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1 コンピュータネットワーク 第 3 回 2013 年 5 10 ( )

2 今週の内容 通信の階層 OSI 参照モデルと TCP/IP モデル データ通信 アナログ通信とディジタル通信 多重化 パケット通信 ネットワークの形態 WAN と LAN 2013/5/10 コンピュータネットワーク 3

3 通信の階層 Presentation Application Session Transport Transport Network Internet Data Link Link Physical 2013/5/10 コンピュータネットワーク 4

4 TCP/IP の階層 プロトコル 通信規約とも コンピュータ同 が通信を ううえで 相互に決められた約束事 複数のプロトコルを階層的に使う 電気信号という最も低い層から より上位の 間と親和性の い層へ アプリケーション層 (Application) トランスポート層 (Transport) インターネット層 (Internet) リンク層 (Link) HTTP DNS SMTP POP IMAP FTP SNMP NNTP TCP UDP IP ICMP ARP RARP イーサネット FDDI X.25 ISDN 同軸ケーブル UTP 光ファイバー 2013/5/10 コンピュータネットワーク 5

5 OSI 参照モデル オープンなネットワークアーキテクチャの確率を 的に国際標準化機構で開発されたもの 開放型システム間相互接続基本参照モデル (Open Systems Interconnection Basic Reference Model: OSI 参照モデル ) Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical 2013/5/10 コンピュータネットワーク 6

6 OSI 参照モデル 階層の名称応 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 役割特定応 サービスと共通応 サービスの提供抽象構 と転送構 の相互変換セッション制御 : 向 半 重 全 重順序制御や誤り制御機構データ転送のための経路選択や中継機能フレーム ( ビット列 ) の順序制御 誤り制御機能 2 ノード間においてビット列の伝送を なうための規格 順 機能特性 2013/5/10 コンピュータネットワーク 7

7 TCP/IP 階層モデル 階層の名称概要具体例 アプリケーション層 (Application) トランスポート層 (Transport) アプリケーションを実現 HTTP DNS SMTP POP IMAP FTP SNMP NNTP アプリケーションのためにエンド間の通信サービスを提供 TCP UDP インターネット層 (Internet) リンク層 (Link) データを送信元から宛先に運ぶ 直接接続されたネットワーク上で通信されるための通信プロトコル IP ICMP ARP RARP イーサネット FDDI X.25 ISDN 同軸ケーブル UTP 光ファイバー 2013/5/10 コンピュータネットワーク 8

8 データ通信 2013/5/10 コンピュータネットワーク 9

9 リソースとデータ コンピュータネットワーク上ではデータ通信を なうことでコンピュータ上のリソースをやりとりする リソース (Resource) 葉の意味 体は 資源 情報通信の場合は 記憶容量や CPU といった計算資源や ファイルやデータなどの情報資源を指す データ (Data) 情報をコンピュータ上で表したもの バイナリデータ バイトデータ 字データ 画像データ 2013/5/10 コンピュータネットワーク 11

10 アナログ回線とディジタル回線 アナログ回線 アナログ信号でデータを送受信する回線 普通の電話回線 ADSL ディジタル回線 ディジタル信号でデータを送受信する回線 ISDN アナログ信号 ディジタル信号 2013/5/10 コンピュータネットワーク 12

11 多重化 ひとつの伝送路で複数の情報を送ること 電気通信の世界で xdm として多くの種類が提案 / 利 されている 式名時分割多重 (TDM) 周波数分割多重 (FDM) 波 分割多重 (WDM) 符号分割多重 (CDM) 概要時間スロットごとに情報を割り当てる周波数帯ごとに情報を割り当てる波 のことなる信号を重ねる情報を拡散符号により拡散 2013/5/10 コンピュータネットワーク 13

12 回線交換 式とパケット交換 式 回線交換 式 (Circuit Switching System) 2 つのコンピュータ間で交換機を利 することで情報を交換する 式 度通信路が設定されると その通信路は占有される 実時間性が い 蓄積交換 式 (Store and Forward Switching System) 受け取った情報をいったん交換機がメモリに蓄積し その後まとめて交換する 実時間性が失われる 必要に応じて通信処理 ( 通信速度変換など ) が可能 中継回線の使 効率が情報 2013/5/10 コンピュータネットワーク 14

13 パケット通信 パケット 送信するデータをある決まった きさに分割したもの パケットを使った通信 式をパケット交換 式と呼ぶ ヘッダとデータから構成される ヘッダ : 宛先 送信元 データ分割の順序情報などが記載されているデータ ヘッダの情報を基に 中継器 ( ルータ ) がパケットをネットワーク上の他の中継器 ( ルータ ) に転送していく 送りたいデータ ヘッダ データ 分割 ヘッダをつける ヘッダ データ ヘッダ データ 2013/5/10 コンピュータネットワーク 15

14 ネットワークの形態 2013/5/10 コンピュータネットワーク 16

15 ネットワークの形態 ネットワークの物理的な構成は 構成 要素 ( コンピュータ 通信制御装置 交換装置 通信回線など ) によりいく つかの形態に分類される ネットワークの形態 スター型 リング型 バス型 ツリー型 ネットワーク型 2013/5/10 コンピュータネットワーク 17

16 スター型ネットワーク 1つの制御装置を中 に複数のコンピュータが通信回線で繋がっている ネットワークの中 はハブと呼ばれる ハブが故障した場合 全ての通信が途絶するため ネットワークの障害耐性はハブに依存する 2013/5/10 コンピュータネットワーク 18

17 リング型ネットワーク 複数のコンピュータが環状の通信媒体に直列に接続されている ひとつの区間の障害時には逆向きの伝送で通信できるものもある ヶ所で障害が発 した場合 通信が不可能になる 2013/5/10 コンピュータネットワーク 19

18 バス型ネットワーク 複数のノードが線状の通信媒体に直列に接続されている 送信した信号がすべての端末で受信される 2013/5/10 コンピュータネットワーク 20

19 ツリー型ネットワーク スター型ネットワークが階層的に接続されたもの 各階層にサブセンタノードが存在する 2013/5/10 コンピュータネットワーク 21

20 メッシュ型 それぞれのコンピュータ ( ノード ) が1 つ以上の他のコンピュータ ( ノード ) と接続している 2013/5/10 コンピュータネットワーク 22

21 WAN と LAN 2013/5/10 コンピュータネットワーク 23

22 ネットワークのタイプ 空間的な構成に着 して以下の 2 つに分類される ローカルエリアネットワーク (Local Area Network LAN) 広域ネットワーク (Wide Area Network) 技術的な分け ではない 2013/5/10 コンピュータネットワーク 24

23 WAN と LAN の特徴 地理的規模 LAN 建物やキャンパス内の通信が対象 限られた範囲をカバー WAN 国内または世界規模のネットワークを対象 広範囲な通信ネットワーク 伝送速度 1980 年代まではWANよりもLANが 速だった LANの伝送速度 :100Mbpsや1Gbps WANの伝送速度 :1200bpsから数百 Gbps 2013/5/10 コンピュータネットワーク 25

24 リンク層 2013/5/10 コンピュータネットワーク 30

25 TCP/IP 階層モデル 階層の名称概要具体例 アプリケーション層 (Application) トランスポート層 (Transport) アプリケーションを実現 HTTP DNS SMTP POP IMAP FTP SNMP NNTP アプリケーションのためにエンド間の通信サービスを提供 TCP UDP インターネット層 (Internet) リンク層 (Link) データを送信元から宛先に運ぶ 直接接続されたネットワーク上で通信されるための通信プロトコル IP ICMP ARP RARP イーサネット FDDI X.25 ISDN 同軸ケーブル UTP 光ファイバー 2013/5/10 コンピュータネットワーク 31

26 リンク層 直接接続されたネットワーク上での通信を確 する層 代表的なものは以下の 3 つ イーサネット (Ethernet) トークンリング FDDI(Fiber Distributed Data Interface) LAN( ローカルエリアネットワーク ) 上でデータ転送を なうためのプロトコル いずれもデータ転送に フレーム と呼ばれるデータのかたまりを いる リピータ 直接接続 リピータ ハブを介した接続 2013/5/10 コンピュータネットワーク 32

27 トークンリング IBM が開発 (1981 年 ) IEEE で規格化 (1985 年 ) 通信速度 :4Mbps 16Mbps トークンリングの動作 リング型ネットワークにおいて トークン と呼ばれるデータが常に巡回している トークンを所持しているホストがデータ送信が可能 データを受信したホストは 分宛でない場合はさらに転送する トークン 2013/5/10 コンピュータネットワーク 33

28 FDDI(Fiber Distributed Data Interface) ANSI( 国規格協会 ) により標準化 トークンリング 式だが 機能が改善 伝送速度 : 最 100Mbps 重化による障害耐性向上 最 距離は100km 100km まで 重化 トークン 2013/5/10 コンピュータネットワーク 34

29 イーサネット LAN で最も利 されているコンピュータネットワークの規格 ロバート メトカーフを中 に 年にかけて開発された 1982 年に CSMA/CD として現在普及している仕様が策定された 通信速度 初期は 10Mbps その後 100Mbps 1000Mbps と 速化 さらに 10Gbps のの をもつ 10GbE が規格化された 40GbE や 100GbE が標準化策定途中 Robert M. Metcalfe (1946-) 2013/5/10 コンピュータネットワーク 35

30 通信速度と規格 速度 規格 10Mbps 10BASE 5 100Mbps 10BASE 2 10BASE-T 10BASE-F (10BASE-FP, 10BASE-FB, 10BASE-FL) 100BASE-T 100BASE-T2 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-VG 100BASE-VG AnyLAN 速度 1000Mbps 10Gbps 規格 1000BASE-T 1000BASE-TX 1000BASE-CX 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-LH 1000BASE-ZX 1000BASE-PX10/ BASE-BX 10GBASE-T 10GBASE-CX4 10GBASE-SR 10GBASE-LRM 10GBASE-LR 10GBASE-ER 2013/5/10 コンピュータネットワーク 36

31 イーサネットフレームの構造 プリアンブル フレーム開始デリミタ データ FCS フレームチェックシーケンス 最 宛先アドレス 送信元アドレス タイプフィールド データがどのプロトコルを使っているかを す情報 単位はオクテット 1 オクテット = 8 ビット MAC アドレス 48ビット (6オクテットのデータ) イーサネット上の端末を識別するためのデータ 上位 3オクテットは ネットワーク製品の製造者を す 2013/5/10 コンピュータネットワーク 37

32 CSMA/CD(1) イーサネットではデータフレームはすべてのホストに送られる ホストは 分の MAC アドレス宛に来たもの以外は破棄する すべてのホストに送られるため データの衝突が起る それを排除するための仕組みが CSMA/CD(Carrire Sense Multiple Access/Collision Detection) 送る データ 全員に届く 2013/5/10 コンピュータネットワーク 40

33 CSMA/CD(2) データ転送開始 伝送路上の信号 ( 搬送波 (carrier)) の有無を調べ 搬送波がない (= 伝送路が利 されていない ) 場合 ノードはフレーム伝送を開始できる 空き状態になるまで待つ 衝突検出 搬送波がない状態で伝送を開始するノードが複数存在すると 衝突が発 する フレームの衝突を出 と の信号を 較する 法でしらべる 衝突を検知すると伝送を停 し 衝突発 を通知するためのジャミング信号を送出する ある時間の経過を待ち フレームを再送する バイナリ指数バックオフアルゴリズム 再送開始の待ち時間を 0 から上限値の愛 でランダムに決める 上限値は衝突回数の連続数による決定される 2013/5/10 コンピュータネットワーク 41

34 第 1 回課題 : 内容と提出物 課題内容 分の使っていた端末 (PC) の MAC アドレスを調べる 調べ は 由です CSMA/CD が現在ほとんど利 されていない理由を以下のキーワードを いて 章にしてください スター型ネットワーク スイッチングハブ 提出内容 利 した端末の MAC アドレス CSMA/CD が現在利 されていない理由 2013/5/10 コンピュータネットワーク 43

35 第 1 回課題 : 提出 法と締切 提出 法 電 メール MAC アドレスはメール本 に記載 CSMA/CD が現在利 されていない理由 もメール本 に記載 メールタイトル ( 件名 ) に [ コンピュータネットワーク :( 学籍番号 )] と れること akira.kanaoka@is.sci.toho-u.ac.jp ( アットマークが全 になっていますので 半 に直してから送ってください ) 締切 2013 年 5 24 ( )18:00 注意 : 電 メールで提出した場合 必ず私から 受領しました というメールを返信します 返信がない場合は メールば届いていない可能性があります 課題提出後は 岡からの受領メールを必ず確認してください 英語ではメール返信はしません データが全く同じ 達がいた場合 最初に提出した のみを通常の評価 にし 後の は 半分の評価 とします 2013/5/10 コンピュータネットワーク 44