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インターネットプロトコル実習

第２回：インターネットの基礎知識

石井啓之，小林勝

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はじめに

インターネットって何？

みなさんにはどう見える？

技術的にはどう説明される？

電話網とはどう違う？

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インターネットって何？

目に見えるもの：パソコン、携帯電話ウェブブラウザ　 IE, Firefox

この応用は多数ありますね（ホムペ、ブログ、 SNS、ショッピング、メール、・・・・）

メーラーOutlook Express, Thunderbird, 携帯のメール

ゲーム　　ネトゲ各種P2P 　　　 Winny

でも

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インターネットって何？

でも、これは正確にはインターネットでは無い！インターネットアプリケーションと呼ぶ

みんなに見えているのは、アプリケーションであってネットワークではない

それがインターネットの特徴とも言えますネットワークを使ったアプリケーションが自由に使える！！→だから発達した

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通信網（ネットワーク）とは

（大辞林より）ﾈｯﾄﾜｰｸ① テレビ・ラジオで、番組を送り出す局を中心

に、中継回線によって結ばれた、全国的な放送局の組織。放送網。ネット。

② コンピュータネットワークのこと net:網　 － work:－の構造 通信業界では，電気通信網のこと．単に

網 ( ﾓｳ ) とも言う．通信網とは情報を複数地点間で伝達するための電磁的手段を用いたシステムである．

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インターネットって何？

本来の意味で（遠隔地とつなぐ）ネットを使うことを意識するのはあまりないメールのアドレスを入れるとき

でもじかにアドレスを入れることはほとんど無いですね

ウェブの URLを入れるときお気に入りやブックマークから選ぶ

P2Pはもはや「通信相手」を選ばないで「コンテンツ」を指定して通信する

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電話網では？

目に見えるもの：電話機相手の電話番号を指定して通話する単一のアプリケーション（通話）のためのネットワークアプリケーションは自由に使えない

ユーザもネットワークを使っている（遠隔の相手とつなぐ）意識を持っているダイヤルして、呼び出し音を聞いて、応答があって通信

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インターネットの定義

The Internet, sometimes called simply "the Net," is a worldwide system of computer networks - a network of networks in which users at any one computer can, if they have permission, get information from any other computer (and sometimes talk directly to users at other computers).

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インターネットの歴史

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きっかけ

1960年ころまでコンピュータは１台ずつ独立して動いていた１台に複数の端末がつながっている形

1960年代初めころに、コンピュータを相互につないで効率よく処理をしようと、新しい通信方式である「パケット交換方式」が考案された

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コンピュータ間の通信の特性

計算処理

データ

データ

データ計算処理

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コンピュータ間の通信の特性

「とびとびに」しかデータは発生しない

しかしそのころネットワークは電話網しかなかった

電話は、まず「つなぐ操作（ダイヤル、呼び出し、応答）」を行って回線をつなぎ、そのあとはつなぎっぱなしで、最後に切る手順→コンピュータ間の通信には「無駄（使っていなくても回線はつなぎっぱなしになっている）」が多い

時間

データ データ データ

そこで

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パケット交換方式の発明

データ送るときだけ回線を使いたい電話型ではデータの有無に関係なくつなぎっぱなし

回線の空いてる時間は他の人が使いたい電話型では回線はひとりで占有する

パケット交換方式の発明：インターネットの始まりの始まり

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パケット交換方式とは

データをパケットと呼ぶ小包のようなものに入れて、小包毎に宛先を書く

途中の交換局では、届いたパケットをひとつずつ検査して宛先を確認して送っていく

料金は、基本的にパケットの数に比例する

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電話網型（回線交換）通信

エンド・エンドに回線という情報のパイプを設ける

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電話網型（回線交換）通信

ひとつの通信に１本のパイプがあるので，誰にもじゃまされない 一旦つながれば，速度は一定値を保証 (64kb/s) 電話には十分

黙っていると回線は空いたまま，ほかの誰も使えない 自由な速度で通信できない（電話以外の場合）

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インターネット型（パケット交換）通信

黙っているとき，回線はほかのパケットが使える（少ない回線ですむかもしれない）

すいていたら，ひとりで回線をめいっぱい使って通信できる 混んでくると，遅れたり，無くなったりするかもしれない

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インターネットの先祖

パケット交換方式の発明（ 1960年代初め）同時に３カ所で、個別にパケット交換方式が発明される

ARPAnetの実験開始（ 1960年代後半）世界で初めてパケット交換機 (IMPと呼ばれた ) が作られた：４つの局からネットワークが始まった

1972年には 15局に拡大

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ARPAnetとは

米国の国防省が、核攻撃を受けて部分的にネットワークが壊されても、残りの部分で通信を確保できる分散型ネットワークの開発という研究委託を大学に行った

集中型（中心が壊れると全体が動かなくなる）

分散型（部分が壊れても回り道でつながる）

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インターネットの発展（ 1970年代）

ARPAnetはひとつのネットワークでしかなかったが、それ以外の複数のネットワークが誕生し、それら同士をつなぐようになった

これがネットワークのネットワーク、すなわち「インターネット」という用語の誕生となった (1974年）

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つながるためには１

コンピュータ同士がつながってデータをやりとりしたり、さらにネットワークとネットワークがつながってデータをやりとりできるには

人と人が会話するように、ことばが共通であるべき

これを通信プロトコルと言って、手順（やりとりの順番や問題発生時の対処）と書式をコンピュータやネットワーク装置が理解できるよう、世界共通にするものが必要

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つながるためには２

プロトコルとして、今のインターネットで使われている TCP/IPの原形がこのときできた（ 1974年）

また、今のインターネットの接続方式として最もよく用いられているイーサネットもこのころできた（ 1976年）

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インターネットの発展（ 1980年代）

最初の発展の時代70年代の終わりに 200のコンピュータがARPAnetにつながっていたが、 80年代終わりには、数十万のコンピュータがインターネットにつながっていた

インターネットとは違うデータ通信サービスも発展したフランスでは各家庭に Minitel端末がおかれて、いろんな公衆データサービスが受けられた。

日本ではインターネット型ではないパケット交換ネットワークや ISDNが作られていた

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インターネットの爆発的発展（ 1990年代）

要因１： ARPAnetから NSFNET、商用ネットへ実験ネットワークは終了し、大学や研究所の間を結ぶネットワークとして NSFNETが登場した

1991年には、それまで研究目的にしか使えなかったインターネットが商用目的で使えるようになった

多くのインターネットサービスプロバイダ(ISP)が登場してきた

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インターネットの爆発的発展（ 1990年代）

要因２： WWW(World-Wide Web) ：「世界中に張り巡らされた蜘蛛の巣」の意味HTML,HTTP,webサーバ ,webブラウザの発明

GUI（マウスでクリック、移動できるユーザインタフェース）の発明により飛躍的に使いやすいブラウザが登場 :Mosaic/Netscape

単にホームページが作れるだけでなく、多くのアプリケーションがこの webで実現できている事実

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インターネットの爆発的発展（ 1990年代）

要因３：安価で使いやすいパーソナルコンピュータの登場コンピュータはとても高いものであったが、マイクロコンピュータの発明により、個人が所有できるパソコンが登場してきた

アップル・マッキントッシュで使われていた GUIで操作できる考え方を踏襲して、マイクロソフトがWindows95を 1995年に発売し、一気にユーザ数が増えた

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私のコンピュータ使用歴（家で）

最初に買ったコンピュータ（ 1992年頃）Apple Macintosh SE/30CPU68030 16MHzメインメモリ　 2MBHDD　なし（フロッピーに記憶）

モニタ　 9 インチモノクロ

定価 50万円くらい（自分は中古で買った (^_^;）

会社ではまずワープロが入り、その後 1987年頃に PC（マック）に置き換わった

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私のコンピュータ使用歴（家で）

二代目： Apple Macintosh LC 575 三代目： Pioneer MPC-GX1(Apple互換機）

この環境で、 1996年にホムペ開設四代目： Apple Power Macintosh8500/150

Windows初代： SOTEC PC STATION M350V現在のメイン：

DELL Domension 4600C（クラ） 2.3GHzVSPEC Type-S/SPORTS-2200+（鯖） 1.7GHz

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私のコンピュータ使用歴

1996,7年ころの自宅の机の上

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インターネットの爆発的発展（現在まで）

たくさんのアプリケーションが開発されて、インターネットがますます便利になり、いまや「インフラストラクチャ」にまでなった銀行、買い物、メール、ブログ、 SNS、 P2P

元々向いていない、音声や動画像までインターネットで転送できるようになってきたIP電話、 Gyao、 YouTube、にこにこ動画、ネトゲー

Everything over Internet の時代

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インターネットの構造

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インターネットの構造

アクセス網とコア網でできている コア網は多くのネットワークの集合体

アクセス網

アクセス網 アクセス網

アクセス網

アクセス網

コア網

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インターネットアクセス網の変遷

電話網ダイヤルアップモデムで最大速度 56kb/s

ISDNディジタル通信で最大 64または 128kb/s

ADSLアナログ電話線に ADSLモデム追加で数 Mb/sから 20Mb/s程度の下り速度（上りは 1Mb/s程度）

光ディジタル通信で最大 100Mb/s

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ダイヤルアップモデム

アナログ電話で通る周波数（人間に聞こえる音）にコンピュータのデジタル信号を変換するファクスのピーガーって言う音、あれです

初期のモデム：音響カプラー（ 0.3kb/s程度）

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ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line)

電話網

インターネッ

トＭＳ交

DSLモデム

スプリッタ

電話交換機

アナログ加入者線

データ

音声

コンピュータのデジタル信号を、高い周波数のアナログの信号に変換して送る

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光ファイバアクセス（ＦＴＴＨ）

複数の家庭で帯域を共有する方式

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光常時接続の屋内配線の例（我が家）

アナログｺｰﾄﾞﾚｽ

LAN

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LAN

LAN

PC

PC

ﾄﾞｱﾎﾝ（門柱）

アナログファクス

３Ｆ洋２ ３Ｆ和３３Ｆ洋３

２Ｆ居間

１Ｆ和２

LAN 10BaseT( ８極８芯 CAT5 ）アナログ ( ６極２芯）ただし、 A1,A2 は４芯ケーブル１本で同時配線

ケーブル種別

LAN

A3A1

A2

LANA1A2

S/T-1

A2

A1

ＣＤ管（２５㎜）ドアホン

ﾉｰﾄ PC

PC

B ﾌﾚｯﾂ

光終端

WA

N

無線

LAN

BB ﾙｰﾀﾉｰﾄ PC

ネットHDD

ｻｰﾊﾞ

ネットﾌﾟﾘﾝﾀ

光電

話

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光終端装置などの例

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コア網

ISPと IXIX(下図では IIJ）が ISP相互をつないでいる

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コア網の構成

ＬＡＮやコンピュータは ISPにつながる（アクセス網経由）

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コア網の構成

小さな ISPは大きな ISPにつながる

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コア網の構成

大きな ISPは IXにつながる

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コア網の構成

各国の IX同士がつながり、インターネットのコア網を作る

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要素技術：プロトコル

プロトコル（ Protocol ）はそもそも外交用語として使われていたもので「条約などの原案」「相互間の規約」などと称されていた．言語も文化も異なる国家間のいろいろな取り決めを定めた約束ごとという意味で「 Protocol」が使われている

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要素技術：プロトコル

ネットワークやコンピュータ間で，共通のことばや手順を細かく決めておく必要がある．

この取り決めが，人間の世界の共通言語であり，コンピュータの世界では「通信プロトコル」となる．

インターネット等で，多くの異なる装置をつなぐことができるのも，共通の取り決めである通信プロトコルの存在のおかげ

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階層モデル

階層（レイヤ： layer）とは

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OSI７層モデル

OSI(Open Systems Interconnection)階層モデル

応用層

ﾌﾟﾚｾﾞﾝ層ﾃｰｼｮﾝ層ｾｼｮﾝ

ﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄ層

ネットワーク層ﾃﾞｰﾀﾘﾝｸ層

物理層

応用層

ﾌﾟﾚｾﾞﾝ層ﾃｰｼｮﾝ層ｾｼｮﾝ

ﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄ層

ネットワーク層ﾃﾞｰﾀﾘﾝｸ層

物理層

ネットワーク層ﾃﾞｰﾀﾘﾝｸ層

物理層電気・物理条件

伝送誤りの制御

相手選択接続

エンドシステム間のデータ転送制御

会話単位の制御

データ表現形式の制御

データ意味内容の制御

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OSI７層モデル

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インターネットの課題

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インターネット型（パケット交換）通信

あふれてなくなったり，遅れたり

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セキュリティ(a)電話網型の例

(b)インターネット型の例

勝手につなげない。業者が管理していて安心回線は専有して盗聴されない情報パイプを専有

経路上の侵入，盗聴は不可能

情報の通り道は公共の道路

A>BA>B

A>B

A>B

侵入 ( なりすまし )

複製 ( 盗聴 )

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ＩＰアドレスはいつ不足するか

IPv4 アドレス寿命予測

1983 85 90 95 2000

05 10 15 2020

Year

5x109

4x109

3x109

2x109

1x109

0x109

割り当て可能アドレス

1995年における予測IETF(Internet Engineering Task Force)

ALE(Address Lifetime Estimation BOF)

IPv4アドレスの寿命2018±8年

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対策

ネットワークレベルでの処理経路を工夫する入力を絞るパケット損失に対応するプロトコル

セキュリティファイアウォールウィルス対策暗号

やることがいっぱいあります

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IPv4 から IPv6 へ

アドレス空間の拡大と経路制御の効率化 32ビットから 128 ビットのアドレス空間へ ( 従来の 7.9×1028

倍，バケツ一杯の砂の数が地球１個分の砂の数に )

セキュリティのサポート (IPv6 IPsec) IPパケットの暗号化と認証

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我が国のネットワークサービス加入数の推移

平成 18 年版　総務省情報通信白書より

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日本のインターネット普及率の変化

平成 18 年版　情報通信白書より

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広帯域アクセスの急速な伸び

平成 18 年版　情報通信白書より

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携帯インターネットの伸び

平成 18 年版　情報通信白書より

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自宅におけるパソコンからのインターネット接続方法の推移

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通信手段の変化（２年前との比較）

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ブロードバンド料金の国際比較（ 100kbps当たりの料金、 2003年度末）

平成 17 年版　情報通信白書より

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まとめ

これからの通信ネットワークは一体どうなっていくのだろうか？

Anything over Internet の状況は変わるか高速化のさらなる進展いろんな品質の実現ユビキタス：どこでも自由に通信

これから検討すべきことはまだまだたくさんあります