ローカルエリアネットワーク（LAN）の構築について

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あつとしかりこめ
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1 ローカルエリアネットワーク (LAN) 構築のための基礎知識高取祐介今回の講義資料 Pdf Pass :0513lan ( すべて半角 ) 7 月中に削除します 1

2 ネットワークとはネットワークとはコンピュータやプリンタなどの機器同士でデータをやり取りする仕組みネットワークの種類 LAN(Local Area Network) 物理的に近い範囲 (ex. 家庭内 LAN 研究室内 LAN) WAN(Wide Area Network) 物理的に離れた場所を繋ぐネットワーク 2

3 LAN( ローカルエリアネットワーク ) LAN でできることインターネット接続の共有データの共有などなど 3

4 LAN の構造必要なもの PC LAN スイッチ ( ハブ ) LAN ケーブル NIC( ネットワークインタフェースカード ) 構成スター型トポロジーバス型トポロジーリング型トポロジーさらにインターネットをやるにはブロードバンドルータが必要スター型トポロジー 4

5 インターネットと LAN 家庭ではインターネット接続業者 ( 通称プロバイダ ) を介して行うことが一般的ルータと呼ばれる機器を介してプロバイダに接続するルータとプロバイダの間に ADSL モデムや光回線終端装置 (ONU) が設置される場合もあるプロバイダモデムや ONU があることも 5

6 LAN で行われる通信 IP 通信インターネットやLANで使われる通信規約 ( 規約約束事 ) IP アドレスの構造 LAN で使う IP アドレスルータの機能 IP パケットの配送 6

7 IP 通信 : Internet Protocol に基づく通信コンピュータやネットワーク機器には一台一台を特定するために IP アドレスが個別に割り当てられる他のコンピュータやネットワーク機器と通信したい場合 IP アドレスで相手を特定する相手とのやりとりは IP パケットで行われる 7

8 IP アドレス (IPv4) IP アドレス (IPv4) 4byte(8bit 4=32bit) からなる数値通常は 1byte ごとに 10 進数に変換し. ( ピリオド ) で区切って表示する例 ) IPv4 で対応できる台数は 2^32 台 = 台 8

9 IP アドレスの構造 IP アドレスの構造例 /16 ネットワークアドレス長 192(= ) 168(= ) 168(= ) 1(= ) ネットワークアドレスホストアドレスネットワークアドレスネットワーク組織に与えられるアドレスネットワーク部の長さを示す場合は IP アドレスの最後に /( ネットワークアドレス長 ) を付加するホストアドレス組織内で割り振り可能なアドレス 9

10 インターネットで用いる IP アドレスインターネットに直接接続する機器にはグローバル IP アドレスと呼ばれる個別のアドレスが割り当てられる割り当て方法はネットワークアドレス + ホストアドレス割り当てられたアドレスは DNS サーバ ( 後述 ) に記録される LAN 用で使われる IP アドレスはグローバル IP では使用しないインターネット上には LAN 用アドレスの IP を持つ機器は存在しない 10

11 LAN で用いる IP アドレス IP アドレスは LAN では以下のいずれかのプライベート IP アドレスを使用する a) ( ネットワークアドレス長 8bit) b) ( ネットワークアドレス長 12bit) c) ( ネットワークアドレス長 16bit) 大体このアドレスを使うことが多い a) b) c) XXX.XXX を使用時に割り振れないアドレス XXX の箇所に 0 が入るアドレス XXX の箇所に 255 が入るアドレス 11

12 ルータ (Router) の機能ルータ (Route + er) IP 通信の中継をつかさどる : ルーティング機能ルータに届く IP パケットの宛先によって送信経路を決定する WAN 側コネクタと LAN 側コネクタを持ちインターネットと LAN との通信も制御する LAN 側 WAN 側それぞれのインタフェースに IP アドレスが割り当てられる Internet ルータ WAN 側 LAN 側

13 IP パケットの配送 IP パケット :IP ネットワークにおけるデータの塊 IP パケットは以下の 2 つのパートで構成される IP ヘッダ (IP header):ip パケットの配送などに必要な情報 IP ペイロード (IP payload): 相手に伝えるデータネットワーク上でパケットを送信するときヘッダには送信情報に送信元アドレス (Source:S) と送信先アドレス (Destination:D) が記録される IP パケット送信元アドレス宛先アドレスデータ部 IP ヘッダ IP ペイロード 13

14 Case:1 LAN 内の IP パケット配送 1. 送信パケットはルータに配送される 2. ルータはパケット内のアドレスを読み LAN 内のコンピュータ宛のパケットであることを認識する 3.LAN 内の宛先のコンピュータにパケットを配送する宛先 : 送信元 : ルータ IP パケット LAN 側

15 Case:2 LAN 外の IP パケット配送 1. 送信パケットはルータに配送される 2. ルータはパケット内のアドレスを読み LAN 外のコンピュータ宛のパケットであることを認識する 3. パケットの送信元アドレスを自分の WAN 側アドレスに書き換えて WAN 側に送信する IP マスカレードルータ IP パケット Internet WAN 側 LAN 側

16 IP 通信の基本がわかったところで Q1. LAN 内で自分の IP アドレスはどのように設定すればよいのか? ( これがわからないと IP ヘッダの送信元アドレスが指定できない ) Q2. 通信相手の IP アドレスはどうやって知るのか? ( これがわからないと IP ヘッダの宛先アドレスが指定できない ) IP パケット送信元アドレス宛先アドレスデータ部 IP ヘッダ IP ペイロード 16

17 自分のアドレスはどうやって設定するのか? 1. 自分で設定する同一ネットワーク内で複数 PC に同じ IP アドレス IP アドレスの競合通信不可 1. の場合はアドレス競合が起きる可能性が高い 2. 誰かに設定してもらう DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) ( 最近のルータはほぼこの機能を持っている ) このあたりのポリシーはネットワーク管理者による 17

18 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 1. アドレス設定を希望するコンピュータ ( クライアント ) はアドレスの割当を担うコンピュータ (DHCP サーバ ) を探すネットワーク内のすべてのコンピュータ ( アドレス ) 宛に IP アドレス割り当て要求を送信する 2. DHCP サーバは未割り当ての IP アドレスをクライアントに送信 3. クライアントは受信した情報 (IP アドレス ) を自分の IP アドレスに設定するクライアント一般 PC DHCP サーバ 1 DHCP 要求 ( ブロードキャスト ) 1 DHCP 要求 ( ブロードキャスト ) 1 DHCP 要求 2 割り当て IP アドレス情報を割り当て 3 IP アドレスが決定情報多くのルータは DHCP サーバ機能を備えている 18

19 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) ルータに DHCP 機能が実装されている場合には以下のようなルータクライアント PC 間のやりとりとなる DHCP サーバ 1 DHCP 要求 2 割り当て IP アドレス情報クライアント PC 19

20 アドレス解決 ~DNS~ 送信元のコンピュータはどのようにして通信相手のアドレスを把握するのだろうか? 例えば WEB を閲覧するとき URL( からどうやって相手のマシンのアドレスを知るのか? => DNS( ドメインネームシステム ) インターネット上には URL やメールサーバ名などから IP アドレスを調べて教えてくれるコンピュータが存在する (DNS サーバ ) 20

21 Internet DNS サーバ WEB サーバアドレス問い合わせ ele.kanagawa-it.ac.jp 2 アドレス解答 WEB データ要求 4 WEB データ送信 WEB サーバへのアクセス例ユーザ PC 1 WEB ブラウザに URL を入力すると URL を DNS サーバに問い合わせる ( アドレス問い合わせ情報を送信 ) 2 DNS サーバから WEB サーバの IP アドレスが返信される 3 この IP アドレスを宛先とする WEB サーバに情報送信要求をデータに含む IP パケットを送信する 4 WEB サーバからデータが送られ WEB ページを閲覧できる 21

22 LAN の構築 LAN の規格イーサネットイーサネット規格 :10Base-T/100Base-TX/1000Base-TX など数字は伝送能力を表す大きいほど能力大各規格の伝送能力を発揮するためにはその規格に対応した機器やケーブルが必要必要なものルータハブネットワークインタフェース LAN ケーブルなどスター型トポロジー 22

23 ルータの一例 (Buffalo WZR-1750DHP2) 有線接続はイーサネットケーブル利用ネットワークケーブルの接続端子 ( ポート ) が用意されているインターネット接続端子 (WANポート) LAN 端子 (LANポート) LAN 端子は足りなくなったらハブを利用して端子を増設する 23

24 ハブ ( スイッチング HUB) ハブ (HUB) の機能 LAN のネットワーク分岐機能 ( ルータの LAN 端子は HUB と同様の機能を持っている ) IP アドレスによるルーティング機能はない端子ごとに設定されている MAC アドレスによって回線を切り替える HUB は多段接続が可能ただし 2 台の HUB 間で 2 本のケーブルを接続するとループが生じネットワークエラーとなるので注意 24

25 MAC アドレスと IP アドレス (1) イーサネットフレーム送信元 MAC 宛先 MAC IP パケットのデータ MAC アドレス 00:1E:8C:89:FE:AA IP パケット送信元 IP ルータ宛先 IP データ HUB PC1 MAC アドレス 00:1E:8C:89:B1:5A PC1 PC2 の場合 1.PC1 は PC2 の IP アドレスから PC2 の MAC アドレスを調べる 2. 自分の MAC アドレスを送信元 MAC PC2 の MAC アドレスを宛先 MAC とするイーサネットフレームをつくり IP パケットを格納して HUB に送信する 3. イーサネットフレームを受け取った HUB は宛先 MAC アドレスを調べ, 対応する MAC アドレス宛にイーサネットフレームを送信する 4.PC2 は受け取ったイーサネットフレームから IP パケットを取り出しさらに IP パケットからデータを取り出す PC2 25

26 MAC アドレスと IP アドレス (2) イーサネットフレーム IP パケットルータ送信元 MAC 送信元 IP 宛先 MAC 宛先 IP IP パケットのデータデータ HUB PC1 MAC アドレス 00:1E:8C:89:FE:AA PC1 WAN 側機器の場合 1.PC1 は WAN 側機器の IP アドレスから MAC アドレスを調べる 2. 同一ネットワークに宛先が存在しないためルータ MAC アドレスを宛先 MAC とするイーサネットフレームを作り IP パケットを格納して HUB 経由でルータに送信する 3. イーサネットフレームを受け取ったルータは IP パケットを取り出し宛先 IP から送信先の MAC アドレスを調べ, 再度イーサネットフレームを作成し送信する 26

27 ネットワークケーブルケーブルカテゴリと対応するイーサネット規格 (Elecom の Web ページより ) LAN ケーブル (UTP ケーブル ) 現在はカテゴリ 5e 以上のケーブルを使えば OK ただし今後イーサネットの規格が発展することを考えるとより高いカテゴリのケーブルを使用することも選択肢になりうる特に長い配線や床下天井裏などを這わせるケーブルは後々取り替えるのが大変 27

28 無線 LAN(1) ネットワークケーブルの代わりに電波によってネットワーク機器を繋ぐ LAN Wi-fi について無線 LAN の規格 Wi-fi の認証を受けている機器同士は接続が保証される話を始めるととてつもなく長くなるので LAN 構築に関係ある部分をサラッと流す 28

29 無線 LAN と周波数帯電化製品の周波数帯は規格や使用国で異なる一般に 2.4GHz 帯と 5GHz 帯が使われる 2.4GHz 帯回折しやすいので障害物に強い多くの機器で使用される帯域なので干渉の影響が大きい 5GHz 帯減衰しやすく障害物に弱い対象機器が少なく現在のところ電波干渉の影響が小さいアプリケーションによる周波数利用状況のモニタリング 29

30 無線 LAN(2) 無線 LAN の規格 IEEE シリーズ ( アイトリプルイーエイトオーツードットイレブン ) [ 引用 ] Modular Instruments Address ac >> Evaluation Engineering 30

31 無線 LAN の構成 ( クライアント側視点 ) クライアントは AP が送出する制御信号 ( ビーコン ) から AP 情報を受け取る AP 情報 :SSID 信号強度セキュリティ無線規格などクライアントはアクセスポイントの SSID を指定して接続する接続後認証を行う認証技術 :WPA2 など無線 LAN では盗聴を防ぐためデータを暗号化して送信する暗号化技術には AES などがある 31

32 WPS(Wi-Fi Protected Setup) 無線の接続認証の方法のひとつクライアント側で WPS 接続の準備をする本体の WPS ボタンを押すとクライアントが見つかり次第 SSID とパスワード情報を自動的に転送する接続完了セキュリティには注意 32

33 研究室での LAN の利用について (1) 学内ネットワークからのケーブルにはルータを接続して LAN を構築した上で使用する学内のネットワークに直接接続は避けること学内ネットワークにウイルス感染 PC があると一発で攻撃を食らう XXX 感染 PC 以下を守らないと研究室のネットワークが学内ネットワークから切断される場合があります攻撃パケット YYY ZZZ ルータ LAN 側 AAA BBB CCC 個人 PC を接続する場合はセキュリティに注意すること Kingsoft Baidu 系は使用しないこと 33

34 研究室での LAN の利用について (2) Youtube ニコ動はネットワークに負荷をかけるため研究にかかわる場合を除き原則利用しないこと研究室内の複数コンピュータに同一のソフトウェアをネットから DL してインストールする場合には代表者が一度 DL したのち研究室内でファイルを共有してインストールすること複数人がそれぞれネットワークから自分の PC に DL するとネットワークに負荷がかかるインストールデータルータ LAN 側 34

35 まとめ家庭内や研究室に LAN を構築したい場合ルータハブケーブルなどを必要数用意するイーサネット規格に注意用意した機器を接続するルータには WAN 側端子と LAN 側端子があるので注意ハブとハブとの間に 2 本のケーブルが渡らないよう注意ルータの設定を行う WAN 側 IP アドレス ( プロバイダが用意 or 接続時に自動設定 ) DNS LAN 側 IP アドレスなど無線設定無線 LAN 規格セキュリティなど 35

情報通信の基礎

情報通信の基礎 2016 年 5 月 19 日 ( 木 ) 第 4 回授業 1 本日の予定グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス DHCPサーバ (IPアドレスの自動割り当て等) DNSサーバ ( 名前解決 ) MACアドレス ARP( アドレス解決プロトコル ) ネットワークの階層モデルアプリケーションを識別するポート番号 2 TCP/IP (Transmission Control