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ネットワーク構成運用論

メーカ毎に独自のネットワークを構築
SNA (Systems Network Architecture)
DECNET (Digital Equipment Corporation)
 N1

2004/05/31
芸術情報設計学科
藤村 直美

プロトコル
コンピュータ同士が円滑な通信を行うための通信規約、約束事、ルール
IP、TCP、UDP、SMTP、HTTPなど
物理的なケーブルやコネクタの形状、電気信号の規格なども含む

ARPANETの発展→インターネット
中央集権的システム→分散処理システム
欧州では異なる製造業者の機器を接続
OSI参照モデルとして規格化

OSI 7 階層モデル
7層からなるインターフェイス構造
７つの層（レイヤー）を定義
アプリケーション層
プレゼンテーション層
 セッション層
 トランスポート層
 ネットワーク層
 データリンク層
 物理層


それぞれの層では同じ水準の手順で通信

各層の意味
アプリケーション層＝相手と何について話すか
プレゼンテーション層＝相手とどんな言葉で話すかセッション層＝相手は誰か
トランスポート層＝相手は何処にいるか
ネットワーク層＝どのような経路で相手のいる場所にたどり着けるか
データリンク層＝どんな道筋でいけばよいか
物理層＝道筋の交通手段

階層化の意味、効果
階層ごとに独立している
他の階層の影響を受けない
開発時に他の階層のプロトコルを使用可
能
ある階層の仕様が変わっても影響されな
い1

OSI７階層モデル概念図

物理層（レイヤ１）
中継点に到達するまでの物理的な接続
具体的には、ケーブルの材質やコネクタ形状、およびデータと電気信号の相互変換方式(電圧などの規定)など
 RS-232Cなどのインターフェース規格や、リピータハブやケーブル類といった製品が物理層に相当

物理的な伝送媒体の電気、機械的な制御

物理層ではデータの内容については一切関知しない

ビット伝送サービス
http://www.atmarkit.co.jp/icd/root/05/5798905.html

データリンク層（レイヤ２）
ネットワーク上で直結されている機器同士での通信方式を定めたもの
隣接ノード間でのフレームなどのビット列単位の伝送に関する制御同期のための制御
誤り制御、フロー制御
PPPなどの規格がデータリンク層に相当しており、スイッチングハブなどの製品がデータリンク層をカバーしている

ネットワーク層（レイヤ３）
通信経路を決める
発信者から受信者までの中継点およびネットワークの資源管理上位層からのPDU (Protocol Data Unit)の分割と再組み立て
PDUとはプロトコルが扱うデータの単位
TCP/IPのPDUは「パケット」、EthernetのPDUは「フレーム」、 ATMのPDUは「セル」である。


輻輳制御

トランスポート層（レイヤ４）
通信すべき相手側とのデータの運送に関する業務
データ転送の信頼性を確保するための方式を定めたもの
誤り制御、フロー制御
ネットワーク層を通して送られてきたデータの整序や誤り訂正、および再送要求など
TCP、UDPなどがトランスポート層に属するセッション層（レイヤ５）通信の開始時や終了時などに送受信するデータの形式などを規定したもの
セッションと呼ばれる一連の会話のための接続手続きと管理計算機へのログイン、ログアウトなどの制
御この層で論理的な通信路が確立される

2

プレゼンテーション層（レイヤ６）
アプリケーションなどでやり取りされる情報の構造を共通にする圧縮方式や文字コードなど、データの表現形式を規定
個別のバイナリファイルをネットワークで通信できる形式に変換したり、逆にネットワーク経由で受信したデータをアプリケーションソフトが認識できる形式に復元したりする部分
セッション層からアプリケーション層までの通信
方式は単一のプロトコル(例えばHTTP)で定められていることが多い。

送受信者間でやりとりされるのはPDU(Protocol Data Unit)
各層のPDUは下位層のPDUのデータ部となるプロトコル制御情報 (PCI : Protocol
Control Information)
下位層インターフェイスへの制御情報(ICI : Interface Control Information)→IDU (Interface Data Unit)

WWWの通信例
URLからHTTP TCPヘッダーを付加（TCPセグメント）
 IPヘッダーを付加（IPダイアグラム）
 イーサネットのヘッダーを付加（MACフレーム）


プロセス間でやりとりする情報の表現形式
について設定データ構造
符号化の方法 文字の表現形式


電子メール、電子ニュース、WWW
MBone

TCP/IPにおける階層

各層のモデルクライアント側

アプリケーション層（レイヤ７）

アプリケーション層 (HTTP, SMTP,…)

アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層

トランスポート層 (TCP, UDP)
ネットワーク層 (IP, RIP, BGP4)
リンク層 (PPP, Ethernet, ATM, ISDN,…)

データリンク層、物理層

中継システムのモデル化
サーバ側
URLを復元 TCPヘッダーを取り除く IPヘッダーを取り除く
 イーサネットのヘッダーを取り除く


終端システム（7階層のOSIインターフェイスを持つシステム）
中継システムリピータ
 ブリッジ ルータ


物理層の中継データリンク層の中継
ネットワーク層の中継

ルータなどで中継3

中継システム(1)中継システム(2)ハブとスイッチ

ブリッジ

ネットワークに機器を接続 ハブは関係ないデータも流す スイッチはつながっていない機器のデータは流さない





リピータ
リピータは同一ネットワークを単純に接続
 電気的な延長

インターネット
ネットワークのネットワーク
異なる技術で構築されたネットワーク同士を相互接続
1970年代頃から盛んに研究パケット形式の変換、宛先の識別

インターネットの構成要素
ホスト
ネットワークの終端システム
 情報の発信と受信 自分宛でないパケットを廃棄

ブリッジは同じ種類のネットワークを接続
ＭＡＣアドレスで中継 無駄なトラフィックを中継しない（フィルタリング）ルータ
ルータは異なる種類のネットワークも接続
各種のインターフェイス（イーサ、ＦＤＤＩ，専用線、ＡＴＭ等）
 経路制御の機能が必要

インターネットの相互接続法
プロトコル変換システム
ゲートウェイ（ルータ）をおき、それぞれのネットワーク層のプロトコルの上にインターネットプロトコル(IP)を使用
IPパケットを自分のネットワーク層で送るセッション層とプレゼンテーション層はない

IPヘッダー (IPv4)

ルータ
IPパケットの蓄積交換作業
 IPパケットを転送 経路情報を持っている

全長バージョン ヘッダー長 サービスタイプ

ID
TTL

フラグ フラグメントオフセット

プロトコルタイプ

ヘッダーチェックサム

送信元アドレス
宛先アドレス

オプション(可変）パディング(可変）データ

4

IPヘッダーの情報
IPの版(V4またはV6）
ヘッダー部の長さ
サービス品質優先度
遅延指定（普通、遅い） 速度指定（普通、速い） 信頼性（普通、高信頼度）


パケット通信の特徴
大きなデータを一塊で送信すると、他の通信をふさぐ エラーが起こったときに全部再送しないといけない
 受け取り側の受信能力を超えることがある

小さなパケットに分解して通信すると、パケット分割
ネットワークの最大パケット長(MTU :MaximumTransmission Unit)
転送可能な最大パケットサイズ(MTU)はネットワークごとに異なる
インターネットでは情報フィールドは最大１５００バイト(最小は46バイト）
長すぎる時は分割と組み立て
データリンク層で行うが、IP層にも機能がある

生存時間(TTL)
宛先を見失うといつまでもさまよう可能性
経由するルータの数を設定
ルータを経由するたびに１を引き、ゼロになったらパケットを破棄
破棄と同時にICMPで送信元に通知複数のホストが同じ通信線を共有可能
 エラーに対して小さなパケットの復旧だけで済む 少しずつ受信できる


ICMPInternet Control Message Protocol
用途
宛先への到達性
ルータのバッファの空き状況
 もっと良い経路がある

ネットワーク管理に必須のプロトコル

現在はネットワーク管理にはSNMPが使われている

ICMPの種類
こだまメッセージと返事
宛先に到達不可能
時間切れ
パラメータ問題
パケット消失再転送

時間のスタンプ要求/
回答(ping）
情報要求/回答
アドレスマスク要求/
回答5

pingとtraceroute
pingコマンドで到達性を確認
tracerouteで経由するルートを確認

pingの例C:¥Documents and Settings¥fujimura>ping cs.kyushu-id.ac.jp
Pinging cs.kyushu-id.ac.jp [202.26.211.5] with 32 bytes of data:
Reply from 202.26.211.5: bytes=32 time=61ms TTL=50
Reply from 202.26.211.5: bytes=32 time=59ms TTL=50
Reply from 202.26.211.5: bytes=32 time=58ms TTL=50
Reply from 202.26.211.5: bytes=32 time=57ms TTL=50
Ping statistics for 202.26.211.5:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 57ms, Maximum = 61ms, Average = 58ms
C:¥Documents and Settings¥fujimura>tracerouteの例[fujimura@cosmos fujimura]$ /usr/sbin/traceroute ftp.kyushu-u.ac.jp
traceroute to ftp.kyushu-u.ac.jp (133.5.1.2), 30 hops max, 38 byte
packets
1 202.26.222.1 (202.26.222.1) 0.314 ms 0.253 ms 0.237 ms
2 202.26.211.65 (202.26.211.65) 0.398 ms 0.333 ms 0.325 ms
3 kyushu-S1-GE6-2.sinet.ad.jp (150.99.208.62) 0.802 ms 0.705
ms 0.608 ms
4 kyushu-u-LAN2.sinet.ad.jp (150.99.196.82) 0.635 ms 0.591 ms0.578 ms
5 133.5.3.1 (133.5.3.1) 1.736 ms 1.683 ms 1.662 ms
6 fs1.nc.kyushu-u.ac.jp (133.5.1.2) 0.850 ms 0.695 ms 0.756 ms[fujimura@cosmos fujimura]$

パケット転送方法
サブネットの意味（物理的、論理的ネットワークのまとまり）
通信時の手順
ドメイン名からネームサーバ(DNS :Domain
Name System)に照会してIPアドレスを入手
 ホストアドレスから同一ネットワークならアドレス変換テーブル参照して送信 同一ネットワークでない場合にはIPアドレスから経路制御表を参照してルータ（ＧＷ）に送出ヘッダーのエラーチェック
ヘッダーチェックサムで、IPヘッダーが壊れていないかチェック
IPヘッダーの内容のみ
データ部についてはTCPやUDPで保証

ARP
Address Resolution Protocol
MITの人工知能研究所で開発ＣＬ型の問い合わせと回答で情報収集仕組み
ホストAがホストBのMACアドレスを知りたい
ホストBのIPアドレスを含めたARPパケットを放送 ホストBは自分のMACアドレスを答える6

arpの例[fujimura@cosmos fujimura]$ /sbin/arp -a? (202.26.222.1) at 00:D0:04:E4:40:0A [ether] on eth0
cp840.aid.kyushu-id.ac.jp (202.26.222.74) at 08:00:11:0A:55:3D [ether] on eth0
common.kyushu-id.ac.jp (202.26.222.75) at 00:D0:B7:21:C4:B9 [ether] on eth0jearn.kyushu-id.ac.jp (202.26.222.82) at 00:D0:09:32:1F:52 [ether] on eth0
[fujimura@cosmos fujimura]$7