4章 ネットワーク 1. 2. 3. 4. 5. 6. ネットワークの基礎 WANの方式と種類 LANの方式と種類 LANの構成形態とその他のLAN インターネット TCP/IP ネットワークの基礎 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. ネットワークではデータも聞きも共有できる WAN&LAN プロトコルを合わせると相互に通信できる 制御情報をヘッダーやトレイラーとして付けたり外したり 通信の速度の単位はビット/秒 ネットワークでは機器にMACアドレスがある ネットワークでの分岐点がノード 1本のケーブルでつなぐ範囲がセグメント ネットワークの基礎 1. ネットワークでできること データや機器の共有 他のコンピュータにあるデータを,自分のコンピュータのデータと 同様にアクセスできる 他のコンピュータに接続しているプリンターへ印刷することができ る ファイルの送受信 他のコンピュータにあるファイルを自分のコンピュータに取り込む (ダウンロード) 他のコンピュータに,自分のコンピュータのファイルを送り込む (アップロード) メッセージ交換 他のコンピュータと1対1でメッセージを交換する (電子メイル) 電子会議 利用者間で相互にメッセージやデータを交換する (電子会議,電子掲示板) ネットワークの基礎 1. 2. WAN&LAN 通信事業用WAN • 電気通信事業法 • 電気通信事業者 3. 通信事業を目的としないLAN ネットワークの基礎 1. プロトコルを合わせると相互に通信できる 層 名称 内容 第7層 アプリケーション層 通信サービスに対応 第6層 プレゼンテーション層 文字コード変換,データの圧縮,暗号化 第5層 セッション層 通信開始から終了までをセッションと呼ぶ,送受信の同期 第4層 トランスポート層 再送制御などの第3層の制御,全2重の伝送路を実現 第3層 ネットワーク層 宛先をアドレスで特定し,その間の経路を決定する 第2層 データリンク層 隣接ノード間の通信リンクを確立,エラーの有無のチェック,パ ケット順序の制御 第1層 物理層 ケーブル仕様(形状,電気特性,信号) ネットワークの基礎 制御情報をヘッダーやトレイラーとして付けたり外したり 1. • PDU:Protocol Data Unit それぞれの層に対応する通信データの単位 アプリケーション層 プレゼンテーション層 セッション層 データ トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 ヘッダ ヘッダ データ ヘッダ ヘッダ データ ヘッダ ヘッダ データ トレイラー ネットワークの基礎 通信の速度の単位はビット/秒 1. bps: bit per second Kbps, Mbps • • 2. ネットワークでは機器にMACアドレスがある • 通信相手を特定するための識別番号 • MAC(Media Access Control ) address • • • 48ビットの符号で 00:02:2D 00:02:2D:31:51:5A 上位24ビットはIEEEがベンダー(製造者)毎に管理・割り 当て,OUI(Organizationally Unique Identifier)と呼ばれる 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 ネットワークの基礎 ネットワークでの分岐点がノード 1本のケーブルでつなぐ範囲がセグメント 1. 2. • • • • • • 一般に100mほど 延長する場合,中継器:リピータを介する ゲートウェイ ブリッジ リピータ ルータ WANの方式と種類 1. 回線交換とは回線を貸切で通信する方式 2. 蓄積交換はデータをパケットにする 3. 変調と復調(Modulation + Demodulation =MODEM) 4. ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 5. ISDN(Integrated Services Digital Network) 6. CATV(Cable Television) 7. Fiber Cableによる光通信 WANの方式と種類 1.回線交換とは回線を貸切で通信する方式 • • • • 通信相手との間でいくつもの回線交換器を経由する 建物の中には私設の交換機(PBX)がある 接続してから切断するまで,途中の回線が貸切状態になる 料金は,距離と時間に比例する 2.蓄積交換はデータをパケットにする • 通信データを一定のサイズに分割し(パケット,フレーム,セル),それぞ れに宛先や通番などの管理情報を付加して,送信する • 料金はパケット量に比例するのが一般的 • 中継箇所にパケット交換機が存在する • プロトコルや通信速度が異なるネットワークと通信することが可能 WANの方式と種類 1.変調と復調(Modulation + Demodulation =MODEM) 2.xDSL(x Digital Subscriber Line) • アナログ電話線で高速データ通信する方式の総称 • ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line): 非対称型ディジタル加入者回線 • 通話では使用しない4000Hz以上の周波数帯域による通信 • 通話とデータ通信の信号を分離する装置:スプリッター 3.ADSLは非対称 • リクエストする上りのデータ量 • 文字や画像が送られる下りのデータ量が多い WANの方式と種類 1.ISDN(Integrated Services Digital Network) • アナログ電話用の通信回線利用したディジタル通信サービス • 音声や画像データもディジタル信号に変換して,データ通信のデー タと同様に電話回線で送る • 1本のケーブルで複数の通信を同時に行うことが可能 • 通信の単位をチャネルと呼ぶ • 次図は,ISDN基本インタフェースの構成 B-channel pc B-channel TA (G3) tel B-channel D-channel B-channel DSU G4 B-channel B-channel D-channel WANの方式と種類 1.CATV(Cable Television) • 1本のケーブルで多チャンネルのサービスを配信 • 空いている周波数帯域を利用して,データ通信を行う 2.Fiber Cableによる光通信 • ONC(Optical Network Unit) • 光信号と電気信号の変換 LANの方式と種類 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. LANのプロトコル イーサネット CSMA/CD:データが衝突したら時間をずらして再送する MACアドレスで相手を見つける バス型 スター型 HUB BRIDGE Router,.Gateway カスケード接続 LANの方式と種類 1. LANのプロトコル • • • • 2. IEEE802.3 IEEE802.3u IEEE802.5 IEEE802.11 イーサネット 高速イーサネット トークンリング 無線LAN CSMA/CD:データが衝突したら時間をずらして再送する • • • データの送信時に回線の空きを調べる搬送波と呼ばれる信号を 出して,回線が空いていることを確認してから送信する しかし同時に送信され衝突する(collision) 衝突すると時間をずらして再送する LANの方式と種類 1. Topology:コンピュータがつながる形態 バス型 スター型 • • 2. AUI BNC RJ45 ケーブル ケーブル 10BASE5 10BASE2 10BASE-T 100BASE-TX 1000BASE-T 最大通信速度 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps 最大セグメント長 500 m 185 m 100 m 100 m 100 m コネクタ AUI BNC RJ45 RJ45 RJ45 トポロジー バス型 バス型 スター型 スター型 スター型 LANの方式と種類 1. HUB Repeater HUB • • • RepeateHUB Switching HUB • • 2. 全てのPCにデータが送られる 自分宛のデータを取り込む pc 各PCのMACアドレスを記憶し,宛先だけに送る pc pc BRIDGE • 両側のLANにある機器のMACアドレスを記憶し,自分以外のLANに送るパケッ トのみを中継する ネットワーク層に対応した中継機器 3. • • 4. Router:ソフトウェア制御による Layer 3 switch:ハードウェア制御による Gateway • 上位層での中継機器 LANの構成形態とその他のLAN 集中処理システム 分散処理システム ピアツーピア型 クライアント・サーバ 3階層 業務プログラムをサーバに置くASP(Application Service Provider) 7. 無線LANのアクセスポイント 8. 無線LANのセキュリティ 9. Bluetooth 1. 2. 3. 4. 5. 6. LANの構成形態とその他のLAN 1.集中処理システム • 処理を一手に引き受けるホストコンピュータと,それを操作する端 末機器で構成される • データはホストコンピュータで一括して記憶する 2.分散処理システム • ネットワークで接続したコンピュータが連携しながら処理を分担して 実行する • モデル • プロセッサープールモデル • メモリ共有モデル LANの構成形態とその他のLAN 1.ピアツーピア型(p2p) • • • • 各コンピュータが対等な役割を持つ構成 データを相互にやり取り,他のコンピュータの資源を利用する Webの時代のシステム構成法として多く利用 携帯電話によるシステム構成 2.クライアント・サーバ • データや処理機能を提供するサーバと,それを利用するクライアントと役 割が別れている • クライアント・サーバモデル サーバ 要求 結果 クライアント LANの構成形態とその他のLAN 1. 3階層構造のサーバ・クライアントモデル • データベースとサービスプログラムのサーバ • 業務共通プログラムのミドルウェア部分 • ユーザインタフェース部分のクライアント 2. ASP:Application Service Provider • サービスプログラムは種々のOSで動作する • サービスプログラムをサーバに置いて,ネットワーク経由で利用する • ASP.NET LANの構成形態とその他のLAN 1. 無線LANのアクセスポイント • アクセスポイントの機器が親機となる • Infrastructure mode • アクセスポイントを有線LANに接続すると,有線LAN側の機器と通信できる • Adhoc mode • 子機間で通信するモード 2. 無線LANのセキュリティを確保するESS-ID(Enhanced Service Set Identifier) • 混信を防ぐために,周波数を少しずつ変えた14のチャネルを備える • 無線LANのグループ毎にIDを付加してグループの識別をする 3. Bluetooth • 2.4GHz帯の電波 • 伝送範囲は10100m, 最大伝送速度は1Mbps インターネット 1.電子メイルのプロトコル:SMTP,POP 2.POP3 vs IMAP4 3.HTML 4.Webページを更新するFTP 5.XML 6.SNTP 7.VoIP 8.ファイアウォール インターネット 1.電子メイルのプロトコル: • SMTP: Simple Mail Transfer Prfotocol • POP: Post Office Protocol SMTP server TP M S SMTP server SMTP 送信者 受信者 POP3 POP server POP server インターネット 1.POP3 vs IMAP4 • メールボックスに保存されている電子メールを,IDとPWDを送って 受信者を確認してから,受信者のコンピュータに取り込むプロトコ ル • IMAP4:Internet Message Access Protocol 4 • メールボックスからメールの一覧だけを受信 • 特定のメールだけをメールサーバから削除する • メールサーバにメールを保存する別のディレクトリを作成する インターネット 1.MIME: Multipurpose Internet Mail Extensions • 電信メールはテキストによる情報交換を目的にしている • テキスト以外のデータを送受するために • データを文字に符号化して,メールの後に付加する情報 表現形式を決めている • • • • • MIME version Content Description Content Id Content Transfer-Encodin Content-Type • HTMLメールも送れる インターネット 1. Webページ • • • 2. HTML: Hyper Text Markup Language ページを更新するFTP: File Transfer Protocol HTTP: Hyper Text Transfer Protocol Webブラウザー • Webページを表示する Web server Web browser HTTP Web page by HTML インターネット 1.XML: Extensible Markup Language • ストリーミング再生時に,ビデオと静止画を並べる,複数 のビデオを順番に再生する,テキストテロップを付加する, ハイパーリンクを付加する,ことでWebと同様のレイアウト 機構やインタラクション機能を持たすことができる SMIL,ASX 2.SNTP: Simple Network Management Protocol • MIBデータ 3.VoIP: Voice over IP VoIP ゲートウェイ ルータ IP network インターネット 1.ファイアウォール • 様々なコンピュータが繋がるネットワークでは,有害な情報やウィル スなどの不正なプログラム,また外部からの不正な侵入に対策が必 要になる • 典型的な構成:2つのパケットフィルタリングルータと1つのアプリケー ションゲートウエイによる構成 企業内LAN Packet Filtering Router Application Gateway Packet Filtering Router 外部network インターネット 1.DMZ: De Millitarized Zone(非武装地帯) あるいはバリアセグメント バリアセグメント • WebサーバやMailサーバのように,インターネットと通信するサーバを 内部ネットワーク内に設置すると,インターネットからのアクセスを受け 付けるために,セキュリティのレベルを緩めなければならない • このために不正アクセスを受けやすくなるので,これを避けなければな らない • ⇒内部に中間ゾーンを設けてサーバを置く DMZ 公開サーバ TCP/IP 1. TCP/IP 2. IPアドレス 3. 名前解決 4. DHCP 5. グローバルアドレスとプライベートアドレス 6. NAT変換とIPマスカレード 7. ポート番号 8. ネットワークアドレスとホストアドレス 9. ブロードキャストアドレス 10.ゲートウエイアドレス TCP/IP 1. TCP/IP トランスポート層 ネットワーク層 TCP/IP IPアドレスで相手を特定して通信 データリンク層 物理層 CSMA/CD MACアドレスで相手を特定して通信 2. IP addressのドット記法 1100000 10101000 00000000 00000001 192 168 0 192.168.0.1 1 TCP/IP 1.名前解決 • IP addressを分かりやすく表記する • 文字を使用した名前を付けてIP addressと変換する仕組み 2.DNS: Domain Name System • 例 http://www.shonan-it.ac.jp/hp.html ①プロトコル名②ホスト名 ③ドメイン名 ④ファイル名 • 正引:ドメイン名やホスト名からIP addressを求める変換 • 逆引き: IP addressからドメイン名やホスト名を求める変換 TCP/IP 1.DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol • IP addressの動的割り当てのクライアント・サーバ型プロトコル • サーバはネットワーク内のIP addressの使用状況を管理し,要 求に応じて, IP addressの割り当てを行う • DHCP発見メッセージとDHCP提供メッセージ 2.グローバルアドレスとプライベートアドレス • インターネットのIP addressをグローバルアドレス • LAN内のIP addressをプライベートアドレス • プライベートアドレス • • • 10.0.0.0~10.255.255.255 172.16.0.0 ~172.31.255.255 192.168.0.0 ~192.168.255.255 TCP/IP 1.NAT変換とIPマスカレード • プライベートアドレスとグローバルアドレスの変換 • NAT: Network Address Translator • 通常は1:1で変換する • IPマスカレード • 複数のプライベートアドレスと1つのグローバルアドレスを変換する 2.ポート番号 • IPアドレスの他にポート番号をつけて区分する • 192.168.1.4:25 • Wellknown port number: 0 – 1023 • Web page:80, Mail/pop:110, TCP/IP 1. ネットワークアドレスとホストアドレス • • 組織別に割り振るネットワークアドレス 組織内で割り振るホストアドレス Class A 0 Network address(7 bit) Host address(24 bit) Class B 10 Class C 110 Class D 1110 Multicast address(28 bit) Class E 1111 Reserved for Future (14 bit) (21 bit) (16 bit) (8 bit) サブネット 2. • • サブネットマスク:サブネットの割り振りは自由で,それをどのように 区切ったかを示すもの 例 255.255.255.240 下位4bitがホストアドレスになる TCP/IP 1.ブロードキャストアドレス • ホストアドレスが全て0の場合は,そのサブネット自体を表すネットワー クアドレスとして使用する • ホストアドレスが全て1の場合は,サブネット内の全てに一斉送信するた めのブロードキャストアドレスとして使用する • 従って,実際のホストに割り振ることの出来るアドレスは,この2つを除 いた数となる 2.ゲートウェイアドレス • 他のサブネットにあるIPアドレスへの送信の仕方 • ネットワーク接続装置ルータが,宛先のIPアドレスを参照して中継する Sub-net-mask: 255.255.255.0 Print server 10.1.2.1 LAN2 10.1.2.253 router LAN1 10.1.1.10 Client A 10.1.1.253 DB server 10.1.1.11 演習1,2 演習3,4 演習5,6 演習7,8 演習9,10 演習11 演習12,13
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