情報処理工学11資料 /infoeng11

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1. 情報処理⼯学 第11回
   藤⽥ ⼀寿
   公⽴⼩松⼤学保健医療学部臨床⼯学科
   

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2. コンピュータネットワーク
   

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3. LANとWAN
   • LAN (ラン，Local Area Network）
   • 事業所や家など局所的な狭い範囲のネットワーク
   • WAN（ワン，Wide Area Network）
   • LAN同⼠を広域に結ぶネットワーク
   • 広い意味でインターネットもWANの⼀種
   

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4. データを運ぶための通信⽅式
   • 専⽤⽅式
   • 通信する相⼿と直接１本の回線でつ
   なぐ．
   送りたい
   直接つなぐ
   

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5. データを運ぶための通信⽅式
   • 交換⽅式
   • 必要に応じて回線の選択
   を⾏って，通信路を確⽴
   させる⽅法．
   交換器
   通信したい
   通信したい
   つなぎましょう
   

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6. 交換⽅式
   • 回線交換⽅式
   • 交換機が通信元から通信先までの回線をつなぐ．
   • 回線は通信のため専有させる．
   交換器
   通信したい
   通信したい
   つなぎましょう
   

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7. 交換⽅式
   • パケット交換⽅式
   • 情報をパケットという細かな情報に分割して送る．
   • 回線はパケットを送る短時間だけ使⽤される．
   情報を細かく分割
   交換器
   通信したい
   通信したい
   このパケットはどこに送るのかな
   細かく分けた情報をもとに戻す
   

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8. ネットワーク機器
   

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9. ネットワーク機器
   • インターネットは世界中のコンピュータがつながっている．
   • コンピュータをネットワークにつなぐにはその間をつなぐ機器
   が必要となる．
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   (⾦⾕，服部，基礎から学ぶ医療情報)
   

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10. ネットワーク機器
    • ネットワークカード，NIC (Network Interface Card)
    • コンピュータをネットワークに接続するための拡張カード．
    • 別名LANボード．
    • リピータ
    • ケーブルを流れる電気信号を増幅し，伝送路を延⻑する．
    • 物理層．
    • ブリッジ
    • データリンク層の中継を⾏う．
    • セグメント間の中継を⾏う．流れたパケットのMACアドレス情報を確認し，
    他⽅のセグメントにパケットを流す．
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11. ネットワーク機器
    • ハブ
    • LANケーブルのポートを複数持つ集線装置．
    • リピータハブ
    • リピータを複数束ねたもの．
    • スイッチングハブ
    • ブリッジを複数束ねたもの．
    • ルータ
    • ネットワーク層の中継する．
    • 異なるネットワーク同⼠の中継の役割を果たす．
    • ゲートウェイ
    • トランスポート層以上が異なるネットワークの間でプロトコルの変換による中継
    を⾏う．
    • LANと外部ネットワークとの出⼊り⼝になるルータのことをゲートウェイと呼ぶ
    こともある．
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    スイッチングハブ
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    (⾦⾕，服部，基礎から学ぶ医療情報
    

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12. 伝送媒体の種類
    • 同軸ケーブル
    • 内部は中⼼から中⼼導体，絶縁体，外部導体，⽪膜
    で構成される．
    • 10BASE5， 10BASE5（バス型ネットワーク）で使
    ⽤される．
    • ツイストペアケーブル
    • 2本の導線を撚り合わせたもの．
    • 10BASE-T，100BASE，1000BASEなどに⽤いられ
    る．つまり，簡単に⾔えば⼀般的なLANケーブルに
    ⽤いられる．
    • 光ファイバーケーブル
    • 光回線に⽤いられる．
    • 家庭⽤光回線をFTTH(Fiber To The Home)という．
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    (臨床⼯学講座医⽤情報処理⼯学)
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13. 通信速度の単位
    • データの通信速度の単位はbps (bit per sec)．
    • １秒間に何ビットの情報を送れるかを表す．
    • １秒間に送れるバイト数はbpsを8で割れば良い．
    

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14. 有線LANの規格
    • 10BASE-T（テンベース） 伝送速度10Mbps
    • 100BASE-TX（ひゃくベース） 伝送速度100Mbps
    • 1000BASE-T（せんベース）伝送速度1Gbps
    Amazonベーシック LANケーブル RJ45
    コネクタの規格
    

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15. 無線LAN
    • 電波を使い無線で通信を⾏う．
    • IEEE802.11シリーズとして規格化されている．
    規格 周波数帯 最⼤通信速度 特徴
    IEEE802.11a 5Ghz 54Mbps 電⼦レンジなどの家電や
    Bluetoothの電波障害を受け
    にくい．
    障害物に弱い．
    IEEE802.11b 2.4GHz 11Mbps 電⼦レンジなどの家電や
    Bluetoothの電波障害を受け
    やすい．
    障害物に強い．
    IEEE802.11g 2.4GHz 54Mbps
    IEEE802.11n 2.4GHz 600Mbps
    5GHz 600Mbps 電⼦レンジなどの家電や
    Bluetoothの電波障害を受け
    にくい．
    障害物に弱い．
    IEEE802.11ac 5GHz 6.9Gbps
    

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16. 無線LANの暗号化技術
    • 電波は盗聴される可能性があるため，通信を暗号化するなどの
    対応が必要となる．
    • 暗号化⽅式
    • WEP (Wired Equivalent Privacy)
    • 無線LANの世界で初めて登場した暗号化⽅式．
    • いくつか問題があるため，現状では使⽤しないことが推奨されている．
    • WPA (Wi-Fi Protected Access)
    • WEPの代わりとして考えられた⽅式．
    • WPA2
    • WPAの改良版．
    • WPA2-PSKが⼀般家庭での使⽤において推奨されている．
    

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17. 暗号化以外のよくあるWi-Fiのセキュリティ設定
    • SSIDのステルス化
    • アクセスポイントの⾃動検出機能などでアクセスポイントを発⾒できない
    ようにすること．
    • ステルス化により，その場にアクセスポイントがあることを発⾒されにく
    くなる．
    • 発⾒する⽅法はあるため，セキュリティ対策の効果は薄い．
    • MACアドレスフィルタリング
    • MACアドレスにより通信できる機器を制限する．
    • MACアドレスを特定，偽装することは可能なため，セキュリティ対策の効
    果は薄い．
    

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18. ネットワークの接続形態（トポロジー）
    • スター型
    • ハブを中⼼として放射状にコンピュータを接続する形態．
    • バス型
    • 1本の期間となるケーブルに，コンピュータを接続する形態．
    • リング
    • リング状にコンピュータを接続する形態．
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    スター型 バス型 リング型
    (⽇本臨床⼯学技⼠教育施設協議会, 医⽤情報処理⼯学)
    

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19. 演習
    • データ通信の伝送路でないものはどれか．第33回ME2種
    1. 同軸ケーブル
    2. ツイストペアケーブル
    3. 光ケーブル
    4. 無線
    5. パケット
    

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20. 演習
    • データ通信の伝送路でないものはどれか．第33回ME2種
    1. 同軸ケーブル
    2. ツイストペアケーブル
    3. 光ケーブル
    4. 無線
    5. パケット
    

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21. 演習
    • コンピュータネットワークを構成するハードウェアで無いのは
    どれか第31回ME2種
    1. ハブ
    2. ルータ
    3. パケット
    4. イーサネットカード
    5. モデム
    

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22. 演習
    • コンピュータネットワークを構成するハードウェアで無いのは
    どれか第31回ME2種
    1. ハブ
    2. ルータ
    3. パケット
    4. イーサネットカード
    5. モデム
    

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23. 演習
    • ハブやスイッチなどの集線装置を中⼼に，複数台の情報機器を
    接続するネットワーク・トポロジーはどれか．第35回臨床⼯学
    技⼠国家試験
    1. バス型
    2. スター型
    3. リング型
    4. ピアツーピア型
    5. メッシュ型
    

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24. 演習
    • ハブやスイッチなどの集線装置を中⼼に，複数台の情報機器を
    接続するネットワーク・トポロジーはどれか．第35回臨床⼯学
    技⼠国家試験
    1. バス型
    2. スター型
    3. リング型
    4. ピアツーピア型
    5. メッシュ型
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    スター型 バス型
    リング型
    ピア・ツー・ピア型
    フルメッシュ型
    

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25. 演習
    • 帯域が50Hzから4kHzの⾳声信号をAD変換して伝送する．量⼦
    化ビット数を12bitとするとき，最低限必要な伝送速度[kbps]は
    どれか．ただし，圧縮符号化は⾏わず，⾳声以外のデータは無
    視する．第29回臨床⼯学技⼠国家試験
    1. サンプリング周波数を求める．
    2. 1秒あたりのデータ量を求める．
    

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26. 演習
    • 帯域が50Hzから4kHzの⾳声信号をAD変換して伝送する．量⼦
    化ビット数を12bitとするとき，最低限必要な伝送速度[kbps]は
    どれか．ただし，圧縮符号化は⾏わず，⾳声以外のデータは無
    視する．第29回臨床⼯学技⼠国家試験
    1. サンプリング周波数を求める．
    周波数の上限が4kHzの⾳声なのでサンプリング周波数は少
    なくとも8kHz必要．
    2. 1秒あたりのデータ量を求める．
    8kHz * 12bit = 96kbit
    よって，96kbps
    

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27. 演習
    • 画素数128×128，各画素が16階調の⽩⿊濃淡で表されるディジ
    タル静⽌画像を毎秒４枚送信したい．このときに必要な通信速
    度は何bps（ビット/秒）か．ただし，画像の圧縮はせず，制御
    ⽤の信号などは考えないものとする．また，1k（キロ）は2!"を
    表すものとする．第21回ME2種
    1. 画素数を求める．
    2. 画像のデータ量を求める．
    3. 画像のデータ量に1秒あたりの枚数をかけたも
    のが通信速度となる．
    

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28. 演習
    • 画素数128×128，各画素が16階調の⽩⿊濃淡で表されるディジ
    タル静⽌画像を毎秒４枚送信したい．このときに必要な通信速
    度は何bps（ビット/秒）か．ただし，画像の圧縮はせず，制御
    ⽤の信号などは考えないものとする．また，1k（キロ）は2!"を
    表すものとする．第21回ME2種
    1. 画素数を求める．
    128*128=2^7*2^7=2^14
    2. 画像のデータ量を求める．
    ⾊はグレースケール16階調なので，1画素あたり4bitのデータ量を持つ．
    画像1枚のデータ量は，
    2^14*2^2=2^16
    3. 画像のデータ量に1秒あたりの枚数をかけたものが通信速度となる．
    2^16*2^2=2^18bps=2^8kbps=256kbps
    

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29. クライアントとサーバ
    

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30. クライアントとサーバ
    • ネットワークにより複数のコンピュータが組み合わさって働く
    必要がある．
    

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31. 集中処理システム
    • ホストコンピュータが集中的に処理をする．
    • データの⼀貫性を維持し管理しやすい．セキュリティの確保や
    運⽤管理が⽐較的簡単という特徴がある．
    • しかし，システムの拡張が難しい，ホストコンピュータが動か
    なくなるとシステム全体が停⽌してしまうという問題がある．
    ホストコンピュータ
    

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32. 分散処理システム
    • 複数のコンピュータに負荷を分散させて，それぞれ処理を⾏う．
    • システムの拡張が簡単．
    • ⼀部のコンピュータが壊れても全体には影響しない．
    個々のコンピュータが処理を⾏う
    

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33. クライアントサーバシステム
    • メール，ウェブサイト，ファイル共有などの機能（サービス）
    を提供するサーバと，それを必要に応じて利⽤するクライアン
    トによって構成させるシステム．
    • 垂直分散システムなので，⼀つのサーバの障害が他のサーバに
    影響を及ぼさないためサービス全体に影響しない．
    ファイルサーバ
    ファイルを送るよ
    ウェブサーバ
    ウェブサイトを送るよ
    

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34. サーバの種類
    • ファイルサーバ
    • ファイルを共有を提供するサーバ．
    • NAS (Network Attached Storage)
    • ネットワークに接続して使⽤する記憶装置．ファイルサーバに特化した機器．
    • メールサーバ
    • 電⼦メールのやり取りを⾏うサーバ．
    • Webサーバ
    • ウェブサイトを配信するサーバ．
    • プリントサーバ
    • プリンタをネットワーク上で使えるようにするサーバ．
    • データベースサーバ
    • データベースを持ち，データベースの管理システムが動作しているサーバ．
    • クライアントからのリクエストに応じデータベースの処理を⾏う．
    

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35. クラウドコンピューティング
    • インターネットなどのコンピュータ・ネットワークを経由して
    コンピューティングサービスを提供する形態．
    

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36. IoT
    • IoT (Internet of Things)とはモノのインターネットとも呼ばれ，
    あらゆるモノがインターネットにつながる社会やその様⼦を表
    す．
    • 現在でも，パソコンやスマートフォンだけではなく，テレビ，
    スマートスピーカー，⾞，監視カメラ，電⼦レンジなどもイン
    ターネットに繋がっている場合がある．
    • IoT機器とは，インターネットに繋がるあらゆるモノのことで，
    特にパソコンやスマートフォンのような以前からインターネッ
    トにつながっていたIT機器以外を指すことが多い．
    データ
    

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37. 演習
    • クライアント・サーバシステムについて誤っているのはどれか．
    第35回臨床⼯学技⼠国家試験
    1. サービスを提供する側をサーバと⾔う．
    2. サーバの障害はシステム全体に影響する．
    3. クライアントの増加はサーバの負荷を軽減させる．
    4. Webブラウザはクライアントソフトである．
    5. 電⼦メールの配送はメールサーバが⾏う．
    

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38. 演習
    • クライアント・サーバシステムについて誤っているのはどれか．第35
    回臨床⼯学技⼠国家試験
    1. サービスを提供する側をサーバと⾔う．
    2. サーバの障害はシステム全体に影響する．
    • この⽂章だけでは正解は不正解かわからない．
    • クライアントサーバシステムは垂直分散システムなので，⼀般的には⼀つのサー
    バの障害が他のサーバに影響を及ぼさないためシステム全体に影響しない．
    • ⼀⽅，そのサーバが提供するサービスは使えなくなるのでクライアント全体に影
    響するとも⾔える．
    3. クライアントの増加はサーバの負荷を軽減させる．
    サーバを使⽤するクライアントが増えると負荷が増加します．
    4. Webブラウザはクライアントソフトである．
    5. 電⼦メールの配送はメールサーバが⾏う．
    

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39. 演習
    • 情報⽤語の``IoTʼʼはどれか．第41回ME2種
    1. Internet of Things
    2. Information of Technology
    3. Interface of The device
    4. Introduction of Thesis
    5. Instant of Time
    

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40. 演習
    • 情報⽤語の``IoTʼʼはどれか．第41回ME2種
    1. Internet of Things
    2. Information of Technology
    3. Interface of The device
    4. Introduction of Thesis
    5. Instant of Time
    

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