ネットワークの方式
LAN(Local Area Network)
狭い範囲（オフィスなど）のネットワーク
→ 有線LAN・無線LANで区別
有線LAN
有線でコンピュータ同士を接続
→ （OSI基本参照モデル） 物理層・データリンク層に属する
メジャーな有線LAN：イーサネット（Ethernet）→ IEEE802.3 で規格化
→ イーサネットのアクセス制御方式：CSMA/CD(Carrier Sense Collision Detection)
＊ ネットワークの通信：データが衝突（コリジョン）
→ 時間をおいて再送信する（接続する端末 増 → 通信速度 遅）
無線LAN
有線 ❌、電波で通信をするLAN → 802.11 で規格化
→ 電波が届く範囲にコンピュータ配置できる
→ 盗聴・情報漏洩の危険性（セキュリティ対策）
-
Wi-Fi： 無線LAN装置間：相互接続性が保証されるブランド
→Wi-Fiダイレクト： 2台の端末同士を接続させるモード - ESSID： 無線ネットワークを識別する文字列
＊ CSMA/CA(Collision Avoidance)： 無線LANで使う、アクセス制御方式 → 衝突回避
WAN(Wide Area Network)
遠く離れたLAN同士を接続するネットワーク
＊ VPN： 公衆回線を専用線のように使う、仮想ネットワーク
→ セキュリティの確保
モバイル通信サービス
通信事業者の電波 → スマートフォンでインターネットに接続するサービス
→ SIMカード：端末に入れて通信できるようになる
→ 通信速度： 3G → LTE（4G） → 5G
→ テザリング： スマホをアクセスポイントにして、PCなどからインターネットを使う機能
- MVNO(Mobile Virtual Network Operater)： 通信事業者の通信網を借りて、自社ブランドで通信サービスを提供する
- キャリアアグリゲーション ： 複数の周波数帯を束ねる → 無線通信の高速化・安定化を図る
- ５G ： 第５世代通信システム：「超高速」「超低遅延」「多数同時接続」
- IoTネットワーク ： LPWA(Low Power Wide Area)：低速・広範囲をカバーできるネットワーク
-
輻輳（ふくそう）：通信急増 → つながりにくくなる現象
通信プロトコル
【手紙】
・約束事： 切手を貼る / 宛名を書く / ポストに入れる
・その後の流れ（階層）： 回収係 → 仕分け係 → 配送係
→ ネットワークにも「約束事」「階層」ある
プロトコル ： コンピュータ同時がやり取りするための約束事
→ 世界共通のルールに従わないと、ネットワークで通信できない！！
→ 約束事を7階層に分けた
OSI基本参照モデル（アプセトネデブ）
第1層〜第7層まで組み合わせる → コンピュータ同士がコミュニケーションできる
| 階層 | 名称 | 内容 |
|---|---|---|
| 第７層 | アプリケーション層 | どんなサービスを提供するか |
| 第６層 | プレゼンテーション層 | どんなデータ形式にするか |
| 第５層 | セッション層 | 通信の開始から終了までどう管理するか |
| 第４層 | トランスポート層 | 通信の信頼性を確保するためのルール |
| 第３層 | ネットワーク層 | 異なるネットワーク同士で通信するためのルール |
| 第２層 | データリンク層 | 同じネットワーク内で通信するためのルール(社内/家庭内) |
| 第１層 | 物理層 | 物理的にどうつなぐか（0,1 -> 電気信号に変換するルール/ ケーブルの形状に関するルール） |
TCP/IP
デファクトスタンダード(事実上の標準)になっているプロトコル
→ OSIの各層と対応
アプリケーション層のプロトコル
| プロトコル | 説明 |
|---|---|
| HTTP(Hypertext Transfer Protocol) | HTMLコンテンツのやりとり |
| FTP(File Transfer Protocol) | ファイル転送 |
| TELNET | 遠隔地コンピュータにリモートログインして操作 |
| SNMP(Simple Network Management Protocol) | ネットワーク上の構成機器、障害時の情報収集 |
| NTP(Network Time Protocol) | 複数コンピュータの時刻を同期 |
| SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) | メールの送信 |
| POP3(Post Office Protocol Version3) | メールサーバー上のメールボックス←メール受信 |
| IMAP4(Internet Message Access Protocol Version4) | メールサーバー上のメールボックス←必要なものだけ受信 |
＊ SMTP ↔︎ POP
SMTP : 葉書を最寄りのポストに投函 → 相手の郵便ポストへ配送
POP3 ： 相手が郵便ポストから葉書を取り出す
トランスポート層のプロトコル
通信の信頼性を確保する方法
→ パケット（通信データを細かくしたもの）をどう運ぶのか
| プロトコル | 説明 | 重視 | 利用先 |
|---|---|---|---|
| TCP | 通信相手と接続できたか確認 → パケット送信 | 信頼性 | HTTP,FTP,TELNET,SMTP,POP3 |
| UDP | 通信相手と接続確認せず、パケット送信 | リアルタイム性 | DNS,DHCP,NTP |
インターネット層のプロトコル
ネットワーク同士でどう通信するかのルール
→ 複数のネットワークをつないで、その上をパケットが流れる仕組み
| プロトコル | 説明 |
|---|---|
| IP(Internet Protocol) | IPアドレス→複数ネットワーク→パケットを相手に届ける |
| ICMP(Internet Control Message Protocol) | 相手との通信状況：メッセージで返す |
| ARP(Adress Resolution Protocol) | IPアドレス → MACアドレス取得 |
※ RARP（Reverse ARP）：MACアドレス → IPアドレス 取得
※ ノード
・ネットワーク分野：ネットワークに接続する機器、ネットワークとネットワークを接続する機器
・TCP/IPネットワーク：IPアドレスをもつ装置
ネットワークインタフェース層のプロトコル
| プロトコル | 説明 |
|---|---|
| PPP(Point-to-Point Protocol) | 2地点間を接続して通信 |
| PPPoE(PPP over Ethernet) | LAN(Ethernet)上でPPPをする |
ネットワーク接続機器
パケット
TCP/IPプロトコルを使うネットワーク → 通信データをパケットに分けて通信
＊ ネットワーク上に流れるデータ全て：パケット（広義の意味）
データ伝送単位
OSI基本参照モデル ＝ 階層ごとに「データ」の呼び方が違う
- トランスポート層：セグメント
- ネットワーク層：パケット
- データリンク層：フレーム
＊ 送信時：データが下位層へ行く → ヘッダ情報追加
＊ 受信時：データが上位層へいく → ヘッダ情報削除
＊ 各ヘッダ：相手にデータを届けるため、情報を追加
| ヘッダ名 | 追加情報 |
|---|---|
| TCPヘッダ | 送信元・宛先：ポート番号 |
| IPヘッダ | 送信元・宛先：IPアドレス |
| MACヘッダ | 送信元・宛先：MACアドレス |
ネットワーク接続機器(ゲルブリ)
「LAN内」・「LAN同士」・「WANとLAN」接続 する時に使う 装置
リピータ
OSI基本参照モデル（物理層）で中継
【端末間】
- LAN ケーブル → 長くなるほど電圧が弱くなる...
- → データ信号：大きくする → 伝送距離のばす
※ ハブ：分岐して、他の繋がってる機器すべてに信号を送る（常に ブロードキャスト）
- → データ信号：大きくする → 伝送距離のばす
ブリッジ
OSI基本参照モデル（データリンク層）で中継
【同一 LAN内】
→ フレームの宛先MACアドレス（MACヘッダ）解析 → 適切な場所に中継
＊ MACアドレス：NICに割り振られた世界で一意の物理アドレス
＊ 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カード
→ 役割：データを電気信号に変換 → ケーブルに流す、受け取る
→ イーサネット：MACアドレス → 機器を識別
スイッチングハブ
バフよりも賢い。CPU/メモリが入ったコンピュータ
※ PC「A」＝ PC「C」にデータを送りたいが、「スイッチングハブ」＝どのノードがPC「C」か分からない
- 全員に同データを送る ＝ ブロードキャスト（たまに）
- スイッチングハブに「ポート・MACアドレス」登録される
- 登録されたら、ブロードキャストすることはない。
※ L2スイッチ：スイッチングハブ機能 ＋ VLAN（Virtual LAN）機能 のハブ
ルータ
OSI基本参照モデル（ネットワーク層）で中継
【異なるLAN同士】 【LAN ↔︎ WAN】
→ パケットの宛先IPアドレスを解析 → 最適な経路へパケット転送（ルーティング）
＊ ブリッジ：MACアドレスが確認できる範囲でのみ有効
→ ネットワーク宛のパケットを中継できない
＊ L3スイッチ：ルーターと同じ機能を持つ
ゲートウェイ
OSI基本参照モデル（トランスポート層以上）で中継
→ LAN同士でプロトコル変換をする
例） 携帯電話の電子メール ⇆ 【 ゲートウェイ 】 ⇆ インターネットの電子メール
→ ゲートウェイがプロトコル変換して、やりとりが可能になる
＊ デフォルトゲートウェイ：異なるネットワークを接続する出入り口になる装置
→ 例） 社内LAN → インターネット：接続する装置
IPアドレス
TCP/IPネットワーク上のコンピュータを識別する番号
→ コンピュータの住所
→ ２進数32ビットで表現
ドメイン名
人間がもっとわかりやすいように、IPアドレスを文字列に置き換える
例） 192.218.88.180 ＝ 「独立行政法人 情報処理推進機構」のIPアドレス
→ ドメイン名：「www.ipa.go.jp」
（ドメイン名の構成）
（ドメイン名の狭義・広義の意味）
＊ 狭義の意味
・ドメイン名： ネットワークを識別する文字列
・ホスト名： コンピュータを識別する文字列
→ 「ホスト名」＋「ドメイン名」＝ FQDN（Fully Qualified Domain Name / 完全修飾ドメイン名）と言う
＊ 広義の意味
・ドメイン名・ホスト名 ＝FQDNとして使う
DNS（Domain Name System）
ドメイン名 ↔︎ IPアドレス ＝リンクするシステム
→ 担当者：DNSサーバー
＊ 名前解決 ： ドメイン名 → IPアドレス取得 / IPアドレス名 → ドメイン名取得
グローバルIPアドレス / プライベートIPアドレス
IPアドレス：2種類
グローバルIPアドレス
インターネットで使うIPアドレス → 世界で一意
プライベートIPアドレス
LAN内で使えるIPアドレス → LAN内で一意
DHCP
自動的にIPアドレスを割り当てるプロトコル
→ 担当者：DHCPサーバー
ポート番号
TCP/IP基盤のネットワークではサービスが多数利用できる
→ サービスを支える：TCP/IPの上位層（セッション層以上）で規定されたプロトコルたち
→ どんなプロトコルがどんなサービスを提供しているのか
ポート番号： IPアドレスのみ→コンピュータ識別可能↔︎コンピュータ内のどのサービス宛てか不明
→ サービス（アプリケーション）を識別する番号（0〜65,535）
（イメージ図）
＊ ウェルノウンポート： 主なプロトコルには、あらかじめポート番号が予約されてる（0~,1023）
＊ ポート番号のイメージ（葉書）
住所 → 相手の家特定（IPアドレス）
宛名 → 家族の誰か特定（ポート番号）
| プロトコル | ポート番号 |
|---|---|
| FTP転送 | 20 |
| FTP制御 | 21 |
| HTTP | 80 |
| SMTP | 25 |
| POP3 | 110 |
| DNS | 53 |
NAT/NAPT
アドレス変換技術 → ルーターの機能
NAT（Network Adress Translation）
一つのグローバルIPアドレスと一つのプライベートIPアドレスを相互に変換
NAPT（Network Adress Port Translation） ＝ IPマスカレード
一つのグローバルIPアドレスと複数のプライベートIPアドレスを相互に変換
IPアドレスのクラス
IPアドレス ＝ 「ネットワーク部」 ＋ 「ホスト部」
＊ 32ビットのIPアドレス → ネットワーク部・ホスト部で何ビットずつの構成にするかでクラス分け
| クラス | ネットワーク部 | ホスト部 | 接続可能なホスト台数 | 規模 |
|---|---|---|---|---|
| A | 8ビット | 24ビット | 2²⁴ー2 = 16,777,214台 | 大規模 |
| B | 16ビット | 16ビット | 2¹⁶ー2 = 65,534台 | 中規模 |
| C | 24ビット | 8ビット | 2⁸ー2 = 254台 | 小規模 |
＊ ホスト台数「−２」
→ すでに予約されたアドレスのため利用できない
→ ホスト部 「全て０」 ＝ ホストが属するネットワークアドレス
→ ホスト部「全て１」 ＝ ブロードキャストアドレス
＊ ネットワーク部の表し方
192. 168. 0. 0 /23
→ /23 ＝ 上位23ビットがネットワーク部
→ 下位９ビットがホスト部
ブロードキャスト
同じネットワーク内全てのホストに対して、一斉にデータを送信すること
サブネッティング
ホスト部を分割 → 複数の小さいネットワーク（サブネット）を作ること
サブネットマスク
IPアドレスを「ネットワーク部」「ホスト部」に分けるためのビット列
→ サブネッティングするためには、柔軟に設定できる必要あり
→ ネットワーク部：1/ホスト部：0 で設定
例） IPアドレス「192.168.1.19」、サブネットマスク「255.255.255.240」
IPアドレス 192 = 110... → クラスC
クラスC ＝ ネットワーク部24ビット、ホスト部8ビット → サブネットマスク「255.255.255.0」のはず
| 10進数 | 2進数 | |
|---|---|---|
| サブネットマスク | 255.255.255.0 | 11111111｜11111111｜11111111｜00000000 |
| 255.255.255.240 | 11111111｜11111111｜11111111｜11110000 |
- ホスト部から４ビット間借り
- サブネット部：４ビット / ホスト部：４ビット
- サブネット部：2⁴＝16サブネット / ホスト部＝2⁴ー２＝14台
→ 一つのネットワーク＝16サブネット、各サブネット＝14台 管理できる！
ネットワークアドレス（サブネットワークアドレス）の求め方（AND演算）
ホストのIPアドレス AND サブネットマスク
| 10進数 | 2進数 | |
|---|---|---|
| IPアドレス | 192.168.1.19 | 11000000｜10101000｜00000001｜00010011 |
| サブネットマスク | 255.255.255.240 | 11111111｜11111111｜11111111｜11110000 |
| AND演算 | ||
| ネットワークアドレス | 192.168.1.16 | 11000000｜10101000｜00000001｜00010000 |
CIDR（Classless Inter-Domain Routing）
クラス（A/B/C）を取り払う
→ １ビット単位でネットワーク部・ホスト部を設定
IPv6
今：IPv4(32ビット) → 新規で割り当てられるIPアドレスがない
将来：IPv6(128ビット)
→ IPv4とIPv6の通信＝IPv4パケットの中にIPv6アドレスを入れ込む（トンネリング）
IPsec
TCP/IPネットワークで暗号通信をするためのプロトコル
→ ネットワーク層で動作
→ IPパケットを暗号化
→ IPv6＝標準で組み込まれてる
ネットワーク管理
SDN（Software Defined Networking）：ソフトウェアでネットワーク機器を制御。設定を動的に変更する技術
→ OpenFlow ：①ネットワーク機器内「経路制御機能」「データ転送機能」を論理的に分離
：②ソフトウェア（コントローラー）で「データ転送機能」を制御するアーキテクチャ
インターネットの応用
URL
Web上で取得したいWebページの情報元を示す
例） 情報処理技術者試験の過去問サイト
https://www.jitec.ipa.go.jp/1_04hanni_sukiru/_index_mondai.html
プロトコル ： https://
ホスト名 ： www
ドメイン名 ： jitec.ipa.go.jp
パス名 ： /1_04hanni_sukiru/
ファイル名 ： _index_mondai.html
CGI
- （Webブラウザ）要求
- （Webサーバー）外部プログラムの呼び出し
- （Webブラウザ）結果をHTTPを介してWebブラウザに返す
＊ Webページを動的に表示させたい場合に使う
MIME
電子メールの機能を拡張したもの（音声・画像も送信できちゃう）
S/MIME：MIME ＋ 暗号化
メールヘッダ
SMTPで送信 → メール ＋αの情報(メールヘッダ)
（情報の種類）
| メールヘッダ | 内容 |
|---|---|
| From | メールの送信者 |
| To | メールの送信先 |
| Cc | 一つのメール→複数に送る：宛先 |
| Bcc | 一つのメール→複数に送る：宛先(ここの部分＝受信者に送信✖️) |
| Return-Path | メールサーバーが付加するメール送信者 |
| X-Mailer | メール作成時、使ったソフト |
| Receiver | メールがたどった経路のサーバー |
＊ SMTP-AUTH ： メール送信者を送信サーバーが認証する
回線の計算
通信速度の単位： bps(bit per second)：1秒ごとに送られるビット数