情報通信ネットワークの仕組み (２)

ICT Foundation

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ネットワーク入門

2012年度 春学期

第５回の目次

• 回線交換とパケット交換 • プロトコル • DNSとURL • 経路制御 • （授業内）演習

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回線交換方式

• 相手と自分の間に専用のパイプ ▪ 1つの通信につき、1回線を占有 • 電話は、回線交換方式 ▪ 通話中の相手には電話できない 1本の回線で2つの 通信はできない 交換機

パケット交換方式

• データをパケットに小分けして送る • 皆でやり取りできるデータの合計: 帯域 ▪ 帯域に空きがあれば、1回線で複数の通信が可能 • インターネットはパケット交換方式 帯域幅: 帯域の太さ

パケットとは

• ネットワークを流れるデータの単位 ▪ 英単語で小包 （packet） のこと • ヘッダ: 情報を付与: ▪ 送信元 ▪ 宛先 ▪ 中身（データ） ▪ その他、付随する情報 • 小包をイメージ: ▪ 荷物（本体） + 伝票（付与情報） データ本体 付与情報

宅配便とパケット交換

• 荷物（データ）を適当な量に分割して箱詰め • 送り状（ヘッダ）の記入・貼付 • 送信: 他の人の荷物と一緒にやりとり ▪ 宅配便のトラック： 1人の荷物だけを運ぶわけではない データ パケットに分割 ヘッダを付与する ヘッダ ヘッダ ヘッダ

パケットに小分けする理由

• 1つの回線で複数の通信 ▪ 大きいパケットは、_{ほかのパケットに邪魔} • トラブル時の保険 ▪ トラブルが起こると再送 • 宅配便で言う、再配達 ▪ 大きいパケットを 再送するのは大変

インターネット （IP） と

パケット交換

• インターネットはパケット交換方式 • メリット: ▪ 各コンピュータ間の通信の為に、専用のパイプを 用意する必要は無い: 効率が良い • デメリット: ▪ 混雑時: 転送効率の低下、パケット消失の恐れ ▪ 帯域が公平に使われる訳ではない • 特定のユーザが沢山のパケットを送信した場合、など

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プロトコル

• プロトコル: 通信上の規約

• インターネットには、たくさんのコンピュータが 世界中から接続

TCP/IP

• インターネットで標準的なプロトコル • TCP と IP を組み合わせたもの ▪ IP (Internet Protocol) • IPアドレスを基にパケットを転送する ▪ 住所などの基本情報 ▪ 宅配便業者とは関係なく存在する

▪ TCP (Transmission Control Protocol)

• データの完全性・到達性を保証する ▪ 宅配便が確実に届くようにする

IPアドレス

• ネットワークに接続する全てのコンピュータや機器は IPアドレスを持つ

▪ ネットワーク上の“住所”： パケットの宛先・送信元

• IP Version 4 (IPv4) と IP Version 6 (IPv6)

▪ 現在最も広く使われているのは、IPv4 • 32ビットの情報量を持つ ▪ 将来的には、IPv6 • IPv4 アドレスの4倍の情報量を持つ（128ビット） • IPv4 では、IPアドレスの数が足りなくなりつつある ▪ IPv4 アドレスの数: 232 _{個 = 約42億 = 地球人口より少ない} ▪ IPv6 アドレスの数: 2128 _{個 = 地球人口よりはるかに多い}

IPv4 アドレス

• 32ビットの情報量、8ビットずつ10進数で表記 • 範囲: 0.0.0.0 ～ 255.255.255.255 • ネットワーク部とホスト部 ▪ ネットワーク部_{: ネットワークを識別} ▪ ホスト部_{: ネットワーク中のホストを識別} • 例: ccx01.sfc.keio.ac.jp の場合:

1 3 3 . 2 7 . 5 . 1 4

10000101 00011011 00000101 00001110

IPアドレスの調べ方

• ターミナル上で:

▪ Windows – ipconfig ▪ Mac, Unix – ifconfig

アプリケーション

• さまざまなアプリケーションがネットワークを 利用する ▪ Web ▪ メール ▪ メッセンジャ ▪ ファイル送受信 ▪ リモートログイン ▪ 音楽・映像配信

様々なプロトコル

• TCP/IPなど「接続用」プロトコルのほかに、それぞれのアプリケーション用 のプロトコルがある

• HyperText Transfer Protocol (HTTP)

▪ WebサーバとWebブラウザ間で通信を行う際の規約

▪ Webブラウザの要求に対し、例えば以下のようなレスポンスコードを返す

• 200 OK（要求されたファイルがサーバ上にある） • 401 Unauthorized（リクエストに認証が必要） • 404 Not Found（要求されたファイルがない）

• Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

▪ 電子メールを送信、転送する際に用いられるプロトコル

• Post Office Protocol (POP)

▪ メール受信用プロトコル： サーバ上に保存されているメールをクライアントにダ ウンロードして管理、操作する

• Internet Message Access Protocol (IMAP)

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Domain Name System (DNS)

• 数字の列を覚えるのは大変 ▪ 133.27.5.14 • ドメイン名: 人間が覚えやすい文字列 ▪ 但し、米国のドメイン名には国コードが無いことが多い • DNS: IPアドレスとホスト名を対応させる ▪ ブラウザにURLを入力すると、DNSへ問い合わせ c c x 0 1 . s f c . k e i o . a c . j p ホスト名 組織名 組織属性 国コード

ドメイン名とIPアドレスを調べる (1/2)

• ドメイン名 ⇔ IPアドレスの変換: ▪ nslookup [ドメイン名 または IPアドレス] • 試しに、自分が知っている Web サイトの ドメイン名をIPアドレスに変換したり、 その逆を検索してみましょう。

【演習】

ドメイン名とIPアドレスを調べる (2/2)

• ドメイン名 → IPアドレス: ▪ nslookup [ドメイン名] • IPアドレス → ドメイン名: ▪ nslookup [IPアドレス]

（Uniform Resource Locator）

• ネットワーク上に存在する情報の場所は全てURLに よって表される • URLは次の３つの要素から構成される ▪ 情報を取得する際の通信規約 （プロトコル） ▪ 情報を提供するサーバの名称 （ドメイン名やIPアドレス） ▪ サーバ内での情報の位置 （パス名） プロトコル ドメイン名 パス名 http://www.sfc.keio.ac.jp/index.html

【演習】

IPアドレスでWebにアクセスしてみよう

• nslookupコマンドで、www.sfc.keio.ac.jpのIP アドレスを調べてみよう • IPアドレスが分かったら、WebブラウザにIPア ドレスを使ったURLを打ちこんでアクセス

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宅配便における経路制御

• パケットは宛先IPアドレスを基に配送される • それぞれの“ルータ” (中継機器) は、受け取った パケットをまた次の適切な方向へと送信 ▪ 配送センターでの行き先変更 名古屋行 名古屋 配送センター 京都配送 センター 大阪配送 センター 京都行 大阪行 大阪行き 大阪行き 大阪行き ： 荷物の行き先 ： 車の行き先 ： 配送センター

IPアドレスと経路制御

• 各ルータは経路制御表を見て 次の中継機器へとパケットを転送する RouterA RouterB RouterC 192.168.0.1 192.168.0.2 192.168.0.3 HostA 192.168.1.1 192.168.1.15 HostB 192.168.2.1 192.168.2.12 パケット 宛先 転送方向 HostA 192.168.1.15 RouterC 192.168.0.3 その他 192.168.0.2 宛先 転送方向 HostB 192.168.2.12 RouterC 192.168.0.3 その他 192.168.0.1

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今日のまとめ (1/2)

• パケット ▪ ネットワーク上で送受信されるデータの単位 ▪ データに「ヘッダ」情報を付加して送信 • TCP/IP ▪ インターネットのプロトコル（利用規約）の一つ • IPアドレス ▪ コンピュータのネットワーク上の住所 ▪ ネットワーク部とホスト部がある

今日のまとめ (2/2)

• DNS ▪ 文字列の名前 ⇔ 数字のIPアドレス 相互変換 • URL ▪ ネットワーク上に存在する情報の場所 ▪ プロトコル・アドレス・パス名から構成 • 経路制御 ▪ 中継機器は、経路制御表の情報に従って パケットを転送

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【演習】

ネットワークの動作を実践してみよう

• この演習では、ネットワークの動作を皆さんに 実践してみてもらいます。 • グループのメンバそれぞれが1つのネットワー ク上にあるコンピュータ・ルータの役割を 演じて、自分以外のネットワーク (他のグルー プ) にパケットが届くように努力してください。 • 配布物： ワークシート1枚

1.IPアドレスの割り振り

• グループのメンバーに、それぞれ IPアドレスを割り振って下さい • 192.168.?.* ▪ ? には、グループの番号を使ってください ▪ * には、1-4の番号が使えます • 例: 192.168.0.1 ▪ グループが3人以下の場合、大きい番号を 欠番にしてください • 例： 3人グループの場合、4は欠番

【演習】

2.経路制御表 (1/2)

• グループメンバーの経路制御表を 作成してください ▪ 注意書きに従って、ワークシートの□を埋めます ▪ また、その人の方向（正面、右、・・・）も記録します • 例: 192.168.0.2の人から見た経路制御表: 192.168.0.1 192.168.0.2 192.168.0.3 192.168.0.4 宛先IPアドレス 次のIPアドレス 方向 192.168.0.3-4 192.168.0.3 下 デフォルトルート 192.168.0.1 左

2.経路制御表 (2/2)

• それぞれのグループの1番の人は、 コンピュータではなくルータの役割をします • 自分のグループの1番の人と、隣のテーブルの 1番の人が、それぞれルータとして接続します 192.168.0.1 192.168.0.2 192.168.0.3 192.168.0.4 192.168.1.2 192.168.1.1 192.168.1.4 192.168.1.3

【演習】

3.メッセージの作成

• 次に、グループの中で最も大きいIPアドレスを 持つ1人が、メッセージを3枚に分けて書きます • その紙を内側が見えないように折りたたみ、3 枚中の何枚目かを示す番号と、差出人と宛先 のIPアドレスを記入します ▪ 宛先は、自分以外のグループの誰かにして下さい こんにちは！ こん 宛先: 192.168.0.4 差出人: 192.168.1.3 1/3

4.メッセージの送信

• 経路制御表に従って メッセージを送信してみてください ▪ コンピュータ役の人は、宛先が経路制御表に ない場合、“デフォルトルート”の人に送信します • デフォルトルート： 経路制御表にないパケットを 転送する宛先 • メッセージが届いたら、受け取った人はお礼の 手紙を書いて、同じ要領で送り返してください

まとめ：演習から分かること

• ルーターは重要（壊れるとLANの外とは通信できない） • ルーターが不正なパケットを遮断したり、検閲したりもで きる • パケットはLAN内を回っているので、中身は見ようと思 えば見れる（情報のセキュリティとの関連） • 経路制御表が間違っていると、迷子のパケットがでる • TCP/IPのような規約が重要（全員が共通のルールを認 識していないと通信はうまくいかない） • TCP/IPでパケットを届けることができるが、さらに複雑 なやり取りをするためには、やり取りの用途にあったプ ロトコルを合わせて使ってパケットをやり取りする必要 がある