Transcript 第1章 ネットワーク基礎知識

第1章 ネットワークの基礎知識
4403076 浜田 ちひろ
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1.1 コンピュータネットワーク
登場の背景
4403076 浜田 ちひろ
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1.1.1 コンピュータの普及と多様化
様々なところで
・オフィス
・工場
・学校など教育機関
・研究所
・一般家庭
・外出先
技術発展
・小型化
・高性能化
・低価格化
・多様化
・ネットワーク化
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1.1.1 コンピュータの普及と多様化
・大型汎用コンピュータ [汎用機・メインフレーム]
・スーパーコンピュータ
・ミニコンピュータ
・パーソナルコンピュータ [PC]
・ワークステーション
・ノートブックコンピュータ
・携帯端末 [PDA]
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1.1.2 スタンドアロンから
ネットワーク利用へ
スタンドアロン[Stand Alone]
・・・ネットワークに接続せず、単独で使用する状態
ネットワーク利用
・・・複数のコンピュータを互いに接続して使用する状態
＊データの共有と一括管理が可能に
＊プリンタなどのハードが共有可能に
＊遠くのコンピュータへ瞬時に情報を送信可能に
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1.1.2 スタンドアロンから
ネットワーク利用へ
LAN [Local Area Network]
1つの建物内や大学の
キャンパス内など限られ
た狭い地域でのネット
ワーク
WAN [Wide Area Network]
公衆回線や専用回線など
を介して離れた地域のコ
ンピュータやLAN同士を接
続した広範囲に及ぶネット
ワーク
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1.1.3 コンピュータ通信から
情報通信環境へ
初期のコンピュータネットワーク
私的[Private]なネットワーク
↓
1980年代後半
私的ネットワークを相互に接続
↓
1990年代前半～
インターネットの普及
世界規模の情報ネットワークの構築
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1.1.4 情報ネットワークの役割
情報ネットワーク≒人間の神経のような役割
身近な存在：
＊メーリングリスト
＊ホームページ
＊電子掲示板 [BBS]
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1.2 コンピュータとネットワーク
発展の6つの段階
4403058 高田真希
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1.2 コンピュータとネットワーク
発展の6つの段階







バッチ処理（Batch Processing）
タイムシェアリングシステム（TSS）
コンピュータ間通信
コンピュータネットワークの登場
インターネットの普及
インターネット技術中心の時代へ
すべての鍵を握るTCP/IP
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1.2.1 バッチ処理
（Batch Processing）

処理すべきものを
一定時間蓄積し、
まとめて
一括処理する方式
コンピュータが高価で巨大だった時代のもので、
当時、ユーザーはプログラムやデータを打ち込んだカード等を作成し、
計算機センターへ行きオペレータに依頼していた。
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1.2.2 タイムシェアリングシステム
（TTS）




コンピュータ1台に複数の端末
OSが複数のプログラムを
短い時間で切り替えながら処理
対話的な操作も可能
BASICが開発された
バッチ処理の後（1960年代）。処理の方式から、
ユーザーからすると、沢山の処理が同時に行われている錯覚を起こす。
これにより仮想的に「1人1台のコンピュータ」へ。
対話的な操作が可能になり人に易しいものへ。→ユーザー増加へ
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1.2.3 コンピュータ間通信




コンピュータ間で通信
データ転送が瞬時
複数のコンピュータで
分散処理
柔軟なシステムの
構築や運用
パソコンの性能があがり、価格も下がったため、企業に普及。
TSSはコンピュータと端末が回線で結ばれていただけであったのに対し、
コンピュータ同士を通信回線で接続し、瞬時にやりとりが可能に。
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1.2.4 コンピュータネットワークの
登場

1970年代



パケット交換技術の
実験開始
異なるメーカーで相互に
接続する技術の研究
1980年代


様々なコンピュータが
相互に接続可能に
ウィンドウシステム登場
ウィンドウシステムとはコンピュータ画面上で複数のウィンドウを開けるシステムで，
プログラムを沢山同時に実行して、次々と切り替えながら作業ができる。
WinやMacが代表的。
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1.2.5 インターネットの普及



異種機器接続の為に
インターネット通信技術の利用
WWWによる情報公開と，その
サービスを受けるwebブラウザ、
インターネットメールが急速に普
及
パソコンを主にインターネットに
接続する道具として使う人が多く
なってきた
現在ではインターネット、E-mail、Web、HP等の言葉が
日常的に用いられている。
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1.2.6 インターネット技術中心の
時代へ

インターネットは多くの技術を取り込んでいる

コンピュータだけでなく，携帯電話，家電製品等もインター
ネットにつながれるようになってきた
もともと汎用的に利用できる電話網の上に構築されていたインターネットが，
急激な発達により立場逆転へ。
インターネットの技術を利用したIP網の上に電話やテレビ放送，
インターネットが構築されるようになってきている。
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1.2.7 すべての鍵を握るTCP/IP
TCP/IP即ち，インターネット技術には、別々に発
展してきた様々な通信技術を一つに統合する応
用性がある。
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1.3 プロトコルとは
4403056 背山有梨
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1.3.1 プロトコル
コンピュータネットワークや情報通信社会では
よく使われる言葉だが、使用する環境、機器に
よってさまざまなものが存在する。
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1.3.2 パケット通信とプロトコル




大きなデータをパケットと呼ばれる単位に分割し
て送受信する通信形式
パケットをどこに運ぶべきかどのコンピュータ間
の通信なのか区別
ある２地点間の通信途中の回線が占用されるこ
とがなく通信回線を効率よく利用できる。
経路選択が柔軟に行えるため、一部の回線に障
害が出ても、他の回線で代替できる。
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1.3 プロトコルとは



コンピューター同士の間で情報（データやメール、
メッセージ等）のやり取りをするために必要な手
順や方法に関する取り決めや規則などの「約束
ごと」
簡単に言うと、コンピュータの「共通言語」のよう
なもの
最もよく使われる言語は？
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代表的なプロトコル
TCP/IP・・・ネットワークで接続された装置間
で通信できることを前提にして作ら
れているプロトコルで最も広く用いら
れいるものの１つ
 NetWare
 AppleTalk
 OSI
 XNS
など・・

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1.3.4 コンピューターでのプロトコル
コンピューター通信の場合、どのような回線を使用し
て通信を行うか、どのくらいの速さで通信を行うかを考
え、またもし途中で障害が起こった場合はどう対処す
るかなど、あらかじめ通信中に起こりそうな問題想定
し、プログラムを作成しなければならない。
様々なメーカーのコンピュータが互いに通信できるよ
うに、世界中で利用されるような基準を作っている機
関がある。
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1.4 プロトコルの標準化
4403048 椎葉 洋
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1.4.1 コンピュータ通信の登場から
標準化へ

コンピュータ通信が始まった当初…
・体系化や標準化の重要性の低さ
・各メーカー独自の規格（ネットワーク、通信等）
・プロトコル機能の体系化や階層化の意識の低さ
・各社独自のネットワークアーキテクチャの構築
・互換性がなく、異なるメーカー間の通信が不可
・一度そのメーカーの製品を買ったら、いつまでも
そのメーカーの製品を買わなければならない
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1.4.1 コンピュータ通信の登場から
標準化へ
XNA
Ｂ社
DECnet
SNA
Ａ社
Ｃ社
FNA
HNA
Ｄ社
Ｅ社
※各社で方言を使うので、コミュニケーションが成立しない
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1.4.2 標準化

このような問題を解決するため…
・ISOによる国際基準OSIの標準化
・通信プロトコルTCP/IPの普及
・ハードウェアやOSを意識することなくネットワーク
に接続されたコンピュータ間の通信が可能に
・標準化によってコンピュータネットワークが便利
なものに
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1.4.2 標準化
Ｂ社
OSI
Ａ社
Ｃ社
TCP/IP
Ｄ社
Ｅ社
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1.5 プロトコルの階層化と
ＯＳＩ参照モデル
４４０３０９８ 山口 哲平
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1.5.1 プロトコルの階層化


ＯＳＩモデル
７つの階層（エンティティ）
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サービスの流れ
N層エンティティ
N層エンティティ
プロトコル
インタフェース
インタフェース
N－１層エン
ティティ
プロトコル
N－１層エン
ティティ
インタフェース
・・・
・・・
インタフェース
物理回路
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1.5.2 会話で階層化を考える
プロトコル
インタフェース
インタフェース
プロトコル
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1.5.3 OSI参照モデル
各層は、何をするかという役割を定義している
役割を定義しているのがプロトコル
プロトコルは約束事、その中身は、仕様
その仕様に準拠した製品・通信手段を利用
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アプリケーション層

特定のアプリケーションに特化したプロトコル
34
プレゼンテーション層

機器固有のデータフォーマットとネットワーク共
通のデータフォーマットの交換
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セッション層



通信の管理
コネクションの確立/切断
トランスポート層以下の層の管理
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トランスポート層


両端ノード間のデータ転送の管理
データ転送の信頼性を提供
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ネットワーク層

アドレスの管理と経路の選択
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データリンク層

直接接続された機器間でのデータフレームの識
別と転送
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物理層


0と1を電圧の高低や光の点滅に変換
コネクタやケーブルの形状の規定
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1.6 OSI参照モデルの
通信処理の例
4403005 石原 真樹
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1.6.1 7階層の通信

OSIの７階層モデルにおける通信の方法
・送信側
データを上位層から下位層へ伝える
（アプリケーション層 → プレゼンテーション層→…）
・受信側
データを下位層から上位層へ伝える
（物理層 → データリンク層 →…）
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各階層での処理
送信側
上位層から渡されたデータに自分の階層のプロ
トコル処理に必要な情報をヘッダとしてつける
データ
ヘッダ
→
データ
ヘッダ
受信側
受信したデータをヘッダと上位層へのデー
タに分離してデータを上位層に渡す
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1.6.2 セッション層以上での処理
AさんがBさんに向かって
「おはようございます」という文章を送る場合
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アプリケーション層



データを送信する（Aさん）
相手側から送信された情報の分析（Bさん）
アプリケーション固有のエラー処理
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プレゼンテーション層
「コンピューター固有の表現方式」
送
信
デ
ー
タ
受
信
デ
ー
タ
「ネットワーク全体での表現方式」
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セッション層

コネクションを確立するタイミングや、データを転
送するタイミングの管理
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1.6.3 トランスポート層以下での処理
トランスポート層
データを確実に相手に届ける
ネットワーク層
ネットワークとネットワークが接続された環境で
送信ホストから受信ソフトまでパケットを配達する
データリンク層、物理層
通信媒体で接続された機器同士で
データのやり取りをできるようにする
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1.7 通信方式の種類
4403093 宮本佳徳
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1.7.1 (1) コネクション型




データの送信を開始する前に、送信ホス
トと受信ホストの間で回線の接続をする
コネクション型にはATM、フレームリレー、TCPなどの
プロトコルがある
長所・・・相手が通信不可能な場合に、無駄なパケット
を送らずに済む
短所・・・通信の前後にコネクションの確立と切断の処
理を行う必要がある
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1.7.1 (2) コネクションレス型




通信相手がいるかどうかの確認をせず送信者の都合で
データを送信する
コネクション型にはイーサネットやIP,UDPなどのプロトコ
ルがある
長所・・・コネクションの確立や切断処理がないので、送
信したいコンピューターはいつでもデータを送信すること
ができる
短所・・・データを受け取る側は、いつ誰からデータを受
信するかわからないので、データを受け取っていないか
どうかを常に確認しなければならない
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1.7.2 通信相手の数による分類



ユニキャスト・・・１対１通信のこと。電話などの多
くの通信はこれである
マルチキャスト・・・１対特定多数の通信で、ビデ
オ会議システムなどの特定される複数のホスト
間で通信するときに利用される
ブロードキャスト・・・不特定多数へ向かって情報
を流す。（例、テレビ放送）通常は通信できる範
囲が限定される
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1.7.3 (1) 回線交換




複数の通信回線でそれぞれに接続された交換機が
データの中継処理をする。（コネクションの確立）
１度コネクションを確立すると、コネクションが切断される
までその回線は占有利用できる
交換機間の回線数よりも通信を希望する数が多くなると、
通信ができなくなる
通信するコンピューター間の通信速度がすべて一定
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1.7.3 (2) パケット交換


ルーターという交換機によって通信回線が結ば
れる
PCからはパケットと呼ばれるひとかたまりの
データが送信され、それをルーターが受け取る。
ルーターの中の記憶装置（バッファ）に流れてき
たパケットがいったん格納される。そして先に
入ってきたパケットから順番に転送されていく
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1.7.3 (2) パケット交換



PCやルーター間には通常、回線がひとつしかな
い
ネットワークの混雑度によって、パケットの到着
間隔が早くなったり遅くなったりすることがある
ルーターのバッファがいっぱいになり、あふれる
ほど大量のパケットが流れると、パケットが喪失
して相手に届かなくなることがある
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1.8 ネットワークの構成要素
4403097 安松良太
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コンピュータ同士を接続する
ハードウェア
通信ケーブル
・同軸ケーブル
 接続機
・ツイストペアケーブル
・ネットワークインターフェース
･光ファイバーケーブル
中継器
・リピータ
・ルータ
・ブリッジ
・ゲートウェイ
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通信ケーブルの特徴と種類

同軸ケーブル


ツイストペアケーブル


芯線（主に銅線）をポリエチレンなどの絶縁/緩衝材で包み、そ
の外側に編んだ導線による網状のシールド層を持つ
電線を2本ずつよりあわせている。同軸ケーブルより周波数特
性などは劣るがやすくて取り扱いが簡単なため、LANケーブル
として広く普及している
シリアルケーブル

モデムやスキャナなどに利用される
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通信ケーブルの特徴と種類

光ファイバーケーブル


非常に純度の高いガラスやプラスチックの細い繊維
でできている。コンピュータの電気信号を光信号に変
換し、レーザー光で送信をする
同軸、ツイストペアケーブルなどのメタルケーブルより
減衰が少なく、長距離通信に用いられる
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ネットワークインターフェース

コンピュータをネットワークに接続するための装置
NIC = （Network Interface Card）
・LANカード
・内臓LAN
＊データリンクの方式により異なるNICが必要
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リピーター

OSI参照モデル第1層の物理層でネットワークを
延長するためだけの機器



減衰したデータを増幅、復元して送り出す機能を持つ
転送中にエラーが起こったとしてもそのままデータを
送信する
転送速度の違うEthernetは接続できない
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ブリッジ/レイヤ2スイッチ

第2層でデータリンク層でネットワークを接続する
装置


送られてきたフレーム（分割されたデータ）を一度蓄
積し、送信する。そのため伝送速度の違うデータリン
クでも接続できる
アドレスの学習機能とフィルタリング機能により、フ
レームの流れを制御する。
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ルーター/レイヤ3スイッチ

ネットワーク層で各ネットワーク間のパケットの
中継を行う。



異なるデータリンクを相互接続できる
ネットワーク層のアドレスを見て、どのルーターを経由
して目的地にパケットを送るかを決める。
ネットワークを分断し、ブロードキャストアドレスブロッ
クする
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ゲートウェイ

トランスポート層からアプリケーション層までの階
層でデータを中継する。


媒体やプロトコルの異なるデータを相互に変換して通
信を可能にする
通信媒体や伝送方式による違いも吸収できる
→インターネットの電子メールと携帯のメール

代理サーバ（proxy server）もゲートウェイの一種
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