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第 4 章　 IP プロトコル

第 4 章　 IP プロトコル. 4407036 　榊原　悠. 4.1 IP はインターネット層の プロトコル. 4407036 　榊原　悠. IP とは. OSI 参照モデルの第 3 層 ( ネットワーク層 ) に相当する 複雑なネットワークの中でも最終的な宛先にパケットを届ける. ネットワーク層. 終点ノード間の通信を実現する ネットワーク層の下位にはデータリンク層が位置している データリンク層は同一リンクで直接接続されているノード間のパケット転送を行う

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第 4 章　 IP プロトコル

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Presentation Transcript

  1. 第4章　IPプロトコル 4407036　榊原　悠

  2. 4.1 IPはインターネット層のプロトコル 4407036　榊原　悠

  3. IPとは • OSI参照モデルの第3層(ネットワーク層)に相当する • 複雑なネットワークの中でも最終的な宛先にパケットを届ける

  4. ネットワーク層 • 終点ノード間の通信を実現する • ネットワーク層の下位にはデータリンク層が位置している • データリンク層は同一リンクで直接接続されているノード間のパケット転送を行う • ネットワーク層がデータリンクをコントロールしながらパケットを配送することによって、同一リンクに接続されていないコンピュータ間での通信が可能となる

  5. ネットワーク層とデータリンク層の関係 • データリンク層は直接接続された機器同士の通信を提供 • IPは直接接続されていない機器同士の通信を提供 • 双方を組み合わせることで遠くの機器への通信が可能となる

  6. 4.2 IPの基本知識 4407036　榊原　悠

  7. IPの3つの役割 • IPアドレス • 終点ホストまでのパケット配送 (ルーティング) • IPパケットの分割処理と再構築処理

  8. 4.2.1 IPアドレス • ネットワーク層であるIPで使用されているアドレス • 通信の宛先の識別を行う • インターネットに接続されるすべてのホストやルーターには、必ず設定しなければならない • どのようなデータリンクでも同じ形式のＩＰアドレスが利用される

  9. 4.2.2 経路制御(ルーティング) • 宛先のＩＰアドレスのホストまでパケットを届けるための機能（パケットの通り道を決め、目的ホストへの経路が決定する） • ＩＰアドレスを設定したホストまで、どのようにして配送されるのか・・・？

  10. 終点ホストまでのパケット配送 • ホップバイホップルーティングを利用 （ホップとは１区間を意味する） • ＩＰでは、データリンクの１区間ごとにルートが決定され、パケットが送信される

  11. 経路制御表(ルーティングテーブル) • 宛先のホストまでパケットを送るため、　すべてのホストやルーターが持っている情報 • IPパケットを次にどのルーターへ送ればいいかが記されている • IPパケットはこれに従って各リンクへ配送される

  12. 4.2.3 データリンクの抽象化 • 配送先によってＭＴＵの大きさのちがうパケットを送信する場合がある。この問題に対処するために　ＩＰでは分割化処理を行う。 • 分割化処理・・・IPを小さな複数のパケットに分割 ※ＩＰは、データリンクの特性を抽象化して、 　　　上層部から細かいネットワークの構造を 　　　見えなくする役割を持つ。

  13. 4.2.4 IPはコネクションレス型 • コネクションレス型 事前にコネクションの確立を行わない方式　（上位層に送信すべきデータが発生したら、すぐにデータを詰めて発送する） • コネクション型 通信に先立ってコネクションの確立を行う方式

  14. 4.2.4 IPはコネクションレス型 • 利点 機能の簡略化と高速化 • 欠点 無駄な通信やパケットを取りこぼす可能性がある

  15. 4.3IPアドレスの基礎知識 工学部第一部　経営工学科　３年 4407010 榎本健太

  16. ＩＰアドレスとは • 個々のホストに必ず割り当てる必要がある • インターネットに接続やＬＡＮでネットワークを作る時に必要 • ３２ビットの正数値でできている • ＩＰアドレスの構成 • ３２ビットを８ビットずつに分けている • ネットワーク部とホスト部の分け方はクラスによって決まる

  17. ＩＰアドレスとは(２)‏ １１００００００１０１０１０００００００００１０００００００１ １１００００００ .１０１０１００ .０００００００１ .０００００００１ １９２ .１６８ .１ .１

  18. ＩＰアドレスとは(３)‏

  19. ネットワーク部とホスト部 • ネットワーク部 • データリンクのセグメントごとに割り当てられる • 接続されているすべてのセグメントのアドレスと重ならないよ うに設定する • 同じセグメントに接続されているホストには同じネットワークアドレスを設定する • ホスト部 • 同一セグメント内で重ならない値を割り当てる 同じＩＰアドレスを持つコンピュータが１台しか存在しない

  20. ＩＰアドレスのホスト部 ホスト部は異なる値に 異なるセグメントは違う値に 206.111.10.1 ルーター 206.100.10.1 ホスト部は異なる値に ネットワーク部 ホスト部

  21. ＩＰアドレスのネットワーク部 192.168.128.0/24 192.168.129.0/24 192.168.130.0/24 ルーター ルーター ルーター ルーター ルーターは、宛先ＩＰアドレスのネットワーク部を調べて経路を決定する 宛先 192.168.130.10

  22. ＩＰアドレスのクラス クラスはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つがある • それぞれの違い • 先頭から４ビットまでのビット列の組み合わせ • 割り当てられるホストアドレスの数 • ホストアドレス割り当て時の注意 • 全てが０の場合　→　　ＩＰ不明の時に使用 • 全てが１の場合　→　ブロードキャストアドレス

  23. ＩＰアドレスのクラス(２)‏ • クラスA（ホストアドレス数 約1700万） • 先頭1ビットが0 • 先頭から8ビットがIPネットワークアドレス • クラスB（ホストアドレス数 65534） • 先頭2ビットが10 • 先頭から16ビットがIPネットワークアドレス • クラスC（ホストアドレス数 254） • 先頭3ビットが110 • 先頭から24ビットがIPネットワークアドレス • クラスD（IPマルチキャストで利用→5章） • 先頭4ビットが1110 • 先頭から32ビットがIPネットワークアドレス

  24. ＩＰアドレスのクラス(３)‏

  25. ブロードキャストアドレス • 同一リンクに接続されたホストにパケットを送信するためのアドレス • ローカルブロードキャストとダイレクトブロードキャストの２つがある

  26. ブロードキャストアドレス(２)‏ • ローカルブロードキャスト • 同一リンク内へのブロードキャスト • ダイレクトブロードキャスト • 異なるＩＰアドレスへのブロードキャスト

  27. ローカルブロードキャスト 128.1.0.0の外には パケットは送信されない ネットワーク 128.2.0.0/16 ネットワーク 128.1.0.0/16 ルーター 同一ネットワーク内にある全てのホストにデータが送信される ブロードキャストアドレス 128.1.225.225 へ送信

  28. ダイレクトブロードキャスト 128.1.0.0の外に パケットが送信される ネットワーク 128.2.0.0/16 ネットワーク 128.1.0.0/16 ルーター 同一ネットワーク内にある全てのホストにはデータは送信されない ブロードキャストアドレス 128.2.225.225 へ送信

  29. クラスの問題点 • ネットワーク部が同じコンピュータは全て同一リンクに接続しなければならない 　　　　　クラスＢ　６万５千台のホスト接続可能 　　　　　　現実的なネットワーク構成ではない 　　　　　　　　　　　無駄を小さくしたい 　　　　　　　　　　サブネットマスクの導入

  30. サブネットワーク • ネットワークアドレスの表し方が拡張 • ネットワークを分割し数を増やす ネットワーク アドレス部 ホスト部 ネットワーク アドレス部 サブネット ワーク アドレス部 ホスト 部

  31. サブネットマスク • ネットワーク部の長さを表す • クラスに縛られずＩＰアドレスのネットワーク部を決める事が可能 • サブネットマスクの表示 ２６ビットネットワークアドレスの場合 IPアドレス　　　　　１７２．２０．１００．５２ ネットマスク　　　　２５５．２５５．２５５．１９２ IPアドレス　　　１７２．２０．１００．５２/２６

  32. サブネットマスクの例 • IPアドレス（１７２．２０．１００．５２/２６） １７２． ２０． １００． ５２． １０１０１１０００００１０１０００１１００１００００１１０１００ クラスによるネットワーク部 サブネットマスクで拡張されるネットワーク部 ホスト部 ２６桁をマスク

  33. ＣＩＤＲとクラスレス 　インターネットの普及によりクラスＢの絶対数が不足 　　　　　　　　　 ＣＩＤＲ導入 • クラス分けをなくしたＩＰネットワークアドレス、ＩＰホストアドレスの考え方 • ＩＰのアドレス空間を有効利用 • 経路情報を集約し圧縮 短期的な解決

  34. ＣＩＤＲの適用例 ２０３．１８３．２２４．０/２３ １１００１０１１．１０１１０１１１．１１１０００００．０００００００１ （２０３．１８３．２２４．１） ネットワーク部 IPホストホスト部 ５１０個 １１００１０１１．１０１１０１１１．１１１００００１．１１１１１１１０ （２０３．１８３．２２５．２５４） ９桁 ２３桁 ２＾９－２＝５１０個のホスト数

  35. 特別なＩＰアドレス • インターネットに接続されているホストには、必ずユニークなＩＰアドレスを割り当てる • プライベートＩＰアドレス • 外部と通信できないが私的なネットワーク内での利用が可能 • アプリケーションゲートウェイやＮＡＴ（Network Address Translator→5章）を利用すれば外部と通信する事は可能

  36. ＩＰアドレスは誰が決める • ＩＰアドレス決定機関 • ＩＣＡＮＮ 　全世界的にＩＰアドレスやドメイン名を管理 • ＪＰＮＩＣ 　日本国内のＩＰアドレスやＡＳ番号を管理 • ＩＳＰ 　プロバイダ

  37. ＩＰアドレスは誰が決める(２) • ＩＰアドレス申請の流れ JPNIC 申請者 ISP JPNIC非会員 ISP JPNIC会員 ＩＰアドレスの割り当て申請 特定のＩＰアドレスの割り当て処理を代行

  38. ４．４　経路制御（ルーティング） 4407402 丹野　雅弘

  39. １．１．IPアドレスと経路制御 • IPパケットを目的のノード（ルータやコンピュータ）に転送するために、IPパケットをどのようなルート（通信路）で送信すればよいかなどの道先案内を行うナビゲーション・システム（インターネット・ナビゲーション）をもつ必要があります。これが、経路制御プロトコル（Routing Protocol、ルーティング・プロトコル）です。 • インターネット内の各ノードは、経路制御プロトコルによって生成される経路表（ルーティング・テーブル）を基に、IPパケットを目的のノードに向かってバケツ・リレーのように転送します。 • 経路表には、宛先（目的地）にIPパケット（小包）を届けるための次の中継ノード（例えば、郵便局のような機能をもつルータ）の情報が書き込まれています。経路表は、経路制御プロトコルによって自動的に生成されますが（動的経路制御、Dynamic Routing）、管理者によって手作業で書き込まれる場合（静的経路制御、Static Routing）もあります。

  40. １．２．経路の種類 ・デフォルトルート(Default Route) 　経路制御に登録されているどのアドレスにもマッチしない場合に使われる。 0.0.0.0/0または、defaultと記述される。 ・ホストルート（Host Route） IPアドレスのすべてのビットを使って経路制御するという意味。 (IPアドレス)/32で表わされる。 　ネットワークインターフェースに付けたIPアドレスに基づいて制御される。

  41. ・ホストルート（Host Route）の続き 　ネットワークアドレスによる経路制御を利用したくない場合に使われる。 　但し、多用すると経路制御表が大きくなり、ルーターに負荷がかかり、ネットワークの性能が低下する原因になる。 ・ループバックアドレス 　同じコンピュータ内部のプログラム間で通信したい場合に使われる。 127.0.0.1というIPアドレスが使われる。localhostというホスト名も利用される。 　パケットはネットワークには流れない

  42. ２．１．経路制御表の集約 • 経路制御表を小さくすること。 • 小さくすることで、 メモリやCPUパワー の節約ができ、 検索時間や IPパケットの 転送能力が 上がる。

  43. ４．５　IPの分割処理と再構築処理 ４４０７４０２　丹野　雅弘

  44. 1.1.MTU（Maximum Transmission Unit）とは • 通信ネットワークにおいて、1回の転送で送信できるデータの最大値を示す値。 • 送信する側が接続ごとに値を設定できる。送信側ホストが受信側ホストより大きいMTUを持っていた場合は、送信側が受信側のMTUに従ってデータを再分割して送信する。 • エラーデータの再送信はMTUに指定されたサイズを単位として行われるため、劣悪な通信環境ではMTUを小さい値に設定した方が転送速度が速くなり、逆に安定した通信環境では制御信号が少なくなる分MTUの大きい方が転送速度が速くなる。 • MTUの単位はバイトで、Ethernetでは1500程度、電話回線によるダイヤルアップ接続では576程度が最適とされる。

  45. 1.2.データリンクによってMTUは違う • データリンクが目的ごとに作られていて、MTUの大きさが決められているので異なる。

  46. 2.IPデータグラムの分割処理と再構築

  47. 再構築の処理は、終点の宛先ホストだけで行われる。再構築の処理は、終点の宛先ホストだけで行われる。 • 途中で待っていてもパケットが届かないかもしれない • 分割化された断片が途中で失われてしまい到着しないかもしれない。 • 途中で再構築しても、また別のルーターを通るときに分割処理をしなければならないかもしれない。

  48. 3. 1. 経路MTU探索（PathMTUDiscovery） • 分割化の欠点 ①．ルーターの処理が重くなる(ルーターがしなければならない処理の増加による) ②．分割化された断片の１つが失われても、元のIPデータグラムのすべてが失われてしまう • これらの弊害を避けるために経路MTU探索が提案された

  49. 3.2.各MTUにつて • 経路MTUとは・・・宛先ホストまでパケットを送信したときに分割化が必要にならない最大のMTU • 経路MTU探索とは・・・経路MTUを発見し、送信元のホストで経路MTUの大きさにデータを分割してから送信する方法

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