ネットワークの基本の「き」改版

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ネットワークの基本の「き」 mina

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自己紹介 mina Twitter: @silmin_ Birth: 1999/04/04

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ネットワークってなに？

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ネットワークってなにコンピュータ同士を繋げた網の目のようなもの ←こんなの ● LAN(Local Area Network) 部署内や建物内、敷地内などの狭い範囲をカバー ● MAN(Metropolitan Area Network) 都市や市街地の一部または全体をカバー ● WAN(Wide Area Network) 地理的に離れたLAN同士を結ぶ LANやMANより広い範囲をカバーネットワークの規模による分類

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インターネットってなにネットワークのネットワーク多数のLANが共通の決まり(プロトコル)に従って、緩やかに繋がり合っている。 LAN LAN LAN LAN LAN プロトコルプロトコルプロトコルプロトコルプロトコルプロトコル

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互いの繋がりは意識しなくていい

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プロトコルの話

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プロトコルについてコンピュータ同士が通信するための、共通のルール HTTP, IP, FTP, DNS あたりはよく見そう通信の手順、データの形式、言語、送信元や宛先の情報.... 通信するにはたくさんの決め事が必要これらは階層構造(レイヤ)で整理する

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階層構造(レイヤ)で管理各層のプロトコルは独立しているその層の変更が、他層に影響を与えない同じ階層同士別のプロトコルに入れ替えても通信は成立する第 N 層第 N+1 層第 N-1 層 PC1 第 N 層第 N+1 層第 N-1 層 PC2 プロトコルプロトコルプロトコル

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携帯電話を使う日本語を使う想像してること(解釈)が同じ

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携帯電話を使う英語を使う想像してること(解釈)が同じ入れ替えても通信(会話)は成立

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階層構造(レイヤ)で管理各層のプロトコルは独立しているその層の変更が、他層に影響を与えない同じ階層同士別のプロトコルに入れ替えても通信は成立する ● 拡張性や柔軟性が上がる ● 実装が容易 ● 修正が容易第 N 層第 N+1 層第 N-1 層 PC1 第 N 層第 N+1 層第 N-1 層 PC2 プロトコルプロトコルを階層構造で体系化ネットワークアーキテクチャプロトコルプロトコル

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ネットワークアーキテクチャは各層が独立している同じ階層の別プロトコルに入れ替えても影響なし

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ネットワークアーキテクチャの各層

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OSI参照モデル 7. アプリケーション層アプリケーション同士の通信に必要な固有の部分を規定 6. プレゼンテーション層ネットワーク上で扱うデータの形式を規定 5. セッション層通信形式の規定や通信のタイミングの制御 4. トランスポート層アプリケーションの識別とデータの品質の保証 3. ネットワーク層終端ノード間(End-to-End)の通信(アドレス体系・経路制御 ) 2. データリンク層隣接ノード間(Link-by-Link)の通信(フレーム生成) 1. 物理層物理信号とビット列変換　ケーブルやコネクタ等の規定

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プロトコルとパケット 7. アプリケーション層 6. プレゼンテーション層 5. セッション層 4. トランスポート層 3. ネットワーク層 2. データリンク層 1. 物理層データヘッダ７データヘッダ７ヘッダ６データヘッダ７ヘッダ６ヘッダ５データヘッダ７ヘッダ６ヘッダ５ヘッダ４データヘッダ７ヘッダ６ヘッダ５ヘッダ４ヘッダ３データヘッダ７ヘッダ６ヘッダ５ヘッダ４ヘッダ３ヘッダ２ 0100101001... メッセージデータグラムフレームセグメント・データグラムコネクション型↓ コネクションレス型↓

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アプリケーション層アプリケーション間の通信に必要な固有の部分を規定メッセージ・ヘッダリクエスト・ラインリクエスト・ヘッダフィールド一般ヘッダフィールドエンティティヘッダフィールドその他空行 (CR+LF) メッセージ・ボディ HTTPリクエストフォーマット

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プレゼンテーション層データの表現形式を規定ネットワーク全体で統一された形式 OSやアプリケーション固有の形式相互変換アプリケーション層プレゼンテーション層アプリケーション層プレゼンテーション層 UTF8 EUC-JP ISO2022-JP 変換変換

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セッション層通信方式の規定・通信タイミングの制御 ● 通信の開始・終了のタイミング ● コネクション(論理的な通信路)の確立・切断 ● 通信順序トランスポート層に指示もしもーし？smtp.example.comさん？はーい。なんでしょう。 hoge@example.comから～ほうほう fuga@example.comに送りたいですメール送信の例了解です！データを下さい！これです～ DATA 受け取りました～ありがとうございました～ﾉｼはーい！ smtp.example.com セッション一連の通信期間全体

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トランスポート層セッション層からの指示によって、通信方式とかタイミング制御を実際にやるアプリケーション間通信を実現する - パケットを適切なアプリケーションに届けるアプリケーションに適したデータの品質を保証 1bitの誤りも許されないデータを扱う　　→　コネクション型通信連続して高速に通信し続けるデータを扱う　→　コネクションレス型通 Webサーバメールサーバ FTPサーバ FTP Web Email Web Email 適切なアプリケーションに振り分け

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相手の存在を確認するかどうか ● コネクション型通信コネクションを確立(相手の存在を確認)してから通信を行う品質は高いが速度は遅い場面：1bitも誤りのない信頼性が必要な時 (メール等) ● コネクションレス型通信コネクションを確立(相手の存在を確認)せずに通信を行う品質は低いが速度は速い場面：連続した高速な通信が必要とされる時 (動画配信等)

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ネットワーク層終端ノード間(End-to-End)の通信を実現するノード：PCやサーバ等の通信をになうネットワーク機器経路制御　どの経路を使うのか選択するアドレス体系の規定　ネットワーク全体で統一されてる　(IPアドレス)

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データリンク層隣接間ノード(Link-by-Link)の通信を実現する隣接間ノード：実際に直接繋がってるノードデータリンク：ノードを繋げる具体的な手段(Ethernet, 無線...) Ethernet Ethernet 無線これら以外にも様々なデータリンクを経由するフレームの作成　伝送データの最小単位を作成 MACアドレスの管理　ノードを一意に識別するための　アドレス

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物理層フレームを構成するビット列と物理信号との相互変換ケーブルやコネクタの形式等を規定 0100101001... 0100101001... 変換変換

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TCP/IP ネットワークアーキテクチャの１つ現在の標準がこれ ● 実際に動く使えることを重視 ● 仕様決定は誰でも参加可能 OSI参照モデルと違い４階層構造 4. アプリケーション層 3. トランスポート層 2. インターネット層 1. ネットワーク　インターフェース層

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OSI参照モデルとTCP/IP 7. アプリケーション層 6. プレゼンテーション層 5. セッション層 4. トランスポート層 3. ネットワーク層 2. データリンク層 1. 物理層 4. アプリケーション層 3. トランスポート層 2. インターネット層 1. ネットワーク　インターフェース層ソフトウェアに任せる →ソフトの自由度を優先 TCP/IPが厳密に規定ハードウェアに任せる →ハードの自由度を優先変化が激しい変化が激しい

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各層には明確な役割があるお互いに利用し合って通信が成り立つ

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ネットワーク機器の話

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ネットワーク機器の話各層にはそれに対応する機器がある ● 物理層：リピータ ● データリンク層：ブリッジ ● ネットワーク層：ルータ

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物理信号(電気とか光とか)の増幅・整形物理信号はケーブル長が伸びれば伸びるほど劣化していく(ノイズ乗ったり弱くなったり) 伝送距離を延長するため、LANを延長するために用いる物理信号を変換(電気→光)できるやつもいる接続段数に制限あり(コリジョン(衝突)検出云々の事情) リピータハブって呼ばれるリピータ(物理層)

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ブリッジ(データリンク層) フレームを認識して機能的な転送 ● 宛先の識別(MACアドレスの学習) ● フレームのエラー検出 ● 媒体・速度が違うデータリンクを接続可(バッファがある) ● 実際の機器はスイッチングハブ(スイッチ)ともいう MAC:A MAC:B MAC:C MAC:D port1 port2 B宛だから流さないよ！

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ルータ(ネットワーク層) LAN同士を接続する(LANを分断する) ● 経路制御：パケットを適切なルータ・宛先へ転送 ● 異なる規格のデータリンク同士を接続 (Ethernet → 無線LAN等) LAN1 LAN2 LAN3 ルータルータ

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経路制御送信者 LAN2 LAN1 ルータA LAN3 LAN4 ルータB LAN5 ルータC 受信者

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経路制御送信者 LAN2 LAN1 ルータA LAN3 LAN4 ルータB LAN5 ルータC 受信者宛先転送先 LAN1 - LAN2 - LAN3 ルータB LAN4 ルータB LAN5 ルータB 宛先転送先 LAN1 ルータA LAN2 - LAN3 - LAN4 - LAN5 ルータC 宛先転送先 LAN1 ルータB LAN2 ルータB LAN3 ルータB LAN4 - LAN5 - ルータA ルータB ルータC

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ネットワークアーキテクチャ各層に対応した機器がいる

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MACアドレスとIPアドレス

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MACアドレスとIPアドレス IPアドレス(IPv4) ネットワーク上での住所のようなもの例：192.168.1.100/24 アドレスが X.X.X.X の32bit(Xを2進数に変換) ネットワーク層の管轄 MACアドレスネットワーク機器を一意に識別する機器すべてに最初から刻印されてる例：A0:B2:D5:7F:81:B3 アドレスがX:X:X:X:X:Xの形式でXは2桁の16進数データリンク層の管轄

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なんでアドレス２つも？

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例ルータA ルータB IP: aa MAC: AA IP: bb MAC: BB IP: ra MAC: RA IP: rb MAC: RB PC1からPC2へパケットを送る PC1 PC2

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例ルータA ルータB IP: aa MAC: AA IP: bb MAC: BB IP: ra MAC: RA IP: rb MAC: RB PC1 PC2 データ aa → bb AA → RA データ送信元IP→宛先IP 送信者MAC→宛先MAC

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ルータA ルータB IP: aa MAC: AA IP: bb MAC: BB IP: ra MAC: RA IP: rb MAC: RB PC1 PC2 データ aa → bb AA → RA データ aa → bb RA → RB データ送信元IP→宛先IP 送信者MAC→宛先MAC データ aa → bb RB → BB 例

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通信するときは IPアドレス → 保持 MACアドレス → 更新

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まとめインターネットの通信はプロトコルってのに支えられてるプロトコルは階層構造で管理することで嬉しいネットワーク機器は色々あって、働きがそれぞれ違う IPアドレスとMACアドレスはどっちも大事