1.インターネットの仕組み
インターネットの基礎となる仕組み。パケット交換方式、実用的な仕組みを構築するために採用された階層モデル、 利用する上で必要なIPアドレスの 知識などを学んで、これからの講習に役立ててください。1.1 パケット交換による通信
電話は多数の通信線を交換機で繋ぎ換え送信側と受信側を1本の回線で接続して会話を可能にしています。この 回線交換方式は回線を占有するので通信速度が保障されるが、低速な通信でも1本の回線を占有し効率が悪い欠点 があります。 パケット交換方式は通信データに送受信の宛先を付加したパケットを回線に流しパケット交換機によって送信側 から受信側へと配送する方式です。1つの回線を多様なデータ通信に供用できるのが利点です。 これは郵便物が各郵便局を経由して宛先に届けられる仕組みと似ています。宛先を見つけて配送する仕組みはも ちろんですが、パケットの大きさ制限や紛失への対応などがも必要です。例えばデータは物では ないので、大きすぎ るパケットを途中で複数のパケットに分割したり、紛失したパケットは再送を依頼したりといったことが行われます。1.2 インターネット（Internet）の歴史
1960年代 1965年 タイムシェアリングシステムで利用者間の連絡用に電子メールが使われるようになった。 タイムシェアリングシステム（TSS) ：１台の大型計算機を複数のユーザーが時分割で同時に利用する 仕組み。電話回線などを利用して遠隔地から利用することも可能だった。 1969年 パケット交換方式により北米の大学と研究所の4か所を接続しARPANETが始動。初期にはパケット交換を 行うIMP(Interface Message Processor)とネットワーク制御手順（Network Control Protocol：NCP)が使われた。1970年代
ARPANETを利用して計算機を遠隔操作するTelnetやファイルを転送するFTPさらに電子メールなどのネットワークを 利用するアプリケーションの開発が進みました。
1973年 ネットワーク相互間の伝送制御手順（Transmission Control Protocol TCP)が作られた 1980年代 1983年 1月1日からはARPANETのシステムがNCPからTCP/IPに移行。インターネットが始まった年と言われていま す。ARPANETはインターネットの基幹 ネットワークとして機能。 狭い意味でのインターネットとはIP（インターネットプロトコル）で相互接続されたネットワークの事を指します。IP ではIPアドレス（32ビットのデータ）で宛先を識別します。IPアドレスは重複しないように管理されています。 1984年 DNSが導入される。IPアドレスとドメイン名と呼ばれる名前との対応表を記憶してドメイン名からIPアドレスを 引く辞書サービスを提供するシステム。 1985年 NFSNetが作られインターネットの基幹ネットワークとなってゆく。ARPANETは1990年に解消。 1990年代
1990年 World Wide Webの最初のサーバとブラウザが作られ1991年に発表 1995年 NSFNetは民間へ移管
1.3 階層モデル
計算機ネットワークのシステムは非常に複雑なので一度に全部を考えることは困難です。そこで巧く階層に切り分け て役割分担を行う階層モデルが作られました。TCP/IP参照モデルやその後に作られたOSI参照モデルがよく知られ ています。 ネットワークを利用する機器やプログラムはほとんどが階層モデルに準じて作られています。このモデルを知っておく と、今後の話が理解がしやすくなると思います。 OSI参照モデル TCP/IP参照モデル 宛先の 識別 データの形状 7. アプリケーション層 アプリケーション層 WWWや電子メール等のア プリ データ 6. プレゼンテーション層 5. セッション層 4. トランスポート層 トランスポート層 TCP、UDP等 ポート番 号 16ビット TCPヘッダー+データ 送受信側のポート番号がTCPヘッダーに 含まれる 3. ネットワーク層 インターネット層 IP IPアドレ ス IPｖ4は 32ビット IPv6は 128ビッ ト IPヘッダー+（TCPヘッダー+データ） 送受信側のIPアドレスがIPヘッダーに含ま れる 2. データリンク層 ネットワーク インターフェース層 Ethernetやトークンリングな ど様々な種類が在る MACア ドレス （物理ア ドレス） Ethernet は48ビッ ト Ethernetでは上位層のデータ列に送受双 方のMACアドレス等のデータを追加したフ レーム単位で通信を行う 1. 物理層アプリケーション層
WWWやメールなどのアプリケーションプログラムが対応する階層です。これらのアプリケーションは直接に通信を行 うわけではなくトランスポート層が用意したサービスを利用してIPとポート番号で識別され たアプリケーションと通信を行 います。トランスポート層
インターネット層を利用してアプリケーション層からの要求に対応するのが役割です。例えばデータ落ちが無いよう に保障が必要なら、TCPが利用できます。TCPではIP層でパケットが失われた場合は失われた部分の再送を送信側に 要求します。インターネット層
既存のネットワークを相互に繋ぎIPアドレスで識別される機器の間でパケットの交換を行います。途中のネットワーク でデータの長さが制限される場合はパケットを複数のパケットに分割することもこの層の役割です。 OSI参照モデルの3層目に対応するレイアー3スイッチ（L3スイッチ）はIPアドレスを見て適切な配送を行うパケット交 換機器です。同じ役割を持つものにルータが在ります。ネットワークインターフェース層
ネットワークカードや対応したドライバーソフトで処理される部分。通信機器ごとに重複しないMACアドレスを持ち、 送受信の宛先にはMACアドレスが使われます。 OSI参照モデルの2層目に対応するレイアー2スイッチ（L2スイッチとかスイッチングハブ）はMACアドレスを見て適切 な配信を行う交換機です。※ MACアドレスと言う言葉は聞かれたことが在るかもしれません。重複しない特徴から、通信機器を特定する目的 で使われることもあります。
1.4 IPアドレスの設定
ＩＰアドレス（Internet Protocol Address）
IPアドレスは32ビットの値で2つの部分から構成されている。前半は機器が直接繋がっているネットワークのアドレス でネットワークアドレスと言います。後半はホストアドレスと言い、そのネット内での機器のアドレスです。 ＩＰアドレス＝ネットワークアドレス+ホストアドレス ネットワークの規模によって繋がる機器の数は様々なのでホストアドレス部に使うビット数も様々です。ここでネット ワークアドレス部とホストアドレス部の区切りを示すためにサブネットマスクが使われます。サブネットマスクは32ビットの 値で前半のビットが1の部分が ネットワークアドレス、後半の０の部分がホストアドレスの部分であることを示します。 ※ホストアドレスのビットが全て0や1のアドレスは特別な意味を持つので機器のIPアドレスとしては使えません。全て0 はそのネットワークのアドレス。全て1はその ネットワーク全体へのブロードキャストを行うアドレス。 グローバルＩＰアドレスの割り当て ＩＰアドレスはインターネット内での機器の識別に使われるため、勝手な値を使うことはできません。ＩＰの管理機関、 日本であればJPNICなどが各ISP（Internet Services Provider）に割り振り、ISPと契約した利用者にISPがIPを割り当てる のが一般的です。このようにIPの管理機関で割り振られたIPはインターネット内で重複することはありません。このような IPアドレスをグローバルIPアドレスと言います。グローバルIPアドレスを持つ機器の間ならインターネットで双方向の通信 が可能です。 ※ISPとの個人契約の場合は、機器にIPを一時的に割り当てることがほとんどで、使うたびにIPアドレスが変わること になります。IPが変わっては困る場合はISPと固定IPの割り当て契約が必要です。 ※インターネット接続する機器に、IPアドレス、サブネットマスクなどの情報を自動的に割り当てるDHCPサーバと呼 ばれるものがあります。DHCPサーバが用意された ネットワークであれば線を繋ぐだけでインターネットに繋がります。こ の割り当ては通常は一時的です。
Windowsのネットワーク設定
ここではDHCPを使わずに手動で設定する場合の例を示します。しかし、Windowsの既定値ではIPアドレスを自動的 に取得するとなっています。DHCPサーバが動いていて自動取得ができる ネットワークであれば 以下のような設定の 必要はありません。 IPアドレスは32ビットの値。ここで01を32個書いたのでは人間には分かりにくいので、8ビットづつを2進数とみて10 進数に変換した値で表現することが多い。 ドットで区切って10進数4個を並べるドット付き十進表記が一般的に使われ ます。 32ビットのIPアドレス 2進数32桁を8桁ごとに区切った表現 00001010 11001000 00001100 10010111 10進数4個での表現 10 200 12 151 ※上の場合 ドット付き十進表記で IPアドレスは 10.200.12.151 と表記 サブネットマスクはネットワークアドレスに対応する部分のビットを1にした値です。十進数の255は２進数の １１１１１１１１なので下の例は上位の24ビットがネットワークアドレスであることを示しています。 ネットワークアドレス部分が同じIPはL3スイッチやルータを経由することなく通信が行えますが、違う場合はL3スイッチへ まずはパケットを送ることになります。 32ビットのサブネットマスク 2進数32桁を8桁ごとに区切った表現 11111111 11111111 11111111 00000000 10進数4個での表現 255 255 255 0 ※上の場合 ドット付き十進表記で サブネットマスクは 255.255.255.0 と表記ゲートウェイは外のネットワークへの出口になるL3スイッチやルータのIPアドレスです。 ここではゲートウェイのホストアドレスは254となっています。255にしない理由を考えてください。 DNSサーバは「ibe.kagoshima-u.ac.jp」のようなドメイン名に対応する機器のIPアドレスを教えてくれます。ここを設定 しないとドメイン名では繋がらなくなります。この場合でもIPアドレスを指定すれば通信は可能です。 プライベートIPアドレス 自分のネットワークの内側でのみ有効なIPアドレス。上の画面のIPアドレスはこのプライベートIPアドレスです。従って このままではネットワークの外とは繋がりません。プライベートIPアドレスに指定できる値は下記のように定められていて 上の設定はクラスAの範囲内の値です クラスA 10.0.0.0-10.255.255.255 クラスB x 16 172.16.0.0-172.31.255.255 クラスC 192.168.0.0-192.168.255.255 NAPT パケットのポート番号とIPアドレスを付け替えること。プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに変換して外部と の接続を可能にするために使われます。返信を受け取る 時は、逆にプライベートIPに戻して当該機器へ配信します。 この教室の計算機からWebの閲覧を行うときはNAPTによってインターネットに繋いでいます。
設定の確認
Windowsの場合はコマンドプロンプトを開いてコマンド「ipconfig /all」とタイプしてエンターキーで実行すると次のよう にネットワークの設定を一覧することが可能です。
