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1 把握しておきたい事項 2008 年度後期情報システム構成論 2 第 3 回 インターネットワーキング技術 西尾信彦 nishio@cs.ritsumei.ac.jp 立命館大学情報理工学部 IP アドレスの枯渇問題 プライベートアドレスおよび NAT の利用 lpv6 への移行 ネットワークセキュリティ 本人認証と暗号化 IPsec と IKE SSL/TLS ファイアウォール VPN セキュリティ OS (SELinux, AppArmor) TCP/IP = インターネット技術の総称 TCP/IP ネットワークの歴史 狭義の意味での TCP/IP TCP と IP の二つのプロトコルのみを指す 広義の意味での TCP/IP IP を利用する通信で利用されるプロトコルの総称 IP,ICMP,ARP,TCP,UDP,RIP,HTML,SMTP,FTP,etc インターネットの標準プロトコル群 1960 年代後半 1969 年 1972 年 1975 年 1982 年 1983 年 1989 年ごろ 1990 年ごろ 1995 年ごろ 1996 年 アメリカ国防総省による軍事ネットワーク研究開始 ARPANET 誕生パケット交換技術の確立 ARPANET 実験成功 50 ノード以上にまで拡大 TCP/IP 誕生 TCP/IP 仕様決定 BSD UNIXの無料提供開始 BSD UNIXがTCP/IPを実装していたことにより急速に拡 ARPANET 大の正式プロトコルにTCP/IPを採用 LAN 上で TCP/IP の利用が急拡大 LAN WAN 共に TCP/IP を利用する方向へ インターネットが一般的になる ISP が多数発足 次世代 IP IPv6 の仕様が決定 RFC に登録 ISO 7 階層モデル ISO 7 階層モデルの動き アプリケーション層プレゼンテーション層セッション層トランスポート層ネットワーク層データリンク層物理層 特定のアプリケーションで利用されるプロトコル 機器やネットワークの固有データフォーマットを制御 コネクションの確立下位層の管理 両端ノード間のデータ転送管理信頼性の提供 アドレスの管理経路選択 直接接続された二つの機器間での通信制御 電圧や光の明滅と 0 1 のデジタル信号間の変換 ISO 7 階層モデル上での動き 1

2 TCP/IP モデル TCP/IP ネットワークパケット構造 ISO7 階層モデル アプリケーション層プレゼンテーション層セッション層 TCP/IP モデル アプリケーション層 HTTP,SMTP,TELNET, FTP,SNMP,MIME,HTML,MIB Ethernet フレームヘッダ Ethernet フレームペイロード TCP TCP データグラム データグラム ヘッダ ペイロード トランスポート層ネットワーク層データリンク層物理層 トランスポート層 TCP,UDP インターネット層 ARP,IP,ICMP データリング 物理層付近イーサネット WiFi ATM FDDI etc IPパケット IPパケットヘッダペイロード ISO 7 階層モデルの動き ISO 7 階層モデル上での動き MAC アドレス IP を利用するネットワーク機器全てに割り当てられた 世界で一意なアドレス ROM 内に焼きこまれている 48bit アドレス 例 :00-90-CC D0 Ethernet と MAC アドレス 同一ネットワーク内で MAC アドレスを利用して通信を行う 複数のネットワークを越えて通信できない ゲートウェイ ( 複数のネットワークに接続したホスト ) を超えては通信できない IP(Internet Protocol) 直接接続されていない ( 複数のネットワークを経由する ) 機器同士の通信の確立 インターネット上のホストからホストまで届ける 目的地のホストに辿りつくまで情報を管理し そこまで届ける手法を用いて到達する ネットワーク A ネットワーク B 2

3 IP アドレス 世界中のホストからホストまで届ける 宛名 上位のネットワークアドレスと下位のホストアドレスから構成される 32bit の二進数整数値 8bit ずつに区切って 10 進数で表現する方法が一般的 最大数 2 32 = 4,294,967, 二進数 十進数 IP アドレスのクラス (1) 配布するネットワークの規模に合わせてクラスがある クラス A 先頭 1bit が 0 で始まるアドレス ~ まで 16,777,214 個の割り当てが可能 クラス B 先頭 2bit が 10 で始まるアドレス ~ まで 65,534 個の割り当てが可能 IP アドレスのクラス (2) クラス C 先頭 3bit が 110 で始まるアドレス ~ まで 254 個の割り当てが可能 クラス D 先頭 4bit が 1110 で始まるアドレス ~ まで ホストアドレスではなく IP マルチキャストに利用 ネットワークアドレス ネットワーク自体を表す クラス内のホストアドレスbitが全て0のアドレス 逆に全て1ならブロードキャストアドレス それ以外が実際にホストにつけられるアドレス ( クラスA) のネットワークのネットワークアドレスは ホストアドレスである下位 24ビットがすべて0なので

4 ブロードキャストアドレス クラス内のホストアドレス bit が全て 1 のアドレス クラス内の全てのアドレスに送信される 例 : クラス B( 下位 16bit がホスト ) ブロードキャストアドレス クイズ : /27( 下位 5 ビットがホストアドレス ) のネットワークのブロードキャストアドレスは? マルチキャストアドレス 先頭 4bit が 1110 の場合 下位 28bit によって規定されたマルチキャストが行われる 例 : 予約 ( 利用できない ) サブネット内の全てのシステム サブネット内の全てのルータ DHCP サーバ / リレーエージェント IP アドレスの分配 ICANN が全世界で一元管理 (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) 日本では JPNIC が管理 (Japan Network Information Center) 申請して IP アドレスを取得する 立命館 クラス B /26 サブネットワーク クラスのみで管理するのは現実的ではない クラスは冗長 必ず 一つのリンク内に全てのマシンを接続する必要がある クラス B を利用すると 3 台しかつながない場合でも 必ず 分の IP アドレスを消費 可変長サブネットマスクの導入 VLSM (Variable Length Subnet Mask) サブネットマスクをクラスの代用として利用 ネットワークのイメージ サブネットマスク利用例 IP アドレス ( クラス B) インターネットはネットワークの単位で処理されるが ネットワーク内がフラットだとこれもまた大変 ネットワークサブネットワークホストアドレスサブネットマスク 利用可能範囲 ~ Mask で 0 の部分がホストアドレスとして利用可能部位表記法 / /24 ( こちらが一般的によく使用される ) 4

5 一般化して X.Y.Z.W/N のサブネットワークでは ネットワーク部ホスト部 xxxx x x 0 0 N ビット 32-N ビット xxxx x x 0 00 xxxx x x 0 01 xxxx x x 0 10 ホスト部が全て 0 だとネットワークアドレス 2 つ以外をホストアドレスとして利用できる 2 32-N -2 個のホストアドレス xxxx x x xxxx x x ホスト部が全て 1 だとブロードキャストアドレス 例題 : /28 のサブネットワーク 第 4 バイトの 176 の上位 4(=4*8-28) ビットはネットワークアドレス部分 なので 176= よって第 4 バイトの 176 は のがネットワーク部分 ネットワークアドレス ホストアドレス部分がすべて ホストアドレスは から まで ホストアドレス部分が 1 から 14 までの 14 ホストを収容可能 から ブロードキャストアドレスは ホストアドレス部分がすべて 1 すなわち ネットワークを越えた通信 :IP の機能 IPアドレスを利用して通信を行う 複数のセグメントを通じて マシンを特定することが出来る WAN The Internet LAN A 内部 LAN B 内部 5

6 IP ルーティング 経路制御表 ( ルーティングテーブル ) IP アドレスと配送先ネットワークの相対表 Radix テーブル方式 ( アドレスの最長一致検索が可能 ) デフォルトルート 経路制御表にないアドレスの配送先 ループバックアドレス 自分自身を指すアドレス 実際のネットワークにはパケットは流れない IP ルーティング AS (Autonomous System) 単位で分割 ritsumei.ac.jp は一つの AS の例 AS 内のルーティング RIP, OSPF, etc. AS 間のルーティング BGP4 (Boarder Gateway Protocol version 4) 名前解決と DNS ac.jp のようなドメイン名前から IP アドレスへの変換作業を名前解決という DNS というサーバ群が全世界を階層的に管理している IP アドレスの配布方式 個々に設定 IP アドレス サブネットマスク デフォルトルート プライマリ DNS, セカンダリ DNS 自動設定 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) ネットワークに接続したホストは DHCP サーバを探し, そこからアドレスなどをリース IP 通信が成立する前に通信できる必要があるので,IP の横にならぶプロトコルである IP アドレス枯渇問題 全世界でたったの 43 億個弱しかない すでに IP アドレスは枯渇済み 解決策 プライベート IP アドレスの利用 新しいプロトコルの開発 (IPv6) 6

7 プライベート IP アドレス インターネットに 直接接続していない ネットワークで自由に利用可能なアドレス ~ ( /8) ~ ( /12) ~ ( /16) プライベートネットワーク内でのサブネッティングも可能 それぞれクラス ABC に相当するが クラス C に注目 CIDR (Classless Inter-Domain Routing) NAT(Network Address Translator) プライベート IP アドレスを広域ネットワークに接続する方法 本当はポートも変換する NAPT を利用する IPv6 (Internet Protocol version 6) 128bit 長のアドレスを利用 利用可能個数約 IPv4 の機能改善 パフォーマンスの向上 IPアドレスの自動割当 認証機能 暗号化機能の提供 TCP (Transmission Control Protocol) コネクションを確立する 信頼性のある通信を実現 データの破壊 パケットの損失 到着順序の整合性などを検出 補正する シーケンス番号 確認応答処理 再送 信頼性の必要なサービスで利用される 7

8 UDP (User Datagram Protocol) コネクションを確立しない 信頼性のない自由な通信を実現 信頼性を確保しないため 高速に動作 利用例 動画 音声などのマルチメディア通信 同報性を必要とする通信 ( マルチキャスト ブロードキャスト ) IP アドレスとポート TCP/UDP で上位層のアプリケーションを特定するために利用 Well-known Port Number サービスが公知のポート 例 Port ftpdata ftp 名称 ssh telnet smtp http 内容 File Transfer [Default Data] File Transfer [Control] SSH Remote Login Protocol Telnet Simple Mail Transfer Protocol World Wide Web HTTP 8

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