Microsoft PowerPoint - pc13.ppt

Transcription

1 コンピュータのしくみ ( 第 13 回 ) 本日の内容 第 11 章 コンピュータと通信 第 12 章 ネットワーク 中田明夫 ( 情報科学研究科 ) ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 1 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 2 参考文献 A.S. タネンバウム : コンピュータネットワーク 第 3 版 ピアソンエデュケーション 1999 年 通信とは 通信のモデル 2 者 ( あるいは 3 者以上 ) が 暗黙の了解事項を使って情報をやり取り 主体 主体 暗黙の了解事項 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 3 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 4 通信とは 通信するには 何らかの暗黙の了解事項が必要 通信の約束事など 例 ) 電話での会話の場合 電話のかけ方 受け方 切り方 会話に使用する言語 ( 日本語 英語 etc.) 手旗信号 旗の上げ方とその意味の対応 Q: 言葉が通じなくても 身振り手振りなどで通じるのは? A: 身振り手振りは人類共通の暗黙の了解事項なので A 相手に伝えたい情報 ( 情報源 ) 記号で表す ( 情報源符号化 ) 情報源 文字や絵や音声を 0,1 のビット列で表現するなど 受け手 A ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 5 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 6 1

2 記号 ( ) を信号に置き換えて相手に送る 信号 (signal): 光 音 振動 電波 電気信号 etc. 信号を伝える媒体 ( メディア :media): 伝送媒体 電線 光ファイバ 無線 空気 ( 音の媒体 ) etc. 情報源 A 受け手 変調器 伝送媒体 復調器 A ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 7 変調 復調 変調 (modulation) を信号に変換すること 復調 (demodulation) 送られてきた信号をに戻すこと 変調の例 AM (Amplitude Modulation) 1= 0= 波の高さ ( 振幅 ) を変える =0101 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 8 変調 復調 変調 (modulation) を信号に変換すること 復調 (demodulation) 送られてきた信号をに戻すこと 変調の例 FM (Frequency Modulation) 波の長さ ( 波長 ) を変える 変調 復調 変調 (modulation) を信号に変換すること 復調 (demodulation) 送られてきた信号をに戻すこと 変調の例 PM (Phase Modulation) 波のずれ ( 位相 ) を変える 1= 0= =? 1= 0= =? ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 9 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 10 モデム モデム (modem): 変調 復調を行う機器 modulator-demodulatorの略 ダイヤルアップモデム を音声信号に変調 伝送媒体は電話回線 ( 電話交換機を含む ) 音声信号をに復調 ADSLモデム を電気信号 ( 音声より高い周波数 ) に変調 伝送媒体は電話線 ( 家から電話局まで ) 電気信号をに復調 上記モデムでは AMとPMを組み合わせた変調方式を使用 (QAM:Quadrature Amplitude Modulation) ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 11 A 情報源 雑音 ( ノイズ ) のせいで 間違って相手に伝わるかもしれない 0000 変調器 雑音 伝送媒体 復調器 受け手 B 0001 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 12 2

3 A 情報源 0000 雑音が入っても相手に間違って伝わらないようにする ( 通信路符号化 ) 通信路符号器 例 )1 の個数が奇数なら 1 偶数なら 0 を末尾に付ける 変調器 雑音 通信路復号器 受け手 の個数が奇数 誤り 通信路符号化の役割 誤り検出 (error detection) 間違っていることを検出 ( 相手にもう一度送ってもらうため ) 誤り訂正 (error correction) 間違ったを正しく訂正 このような符号の作り方は 符号理論 で研究されている ( コンピュータのしくみ 伝送媒体 H17 第 13 回復調器 ) 13 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 14 コンピュータ ネットワーク コンピュータ ネットワーク (Computer Network) 複数のコンピュータがお互いの情報をやり取りする仕組み 単に ネットワーク と呼ぶこともある コンピュータ ネットワーク ハードウェア 通信ケーブル ( 伝送媒体 ): ツイストペアケーブル 同軸ケーブル 光ファイバーケーブル 無線 種々の接続 中継機器 : ブリッジ ルータ ゲートウェイ ソフトウェア 種々の通信用プロトコル ( 規約 約束事 ) を満たすように作られたプログラム ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 15 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 16 ネットワークの規模による分類 Local Area Network(): 小規模なネットワーク せいぜい 数キロメートルの範囲のもの Wide Area Network(WAN): 地域 国全体などに広がったネットワーク バックボーン : ネットワーク間をつなぐ ( 高速 ) 回線 さまざまな接続方式 各接続点には中継機器がおかれている バックボーン インターネット ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 17 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 18 3

4 さまざまな接続方式 インターネットサービスプロバイダ (ISP) との電話回線による接続 モデム 電話回線 モデム ISP インターネットへ インターネット (The Internet) 多くのネットワークの接続によって形成されてきた世界規模のネットワーク 誰かが管理しているわけではない 個別のネットワークが相互に結合して形成されてきた それぞれのネットワークはそれ自身で 管理 運営されている ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 19 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 20 ( 用語 ) パケット パケット (packet): 決まった長さの 長いは 複数のパケットに分割して ばらばらに送られる 利点 : 通信線の占有を防ぐことができる 蓄積交換方式 回線交換方式 ( 電話の接続法 ): 回線は固定的に確保される 現在のコンピュータネットワークはパケット通信ベース ヘッダ トレーラ ( 用語 ) ルータ (router) 異なるネットワーク間でのやり取りをするとき 正しいネットワークに が配送されるようにの伝送先を決めるハードウェア (+ ソフトウェア ) 間をつなぐ ルータ パケット ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 21 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 22 通信プロトコル (communication protocol) コンピュータ間での通信の際の規約 共通のルールがなければ 通信は不可能 広い範囲にわたってプロトコルが必要 同軸ケーブルにどうをのせるか アプリケーション間でののやりとりをどうするか 単一のプロトコルでは 柔軟性がない 同軸ケーブルを光ケーブルに取り替えると 全てのアプリケーションプログラムを書き換える必要が生じる ネットワーク アーキテクチャ ネットワークを階層化した際の 一連の層とプロトコルの組み合わせのこと OSI 参照モデル TCP/IP 参照モデルなど ネットワークの階層化 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 23 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 24 4

5 ネットワークとプロトコルの階層 電話の例 : インターフェース 音声 電気信号 ここでの通信プロトコルは電気信号を理解する必要はない 音声 電気信号 実際のの流れ実質的な通信 ここでの通信プロトコルは音声を理解する必要はないプロトコルにも階層がある ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 25 ネットワークとプロトコルの階層 プロトコルの階層 第 4 層 第 3 層 第 2 層 第 1 層 各層のプロトコル 第 4 層 第 3 層 第 2 層 第 1 層 階層間のインターフェース ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 26 同一レベル階層間の通信 すぐ下のレベルののやりとりにより 実質的に相手の同一レベルの階層との通信が成立 各層で付加 削除されるヘッダ OSI 参照モデル Open System Interconnection reference model: ISO( 国際標準化機構 ) や ITU( 国際電気通信連合 ) によって 提案されたネットワークアーキテクチャ 7 層からなる パケット ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 27 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 28 OSI 参照モデル アプリケーション層 の具体的な利用 サービス間のプロトコルの処理 プレゼンテーション層 の表現形式チェックなど セッション層 通信の開始 終了 トランスポート層 誤りがあった場合の手順 パケットの抜けのチェック OSI 参照モデル ネットワーク層 計算機から計算機へを配送する リンク層 をパケットとして送受する 物理層 通信ケーブルやコネクタの規格 このモデルに忠実に従って コンピュータ間通信が行われているわけではない ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 29 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 30 5

6 TCP/IP TCP/IP (transfer control protocol/internet protocol) TCP/IP 参照モデル (TCP/IPプロトコル群) とも 実質的にインターネットでの標準プロトコル 5 階層で構成されている アプリケーション層 (OSI モデルの上位 3 階層に相当 ) トランスポート層 ネットワーク層 ( インターネット層とも ) アプリケーション層トランスポート層ネットワーク層リンク層物理層 普通は 2 つのプロトコルを組合せたものをさす TCP: トランスポート層のプロトコル IP: ネットワーク層のプロトコル TCP/IP による伝送 アプリケーション層トランスポート層ネットワーク層リンク層物理層 の伝送過程 TCP/IP 1. をパケットに分解 ( 送信元 ) TCP( トランスポート層 ) 2. 正しい伝送先に送る IP ( インターネット層 ) 3. を組み立てる ( 伝送先 ) TCP( トランスポート層 ) 各層では パケットにヘッダが付加される ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 31 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 32 TCP/IP による通信 リンク層でつけるヘッダ アプリケーション層 TCP トランスポート層 IP ネットワーク層 リンク層 物理層 IPヘッダ TCPヘッダ TCPヘッダ : パケットに対する通し番号など IPヘッダ : 送信元のIPアドレス あて先のIPアドレスなど ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 33 IP アドレス インターネット上の計算機が 1 つ ( 以上 ) 持つ番号 同じ番号を持つ機械は 1 つしかないようにする 32 ビット 例 : (8 ビットごとに 10 進数で表現 ) 日本は JPNIC が管理 ( 国際的には ICANN/IANA) アドレスのうち 最後の何桁かは各組織で自由に割り当てることができる アドレスの不足が予測されており 拡張が検討されている 現行 IPv4(32ビット ) IPv6(128ビット) ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 34 IP アドレスの構成 ネットワーク識別子 ネットワークにつけられた番号 ホスト識別子 ネットワーク内の個々のコンピュータにつけられた番号 ( ネットワーク ) マスク ネットワーク部分がどの部分かを示すための1と0のならび 例 : マスクは TCP/IP が付加するヘッダ TCP: パケットに対する通し番号など IP: 送信元の IP アドレス あて先の IP アドレスなど リンク層でつけるヘッダ IP ヘッダ TCP ヘッダ ネットワーク識別子 ホスト識別子 1 が 24 個 ネットマスク /24と書くこともある ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 35 ( コンピュータのしくみ H17 第 13 回 ) 36 6