Transcript パケット交換

Chapter 1
Computer Networks
and the Internet
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Computer Networking:
A Top Down Approach
Featuring the Internet,
2nd edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, July
2002.
Thanks and enjoy! JFK/KWR
All material copyright 1996-2002
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved
Introduction
1-1
Chapter 1: 導入
目標:
概要:
 ネットワークの概要把握
 インターネットとは
 詳細は後で
 プロトコルとは
 アプローチ
 ネットワークエッジ
説明，解説
 例：インターネット

 ネットワークコア
 アクセス網， 物理媒体
 インターネット／ＩＳＰの構造
 性能評価：ロス，遅延
 プロトコル階層，サービス
 歴史
Introduction
1-2
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-3
インターネットとは：概観
 接続された多数の計算デバイス
：ホスト，エンドシステム
PC，ワークステーション, サーバ
 PDA，電話，トースタ
ネットワークアプリケーションが動作


server
workstation
mobile
地域 ISP
通信リンク



router
広域 ISP
光ファイバ，カッパー，無線，衛星
伝送速度＝帯域
ルータ：パケット（データの塊）転
送
企業内ネット
Introduction
1-4
クールなインターネットアプリケーション
IP picture frame
http://www.ceiva.com/
Web-enabled toaster+weather forecaster
World’s smallest web server
http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Introduction
1-5
インターネットとは：概観

プロトコル： メッセージの送受
信を制御


例，TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
インターネット：“ネットワークの
ネットワーク”


router
server
workstation
mobile
地域 ISP
おおざっぱな階層構造
インターネットとイントラネット
広域 ISP
 インターネットの標準化
 RFC: Request for comments
 IETF: Internet Engineering
Task Force
企業内ネット
Introduction
1-6
インターネットとは: サービスの視点から
 通信インフラは分散アプリの
実行を可能にする：

Web, email, games, ecommerce, database.,
voting, file (MP3) sharing
 アプリに提供される通信サー
ビス:

コネクションレス型
• Connectionless

コネクション指向型
• Connection-oriented
Introduction
1-7
プロトコルとは
ヒューマンプロトコル：
 “今何時？”
 “質問があります”
… ある特定のメッセージを
なげかける
… メッセージを受け取ると
ある特定のアクションが
とられる
ネットワークプロトコル：
 人というよりマシン
 インターネットにおけるす
べての通信はプロトコル
によって規定されている
プロトコルは，ネットワークエン
ティティ間で送受信されるメッセ
ージのフォーマットや順序，メッ
セージ送受信時にとられるアク
ションを定義する
Introduction
1-8
プロトコルとは
ヒューマンプロトコルとネットワークプロトコル：
Hi
TCP connection
req
Hi
TCP connection
response
Got the
time?
Get http://www.awl.com/kurose-ross
2:00
<file>
time
Q: 他のヒューマンプロトコルは？
Introduction
1-9
ネットワーク構造：もう少し詳しく
 ネットワークエッジ: ア
プリケーション，ホスト
 ネットワークコア:

ルータ
 ネットワークのネットワ
ーク
 アクセス網，物理媒体
: 通信リンク
Introduction
1-10
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-11
ネットワークエッジ：
 エンドシステム (ホスト):



アプリケーションプログラム実行
e.g. Web, email
“ネットワークの端っこで”
 クライアント/サーバモデル


クライアントホストはサーバに表給し
てサービスをうける
例： Web browser/server; email
client/server
 ピア・ツー・ピアモデル（P2P）


サーバの使用最小（またはなし）
例： Gnutella, KaZaA
Introduction
1-12
ネットワークエッジ：コネクション指向型サービス
目標： エンドシステム間の
データ転送

TCP service [RFC 793]

ハンドシェイク： データ転
送 (準備のための) セット
アップ


ヒューマンプロトコルにおけ
る挨拶（やあ，やあ）
通信するホスト内での“状
態”のセットアップ
 TCP - Transmission
Control Protocol

高信頼，順序保存，バイトス
トリームデータ転送


フロー制御:


ロス: 受信応答（
Acknowledgement）と再送
受信ホストの能力に合わせた
送信
輻輳（ふくそう）制御:

ネットワークが混雑（輻輳）す
ると送信速度を下げる
インターネットにおけるコネ
クション指向型サービス
Introduction
1-13
ネットワークエッジ：コネクションレス型サービス
目標: エンドシステム間のデ
ータ転送

前と同じ！
 UDP - User Datagram
Protocol [RFC 768]: イン
ターネットのコネクションレ
ス型サービス
 低信頼性データ転送
 フロー制御なし
 輻輳制御なし
ＴＣＰを使うアプリ：
 HTTP (Web), FTP (file
transfer), Telnet
(remote login), SMTP
(email)
ＵＤＰを使うアプリ
 streaming media,
teleconferencing, DNS,
Internet telephony
Introduction
1-14
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-15
ネットワークコア
 相互接続されたルータ網
 基本的な質問: データはネッ
トワークをどのように転送さ
れるのか
 回線交換: 呼（call）ごと
の専用回線: 電話網
 パケット交換: データはば
らばらの“かたまり”として
ネットワーク内を転送され
る
Introduction
1-16
ネットワークコア：回線交換
“呼”に対してエンド間の
資源が予約される
 リンク帯域，交換能力
 専用資源：非共有
 回線のような (保障され
た) 性能
 呼設定が必要
Introduction
1-17
ネットワークコア：回線交換
網資源（例：帯域）を分割
 帯域分割
 分割した断片を呼に割当
 周波数分割
 割当られた呼が使用しなけ

時分割
れば，その断片はアイドル
のまま（非共有）
Introduction
1-18
回線交換: 周波数分割多重と時分割多重
Example:
周波数分割多重
FDM（Frequency Division Multiplexing）
4 users
frequency
time
時分割多重
TDM（Time-Division Multiplexing）
frequency
time
Introduction
1-19
ネットワークコア：パケット交換
各エンド間データストリームをパ
ケットに分割
資源競合:
 全資源要求が利用可能な
 ユーザＡ，Ｂのパケットはネッ
量を超える場合がある
トワーク資源を共有
 各パケットは全リンク帯域を
使用
 資源は必要なときに使われる
 輻輳：パケットはキューに
帯域分割
帯域割当
資源予約
入りリンク使用を待つ
 蓄積交換: パケットは１ホ
ップづつ移動
 リンク上を伝送

次のリンクの順番を待
つ
Introduction
1-20
パケット交換：統計多重
10 Mbs
Ethernet
A
B
統計多重
C
1.5 Mbs
queue of packets
waiting for output
link
D
E
ＡとＢのパケット発生のパターンは異なる 統計多重
逆に，ＴＤＭでは，ホストはＴＤＭフレーム内の同一スロッ
トを利用する．
Introduction
1-21
パケット交換 対 回線交換
パケット交換はより多くのユーザのネットワーク利用を可能にする！
 1 Mbps（Mega bit per
sec.） のリンク
 ユーザ定義:


アクティブ時：100 kbps
アクティブ状態の時間割合
：10%
N users
 回線交換:
 10 ユーザサポート
 パケット交換:
 35ユーザ：アクティブユー
ザ数が10を超える確率
0.0004 以下
1 Mbps link
Introduction
1-22
パケット交換 対 回線交換
パケット交換は圧倒的な勝者か？
 バーストデータに対しては効果大
資源共有
 簡単，呼設定不要
 輻輳: パケット遅延とロス
 高信頼データ転送や輻輳制御のためのプロトコル
 Q:回線交換のようなサービスをどのように提供するか？
 音声/映像アプリに対して必要な帯域保証
 未解決の問題 (６章)

Introduction
1-23
パケット交換：蓄積転送
L
R
R
 伝送遅延：L/R 秒
L bits のパケットを R
bps のリンクに送出（押し
出す）するのに要する遅延
 パケット全体がルータに到
着してから次リンクに転送
される： 蓄積転送（store
and forward）
 エンド間の遅延＝3L/R
R
例：
 リンク段数 = 3
 L = 7.5 Mbits
 R = 1.5 Mbps
 delay = 15 sec
Introduction
1-24
パケット交換：メッセージ分割
メッセージを5000パケットに分割
 パケット長：1,500 bits
 パケット送信時間：1 msec

パイプライニング： 各リンク
が並列動作！
 遅延時間：15秒から5.002
秒に
Introduction
1-25
パケット交換ネットワーク：転送
 目的： パケットをルータを介して送信ホストから終点ホスト
まで運ぶ

経路選択（ルーティング）アルゴリズム(chapter 4)
 データグラム（DG: datagram）ネットワーク:
 パケット内の終点アドレスにしたがって次ホップを決定
 セッションの間に経路が変わる可能性
 類似： 道を訊きながらのドライブ
 バーチャルサーキット（VC: virtual circuit）ネットワーク:
 各パケットはタグ (virtual circuit ID)を含んでおり，タグによって
次ホップが決定される
 呼設定時に経路が決定され，その呼の間は固定される．
 ルータは呼ごとの状態を保持
Introduction
1-26
ネットワークの分類
情報通信ネットワーク
パケット交換
ネットワーク
回線交換
ネットワーク
ＦＤＭ
ＴＤＭ
ＶＣ
ネットワーク
ＤＧ
ネットワーク
•ＤＧネットワークはコネクション指向型やコネクションレス型のどちらか
に限定されるわけではない．
•インターネットは， コネクション指向型サービス（ＴＣＰ） とコネクション
レス型サービス（ＵＤＰ）をアプリケーションに提供する．
Introduction
1-27
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-28
アクセスネットワークと物理媒体
Q: エンドシステムをエッジルータ
にどのように接続するか？
 ホームアクセスネットワーク
 組織アクセスネットワーク (学校
，企業)
 モバイルアクセスネットワーク
注意事項：
 アクセスネットワークの帯域（
bits per second）
 共有か専用か
Introduction
1-29
ホームアクセス：ポイント・ツー・ポイントアクセス
 ダイアルアップ接続


ルータまで 56Kbps まででの直
接アクセス
同時に電話とネットサーフィンは
できない：“常時接続”ではない
 ADSL（asymmetric digital subscriber line）接続
上り最大 1 Mbps (実際は < 256 kbps) （3 Mbps）
 下り最大 8 Mbps (実際は < 1 Mbps) （50 Mbps）
 FDM: 50 kHz - 1 MHz 下り用

4 kHz - 50 kHz 上り用
0 kHz - 4 kHz 電話用
Introduction
1-30
企業アクセス： LAN（Local Area Network）
 企業/大学 ローカルエリアネッ
トワーク (LAN) エンドシステ
ムをエッジルータに接続
 イーサーネット（Ethernet）:
共有または専用ケーブル
でエンドシステムとルータを
接続
 10 Mbs, 100Mbps,
Gigabit Ethernet
 展開： 組織，ホームＬＡＮが増
加中
 LANs: ５章

Introduction
1-37
無線アクセスネットワーク
 共有無線アクセスネットワークによりエンドシ
ステムをルータに接続

アクセスポイントであるベースステーションを介して
 無線 LANs:
 802.11b (WiFi): 11 Mbps
 広域無線アクセス
 通信会社によって提供
 第３世代 ~ 384 kbps
 ヨーロッパ
• WAP: Wireless Application Protocol
• GPRS: General Packet Radio Service
– 標準で56kbps，最高で115kbps
router
base
station
mobile
hosts
Introduction
1-38
ホームネットワーク
典型的ホームネットワークの構成要素:
 ADSL またはケーブルモデム
 ルータ/ファイアウォール/NAT（Network Address Translation）
 Ethernet
 無線アクセスポイント
to/from
cable
headend
cable
modem
router/
firewall
Ethernet
(switched)
wireless
laptops
wireless
access
point
Introduction
1-39
物理媒体
より対線（TP: Twisted Pair）
 ビットは送受信機間を伝播する  絶縁された2本の銅線
 物理リンクは送受信機間に存
 カテゴリ３:電話線, 10 Mbps
Ethernet
在する
 カテゴリ５ＴＰ: 100Mbps
 導波媒体：

信号は固体媒体（銅線，光ファイ
バ，同軸）中を伝播する
Ethernet
 非導波媒体：
 信号は自由に伝播する．例：無線
Introduction
1-40
物理媒体：同軸，光ファイバ
同軸ケーブル：
光ファイバケーブル：
 芯線と外線を絶縁体で分離
 光パルスを運ぶグラスファイバ
 双方向
，各ビットを光パルスで表現
 高速動作:
 ベースバンド：
 １チャンネルのみ（変調なし）
 古い Ethernet
 ブロードバンド：
 複数チャネル（変調あり）
 HFC

高速ポイント・ツー・ポイント接続
(e.g., 5 Gps)
 低誤り率
 リピータ間距離大
 電磁ノイズへの耐性
Introduction
1-41
物理媒体：無線
 信号は電磁波スペクトラム
として運ばれる
 物理的線はない
 双方向
 電波伝搬環境の影響:



反射
物体による遮蔽
干渉
無線リンクの種類:
 地上マイクロ波
 例： 最大 45 Mbps channels
 LAN (e.g., WaveLAN)
 2Mbps, 11Mbps
 wide-area (e.g., cellular)
 e.g. 3G: hundreds of kbps
 衛星
 最大 50Mbps channel (or
multiple smaller channels)
 270 msec エンド間遅延
 静止衛星 対 低軌道衛星
Introduction
1-42
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-43
インターネットの構造: ネットワークのネットワーク
 おおざっぱな階層構造
 中央: “tier-1” ISPs（国際 ISPs） (e.g., UUNet,
BBN/Genuity, Sprint, AT&T), 国／国際間をカバー
 インターネットのバックボーン
 互いを同等に扱う
Tier-1 providers
Tier-1
providers
interconnect
(peer)
privately
相互接続点
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
also interconnect
at public network
access points
(NAPs)
複数ＩＳＰを接続
Tier 1 ISP
Introduction
1-44
Tier-1 ISP: e.g., Sprint
Sprint US backbone network
Introduction
1-45
インターネットの構造：ネットワークのネットワーク
 “Tier-2” ISPs: より小さな(広域) ISPs
 １つ以上のtier-1 ISPsに接続，他のtier-2 ISPs にも接続可能
Tier-2 ISP pays
tier-1 ISP for
connectivity to
rest of Internet
 tier-2 ISPは
tier-1 ISP の顧客
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISPs
also peer
privately with
each other,
interconnect
at NAP
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Introduction
1-46
インターネットの構造：ネットワークのネットワーク
 “Tier-3” ISPs and 地域 ISPs
 （エンドシステムに最も近い） 最終ホップ（“アクセス”）ネットワーク
local
ISP
Local and tier3 ISPs は，自
分たちを他のイ
ンターネットに接
続してくれるより
上位のtier
ISPsの顧客
Tier 3
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
local
ISP
ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Introduction
1-47
インターネットの構造：ネットワークのネットワーク
 パケットは複数のネットワークを通る！
local
ISP
Tier 3
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
local
ISP
ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Introduction
1-48
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-49
ロスは遅延はどうして生じるのか？
パケットはルータバッファのキューに入る
 リンクへのパケット到着速度が出力リンクの容量を超える
 パケットはキューに入り，順番を待つ
パケットの伝送 (遅延)
A
B
パケットの待ち行列 (遅延)
空き（利用可能な）バッファ：空きバッファがなければ到着パケット
が落ちる（廃棄）
Introduction
1-50
パケット遅延の４つの原因
 1. ノード処理遅延:
 ビットエラーチェック
 出力リンクの決定
 2. 待ち行列遅延

伝送のために出力リンクで待
っている遅延

ルータの輻輳（混雑）の度合
いに依存
伝送
A
伝播
B
ノード
処理遅延
待ち行列
Introduction
1-51
パケット交換網内での遅延
3. 伝送遅延:
 R=リンク帯域 (bps)
 L=パケット長 (bits)
 パケットをリンクに送り込
むための時間 = L/R
4. 伝播遅延:
 d = 物理リンクの長さ
 s = 媒体中の伝播速度
(~2x108 m/sec)
 伝播遅延 = d/s
Note: s と R はまったく異なる値
伝送
A
伝播
B
ノード
処理遅延
待ち行列遅延
Introduction
1-52
キャラバンとの類似
100 km
10台の車列
料金所
 車が 100 km/hr で“伝播”
 料金書では１台あたり 12 秒
（伝送遅延）かかる
 車～ビット; 車列 ~ パケット
 Q: キャラバンが第2料金所
の前に並ぶまでに要する時
間はいくらか？
100 km
料金所
 キャラバン全体が料金所を
通過するのに要する時間=
12*10 = 120 sec
 最後の車が第１料金所から
第２料金所に伝播するのに
要する時間 =
100km/(100km/hr)=1 hr
 A: 62 minutes
Introduction
1-53
キャラバンとの類似（続き）
100 km
ten-car
caravan
100 km
toll
booth
 車が1000 km/hrで伝播
toll
booth
 Yes! 7分後, １台目が第２料金
所に到着時，3台の車がまだ第
するとする
１料金所にいる.
 料金所では１台あたり1分
 パケット全体がルータから送信
かかるとする
される前に，パケットの先頭ビッ
 Q: 第１料金所を全ての車
トが次のルータに到着する！
が通過する前に，第２料金
 Addison Wesley のWeb サイト（
所に何台かの車が到着す
http://www.aw-bc.com/kuroseるか？
ross/）にあるEthernet applet参
照
Introduction
1-54
ノード遅延
dnodal  dproc  dqueue  dtrans dprop
 dproc = 処理遅延
 通常数マイクロ秒以下
 dqueue = 待ち行列遅延
 輻輳状態に依存
 dtrans = 伝送遅延
 = L/R, 低速度リンクでは顕著
 dprop = 伝播遅延
 数マイクロ秒から数百ミリ秒
Introduction
1-55
待ち行列遅延（再考）
 R=リンク帯域 (bps)
 L=パケット長 (bits)
 a=平均パケット到着率
（単位時間あたりの到着個数）
トラヒック強度 = La/R
 La/R ~ 0: 平均待ち行列遅延小
 La/R -> 1: 平均待ち行列遅延増加
 La/R > 1: 処理能力以上のパケットが到着，
平均遅延無限大！
Introduction
1-56
実インターネットでの遅延と経路
 実際のインターネットではロスや遅延はどのような感じか？
 Traceroute プログラム は，送信ホストから，終点ホストへ
のインターネットエンド間パス上のルータまでの遅延を計測
する．全ての i に対し



終点ホストに向う経路上のルータ i に到達するはずの３つのパケット
を送信する
ルータ i は，送信ホストにパケットを返信する
送信ホストは送信と返信の間の時間を計測する
3 probes
3 probes
3 probes
Introduction
1-57
実インターネットでの遅延と経路
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr
Three delay measurements from
gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms
2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms
3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms
4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms
5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms
6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms
7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms trans-oceanic
8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms
link
9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms
10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms
11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms
12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms
13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms
14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms
15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms
16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms
17 * * *
* means no response (probe lost, router not replying)
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
Introduction
1-58
パケットロス
 リンクの前にある待ち行列（バッファ） の容量は有限
 一杯のキューに到着したパケットは落ちる（ロス）
 廃棄されたパケットは，
 前段のノードまたは送信ホストによって再送，または
 まったく再送されない
Introduction
1-59
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-60
プロトコルレイヤ
ネットワークは複雑！
 多くのものから構成
 ホスト
 ルータ
 多様な媒体のリンク
 アプリケーション
 プロトコル

ハードウェア，ソフト
ウェア
質問
ネットワークを構造化すること
は可能だろうか？
あるいはネットワークを見通
しよく議論する方法は？
Introduction
1-61
発券カウンタ (購入)
発券カウンタ (苦情)
手荷物 (預け入れ)
手荷物 (受け取り)
搭乗ゲート (出発)
搭乗ゲート (到着)
滑走路 (離陸)
滑走路 (着陸)
航空ルート
航空ルート
到着空港
出発空港
階層機能の分散実装
途中の飛行管制区域
航空ルート運行
航空ルート運行
航空ルート運行
Introduction
1-65
なぜ階層化するのか
複雑なシステムの取り扱い:
 明確な構造は，複雑なシステムの構成要素の特定と関係
の明確化を可能にする．
 議論のための階層化layered 参照モデル
 モジュール化は，システムのメンテナンスや更新を容易に
する．
 レイヤ実装の変化は，他のレイヤに透過的（影響なし）
 例，ゲート手続きの変更は他に影響しない
 階層化が害になるだろうか？
Introduction
1-66
Internet protocol stack
 アプリケーション層: ネットワークアプリケ
ーションをサポート

FTP, SMTP, STTP
 トランスポート層: エンドホスト（アプリケ
アプリケーション
トランスポート
ーション）間データ転送

TCP, UDP
ネットワーク
 ネットワーク層: 送信ホストから終点ホス
トまでのデータグラム配送

IP, routing protocols
 （データ）リンク層: 隣接ネットワーク要素
リンク
物理
間のデータ転送

PPP, Ethernet
 物理層: 媒体上でのビット転送
Introduction
1-67
階層化：論理的通信
各層：
 分散化
 “エンティティ”は，ノ
ードにおける各層
の機能を実装
 エンティティは，動
作し，ピアとメッセ
ージを交換
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
Introduction
1-68
階層化：論理的通信
例：トランスポート
 アプリからデータ




を受け取る
アドレスと信頼性
検査情報を追加
し，セグメントを構
成
セグメントをピア
に送信
ピアからの受信
応答を待つ
類似性：郵便配達
data
application
transport
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
ack
data
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
data
application
transport
transport
network
link
physical
Introduction
1-69
階層化：物理的通信
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
data
application
transport
network
link
physical
Introduction
1-70
プロトコル階層とデータ
各層は上位層からデータを受け取り
 ヘッダ情報を追加して新しいデータユニットを構成し，
 新しいデータユニットを下位層に渡す
送信ホスト
M
Ht M
Hn Ht M
Hl Hn Ht M
application
transport
network
link
physical
終点ホスト
application
Ht
transport
Hn Ht
network
Hl Hn Ht
link
physical
M
メッセージ
M
セグメント
M データグラム
M
フレーム
Introduction
1-71
Chapter 1: 内容
1.1 インターネットとは
1.2 ネットワークエッジ
1.3 ネットワークコア
1.4 ネットワークアクセス・物理媒体
1.5 インターネットの構造と ISPs
1.6 パケット交換網における遅延とロス
1.7 プロトコルレイヤとサービス
1.8 歴史
Introduction
1-72
Internet History
1961-1972: 初期のパケット交換原理
 1961: Kleinrock – 待ち
行列理論によりパケット
交換の有効性を示す
 1964: Baran – 軍事網
におけるパケット交換
 1967: Advanced
Research Projects
Agency による
ARPAnet 構想
 1969: 初の ARPAnet ノ
ード稼動
 1972:




ARPAnet 公開
NCP (Network Control
Protocol) 初のホスト間プ
ロトコル
最初の電子メールプログラ
ム
ARPAnet 15ノードに
Introduction
1-73
Internet History
1972-1980: 相互接続，新しいメーカ独自のネットワーク
 1970: ALOHAnet ハワイでの衛





星ネットワーク
1973: Metcalfe の博士論文
Ethernet を提案
1974: Cerf and Kahn – ネットワ
ーク相互接続のためのアーキテク
チャ
70年代後半: 独自アーキテクチャ
: DECnet, SNA, XNA
70年代後半: 固定長パケット交換
(ATM の前身)
1979: ARPAnet 200 ノードに
Cerf and Kahn の相互接続原理:
 最小主義，自律主義 – 総
合接続のためにいかなる
内部変更も必要としない



ベストエフォートサービスモ
デル
ステートレスルータ
分散制御
今日のインターネットアーキテクチ
ャを定義
Introduction
1-74
Internet History
1980-1990: 新しいプロトコルとネットワークの急激な発展
 1983: TCP/IPの配布
 1982: SMTP 電子メール
プロトコルの規定
 1983:名前 - ＩＰアドレス
変換のためのDNS の規
定
 1985: FTP プロトコルの
規定
 1988: TCP 輻輳制御
 新しい国内ネットワーク:
Csnet, BITnet,
NSFnet, Minitel
 100,000 ホストがネット
ワークに接続
Introduction
1-75
Internet History
1990, 2000’s: 商用化，Ｗｅｂ，新しいアプリケーション
 1990年代初め: ARPAnet 役割終了
 1991: NSFがNSFnetを商用利用に
1990年代後半 – 2000年代:
 キラーアプリ: インスタントメッセ
ージ, Ｐ２Ｐファイル共有 (e.g.,
開放 (1995役割終了)
Napster)
 1990年代初め: Web
 network security to
 hypertext [Bush 1945, Nelson
forefront
1960’s]
 推定 5000千万のホスト, 10億
 HTML, HTTP: Berners-Lee
以上のユーザ
 1994: Mosaic, 後の Netscape
 Gbps のバックボーンリンク
 1990年代後半: Web商用利用
Introduction
1-76
導入： まとめ
得られたもの:
 ネットワーキングの状況
，概観，感覚
 より深く，詳細な内容は
ネットワークエッジ，コア，アクセ
後の講義で
スネットワーク
 パケット交換 対 回線交換
インターネット/ISP 構成
性能：ロス，遅延
階層化，サービスモデル
歴史
多くの内容をカバー
 インターネットの概観
 プロトコルとは？





Introduction
1-77