コンピュータネットワーク
第3回
今週の内容
通信の階層
◦
OSI参照モデルとTCP/IPモデル
データ通信
◦
アナログ通信とディジタル通信
◦
多重化
◦
パケット通信
ネットワークの形態
WANとLAN
通信の階層
Application Transport Internet Link Presentation Session Transport Network Data Link PhysicalTCP/IPの階層
プロトコル
◦ 通信規約とも ◦ コンピュータ同⼠が通信を⾏ううえで、相互に決められた約束事 複数のプロトコルを階層的に使う
◦ 電気信号という最も低い層から、より上位の⼈間と親和性の⾼い層 へ アプリケーション層 （Application） HTTP、DNS、SMTP、POP、IMAP、FTP、SNMP、NNTP トランスポート層 （Transport） TCP、UDP インターネット層 （Internet） IP、ICMP、ARP、RARP リンク層Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical
OSI参照モデル
オープンなネットワークアーキテクチャの確率を⽬
的に国際標準化機構で開発されたもの
開放型システム間相互接続基本参照モデル（Open
Systems Interconnection Basic Reference
Model： OSI参照モデル）
OSI参照モデル
階層の名称
役割
応⽤層
特定応⽤サービスと共通応⽤サービスの
提供
プレゼンテーション層 抽象構⽂と転送構⽂の相互変換
セッション層
セッション制御：⽚⽅向、半⼆重、全⼆
重
トランスポート層
順序制御や誤り制御機構
ネットワーク層
データ転送のための経路選択や中継機能
データリンク層
フレーム（ビット列）の順序制御、誤り
制御機能
物理層
2ノード間においてビット列の伝送を⾏な
TCP/IP階層モデル
階層の名称
概要
具体例
アプリケーション層
（Application）
アプリケーションを実現
HTTP、DNS、
SMTP、POP、
IMAP、FTP、
SNMP、NNTP
トランスポート層
（Transport）
アプリケーションのためにエ
ンド間の通信サービスを提供
TCP、UDP
インターネット層
（Internet）
データを送信元から宛先に運
ぶ
IP、ICMP、ARP、
RARP
リンク層
（Link）
直接接続されたネットワーク
上で通信されるための通信プ
ロトコル
イーサネット、
FDDI、X.25、
ISDN、同軸ケー
ブル、UTP、光
ファイバー
リソースとデータ
コンピュータネットワーク上で
は
データ通信
を⾏なうことでコ
ンピュータ上の
リソース
をやり
とりする
リソース （Resource） ⾔葉の意味⾃体は「資源」。 情報通信の場合は、記憶容量やCPUといった計算資源 や、ファイルやデータなどの情報資源を指す データ （Data） 情報をコンピュータ上で表したもの。 バイナリデータ、バイトデータ、⽂字データ、画像データ…アナログ回線とディジタル回線
アナログ回線
◦
アナログ信号でデータを送受信する回線
◦
普通の電話回線
◦
ADSL
ディジタル回線
◦
ディジタル信号でデータを送受信する回線
◦
ISDN
アナログ信号 ディジタル信号多重化
ひとつの伝送路で複数の情報を送ること
電気通信の世界でxDMとして多くの種類
が提案/利⽤されている
⽅式名
概要
時分割多重（TDM）
時間スロットごとに情報を割り当
てる
周波数分割多重（FDM） 周波数帯ごとに情報を割り当てる
波⻑分割多重（WDM）
波⻑のことなる信号を重ねる
符号分割多重（CDM）
情報を拡散符号により拡散
回線交換⽅式とパケット交換⽅式
回線交換⽅式（Circuit Switching System）
◦
2つのコンピュータ間で交換機を利⽤することで情
報を交換する⽅式
◦
⼀度通信路が設定されると、その通信路は占有さ
れる
◦
実時間性が⾼い
蓄積交換⽅式（Store and Forward Switching
System）
◦
受け取った情報をいったん交換機がメモリに蓄積
し、その後まとめて交換する
◦
実時間性が失われる
◦
必要に応じて通信処理（通信速度変換など）が可
能
◦
中継回線の使⽤効率が情報
パケット通信
パケット
◦
送信するデータをある決まった⼤きさに分割したもの
パケットを使った通信⽅式をパケット交換⽅式と呼ぶ
ヘッダとデータから構成される
◦
ヘッダ：宛先、送信元、データ分割の順序情報などが記載さ
れているデータ
ヘッダの情報を基に、中継器（ルータ）がパケットを
ネットワーク上の他の中継器（ルータ）に転送していく
ヘッダ データ ヘッダ データ ヘッダ データ 送りたいデータ 分割 分割 ヘッダを ヘッダを つけるネットワークの形態
ネットワークの物理的な構成は、構成
要素（コンピュータ、通信制御装置、
交換装置、通信回線など）によりいく
つかの形態に分類される
ネットワークの形態
◦
スター型
◦
リング型
◦
バス型
◦
ツリー型
◦
ネットワーク型
スター型ネットワーク
1つの制御装置を中⼼に複数のコンピュータが通信
回線で繋がっている
ネットワークの中⼼はハブと呼ばれる
ハブが故障した場合、全ての通信が途絶するため、
ネットワークの障害耐性はハブに依存する
リング型ネットワーク
複数のコンピュータが環状の通信媒体に直列
に接続されている
ひとつの区間の障害時には逆向きの伝送で通
信できるものもある
◦
⼆ヶ所で障害が発⽣した場合、通信が不可能にな
る
バス型ネットワーク
複数のノードが線状の通信媒体に直列に
接続されている
送信した信号がすべての端末で受信され
ツリー型ネットワーク
スター型ネットワークが階層的に接続
されたもの
メッシュ型
それぞれのコンピュータ（ノード）が1
つ以上の他のコンピュータ（ノード）
と接続している
ネットワークのタイプ
空間的な構成に着⽬して以下の2つに
分類される
◦
ローカルエリアネットワーク（Local Area
Network、LAN）
◦
広域ネットワーク（Wide Area
Network）
技術的な分け⽅ではない
WANとLANの特徴
地理的規模
◦
LAN
建物やキャンパス内の通信が対象
限られた範囲をカバー
◦
WAN
国内または世界規模のネットワークを対象
広範囲な通信ネットワーク
伝送速度
◦
1980年代まではWANよりもLANが⾼速だった
◦
LANの伝送速度：100Mbpsや1Gbps
◦
WANの伝送速度：1200bpsから数百Gbps
TCP/IP階層モデル
階層の名称
概要
具体例
アプリケーション層
（Application）
アプリケーションを実現
HTTP、DNS、
SMTP、POP、
IMAP、FTP、
SNMP、NNTP
トランスポート層
（Transport）
アプリケーションのためにエ
ンド間の通信サービスを提供
TCP、UDP
インターネット層
（Internet）
データを送信元から宛先に運
ぶ
IP、ICMP、ARP、
RARP
リンク層
（Link）
直接接続されたネットワーク
上で通信されるための通信プ
ロトコル
イーサネット、
FDDI、X.25、
ISDN、同軸ケー
ブル、UTP、光
ファイバー
リンク層
直接接続されたネットワーク上での通信を確⽴する層
代表的なものは以下の3つ
◦
イーサネット（Ethernet）
◦
トークンリング
◦
FDDI（Fiber Distributed Data Interface）
LAN（ローカルエリアネットワーク）上でデータ転送を
⾏なうためのプロトコル
◦
いずれもデータ転送に「フレーム」と呼ばれるデータのか
たまりを⽤いる
トークンリング
IBMが開発（1981年）
IEEE 802.5で規格化（1985年）
通信速度：4Mbps、16Mbps
トークンリングの動作
◦
リング型ネットワークにおいて「トークン」と呼ばれ
るデータが常に巡回している。
◦
トークンを所持しているホストがデータ送信が可能
◦
データを受信したホストは⾃分宛でない場合はさらに
転送する
トークンFDDI
（Fiber Distributed Data Interface）
ANSI（⽶国規格協会）により標準化
トークンリング⽅式だが、機能が改善
◦
伝送速度：最⼤100Mbps
◦
⼆重化による障害耐性向上
◦
最⼤距離は100km
トークン 100kmまで ⼆重化イーサネット
LANで最も利⽤されているコン
ピュータネットワークの規格
ロバート・メトカーフを中⼼に
1972-1973年にかけて開発され
た
1982年に802.3 CSMA/CDとし
て現在普及している仕様が策定さ
れた
通信速度
◦
初期は10Mbps、その後100Mbps、
1000Mbpsと⾼速化、さらに
10Gbpsのの⼒をもつ10GbEが規格
化された。
◦
40GbEや100GbEが標準化策定途中
Robert M. Metcalfe (1946-)通信速度と規格
速度 規格 10Mbps 10BASE 5 10BASE 2 10BASE-T 10BASE-F （10BASE-FP, 10BASE-FB, 10BASE-FL) 100Mbps 100BASE-T 100BASE-T2 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-VG 100BASE-VG AnyLAN 速度 規格 1000Mbps 1000BASE-T 1000BASE-TX 1000BASE-CX 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-LH 1000BASE-ZX 1000BASE-PX10/20 1000BASE-BX 10Gbps 10GBASE-T 10GBASE-CX4 10GBASE-SR 10GBASE-LRMイーサネットフレームの構造
送信元アドレス 最⼩7 1 6 6 2 46〜1500 4 単位はオクテット 1オクテット= 8ビット プリアンブル 1010101010・･･･ フレーム開始デリミタ10101011 宛先アドレス タイプフィールド データ フレームチェッFCS クシーケンスアドレス
MACアドレス
48ビット（6オクテットのデータ）。 イーサネット上の端末を識別するためのデータ。 上位3オクテットは、ネットワーク製品の製造者を⽰す。 データがどのプロトコルを 使っているかを⽰す情報CSMA/CD（１）
イーサネットではデータフレームはすべてのホストに送
られる
ホストは⾃分のMACアドレス宛に来たもの以外は破棄す
る
すべてのホストに送られるため、データの衝突が起る
それを排除するための仕組みがCSMA/CD（Carrire
Sense Multiple Access/Collision Detection）
データ
