含む網内､網間のデータの中継(ルーチング､フロー制御・
誤り制御)､通信経路の選択やアドレスの管理
(2)
データリンク層dl
隣接ノード間ビット伝送方法、順序制御、フロー制御など
(1)
物理層ph
コネクタ形状、ピンの配置、ケーブルの特性等の電気・物理条件
ネットワーク形成の要となる中継点は下位の３層だけで構成できる｡
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2
LAN (ローカルエリアネットワーク)
ネットワーク
LAN
MAN
適用規模
オフィス､ビル、
キャンパス
都市
英語
Local Area NW
Municipal NW
WAN
GAN
国、会社事業所地球(インタネッ
間
ト)
Wide Area
a NW
Global Area NW
一つのビルなど小規模範囲のネットワーク
をLAN(Local Area Network)と呼んでいる。
LANのトポロジー(接続形態)
トポロジー
特　徴
スター形処理能力､信頼性はホストで決まる
バス形
2.バス形
1.スター形
リング形
3.リング形
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ホストを介した通信となる。
ツイストペアケーブル使用。
伝送路が短い
ルーチング不用、制御簡単
ステーション故障の影響範囲小
イーサネットに使用されている｡
同軸ケーブル、ツイストペアケーブル｡
伝送路が短い
環状伝送路の一部故
-->伝送路二重化、ループバック、バイパ
ス機能付加
トークン(送信権を示す制御情報)を使用。
光ファイバー(100Mbps以上)、同軸ケーブ
ル､ツイストケーブル(10Mbps以下 )
3
LAN のアクセス制御方式
トークンリングの原理
B
スター形　回線交換､パケット交換
アクセス
制御方式
バス形　CSMA/CD
リング形　トークンリング
トークン
データあり
CSMA/CDの原理(バス形)
A
監視
C
送信
監視
監視
A
監視　トークンの状態を常時監視する。
送信　トークンがアイドルならばデータを付加し
送信。一巡したら次のデータと取り替え送信。
受信　自分宛のデータのみ取り込む｡
受信
C
監視　データが流れているか常時監視する。
送信　伝送路がアイドルならば送信
受信　自分宛のデータのみ取り込む｡
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection
( 衝突検出付きキャリア監視多重アクセス)
トークン　token: しるし､証拠､代用通貨、
ここでは伝送路の使用権のしるし。
LANのアーキテクチャ
LANの形状からルーチングは不用。データリ
ンク層以下(物理､データリンク層の２層)だけ
で足りる｡
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LAN ､ネットワークの相互接続
LAN同士、LANと広域網など複数のネットワークを相互に接続することをインターネット
ワーキングという。
ゲートウェイ
(7) アプリケーション層ap
(6)
プレゼンテーション層
pr
(5)
セッション層ss
(4) トランスポート層tp
(2)
データリンク層dl
(1)
物理層ph
ルータ
ネットワーク層nw
プレゼンテーション層
pr
セッション層ss
トランスポート層tp
ブリッジ
(3)
アプリケーション層ap
リピータ
ネットワーク層nw
データリンク層dl
物理層ph
リピータ　物理層を結合　短距離､同一アーキテクチャ構成、増幅機能あり　ブリッジ　データリンク層を結合　媒体アクセス法などデータリンク層内プロトコル変換あり。
ルータ　ネットワーク層を結合　経路選択、ルーチング制御を行う。
ゲートウェイ　ネットワークアーキテクチャの全く異なるNW同士を結合する。プロトコル相互変換あり。
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インターネット
OSIの標準化作業を待ちきれずにインタネットが発展したため
TCP/IPモデルが作られ､急速に普及した。
NW間を相互接続してで
きた地球規模の情報NW
NW A
(7) アプリケーション層ap
プレゼンテーション層
(6)
pr
NW B
G
(5)
アプリ
FTP, SMTP, TELNET
ケーシ
簡略化
DNS, HTTP
ョン層
セッション層ss
G
(4) トランスポート層tp
G
NW C
(3)
ネットワーク層nw
(2)
データリンク層dl
(1)
物理層ph
NW D
G
<OSIモデル>
NW E
G
ルータ(ゲートウェイ)
TCP
UDP
トランス
ポート層
IP(ICMP, ARP, RARP) ネット
ワーク層
X25, ETHERNET
(イーサネット),
FDDI
物理・デ
ータリン
ク層
<TCP/IPモデル>
FTP:File Transfer Protocol ファイル転送用
SMTP:Simple Mail Transfer Protocolメール伝送用　TELNET:コンピュータの遠隔制御用
DNS:Domain Name Service IPアドレスとドメイン名を対応させる。
HTTP:Hyper Text Transfer Protocol: WWWでHTML(HT Mark-up Language)
の転送用、　HT=ハイパーテキスト(ハイパーリンク=ジャンプ機能等
をもつWWW用の情報表示法)
TCP/IP:Transmission Control Protocol/Internet Protocol 次ページ参照
UDP:User Datagram Protocol コネクションレスプロトコル
X25:パケット交換用、FDDI:光ファイバー網用
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TCP/IP
IPパケット(可変長)
Transmission Control Protocol/
Internet Protocol
0
(1) ネットワーク層
IPアドレス
IPパケット
IP
4
8
12
16
20
版番号|ヘッダ長|サービス品質|
パケット識別子
|フラグ|
24
28
31
パケット全体の長さ
パケット内細分化位置
パケット寿命|上位層プロトコル|
ヘッダ部誤り検出
発信元アドレス
IPアドレス
32ビットでホストアドレスを表示する。
宛先アドレス
各種の選択パラメタ　0
7
クラスA 0|ネットワーク番号|
ホスト番号
クラスB 1|0|ネットワーク番号 |
ホスト番号
31
0
ホスト番号
|
0
クラスD 1|1|1|0|ネットワーク番号
データ
31
0
クラスC 1|1|0|ネットワーク番号
|　padding
31
31
|
ホスト番号
IPアドレスは､上記を1バイトずつにドットで区切って
10進法で表す｡
00010101 10001100 11001000 00010000(15 8C C8 10h)
Æ00010101.10001100.11001000.00010000
Æ21.140.200.16
21.140.200.16と表す｡
版番号　IPのバージョン
フラグ　細分化の可否を示す記号(フラグ=旗)
パケット寿命　ルータ通過の都度一定値だけ
減少し、０になれば廃棄される．
上位層プロトコル　送受信元の上位のプロト
コルの識別番号
Padding 32ビット未満の部分に０を詰める。
パケットはNWで規定する最大長さMTUを超
えるとMTUに分割される。
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IP:インタネットプロトコル
経路選択表
IPはNW層のコネクションレス型プロトコル。
IPの主要機能はルーチングである。
IPアドレスを頼りに次の宛先を選び、
IPパケットを送出する。
コネクションレス型なので信頼性は低く到着
順も変る可能性があるがトランスポート層の
TCPでコネクション型とし信頼性､順の制御
を確保する。．
宛先
NW A
NW B
デフォールト
宛先　C2
A1
宛先を選ぶのには経路選択表、ARP,RARPが
利用される。
出口
ローカル
ルータ１
ルータ１
A2
IPアドレス
ローカル
ローカル
ローカル
ローカル
ルータ１
ルータ1
MACアドレス
A1
A2
A3
A4
A5
C1
ルータ2
A5
C5
C2
C3
NW D
A3
経路選択表
宛先ごとの出口を示す表。．
ARP:Address Resolution Protocol
IPアドレスからLAN内(MAC)アドレスを
求める変換表(MAC:Media Access Control
コンピュータに固有の6バイトアドレス)
RARP: Reverse Address Resolution Protocol
LAN内(MAC)アドレスからIPアドレスを
求める変換表
ルーチングプロトコル：上記の表の作成や
更新のためのプロトコルで、
RIP, OSPF, BGP, ICMPなどである。
ARP(NW A内アドレス):
C4
A4
NW B
NW E
NW C
NW A
IPのルーチング
A1からC2に送る場合、経路選択表にNW Cはない
のでデフォールトのルータ1を選択。
ルータ1はNW AのMACではA5なのでA5向けに発
送する。
以下同様にしてA5で経路選択して
NW DÆルータ2ÆNW CÆC2と転送する．
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TCP:Transmission Control Protocol
(2)トランスポート層
トランスポート層には
コネクション型の
TCP(Transmission Control Protocol)と
コネクションレス型の
UDP(User Datagram Protocol)
とがある。
ここでは、TCPを説明する。
TCPは､フロー制御、誤り制御､順序制御を
行う。
TCPのデータの単位PDU(Protocol Data Unit)
はセグメントと呼ばれ可変長である。上位
層のデータはセグメントに入れ、さらに、
IPパケットに入れて転送する。(右図)
TCPのデータ転送ステップ
(1)コネクションの確立
ポート番号(FTP=21, SMTP=25など)を指定
し､コネクション確立要求を送る.
(2)データ転送(全二重通信)
着信側　応答用Msgを送り返す。
発信側　応答確認Msgを送り返す.。
(3)コネクションの解放
コネクション開放要求(発着いずれからも
可)Msgとその応答で解放。
TCP/IP
モデル
アプリケー
ション層
PDUの構造
AP層
ヘッダ
AP層データ
PDU
アプリケー
ションPDU
分割
トランスポ
ート層
ネットワ
ーク層
TCP
ヘッダ
IP
ヘッダ
TCP
データ
IPデータ
TCPセグメ
ント
IPパケット
(実際に転送する形はIP、
分割されることもある)
PDUの構造とTCP/IPモデル
データ転送
(1)フロー制御　ウインドウ方式
(2)誤り制御　単純肯定(ACK)+タイムアウト方式
(3)順序制御　セグメントに番号を付加。
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(3)アプリケーション層
a.電子メール
b.ファイル転送
c.WWW
全世界
第1レベル
a.電子メール
SMTP(Simple Mail Transfer Pr.
コネクション型、トランス
ポート層にはTCPを使用
A@B
B:ドメイン名(Domain Name)
右図参照
A:ユーザ名
net edu com gov org
int
米国内
国際
機関
第２レベルの名称
ac
教育および学術機関
co
企業
go
日本の政府機関
or
団体
ne
ネットワークサービス
ad
ネットワーク運用組織
ac
jp
米国以外
第2レベル
ac
co
go
qtes
b.ファイル転送
FTP(File Transfer Protocol)
コネクション型、トランス
ポート層にはTCPを使用
情報はファイル単位セ転送。
c.WWW(World Wide Web)
ハイパーテキストを使用。
ÆHTML(Hyper Text Mark-up
Language)で記述された情報。
HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)
＝情報やりとりのプロトコル。
zw
or
ne
ad
第3レベル
第4レベル
ドメイン名の階層構造
ドメイン名とIPアドレスはDNS(Domain Name Service)
で管理
その他
d.TELNET:遠隔コンピュータログイン
e.Netnews:電子掲示板
f.Gopher:情報検索
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WWW=World Wide Web
サーバとサーバとつなぐハイパーテキストの
リンク(ハイパーリンク)を提供することによ
って、文書と文書を結合(ジャンプ)するイン
ターネット・サービス。ブラウザを利用する
が、 TCPがその都度HTTPコネクションを作る。
通常の文書
p.1
p.2
p.3
p.4
p.5
URL=http://www
.qtes.co.jp../zzz.html
ホストサーバA
ハイパーテキストホストサーバA
Æハイパーリンク
qtes.co.jp/…/zzz.html
zzz.html
p.10
xxx.html
p.1
yyy.html
p.6
AN
L
マイコンピュータ内
他のホスト
http://www.
xyz.org/../aaa.html
p.8
LA
zzz.html
aaa.html
HTML
データ
HTML
データ
N
マイコンピュータ
サーバAのクライ
アント　ブラウザ
URL=http://www
.xyz.org/…/aaa.html
ホストサーバS
LA
N
HTTP/TCP/IP
TCP コネクション
コンピュータD
サーバAのクラ
イアント
LA
N
コンピュータF
サーバSのクラ
イアント
マイコンピュータ
ハイパーテキスト=HTMLで書かれた文書
URL=Uniform Resource Locator
個別に作られたひとまとまりの情報は
識別子としてURLを付けて保存される。
たとえば､ホームページにある文書は
http://www.qtes.co.jp/…/xxx.html
のように表す。
http: プロトコル名hypertext transfer protocol
www.qtes.co.jp:マシン名
…/xxx.html: 文書名
次世代インターネット
現世代の課題　1.音声､画像､映像など
メディアに応じた伝送
サービスの提供可能化
2.家電制御まで拡大す
るとIPアドレスが不足
3.高年齢層などが手軽
に使える環境の提供
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解決策　1.VPN(Virtual Private NW)
の開発による仮想的な専
用線を提供。
2.IPv6の開発
新しいIPであるIPv6が開発
中で規格作成中である。
3.知的ネットワークの開発
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