ネットワーク時代を正しく生き抜くためのネットワークリテラシー

なら情報セキュリティ総合研究所http://www.nariis.or.jp/

日置慎治

財団法人コンピュータ教育開発センター（ＣＥＣ）　　　　平成 1８年度　産業協力情報授業

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目標• インターネットは地球規模のネットワークである。

– 今やパソコンやサーバ等のコンピュータだけでなく、携帯電話や一般の電話までもがインターネットに繋がる時代になった。

– 上記のような通信機器だけでなく、家電製品までもがインターネットに繋がろうとしている。

– このようなネットワークはどのような仕組みで動いているのだろうか。

• これからの時代はネットワークのことを知り、それを活用できることが大切である。（ネットワークリテラシー）

• ネットワークの仕組を実習の要素を取り入れながら理解していくことがこの授業の目標である。

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インターネット：歴史と仕組み• 歴史

– 戦争（米ソの冷戦）がインターネットを作った。

• 仕組み– 世界で唯一の IP アドレス– ルータが宛先 IP アドレスに基づきパケットを

送る

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歴史 (1) スプートニックショック！

• １９５７年　ソ連が世界初の人工衛星「スプートニック」の打ち上げに成功

• 世界一だと信じていたアメリカの科学技術だが、実はソ連も同等かもしくはそれ以上の高い科学技術力を持つことを知りショックを受ける .　→　「スプートニックショック」

• 衛星を打ち上げるだけの科学技術力があればソ連に核爆弾落とされるかもしれない。　→ 　「なんとかしなければ」

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歴史 (2) 障害に強いネットワーク

中央にマザーコンピュータ

マザー

中央集権型 分散型

実験的な ARPANETが　　　　インターネットに発展した

障害に弱い障害に強い

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ルーターが大切な役割を担うルーターがパケットを自律的に配送

インターネットの発展のためにはルーターが不可欠

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ところでコンピュータが作られた背景は？

　戦争 インターネットコンピュータも！

1946 年実際の弾よりも速く弾道計算ができる ENIAC完成

その後も米国は ASCI計画を推し進め、スーパーコンピュータ分野で日本とともに世界をリードしていく・・・

ASCI計画では、原爆実験などを計算機で数値的に行うことにより環境破壊などがないことを利点としている

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ビット

• 「ビット」については、すでに、習っているはず！

• ３本の指で数えることのできる数は「１から３まで」ではなくて「１から８までだ」という人がいる、その理由は？

• コンピュータの理解に欠かせない２進数（ビット）

• ビットの計算ができないとこの授業についていけない！

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３本の指で数えることのできる数は

１から８まで• 3 本の指の状態を、上向き（↑）下向き（↓）で

表現すると、以下の８通り考えられる。 ↓ ↓ ↓、 ↓ ↓ ↑ 、 ↓ ↑ ↓、 ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓、 ↑ ↓ ↑ 、 ↑ ↑ ↓、 ↑ ↑ ↑

• 矢印を０と１に置き換えても同じことなので、　０００　，　００１　，　０１０　，　０１１　１００　，　１０１　，　１１０　，　１１１

• このように３桁の０と１の表現のことを３桁２進数あるいは３ビットと呼ぶ。

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４ビットで表現できるのは何通り？

• ００００　、　０００１　、　・・・と順に書いてみよう！

• ００００　、　０００１　、　００１０　、　００１１０１００　、　０１０１　、　０１１０　、　０１１１１０００　、　１００１　、　１０１０　、　１０１１１１００　、　１１０１　、　１１１０　、　 1111

• １６通りですね！

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ビットで表現できる数の種類• １ビットなら　０，１　の２種類• ２ビットなら００，０１，１０，１１の４種類• ３ビットなら０００，００１，０１０，０１１

　　　　　　　１００，１０１，１１０，１１１の８種類　・・・・・・・・・

• ８ビットなら００００００００から１１１１１１１１の２５６種類– ８ビットで０から順に書いてみよう！（後で）

• Ｎビットなら２ N 種類・・・わかるかな？

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２進数と１０進数の変換• ４ビット（４桁２進数）と１０進数の対応は• ００００ =0 、０００１ =1 、００１０ =2 、００１１ =3

０１００ =4 、０１０１ =5 、０１１０ =6 、０１１１ =7 ・・・１０００ =8 　　　・・・　　　　　　　　　　１１１１=15

１２４８ の位が０か１か

０１０１なら４と１の位が１なので４＋１＝５と計算

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８ビット：各桁８ビット２進数 １０進数

０００００００１ １００００００１０ ２０００００１００ ４００００１０００ ８０００１００００ １６００１０００００ ３２０１００００００ ６４１０００００００ １２８

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８ビット： ２進数から１０進数への変換２進数から１０進数への変換は前表を使い桁ごとに分解すれば簡単！

　　　　００００００１１→３つまり、２が１つと、１が１つで合わせて３００００００１１→３同様に　　　　０１０１０１０１　　　　　　→６４＋１６＋４＋１＝８５最大は１１１１１１１１→２５５

２の位 １の位

６４の位

１６の位

４の位 １の位

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８ビット： １０進数から２進数への変換

１０進数を 1,2,4,8,16,32,64,128 の和で表すことができ、その桁が使われているかどうか調べればよい。前頁の逆を例に取れば

３＝２＋１だから３→００００００１１同様に８５ ＝ ６４＋１６＋４＋１→０１０１０１０１考え方は？「８５の中に１２８はないが６４はある！残りは２１でこの中に

３２はないが１６はある・・・」　とやっていけばよい。

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IP アドレスは 32 ビットインターネットの世界で１台 1 台のコンピュータを識別す

るのはコンピュータの住所に相当する IP アドレスです。IP アドレスは世界中で重複しないように管理されています。

IP アドレスは 32 ビット例：あるコンピュータの IP アドレス、

10100000111101001001110010001010

さあ、これを覚えられますか？　

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IP アドレスのオクテット表記３２ビットで書いた IP アドレスは扱いにくいけれど、10100000111101001001110010001010

・８ビットずつ４つの部分に分けて、10100000 　 11110100 　 10011100 　 10001010・それぞれの部分を１０進数に変換して、１６０　　　２４４　　　１５６　　　１３８・間にピリオドを入れて表現すると、１６０．２４４．１５６．１３８となります。これなら案外覚えることができるでしょう。（８ビットのことをオクテットと呼ぶことがあるのでこの表記

のことをオクテット表記と呼ぶこともあります。）

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IP アドレスにおける注意点３２ビットで書いた IP アドレス（ビット表記）10100000111101001001110010001010と、オクテット表記、１６０．２４４．１５６．１３８は、あくまでも「同一」のものである！ということに注意しよう。「表現方法」が違うだけ。「オクテット表記は人間の理解を助けるためのもので基本はビット表記である」と考えるとわかりやすい。

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IP アドレス変換練習ビット表記⇔オクテット表記の変換を行え。

00100000101101001001010010001110・８ビットずつ４つの部分に分けて、

・それぞれの部分を１０進数に変換して、

・間にピリオドを入れて表現する　

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IP アドレスの２つの部分ネットワーク部とホスト部

IP アドレスは 32 ビット、　前後２つの部分に分けることができます。前がネットワーク部、後がホスト部です。　（前と後がどこで分かれるかは後で説明します）

　 32 ビットの IP アドレス＝ネットワーク部＋ホスト部

例：ネットワーク部＝教室を表す番号　　ホスト部　　　＝教室内で５番のＰＣ

例：ネットワーク部＝○ × 会社総務部を表す番号　　ホスト部　　　＝部内で１ 5 番のＰＣ

なぜ、ネットワーク部を知る必要があるのか？が重要。（これについては、次回以降に詳しく説明します）

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ネットワーク部とホスト部例：総務部にあるＰＣのＩＰアドレスが以下であった。

　 IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

この３２ビットのうち、総務部のアドレスを知りたい。ネットワーク部が２４ビットの場合には、頭から２４ビットをとり、

　ネットワーク部 101010101111000001010101

が総務部のアドレスであり、

　ホスト部　　　 　　 00001111

は、このＰＣが総務部の中の１５番ＰＣであることを示している。　ただし、ホスト番号は順番に付ける決まりなどないので、　１５番ＰＣというのは単なる番号であり、総務部には１台しかＰＣが

ないかもしれない。

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ネットワーク部とホスト部

例：ネットワーク部が１６ビットの場合IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットワーク部 1010101011110000

ホスト部　　　 0101010100001111

例：ネットワーク部が８ビットの場合IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットワーク部ホスト部　　　

10101010

111100000101010100001111

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（サブ）ネットマスクネットワーク部のビット数を指定する方法

ネットワーク部のビット数を指定する方法として、32 ビットのネットマスクを使い、ネットワーク部のビット

の数だけ先頭から１を並べ、残りを０とする。つまり、「ネットワーク部が１６ビット」という代わりに１を１６個並べた以下のネットマスクを使う。　　 11111111111111110000000000000000

例：ネットワーク部が８ビットの場合のネットマスクは　　 11111111000000000000000000000000

例：ネットワーク部が２４ビットの場合のネットマスクは

11111111111111111111111100000000

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ネットワーク部とホスト部ネットマスクを使って

例：IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットマスク 11111111111111110000000000000000

ネットワーク部 1010101011110000

ホスト部　　　 0101010100001111

例：IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットマスク 11111111000000000000000000000000

ネットワーク部ホスト部　　　 10101010

111100000101010100001111

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ネットワークアドレスネットワーク部の後ろに０を追加

IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットマスク 11111111111111110000000000000000

ネットワーク部 1010101011110000

ネットワーク　 10101010111100000000000000000000 　　　　アドレス　　　

10 進数表記で書くと（通常はこちらがよく使われる）

IP アドレス 　　１７０．２４０．８５．１５ネットマスク 　２５５．２５５．０　．　０ ネットワーク　 １７０．２４０．０　．　０ 　 　　　アドレス　　

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ネットワークアドレス計算IP アドレス 　　１７０．２４０．８５　．１５をもつＰＣがある。ネットマスク 　２５５．２５５．２５５．０であるとき、このＰＣが所属するネットワークのアドレスを計算した

い。計算方法（ビットで考える）IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットマスク 11111111111111111111111100000000

ネットワーク部 101010101111000001010101

ネットワーク　 10101010111100000101010100000000 　　　　アドレスネットワーク　 １７０．２４０．８５．　０ 　 　　　アドレス　　 10 進数

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ネットワークアドレス計算演習IP アドレス 　　１７０．２４０．８５　．１５をもつＰＣがある。ネットマスク 　２５５．０．０．０であるとき、このＰＣが所属するネットワークのアドレスを計算した

い。計算方法（ビットで考える）IP アドレス 　　 10101010111100000101010100001111

ネットマスクネットワーク部ネットワーク　 　　　　アドレスネットワーク　 　 　　　アドレス　　 10 進数

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ネットワークアドレスとネットワーク

「ネットワーク」は様々な意味をもつ。世界規模のインターネットもネットワークの１つである。ここでは「ネットワークアドレス」で指定される狭義の「ネットワーク」を考えてみよう。

BA

192.168.10.0 　ネットワーク

192.168.10.1255.255.255.0

DC

192.168.11.0 　ネットワーク

192.168.10.2255.255.255.0

192.168.11.1255.255.255.0

192.168.11.2255.255.255.0

A と B は同じネットワークアドレスを持つので同一の「ネットワーク」に存在している。 C と D も同一「ネットワーク」。A とＣは異なる「ネットワーク」。ネットワークアドレスで判断できる。

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ネットワークの境界にはルータ

「ネットワーク」同士を結びつける役割をもつ　コンピュータを「ルータ」と呼ぶ。つまり、「ルータ」はネットワークの境界に存在する。（昔、國境にあった関所のようなものだと考えてもよい）「ルータ」を通らずには他のネットワークに到達できない。

BA

192.168.10.0 　ネットワーク

192.168.10.1255.255.255.0

DC

192.168.11.0 　ネットワーク

192.168.10.2255.255.255.0

192.168.11.1255.255.255.0

192.168.11.2255.255.255.0

ルータ

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ルータの必要性• インターネットにおけるメッセージの送信は郵便局での手紙の送信を例に考えるとわかりやすい。

• 手　紙　　発信者→郵便局→・・・→郵便局→受信者• ネット　　発信者→ルータ→・・・→ルータ→受信者

– 郵便局に相当するのが「ルータ」というコンピュータ。– つまり、インターネットでのパケット（メッセージ）

のやりとりにはルータが必要である。• ただし、根本的に違う点がある。

– 宛先が送信元と「同じネットワーク」の場合は、ルータを経由せずに直接メッセージを送信。

– 宛先が「同じネットワーク？か違うネットワークか？」の判断するために、ネットワークアドレスを比較。

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同じネットワークかどうか？• 送信元：１９２．１６８．１０．１• 宛先　：１９２．１６８．１０．１０１• ネットマスク：２５５．２５５．２５５．０

ネットワークアドレスを計算してみると、どちらも

１９２．１６８．１０．０　であることがわかります。

したがって、２つは同じネットワークにあり、

お互いの通信は「直接」行います。

つまり、「ルータ」は経由しません。

ルータ

×

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同じネットワークかどうか？• 送信元：１９２．１６８．１０．１• 宛先　：１９２．１６８．１１．１• ネットマスク：２５５．２５５．２５５．０

ネットワークアドレスを計算してみると、

１９２．１６８．１０．０　と　１９２．１６８．１１．０

となり、異なることがわかります。

したがって、２つは同じネットワークになく、

お互いの通信は「ルータ」を経由して行います。ルータ

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同じネットワークの通信と違うネットワークの通信

B

F

ルータ１

C

E

ルータ２

G

A

D

１９２．１６８．１０．０ネット

１９２．１６８．１１．０　ネット

１９２．１６８．１２．０ネット

１９２．１６８．１３．０ネット

同じネットワークの通信違うネットワークの通信

A→B , E→D , F→G などE→F , B→E 　　　　　など

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ネットワーク通信に最低必要な３情報

• ＩＰアドレス– 世界中で唯一の住所

• ネットマスク– 通信相手が同じネットワークかどうかの判断に必要

• デフォルトゲートウエイの IP アドレス– 通信相手が違うネットワークに存在するときには、近くのルータ（デフォルトゲートウエイ）に通信を依頼する。このゲートウエイの IPアドレスが必要となる。

コンピュータがネットワークに繋がって通信できるためには、以下の３つの情報が適切に設定されている必要がある。（最低限必要な３つの情報）

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ネットワーク通信に最低必要な３情報

（ Windows ＸＰでの設定）IP アドレス , 　サブネットマスク , 　デフォルトゲートウエイ

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ネットワークの数は？（問題）

ルータ

ルータ

37

ネットワークの数は？（問題）

ルータ

ルータ ルータ

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ルータ A

ルータ B

経由するルータは１つとは限らない！

ルータは受け取ったメッセージを適切な他のルータに転送する　→　ルーティング

１９２．１６８．１０．０ネット

１９２．１６８．１１．０ネット

１９２．１６８．１２．０ネット

１９２．１６８．１３．０ネット

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ルータは複数のインターフェースを持つインターフェースとはルータとネットワークとの境界のこと

ルータ A

ルータ B

２つのインターフェース

３つのインターフェース

１９２．１６８．１０．０ネット

１９２．１６８．１１．０ネット

１９２．１６８．１２．０ネット

１９２．１６８．１３．０ネット

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インターフェースには名前がついている（ルータ B を例に）

ルータ A

ルータ B

s0e0

s1

１９２．１６８．１０．０ネット

１９２．１６８．１１．０ネット

１９２．１６８．１２．０ネット

１９２．１６８．１３．０ネット

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ルータの２つの仕事• ルーティングテーブル作成・維持

– スタティックルーティング（手動）とダイナミックルーティング（自動）

• パケットのフォワーディング（配送）– ルーティングテーブルに従い、

パケットの宛先に応じて適切なインターフェースから配送する

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ルータはルーティングテーブルに従い、

パケットをフォワーディング（配送）する

ルータ A

ルータ B

s0e0

s1

１９２．１６８．１０．０ネット

１９２．１６８．１１．０ネット

１９２．１６８．１２．０ネット

１９２．１６８．１３．０ネット

s0192.168.13.0

e0192.168.12.0

s1192.168.11.0

s1192.168.10.0

インターフェース宛先ネットワークルーティングテーブルパケットの配送を決めるための配送表で宛先とインターフェースの対応表。ここにない宛先のパケットは捨てられる

（上はルータ B の例）

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ルーティングテーブルをどういう仕組みで作るのか？ルーティングテーブルを作る２つの方法

・スタティックルーティング（静的ルーティング）　・・・管理者が設定

　（一度設定すれば、管理者が変更するまではそのままである）

　長所：ネットワークを無駄に消費しない

　短所：ネットワークが変更になる度に管理者が設定を変更する必要がある

・ダイナミックルーティング（動的ルーティング）　・・・ルータ同士が情報をやりとりして自動的に（定期的にあるいはネット　　　　　ワークの変更があった時に自動的に更新する仕組みがある）代表的なものに、 RIPやOSPFなどがある

　長所：ネットワークの変更に柔軟に対応できる

　短所：ネットワークの変更がなくても情報のやりとりがあり無駄な面がある

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ダイナミックルーティング例RIP の場合（１）

192.168.1.0 ネット

192.168.2.0 ネット

192.168.3.0 ネットe0

ルータ A ルータ B

e1 e0 e1

宛先 インターフェース192.168.1.0 e0192.168.2.0 e1

宛先 インターフェース192.168.2.0 e0192.168.3.0 e1

ルータ Aのルーティングテーブル

ルータ Bのルーティングテーブル

宛先 インターフェース192.168.1.0 e0192.168.2.0 e1192.168.3.0 e1

宛先 インターフェース192.168.1.0 e0192.168.2.0 e0192.168.3.0 e1

最初は直接つながっているネットワークの情報しかわからない

RIPによりそれぞれのルータが持つ情報を隣のルータ同士で交換した後は

ネットワークでつながっているあらゆるネットワークへの配送方法がわかる

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ダイナミックルーティング例　 RIP の場合（２）192.168.1.0 ネッ

ト192.168.2.0 ネット

192.168.3.0 ネットe0

ルータ A

e1

ルータ C

ルータ B

192.168.4.0 ネット

192.168.5.0 ネット

宛先 インターフェース192.168.1.0 e0192.168.2.0 e1

ルータ Aのルーティングテーブル

宛先 インターフェース192.168.1.0 e0192.168.2.0 e1192.168.3.0 e1192.168.4.0 e1

最初は直接つながっているネットワークの情報しかわからない

RIPによる情報交換１回目：ルータＢの情報を取得した宛先 インターフェース

192.168.1.0 e0192.168.2.0 e1192.168.3.0 e1192.168.4.0 e1192.168.5.0 e1

RIPによる情報交換２回目：ルータＣが最初持っていた情報を（ルータＢ経由で）取得した