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電子社会設計論 第5回 Electronic social design theory

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電子社会設計論 第5回 Electronic social design theory. 中 貴俊. 内容. インターネット(ネットワーク)の基礎知識. ネットワークの基礎知識. 通信の仕組み(簡潔に) OSI 参照モデル TCP/IP IP アドレス ポート番号 DNS IP アドレスの割り当ての仕組み プライベート IP アドレス(内部ネットワーク) IPv4 の枯渇問題 NAT/NAPT IPv6. ネットワークテクノロジの開発. 1970 年代中期 様々なメーカー 様々なネットワークテクノロジの開発 ネットワーク機器の発売. 独自開発.

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Presentation Transcript
slide2
内容
  • インターネット(ネットワーク)の基礎知識
slide3
ネットワークの基礎知識
  • 通信の仕組み(簡潔に)
    • OSI参照モデル
    • TCP/IP
    • IPアドレス
    • ポート番号
    • DNS
  • IPアドレスの割り当ての仕組み
  • プライベートIPアドレス(内部ネットワーク)
  • IPv4の枯渇問題
  • NAT/NAPT
  • IPv6
slide4
ネットワークテクノロジの開発
  • 1970年代中期
    • 様々なメーカー
    • 様々なネットワークテクノロジの開発
    • ネットワーク機器の発売

独自開発

異なるメーカーのネットワーク機器の相互接続が困難

異なるメーカーのネットワーク機器の相互接続が困難

ネットワークの構成に必要な事柄の標準化

slide5
OSI参照モデル
  •  国際標準化機構(ISO:International Organization for Standardization)
  •  異機種間のデータ通信を実現するためのネットワーク構造
  •  設計方針「OSI(Open Systems Interconnection)」
  •  コンピュータの持つべき通信機能を階層構造に分割したモデル
  • 通信機能によって分けられた層を下降して通信され受け取った側は必要な層までデータを上昇させる

通信

PC

A

PC

B

slide6
OSI参照モデル
  • 第1層(物理層)
    • データを通信回線に送出するための電気的な変換や機械的な作業を受け持つ
    • ピンの形状やケーブルの特性なども第1層で定められる
  • 第2層(データリンク層)
    • 通信相手との物理的な通信路を確保し、通信路を流れるデータのエラー検出などを行なう
  • 第3層(ネットワーク層)
    • 相手までデータを届けるための通信経路の選択や、通信経路内のアドレス(住所)の管理を行なう
  •  第4層(トランスポート層)
    • 相手まで確実に効率よくデータを届けるためのデータ圧縮や誤り訂正、再送制御などを行なう
  •  第5層(セッション層)
    • 通信プログラム同士がデータの送受信を行なうための仮想的な経路(コネクション)の確立や解放を行なう
  •  第6層(プレゼンテーション層)
    • 第5層から受け取ったデータをユーザが分かりやすい形式に変換したり、第7層から送られてくるデータを通信に適した形式に変換したりする
  •  第7層(アプリケーション層)
    • データ通信を利用した様々なサービスを人間や他のプログラムに提供する
slide7
地下鉄をモデル化したものと比較

自分自身がデータだとすると

tcp ip
TCP/IP
  • インターネットなどで使われる基本的な通信プロトコル
    • OSI参照モデル・第3層(ネットワーク層)に相当するIP (Internet Protocol) と第4層(トランスポート層)に相当するTCP (Transmission Control Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)等のTCP/IPファミリプロトコルをまとめて総称する。
  • TCP/IPの上層で使用されるプロトコルの例
    • 電子メール (SMTP/POP3/IMAP4)
    • ドメイン・ネーム・システム (DNS)
    • ハイパーテキスト転送プロトコル (HTTP)
    • ファイル転送プロトコル (FTP)
    • ネットニュース (NNTP)
    • インターネット・リレー・チャット (IRC)
    • Gopher (Gopher)
    • ネットワーク・タイム・プロトコル (NTP)
slide9
ポート番号
  • ポート番号
    • データの送受信に使用する出入り口のようなもの
    • TCPのポートは16bit符号なし整数の範囲(0~65535)
    • 不正な接続を防ぐため使用してないポートは閉じる必要がある
    • サーバではクライアントのために提供するサービスに応じてポートを空ける必要がある
    • サービスによってポート番号は決められている(HTTPプロトコルでは80番)
slide10
IPアドレス
  • TCP/IPでは各計算機をIPアドレスで識別している
    • IPネットワーク上において存在を示す住所
  • IPアドレスとは4バイトの大きさ(IPv4)
    • 150.42.42.136 (のように4つ( 1バイト)に区切って表す)
    • 現在移行中のIPv6では16バイト(後で紹介)
dns domain name system
DNS(Domain Name System)
  • 1983年に情報科学研究所 (ISI) のポール・モカペトリスとジョン・ポステルにより開発
  • 現在では主にインターネット上のホスト名や、電子メールに使われるドメイン名とIPアドレスとの対応づけを管理する為に使用されている

例:ホスト名 (例えば“www.om.sccs.chukyo-u.ac.jp”) の入力があるとDNSサーバ と呼ばれるコンピュータを参照し、そのホストのもつ IP アドレス (例えば“150.42.42.136”) に接続するシステム

slide12
DNS 検索手順

root

jp

com

net

org

ac

co

ne

chukyo-u

……

………

slide13
IPアドレスの割り当て
  • IPアドレスは有限
    • 勝手に使用するとIPアドレスが重複する恐れ
  • IPアドレスを管理して割り当てる
    • IANAを頂点とする階層構造
    • IANA→RIR → NIR → LIR → ISP
slide14
IPアドレスの割り当て

IANA

  • JPNIC
    • 日本国内でグローバルIPアドレスの割り当てを行なったり、インターネットに関する調査・研究や啓蒙・教育活動を行ない、日本のインターネットの円滑な運営を支える組織

APNIC

AfriNIC

ARIN

LACNIC

RIPENCC

JPNIC

KRNIC

AUNIC

slide15
グローバルIPアドレス
  • プライベートIPアドレスや予約済みIPアドレス以外を指す
  • ICANNを頂点とした階層的な委譲関係によって世界的な管理が行われている
  • 日本では日本ネットワークインフォメーションセンター(通称JPNIC )と呼ばれる組織で管理されている
  • 通常インターネットに接続するとプロバイダーの所有するグローバルIPアドレスが割り当てられる
ip ip
プライベートIPアドレス予約済みIPアドレス
  • 自宅、オフィスなどのLANやファイやウォールの内側で利用
  • 外部からは使用(接続)できない内線番号のようなもの
    • 10.0.0.0~10.255.255.255     (10.0.0.0/8)
    • 172.16.0.0~172.31.255.255    (172.16.0.0/12)
    • 192.168.0.0~192.168.255.255  (192.168.0.0/16)
  • 以下のIPアドレスは予約済みの為機器に割り振ることは不可能
    • ネットワーク部の2進数表現が全て0 (ex. 192.168.170.0/24)

   ネットワーク自体を指すアドレスとして用いられる。

    • ネットワーク部の2進数表現が全て1 (ex. 192.168.170.255/24)

   ネットワークに対するブロードキャストアドレスとして用いられる。

    • 127.0.0.0/8 (よく使われるのは 127.0.0.1)

   ローカルループバックアドレスとして用いられる。

slide17
IPアドレスについて
  • ネットワーク部とホスト部
    • 例:172.16.0.0/12
      • ネットワーク部が12ビット、残りがホスト部
      • 10101100000100000000000000000000
      • ネットワークアドレス:172.16.0.0
        • 1010110000010000 0000000000000000
      • ブロードキャストアドレス:172.31.255.255
        • 1010110000011111 11111111 11111111
      • 割り当て可能IPは
        • 172.16.0.1 ~ 172.31.255.254
ip ip1
IPアドレスの枯渇(IPv4)
  • IPアドレス(IPv4)が枯渇
    • インターネットユーザーの数が増加
    • IPv4:約43億パターン(10桁に過ぎない)
    • 追加申請時非常に厳しい審査
    • 常時接続ユーザーの増加
    • 様々な機器とインターネットとの接続要望
      • カーナビ
      • ゲーム
      • 温度計
    • NAT/NAPT
slide19
「IPv4アドレス枯渇に向けた提言」
  • JPNIC
    • IPv4アドレスの割り振り・割り当てはそう遠くない将来において終了することは明らかである。 これによって直ちにIPv4を基盤としたインターネットが終了する訳ではない。 しかし、新しいIPv4アドレスが割り当てられないことから、 IPv4を基盤としたインターネットの成長は停止あるいは縮退していくことになる。 インターネットを利用するすべての者は、この事実を受け止め、 必要な対策を順次講じるべきである。IPv4アドレスの枯渇に向けて、インターネットに関わる者は、 特にIPv6インターネットへの対応を検討・実施することが急務であると考えられる。 今後、ユーザに向けて何らかの新しいサービスを提供する場合は、 IPv4を基盤としたインターネット上のみで提供されるのではなく、 IPv6を基盤としたインターネット上でも提供するべきである。

  (2006年3月24日)

nat napt
NAT/NAPT
  • NAT(The IP Network Address Translation)
    • プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに変換
    • ゲートウェイを通過する際にIPアドレスのみを1対1で変換し、バックエンドのIPアドレスを隠す技術。IPヘッダに書かれている送信元と送信先のIPアドレスだけを識別し変換を行うため、プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスの対応は常に1対1でなければならない。このため1つのグローバルIPアドレスのを使用して外部にアクセスできるノードは、ある時点で1つだけに制限されてしまう。プライベート空間上のコンピュータ(特にサーバ)を外部のグローバル空間に公開するケースで使われることが多い。
nat napt1
NAT/NAPT
  • NAPT(The IP Network Address Port Translation)
    • IPアドレスに加え、ポート番号も変換
    • NATにはポート番号に衝突がおこると通信ができない問題があったが、NAPTではGatewayを通過する際にIPアドレスに加えて、ポート番号もユニークで衝突のない番号に変換することでこの問題を解決する。これにより、グローバルIPアドレスが1個でも、ポート番号を変えることで複数のプライベートIPアドレスを持つコンピュータを外部に接続することができる。通常IPマスカレードという場合は、このNAPTを指すことが多い
slide22

150.42.42.136

210.80.90.9

192.168.1.2

192.168.1.3

nat napt2
NAT/NAPTのメリットとデメリット
  • グローバルIPアドレスの節約
  • 外部から内部のネットワークを隠蔽
  • エンド・ツー・エンド・モデルを失う
  • 純粋なP2P通信が困難
  • 動作しないアプリケーション・プロトコルがある
    • データの中にアドレス情報が記述されているケースなど
    • 現在は追加の処理を加えることで対応
slide24
各種サーバ
  • Webサーバ
  • メールサーバ
  • DNSサーバ
slide25
IPv6
  • 広大なアドレス空間
  • プラグアンドプレイ
    • ホストのアドレス自動設定
  • 単純なヘッダ構成
  • フラグメントの防止
  • アドレス空間の階層化
    • 経路情報の集約
  • セキュリティ、モバイル機能などが標準装備
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現在は移行期
  • IPv4
    • 4,294,967,296個
  • IPv6
    • 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456個
    • 表記方法
      • ネットワーク部、ホスト部ともに64ビット(固定)
      • 16進数を使用し16ビットごとに「:」を記述
      • 例) 1234:5678:9abc:def0:123:4567:89ab:cdef
slide27
予想される新ネットワーク構造
  • NATの機能を搭載することなく容易にP2P通信が可能となる
  • 分かりやすく階層化される
  • あらゆるものにIPが搭載

ユニバーサルデザイン

セキュリティーの強化

どのような電子社会が生み出されるのか?

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講義内課題
  • IPv6のもたらす新しいネットワーク空間でどのようなサービスが実現されるだろうか?
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課題
  • 以下の問いについてレポート提出.
    • インターネットとマルチメディアが融合するきっかけとなったWWW,特にWebブラウザについて最低5種類挙げてください.
    • そのうち1つのブラウザについて調べ,製造会社やバージョンの推移,機能の変遷を調べまとめてください.
slide31
サーバーとクライアント
  • サーバー
    • サービスを提供している側
      • Webサーバ
      • メールサーバ
      • DNSサーバ
      • FTPサーバ
      • DHCPサーバ
      • プロキシサーバ    など
  • クライアント
    • サービスを受ける側
tcp udp icmp
TCPとUDPとICMP
  • TCP
    • セッションという形で1対1の通信を実現し、エラー訂正機能などを持つ
  • UDP
    • 送達確認などを行わない無手順方式でのデータ転送に用いる。通信中のパケット紛失や、データ誤り等の検出やその為の対応手段はアプリケーションで行う必要がある(TCPに比べ高速)
  • ICMP
    • 用意された数種類のメッセージを通信する(決まっためーっセージをやり取りするだけのためサービスによってポートで割り振る必要がない、pingに用いられる)
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コンセントから・・・
  • PLC(Power Line Communication)
    • 電力線データ通信,高速電力線通信,電灯線搬送通信など多数の呼称がある
    • 電波法
      • 短波を使う放送事業者や業務用無線、アマチュア無線などに電波障害を引き起こす可能性
      • 漏えい電波の許容値が無線通信技術にとって極めて重要な問題
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