イ ン タ ー ネット 大 学 S O I で 学 ぶ デ ジ タ ル リ テ ラ シ ー【 村井純教授のインターネット基礎講座 】
第 1 回：イ ン タ ー ネット 、そ の 原 理 を 知 ろうェストダイジ

日常でインターネットを使っていても、技術の基本はよくわからない、ホントの意味を知っておきたいというみなさんに、テクノロジーとしてのインターネットがどのような原理、仕組みをもっているかを正しく理解していただくこと

村井純を目的に、インターネット大学SOIの「インターネット概論」の授業の一部をダイジェストとして紹介します。
http://www.soi.wide.ad.jp/class/20020002/◎人間を支えるインターネット

むらい・じゅん

慶應義塾大学環境情報学部教授。日本のインターネッ
ト第一号となったWIDEプロジェクトを設立。インター
ネットでの日本語の取り扱い方の取り決めの開発、IAB委員、インターネット協会（ISOC）理事など国際的なインターネット組織の役員を歴任するなど、インターネットの技術と社会の発展に尽力している。

間が群がっている図を見てコンピューターのインターネットの形をずっと考えていまインターネットの発展は非常に速いですが大嫌いになってしまいました。人間を支した。

が、その原理や機能を感じつつ、デジタルえるべきものなのに、1つの大型コンピュインターネットの役割は、数値としてのコミュニケーションがわれわれの世界にどーターに人間が群がるのはおかしいと感情報を持ち得るものをすべてつなぎ、人んな影響を与えていくのか、さらに自分たじたからです。コンピューターをやらなくて間が必要としている情報の環境を提供しちがどうやって未来を作っていくのかを、いいだろうと数学科へ行ったら、どっこいていくことです。たとえば農業１つとっても、この授業では考えていってほしいと思いまコンピューターが必修でプログラミングを作物がどう熟れているのか、どんな色なのす。今回はインターネット、デジタル、コンさせるんです。いきなり先生に「メモリーのか、天候、場所、風の当たり方など、農業ピューターの基本的な仕組みや考え方を内容を元にソースコードを書いてくれ」と自体が関わる情報にはデジタルで表現で学んでいきましょう。

言われ、以来学校に泊り込み、それが発きるものが多くあります。無限の可能性を私は大学生のとき、TSS（タイムシェア端で今に至っています。コンピューター同持っている、その基盤がインターネットなリングシステム）という機械のまわりに人士が手をつなぎ、人間を支えるべきだと今のです。

イン ター ネット 上 の 大 学 S O I

この連載の内容はSOI（School of Internet）
でストリーミング映像にクリックするとよって公開しています。

http://www.soi.wide.ad.jp/

授業が開始

SOIとは、世界中の学ぶ意欲を持つ人々にインターネットを基盤とした高等教育と研究機会を提供することを目的として1997年に開始したインターネット大学です。
希望者はインターネットから入学登録し、学生認証を受けることができます。詳細はホームページをご覧ください。

192 +++ iNTERNET magazine 2003.03 +++インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

インターネットの仕組みは鉄道網と同じである

レッスン 1

図1 デジタルコミュニケーションの仕組み

図2 鉄道路線図を駆使して目的地へ行く
目的駅

電話音声

映像

移動ほか の 通 信 サ ービス

下北沢

新宿

山手線

IP

線

急田

渋谷

小FTTH
光ファイバー

ADSL
TP線

パケット
電波

〜

WDM

無線LAN
電波
東横線
品川

出発駅

図3 エンド・ツー・エンドが実現するインターネット

相鉄線
東海道線

湘南台
アプリケーション

アプリケーション

TCP

TCP

市営地下鉄

横浜

戸塚

経路制御処理どんな通信手段であれ、電話音声、映像など、IP化できれば送ることができる（図1）。湘南台駅から新宿駅へ向かう場合、万がIP

IP

IP

ネットワークのインターフェイス

ネットワークのインターフェイス

ネットワークのインターフェイス

一小田急線が止まったとしても新宿駅へは他の経路を選ぶことができる。これをインターネットでは経路制御という（図2）。アプ
リケーションはエンド・ツー・エンドによって通信を行うことができるが、途中の中継点はIPで通信を行う
（図3）
。
物理層

物理層

物理層

◎インターネットの基本的な仕組み

す。この鉄道路線図のことを、インターネてもいい、端（出発駅）と端（終着駅）が頑

インターネットは、技術としてはインターットでは経路制御情報と言います。この経張ればよい。確実性をあまり重視しなくてネットプロトコル（IP）、つまり「IP」という路制御情報を見ることで乗換え駅を見つもいいと、真ん中（乗換駅）でやる仕事が通信規格による通信技術と考えてくださ

け出し、その乗換え駅に行くためにはどのシンプルになり、どんどんいいものが安くい。プロトコルが合ってさえいれば電話線線に乗ればいいかもわかります。事故でできるようになる……。これが、インターでも、光ファイバーでも無線でもデジタル止まったとしても他の線で行けるし、サーネットの哲学──真ん中に任せず負荷を情報が送れます（図1）。
「もの（伝達する物ビスや使う技術も違いますが、そんなにはかけないで両端（エンドシステム）のコンピ理媒体）はどれでもいいや」と、気にしない気にならない。あるものを使えばいいといュータが頑張ればいいというエンド・ツで伝達部分に風呂敷をかけて隠してしまう考えがインターネットなのです。

ー・エンドのモデルです（図3）。これによってネットワークが爆発的に増えていきまうのが、このIPなのです。
インターネットの仕組みがどうなってい◎デジタルならではの設計思想した。インターネットの設計思想とは、いるかを理解するには、鉄道を使って説明デジタルは完全にコピーができるといういかげんに聞こえるかもしれませんが、完するのが一番わかりやすいと思います（図

利点があるので、もし途中で送れなくなっ璧を目指さなくても90パーセントOKなら2）。切符には到着駅が書いてあり、それたら捨ててしまってもOKというベストエフ実行してしまおうというものです。最後まで電車に乗ります。小田急線、山手線、ォートという仕組みでインターネットが社会で詰めないで、どんどん動かしていくとい東海道線を乗り継いで目的地にいきます

基盤として発展したのです。そして、途中うラフコンセンサスだったからこそ急速にが、途中どこで乗り換えるかというのは基で送れなくなっても、最初の失敗をリカバ発展したのです。

本的に選べますね。それぞれの路線がつーするために、もう一度同じものを送る、ながっていて鉄道網を形成しています。1

この作業をやっているのもIPなのです。

つの路線がネットワークであり、鉄道網はですから、みんなが持っている途中のネットワークのネットワークと言えるので線路（ネットワーク）はそんなに頑張らなくインターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

SOI「インターネット概論」（第2回論）
へ

インターネット概

http://www.soi.wide.ad.jp/class/20020002/slides/02/+++ iNTERNET magazine 2003.03 +++193

レッスン 2

デジタルは 0 と 1 ではなくて数値である

図4 音声のサンプリング例

図5 画像のサンプリング例

音の波

拡大

図6 『2001年宇宙の旅』に登場するコンピュー
ターHALの暗号◎デジタルの本質とは？

音声は音波を44.1kHz、16ビットステレオで数量化する

CDと音楽レコード、MDとテープ、DVDため、デジタル信号処理（DSP）で音質や音色を変化させとテープなど、音楽や文字や映像が数字ることができる（図4）。映像は変化する部分のみを送受信Hする（図5）。アルファベットや数字はコンピューター内部でで表現できるようになりました。デジタルは数値で認識される。
「0x」
は16進数の意。
「HAL」のアルが0と1だと思っている人が多いようです

ファベットそれぞれに「1」を足すと「IBM」になる（図6）。

0x48+1が、実はそうではないのです。

I

デジタル（digital）とは英語のデジット

0x49

A

0x41+1B

0x42

L

0x4C+1M

0x4D（digit）、数字が語源です。つまりデジタルとは数字なのです。ただ、数字を物理的なメディアで表現しようとすると、たとえば、囲の情報でしか音は表現されず、実際よす。完全なコピーが簡単にできるという利電圧のある、なし、など、２つの状態の違りは情報量が少ないことになりますが、人点がある反面、知的所有権などの問題がいを情報の単位とすると間違いが少ない

間の耳では特に問題なく聴けるようです。

発生しやすくなっていますが、これらの問ので、あれば１、なければ０ということで、映像の場合は、デジタルならではの魔題を解決しながら新しい技術やコンテンどちらかを表すようにして、それをいくつか法が効いてきます。図5は餌を探しているツなどを作っていかなければなりません。

集めて、ある数値を表現することが多くな犬の映像です。映像を数値化するには、『2001年宇宙の旅』に出てくるコンピュります。そのため、つい、デジタルという映像をいくつかの細かいマス目に分けて、ーター「HAL」は、その名前のアルファベと「０と１」、すなわち「2進数」と思いがち

そのマス目１つずつを１つの数値で表し、ットそれぞれに「１」を足すと「I」「B」「M」にですが、大切なのは「数値である」というその集合によって１つの映像を表現しまなります（図6）。これが暗号です。ある3ことで、「０と１で表現している」ということす。そうすると映像を送ることは、その数人の人だけに情報を伝えたい場合、そのではないのです。デジタル技術に少しでも値の集合を転送することになります。テレ

人たちだけが知っている計算式（暗号化の関心のある人ならば、デジタルの本質はビで使われているNTSCという技術では、方法）を使えば、暗号化したメッセージを数字で表すということをぜひ知っておいて1秒に30枚の映像が動きます。ここで、数解けるのはその計算式を知っている3 人もらいたいと思います。

値だからこそ嬉しい点が出てきます。動かだけで、それにより秘密の通信ができるの

たとえば音声のデジタル化の例としてない場所を表現しているマス目の情報はです。暗号技術を使えるのは数学のおか「44.1kHz 16ビットステレオ」のオーディ送らず、動いている部分のマス目の情報げであって、すべての情報を数値にしていオCDの場合では、約4万4000分の1秒だけを送ることで、転送する情報量の節約るから使えるのです。

単位で音の波を数値にしていきます（図ができます。このように一部の情報を送っ4）。数値にする際には音波の下限から上ただけで、全部の情報を送ったのと同じ限までを16ビット分、すなわち 6 万 4000ことになります。これは、数字は劣化せず、個ほどの数値で表します。CDだとこの範完全なコピーができるから可能な技術で194 +++ iNTERNET magazine 2003.03 +++SOI「インターネット概論」（第3回クノロジー）
へ

http://www.soi.wide.ad.jp/class/20020002/slides/03/

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

インターネットテレッスン 3たったの 5 分で、データを 2 進数でイメージできるようになる

図7 10進数13桁は何ビットか

図8 2進数の世界

210

000,000,000,000
10ビット

10ビット

10ビット

およそ1,000（正確には1,024）10ビット

216
26 と210 をかければよい
およそ64,000（正確には65,536）
6×210（1,024）bps（bit per second）
64Kbps=2（64）40ビット

2進数10ビットは1024。これを約1000と考えると、10進数3桁（カンマ1つ分）で10ビッ232

トとなり、10進数で13桁ある場合は40ビットと概算（図7）。32ビットは30ビットでカンマおよそ43億（正確には4,294,967,296）3つ分。残り2ビットは10進数で0から3の4とおりで表せるので40億と概算（図8）。

◎ コンピューターが持つ魔法とはい2進数を使うことになっているのです。

ば数値を計算する演算機であって、それ以と４つ入り、000（10進数3桁）で10ビットですから、それが４つ、40ビットで10進数

コンピューターとは簡単に言ってしまえ◎2進数を体感しよう

12桁分になり、13桁は、40ビットともう少しあれば表現できることになります（図7）。

上でもそれ以下でもないのです。あらゆる今回特に学んでもらいたいことは、2進情報を数値で表現すると、いままで人間数を体でイメージできるようになることでところでインターネットをつなぐ際に必が培ってきたものを数学で扱うことができす。店で商品を買うと付いているバーコ要になるアドレス空間（IPv4 の場合）は、ます。その処理速度がどんどん速くなるのードには10進数で13桁の数値が付いて32ビットのアドレス空間を持ちます。32ビは、みんながよく知っているあの魔法を使います。さてここで質問です。

ットでは、10進数のどのくらいの数値を表Q：10進数13桁で表現できるものを2進分、残りが2ビットです。2ビットは10進数数で表現するには何桁いるでしょう。

で0から3までの4とおりの数値が表現でせるでしょう？ まず30ビットでカンマ3つっているからです。その魔法とは何だと思いますか。
「5を100 回足しなさい」と言われた場きるので、合わせると、32 ビットでは、合、どうしますか。500とすぐわかりますよね。5が100個あるとどうして500なのでしょうか。100倍するには数字の右に0を2 × 2 = 4 、4 × 2 = 8 、8 × 2 = 1 6 … 、
512×2=1024

4,000,000,000の数値が表せることになります（図8）。

2を10回かけると1024です。つまり、2カタログなどでよく「何メガ」と書かれてすが、これが、その魔法なのです。本当に進数10ビット（桁）で1024です。デジタル

いますが、メガ（M）は1000Kのことですか

100回足すのではなくて、0を右に2つ付

情報はいいかげんなものなので、いいから、「ああ、あれはどれくらいの数字のことけるといった計算のノウハウを膨大に持っげんに考えておよそ1000とします。コンピ

なんだな」とわかれば今回はOKです。ているのがコンピューターなのです。

ューターの世界ではこれを「K」（ケー）と読

これらはプログラミングやインターネッ2 個付ければいい。非常に簡単なことでそして、コンピューターの内部では、ス

んでK（キロ）と区別します。つまり10ビッ

トの仕組みを考えるときにも役立ちます。

イッチのように「オン」と「オフ」を示すもの

トで1Kです。10進数で1000のときは、0

次回は「なぜインターネットがつながるが情報の最小単位となっていて、その集合が3つでカンマ「,」を入れます。カンマ1つのか」をIP、ドメイン、イーサ、WDMなど、で１つの数値を表現します。したがって、オ

分で 1000 すなわち 10ビットになります。

通信技術を中心に考えます。

ンが１でオフを０とすると、数値は０と１、すそして、10進数で13桁あるとカンマは、
SOI「インターネット概論」（第3回クノロジー）
へ

なわち2進数で表現されることになります。
数値だということが大事なのですが、コン,000,000,000,000

ピューターの内部ではたまたまミスが少な

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

インターネットテ

http://www.soi.wide.ad.jp/class/20020002/slides/03/+++ iNTERNET magazine 2003.03 +++195

［インターネットマガジン バックナンバーアーカイブ］ ご利用上の注意
この PDF ファイルは、株式会社インプレス R&D（株式会社インプレスから分割）が 1994 年～2006 年まで発行した月刊誌『インターネットマガジン』の誌面を PDF 化し、「インターネットマガジン バックナンバーアーカイブ」として以下のウェブサイト「All-in-One INTERNET magazine 2.0」で公開しているものです。

http://i.impressRD.jp/bn
このファイルをご利用いただくにあたり、下記の注意事項を必ずお読みください。
z 記載されている内容（技術解説、URL、団体・企業名、商品名、価格、プレゼント募集、アンケートなど）は発行当時のものです。
z 収録されている内容は著作権法上の保護を受けています。著作権はそれぞれの記事の著作者（執筆者、写真の撮影者、イラストの作成者、編集部など）が保持しています。
z 著作者から許諾が得られなかった著作物は収録されていない場合があります。
z このファイルやその内容を改変したり、商用を目的として再利用することはできません。あくまで個人や企業の非商用利用での閲覧、複製、送信に限られます。
z 収録されている内容を何らかの媒体に引用としてご利用する際は、出典として媒体名および月号、該当ページ番号、発行元（株式会社インプレス R&D）、コピーライトなどの情報をご明記ください。
z オリジナルの雑誌の発行時点では、株式会社インプレス R&D（当時は株式会社インプレス）と著作権者は内容が正確なものであるように最大限に努めましたが、すべての情報が完全に正確であることは保証できません。このファイルの内容に起因する直接的および間接的な損害に対して、一切の責任を負いません。お客様個人の責任においてご利用ください。

このファイルに関するお問い合わせ先
All-in-One INTERNET magazine 編集部
im-info@impress.co.jp
Copyright © 1994-2007 Impress R&D, an Impress Group company. All rights reserved.