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財団法人コンピュータ教育開発センター（ＣＥＣ） 平成 1 ８年度 産業協力情報授業. ネットワーク時代を正しく生き抜くためのネットワークリテラシー. なら情報セキュリティ総合研究所 http://www.nariis.or.jp/ 日置慎治. 目標. インターネットは地球規模のネットワークである。 今やパソコンやサーバ等のコンピュータだけでなく、 携帯電話や一般の電話までもがインターネットに繋がる時代になった。 上記のような通信機器だけでなく、家電製品までもがインターネットに繋がろうとしている。 このようなネットワークはどのような仕組みで動いているのだろうか。
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財団法人コンピュータ教育開発センター（ＣＥＣ） 平成1８年度 産業協力情報授業財団法人コンピュータ教育開発センター（ＣＥＣ） 平成1８年度 産業協力情報授業 ネットワーク時代を正しく生き抜くためのネットワークリテラシー なら情報セキュリティ総合研究所 http://www.nariis.or.jp/ 日置慎治
目標 • インターネットは地球規模のネットワークである。 • 今やパソコンやサーバ等のコンピュータだけでなく、携帯電話や一般の電話までもがインターネットに繋がる時代になった。 • 上記のような通信機器だけでなく、家電製品までもがインターネットに繋がろうとしている。 • このようなネットワークはどのような仕組みで動いているのだろうか。 • これからの時代はネットワークのことを知り、それを活用できることが大切である。（ネットワークリテラシー） • ネットワークの仕組を実習の要素を取り入れながら理解していくことがこの授業の目標である。
インターネット：歴史と仕組み • 歴史 • 戦争（米ソの冷戦）がインターネットを作った。 • 仕組み • 世界で唯一のIPアドレス • ルータが宛先IPアドレスに基づきパケットを送る
歴史(1) スプートニックショック！ • １９５７年 ソ連が世界初の人工衛星「スプートニック」の打ち上げに成功 • 世界一だと信じていたアメリカの科学技術だが、実はソ連も同等かもしくはそれ以上の高い科学技術力を持つことを知りショックを受ける. → 「スプートニックショック」 • 衛星を打ち上げるだけの科学技術力があればソ連に核爆弾落とされるかもしれない。 → 「なんとかしなければ」
歴史(2) 障害に強いネットワーク 中央集権型 分散型 マザー 障害に強い 中央にマザーコンピュータ 実験的なARPANETが インターネットに発展した 障害に弱い
ルーターがパケットを自律的に配送 ルーターが大切な役割を担う インターネットの発展のためにはルーターが不可欠
ところでコンピュータが作られた背景は？ 戦争 インターネット コンピュータも！ 1946年実際の弾よりも速く弾道計算ができるENIAC完成 その後も米国はASCI計画を推し進め、スーパーコンピュータ分野で日本とともに世界をリードしていく・・・ ASCI計画では、原爆実験などを計算機で数値的に行うことにより環境破壊などがないことを利点としている
ビット • 「ビット」については、すでに、習っているはず！ • ３本の指で数えることのできる数は「１から３まで」ではなくて「１から８までだ」という人がいる、その理由は？ • コンピュータの理解に欠かせない２進数（ビット） • ビットの計算ができないとこの授業についていけない！
３本の指で数えることのできる数は１から８まで３本の指で数えることのできる数は１から８まで • 3本の指の状態を、上向き（↑）下向き（↓）で表現すると、以下の８通り考えられる。 ↓ ↓ ↓、 ↓ ↓ ↑ 、 ↓ ↑ ↓、 ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓、 ↑ ↓ ↑ 、 ↑ ↑ ↓、 ↑ ↑ ↑ • 矢印を０と１に置き換えても同じことなので、 ０００ ， ００１ ， ０１０ ， ０１１ １００ ， １０１ ， １１０ ， １１１ • このように３桁の０と１の表現のことを３桁２進数あるいは３ビットと呼ぶ。
４ビットで表現できるのは何通り？ • ００００ 、 ０００１ 、 ・・・と順に書いてみよう！ • ００００ 、 ０００１ 、 ００１０ 、 ００１１０１００ 、 ０１０１ 、 ０１１０ 、 ０１１１１０００ 、 １００１ 、 １０１０ 、 １０１１１１００ 、 １１０１ 、 １１１０ 、 1111 • １６通りですね！
ビットで表現できる数の種類 • １ビットなら ０，１ の２種類 • ２ビットなら００，０１，１０，１１の４種類 • ３ビットなら０００，００１，０１０，０１１ １００，１０１，１１０，１１１の８種類 ・・・・・・・・・ • ８ビットなら００００００００から１１１１１１１１の２５６種類 • ８ビットで０から順に書いてみよう！（後で） • Ｎビットなら２N種類・・・わかるかな？
２進数と１０進数の変換 • ４ビット（４桁２進数）と１０進数の対応は • ００００=0、０００１=1、００１０=2、００１１=3０１００=4、０１０１=5、０１１０=6、０１１１=7 ・・・１０００=8 ・・・ １１１１=15 ８ ４ ２ １ の位が０か１か ０１０１なら４と１の位が１なので４＋１＝５と計算
８ビット： ２進数から１０進数への変換 ２進数から１０進数への変換は前表を使い 桁ごとに分解すれば簡単！ ００００００１１→３ つまり、２が１つと、１が１つで合わせて３ ００００００１１→３ 同様に ０１０１０１０１ →６４＋１６＋４＋１＝８５ 最大は１１１１１１１１→２５５ １の位 ２の位 ６４の位 １６の位 ４の位 １の位
８ビット： １０進数から２進数への変換 １０進数を1,2,4,8,16,32,64,128の和で表すことができ、その桁が使われているかどうか調べればよい。前頁の逆を例に取れば ３＝２＋１だから ３→００００００１１ 同様に ８５ ＝ ６４＋１６＋４＋１→０１０１０１０１ 考え方は？ 「８５の中に１２８はないが６４はある！残りは２１でこの中に３２はないが１６はある・・・」 とやっていけばよい。
IPアドレスは32ビット インターネットの世界で１台1台のコンピュータを識別するのはコンピュータの住所に相当するIPアドレスです。 IPアドレスは世界中で重複しないように管理されています。 IPアドレスは32ビット 例：あるコンピュータのIPアドレス、 10100000111101001001110010001010 さあ、これを覚えられますか？
IPアドレスのオクテット表記 ３２ビットで書いたIPアドレスは扱いにくいけれど、 10100000111101001001110010001010 ・８ビットずつ４つの部分に分けて、 10100000111101001001110010001010 ・それぞれの部分を１０進数に変換して、 １６０ ２４４ １５６ １３８ ・間にピリオドを入れて表現すると、 １６０．２４４．１５６．１３８ となります。 これなら案外覚えることができるでしょう。 （８ビットのことをオクテットと呼ぶことがあるのでこの表記のことをオクテット表記と呼ぶこともあります。）
IPアドレスにおける注意点 ３２ビットで書いたIPアドレス（ビット表記） 10100000111101001001110010001010 と、オクテット表記、 １６０．２４４．１５６．１３８ は、あくまでも 「同一」のものである！ ということに注意しよう。 「表現方法」が違うだけ。 「オクテット表記は人間の理解を助けるためのもので 基本はビット表記である」と考えるとわかりやすい。
IPアドレス変換練習 ビット表記⇔オクテット表記の変換を行え。 00100000101101001001010010001110 ・８ビットずつ４つの部分に分けて、 ・それぞれの部分を１０進数に変換して、 ・間にピリオドを入れて表現する
IPアドレスの２つの部分ネットワーク部とホスト部IPアドレスの２つの部分ネットワーク部とホスト部 IPアドレスは32ビット、 前後２つの部分に分けることができます。 前がネットワーク部、後がホスト部です。 （前と後がどこで分かれるかは後で説明します） 32ビットのIPアドレス＝ネットワーク部＋ホスト部 例：ネットワーク部＝教室を表す番号 ホスト部 ＝教室内で５番のＰＣ 例：ネットワーク部＝○×会社総務部を表す番号 ホスト部 ＝部内で１5番のＰＣ なぜ、ネットワーク部を知る必要があるのか？が重要。 （これについては、次回以降に詳しく説明します）
ネットワーク部とホスト部 例：総務部にあるＰＣのＩＰアドレスが以下であった。 IPアドレス 10101010111100000101010100001111 この３２ビットのうち、総務部のアドレスを知りたい。 ネットワーク部が２４ビットの場合には、 頭から２４ビットをとり、 ネットワーク部 101010101111000001010101 が総務部のアドレスであり、 ホスト部 00001111 は、このＰＣが総務部の中の１５番ＰＣであることを示している。 ただし、ホスト番号は順番に付ける決まりなどないので、 １５番ＰＣというのは単なる番号であり、総務部には１台しかＰＣがないかもしれない。
ネットワーク部とホスト部 例：ネットワーク部が１６ビットの場合 IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットワーク部 1010101011110000 ホスト部 0101010100001111 例：ネットワーク部が８ビットの場合 IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットワーク部 ホスト部 10101010 111100000101010100001111
（サブ）ネットマスクネットワーク部のビット数を指定する方法（サブ）ネットマスクネットワーク部のビット数を指定する方法 ネットワーク部のビット数を指定する方法として、 32ビットのネットマスクを使い、ネットワーク部のビットの数だけ先頭から１を並べ、残りを０とする。 つまり、 「ネットワーク部が１６ビット」という代わりに １を１６個並べた以下のネットマスクを使う。 11111111111111110000000000000000 例：ネットワーク部が８ビットの場合のネットマスクは 11111111000000000000000000000000 例：ネットワーク部が２４ビットの場合のネットマスクは 11111111111111111111111100000000
ネットワーク部とホスト部ネットマスクを使ってネットワーク部とホスト部ネットマスクを使って 例： IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットマスク 11111111111111110000000000000000 ネットワーク部 1010101011110000 ホスト部 0101010100001111 例： IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットマスク 11111111000000000000000000000000 ネットワーク部 ホスト部 10101010 111100000101010100001111
ネットワークアドレスネットワーク部の後ろに０を追加ネットワークアドレスネットワーク部の後ろに０を追加 IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットマスク 11111111111111110000000000000000 ネットワーク部 1010101011110000 ネットワーク 10101010111100000000000000000000 アドレス 10進数表記で書くと（通常はこちらがよく使われる） IPアドレス １７０．２４０．８５．１５ ネットマスク ２５５．２５５．０ ． ０ ネットワーク １７０．２４０．０ ． ０ アドレス
ネットワークアドレス計算 IPアドレス １７０．２４０．８５ ．１５ をもつＰＣがある。 ネットマスク ２５５．２５５．２５５．０ であるとき、このＰＣが所属するネットワークのアドレスを計算したい。 計算方法（ビットで考える） IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットマスク 11111111111111111111111100000000 ネットワーク部 101010101111000001010101 ネットワーク 10101010111100000101010100000000 アドレス ネットワーク １７０．２４０．８５． ０ アドレス 10進数
ネットワークアドレス計算演習 IPアドレス １７０．２４０．８５ ．１５ をもつＰＣがある。 ネットマスク ２５５．０．０．０ であるとき、このＰＣが所属するネットワークのアドレスを計算したい。 計算方法（ビットで考える） IPアドレス 10101010111100000101010100001111 ネットマスク ネットワーク部 ネットワーク アドレス ネットワーク アドレス 10進数
192.168.10.1 255.255.255.0 192.168.10.2 255.255.255.0 192.168.11.1 255.255.255.0 192.168.11.2 255.255.255.0 A B C D 192.168.10.0 ネットワーク 192.168.11.0 ネットワーク ネットワークアドレスとネットワーク 「ネットワーク」は様々な意味をもつ。 世界規模のインターネットもネットワークの１つである。 ここでは「ネットワークアドレス」で指定される 狭義の「ネットワーク」を考えてみよう。 AとBは同じネットワークアドレスを持つので同一の「ネットワーク」に存在している。CとDも同一「ネットワーク」。AとＣは異なる「ネットワーク」。ネットワークアドレスで判断できる。
192.168.10.1 255.255.255.0 192.168.10.2 255.255.255.0 192.168.11.1 255.255.255.0 192.168.11.2 255.255.255.0 A B C D 192.168.10.0 ネットワーク 192.168.11.0 ネットワーク ネットワークの境界にはルータ 「ネットワーク」同士を結びつける役割をもつ コンピュータを「ルータ」と呼ぶ。 つまり、「ルータ」はネットワークの境界に存在する。 （昔、國境にあった関所のようなものだと考えてもよい） 「ルータ」を通らずには他のネットワークに到達できない。 ルータ
ルータの必要性 • インターネットにおけるメッセージの送信は郵便局での手紙の送信を例に考えるとわかりやすい。 • 手 紙 発信者→郵便局→・・・→郵便局→受信者 • ネット 発信者→ルータ→・・・→ルータ→受信者 • 郵便局に相当するのが「ルータ」というコンピュータ。 • つまり、インターネットでのパケット（メッセージ）のやりとりにはルータが必要である。 • ただし、根本的に違う点がある。 • 宛先が送信元と「同じネットワーク」の場合は、ルータを経由せずに直接メッセージを送信。 • 宛先が「同じネットワーク？か違うネットワークか？」の判断するために、ネットワークアドレスを比較。
ルータ 同じネットワークかどうか？ • 送信元：１９２．１６８．１０．１ • 宛先 ：１９２．１６８．１０．１０１ • ネットマスク：２５５．２５５．２５５．０ ネットワークアドレスを計算してみると、どちらも １９２．１６８．１０．０ であることがわかります。 したがって、２つは同じネットワークにあり、 お互いの通信は「直接」行います。 つまり、「ルータ」は経由しません。 ×
ルータ 同じネットワークかどうか？ • 送信元：１９２．１６８．１０．１ • 宛先 ：１９２．１６８．１１．１ • ネットマスク：２５５．２５５．２５５．０ ネットワークアドレスを計算してみると、 １９２．１６８．１０．０ と １９２．１６８．１１．０ となり、異なることがわかります。 したがって、２つは同じネットワークになく、 お互いの通信は「ルータ」を経由して行います。
同じネットワークの通信違うネットワークの通信同じネットワークの通信違うネットワークの通信 A→B , E→D , F→GなどE→F , B→E など 同じネットワークの通信と違うネットワークの通信 １９２．１６８．１０．０ネット C B A ルータ１ １９２．１６８．１１．０ ネット G F D E ルータ２ １９２．１６８．１３．０ネット １９２．１６８．１２．０ネット
ネットワーク通信に最低必要な３情報 コンピュータがネットワークに繋がって通信できるためには、以下の３つの情報が適切に設定されている必要がある。（最低限必要な３つの情報） • ＩＰアドレス • 世界中で唯一の住所 • ネットマスク • 通信相手が同じネットワークかどうかの判断に必要 • デフォルトゲートウエイのIPアドレス • 通信相手が違うネットワークに存在するときには、近くのルータ（デフォルトゲートウエイ）に通信を依頼する。このゲートウエイのIPアドレスが必要となる。
ネットワーク通信に最低必要な３情報（Windows ＸＰでの設定） IPアドレス, サブネットマスク,デフォルトゲートウエイ
ネットワークの数は？（問題） ルータ ルータ
ネットワークの数は？（問題） ルータ ルータ ルータ
経由するルータは１つとは限らない！ １９２．１６８．１０．０ネット ルータA １９２．１６８．１１．０ネット ルータB １９２．１６８．１３．０ネット １９２．１６８．１２．０ネット ルータは受け取ったメッセージを適切な他のルータに転送する → ルーティング
ルータは複数のインターフェースを持つインターフェースとはルータとネットワークとの境界のことルータは複数のインターフェースを持つインターフェースとはルータとネットワークとの境界のこと １９２．１６８．１０．０ネット ２つのインターフェース ルータA １９２．１６８．１１．０ネット ルータB １９２．１６８．１３．０ネット １９２．１６８．１２．０ネット ３つのインターフェース
インターフェースには名前がついている（ルータBを例に）インターフェースには名前がついている（ルータBを例に） １９２．１６８．１０．０ネット ルータA １９２．１６８．１１．０ネット s1 ルータB １９２．１６８．１３．０ネット １９２．１６８．１２．０ネット s0 e0
ルータの２つの仕事 • ルーティングテーブル作成・維持 • スタティックルーティング（手動）とダイナミックルーティング（自動） • パケットのフォワーディング（配送） • ルーティングテーブルに従い、パケットの宛先に応じて適切なインターフェースから配送する
宛先ネットワーク インターフェース 192.168.10.0 s1 192.168.11.0 s1 192.168.12.0 e0 192.168.13.0 s0 ルータはルーティングテーブルに従い、パケットをフォワーディング（配送）する ルーティングテーブルパケットの配送を決めるための配送表で宛先とインターフェースの対応表。ここにない宛先のパケットは捨てられる １９２．１６８．１０．０ネット （上はルータBの例） ルータA １９２．１６８．１１．０ネット s1 ルータB １９２．１６８．１３．０ネット １９２．１６８．１２．０ネット s0 e0
ルーティングテーブルをどういう仕組みで作るのか？ルーティングテーブルをどういう仕組みで作るのか？ ルーティングテーブルを作る２つの方法 ・スタティックルーティング（静的ルーティング） ・・・管理者が設定 （一度設定すれば、管理者が変更するまではそのままである） 長所：ネットワークを無駄に消費しない 短所：ネットワークが変更になる度に管理者が設定を変更する必要がある ・ダイナミックルーティング（動的ルーティング） ・・・ルータ同士が情報をやりとりして自動的に（定期的にあるいはネット ワークの変更があった時に自動的に更新する仕組みがある）代表的なものに、RIPやOSPFなどがある 長所：ネットワークの変更に柔軟に対応できる 短所：ネットワークの変更がなくても情報のやりとりがあり無駄な面がある
192.168.1.0 ネット 192.168.2.0 ネット 192.168.3.0 ネット e0 e1 e0 e1 ルータA ルータB ダイナミックルーティング例RIPの場合（１） ルータAのルーティングテーブル ルータBのルーティングテーブル 最初は直接つながっているネットワークの情報しかわからない RIPによりそれぞれのルータが持つ情報を隣のルータ同士で交換した後は ネットワークでつながっているあらゆるネットワークへの配送方法がわかる
192.168.1.0 ネット 192.168.2.0 ネット 192.168.3.0 ネット e0 e1 ルータA ルータB ルータAのルーティングテーブル 192.168.4.0 ネット 最初は直接つながっているネットワークの情報しかわからない ルータC 192.168.5.0 ネット RIPによる情報交換１回目：ルータＢの情報を取得した RIPによる情報交換２回目：ルータＣが最初持っていた情報を（ルータＢ経由で）取得した ダイナミックルーティング例 RIPの場合（２）
