ファイルとその中身コンピュータにおける情報の表現ファイルとフォルダコンピュータの仕組み通信ネットワーク, インターネット情報の符号化, その限界コマンドラインプログラムの仕組み通信の符号化, その限界暗号簡単なプログラムの作成実行 Excel で計算データの可視化基礎的概

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あかりくまじ
5 years ago
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1 情報第 8 回田浦健次朗

2 ファイルとその中身コンピュータにおける情報の表現ファイルとフォルダコンピュータの仕組み通信ネットワーク, インターネット情報の符号化, その限界コマンドラインプログラムの仕組み通信の符号化, その限界暗号簡単なプログラムの作成実行 Excel で計算データの可視化基礎的概念 ( 本講義中では ) やや高度な概念実技実践

3 テーマネットワークの一般論 LAN インターネット IP, DNS, TCP アプリケーションプロトコル ( メール,Web) インターネット上の脅威暗号と認証

4 動機付けプロバイダに契約 + つなぐだけで世界中の HP が見られる理由セキュリティ事件がなくならない理由ネットショッピングが一応安全な原理 ( 暗号 )

5 通信とは? 情報の伝達手段, 媒体は様々声, ジェスチャー電圧の変化 ( 銅線 ) 電磁波 ( 無線 LAN, 携帯 ) 光のパルス ( 光ファイバ ) 情報を, 波によって伝達される信号に符号化する (etc. 電圧 HI = 1, 電圧 LO = 0)

6 信号の伝達だけでは解決されない話直接届かない相手との情報のやりとり多人数の参加者の中から特定の相手との情報のやりとりネットワークの機能

7 ネットワークの機能直接信号が伝達できない相手との通信 ( 中継 ) 指定された相手に情報を届ける ( 経路づけ, ルーティング ) B A A と通信したい! A C

8 よく目にするネットワークの構成機器 PC Ethernet スイッチ無線 LAN ステーションモデム (ADSL, 光 ) ポートルータ

9 ネットワークの基本要素アドレスネットワークへの参加者 ( ノード ) を識別する名前経路づけ ( ルーティング ) 宛先アドレスへデータを届ける道順, それを求める仕組み

10 ローカルエリアネットワーク (LAN) 実例 Ethernet 無線 LAN (IEEE ) AppleTalk, Token Ring ( 廃れた ) インターネット以前から, 少数の機器 (PC, プリンタ,etc.) を接続し, 共有するために使われていた

11 Ethernet について少しアドレス = Ethernet MAC アドレスすべての PC のネットワークインタフェースカード (NIC), Ethernet スイッチ, などについている一意な ID 例 : 00:16:6F:4E:5F:D4 2 桁の 16 進数 x 6 = 48 bit 上位 3 つはベンダを識別 (

12 Ethernet のルーティング機能 : スイッチと PC を, ループ ( 輪 ) を作らないようにつなげるだけで, 任意の MAC アドレスにデータ ( フレーム ) を届けられるようになる初期の機器 ( リピータハブ ) すべてのフレームをブロードキャスト今日の機器 ( スイッチングハブ, スイッチ ) 後述

13 リピータハブ受け取ったフレームは全部のポートに送信目的地へ届いたものは拾われるそうでないものは捨てられる単純だが明らかに無駄大規模化は不可能リピータハブ 00:16:6F:4E:5F:D4

14 スイッチングハブフレーム受け取り時に送信者アドレスとそのポートの組を記録する後でその送信者アドレス向けのフレームを受け取ったら, 覚えていたポートだけに転送 00:16:6F:11:22:33 00:16:6F:4E:5F:D4

15 Ethernet (LAN) のまとめつなげるだけで使えるように設計されている全世界規模への大規模化は困難リピータハブは言うまでもないスイッチングハブでも最初のブロードキャストつながれている全機器の数だけ, 各スイッチが MAC アドレスとポートの対応を覚える必要がある ( 不可能 )

16 インターネット 1969 年アメリカ ARPA による実験用のネットワーク ARPANET が前身インターネット = WWW ( ホームページの閲覧 ) や, メール ( だけ ) のことではない当初の技術的な位置づけ複数の LAN をつなぐことだから Inter Network = Internet

17 インターネットはそれまでのネットワークと何が違ったのか? 規模が大きい 2009 年 1 月で 6 億のホスト世界中をつないでいる複数の, 異なる規格の LAN をつなげる信号伝達の物理的な仕組みによらないネットワークの物理的な管理主体が一つでない多数の管理主体が協調的に管理している

18 規模 ( ホスト数 ) 出典 : Internet Systems Consortium

19 インターネットの核となる技術 IP (Internet Protocol) LAN を越えてデータ ( パケット ) を届ける ( 経路づけ ) DNS (Domain Name System) ホスト名とアドレスとの対応を保持するすべてのインターネットアプリケーションはこれを使って作られている

20 IP アドレス IP (Internet Protocol) におけるアドレス IP アドレスの例 Ethernet MAC アドレスと異なり, IP アドレスは機器に固有のものではなく, ソフトウェアによって設定される各 PC に最初から IP アドレスがついているわけではない

21 IP アドレスの形式 IP version 4 (IPv4) x.x.x.x (x はまでの数字 ) 8 bit 4 = 32 bit IP version 6 (IPv6) x:x:x:x:x:x:x:x (x は 16 進数で, 0000-ffff まで ) 16 bit x 8 = 128 bit 今日ほとんどの機器は IPv4 を用いている

22 インターネットプロトコル (IP) インターネットの技術的核心 Internet Protocol インターネットをしいて技術的に定義するならば, IP を使った通信方法のこと

23 IP の基本機能あらゆるネットワークの機能と同様である. つまり, 宛先 IP アドレスを指定されたデータ ( パケット ) を, その IP アドレスを持つ機器へとどける ( 経路づけ ) LAN の仕組みは大規模化できなかった

24 LAN の中の IP 通信宛先 IP アドレスそのマシンの MAC アドレスの変換をすれば OK その仕組み : ARP (Address Resolution Protocol) LAN 内にブロードキャスト ( この IP アドレスを持っている人は MAC アドレスを教えてください )

25 LAN をまたがった IP 通信パケットが複数 LAN を渡り歩く各ステップ (hop) では, ルータと呼ばれる機器がパケットを中継する (IP ルーティング ) ルータ通常のホスト LAN ( サブネット ) パケットの配送路

26 IP ルーティング機器 : IP ルータ, L3 スイッチ LAN におけるスイッチに相当ただし MAC アドレスではなく IP アドレスを元に宛先を決める LAN と LAN の境目に配置ルータ間で情報を交換して宛先 IP アドレス, ポートの対応付けを覚える LAN LAN IP ルータ

27 IP が大規模化できる理由一つの LAN にはまとまった IP アドレスの範囲を割り当てる例 : サブネットという IP ルータは個々の IP アドレスの経路を覚えずにサブネットや, より大きな範囲のアドレス範囲ごとに覚えるサブネット単位でのルーティング情報をやりとりする必要はあるが, そんなに激しく変わらない

28 自分の IP アドレスは? Mac, Unix: ifconfig コマンド Windows: ipconfig コマンドどの LAN につながっているかで IP アドレスは異なるある IP アドレスと通信できるか? Mac, Unix, Windows: ping コマンド ping IP アドレス指定された IP アドレスに向かって IP パケットを送り, 返事をもらうセキュリティの懸念からわざと答えない計算機もある

29 ある IP アドレスまでどのような経路で到達するか? Mac, Unix : traceroute コマンド Windows: tracert コマンド traceroute IP アドレス ping と似ているが途中のルータが表示されるセキュリティの懸念からわざと答えないルータが非常に多い

30 DNS Domain Name System IP アドレスよりも意味のわかりやすいホストの名前 (DNS 名 ) インターネット上で, ホスト名 ( 計算機名 ) として通常用いられる名前例 : mail.logos.ic.i.u-tokyo.ac.jp

31 DNS 名 A.A.....A 各 A はアルファベット, 数字, '_', '-' など IP アドレスとは原理的には無関係

32 DNS 名が使われる, よく見る場面ホームページの名前 (URL) の一部にホスト名を使うこのページは, というホストが持っているという意味メールの設定で,SMTP サーバ, POP サーバを指定せよと言われることがある. そのような場合に指定するサーバの名前も DNS 名その他ありとあらゆる場面で計算機の名前を指定するのに DNS 名が使われる

33 DNS の基本機能 DNS 名 IP アドレスの対応を覚える基本原理対応を保持する計算機 (DNS サーバ ) を配置し, その計算機に問い合わせるこれにはもちろん IP を使って通信する再び大規模化が課題

34 DNS 大規模化の課題世界で 1 台の DNS サーバにすべての対応を覚えさせる? 世の中で問い合わせが発生する度にその DNS サーバとの通信が発生一度実行した問い合わせの結果を覚えておく? 実際使われている ( キャッシュ ) 世界で一台の DNS サーバの負荷が大きい事は変わらない DNS サーバを多数用意して問い合わせの負荷を分散する

35 DNS 問い合わせの負荷分散世界には多数の DNS サーバがある個々の DNS サーバは一部の名前の問い合わせにしか答えられない ( 答えなくてよい ) この場合, どの名前の問い合わせは, どの DNS サーバへ送れば良いのか? が問題となるの IP アドレスを聞きたいのだがどの DNS サーバに尋ねれば良い? これを一台の計算機 (DNS サーバ問い合わせサーバ?) に保持させるのでは元の木阿弥に近い

36 DNS 負荷分散方式 DNS 名全体が ( ファイル名と似たような ) 階層構造木構造をなしていることに注意 1 台の DNS サーバが担当する範囲はこの木構造のある部分木ルート DNS サーバ X.ac.jp を担当する DNS サーバ X.u-tokyo.ac.jp を担当する DNS サーバ X.jp を担当する DNS サーバ X.com を担当する DNS サーバ X.google.com を担当する DNS サーバ X.ecc.u-tokyo.ac.jp を担当する DNS サーバ

37 DNS 負荷分散方式各 DNS サーバは親 DNS サーバ (u-tokyo.ac.jp 担当サーバであれば, ac.jp 担当サーバ ) 直接の子 DNS サーバ (u-tokyo.ac.jp であれば, ecc.u-tokyo.ac.jp, t.u-tokyo.ac.jp など ) の IP アドレスだけを覚えている ac.jp 担当 u-tokyo.ac.jp 担当 ecc.u-tokyo.ac.jp 担当 t.u-tokyo.ac.jp 担当

38 問い合わせの解決個々の計算機はどの DNS サーバへ問い合わせても良い問い合わせを受けた DNS サーバは, 自分が解決できる場合すぐに答える, 自分の子供が解決すべき問い合わせは子供へ転送たとえば u-tokyo.ac.jp 担当が, の問い合わせを受けたそれ以外は親へ転送

39 あのマシンの IP アドレスは? Mac, Unix: host コマンド Windows: nslookup コマンド host DNS 名 host IP アドレス名

40 まとめ : 一台のマシンをインターネットにつなげるのに必要な情報自分の IP アドレス自分が所属する LAN に割り当てられた IP アドレスの範囲 ( サブネット ) 自分のサブネット範囲外の IP アドレスを中継してくれるルータ ( デフォルトゲートウェイ ) DNS 問い合わせを投げる DNS サーバ (Primary DNS サーバ ) の IP アドレス

41 そんな大変な設定をした覚えはない? 自宅では PPP, DHCP という仕組みで自動設定されていることがほとんど情報が, PC に自動的に供給され, 設定されている誰が供給している? 典型例ブロードバンドルータ ( 使っている場合 ) LAN につながっているサーバ (DHCP サーバ ) ADSL ルータの向こう側にいるサーバ

42 理解の確認 : Web ブラウザでページが表示できるまで例 : の IP アドレスを求める 1-1. Primary DNS サーバの IP アドレスに問い合わせそのアドレスと自分のサブネットを見比べる. 多くの場合 DNS サーバはサブネットの範囲外 (LAN の外 ) そこでデフォルトゲートウェイに IP パケットを送り転送してもらう ( デフォルトゲートウェイは必ずサブネット内 )

43 1-2. 得られたの IP アドレスにこのページ (/index.html) を送れというリクエストを投げるここでもおそらくデフォルトゲートウェイ経由となる 1-3. めでたく返事 ( ページの内容 ) が得られて, ページがブラウザで表示される

44 つながらない理由と診断手段 IP アドレス, ゲートウェイ etc. の設定が失敗している ifconfig, ipconfig LAN の中に問題がある ping ゲートウェイの IP アドレス DNS に問題がある host サーバの DNS 名サーバが落ちている host サーバの IP アドレス

45 TCP IP : 信頼性のない通信送ったパケットは届かないかもしれない理由 : 機器の故障, 一時的な負荷増大 TCP : 信頼性のある通信一部の IP パケットが届かない場合, それらを再送するなどして, 任意のバイト列を失うことなく交換する仕組みインターネット上のほとんどのアプリケーションが TCP を用いている TCP/IP : インターネットの代名詞

46 アプリケーション層プロトコル TCP/IP によって, 任意の byte 列を, 世界中の計算機と交換する事ができる WWW, メール, IP 電話, ファイル交換ソフトなど, あらゆるインターネット上のアプリケーションは,TCP 上にさらなる取り決めを用いて必要な機能を実現している WWW: HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) メール : SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) POP (Post Office Protocol)

47 インターネットの安全性基本的な仕組みは, 全員が協調的に ( 悪意なく ) 動作することを前提にしている経路づけ DNS の分散管理正しい相手と通信していることを保証していない自分のパケットは経路上のルータ,LAN 内の他のホストなどに丸見え

48 ありうる攻撃の例 1 台の DNS サーバが侵入されたとするそれをもとに, 以降の DNS 問い合わせに嘘をつくはここですと答える LAN 中に攻撃者の PC が接続されたとする IP アドレス MAC アドレスの変換は LAN 内への broadcast で問い合わせてる (arp) ゲートウェイの MAC アドレスをゲートウェイより先に ( 嘘を ) 返してしまう

49 インターネットの安全性送ったデータは悪者に見られているという前提で考える. その元で以下を確信できるか? 認証 : 正しい相手と通信している機密性一貫性 : 中身を第 3 者に { 見ら変更さ } れていない

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