基本情報技術演習A

第12回

担当：植村

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講義内容

①オリエンテーション

②第01回2進数計算・浮動小数

③第02回論理演算とベン図

④第03回状態遷移図・ﾃﾞｰﾀ構造

⑤第04回ﾌﾛｰﾁｬｰﾄ・ソート

⑥第05回ｺﾝﾋﾟｭｰﾀの5台装置

⑦第06回メモリとハードディスク

⑧第07回補助記憶装置

⑨第08回ｸﾗｲｱﾝﾄｻｰﾊﾞｼｽﾃﾑ

⑩小テスト

⑪第09回ソフトとOS

⑫第10回プログラムの作り方

～冬休み～

⑬第11回データベース

⑭第12回ネットワーク

⑮第13回セキュリティ

※小テスト…第01～07回の内容

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ネットワークの基本

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ネットワークの基本構成 LAN(Local Area Network) と WAN(Wide Area Network)

5

ネットワークの基本構成

LANの接続形態（ネットワークトポロジー）

スター型

バス型

リング型

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通信方式

パケット通信

パケット：通信データを小さく分割したひとかたまり

ネットワーク回線

データをパケットサイズに細分化し、 荷札（ヘッダ）をつけて送る

ヘッダ情報を元にデータを 元の形に再構築する

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通信方式

大きなデータをそのまま送ると…

長時間他のユーザが データ通信できない

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ネットワークの基本形

コンピュータ同士をケーブルで直接接続する

→ ケーブルを伝わって信号は全体に流れる

送信

宛先が自分だと 受理

自分宛じゃないと 破棄

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OSI参照7階層モデル

10

OSI参照７階層モデル

上位層

第7層 アプリケーション層 具体的にどんなサービスを実現するか

第6層 プレゼンテーション層 データはどんな形式にするか

第5層 セッション層 通信の開始から終了までをどう管理するか

下位層

第4層 トランスポート層 通信の信頼性をどう確保するか

第3層 ネットワーク層 ネットワーク同士をどう中継するか

第2層 データリンク層 同一ネットワーク内でどう通信するか

第1層 物理層 物理的にどう繋ぐか

↑

↓

情報としての制御

電気としての制御

各層ごとに独立してルール（プロトコル）が存在する

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第7層 アプリケーション層

第6層 プレゼンテーション層

第5層 セッション層

第4層 トランスポート層

第3層 ネットワーク層

第2層 データリンク層

第1層 物理層

OSI参照７階層モデル

第7層 アプリケーション層

第6層 プレゼンテーション層

第5層 セッション層

第4層 トランスポート層

第3層 ネットワーク層

第2層 データリンク層

第1層 物理層

ネットワーク回線

A

電子メール 電子メール

B

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物理層の規格

Ethernet(イーサネット）

・多数のコンピュータが安価に通信するための通信技術

・OSIにおける物理層とデータリンク層を規定

・1983年にIEEE802.3規格として標準化

名称 通信速度 最大伝送距離 特徴

10BASE-2 10Mbps 185m 同軸ケーブル

10BASE-T 10Mbps 100m ツイストペアケーブルの使用

100BASE-TX 100Mbps 100m 同上

100BASE-FX 100Mbps 400m～20km 光ファイバー用

1000BASE-T 1Gbps 100m ツイストペアケーブル

1000BASE-TX 1Gbps 100m ４対のツイストペアケーブル

↓

身近に使われているもの

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物理層の規格 ツイストペアケーブル

2本の信号線がらせん状によってある（より対線） ４つの対線で構成され、うち２つの対線を送信、受信で使う

＋ ー

電磁波源 （雑音源）

隣同士で電流の向きが 逆方向のため、打ち消しあう

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物理層を扱う機器

リピータ

電気信号は距離に応じて減衰していくため、リピータで 減衰した電気信号を増幅・整流し、元の波形に戻す

リピータ

距離に応じて 減衰する

増幅、整形して 復元する

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データリンク層の制御技術

CSMA/CD ネットワーク内のパケット動向を監視する。

・ Carrier Sence ネットワーク上に他の送信者がいないか監視

・ Multiple Access 1つのネットワークを複数コンピュータで共有する

・ Collision Detection ネットワーク上のパケットの衝突を監視 衝突時は各コンピュータが時間差をおいて再トライ

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データリンク層で扱うアドレス

MAC(Media Access Control)アドレス

・ 6バイト(48ビット)の数値

・ ネットワークインターフェースカード(NIC)の製造時に

ROMに書き込まれており、物理アドレスとも言う

例： 04 : A3 : 43 : F3 : 8D : 10

製造会社ID : 04-A3-43 機種ID : F3 シリアルID : 8D-10

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データリンク層を扱う機器

ブリッジ

離れたネットワーク（セグメント）同士を繋ぐ機器。 MACアドレスでパケットの宛先のあるセグメントを判断

セグメントA

セグメントB

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データリンク層を扱う機器

リピーターハブ

複数コンピュータを繋ぐことによってネットワークを構成するための機器。たこ足配線機器のようなもの。

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データリンク層を扱う機器

スイッチングハブ

MACアドレスから判断し、スイッチによりネットワークを 繋げるもしくは離すことで、余計なパケット処理を減らし、 ネットワークを有効に利用する

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データリンク層を扱う機器

VLAN (Virtual LAN)

接続口でネットワーク（セグメント）を分けることが可能で、セグメントを超えて余分なパケットが流れず、効率的な運用が可能になる

セグメントA セグメントB

VLAN搭載ハブ

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

IPアドレス Internet Protocol アドレス コンピュータに割振るネットワーク上の識別番号 32bitの数値で表される。

11000000 10101000 00000001 00000011

192. 168. 1. 3

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

IPアドレスの種類

グローバルIPアドレス インターネットの世界に通じた全世界で通じるアドレス プライベートIPアドレス ごく狭い範囲（社内ネットワーク、学内ネットワーク等）で 通じるアドレス。このアドレスを割振られたコンピュータは インターネットに繋ぐには代理（proxyサーバ）を介して 通信する

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

IPアドレスのクラス

クラスA：ネットワークアドレス部 8bit + ホストアドレス部 24bit

0XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX コンピュータ 16,777,214 台 に割振れる

クラスB：ネットワークアドレス部 16bit + ホストアドレス部 16bit

10XXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX コンピュータ 64,434 台 に割振れる

クラスC：ネットワークアドレス部 24bit + ホストアドレス部 8bit

110XXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX コンピュータ 254 台 に割振れる

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

サブネットマスク クラスA～Cのネットワークアドレス部をさらに細分化する。 IPアドレスと同じように32bitの数値で表される ネットワークアドレス部26bit + ホストアドレス部6bitにする場合

11111111 11111111 11111111 11000000

255. 255. 255. 192

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

ネットワークアドレス部26bit + ホストアドレス部6bitにする場合

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

IPアドレスとサブネットマスクの併記

IPアドレスとサブネットマスクをひとまとめにして以下のような表記をすることがある。

例：192.127.85.152のＩＰアドレスを有するホストがあり、 そのネットワーク部が26ビットである時の表記方法

表記1: 192. 127. 85. 152 /26

表記2: 192. 127. 85. 252 /255. 255. 255. 192

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス

予約済みIPアドレス 特殊な用途・目的を持つIPアドレスで、コンピュータに 割振ることはできない。 ネットワークアドレス ネットワークそのものを表すIPアドレス。 ホスト部を全て0にしたアドレス ブロードキャストアドレス ネットワーク全体を表すアドレス。 ホスト部を全て1にしたアドレス サブネット内のすべてのコンピュータにパケットを送る

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ネットワーク層で扱うプロトコル・アドレス 例：133. 95. 102. 107 のIPアドレスのクラスとネットワーク アドレスとブロードキャストアドレスを求めよ 133. 95. 102. 107 →10000101 1011111 1100110 1101011 先頭が 10 なのでクラスB、クラスBはネットワーク部16bitより、 ネットワークアドレス 10000101 1011111 00000000 00000000 → 133.95.0.0 ブロードキャストアドレス 10000101 1011111 11111111 11111111 → 133.95.255.255

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ネットワーク層を扱う機器

ルータ

LANとLANを繋ぐ機器 IPアドレスが設定されており、 IPアドレスで接続先のルータを特定

Local Area Network (内輪)

Local Area Network (内輪)

ハブ

ハブ

ハブ

ルータ ルータ

インターネット（全世界）

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トランスポート層の制御技術（プロトコル）

TCPとUDP

TCP（Transmission Control Protocol）

・ポート番号によるアプリケーションの指定

・データが順番どおりに届いたか確認しながらやりとりする

→ 通常のアプリケーションがデータを送受信する場合に使用

UDP（User Datagram Protocol）

・ポート番号によるアプリケーションの指定

・主に短い制御用のデータを送受信する場合に使用

IPは普通郵便 ポート番号はパイプ

TCPは書留

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トランスポート層の制御技術（プロトコル）

ポート番号

通信を使用するアプリケーションを識別する番号 ポートは情報を流すためのパイプのようなもの

プロトコル 用途 ポート番号

DHCP クライアントへの自動IPアドレス割り振り ５４６、５４７（UDP)

DNS 完全修飾ドメイン名（FQDN)を IPアドレスに変換

５３（UDP)

SMTP メール送信 ２５（TCP)

POP メール受信 １１０（TCP)

HTTP HTMLデータの送受信 ８０（TCP)

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トランスポート層の制御技術（プロトコル）

TCPでは通信に先立ちコネクションを確立する。 この手順を３ウェイハンドシェイクと呼ぶ

サーバ クライアント

①コネクション確立要求 （宛先ポート、発信元ポート、問合せ信号）

②受信確認＆コネクション確立要求 （宛先ポート、発信元ポート、 受信確認信号、問合せ信号）

③受信確認 （宛先ポート、発信元ポート、受信確認信号）

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トランスポート層の制御技術 Proxy

・主に外部のWebサーバへのアクセスを代理で請け負う。 ・利用するホストが手動でブラウザに設定して使用する ・代理サーバとも呼ばれる

e.g. 学内から外部のWebサーバへのアクセスは、

プロキシサーバ：wwwproxy.cc.sojo-u.ac.jpを利用

プロキシサーバが代理で Webサーバにアクセス

インターネット

Webサーバ プロキシサーバ IPアドレス：202.16.128.19

プライベートアドレスを 有するLAN内のホスト

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トランスポート層の制御技術 DNS (Domain Name System)

インターネットを利用するホストは、通信の前にドメイン名からIPアドレスを取得する必要がある。

DNSサーバはクライアントからのドメイン名からIPアドレスの問い合わせ要求に回答する。

DNSサーバ

ホスト

① www.sojo-u.ac.jp のIPアドレスは？

② www.sojo-u.ac.jp のIPアドレスは 202.16.128.27

③ ＩＰアドレスを 用いてアクセス

www.sojo-u.ac.jp (202.16.128.27)

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トランスポート層の制御技術

NAT (Network Address Translator)

・NAT対応ルータがグローバルIPアドレスを保持

・外部への接続要求があったホストからのパケットの 送信元アドレスをルータのグローバルIPアドレスに変換

インターネット

LAN内のホスト プレイベートIP:10.1.1.1

NATルーター グローバルIP:202.10.11.5

パケット

送信元：10.1.1.1

パケット

送信元：202.10.11.5

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トランスポート層の制御技術

NAPT(Network Address Port Translator)

・NATの機能に加え、ポート番号も利用することで、 LAN内の複数ホストの同時外部接続を可能にする このような機能をIPマスカレードという

プライベートIP グローバルIP:ポート番号

ホストA 192.168.1.2 202.10.11.5 :2000

ホストB 192.168.1.3 202.10.11.5 :3000

インターネット

LAN内の ホストB

NATルーター グローバルIP:202.10.11.5

LAN内の ホストA

パケット

アドレス変換表に基づき、 送信元アドレス、ポート番号を変換

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トランスポート層の制御技術

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

ネットワーク上のホストにIPアドレスの自動割当てを行う DNSサーバの設定、サブネットマスクの設定なども行う

DHCPサーバ

IPアドレス データベース

どのMACアドレスのホストに どのIPアドレスが設定されているか を記憶しておく

② IPアドレスの配布 DNSサーバの設定 サブネットマスクの設定

① ネットワークに参加したいのですが、IPアドレスは何を使えばいいですか？

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上位層を扱う機器

ゲートウェイ

異なるプロトコル同士の通信の際、間に入ることで プロトコルの差異を変換し、両者を接続可能にする 例：携帯からパソコンへメールを送る時