第 9 回インターネット,LAN, ネットワークに関する知識 大学のキャンパス内にはネットワークが敷設されており, 教室, 図書館, 学生ラウンジなどで利用することができる LAN(Local Area Network) とは, 大学のネットワークなどのように, 比較的狭い範囲のネットワークを指す これに対して,LAN 同士を結んで, 遠隔地とデーターを交換することを目的としたネットワークを WAN(Wide Area Network) という LAN を導入することによって, コンピューター同士で, データーや周辺機器を共有したり, 電子メールなどのコミュニケーションツールとして利用したり, インターネットにアクセスしたりできる それによって, コンピューター資源や情報資源の合理化や迅速な情報伝達が可能となって, コストの低減やマーケットの拡大に寄与する 1
1 プロトコル通信するためのルール インターネット では, これを標準化することで, さまざまなコンピューターや携帯電話などが利用することができる 今では家電機器もインターネットを利用している OSI 基本参照モデル はコンピューターの通信機能 ( プロトコル ) を7つの機能 ( 階層 ) に分割して定義したモデルである 機能を分けることにより, ある階層のプロトコルだけに着目して新しいプロトコルの研究や開発に専念できる ( 省力化 ) アプリケーション層 具体的な通信サービス ( ソフト ) 間のやり取り プレゼンテーション層 データーの表現方法 ( 文字コードの変換など ) セッション層 通信プログラム間の開始から終了までの管理 トランスポート層 ネットワーク間の通信管理 ネットワーク層 ネットワークの通信経路の選択など, 異なるネットワーク間の 通信管理 データリンク層 同じネットワーク間の信号の受け渡し 物理層 ケーブル種類, コネクタの形状, 光 メタルの信号変換 2 物理層とデータリンク層 2.1 コネクタとケーブルの規格 LAN の物理層にはいくつか規格が存在し, それぞれケーブルやコネクタなどの物理的条件が決められている ここでは, その中で代表的なイーサネットについて触れる 一言でイーサネットと言っても, ケーブルや転送速度などでいくつかの規格がある 規格 伝送速度 最大ケーブル長 接続形態 伝送媒体 コネクタ 10BASE5 10BASE2 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 1000BASE-T 10Mbps 10Mbps 10Mbps 100Mbps 100Mbps 1Gbps 500m 185m 100m 100m 412m 100m バスバススタースタースタースター 同軸ケーブル同軸ケーブルツイストペアツイストペア光ファイバーツイストペア AUI BNC RJ-45 RJ-45 SC RJ-45 その他に 10Gbps,100Gbps といった高速な規格がある 2
RJ-45 BNC 3
2.2 その他の LAN の規格 リング型で光ファイバーケーブルを使った FDDI(Fiber Distributed Data Interchange) は, いくつかの LAN を結ぶ基幹 LAN( バックボーン ) として使われている 2.3 LAN の接続形態 ( トポロジ ) データリンク層では LAN の接続形態を定義している 一例を以下に示す スター型形態 :HUB( ハブ ) を中心として, 機器を放射状に接続特徴 : HUB への機器の接続時に他の機器に影響を与えない HUB に HUB を接続 ( カスケード ) によって, 拡張が容易 HUB が故障すると LAN 全体が機能停止する 4
カスケード接続用ソケット バス型形態 :BUS( バス ) と呼ばれる1 本の伝送路に機器をぶら下げる形で接続特徴 : コンピューター機器の故障が他の機器に影響を与えない 設置費用が比較的高い, 障害箇所の特定が困難 5
リング型( トークンリング ) 形態 : 伝送路が閉じたリング状になっており, そこに機器をぶら下げる形で接続特徴 : 障害箇所の特定が容易 伝送路の切断や機器の故障で LAN の全機能が停止, 設置費用が高い 2.4 LAN のアクセス制御データーを転送するとき,LAN を構成する伝送路を複数のコンピューターで共有している 伝送路の中を通過できるデーターには制限がある 複数のコンピューターが伝送路を使用する場合, データーが衝突 (Collision) しないようにする必要がある CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 方式コンピューターからデーターを送信する前に, 伝送路が空いているかを確認する もし, 空いてないときには, 決められた時間待ってから再送信を試みる 複数のコンピューターが衝突を感知したら, それぞれ待機時間をずらすような工夫をしている 1つの伝送路にコンピューターが多く接続されていると, 衝突する確率が高くなるので, 全体の効率が低下する スター型やバス型のイーサネットなどに使用されている Collision 6
トークンパッシング方式伝送路内に送信権を示す トークン を巡回させ, そのトークンを受け取ったコンピューターのみがデーターの送信をする権利を持つ 送信終了後トークンは解放され再び巡回する 原理的に衝突は起きない バス型やリング型で使われる トークン 2.5 MAC アドレスデータリンク層で使用される, 通信機器を識別するアドレスを MAC アドレス ( 物理アドレス ) という 48bit で表現するが, 便宜上 6つの8bit データーで表記する 例 : 上位 24bit: メーカー番号, 下位 24bit: メーカー内の識別番号 7
3 ネットワーク層 3.1 LAN 構築に必要な機器ネットワークのケーブルの延長距離には制限がある また,1つの LAN に接続できるコンピューターの数も限られている これらを拡張するためにいくつかの中継装置がある リピータ(repeater) ケーブルを延長するための増幅装置 セグメント A リピータ セグメント B ブリッジ(bridge) 複数の LAN の間を接続する機器 不要なデーターは他の LAN に通さないことで,LAN 全体のパフォーマンス低下を防ぐ A B Ethernet C B へのデータ X 0 ブリッジ Cへのデータ Ethernet 8
ルーター (router) 複数の LAN や WAN を接続する機器 最適な伝送路でパケットを転送します A Network1 B ルータ Network3 Network2 3.2 IP アドレスコンピューター同士がデーター通信を行う場合, どの相手にデーターを送るのか決めなくてはならない これを IP アドレスという IP アドレスは, コンピューターの名前だけでなく, そのコンピューターがどのネットワークに属しているのかがわかるようになっている これによって, ルーターなどは目的のコンピューターが所属しているネット-ワークだけ, データーを中継出来るようになっている IP アドレスは, ネットワークアドレスとホストアドレスから構成されている IP アドレスを 32bit で表記する IPv4 の場合には, 下の表のようクラス方式がある クラス ネットワークアドレス部 ホストアドレス部 クラスA 先頭が 0 で始まる 8bit 24bit クラスB 先頭が 10 で始まる 16bit 16bit クラスC 先頭が 110 で始まる 24bit 8bit より柔軟なネットワークアドレスとホストアドレスの区切りを行うために, クラスレスサブネットマスク方式が使われるようになった IP アドレスとサブネットマスクを組み合わせて, 区切りを定義する たとえば,IP アドレスが 176.26.10.2 で, サブネットマスクが 255.255.254.0 であれば, 以下のように,IP アドレスとサブネットマスクの論理積で区切り部分を求めることができる 9
IP アドレス 10110000 00011010 00001010 00000010 サブネットマスク 11111111 11111111 11111110 00000000 区切り IP アドレスの枯渇問題近年 IP アドレスが枯渇し, アジア地区の IP アドレスは在庫がない状態である (2 32 個 = 42 億個以上 ) 現在は,IP アドレスを発行する事業者の在庫を使うか, 今使われてない IP アドレスを再利用したり, 新しい IP アドレスの体系を考えなければならない IPv6 は, アドレスに 128bit 使用するもので,2 128 個のアドレスが利用できる 4. トランスポート層コンピューター同士の接続はネットワーク層で実現できるが, コンピューターのどのソフトと繋げるかを考えなればならい それを実現するのがトランスポート層で, 代表的なプロトコルに TCP というのがある これは, ポート番号と呼ばれる情報を元にして, どのソフトの通信なのかを特定する たとえば, メール送信は 110, メール受信は 80 が使われることが多い インターネットの標準的なプロトコルについて, ネットワーク層とトランスポート層のそれをまとめて TCP/IP と呼んでいる 5. アプリケーション層メール,Web といったアプリケーションが定めるプロトコル たとえば, 電子メールの形式, 添付ファイルの送受信方法, メールアドレスの定義,HTTP(HyperText Transfer Protocol) 等がある 10