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電子社会設計論 第５回 Electronic social design theory 中 貴俊 内容 インターネット（ネットワーク）の基礎知識 ネットワークの基礎知識 通信の仕組み（簡潔に） OSI参照モデル TCP/IP IPアドレス ポート番号 DNS IPアドレスの割り当ての仕組み プライベートIPアドレス（内部ネットワーク） IPv4の枯渇問題 NAT/NAPT IPv6 ネットワークテクノロジの開発 1970年代中期 様々なメーカー 様々なネットワークテクノロジの開発 ネットワーク機器の発売 独自開発 異なるメーカーのネットワーク機器の相互接続が困難 ネットワークの構成に必要な事柄の標準化 OSI参照モデル 国際標準化機構(ISO：International Organization for Standardization) 異機種間のデータ通信を実現するためのネットワーク構造 設計方針「OSI(Open Systems Interconnection)」 コンピュータの持つべき通信機能を階層構造に分割したモデル PC 通信 B PC A 通信機能によって分けられた層を下降して通信され受 け取った側は必要な層までデータを上昇させる OSI参照モデル 第1層(物理層) 第2層(データリンク層) 通信プログラム同士がデータの送受信を行なうための仮想的な経路(コネクション)の 確立や解放を行なう 第6層(プレゼンテーション層) 相手まで確実に効率よくデータを届けるためのデータ圧縮や誤り訂正、再送制御など を行なう 第5層(セッション層) 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(住所)の管 理を行なう 第4層(トランスポート層) 通信相手との物理的な通信路を確保し、通信路を流れるデータのエラー検出などを行 なう 第3層(ネットワーク層) データを通信回線に送出するための電気的な変換や機械的な作業を受け持つ ピンの形状やケーブルの特性なども第1層で定められる 第5層から受け取ったデータをユーザが分かりやすい形式に変換したり、第7層から送 られてくるデータを通信に適した形式に変換したりする 第7層(アプリケーション層) データ通信を利用した様々なサービスを人間や他のプログラムに提供する 地下鉄をモデル化したものと比較 自分自身がデータだとすると 八事 名古屋 地下鉄八事駅 改札外 地下鉄名古屋 駅改札外 地下鉄八事駅 改札内 鶴舞線ホーム 鶴舞線（列車） 地下鉄伏見駅改札内 鶴舞線 ホーム 鶴舞線 東山線 ホーム 東山線 地下鉄名古屋 駅改札内 東山線ホーム 東山線（列車） TCP/IP インターネットなどで使われる基本的な通信プロトコル OSI参照モデル・第3層（ネットワーク層）に相当するIP (Internet Protocol) と第4層（トランスポート層）に相当するTCP (Transmission Control Protocol)、UDP（User Datagram Protocol）等のTCP/IPファミ リプロトコルをまとめて総称する。 TCP/IPの上層で使用されるプロトコルの例 電子メール (SMTP/POP3/IMAP4) ドメイン・ネーム・システム (DNS) ハイパーテキスト転送プロトコル (HTTP) ファイル転送プロトコル (FTP) ネットニュース (NNTP) インターネット・リレー・チャット (IRC) Gopher (Gopher) ネットワーク・タイム・プロトコル (NTP) ポート番号 ポート番号 データの送受信に使用する出入り口のようなもの TCPのポートは16bit符号なし整数の範囲（0~65535） 不正な接続を防ぐため使用してないポートは閉じる必要 がある サーバではクライアントのために提供するサービスに応じ てポートを空ける必要がある サービスによってポート番号は決められている（HTTPプロ トコルでは80番） IPアドレス TCP/IPでは各計算機をIPアドレスで識別している IPネットワーク上において存在を示す住所 IPアドレスとは４バイトの大きさ（IPv4） 150.42.42.136 （のように４つ（ 1バイト）に区切って表す） 現在移行中のIPv6では16バイト（後で紹介） DNS（Domain Name System） 1983年に情報科学研究所 (ISI) のポール・モカペト リスとジョン・ポステルにより開発 現在では主にインターネット上のホスト名や、電子 メールに使われるドメイン名とIPアドレスとの対応づ けを管理する為に使用されている 例：ホスト名 (例えば“www.om.sccs.chukyou.ac.jp”) の入力があるとDNSサーバ と呼ばれるコ ンピュータを参照し、そのホストのもつ IP アドレス (例えば“150.42.42.136”) に接続するシステム DNS 検索手順 root jp com ac chukyo-u co …… net ne ……… org IPアドレスの割り当て IPアドレスは有限 勝手に使用するとIPアドレスが重複する恐れ IPアドレスを管理して割り当てる IANAを頂点とする階層構造 IANA→RIR → NIR → LIR → ISP IPアドレスの割り当て IANA APNIC JPNIC AfriNIC KRNIC ARIN LACNIC RIPENCC AUNIC JPNIC 日本国内でグローバルIPアドレスの割り当てを行なったり、インター ネットに関する調査・研究や啓蒙・教育活動を行ない、日本のインター ネットの円滑な運営を支える組織 グローバルIPアドレス プライベートIPアドレスや予約済みIPアドレス以外を 指す ICANNを頂点とした階層的な委譲関係によって世界 的な管理が行われている 日本では日本ネットワークインフォメーションセン ター（通称JPNIC ）と呼ばれる組織で管理されている 通常インターネットに接続するとプロバイダーの所有 するグローバルIPアドレスが割り当てられる プライベートIPアドレス 予約済みIPアドレス 自宅、オフィスなどのLANやファイやウォールの内側で利用 外部からは使用（接続）できない内線番号のようなもの 10.0.0.0～10.255.255.255 （10.0.0.0/8） 172.16.0.0～172.31.255.255 （172.16.0.0/12） 192.168.0.0～192.168.255.255 （192.168.0.0/16） 以下のIPアドレスは予約済みの為機器に割り振ることは不可能 ネットワーク部の2進数表現が全て0 (ex. 192.168.170.0/24) ネットワーク自体を指すアドレスとして用いられる。 ネットワーク部の2進数表現が全て1 (ex. 192.168.170.255/24) ネットワークに対するブロードキャストアドレスとして用いられる。 127.0.0.0/8 (よく使われるのは 127.0.0.1) ローカルループバックアドレスとして用いられる。 IPアドレスについて ネットワーク部とホスト部 例：172.16.0.0/12 ネットワーク部が12ビット、残りがホスト部 10101100 00010000 00000000 00000000 ネットワークアドレス：172.16.0.0 ブロードキャストアドレス：172.31.255.255 10101100 00010000 00000000 00000000 10101100 00011111 11111111 11111111 割り当て可能IPは 172.16.0.1 ~ 172.31.255.254 IPアドレスの枯渇（IPｖ４） IPアドレス（IPv4）が枯渇 インターネットユーザーの数が増加 IPv4：約４３億パターン（10桁に過ぎない） 追加申請時非常に厳しい審査 常時接続ユーザーの増加 様々な機器とインターネットとの接続要望 カーナビ ゲーム 温度計 NAT/NAPT 「IPv4アドレス枯渇に向けた提言」 JPNIC IPv4アドレスの割り振り・割り当てはそう遠くない将来において終了す ることは明らかである。 これによって直ちにIPv4を基盤としたインター ネットが終了する訳ではない。 しかし、新しいIPv4アドレスが割り当て られないことから、 IPv4を基盤としたインターネットの成長は停止ある いは縮退していくことになる。 インターネットを利用するすべての者は、 この事実を受け止め、 必要な対策を順次講じるべきである。IPv4アド レスの枯渇に向けて、インターネットに関わる者は、 特にIPv6イン ターネットへの対応を検討・実施することが急務であると考えられる。 今後、ユーザに向けて何らかの新しいサービスを提供する場合は、 IPv4を基盤としたインターネット上のみで提供されるのではなく、 IPv6 を基盤としたインターネット上でも提供するべきである。 （２００６年3月２４日） NAT/NAPT NAT（The IP Network Address Translation） プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに変換 ゲートウェイを通過する際にIPアドレスのみを1対1で変換 し、バックエンドのIPアドレスを隠す技術。IPヘッダに書か れている送信元と送信先のIPアドレスだけを識別し変換 を行うため、プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレ スの対応は常に1対1でなければならない。このため1つ のグローバルIPアドレスのを使用して外部にアクセスでき るノードは、ある時点で1つだけに制限されてしまう。プラ イベート空間上のコンピュータ（特にサーバ）を外部のグ ローバル空間に公開するケースで使われることが多い。 NAT/NAPT NAPT（The IP Network Address Port Translation） IPアドレスに加え、ポート番号も変換 NATにはポート番号に衝突がおこると通信ができない問 題があったが、NAPTではGatewayを通過する際にIPアド レスに加えて、ポート番号もユニークで衝突のない番号に 変換することでこの問題を解決する。これにより、グロー バルIPアドレスが1個でも、ポート番号を変えることで複数 のプライベートIPアドレスを持つコンピュータを外部に接続 することができる。通常IPマスカレードという場合は、この NAPTを指すことが多い 例 150.42.42.136 210.80.90.9 192.168.1.2 192.168.1.3 NAT/NAPTのメリットとデメリット グローバルIPアドレスの節約 外部から内部のネットワークを隠蔽 エンド・ツー・エンド・モデルを失う 純粋なP2P通信が困難 動作しないアプリケーション・プロトコルがある データの中にアドレス情報が記述されているケースなど 現在は追加の処理を加えることで対応 各種サーバ Webサーバ メールサーバ DNSサーバ IPv6 広大なアドレス空間 プラグアンドプレイ 単純なヘッダ構成 フラグメントの防止 アドレス空間の階層化 ホストのアドレス自動設定 経路情報の集約 セキュリティ、モバイル機能などが標準装備 現在は移行期 IPv4 4,294,967,296個 IPv6 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456個 表記方法 ネットワーク部、ホスト部ともに64ビット（固定） 16進数を使用し16ビットごとに「：」を記述 例） 1234:5678:9abc:def0:123:4567:89ab:cdef 予想される新ネットワーク構造 NATの機能を搭載することなく容易にP2P通信が可 能となる 分かりやすく階層化される あらゆるものにIPが搭載 ユニバーサルデザイン セキュリティーの強化 どのような電子社会が生み出されるのか？ 講義内課題 IPv6のもたらす新しいネットワーク空間でどのような サービスが実現されるだろうか？ 課題 以下の問いについてレポート提出． インターネットとマルチメディアが融合するきっかけとなっ たＷＷＷ，特にＷｅｂブラウザについて最低5種類挙げてく ださい． そのうち１つのブラウザについて調べ，製造会社やバー ジョンの推移，機能の変遷を調べまとめてください． サーバーとクライアント サーバー サービスを提供している側 Webサーバ メールサーバ DNSサーバ FTPサーバ DHCPサーバ プロキシサーバ クライアント サービスを受ける側 など TCPとUDPとICMP TCP UDP セッションという形で1対1の通信を実現し、エラー訂正機能などを持 つ 送達確認などを行わない無手順方式でのデータ転送に用いる。通信 中のパケット紛失や、データ誤り等の検出やその為の対応手段はア プリケーションで行う必要がある（TCPに比べ高速） ICMP 用意された数種類のメッセージを通信する（決まっためーっセージを やり取りするだけのためサービスによってポートで割り振る必要がな い、pingに用いられる） コンセントから・・・ PLC(Power Line Communication) 電力線データ通信，高速電力線通信，電灯線搬送通信な ど多数の呼称がある 電波法 短波を使う放送事業者や業務用無線、アマチュア無線などに電 波障害を引き起こす可能性 漏えい電波の許容値が無線通信技術にとって極めて重要な問題