コンピュータネットワーク第3回...tcp/ipの階層プロトコル通信規約とも...

コンピュータネットワーク第3回2013年5⽉10⽇（⾦）

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

2013/5/10 コンピュータネットワーク 3

通信の階層


Application

Transport

Internet

Link

PresentationSession

TransportNetworkData LinkPhysical

TCP/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（Link）

イーサネット、FDDI、X.25、ISDN、同軸ケーブル、UTP、光ファイバー

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

うための規格、⼿順、機能特性

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


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


データを送信元から宛先に運ぶ



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



データ通信


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る


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

各階層にサブセンタノードが存在する


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


WANとLAN


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


リンク層


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


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


データを送信元から宛先に運ぶ



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



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


直接接続リピータ・ハブを介した接続

リピータ

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 210BASE-T10BASE-F（10BASE-FP, 10BASE-FB, 10BASE-FL)

100Mbps 100BASE-T100BASE-T2100BASE-TX100BASE-FX100BASE-VG100BASE-VG AnyLAN

速度規格1000Mbps 1000BASE-T

1000BASE-TX1000BASE-CX1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-LH1000BASE-ZX1000BASE-PX10/201000BASE-BX

10Gbps 10GBASE-T10GBASE-CX410GBASE-SR10GBASE-LRM10GBASE-LR10GBASE-ER

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FCS

フレームチェックシーケンス

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）


データ送る全員に届く

CSMA/CD（２）


データ転送開始

衝突検出

バイナリ指数バックオフアルゴリズム

• 伝送路上の信号（搬送波（carrier））の有無を調べ、搬送波がない（＝伝送路が利⽤されていない）場合、ノードはフレーム伝送を開始できる

• 空き状態になるまで待つ

• 搬送波がない状態で伝送を開始するノードが複数存在すると、衝突が発⽣する

• フレームの衝突を出⼒と⼊⼒の信号を⽐較する⽅法でしらべる• 衝突を検知すると伝送を停⽌し、衝突発⽣を通知するための

ジャミング信号を送出する• ある時間の経過を待ち、フレームを再送する

• 再送開始の待ち時間を0から上限値の愛⼤でランダムに決める• 上限値は衝突回数の連続数による決定される

第1回課題：内容と提出物

課題内容◦ ⾃分の使っていた端末（PC）のMACアドレス

を調べる調べ⽅は⾃由です◦ CSMA/CDが現在ほとんど利⽤されていない理

由を以下のキーワードを⽤いて⽂章にしてくださいスター型ネットワークスイッチングハブ

提出内容◦ 利⽤した端末のMACアドレス◦ CSMA/CDが現在利⽤されていない理由


第1回課題：提出⽅法と締切提出⽅法

◦ 電⼦メール◦ MACアドレスはメール本⽂に記載◦ 「CSMA/CDが現在利⽤されていない理由」もメール本⽂に記載

メールタイトル（件名）に「[コンピュータネットワーク：（学籍番号）]」と⼊れること◦ akira.kanaoka＠is.sci.toho-u.ac.jp◦ （アットマークが全⾓になっていますので、半⾓に直してから送ってください）

締切◦ 2013年5⽉24⽇（⾦）18:00

注意：◦ 電⼦メールで提出した場合、必ず私から「受領しました」というメールを返信します。返信がない場合は、メールば届いていない可能性があります。課題提出後は、⾦岡からの受領メールを必ず確認してください。英語ではメール返信はしません

◦ データが全く同じ⼈達がいた場合、「最初に提出した⼈のみを通常の評価」にし、後の⼈は「半分の評価」とします


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