ボンドグラフと熱伝導解析による EHA熱解析ツールの開発

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きみかずしばもと
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1 今日の授業の概要計算機通信基礎 (4) 2014 年度九州工業大学大学院情報工学研究院塚本和也 2. インターネットの実験 2 2. インターネットの実験インターネットにおいてはネットワーク管理のためにネットワークの状態サーバの状態ホストの状態などを調べるソフトウェアツールが種々開発されているインターネットの仕組みを実感するためにこれらのソフトウェアツールを利用するこれらによりネームサーバの働きやルータによる中継によってパケットが運ばれる経路を調べることができる 3 2. インターネットの実験ツールを用いたインターネットの実験における注意点ツールは本来調査する対象のものが異常な状態になっていないかや異常な場合にどのように異常かを調べるなどのネットワーク管理に用いられるもので実験用ではないこれらのツールを用いるとそれらは実際にネットワークにパケットを送出し相手のホストやインターネットのサーバやルータに対して何らかの処理負荷をかけるさらに送出するパケットおよびそれへの応答パケットがネットワークの通信回線の一部を実際に使用するツールの使用はこれらのことを十分理解して行うべき 4 ドメインネームシステム (DNS) 階層的な名前 ( ドメイン名 ) 空間を備える階層的な名前空間の部分集合はゾーンと呼ばれ各ゾーンにネームサーバが割り当てられているネームサーバも階層的に配置され協調する様々なドメインに所属するホストの情報を分散管理することが可能になる # 以降では説明の便宜上複数ドメインからなるゾーンのことをドメインと呼ぶホスト名と IP アドレスの対応 nslookup DNS の機能を調べることができるソフトウェアツールネームサーバはリゾルバからホスト名を送られるとそのホストの IP アドレスを返す正引きその逆にホストの IP アドレスに対してホスト名を返す逆引き UNIX Linux および Windows 2000 以降の DNS リゾルバ ( クライアント ) Windows で利用可能 cse.kyutech.ac.jp の IP アドレスは? ネームサーバ ( サーバ ) xx.xx 6 1

2 nslookup の使用例 (1) ドメイン名が internet-u.ac.jp であるインターネット大学 ( 架空 ) においてその大学のホストである mirai の IP アドレスを調べる % および > は計算機からのプロンプト利用者の入力部分は太字 % nslookup Default > mirai.internet-u.ac.jp Name: mirai.internet-u.ac.jp 63 >quit 問い合わせたいホスト名ネームサーバのホスト名ネームサーバのIPアドレスホスト名ホストのIPアドレス 7 nslookup の使用例 (1) ( 続き ) 同一ドメイン内のホスト情報の問い合わせ 1. nslookup と入力するとそのドメインのネームサーバ情報が出力されているホスト名 ns.internet-u.ac.jp IP アドレス利用者が mirai.internet-u.ac.jp と入力これは対応する IP アドレスを尋ねている 3. その回答としてその回答を行ったネームサーバの情報と回答である mirai.unternet-u.ac.jp の IP アドレスを答えている 4. nslookup は quit と入力すると終了する 8 nslookup の使用例 (2) インターネット大学においてドメイン名がngi-u.ac.jpのNGI(Next Generation Internet) 大学のホストであるinfonetのIPアドレスを尋ねる少し前にネームサーバns.internet-u.ac.jpに同じホストの問合せがあった場合はキャッシュ (cache) として蓄積されておりそこから回答する場合がある応答が速くなる % nslookup Default > infonet.ngi-u.ac.jp 問い合わせたいホスト名ネームサーバのホスト名ネームサーバのIPアドレス Non-authoritative answer: Name: infonet.ngi-u.ac.jp Address: ホスト名ホストの IP アドレス 9 nslookup の使用例 (2) ( 続き ) 別のドメイン内のホスト情報の問い合わせ 1. ネームサーバ ns.internet-u.ac.jp は質問された情報を管理していない 2. そのためトップレベルのネームサーバに問い合わせトップレベルは関連する次の下位のレベルのネームサーバに問い合わせ最終的に ngi-u.ac.jp ドメインのネームサーバからホスト情報を得る 3. したがってネームサーバ ns.internet-u.ac.jp はこの情報を回答する際には自分が管理する情報ではないことを表す Non-authoritative answer ( 権威のある回答ではない ) と注釈を添えている 10 nslookup の使用例 (3) インターネット大学のウェブサーバのホストについて尋ね複数の IP アドレスが返される場合参照頻度が高いウェブサーバは同じ名称を付けた複数の計算機に対応させる場合があるこれによりスムーズな応答が可能 % nslookup Default > Name: Address: , , ホストのIPアドレス 11 一つのホストが複数の IP アドレスを持つ場合もあるあるホストが複数のネットワークインターフェースを備え複数のネットワークに接続していると複数の IP アドレスを持つことになるルータの役割をする計算機など nslookup の使用例 (4) IPアドレスを入力してそれを持つホスト名を尋ねる場合 % nslookup Default > Name: mirai.internet-u.ac.jp 63 問い合わせたいホストのIPアドレスネームサーバのホスト名ネームサーバのIPアドレスホスト名ホストの IP アドレス 12 2

3 (b) 電子メールサーバの情報 DNS ではネームサーバが質問されたドメインのメールサーバ ( メールエクスチェンジャーと呼ばれる ) のホスト名と IP アドレスを答える MX(Mail exchange) レコード DNS においてあるドメインとそのドメインのメールサーバのホスト情報が記述されたもの nslookup に q=mx オプションをつけることにより, 問い合わせが可能 13 メール送信者ホストA 大学ネームサーバ 2 ホスト B のメールサーバは? 1 電子メール送信 SMTP メールサーバ ( xx.xx) 3MX レコードを送信 4 電子メール送信 SMTP メールサーバ (133.5.xx.xx) 大学 5 電子メール受信要求 6 電子メール送信 POP IMAP メール受信者ホスト B 14 MX レコードの問い合わせ例ドメイン名が internet-u.ac.jp であるインターネット大学においてドメイン名 ngi-u.ac.jp の MX レコード情報を問い合わせた場合 % nslookup -q=mx ngi-u.ac.jp Non-authoritative answer: 優先度メールサーバ Ngi-u.ac.jp preference = 20, mail exchanger = mx2.ngi-u.ac.jp Ngi-u.ac.jp preference = 10, mail exchanger = mx1.ngi-u.ac.jp Authoritative answers can be found from: Ngi-u.ac.jp nameserver = ns.ugi-u.ac.jp Mx2.ngi-u.ac.jp internet address = Mx1.ngi-u.ac.jp internet address = MX レコードの問い合わせ例 ( 続き ) 1. internet-u.ac.jp ドメインにおいて質問しているためそのネームサーバ ns.internet-u.ac.jp が答えている 2. 質問は ngi-u.ac.jp ドメインの mail exchanger( メールサーバ ) のホスト情報 3. 回答 ngi-u.ac.jp のメールサーバは mx2.ngi-u.ac.jp と mx1.ngiu.ac.jp でありそれらの IP アドレスが返されている preference はプレファレンス値 ( メールサーバの優先度 ) を表しており小さな値を持つサーバほど優先度が高い一番高い優先度を持つサーバが最初に選択されメールが配送されるもしそのサーバが停止しているなどのためメールの配送を失敗すると次に優先度の高いサーバにメールを配送する今回の例だとまず mx1.ngi-u.ac.jp 次に mx2.ngi-u.ac.jp 16 DNS におけるドメイン木構造各ドメインは各自で管理され全体としては分散管理されているドメイン名は企業や大学などの実際の組織に対応している uk go kyutech.ac.jp ドメインルート jp ac kyutech cse www edu co com 17 whois ある組織に関する情報ネームサーバ使用している IP アドレスに関する情報はサーバにおいてデータベース化されているそれを参照するソフトウェアツールコマンド whois は UNIX で使用可能 Windows で使用したい場合は次の URL で Web サーバを通じて実行することが可能 nic.ad.jp 社団法人日本ネットワークインフォメーションセンター (Japan Network Information Center: JPNIC) のドメイン名 18 3

ドメインの情報取得の例 whois サーバである whois.nic.ad.jp に対してドメイン名 internet-u.ac.jp に関する情報を問い合わせている % whois -h whois.nic.ad.jp internet-u.ac.jp Domain Information: [ ドメイン情報 ] a. [ ドメイン名 ] INTERNET-U.AC.JP f.

4 ドメインの情報取得の例 whois サーバである whois.nic.ad.jp に対してドメイン名 internet-u.ac.jp に関する情報を問い合わせている % whois -h whois.nic.ad.jp internet-u.ac.jp Domain Information: [ ドメイン情報 ] a. [ ドメイン名 ] INTERNET-U.AC.JP f. [ 組織名 ] インターネット大学 g. [Organization] Internet University h. [ 郵便番号 ] i. [ 住所 ] 東京都 ******* k. [ 組織種別 ] 大学 l. [Organization Type] University p. [ ネームサーバ ] ns.internet-u.ac.jp s. [ 使用 IPネットワーク ] ドメインの情報取得の例 ( 続き ) 与えられたドメイン名に対応する組織に関する情報が返されているそのドメインが使用している IP アドレスが表示されているとなっているのはがそのドメインのネットワークアドレスであることを示している IP アドレス ( 第 4 章で詳しく説明 ) は 32 ビットのうち上位のいくつかのビットがネットワークアドレス部であり続く残りの下位ビットがホストアドレス部を示している IP アドレスは申請に応じて各組織に割り当てられる際にネットワークアドレスの部分だけが割り当てられ残りのホストアドレスの部分はその組織内で管理される 20 ネットワークの情報取得の例 whois サーバである whois.nic.ad.jp に対してネットワークアドレスを使用しているドメインの情報を問い合わせている Web サーバを介した whois の実行例 % whois -h whois.nic.ad.jp Network Information: [ ネットワーク情報 ] a. [IPネットワークアドレス] b. [ ネットワーク名 ] INTERNET-NET f. [ 組織名 ] インターネット大学 g. [Organization] Internet University h. [ 郵便番号 ] i. [ 住所 ] 東京都 ******* p. [ ネームサーバ ] ns.internet-u.ac.jp 目次 Web サーバを介した whois の実行例 ( 続き ) 2. インターネットの実験

5 インターネットにおいてはデータは IP データグラムを単位としてホストからホストへ運ばれるが宛先ホストまでの到達性を調べるツールおよび宛先ホストに至る経路を調べるツールが存在する ping ホストからホストへの IP データグラムの到達性を調べるツール tranceroute ホストからホストへの経路を調べるツール (a) 到達可能性の実験 (ping) ping は UNIX Windows で利用可能 ping はホストあるいはルータにある特殊なパケットを送りそれを受け取ったホストもしくはルータはそれに対して応答パケットを返す特殊なパケット ICMP(Internet Control Message Protocol) のエコー要求パケット (ICMP Echo Request) それに対する応答パケット ICMP のエコー応答パケット (ICMP Echo Reply) エコー要求パケット 25 エコー応答パケット 26 ICMP(Internet Control Message Protocol) IP によるデータの配送には信頼性がなくネットワーク内の異常な状態に対応する機能は備えていない ( このことについては第 3 章で詳しく ) ICMP は IP のそのような特性を補う機能を提供インターネット内の異常な状態やエラー状態をホストに通知したり遠隔ホストやルータの状態に関する問い合わせを可能にするプロトコル ping は ICMP の機能を用いてネットワークやホストの状態を調べ遅延等の結果を表示するデータの到達性および経路に関する実験 ping コマンドの使用例ホストへの到達性およびその状態を調べる場合 % ping PING ( ): 56 data bytes 64 bytes from : icmp_seq=0 time=11 ms 64 bytes from : icmp_seq=1 time=13 ms 64 bytes from : icmp_seq=2 time=10 ms ( 途中略 ) 64 bytes from : icmp_seq=6 time=20 ms 64 bytes from : icmp_seq=7 time=21 ms 64 bytes from : icmp_seq=9 time=18 ms ^C PING Statistics packets transmitted, 9 packets received, 10% packet loss round-trip (ms) min/avg/max =10/14/21 28 ping コマンドの使用例 ( 続き ) パケット送信した場合の宛先ホストまでの到達性と往復遅延時間 (round trip time, RTT) が表示されている 2. icmp_seq は ping が ICMP というプロトコルを用いてパケットを送信していることを示しそれらのパケットの番号が示されている 3. icmp_seq=7 までは順に届いているが次に icmp_seq=9 に飛んでいるこれは送信された 10 パケットのうち icmp_seq=8 のパケットが消失したことを示している 4. 戻ってきた 9 パケットの往復遅延時間の最小平均および最大値が表示されている 29 パケットが消失する原因 1. パケットを受け取ったホストが過負荷のため処理し切れずパケットが破棄される 2. ネットワークが混雑しパケットがネットワーク内で破棄されるネットワークの混雑のことを輻輳 (congestion) と呼ぶネットワーク内のルータに到着するパケットが一時的にそのルータの処理能力以上に到着したために処理しきれずにそのルータの中のメモリー ( バッファ ) が一杯になりさらにその際に新たに到着したパケットがバッファに入りきれずに破棄されてしまうことになるパケットが破棄されたことを検出しそれを再送する制御を行うパケットの送信量を制御するフロー制御を行う 30 5

6 ネットワークが混雑 1 バッファがいっぱいになる Si ルータ輻輳 (congestion) (b) 経路の確認 tranceroute あるホストから宛先ホストへ到達するにはいくつかの中継ルータを経由しているがそれら途中の中継機器の名前や IP アドレスおよび各中継機器までの往復遅延時間を知ることができる Windows では tracert コマンドどこを通っているか? クライアントサーバ 2 パケットが破棄される traceroute コマンドの使用例ホスト中継ルータについてはIPアドレスで表示されているオプション -a を指定すると機器のホスト名がFQDN(Fully Qualified Domain Name) 形式で表示される % traceroute n traceroute to ( ), 30 hops max, 20 byte packets ms 1 ms 1 ms ms 3 ms 3 ms ms 6 ms 7 ms ( 途中略 ) ms 12 ms 20 ms ms 13 ms 20 ms 33 traceroute コマンドの使用例 ( 続き ) インターネット大学のあるホストから NGI 大学のウェブサーバまで 6 台のルータを経由し 7 回目で目的のウェブサーバに到着ホップ (hop) とは機器を経由することを意味し NGI 大学のウェブサーバまで 7 ホップであることを意味する各ホップに対して 3 つの往復時間が示されている各ホップごとに 3 回調べているからである 30 hops max とは最大 30 ホップまで調べることを示す 34 traceroute の方法 IP データグラムには宛先 IP アドレスを書き込むためのヘッダがありそこには他にも様々な情報が書き込まれる IP データグラムのヘッダにはその生存時間 (Time To Live, TTL) を表すフィールドがあるこれは IP データグラムが長い間ネットワーク内を転送され続けることを防ぐために設けられている送信の際には IP データグラムの生存時間フィールドにある値を書き込み中継ルータにおいては 1 ずつ減少させ 0 になるとその IP データグラムは破棄される IP データグラムの破棄と同時に ICMP は TTL 超過が生じたことを異常な状態と認識し ICMP エラーメッセージを生成しその IP データグラムの送信ホストに知らせる 35 tranceroute の方法 ( 続き ) 1. TTL を 1 としてパケットを送る 2. 1 ホップ目のルータからエラーメッセージが返ってくる 3. これを 3 回行い 3 パケットの ICMP エラーメッセージが返送され往復遅延時間が計測される 4. 次に同様のことを TTL とを 2 として行いさらには宛先ホストに到着するまで TTL を増加させる経路制御送信ホストから宛先ホストまでパケットが届けられるためにはいくつものルータを経由するルータは到着パケットの宛先を理解しそれをもとに適切な経路を選択し次のルータに転送する 36 6

7 ping と traceroute の利用シーン 1. ネットワーク管理者がネットワークの何らかの異常を認識 2. あるホストまで到達できないことを ping で確認 3. どこの中継ルータまで到達できているかを traceroute で調査 ping と traceroute の結果について ICMP パケットを用いており相手ホストもしくはルータに処理負荷をかけてしまうためこの種のパケットを受けつけなかったりする場合がある受け付けた場合でも最も低い優先度を与える場合もある従ってこの種のコマンドで得られるネットワーク遅延時間の正確さは保証されない 37 アプリケーションプログラムの ftp と telnet を用いた実験プログラム ftp( 小文字表記 ) はプロトコル FTP( 大文字表記 ) を用いるプログラム telnet( 小文字表記 ) はプロトコル TELNET( 大文字表記 ) を用いるアプリケーションプロトコルはその下の層のトランスポートプロトコルに支えられているトランスポートプロトコルには TCP と UDP の 2 種類があるが HTTP も SMTP も FTP も TELNET もトランスポートプロトコルとして TCP を用いる 38 (a) ファイル転送 (ftp) インターネット初期から 1995 年ごろまではファイル転送がインターネットの主な目的であった FTP (File Transfer Protocol) を利用し任意の長さのファイルの転送を可能にするサーバ側でユーザの認証を行い認証が成功すればユーザに許可を与えそうでなければアクセスを禁止する情報を開放するために認証を行わない匿名 FTP サーバ (anonymous FTP server) もある ftp 利用開始 ftp ホスト名を入力するとそのサーバに接続されサーバからユーザ名とパスワードが問われる FTP クライアント FTP サーバ ftp コマンドの使用例 ftp を用いてホスト here.internet-u.ac.jp からホスト there.internet-u.ac.jp にアクセス here% ftp there.internet-u.ac.jp Connected to there.internet-u.ac.jp 220 there.internet-u.ac.jp FTP server ready. Name (there.internet-u.ac.jp): tsukamoto 331 Password: ******** 230 User tsukamoto logged in. ftp> ls ( ファイルの一覧を表示 ) ftp> get test.doc ( ファイル test.doc を here に転送 ) ftp> quit here% 接続したいサーバを指定接続したファイルを転送する終了 41 ftp コマンドの使用例 ( 続き ) 1. ホスト there.internet-u.ac.jp 上で稼働している FTP サーバが準備状態 (FTP server ready) になったことが示されている 2. ホスト there.internet-u.ac.jp のファイルへのアクセス権利が認められているか否かを調べるためにホスト there.internet-u.ac.jp で登録しているユーザ名とパスワードの入力を求めている 3. それが認められプロンプト ftp> が表示されている 4. ftp で利用可能な多数のコマンドのうちファイルの一覧を見る ls とファイルを転送してくるための get を用いている 42 7

8 (b) 遠隔端末アクセス (telnet) 仮想端末機能を提供し離れた場所にありながら目の前にあるホストを遠隔地にあるホスト端末のように利用できる通信内容を暗号化する等より安全な通信が行える SSH(Secure SHell) もあるローカルホスト %ls file1 file2 % インターネット %ls file1 file2 % 遠隔ホスト 43 telnet コマンドの使用例 telnet を用いてホスト here.internet-u.ac.jp からホスト there.internet-u.ac.jp にアクセス here% telnet there.internet-u.ac.jp Trying Connected to there.internet-u.ac.jp. Escape character is '^]'. login: tsukamoto Password: ******** ( 途中略 ) there% exit Logout Connection closed by foreign host. 接続したいサーバを指定 44 telnet コマンドの使用例 ( 続き ) 1. telnet で遠隔ホストにアクセスすると Login: というプロンプトが返ってくる 2. そこでユーザ名とパスワードを入力すると遠隔ホストがプロンプト there を返す 3. これ以降は目の前のホストは here.internet-u.ac.jp であるが there.internet-u.ac.jp というホストをその前にいるような感覚で利用できるこの状態で何らかのコマンドを入力するとそれを解釈して応答するのはホスト there.internet-u.ac.jp となる節まではインターネット技術 (TCP/IP プロトコルスイートに関連する技術 ) の実験私たちの計算機は LAN を介してインターネットに接続されることが多いただし LAN においてもデータリンク層より上の層は TCP/IP プロトコルスイートが用いられているここでは 1. LAN の技術と TCP/IP を融合するプロトコルである ARP の実験 2. LAN 固有の技術であるデータリンク層における CSMA/CD 方式に関する実験 46 (a) MAC アドレスと IP アドレスの対応 (ARP) LAN においては一つの伝送媒体を共用するため効率の良い利用のためのアクセス制御が重要イーサネットでは伝送媒体へのアクセス制御に CSMA/CD 方式が採用されているこのようなアクセス制御方式は一般にメディアアクセス制御方式 (Media Access Control, MAC) と呼ばれるしたがってデータリンク層で用いられるアドレスは MAC アドレスと呼ばれる ( これは IEEE802.3 の用語でイーサネットではイーサネットアドレスと呼ばれる ) MAC アドレスは変更不可 (NIC に書き込まれている ) IP アドレスは経路制御を可能にするアドレスであるが変更可能 47 ARP(Address Resoulution Protocol) 3 つの識別子 : ホスト名 IP アドレス MAC アドレスホスト名と IP アドレスの対応付け DNS においてデータベースを管理するネームサーバが行う IP アドレスと MAC アドレスの対応 ARP が行う ARP はルータを経由しない範囲においてハブやスイッチングハブなどで接続されたネットワーク内において全てのホストに問い合わせるこの問合せはブロードキャスト ( 一斉同報 ) 通信による IP アドレスにより問合せがあれば MAC アドレスを返す一度問い合わせて応答が得られたものは ARP テーブルにキャッシュしておく arp コマンドは ARP テーブルを参照して表示する機能を持つ 48 8

9 arp コマンドの使用例 (1) ホスト there の MAC アドレスを問い合わせる場合 48 ビットからなる MAC アドレスが 16 進数で表示 %arp there there( ) at 00:12:34:56:78:9A MAC アドレスを知りたいホストを指定 arp コマンドの使用例 (2) オプション -n を指定すると ARP テーブルの内容を全て表示 IP アドレス MAC( ここではイーサネット ) MAC アドレス, ネットワークインターフェースの名称が表示されているオプション -a でホスト名の表示も可能 %arp -n Address HWtype HWaddr Iface ether 00:23:45:67:89:AB eth ether 00:34:56:78:9A:BC eth ether 00:45:67:89:AB:CD eth0 49 (b) パケットの衝突 CSMA/CD 方式イーサネットにおいて衝突をあまり起こさずに起こったときに影響を少なくする機構イーサネットにおいてはバス型の接続形態を採用し各ホストは伝送したいときにパケットを伝送する複数のホストが同時に伝送すると干渉し合い電気信号に誤りが生じる衝突 (collision) 衝突について調査するツールに netstat がある 50 netstat コマンドの使用例あるホストのイーサネットインターフェースに注目しそこでの衝突の情報を含め OS 内部のネットワーク関連情報を表示する通信インターフェースの状態経路制御に用いる表 ( 経路表 ) なども調べることができる %netstat ni Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll de <Link> A de / インターフェース名 2 最大伝送単位 (Maximum Transfer Unit, MTU) 3ネットワークのアドレス 4ホストのアドレス 5 入力パケット数 6エラー入力パケット数 7 出力パケット数 8エラー出力パケット数 9 衝突パケット数 51 2 章のまとめ 2. インターネットの実験 nslookup whois ping traceroute ftp telnet arp netstat 52 9

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<4D F736F F F696E74202D DB A B C C815B E > ネットワーク工学第 13 課アプリケーションとトランスポート学習内容アプリケーションプロトコル TCP 制御とポート番号 13.1.1 アプリケーションプロトコルの概要ネットワークを利用するアプリケーション特有の通信処理を行う OSI モデルの第 5 6 7 層のすべての機能をもつ通信コネクションの管理 ( セッション ) データフォーマットの変換 ( プレゼンテーション ) 相手ホストとのやり取り