(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 1
コンピュータのしくみ（第１３回）
中田 明夫（情報科学研究科）
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 2本日の内容
第11章「コンピュータと通信」
第12章「ネットワーク」
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 3参考文献
•A.S.タネンバウム：コンピュータネットワーク、
第３版、ピアソンエデュケーション、１９９９
年
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 4通信とは
通信のモデル
２者（あるいは３者以上）が、暗黙の了解事項
を使って情報をやり取り
主体 主体 暗黙の了解事項 実際の通信 (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 5通信とは
通信するには、何らかの暗黙の了解事項が必要
通信の約束事など 例） 電話での会話の場合 電話のかけ方、受け方、切り方 会話に使用する言語（日本語、英語、etc.） 手旗信号 旗の上げ方とその意味の対応 Ｑ：言葉が通じなくても、身振り手振りなどで通じる
のは？
Ａ：身振り手振りは人類共通の暗黙の了解事項なので (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 6実際の通信
相手に伝えたい情報（情報源）
Æ 記号で表す (情報源符号化)
文字や絵や音声を0,1のビット列で表現するなど 情報源 情報源 符号器 受け手 情報源 復号器 「A」 0000 0000 「A」(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 7
実際の通信
記号（データ）を信号に置き換えて相手に送る
信号(signal)：光、音、振動、電波、電気信号、etc. 信号を伝える媒体（メディア:media）：伝送媒体
電線、光ファイバ、無線、空気（音の媒体）、etc. 情報源 情報源 符号器 受け手 情報源 復号器 0000 0000 「A」 「A」 変調器 伝送媒体 復調器 (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 8変調・復調
変調(modulation)
データを信号に変換すること 復調(demodulation)
送られてきた信号をデータに戻すこと 変調の例
AM (Amplitude Modulation) 波の高さ（振幅）を変える 1= 0= =0101 (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 9変調・復調
変調(modulation)
データを信号に変換すること 復調(demodulation)
送られてきた信号をデータに戻すこと 変調の例
FM (Frequency Modulation) 波の長さ（波長）を変える 1= 0= =? (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 10変調・復調
変調(modulation)
データを信号に変換すること 復調(demodulation)
送られてきた信号をデータに戻すこと 変調の例
PM (Phase Modulation) 波のずれ（位相）を変える 1= 0= =?モデム
モデム(modem):変調・復調を行う機器 modulator-demodulatorの略 ダイヤルアップモデム データを音声信号に変調 伝送媒体は電話回線（電話交換機を含む） 音声信号をデータに復調 ADSLモデム データを電気信号（音声より高い周波数）に変調 伝送媒体は電話線（家から電話局まで） 電気信号をデータに復調 上記モデムでは、AMとPMを組み合わせた変調方式を使用(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)
実際の通信
雑音（ノイズ）のせいで、間違って相手に伝
わるかもしれない
情報源 情報源 符号器 受け手 情報源 復号器 雑音 0000 0001 「A」 「B」(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 13
実際の通信
雑音が入っても相手に間違って伝わらない
ようにする（通信路符号化）
情報源 情報源 符号器 受け手 情報源 復号器 通信路 符号器 通信路 復号器 「A」 0000 00000 00010 例）1の個数が奇数なら1、 偶数なら0を末尾に付ける 1の個数 が奇数 Æ誤り 変調器 復調器 雑音 伝送媒体 (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 14通信路符号化の役割
誤り検出(error detection)
間違っていることを検出（相手にもう一度送っ
てもらうため）
誤り訂正(error correction)
間違ったデータを正しく訂正
このような符号の作り方は「符号理論」で
研究されている
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 15コンピュータ・ネットワーク
コンピュータ・ネットワーク(Computer
Network)
複数のコンピュータがお互いの情報をやり取
りする仕組み
単に「ネットワーク」と呼ぶこともある
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 16コンピュータ・ネットワーク
ハードウェア
通信ケーブル（伝送媒体）：ツイストペアケーブ
ル、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、無
線
種々の接続・中継機器：ブリッジ、ルータ、ゲー
トウェイ、…
ソフトウェア
種々の通信用プロトコル（規約、約束事）を満
たすように作られたプログラム
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 17ネットワークの規模による分類
Local Area Network（LAN):小規模なネット
ワーク、せいぜい、数キロメートルの範囲
のもの
Wide Area Network(WAN): 地域、国全体
などに広がったネットワーク
バックボーン：ネットワーク間をつなぐ（高
速）回線
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 18さまざまな接続方式
各接続点には中継機器がおかれている
LAN LAN バッ クボ ーン インターネット LAN(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 19
さまざまな接続方式
インターネットサービスプロバイダ（ISP)との電話
回線による接続
ISP モデム モデム インターネットへ 電話回線 (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 20インターネット
(The Internet)
多くのネットワークの接続によって形成さ
れてきた世界規模のネットワーク
誰かが管理しているわけではない
個別のネットワークが相互に結合して形成
されてきた
それぞれのネットワークはそれ自身で、管
理・運営されている
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 21（用語）パケット
パケット(packet)：決まった長さのデータ 長いデータは、複数のパケットに分割して、ばらばらに送 られる 利点：通信線の占有を防ぐことができる。 蓄積交換方式 ⇔回線交換方式（電話の接続法）：回線は固定的に確保される 現在のコンピュータネットワークはパケット通信ベース データ ヘッダ トレーラ パケット (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 22（用語）ルータ(router)
異なるネットワーク間でデータのやり取りを
するとき、正しいネットワークに、データが
配送されるようにデータの伝送先を決める
ハードウェア（＋ソフトウェア）。LAN間をつ
なぐ
ルータ LAN LAN通信プロトコル
(communication protocol)
コンピュータ間での通信の際の規約 共通のルールがなければ、通信は不可能 広い範囲にわたってプロトコルが必要 「同軸ケーブルにどうデータをのせるか」 「アプリケーション間でのデータのやりとりをどうするか」 単一のプロトコルでは、柔軟性がない。 同軸ケーブルを光ケーブルに取り替えると、全てのアプリケー ションプログラムを書き換える必要が生じる。 ネットワークの階層化ネットワーク・アーキテクチャ
ネットワークを階層化した際の、一連の層
とプロトコルの組み合わせのこと。
OSI参照モデル、TCP/IP参照モデルなど
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 25
ネットワークとプロトコルの階層
電話の例：
音声 電気信号 電気信号 音声 実際のデータ の流れ 実質的な 通信 インター フェース ここでの通信プロトコルは 電気信号を理解する必要はない ここでの通信プロトコルは 音声を理解する必要はない プロトコルにも階層がある (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 26ネットワークとプロトコルの階層
プロトコルの階層
第４層 第３層 第２層 第１層 第４層 第３層 第２層 第１層 各層のプロトコル 階層間の インターフェース (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 27同一レベル階層間の通信
すぐ下のレベルのデータのやりとりにより、実質
的に相手の同一レベルの階層との通信が成立
データ データ データ データ データ データ データ データ 各層で 付加・削除 される ヘッダ パケット (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 28OSI参照モデル
Open System Interconnection reference
model: ISO(国際標準化機構)やITU(国際
電気通信連合)によって、提案されたネット
ワークアーキテクチャ。７層からなる。
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 29OSI参照モデル
アプリケーション層
データの具体的な利用。サービス間のプロトコルの処理 プレゼンテーション層
データの表現形式チェックなど セッション層
通信の開始・終了 トランスポート層
誤りがあった場合の手順、パケットの抜けのチェック (コンピュータのしくみ・H17・第13回） 30OSI参照モデル
ネットワーク層
計算機から計算機へデータを配送する
データリンク層
データをパケットとして送受する
物理層
通信ケーブルやコネクタの規格
このモデルに忠実に従って、コンピュータ
間通信が行われているわけではない。
(コンピュータのしくみ・H17・第13回） 31
TCP/IP
(transfer control protocol/internet protocol)
