Transcript 第1章 ネットワーク基礎知識

１．１ コンピュータネットワーク
登場の背景
4406006
石田 真也
コンピュータの普及

様々な所で活躍しているコンピュータ
オフィス 工場 学校 教育機関 研究所
家庭

技術発展
多様化 高性能化 低価格化 小型化
ネットワーク化
コンピュータの多様化






大型汎用コンピュータ
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
ワークステーション
ノートブックコンピュータ
スタンドアロンからネットワーク利用
へ
コンピュータを単独で使用
スタンドアロン
複数のコンピュータを互いに接続して使用 ネットワーク利用
•
•
複数のコンピュータとの情報の共有
遠くのコンピュータへの情報の転送
スタンドアロンからネットワーク利用へ
（２）
ネットワークの利用形態
ネットワークの規模によって分類
市街地を越え郊外、県外や国際の範囲 ・ ・ ・ ＷＡＮ
家庭、企業のオフィスや研究所、工場等 ・ ・ ・ ＬＡＮ

コンピュータ通信から
情報通信環境へ
初期
私的なネットワーク
１９８０年代後半
私的ネットワークを相互に接続
１９９０年代～
インターネットによる世界規模の
情報ネットワーク構築
情報ネットワークの役割
人間の神経のような役割
世界中の情報がネットワークを通じて送られてくる
 身近な存在
メーリングリストやホームページ、電子掲示板などで
情報交換

1.2 コンピュータとネットワーク
発展の6つの段階
4406009 伊藤 将章
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
1.2.1 バッチ処理（Batch Processing）
…1950年代
プログラムやデータをまとめて
一括処理する方式
バッチ処理の利点
多くのユーザが利用できる
バッチ処理の欠点
1.値段が高い
一般人ではもてないので、計算機センターに行く
２．操作が複雑
専門家に依頼する必要がある
1.2.2 タイムシェアリングシステム
（TTS）
…1960年代
１台のコンピュータに複数の端末
を接続し、複数ユーザーのプログ
ラムを短い時間で切り替えながら
処理するシステム
複数のユーザが同時に利用できるようになった
仮想的に、一人一台のコンピュータを可能にした
対話的操作を可能にした
対話的プログラミング言語BASICの登場
より多くの人がプログラミング
1.2.3 コンピュータ間通信 …1970年代
コンピュータ間を通信回線で
接続するだけでデータを瞬時
にやりとりするシステム
コンピュータ間でのデータのやりとりが楽に出来る
１．データ転送の手間と時間が省ける
２．複数のコンピュータによる分散処理が可能
値段の急激な低下
会社内の各部署ごとに利用可能になった
1.2.4 コンピュータネットワークの
登場
…1980年代
パケット技術により様々な
コンピュータを相互に接続
できるコンピュータネットワーク
が登場。
ウィンドウシステムが登場
複数のプログラムを同時に実行可能
ウィンドウシステムとネットワークが結びつき
NW上の資源の有効活用
4406011 岩瀬彰宏
1.2.5 インターネットの普及
•
•
•
ダウンサイジング、マルチベンダ接続といった、異なるメーカーのコンピュータを相互に接続し、
安価にシステムを構築するためにインターネット技術が使われはじめた。
WWW（World Wide Web）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
メールが企業や一般家庭に急速に普及し始めた。
パーソナルコンピュータは以前は単独（スタンドアロン）で使う個人の道具だったが、現在ではイ
ンターネットにアクセスする道具として使う人が多い。
14
1.2.6 インターネット技術中心の時代
•
インターネットは別々に発展してきた多くの技術をすべてイン
ターネットに取り込む方向に進んでいる。
•
もともと電話網の上に構築されていたインターネットだが，立
場が逆転し、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。
•
インターネットにつながれるものだけがいわゆる｢コンピュー
タ｣だけではなく、携帯電話、家電製品などがつながれるよう
になっていき、今後はありとあらゆる物がつながれるようにな
っていくだろう。
15
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。
16
コンピュータ利用形態の変遷
年
１９５０年代
１９６０年代
１９７０年代
１９８０年代
１９９０年代
２０００年代
内 容
バッチ処理の時代
タイムシェアリングシステムの時代
コンピュータ間通信の時代
コンピュータネットワーク
インターネット、イントラネットの普及
インターネット技術中心の時代
17
1.3 プロトコルとは
４４０６０４２
杉山廣祐
1.3.1 プロトコルがいっぱい！




プロトコルとは、コンピューター同士が通信をす
るために決められた約束事。
いくつもの種類があり、それぞれ目的や役割が
決まっている。
互いに通信するためには両者が同じプロトコル
を処理する必要がある。
例 HTTP IPX DDP DPR FTAM IDP
1.3.2 パケット交換とプロトコル




パケット交換とは大きなデータをパケットと呼ばれる
単位に分割して送信する方法。
ヘッダとは、分割したデータを送る際の荷札の役割
をする物。送信元と宛先のアドレスを書かれて通信
回線に送られる。
通信プロトコルではヘッダに書き込まれる情報や処
理方法が定められている。
正しく通信するためには、送信側と受信側のヘッダ
の解釈や定義が同じになっている必要がある。
1.3.3 プロトコルを会話で考えると



日本語や英語をプロトコル
コミュニケーションを通信
話の内容をデータ
日本語を使う人同士なら会話が成り立つ。
同じプロトコルならばデータを通信することができる。
1.3.4 コンピューターでのプロトコ
ル



人間と違い応用力や理解力がないため細部ま
で約束事を決めておかなくてはならない。
想定される障害についても事前に処理方法など
を記しておく必要がある。
いろいろなメーカーでも通信できるように世界中
で利用される標準を作っている機関がある。
１．４ プロトコルの標準化
４４０6074
古谷 友磨
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ころ
・各メーカー独自の規格
・体系化や標準化の重要性の低さ
・プロトコルの機能への意識の低さ
・他社の製品との互換性のなさ
・プロトコルの違いによるネットワークの通信不可
・各社独自のネットワークアーキテクチャの構築
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
25
1.4.2 標準化

問題解決のために
・ISOがOSIを標準化
・IETFによるTCP/IP普及
・ハードウェアやOSを意識することなく通信が可能
・標準化によりコンピュータネットワークの利便性の
向上
1.4.2 標準化
Ｂ社
OSI
Ａ社
Ｃ社
TCP/IP
Ｄ社
Ｅ社
※全員が共通の言語を使うことにより、コミュ
ニケーションの成立
27
プロトコルの階層化

通信に必要となる各機能ごと
に階層に分け、機能を分断し
て考える。
すると・・・
各機能を独立したものとして扱うこと
ができるようになる。
そのため、システムの内ある一部分
だけを変更することができ、拡張性
や柔軟性に富んだシステムにするこ
とができる！
n層
n層
n-1層
n-1層
・
・
・
・
・
・
１層
１層
物理層
：インタフェース
：プロトコ
ル
電話での会話を階層化してみよう
日本語のプロトコル
２階層のモデル
固定電話機のプロトコル
日本語を英語にしても、問題なく通信できる。
固定電話を携帯電話にしても、問題なく通話できる。
OSI参照モデルとは



OSI参照モデルは通信プロト
コルを階層化する方法の一
つである。
右表のような７層に階層化さ
れており、各層ごとにおおま
かな役割が決められている。
通信プロトコルを学ぶ上での
ガイドラインのような存在で、
TCP/IPを理解するために役
立つ。
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
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。
セッション層


通信の管理。コネクション（データが流れる論理的な通信
路）の確立、切断。
トランスポート層以下の層の管理。
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
を提供する。（データを確実に相手に届ける役目）
ネットワーク層

アドレスの管理と経路の選択
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
物理層


０ と １ を電圧の高低や光の点滅に変換する。
コネクタやケーブルの形状の規定。
1.6 OSI参照モデルの通信処理の
例
4406006 石田 真也
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 →…）
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
各階層の具体的な処理
送信側
受信側
各階層の具体的な処理

7階層は二つに分けられる。
通信を行う前の
準備。
実際のネット
ワークを使って
の送信処理。
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
ヘッダ：「おはようございます」が電子メールの本文
であるという情報や、あて先はBさんであるという
情報。
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」
ヘッダ：データの符号化方式を識別するための情報。
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。
ヘッダ：データをどのような手順で伝えるか
という情報。
トランスポート層
■
データ転送の信頼性を保証する。
ヘッダ：パケット番号などの情報。
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ホストまで
パケットを配達する。
ヘッダ：アドレス情報など。
データリンク層、物理層

物理的な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。
ヘッダ：MACアドレスの情報
まとめ







アプリケーション層 入力したもの
プレゼンテーション層 文字などの整合性
セッション層 通信路の確保・管理
トランスポート層 データ通信の確認
ネットワーク層 通信・配送
データリンク層 通信許可
物理層 接続機器の制御
1.7 通信方式の種類
4406006 伊藤 将章
1.7.1 コネクション型とコネクションレス型
(1)
● ネットワークにおけるデータの配送の種類
(a) 「コネクション型」
(b) 「コネクションレス型」
1.7.1 コネクション型とコネクションレス型
(2)
(a) 「コネクション型」
[特徴]： 通信する前に送り手と受け手の間で
回線の接続を行う
無駄なパケットを送らずに済む
cf. 電話の通信
1.7.1 コネクション型とコネクションレス型
(3)

Image: コネクション型
図1： コネクション型のイメージ
1.7.1 コネクション型とコネクションレス型
(4)
(b) 「コネクションレス型」
[特徴]: 送り手はいつでもデータの送信が可能
受け手はいつ誰からデータを受信するか不明
データの受信の確認が必要
cf. 郵便の配達
1.7.1 コネクション型とコネクションレス型
(5)

Image: コネクションレス型
図２： コネクションレス型のイメージ
1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
(1)
● ネットワーク通信の種類
1. ユニキャスト
⇒ “1対1”通信
2. マルチキャスト
⇒ “1対複数”通信
3. ブロードキャスト
1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
(2)
1. ユニキャスト
⇒“1対1”通信のこと

Ex. 電話
図3： ユニキャスト
1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
(3)
2. マルチキャスト
⇒“1対特定多数”通信のこと

Ex. ビデオ会議システム
図4： マルチキャスト
1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
(4)
3. ブロードキャスト
⇒“1対不特定多数”通信のこと

Ex. テレビ放送
図5： ブロードキャスト
1.7.2 ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
(5)
図6： ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
1.7.3 回線交換とパケット交換 (1)
● 通信回線を利用して通信する方法
1. 回線交換
⇒従来からの電話で利用されてきた方式
2. パケット交換
⇒ 1960年代後半から必要性が認められ始めた方式
※ TCP/IPはパケット交換方式を採用
1.7.3 回線交換とパケット交換 (2)

1. 回線交換
図7： 回線交換
1.7.3 回線交換とパケット交換 (3)

2. パケット交換
図8： パケット交換
1.8 ネットワークの構成
要素
４４０６０１１
岩瀬
彰宏
接続するためのハードウェア
通信媒体
１．同軸ケーブル
２．ツイストペアケーブル
３．光ファイバーケーブル

ネットワーク機器
１．ネットワークインタフェース
２．リピータ
３．ブリッジ
４．ルータ
５．ゲートウェイ

LANに使われるケーブルの特徴
同軸ケーブル
最大速度
伝道距離
適用LAN
数M～数百Mビット
/秒
比較的大規
185m～数十km
模
ツイストペアケーブ
１００Mビット/秒
ル
数百m程度
光ファイバーケー
ブル
大規模、高
最大100km程度
速
数百Mビット/秒
小規模
67
ネットワークインターフェイス

コンピュータをネットワークに接続するための装置

10BASE-T 100BASE-TXのポート（LANポート）（備え
付けられてない場合、イーサネットのNIC （Network
Interface Card）を拡張スロットに増設）

ノートブックタイプのPCの場合はPCカード形式の
NICが利用される
リピーター

OSI参照モデルの第一層の物理層でネットワークを延長する機器

減衰したデータを増幅・復元して送り出す装置

転送中にエラーが発生しても、そのままデータは流れる

伝送速度の異なる媒体間を接続することはできない
ネットワークの構成要素
４４０６０４２
杉山廣祐
1.8.4 ブリッジ・レイヤ２スイッチ






ブリッジはデータリンク層でネットワーク同士を接続する装置であり、デー
タリンクのフレームを蓄積し新たなフレームとして送出する。
データリンクのフレームには、フレームが正しく届いたかを検査するため
のＦＣＳと呼ばれるフィールドがあり、ブリッジはこれをチェックして壊れた
フレームは伝えないようにする働きがある。
アドレスの学習機能によりホストＡとブリッジ間にだけフレームが流れれ
ば済む。
ＯＳＩ参照モデルでは第２層のデータリンク層に位置づけられるため、例
や２スイッチとも呼ばれる。
ラーニングブリッジとは、パケットを隣のセグメントに流すかどうかの判断
を行う機能を持っているブリッジのことである。
スイッチングハブもこのブリッジの一種である。
1.8.5 ルーター・レイヤ３スイッチ




ＯＳＩモデルの第３層、ネットワーク層の処理を行
う。つまり、ネットワーク同士を接続してパケット
を中継する装置のことである。
ブリッジは物理アドレスで処理を行うが、ルータ
ーはネットワーク層のアドレスで処理をする。
最近では家庭やオフィスでインターネット接続を
するときに使用される。
ネットワークの負荷を仕切ったり、セキュリティ機
能を備えたものもある。
1.8.6 ゲートウェイ




ゲートウェイとは、ＯＳＩ参照モデルのトランスポ
ート層からアプリケーション層までの階層で、デ
ータを中継する装置である。
ゲートウェイは、互いに異なるプロトコルの翻訳
作業を行い、通信を可能にする。
携帯電話とＰＣでメールを通信する際に用いられ
る。
プロキシサーバーもゲートウェイの一種。