第1章 ネットワーク基礎知識
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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
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
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
3
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
4
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
5
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
6
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
8
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。
9
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。
10
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
11
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。
12
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。
13
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。
14
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。
15
1.3 プロトコルとは
4405023 加治
16
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。
17
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
18
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
19
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
20
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。
21
1.4プロトコルの標準化
4405020
帯金 秀行
22
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
25
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
26
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
27
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
28
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
30
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
31
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
34
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
36
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。
40
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。
41
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。
42
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。
44
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
45
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
46
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
51
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
54
回線交換とパケット交換 (2)
1. 回線交換
図7: 回線交換
55
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
56
1.8 ネットワークの構成要素
4405082 松浦
57
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
59
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
60
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
64
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
66