第５回 ネットワークプランニング18　（ＣＳ・荒井）

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1 第 5 回 5/14 (CS 荒井 ) ネットワークプランニング スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 本資料は授業後 ( 数日以内 ) に WEB で閲覧できるようにします 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 1 今日の予定 2 進数と 16 進数 ( 1-5) イーサネットの種類と LAN ケーブル ( 復習 )( 2-1,1-3) TCP/IP とプロトコル ( 復習 )( 3-1) 各層におけるネットワーク接続機器 ( 復習 + ルータ ) ( 2-3,2-4) IP アドレスとアドレスクラス ( 4-1) 簡単な IP アドレスの計算 ルータによるネットワーク接続 ( 8-1) 演習 ;2 つの NW による具体的な NW 構成の設計 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 2 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 1

2 2 進数 16 進数の概略 8bit とは 2 進数で 8 桁ということ [ ]( 二進 ) ~ [ ]( 二進 ) 4bit 単位で区切ると便利 4bit は 2 の 4 乗分だけ表現可能 =16 通り [1111]( 二進 ) は [1 0000]( 二進 ) よりも 1 小さいので 16-1=15( 十進 ) 0~15 の 16 通り 8bit の 2 進数 binary と 16 進数 hexadecimal 4bit で区切る 例 ;[ ]( 二進 ) 各 4bit を 16 進数に変換するだけ [1111]( 二進 )=15( 十進 )=0x F( 十六進 ) [1010]( 二進 )=2^3+2^1=8+2=10( 十進 )=0x A( 十六進 ) 0x FA( 十六進 ) となる 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 3 イーサネットとケーブル イーサネット 伝送速度 長 媒体 トポロジー 10base-5(Thick) 10Mbps 500m 同軸 バス型 10base-2(Thin) 10Mbps 185m 同軸 バス型 100base-TX(Fast) 100Mbps 100m UTP(Cat5) スター型 1000base-T(Gigabit) 1Gbps 100m UTP(Cat5/e) スター型 1000base-SX 1Gbps 550m マルチモード光ファイバ 1000base-LX 1Gbps 5000m シングルモード光ファイバ Ethernet LAN( 参照 ; ネットワークエンジニアとして ) 同軸 UTP 光ファイバ 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 4 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 2

3 [ 復習 ] TCP/IP とプロトコル ( 概略 ) ( 2-1) OSI 参照モデルは 7 層 TCP/IP は 4 層 アプリケーション層 (OSI;L7~L5) HTTP, Telnet, FTP, SMTP, POP, DNS, SNMP など トランスポート層 (OSI;L4) TCP, UDP 信頼性のある通信の実現 インターネット層 (OSI;L3) IP, ICMP, ARP, RARP 最終の宛先までの通信経路選択 ( ルーティング ) データリンク層 & 物理層 ( インターフェース層 ) (OSI;L2 ~L1) Ethernet, FDDI, Token-Ring など 同一ネットワーク内での通信 物理的な規格 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 5 [ 復習 ] ネットワークデバイスの種類 ( 2-3,2-4) 層によって利用するネットワークデバイス ( 機器 ) ( ネットワーク接続機器 ) が違う 第 1 層 ( 物理層 ): リピータ 第 2 層 ( データリンク層 ): ブリッジ スイッチ アドレス ( ノードの識別 ): MAC アドレス セグメント : コリジョンドメイン 第 3 層 ( ネットワーク層 ): ルータ アドレス ( ノードの識別 ) : IP アドレス セグメント : ブロードキャストドメイン ネットワークセグメント ( コリジョンドメイン ) 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 6 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 3

4 [ 復習 ] LAN 構成の注意点 コリジョンドメインはなるべく小さくして ネットワーク上に流れる通信量を少なくする工夫が必要 配線になるべく無駄がなく コストがなるべく安くなり 変更にも柔軟に対応できる ネットワークトポロジを構成するのがよい 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 7 [ 復習 ] コリジョンドメインとブロードキャストドメイン リピータ (L1) は複数のセグメントを接続し 単一のコリジョン ドメインを形成 ブリッジやスイッチング (L2) は複数のコリジョン ドメインを接続し 単一のブロードキャスト ドメインを形成するが コリジョン ドメインは別々のまま データリンク層 (L2) で動くブリッジやスイッチング は 正常なフレームのみを中継し 衝突などによる不完全なフレームは中継しないため 接続されたセグメントはそれぞれ別々のコリジョン ドメインを形成することになる イーサネットでは ブロードキャスト ドメインが 1 つのネットワークセグメント ルータ (L3) は複数のネットワークを相互接続するが それぞれのネットワークは別々のブロードキャスト ドメインとなる ルータはブロードキャストを中継しない よく理解しておいてください! /05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 8 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 4

5 [ 復習 ] 第 2 層ネットワークデバイス (2) ( 2-3) ブリッジは フレームヘッダを解釈し データリンク層の宛先である MAC アドレスにより 宛先と送信元を識別する 最低 2 口のポートを有し 片側から片側へ中継する ラーニングブリッジ (MAC アドレス学習ブリッジ ) が一般的になり ある口 ( ポート ) に接続しているノードの MA C アドレスを覚え 不要なパケットは流さない スイッチは ハードウェアにより高速に動作する 一般的に 2 つの中継ではなくのように集線装置を兼ね スイッチングと呼ばれる 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 9 [ 復習 ] スイッチによる LAN 構成 ( 2-4) スイッチ ( スイッチング ) 及びブリッジは Layer2( データリンク層 ) で動作 L2 フレーム ( パケット ) を解釈し ヘッダーに書かれた宛先に届ける L2 での通信は CSMA/CD L2 での宛先は MAC アドレス IP アドレスではないことに注意 L2 でのセグメント化 コリジョンドメイン MAC アドレスフィルタリングやスイッチング技術 参照 ; アライドテレシス社 1 2 サーバ スイッチ 右に 2(MAC アドレス ) がないので中継しない サーバ 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 10 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 5

6 [ 復習 ] による LAN 構成 リピータ は Layer1( 物理層 ) で動作 ノード間での物理的なリンクの確立 は 4 段まで 4 を超えるを通ることはできない コリジョンは防げない コリジョンドメインはどんどん大きくなる 物理層でのデータ通信 サーバ 届け方については 2 層以上で 1 層では単純に伝送するだけ よって リピータ によってケーブルの延長的 集約的な効果はあるが それ以外の機能は特にない サーバ サーバ 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 11 [ 復習 ] 各部門でトラフィックが多い場合 各部門で非常にトラフィックが多い場合を考えてみよう 単に同士を接続した構成だと とサーバのやりとりでも隣の部門にパケットは流れる もちろんコリジョンによる破壊されたパケットも をスイッチに換えると とても良いが価格は高くなる スイッチを中心に を接続すると コリジョンドメインも小さくなり 余計なパケットが他部門に流れなくなる 機器の価格もそれほど高くなくて済む サーバ サーバ 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 12 スイッチ スイッチ サーバ サーバ スイッチ サーバ サーバ スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 6

7 異なるネットワークの接続 一つのネットワークとは IP アドレスのネットワーク部が同じ 詳細はこの後 異なる場所や違う組織 使い方が違うなど 別にした方がよい場合に 異なるネットワークとする 異なるネットワークを接続するには ルータ (L1) ブリッジやスイッチ (L2) では接続できない ルータで接続しただけでは駄目で ルータの設定 各 で設定が必要 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 13 インターネットプロトコル ( 3-1) TCP/IP: インターネット層におけるプロトコル OSI のネットワーク層 (L3) に相当 送信先までの経路を決定して パケットを配送する IP (Internet Protocol) を主とし ICMP, ARP, RARP などのプロトコル 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 14 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 7

8 IP (Internet Protocol) ( 3-1,3-2) インターネット層の主要なプロトコル 複数のネットワークが相互接続されたネットワークにおいて 通信相手を識別し データを届ける機能を提供するプロトコル L3 における識別アドレスは IP アドレス ルータは L3 で動作する機器で ネットワークとネットワークを相互接続する 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 15 IP アドレス ( 4-1) IP アドレス ( 論理アドレス ) は L3 インターネット層におけるノードの識別のためのアドレス 32 ビットの数値で構成 通常 8 ビット (1 オクテッド ) ごとに 4 つに分け 各々 10 進数 で.( ピリオド ) で区切って表記 例 ; など 16 進の 0x は書かないので注意 1 オクテッドは 10 進法で 0~ 進法で 00~FF ネットワーク部 + ホスト部 =IP アドレス どこで区切られるかは サブネットマスクで指定 オクテッド部分で区切るのが基本だが いずれのビット部分でも区切ることは可能 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 16 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 8

9 IP アドレスの割り当て IP アドレスの割り当ては NW 管理者の初歩的仕事の一つ ネットワークに接続するノード全てに IP アドレスが必要 IP アドレスはユニーク ( 重複してはいけない ) 一つのセグメント ( ネットワーク ) では IP アドレスのネットワーク部は共通 ホスト部のみが変化する ネットワーク部が の 3 オクテッドのセグメントの場合 ~ の 256 個の I P アドレスが存在する 但しこれら全てをノードに割り当てられるわけではない 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 17 アドレスクラス ( 4-1) IP アドレス ( 32 ビット ) のネットワーク部とホスト部の区切り方の基本的な分類として A,B,C の 3 種類のアドレスクラスがある 第 1 オクテッドの先頭 1 ビットが 0 であれば A 先頭 2 ビットが 10 であれば B 先頭 3 ビットが 110 であれば C 但し クラス A の 127 はループバックアドレスと言う特殊な用途で は自分自身を意味する管理用の IP アドレス クラス A は第 1 オクテッドのみネットワーク部で 第 2~4 がホスト部 オクテッド 第 1 第 2 第 3 第 4 サブネッ トマスク 上位ビット 第 1 Octed クラスA NW Host Host Host 8bit 0 1 ~126 クラスB NW NW Host Host 16bit ~191 クラスC NW NW NW Host 24bit ~223 具体的な IP アドレス範囲 ~ ~ ~ /05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 18 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 9

10 プライベート IP アドレスとグローバル IP アドレス ( 4-1) 32bit の IP アドレスつまり ~ は インターネットで使用してよい グローバル IP アドレス と 内部の閉じた空間のみで使用可能な プライベート IP アドレス に分けられている プライベート IP アドレスのネットワークを単純にインターネットに接続してはいけない 通常会社 大学などの内部ではプライベート IP アドレスを利用し 閉じた空間としている アドレス変換 (NAT) IP マスカレードなどの技術を利用して インターネットに接続 プライベート IP アドレスの範囲 ; クラス A: ~ ( クラス A 1 本分 ) クラス B: ~ ( クラス B 16 本分 ) クラス C: ~ ( クラス C 256 本分 ) 特に指定しない場合はプライベート IP アドレスを使用 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 19 簡単な IP アドレスの計算 ( 4-1) IP アドレスのホスト部の数だけ IP アドレスがある 但し 特殊なものとして ホスト部の全ての bit が 0 ネットワークアドレス ホスト部の全ての bit が 1 ブロードキャストアドレス よって 論理的に可能な IP アドレス数ー 2 個 = 実際に利用可能な IP アドレス数 例 ; クラス B の場合 クラス B は ホスト部が 2 オクテッド (16bit) 16bit(2 進数の 16 桁分 ) は 0x ( 十六 )~0x FF FF ( 十六 ) よって (256 の 2 乗 )-2=65,534 個の IP アドレスが付与可能 ( 論理的に接続できるノード数 ) 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 20 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 10

11 ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス IP アドレスは 32bit で 上位ネットワーク部 + ホスト部という構成 ネットワークアドレスとは ネットワークそのものを意味する特殊な IP アドレス ホスト部のビットが全て 0 例えば /24 のクラス C ネットワークの場合 ネットワーク部 3 オクテッド : ホスト部 1 オクテッド :[ ] 二進 =0 ネットワークアドレス = ブロードキャストアドレスとは ブロードキャスト ( 一斉同報通信 ) をする際の特殊な IP アドレス ホスト部のビットが全て 1 例えば /24 のクラス C ネットワークの場合 ネットワーク部 3 オクテッド : ホスト部 1 オクテッド :[ ] 二進 =255 ブロードキャストアドレス = /05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 21 ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスの例 例えば /16 のクラス B( プライベートアドレス ) のネットワーク ( のネットワークと呼ぶ ) の場合 B= 第 1,2 オクテッド : ネットワーク部 + 第 3,4 オクテッド : ホスト部 ネットワーク部 ; 上位 2 オクテッド : ホスト部 ; 下位 2 オクテッド : 全て 0:[ ]( 二進 ) =0.0 全て 1:[ ]( 二進 ) = ネットワークアドレス = ブロードキャストアドレス = /05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 22 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 11

12 異なるネットワークの接続 一つのネットワークとは IP アドレスのネットワーク部が同じ 例 ; クラス B において上位 2 オクテッドが同じ xx.xx はクラス B のネットワーク このネットワーク内に と を割り振ったノードを接続可能 上記はクラス B もしクラス C だとしたら不可能であることに注意 異なるネットワークを接続するには ルータ (L1) ブリッジやスイッチ (L2) では接続できない ルータで接続しただけでは駄目で ルータの設定 各 で設定が必要 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 23 ルータによるネットワーク接続 ( 8-1) ルータ ; ネットワークとネットワークの接続装置 ルータは L3 インターネット層で動作する ( 2-3) 2 つのネットワークを接続するルータの場合 このルータ 1 台において 2 つの IP アドレスが付与される スイッチは L1,L2 で動作する原則として端末の接続装置 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 24 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 12

13 演習課題 (1): クラス C2 本の NW 設計 (1) 2 本のクラス C ネットワークから構成される一つのネットワークを設計し Visio で描画しよう! A4 一枚内に収めること! 学籍番号と名前を記入! 2 本のネットワーク ( いずれもクラス C) は と のネットワークアドレスであるとする 各ネットワークにはスイッチ 1 台 ( 合計 2 台 ) を接続し 各スイッチには 2 台 ( 合計 4 台 ) を接続し 各には 2 台 ( 合計 8 台 ) を接続しなさい スイッチ 片側のネットワーク構成 もう片方も全く同じ構成とする ( 但し第 3 回と同様にサーバがあってもよい ) 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 25 演習課題 (1): クラス C2 本の NW 設計 (2) 2 本のネットワーク ( いずれもクラス C) は と のネットワークアドレスであるとする 必要なノードに対して全て IP アドレスを具体的に割り振って それらを記入しなさい などのユーザ利用機器は一番小さい数字から ネットワーク機器は一番大きい数字から割り当てること IP アドレスが不要な機器には割り振らないこと 各ネットワーク上の最大接続ホスト数を求めよ 計算式と結果を記入しなさい ルータ スイッチ スイッチ サーバ サーバ サーバ サーバ 上記のように 第 3 回分を利用してサーバがあってもよい 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 26 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 13

14 演習課題 (2):16 進数と 2 進数 課題 (1) の Visio に直接書き込んでください 電卓などのツールは使わず必ず自分の手で! 問 2-1: 次の 2 進数を 10 進数と 16 進数の各々で表現せよ (1) [0010] ( 二進 ) (2) [0011] ( 二進 ) (3) [0110] ( 二進 ) (4) [0111] ( 二進 ) (5) [1111] ( 二進 ) 問 2-2: 次の 16 進数を 10 進数と 2 進数の各々で表現せよ (6) 0x 7 ( 十六進 ) (7) 0x C ( 十六進 ) (8) 0x 10 ( 十六進 ) (9) 0x 11 ( 十六進 ) (10) 0x FF ( 十六進 ) 二進や十六進 0x などの記号は書かなくても OK です 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 27 今日のまとめ 2 進数と 16 進数 ( 1.5) イーサネットの種類と LAN ケーブル ( 復習 )( 2-1,1-3) TCP/IP とプロトコル ( 復習 )( 3-1) 各層におけるネットワーク接続機器 ( 復習 )+ ルータ ( 2-3,2-4) スイッチ ルータの各層における動作 IP アドレスとアドレスクラス ( 4-1) 簡単な IP アドレスの計算 ルータによるネットワーク接続 ( 8-1) 演習 ; (1)2 つの NW による具体的な NW 構成の設計 (2)16 進数 2 進数の計算 印刷して提出 (A4 一枚 ) してください 学籍番号と名前を忘れないように! 宿題 ;2 進法と 16 進法の計算 ( 1-5) とサブネットマスク ( 4-2) 教科書などで復習した上で 沢山計算練習をしておいてください 2,10,16 進数の相互変換計算が素早く正確にできるように 2018/05/14 第 5 回ネットワークプランニング ( 荒井 )18 28 スイッチ ルータによるネットワーク構成と IP アドレス 14