パケット交換ネットワーク

情報ネットワーク（第10回）
パケット交換ネットワーク
2011年 12月15日 IPネットワーク
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1969年： ARPAnet運用開始
1976年： CCITT (ITU-T)勧告X.25制定（データ端末とネットワー
ク間インターフェース規格）
  X.25: ネットワーク、ノード間で毎回伝送確認を行う（ 48kbit/
sec程度の低速インターフェース）
  インターネット: エンドエンド間で伝送確認を行う（高速インター
フェースが可能）
1980年： NTT、DDX (digital data exchange)-Pサービスを開
始
1982年： KDD、VENUS-Pサービス開始（KDDと専用回線で接
続する加入契約、一般電話回線経由で接続する第一種利用契
約、DDX-PやINS-Pを通じて接続する第二種利用契約)
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ネットワークの階層構造
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開放型システム相互接続基本参照モデル（OSI参照プロトコル）（Open System
Interconnection Basic Reference Model）
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隣り合う下の階層（layer）が隣り合う上の階層のサービスを責任を持って行い、上下
の階層との間でインターフェースを提供すれば，あとは同一階層の中だけで標準化
規約を自由に定められる。
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相互に接続された2つのノードそれぞれの機能階層間がバーチャルに接続されたも
のとして動作する。
Application Layer
Application Layer
Presentation Layer
Presentation Layer
Session Layer
Session Layer
Transport Layer
Transport Layer
Network Layer
Network Layer
Datalink Layer
Datalink Layer
Physical Layer
Physical Layer
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PHYSICAL LAYER
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Modem、DSU、RS-232-C、NICボード/ネットワークインターフェースカードなど、
ネットワークに接続されているデータ端末装置DTE（Data Terminal Equipment
＝コンピュータ）や、データ回線終端装置DCE（Data Circuit Terminating
Equipment）に要求される電気的・物理的規約を定める。
Modem、DSU、RS-232-C、NICなどのソケットの幾何学的形状・ピンの数や太さは
もちろんのこと、さらにソケット内の各ピンに加えられる電圧やその波形などを規定す
る。
これによってメーカーの違いによらずに機器間の物理的な接続が保証される。
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DATAＬINK LAYER
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同一のネットワーク上に設置されている２台のデータ端末（DTE）間でデータ伝送を
する時、以下を規定するのがデータリンク層プロトコルの役割。
  相手局が通信可能状態か否か、可能であるとした時、どういう順序でデータを
交換し合うか、
  伝送中にビット誤りがないかどうか、誤りがあった時にはそれをどのように確認し
あい、その対処をどうするか、
  ビット列がどういう配列（フォーマットという）になっているか、たとえば、始まりは
どうなっていて、終りはどうなっているか、そのうちデータは何ビット目から始り何
ビット目で終わるのか、
  今送受信されているパケットは何を意味しているか、たとえば送信要求か、再送
要求か、流量制御要求か、
  物理アドレスの制定規約。アドレスを何ビットとするか、その配列は昇順か降順
か、アドレス付与を誰が責任を持つか、
  パケットサイズを何ビットと定めるか、
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物理的に確立されているデータ端末間での論理的なネットワークの形成がデータリ
ンク層の役割であって、ネットワーク層以上を介した接続には無関係。BSC（ベー
シック）、HDLC、CSMA/CD、あるいはIEEE802シリーズ、ANSIのFDDI、ATM
ForumのATM-LANなどがデータリンク層の有名なプロトコル。
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NETWORK LAYER
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2台のデータ端末間が同一ネットワークではなくて、間に複数の中継局を有する場
合、ネットワーク中に適切なルーティング経路を選択して、エンド・エンド間に相互の
データリンクを確立するための規約。
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パケット交換における経路制御がこの層の主たる役割。
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付随してデータ端末に設定されるアドレスなどの制定規約もこの階層に含まれる。
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誤まり率・通信速度／帯域設定・通信価格など通信品質QoSなどの定義、およびパ
ケット伝送中の異常事態の情報伝達もこの層の規約に含まれる。
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パケット交換におけるX.25、インターネットにおけるIPプロトコルなどがこの層の代表
的なプロトコル。
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TRANSPORTATION LAYER
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この階層では、送受信データ端末間のプロセスを指定することでアプリケーション間
のコネクションを確立する。
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パケットの再送制御や順序制御、フロー制御などを行うことによって、欠落無くパケッ
トが確実にエンド・エンドで授受されるための規約を含む。つまり、信頼性のあるコネ
クションの確立がこの階層の役割。
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アプリケーションの名前の設定と周知、緊急か否かなどアプリケーションに対して処
理のタイミング指示などもこの階層の役割に入る。
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インターネットにおけるＴＣＰプロトコルはこの階層に属している。
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インターネットのプロトコル構造
Application Layer
Presentation Layer
Application層
Session Layer
Transport Layer
Transport層
Network Layer
Internet層
Datalink Layer
Network
interface層
Physical Layer
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OSIの上位３層は、HTTP、FTP、SMTP等のインターネットアプリ
ケーションが一括して対応する。
トランスポート層にはTCPやUDPが、ネットワーク層に対してはIP
層が対応し、データリンク層にはEthernetなど各種実在のネット
ワークが相当する。
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TCP/IPの4層構造
SMTP
HTTP
DNS
SIP
･･･
Application層
TCP Layer
UDP
TCP
IP
ICMP
HUB
LAN
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ARP
Transport層
IP Layer
RARP
Switching HUB
ネットワークアクセス回線
Internet層
Datalink Layer
Physical Layer
Network interface層
Network interface層：LANやインターネットへのアクセス回線
Internet層：IP (internet protocol), ICMP (internet control message
protocol), ARP (address resolution protocol), RARP (reverse ARP)
Transport層：TCP (transport control protocol:コネクション型), UDP (user
datagram protocol: コネクションレス型)
Application層: SMTP (simple mail transfer protocol), HTTP (hyper text
transfer protocol), DNS (domail name system), SIP (sessinitiation
protocol)
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データのカプセル化
ユーザデータ
AP
アプリケーションデータ
APヘッダ
ユーザデータ
TCP
TCPセグメント TCPヘッダ
アプリケーションデータ
IP
IPデータグラム
IPヘッダ
TCPヘッダ
アプリケーションデータ
Ethernet driver
フレーム
Ethernetヘッダ
IPヘッダ
TCPヘッダ
アプリケーションデータ
Ethernet FCS
14バイト
20バイト
20バイト
6-1460バイト
4バイト
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MACアドレス
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MACアドレス(Media Access Control Address)は、ネットワーク
上で、各ノードを識別するために設定されているLANカードなどの
ネットワーク機器のハードウェア固有の物理アドレス。
OSI参照モデルでいえば、第2層のアドレスにあたる。コマンドプロ
ンプトではPhysical Adressと表記されており、単に物理アドレスと
呼ばれたりNode IDの別名でも呼ばれることがある。
イーサネットの場合、48ビットの符号で、上位24ビットはIEEEがベ
ンダー（製造者）毎に管理・割り当てを行っており、OUI
(Organizationally Unique Identifier)と呼ばれる。
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MACアドレス2
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下位24ビットは各ベンダーが独自に重複しないように割り当ててい
る。この仕組みにより、原則として、MACアドレスは世界中で唯一の
番号となる。しかし、MACアドレスが変更可能なネットワーク機器
も、かなり販売されているが、MACアドレスが競合するとルーターや
NICを破損させてしまう可能性がある。
MACアドレスは偽装可能であり、無線LANなどで広く使われている
MACアドレスフィルタリングは、ネットワークセキュリティ上、大した意
味を持たない。
通常、MACアドレスの表現には、00:0a:95:ba:1c:80等のオクテット
表現を用いる（"00"、"0a"が、それぞれオクテット）。このMACアドレ
スのうち、最初の24ビット"00:0a:95"がベンダーID部、次の8ビット
"ba"が機種ID、最後の16ビット"1c:80"がシリアルIDとなることが一
般的。この場合、上位32ビットでネットワーク機器の機種名まで特
定可能である。
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IPアドレス
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現在多く利用されているのは、IPv4というプロトコルに基づく32ビット
のアドレス空間。
IPv6というプロトコルでは、IPアドレスは128ビットに拡張されている。
IPアドレスは、MSBに近い側をネットワーク部、LSBに近い側をホス
ト部として区別する。ネットワーク部が、ネットワークを指定し、ホスト
部が、そのネットワーク内の機器を指定する。ネットワーク部とホスト
部の区別にはサブネットマスクを用いる。
IPアドレスの表記法
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0 255の数字4組（8ビットﾗ4=32ビット）を、ドットで繋ぐ。
例）192.168.0.1
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アドレスクラス
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クラスA：0.0.0.0 127.255.255.255
ネットワークアドレス長は8ビット、ホストアドレス長は24ビット
クラスB：128.0.0.0 191.255.255.255
ネットワークアドレス長は16ビット、ホストアドレス長も16ビット
クラスC：192.0.0.0 223.255.255.255
ネットワークアドレス長は24ビット、ホストアドレス長は8ビット
クラスD：224.0.0.0 239.255.255.255
IPマルチキャスト専用
クラスE：240.0.0.0 255.255.255.255
割り当ては決まっていない
クラスAからクラスCまでは、ネットワーク部とホスト部の境界が8ビット単位で区分けされている。ク
ラスAはネットワーク部が短く（8ビット）、ホスト部が長く（24ビット）多くの機器を保有する大組織
や、多くの顧客を有する大規模なインターネットサービスプロバイダ(ISP)に割り当てられる。クラス
Cはその逆。クラスAが約1,677万台、クラスBが65,534台、クラスCが254台のホストを接続できる。
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アドレスクラスの問題
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ほとんどのネットワークでは、クラスAでは大きすぎ、クラスCでは小さすぎた
ため、割り当ての要求がクラスBに集中した。
クラスBの割り当てを受けたネットワークでも、65,534台のホストをフルに接
続することがまれでIPアドレスが無駄に消費された。
アドレスクラスを使わず、ネットワーク部とホスト部の境界を8ビット単位に固
定せずに細分化し、サブネットマスク方式で割り当てが行なわれるように
なった。
IPアドレスの割り当て範囲を示すために、IPアドレスの末尾に「/」と共に
ネットワークアドレス長を付記して表わすことも多い。IPv4の場合、MSB側
からのビット数でネットワークアドレス長を表す。例えば192.168.0.0/24の
表記の場合、ネットワーク部はMSBから24ビットで、残り8ビットがホスト部と
なる。
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宿題
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次の内容、用語が該当するTCP/IPの層の名称を答えよ。
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4. 
信号の電気的特性、
802.11無線LAN、
100BASE-T、
ネットワーク間の経路選択、
5. 
6. 
7. 
8. 
エンドエンドのデータ伝送、
UDP、
HTTP、
SIP
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アンケートのエクセルファイルをダウンロードして、上記、感想、要望に加え
アンケートにも回答してください。文章で回答する設問の場合、文字数制
限は有りません。自由に記述してください。アンケートのファイル名は、今
日の日付＋学籍番号としてください。 例：20111215+0929xx.xls
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メールで宿題の解答とアンケートを提出してください。
提出期限：12月22日午前10時30分。
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メールのタイトル：今日の日付＋学籍番号。 例：20111215+0929xx
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メールの宛先：
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