Transcript 第６章
第６章 ネットワーク基礎 ネットワークというものは，「何かと何かが，何かによって網 状につながっていて，何かを運ぶ」ことである． コンピュータネットワークは，複数のコンピュータをネットワー キングメディア（ケーブル）で網状に接続して情報（データ）を運 ぶものと考えられる． 1 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●コンピュータネットワークの構成 コンピュータネットワークは通信ネットワークであり，単にネッ トワークともいう． 通信ネットワークは広域通信網（WAN）と局部通信網（LAN） から構成される． WAN（Wide Area Network）は広い範囲（全日本・全世界）に 及ぶネットワークのことで，インターネットもWANの一種である． 地理的に離れた地点にあるLANとLAN，または，コンピュータ 同士を接続し，データをやり取りする． LAN（Local Area Network）は，ケーブル，光ファイバー，無線 などを使って，同じ建物，同じ学校，同じ会社の中にあるコン ピュータやプリンタなどを接続し，データをやり取りする局部通 信網である． 2 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●WANの種類 現在，WANの構成は大きく分けて，次の4種類がある． ■一般電話回線：伝送速度は遅くて，56Kbpsを超えない． ■ISDN：総合デジタル通信網．速度は128Kbpsである． ■ADSL：非対称デジタル加入者線といい，電話回線を使用し て，上り（送信）と下り（受信）の速度が非対称な，高速デジタル通 信を行う方式である．通信速度は数十Mbpsである． ■フレッツ：NTTの光ファイバーを用いた一般家庭向けデータ通 信サービスである．「FTTH」（Fiber To The Home）計画を実現する サービスである．通信速度は最高で100Mbpsである． bps（bit/per-second）は1秒間に伝送できるビット数（情報量）． 3 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●伝送速度の比較イメージ 4MBの音楽をダウンロードする場合 電話回線（１８分） ISDN （４分） ADSL （３秒） （0.3秒） フレッツ 転送速度 転送速度の比較のイメージ コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 4 6.1 通信ネットワークの構成要素 通信ネットワークの基本的な機能は，端末装置（電話機や，コ ンピュータ，通信機械）同士が伝送路や交換機を介して通信を 行うことである．電気信号として伝送するために，回線終端装置 （モデムなど）が必要である．任意の2台端末間の接続状況は次 のようになる． 端末装置 回線端末 装置 交換機 伝送路 交換機 回線端末 装置 端末装置 5 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●端末装置について 端末装置は，通信ネットワークに接続されたコンピュータや 通信端末，電話，FAX，ATMなどのものである． 6 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●回線終端装置について 回線終端 装置は，パ ソコンなど の機器から 送られてき た信号を通 信回線に 適した信号 に変換した りする装置 である． 伝送路 7 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●交換機について 交換機とは，通信ネットワークにおいて，伝送路間の接続 を切換えることによりデータ伝送の経路を決める装置である． 交換機の主な機能は次のようになる． ルーティング（routing）機能：通信相手のコンピュータまで データを送信するとき，最適な経路を選択して送信する． スイッチング（switching）機能：端末装置から送られてきた データの中から宛先を検出して，宛先の端末にしかデータを 送信しないように，送信側の端末と受信側の端末を接続する 機能である． ネットワークの制御と管理機能：伝送路の故障，混み具合 により迂回ルートに自動的に切換える．また，伝送路の混み あいを疎通する機能がある． 8 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●伝送路について ■ナローバンド：一般電話回線やN-ISDN回線を利用し，通 信速度が数十Kbps程度の伝送路のことである． ■ブロードバンド：ADSLやCATVインターネット，光ファイ バーなど，近年登場した高速な伝送路である．通信速度が数 十Mbpsから数百Mbps． 9 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 伝送路は，情報の伝送のために使用される媒体（メディア）で ある．ネットワーキングメディアといい，単に「ケーブル」と呼ぶ． ツイストペアケーブル 伝 送 路 の 分 類 有線 同軸ケーブル 光ファイバー 伝送路 電波 無線 マイクロ波 光ファイバケーブル 接続工事 10 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●伝送路の評価 引用：http://www5e.biglobe.ne.jp/~aji/3min/03.html ■帯域幅：データ通 信は伝送に使う電波 や電気信号の周波数 の範囲が広ければ広 いほど伝送速度が向 上することから，「通 信速度」とほぼ同義と して伝送路の評価に 用いられる． （道路の 幅が広いほど交通流 量が大きいと考える） データの伝送速度の単位はbps（bit per second: ビット数/１秒） 11 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 6.2 プロトコルとOSI参照モデル ネットワークにおいて，コンピュータ間の通信が円滑にいく ようにするために，接続方法やデータの受け渡し方法などを あらかじめ決めた規約をプロトコル（protocol），または通信 規約という． 今，主に利用されているプロトコルは，「OSI参照モデル」 （Open Systems Interconnection reference model）という．OSI 参照モデルは，ネットワークシステムがどのような構成要素 によって成り立つのか，各構成要素の間のインターフェイス をどのようにするのかなどを表している． 12 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●通信の階層化 OSI参照モデルは，下図のよ うに通信機能を7階層（layer， レイヤ）に階層化される． 手紙で相手に意思を伝える とき，次のような階層で行う． 内容→表現→媒体→伝送 階 層 構 造 13 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●OSI参照モデルの各層の機能 第１層（physical layer，物理層）は，ネットワークの物理的な 接続・伝送方式を定めたものである．コンピュータを結ぶケー ブルの材質やコネクタ形状，およびデータと電気信号の方式 （電圧などの規定）などがこの層で定められる． 第２層（data link layer，データリンク層）は，ネットワーク上で 直結されている機器同士での通信方式を定めたものである． 第３層（network layer，ネットワーク層）は，接続されている ネットワーク同士の通信を行うための方式を定めたものであ る．相手までデータを届けるための通信経路の選択や，通信 経路内のアドレスの管理を行う． 14 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●OSI参照モデルの各層の機能 第４層（transport layer，トラスポート層）は，データ転送の信 頼性を確保するための方式を定めたものである． 第５層（session layer，セッション層）は，通信の開始時や終了 時などに送受信するデータの形式などを規定したものである． 第６層（presentation layer，プレゼンテーション層）は，圧縮方 式や文字コードなど，データの表現形式を規定したものである． 第７層（application layer，アプリケーション層）は，ネットワー クアプリケーションのうちユーザが直接操作するインターフェイ スである． 15 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 OSI参照モデルの概要 送信側 受信側 16 ●OSI参照モデルによるパケット通信 通信ネットワークにおいて，データの正確さと信頼性を 保つために，大きいデータを送受信する際に，トランス ポート層で少量のデータに分割し，分割された少量のデー タとデータの種類・伝送順序などの制御情報を付加したも のをセグメントという．さらに下のネットワーク層に流れてく ると，各々に発信元，送信先のアドレスなどの制御情報を 付加したものをパケットという．パケットは情報の伝送基本 単位である． 送信元でデータをパケットに分割し，着信元でパケットか らデータを再構成する通信方方式をパケット通信と呼ぶ． 17 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 パケット通信のメリットは ■データを多数のパケットに分割して送受信することにより， ある2地点間の通信に途中の回線が占有されることがなく， 通信回線を効率よく利用することができる． ■一度に大きなデータを送ると，途中でエラーが起きた場合 の再送信が困難であるが，細かく分割すれば，エラーのあっ たパケットだけ再送信すれば済むので，通信の迅速性と正確 性を向上できる． 18 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●データの伝送 OSI参照モデルに従って， データを送る場合，上の 層から順番にデータに 制御データが付けられ， 物理層まで着くと，電気 信号化され相手に送ら れる．これをデータのカ プセル化という．受信側 は逆に下の層から電気 信号を受けて，順番に 上へ制御データは利用 後に捨て，最後にデータ を受け取る． コンピュータとネットワーク概論 データはワイングラスのようにカプセル化される データ ７層から５層まで制 御データをつけない データ データ 送 信 側 データ １００１１1０１ 伝送 19 第６章 ネットワーク基礎 6.3 ネットワーキングデバイス ネットワークの構築に，ネットワーキングデバイス（ネット ワーク機器）という装置が必要であり，交通網における信 号機の役割である．リピータ，ハブ，スイッチ，ブリッジなど． 20 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●リピータ(Repeater) ネットワークにおいて，ケーブル上を流れる電気信号は， 抵抗による信号が減衰して弱くなったり，ノイズによる信 号の波形が歪んだりすることがある．このような減衰して 変形した信号を整形・増幅し，元の信号と同じ強さ，同じ 形に直すのはリピータの機能である． 21 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ハブ（Hub） ハブとは，簡単に言うと集結器， または分配器のことである．複数 の端末装置は，ケーブルでハブに 接続され，ハブを介して相互に通 信することができる． 信号を増幅・修正するリピータの 機能を含んだハブをマルチポート リピータという．さらに，MACアドレ スを解釈し必要な装置のみに信号 を送るスイッチの機能を含んだハ ブをスイッチング・ハブと呼ぶ． 22 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ブリッジ（Bridge） ブリッジとは，LANとLANを接続するネットワークデバイスで ある ． 文字通り， ２つの LANの 架け橋となる ものである ． LANとLANを接続するには，ハブでもできる．しかし，ブリッジ はハブのように送られた信号をそのままで流すのではなく，あ るLANから別のLANにデータを流す必要がない場合に，そ れを阻止し，賢いデバイスである． ブリッジはLANをつなぐ「橋」ではなく，「関所」といった方が正 しい．通過させるかどうかを判断するフィルタリング機能をもつ． 23 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●スイッチ（Switch） スイッチは切換えの意味で情報の伝送ルートを選ぶなどに使 われ，スイッチングという．スイッチング機能は次のようになる． スイッチングハブはネットワーク間の接続を行うとき，送っ てきたデータに付いている宛先（MACアドレス）を解析し，該 当する端末のポートのみにデータを送信する． 24 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 スイッチングハブの特徴 スイッチングハブは，LANとLANの接続にも用いられ，宛先 の端末にしかデータを送信しないため，ネットワーク全体の負 荷が軽減し，セキュリティが向上する．同じスイッチングハブに 接続している端末の中で，もし複数の端末が同時に同じ端末 に送信してしまうと，スイッチングハブの内部において，データ の衝突が起こる．このようなことを防ぐために，スイッチングハ ブはストア・アンド・フォワード（store and forward）送受信方式を 採用している． スイッチングハブにバッファメモリがクッション領域として設け られ，データを送信する前に，データを一時的にバッファメモリ に保存（store）する．伝送路が確実に空であるときに，送信 （forward）する．衝突が起こらないが，遅延が発生する． 25 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 スイッチングハブの特徴 ストア・アンド・フォワード送受信方式により，通信速度の異な るポート間の通信を実現させることも可能となる． 例えば，10Mbpsポートと100Mbpsのポートが混在しているとき， 100Mbpsポートからデータが送られてきたら，10Mbpsポートへ の送信は10Mbpsしか転送できない．転送しきれない90Mbpsの 余分を一時的にバッファメモリに溜めておくことができる． 26 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ルータ（router） ルータとはLANとLAN，LANとWANなどの異なるネット ワーク同士を接続する装置である．ネットワークとネットワー クを接続するだけではなく，伝送データの宛先の経路を決定 する．この機能をルーティング（routing）またはフォワーディン グ（forwarding）と呼ぶ． 27 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ルータについて ルータは，データ（パケット）のIPアドレスを読み取って，どの 経路を通して伝送すべきかを判断することによって，データを確 実に宛先のネットワークまで伝送できる．ルータの主な動作： ●ホストからパケットを受け取る． ●パケットの宛先IPアドレスから宛先のネットワークを決定． ●宛先ネットワークまでのルートを決定． ●決めたルートに辿って，宛先のポートにパケットを送信． ルータが送信ルートを決定することができるから，ネットワーク において相互にデータの伝送が可能になる． 28 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ルータについて ルーターがIPパケットを受け取ると、その中のIPアドレスを読 み取って、経路表というルーティング・テーブルと呼ばれるリスト と照合する。経路表にはあて先IPアドレスに対応したあて先 ルーターのアドレス、経路の情報が書かれている。ルーターは あて先IPアドレスを読み取ってあて先の経路をすばやく判断し 転送する。 29 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ルータについて 30 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ルータの種類 31 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 ●ルータについて 特に，ブロードバンドルータと呼ばれるものは， 基本的にはローカルルーターでありレイヤ3ス イッチであるが，WAN回線用のモデム等を内蔵 している．一般に小型・簡略したものが数千円 程度から市販されており、一般家庭や小規模事 務所などのユーザ向けのADSLやFTTHなどの、 いわゆるブロードバンドインターネット接続用に 使われる。 32 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 第６章のまとめ １．ネットワークとはコンピュータネットワークのこと ● WANとLAN ● WANの構成 ２．通信ネットワーク構成要素 ●端末装置，回線端末装置，交換機，伝送路 ●プロトコル，OSI参照モデル及び各層の機能 ●カプセル化，データ，セグメント，パケット，フレーム 33 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎 第６章のまとめ 完 ３．ネットワーキングデバイス ●リピータ：信号の増幅と整形機能． ●ハブ：集結器，分配器の機能． ●ブリッジ：同じLAN内の通信は外へ出さないというフィ ルタリング機能． ●スイッチ：スイッチングハブ機能とルータ機能． ●ルータ：LANとLAN，またはLANとWANを接続して，目 的地までの経路の選択機能 34 コンピュータとネットワーク概論 第６章 ネットワーク基礎