ローカルエリアネットワーク
（LAN）構築のための基礎知識
２０１７．５．２６ 高取 祐介 今回の講義資料 http://www.ele.kanagawa-it.ac.jp/~takatori/LAN_intro.pdf Pdf Pass ：0513lan （すべて半角）ネットワークとは
• ネットワークとは
• コンピュータやプリンタなどの機器同士でデータを やり取りする仕組み
• ネットワークの種類
• LAN（Local Area Network）
• 物理的に近い範囲 （ex. 家庭内LAN、研究室内LAN）
• WAN(Wide Area Network)
LAN（
ローカルエリアネットワーク
）
• LANでできること• インターネット接続の共有
LANの構造
• 必要なもの • PC • LANスイッチ（ハブ） • LANケーブル • NIC（ネットワークインタフェースカード） • 構成 • スター型トポロジー • バス型トポロジー • リング型トポロジー • さらに、インターネットをやるには ブロードバンドルータが必要インターネットとLAN
• 家庭ではインターネット接続業者 （通称プロバイダ）を介して行うことが一般的 • ルータと呼ばれる機器を介してプロバイダに接続する • ルータとプロバイダの間にADSLモデムや光回線終端装置（ONU） が設置される場合もある プロバイダ モデムや『ONU』LANで行われる通信
• IP通信・・・インターネットやLANで使われる
通信規約
• IPアドレスの構造、LANで使うIPアドレス • ルータの機能 • IPパケットの配送 （規約・・・約束事）IP通信: Internet Protocolに基づく通信
• コンピュータやネットワーク機器には一台一台を特 定するためにIPアドレスが個別に割り当てられる • 他のコンピュータやネットワーク機器と通信したい 場合、IPアドレスで相手を特定する • 相手とのやりとりはIPパケットで行われるIPアドレス（IPv4）
• IPアドレス（IPv4）
• 4byte（8bit×4=32bit）からなる数値 • 通常は1byteごとに10進数に変換し、 「．」（ピリオド）で区切って表示する例）202.250.68.123
→IPv4で対応できる台数は2^32台
=4294967296台
IPアドレスの構造
• IPアドレスの構造例192.168.11.1/16 • ネットワークアドレス • ネットワーク組織に与えられるアドレス • ネットワーク部の長さを示す場合は、IPアドレスの最後に /(ネットワークアドレス長)を付加する • ホストアドレス • 組織内で割り振り可能なアドレス 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 ネットワークアドレス ホストアドレス ↓ネットワークアドレス長 192(=11000000) 168(=10101000) 168(=10101000) 1(=00000001)インターネットで用いるIPアドレス
• インターネットに直接接続する機器にはグローバ ルIPアドレスと呼ばれる個別のアドレスが割り当て られる • 割り当て方法はネットワークアドレス＋ホストアドレス • 割り当てられたアドレスはDNSサーバ（後述）に記録さ れる • LAN用で使われるIPアドレスはグローバルIPでは使 用しない →インターネット上にはLAN用アドレスのIPを持つ機器は 存在しないLANで用いるIPアドレス
• IPアドレスはLANでは以下のいずれかのプライベートIP アドレスを使用する a)10.0.0.0-10.255.255.255 (ネットワークアドレス長8bit) b)172.16.0.0-172.31.255.255 (ネットワークアドレス長12bit) c)192.168.0.0-192.168.255.255 (ネットワークアドレス長16bit) 大体このアドレスを使うことが多い • 192.168.XXX.XXXを使用時に割り振れないアドレス • XXXの箇所に０が入るアドレス • XXXの箇所に255が入るアドレス 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 a) b) c)ルータ（Router）の機能
• ルータ（Route + er） • IP通信の中継をつかさどる：ルーティング機能 • ルータに届くIPパケットの宛先によって、送信経路を決定する • WAN側コネクタとLAN側コネクタを持ち、 インターネットとLANとの通信も制御する • ＬＡＮ側・ＷＡＮ側それぞれのインタフェースにＩＰアドレスが 割り当てられる ルータ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 192.168.11.1 192.168.11.2 192.168.11.3IPパケットの配送
• IPパケット：IPネットワークにおけるデータの塊 • IPパケットは以下の２つのパートで構成される • IPヘッダ（IP header）：IPパケットの配送などに必要な情報 • IPペイロード（IP payload）：相手に伝えるデータ • ネットワーク上でパケットを送信するとき、ヘッダに は送信情報に送信元アドレス（Source：S）と送信先ア ドレス（Destination:D）が記録される。 送信元 アドレス 宛先 アドレス データ部 IPパケットＣａｓｅ：１ ＬＡＮ内のＩＰパケット配送
１．送信パケットはルータに配送される ２．ルータはパケット内のアドレスを読み、LAN内の コンピュータ宛のパケットであることを認識する ３．LAN内の宛先のコンピュータにパケットを配送する ルータ 192.168.11.1 192.168.11.2 192.168.11.3 IPパケット 宛先：192.168.11.3 送信元：192.168.11.2Ｃａｓｅ：２ ＬＡＮ外のＩＰパケット配送
１．送信パケットはルータに配送される ２．ルータはパケット内のアドレスを読み、LAN外の コンピュータ宛のパケットであることを認識する ３．パケットの送信元アドレスを自分のWAN側アドレ スに書き換えてWAN側に送信する ※IPマスカレード ルータ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 192.168.11.1 192.168.11.2 192.168.11.3 202.250.68.10 IPパケットIP通信の基本がわかったところで・・・
• Q1. LAN内で自分のIPアドレスはどのように設定すればよいの か？ （これがわからないとIPヘッダの送信元アドレスが指定できない） • Q2. 通信相手のIPアドレスはどうやって知るのか？ （これがわからないとIPヘッダの宛先アドレスが指定できない） 送信元 アドレス 宛先 アドレス データ部 IPパケット自分のアドレスはどうやって設定するのか？
１．自分で設定する • 同一ネットワーク内で複数PCに同じIPアドレス →IPアドレスの競合 →通信不可 • １．の場合はアドレス競合が起きる可能性が高い ２．誰かに設定してもらう→DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）
（最近のルータは、ほぼこの機能を持っている）
DHCP
(Dynamic Host Configuration Protocol)
1. アドレス設定を希望するコンピュータ（クライアント）は、 アドレスの割当を担うコンピュータ（DHCPサーバ）を探す ネットワーク内のすべてのコンピュータ（アドレス）宛に IPアドレス割り当て要求を送信する。 2. DHCPサーバは、未割り当てのIPアドレスをクライアントに送信 3. クライアントは受信した情報（IPアドレス）を 自分のIPアドレスに設定する 一般PC ① DHCP要求 （ブロードキャスト） クライアント ① DHCP要求 ① DHCP要求 （ブロードキャスト） ※多くのルータはDHCPサーバ ③ IPアドレスが決定情報 “192.168.11.12”DHCP
(Dynamic Host Configuration Protocol)
ルータにDHCP機能が実装されている場合には、以下の ようなルータ・クライアントPC間のやりとりとなる。 DHCP サーバ ② 割り当てIPアドレス情報 クライアントPC ① DHCP要求アドレス解決 ～DNS～
• 送信元のコンピュータはどのようにして通信相手の アドレスを把握するのだろうか？ • 例えば、WEBを閲覧するときURL（http://~）からどうやって 相手のマシンのアドレスを知るのか？ =>DNS（ドメインネームシステム）
• インターネット上には、URLやメールサーバ名などか らIPアドレスを調べて教えてくれるコンピュータが存 在する（DNSサーバ）① WEBブラウザにURLを入力すると、URLをDNSサーバに 問い合わせる（アドレス問い合わせ情報を送信）。 ② DNSサーバからWEBサーバのIPアドレスが返信される ③ このIPアドレスを宛先とするWEBサーバに、 情報送信要求をデータに含むIPパケットを送信する DNS サーバ WEBサーバ 202.250.68.239 ① アドレス問い合わせ ele.kanagawa-it.ac.jp ② アドレス解答 202.250.68.239 ③ WEBデータ要求 ④ WEBデータ送信 Internet WEBサーバへのアクセス例 ユーザPC
LANの構築
• LANの規格・・・イーサネット • イーサネット規格：10Base-T/100Base-TX/1000Base-TXなど、 数字は伝送能力を表す。大きいほど能力大。 • 各規格の伝送能力を発揮するためには、その規格に対 応した機器やケーブルが必要 • 必要なもの • ルータ • ハブ • ネットワークインタフェース • LANケーブル など• 有線接続はイーサネットケーブル利用
• ネットワークケーブルの接続端子（ポート）が用意されている
• インターネット接続端子（WANポート）
ハブ
（スイッチングHUB） • ハブ（HUB）の機能 • LANのネットワーク分岐機能 （ルータのLAN端子はHUBと同様の機能を持っている） • IPアドレスによるルーティング機能はない →端子ごとに設定されているMACアドレスによって回線を 切り替える • HUBは多段接続が可能 • ただし2台のHUB間で2本のケーブル を接続するとループが生じ、 ネットワークエラーとなるので注意MACアドレスとIPアドレス（１）
送信元 IP 宛先 IP データ 送信元 MAC 宛先 MAC IPパケットのデータ IPパケット イーサネット フレーム ルータ HUB MACアドレス 00:1E:8C:89:B1:5A MACアドレス 00:1E:8C:89:FE:AA PC1 PC2 PC1→PC2の場合 １．PC1はPC2のIPアドレスからPC2のMACアドレスを調べる ２．自分のMACアドレスを送信元MAC、PC2のMACアドレスを宛先MACとする イーサネットフレームをつくり、IPパケットを格納してHUBに送信する ３．イーサネットフレームを受け取ったHUBは宛先MACアドレスを調べ， 対応するMACアドレス宛にイーサネットフレームを送信するMACアドレスとIPアドレス（２）
送信元 IP 宛先 IP データ 送信元 MAC 宛先 MAC IPパケットのデータ IPパケット イーサネット フレーム ルータ HUB MACアドレス 00:1E:8C:89:FE:AA PC1 PC1→WAN側機器の場合 １．PC1はWAN側機器のIPアドレスからMACアドレスを調べる ２．同一ネットワークに宛先が存在しないため、ルータMACアドレスを宛先MACとする イーサネットフレームを作り、IPパケットを格納してHUB経由でルータに送信するネットワークケーブル
• ケーブルカテゴリと対応する イーサネット規格 (ElecomのWebページより) • 現在はカテゴリ５e以上のケーブルを使えばOK • ただし、今後イーサネットの規格が発展することを考え るとより高いカテゴリのケーブルを使用することも選択 肢になりうる • 特に、長い配線や床下・天井裏などを這わせるケーブルは LANケーブル（UTPケーブル）無線LAN(1)
• ネットワークケーブルの代わりに電波によってネッ トワーク機器を繋ぐLAN • Wi-fiについて • 無線LANの規格 • Wi-fiの認証を受けている機器同士は 接続が保証される。 • 話を始めると、とてつもなく長くなるので、LAN構築無線LANと周波数帯
• 電化製品の周波数帯は規格や使用国で異なる。 • 一般に2.4GHz帯と5GHz帯が使われる • 2.4GHz帯 • 回折しやすいので障害物に強い • 多くの機器で使用される帯域なので干渉の影響が大きい • ５GHｚ帯 • 減衰しやすく障害物に弱い • 対象機器が少なく、現在のところ電波干渉の影響が小さい無線LAN(2)
• 無線LANの規格
• IEEE 802.11シリーズ
