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
4405019 小尾雅人
1
1.1.1 コンピュータの普及と多様化
コンピュータ活躍の場の拡大
 研究所
 教育機関
 オフィス
 工場
 学校
 家庭
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
高性能化 低価格化 小型化
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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
コンピュータを単体で独立に使う方式
↓
複数のコンピュータを接続して使う
コンピュータネットワークの利用
↓
情報の共有,転送が容易になった
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コンピュータネットワーク
WANとLAN
WAN（Wide Area Network） LAN（Local Area Network)
離れた地域のコンピュータ
建物内など狭い範囲で
またはLANをつなぐ
コンピュータをつなぐ
ネットワーク
ネットワーク
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コンピュータ通信から情報通信環境へ
初期
特定コンピュータ間の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
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情報ネットワークの役割
情報収集
 リアルタイムニュース
 ミクロなニュース
情報交換
 メーリングリスト
 ホームページ
 ブログ
 SNS
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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
４４０５０２０ 帯金 秀行
7
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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バッチ処理（Batch Processing）…1950年代
プログラムを一定時間蓄積し、
まとめて一括処理する方式
 プログラムはカードやテープに記録
 コンピュータは高価で巨大なもの
→、ユーザーは計算機センターに行く必要があった。
 専門のオペレータに処理を依頼する必要があった。
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タイムシェアリングシステ（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
 仮想的に一人で1台のコンピュータを占有利用する
ことが可能になった。
 インタラクティブ（対話的）な操作が可能になった。
 初心者用対話型プログラミング言語BASICが登場。
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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
 データを物理的に輸送する必要がなくなった。
 複数コンピュータによる分散処理が可能。
 会社内の部署ごとにコンピュータ導入
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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し、複数のプログラムを同
時に実行できるようになった。
 ウィンドウシステムとネットワークが結びついたこと
により、ユーザはあちこちのコンピュータ資源を活用
できるようになった。
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インターネットの普及…1990年代
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
に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。
 PCをインターネットにアクセスする道具として使う人
が増加した。
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インターネット技術中心の時代へ…2000年代
インターネットは多くの技術を取り込んでいる。
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。
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。
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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
4405023 加治
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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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様々なプロトコル
ネットアーキテクチャ
プロトコル
TCP/IP （インターネットで使う IP,ICMP,TCP,UDP,HTTP,TE
LNET,SNMP,SMTP…
プロトコルの総称）
用途
インターネット
NetWare（Novell社開発の
ネットワークOS）
IPX,SPX,NPC…
パソコンLAN
AppleTalk（Apple社開発の
Mac専用ネットワークソフト）
DDP、RTMP、AEP、ATP、
ZIP…
Macintosh LAN
DECnet
DPR,NSP,SCP…
旧DEC社ミニコン等
OSI
FTAM,MOTIS,VT,CMIS/CM
IP,CLNP,CONP…
XNS
IDP,SPP,PEP…
Xerox社ネットワーク
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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
パケットにはそれぞれ送信元と宛先のアドレ
スさらには元のデータのどの部分かを示す番
号がついている
1つの回線を複数のユーザーで共有できる
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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
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コンピューターでのプロトコル
通信をする双方のコンピュータに必要な最低限の
機能がすべてプログラミングされていなければなら
ない。
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
４４０５０２０
帯金 秀行
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コンピュータ通信の登場から標準化へ
～７０年代・・・体系化・標準化していない
１９７４年・・・各会社ごとに独立した
プロトコル群を体系化
→非常に不便
・最初に買った製品と同じものでないと
い
けない
・違う部署間での互換性がない
ネットワークのオープン化、マルチベンダ
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標準化
ISOがOSI（Open System Interconnection)
を標準化にしようとした →普及せず
後にTCP/IPが研究機関や業界から標準化
が推進され、発展
→普及
これにより、この企画に準拠している全ての
コンピュータ同士で相互通信可能
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１.５ プロトコルの階層化とＯＳＩ
参照モデル
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プロトコルの階層化
通信プロトコルの設計
その指標：ＯＳＩモデル
７つの階層（エンティティ）
機能を実現する実体
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サービスの流れ
N層エンティ
ティ
プロトコル
N層エンティ
ティ
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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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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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
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その仕様に準拠した製品・通信手段を利用
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
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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
33
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
35
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
4405071 野村 尚吾
37
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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各階層の具体的な処理
7階層は二つに分けられる。
アプリケーション層～セッション層
＆
トランスポート層～物理層
◆アプリケーション層～セッション層
通信を行う前の準備。
◆トランスポート層～物理層
実際のネットワークを使っての送信処理。
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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
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。
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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」
ヘッダ：データの符号化方式を識別するための情報。
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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。
ヘッダ：データをどのような手順で伝えるか
という情報。
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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。
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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
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1.7 通信方式の種類
情報通信ネットワーク 4/21
４４０５０７１
野村 尚吾
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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」
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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
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コネクション型とコネクションレス型(3)
(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
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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
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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
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
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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
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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
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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
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回線交換とパケット交換 (2)
1. 回線交換
図7： 回線交換
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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
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1.8 ネットワークの構成要素
４４０５０８２ 松浦
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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
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通信ケーブルの特徴と種類
 同軸ケーブル
 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
 ツイストペアケーブル
 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
 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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LANに使われるケーブルの特徴
最大速度
伝道距離
適用LAN
同軸ケーブル
数M～数百Mビット/
秒
ツイストペアケーブ
ル
１００Mビット/秒
数百m程度
小規模
光ファイバーケーブ
ル
数百Mビット/秒
最大100km程度
大規模、高速
185m～数十km
比較的大規
模
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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
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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
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ブリッジ/レイヤ２スイッチ
 ネットワークをデータリンク層で延長する装置
 データリンクのフレームを認識・蓄積し新たなフレー
ムとして送出
 フレームをいったん蓄積するため、伝送速度の異
なるデータリンクも接続可
 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。
 データリンク層（第2層）に位置付けられるのでレイ
ヤ２スイッチと呼ばれる
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ブリッジ/レイヤ２スイッチ
 パケットを隣りのセグメントに流すかどうか判
断するものをラーニングブリッジと呼ぶ
 異なるデータリンクを中継することができる
ものを変換ブリッジと呼ぶ
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ルーター/レイヤ３スイッチ
 ネットワーク層によってパケットを転送する装
置
 異なるデータリンクを相互接続できる
 ネットワークの負荷を仕切る役割
 データリンク層部分のスイッチングとネット
ワーク層部分のルーティングを同時に
実現する機器をレイヤ３スイッチと呼ぶ
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ゲートウェイ
 プロトコルの変換をする装置
 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・変換
 互いに直接通信できない２つの異なる
プロトコルの翻訳作業をする
例・インターネットの電子メールと、携帯電
話の電子メールを交換するサービス
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