tobiraura :2011/9/8(13:36)

Connection to the Future with Digital Series
未来へつなぐ デジタルシリーズ

編集委員長：

白鳥則郎（ 東北大学）

編集委員：

水野忠則（ 愛知工業大学）
高橋 修（ 公立はこだて未来大学）
岡田謙一（ 慶應義塾大学）

編集協力委員：片岡信弘（ 東海大学）
松平和也（ 株式会社 システムフロンティア）
宗森 純（ 和歌山大学）
村山優子（ 岩手県立大学）
山田圀裕（ 東海大学）
吉田幸二（ 湘南工科大学）（ 50 音順）

main :

2013/3/9(13:24)

未来へつなぐ デジタルシリーズ

刊行にあたってデジタルという響きも，皆さんの生活の中で当たり前のように使われる世の中となりました．

20 世紀後半からの科学・技術の進歩は，急速に進んでおりまだまだ収束を迎えることなく，日々加速しています．そのようなこれからの 21 世紀の科学・技術は ，ますます少子高齢化へ向かう社会の変化と地球環境の変化にど う向き合うかが問われています．このような新世紀をより良く生きるためには ，20 世紀までの読み書き（ 国語），そろばん（ 算数）に加えて「デジタル」（情報）に関する基礎と教養が本質的に大切となります．さらには ，いかにして人と自然が「共生」するかにむけた ，新しい科学・技術のパラダ イムを創生することも重要な鍵の 1 つとなることでしょう．そのために ，これからますますデジタル化していく社会を支える未来の人材である若い読者に向けて ，その基本となるデジタル社会に関連する新たな教科書の創設を目指して本シリーズを企画しました ．
本シリーズでは , デジタル社会において必要となるテーマが幅広く用意されています．読者はこのシリーズを通して，現代における科学・技術・社会の構造が見えてくるでしょう．また，実際に講義を担当している複数の大学教員による豊富な経験と深い討論に基づいた，いわば みんなの知恵 を随所に散りばめた「日本一の教科書」の創生を目指しています．読者はそうした深い洞察と経験が盛り込まれたこの「新しい教科書」を読み進めるうちに ，自然とこれから社会で自分が何をすればよいのかが身に付くことでしょう．さらに ，そういった現場を熟知している複数の大学教員の知識と経験に触れることで ，読者の皆さんの視野が広がり，応用への高い展開力もきっと身に付くことでしょう．
本シリーズを教員の皆さまが ，高専，学部や大学院の講義を行う際に活用して頂くことを期
待し ，祈念しております．また読者諸賢が ，本シリーズの想いや得られた知識を後輩へとつな
ぎ ，元気な日本へ向けそれを自らの課題に活かして頂ければ ，関係者一同にとって望外の喜び
です．最後に ，本シリーズ刊行にあたっては ，編集委員・編集協力委員，監修者の想いや様々な注文に応えてくださり，素晴らしい原稿を短期間にまとめていただいた執筆者の皆さま方に ，この場をお借りし篤くお礼を申し上げます．また ，本シリーズの出版に際しては ，遅筆な著者を励まし辛抱強く支援していただいた共立出版のご協力に深く感謝いたします．
「未来を共に創っていきましょう．
」

編集委員会
白鳥則郎
水野忠則
高橋 修
岡田謙一

main :

2014/8/23(10:11)

はじめに

人は自分 1 人で生きていくのではなく，お互いに協力して生きている．このためには ，コミュ
ニケーションをどのように行うことができるかが重要なポイントとなる．辞典（新英和大辞典，「伝える，（ 病気を）感染させる，（ 思想等を）伝研究社）によれば ，英語の communicate は ，達する，知らせる，聖ざんにあずかる，（……と）通信する，通ずる，（手紙・電話等で）連絡する」となっている．この名詞形である communication という語は日本語に置き換えにくい場
合が多く，カタカナでそのまま「コミュニケーション」と表し ，コミュニケーションを具体的に実現する技術においては「通信」という用語を用いている．
より便利な通信環境でより良いコミュニケーションを図るために ，その昔から我々人類はいろいろ工夫を凝らしてきた ．戦においては ，敵の情報を遠く離れた味方へ伝達するために ，のろしを使用してきた．しかしながら ，のろしは敵が来たかど うかを知らせる程度であり，また，
相互にコミュニケーションすることもできなかった．
そして技術が発展し ，現在では電話網により世界中のあらゆる場所ともほとんど リアルタイムで会話をすることができ，また携帯電話の発展により，いつでもどこでも会話ができるようになってきた ．
さらに ，電話による人と人とのコミュニケーションは音声による会話のみによって行われてきたが ，文字データ，静止画像，画像等を利用したマルチメデ ィア技術の発展によって ，より高度で便利なコミュニケーションが可能となってきた ．
現在，我々が当たり前のものとして使用しているインターネットは ，コンピュータ技術と通信技術の融合によって生まれたコンピュータネットワークから発展したものである．そして ，
電話機能，データ通信機能等，従来個別に提供されていたサービスを統合して利用できるようになってきている．まさにインターネットによって ，新しい情報化社会が実現されようとしている．
このような発展により，日々の生活も激変してきている．すなわち，少し前までは村や町で生活する人々のコミュニケーションの場として町内会があり，そこで頻繁な意見交換の場が存在していた ．また工場においても，新製品開発，品質向上，製品の開発力向上等を図るために小集団活動等の組織が作られ ，その限られた範囲の中で討議がなされたりしていた ．
しかし ，分散コンピューティング ，モバイルコンピューティング ，インターネット等の発展により，地域社会において，また会社組織等においても根本から揺さぶりがかけられてきている．

main :

2014/8/23(10:11)

iv

◆

はじめに

すなわち，人がどこにいるかという物理的な制約がなくなり，また，企業におけるポジション ，
年齢等を意識せずに行うコミュニケーション構造になってきている．
このような社会変化に示されるように ，コンピュータネットワークはすでに日常生活の営みにおいてすべての基盤となっており，その技術はますます重要となっている．そして ，当然ながら ，大学教育では誰もが学習しなければならない必須の科目となってきている．
本書は ，上記の背景を踏まえて次の点を留意してまとめている．

(1 ）理系だけでなく，文系の大学学部学生もコンピュータネットワークの基礎および応用技
術を理解できる．

(2)「基本情報技術者試験」におけるコンピュータネットワークの出題内容を網羅する．
(3) 上級用図書である『コンピュータネットワーク 第 5 版，日経 BP 社』の導入書とする．
「各章に演習問
まず ，(1) に関しては「各章のはじめに本書のポイントとキーワード を入れ」，題を付ける」，「 1 ページに必ず図もしくは表を 1 点は入れる」ことを原則とし ，理解しやすくしている．

(2) に関しては ，「基本情報技術者試験」におけるコンピュータネットワークの問題をサーベ
イし ，出題内容をすべて満足するようにしている．
（ A. S. タネンバウム，D.J.
さらに ，(3) に関しては『コンピュータネットワーク 第 5 版』
ウエザロール著，水野忠則，相田仁，東野輝夫，太田賢，西垣正勝，渡辺尚 訳 (2013) ）がす
でに発刊されており，コンピュータネットワークのすべての技術が網羅的かつ詳細に説明されている．しかしながら ，初心者にとってはボリューム（ 全体で 900 ページ ）が多大であることもあり，最後まで読み通すことは容易ではない．したがって ，まず本書でコンピュータネット
ワークの大まかなところを知り，さらに同書（ 第 5 版）を熟読されることをお薦めする．
本書は ，次の構成となっている．この中で ，第 7 章は 2 週分の内容を含んでおり，また ，1
週は中間試験，あるいはまとめとして利用する 15 週講義用の教科書として使用することを想定している．
第 1 章では人と人がいかにコミュニケーションしてきたかを述べ ，単体のコンピュータがどのようにネットワーク化されたかを紹介する．また ，コンピュータネットワークの基本となる
分散システムの概念について紹介する．
続いて第 2 章では ，コンピュータネットワークがどのように利用されているかについて ，身近な応用例やインターネット上で利用されているネットワークサービスの例を紹介する．
第 3 章ではコンピュータネットワークとその基本機能について ，ネットワークの形態，コン
ピュータネットワークの基本的な考え方，発展経緯，OSI・TCP/IP の参照モデルと基本機能等について述べる．
第 4 章では物理層の機能について ，ケーブル等の伝送媒体の種類，通信方式，伝送方式等，
実際にデータを送るために必要となる伝送技術，および回線交換方式について述べる．
第 5 章ではデータリンク層について ，誤り検出，誤り制御，フロー制御，プロトコルの考えmain :

2014/8/23(10:11)

はじめに

◆

v

方，そしてデータリンクに関係するプロトコルの実例を説明する．
第 6 章では LAN 技術について，広く用いられているイーサネットについて，クラシックイー
サネットとスイッチ式イーサネットの観点から述べ，さらに ，ブリッジやルータなどネットワー
ク相互接続デバイスについて述べる．
第 7 章ではネットワーク層について ，ネットワーク層の基本機能を紹介後，ルーティングア
ルゴ リズム，輻輳制御アルゴ リム，QoS ，予備ネットワーク相互接続方法について述べ ，さらに ，インターネットで利用されているインターネットプロトコルについて述べる．第 8 章では ，トランスポート層の基本機能とインターネットで利用されているトランスポート層プロトコル

UDP と TCP について述べる．
第 9 章〜第 11 章では ，アプリケーション層について述べる．まず ，第 9 章ではインターネッ
トワーク上での名前の管理方法について ，ド メイン名システム，ド メイン名，名前サーバについて述べる．第 10 章では ，インターネット上で最もよく利用されるメールおよび Web について，サービス内容とその仕組みを述べる．第 11 章ではデータ通信に加え ，音声，動画像，ライブ メデ ィアなどのマルチメデ ィア通信について紹介する．また ，マルチメデ ィア情報を含んだコンテンツをネットワーク上で配信するコンテンツ配信方法を述べる
第 12 章では無線メデ ィアアクセス制御法について ，ALOHA を中心に多重アクセス制御方法を紹介し ，続いて，衛星ネットワーク，無線 WAN ，無線 LAN ，PAN および短距離無線について述べる．その後，ワイヤレスアプ リケーションとして ，モバイルコンピューティング ，ユビキタスネットワーク等について述べる．
最終章である第 13 章では ，ネットワークセキュリティについて ，まず暗号の方法を紹介後，ネットワークを利用する上で必要なセキュリティに関して，認証，悪意のあるソフトウェア，攻撃方法，そして最後にネットワーク対する安全対策について述べる．
以上の各章では ，最初にその章のポイントやキーワード を示し ，各章の内容を確認できるよ
うにしている．また ，各章の終わりには演習問題を付け ，読者の理解度を確認できるようにしている．さらに ，推薦図書と参考文献という形で理解を一層深めることに適した関連の図書を推薦している．
本書をまとめるにあたって大変なご協力をいただきました ，未来へつなぐデジタルシリーズの編集委員長の白鳥則郎先生，編集委員の高橋修先生，岡田謙一先生，および編集協力委員の片岡信弘先生，松平和也先生，宗森純先生，村山優子先生，山田圀裕先生，吉田幸二先生，ならびに共立出版編集制作部の島田誠氏，他の方々に深くお礼を申し上げます．

2014 年 8 月
著者代表 水野忠則

main :

2014/8/23(10:11)

刊行にあたって

目 次

はじめに

i

iii

第1章

1.1

序論 1

コミュニケーション

1

1.2
コンピュータシステムの発展

6

1.3
コンピュータネットワークの発展

7

1.4
分散処理システム

91.5
システムの信頼性

第2章

2.1

コンピ ュータネット ワークアプ

コンピュータネットワークと私たちの暮らし

リケーション

16

17

2.2
インターネットアプリケーションの事例

第3章
ネット ワーク基本技術

12

23

3.1

35

コンピュータネットワークの発展経緯

35

3.2
コンピュータネットワークの基本的な考え方

38

3.3
OSI 参照モデルと基本機能

43

3.4
TCP/IP 参照モデルと基本機能

47

3.5
ネットワークアーキテクチャ基本技術

52

main :

2014/8/23(10:11)

viii

◆

目

次

第4章

4.1

物理層と交換方式

62

通信伝送路

62

4.2
データ伝送

65

4.3
通信ネットワークの基本構成

73

4.4
インターネット接続サービ ス

第5章

78

5.1

データリンク層

82

データリンクとは

82

5.2
誤り制御

83

5.3
データリンクプロトコル

90

5.4
データリンクプロトコルの事例

92

5.5
フレーム化

第6章

LAN 技術

94

6.1

99

LAN の概要

100

6.2
LAN 参照モデル

102

6.3
メディアアクセス制御プロトコル

104

6.4
LAN の高速化

107

main :

2014/8/23(10:11)

目

次

◆

ix

6.5
トラフィックの分割と VLAN

109

6.6
情報家電ネットワーク

111

6.7
ネットワーク相互接続

第7章
ネット ワーク層

111

7.1

117

ネットワーク制御

117

7.2
インターネットプロトコル (IP)

119

7.3
IP パケットの構成

123

7.4
IP の補助プロトコル

124

7.5
経路選択

131

7.6
インターネットにおける経路制御

136

7.7
輻輳制御

139

7.8
QoS (Quality of Service)

142

7.9
ネット ワー ク間の 接続と NAT（ およびNAPT ）

143

7.10
IPv6

144

main :

2014/8/23(10:11)

x

◆

目

次

第8章

8.1

ト ランスポート 層

150

トランスポート層の役割

150

8.2
UDP

153

8.3
TCP

154

アプリケーション層—ド メイン

9.1
IP アドレスとド メイン名

169

管理 1699.2

第9章

ド メイン名の構成

171

9.3
ド メイン名の階層構造と種類

172

9.4
DNS の仕組み175

9.5
DNS サーバの動作確認

177

9.6

第 10 章アプリケーション層—Web と電
子メール

184

DNS のセキュリティ上の脅威

179

10.1
Web サービス

184

10.2
電子メール

第 11 章11.1

アプリケーション層—メディア

マルチメディアデータ

通信とコンテンツ配信

202

192

202

11.2
データ圧縮

203

main :

2014/8/23(10:11)

目

次

◆

xi

11.3
ストリーミング

205

11.4
コンテンツ配信

第 12 章208

12.1

ワイヤレスネット ワーク

212

ワイヤレス通信の発展

213

12.2
無線チャネル割当方式

216

12.3
多重アクセス方式

218

12.4
モバイルコンピューティングと移動通信ネッ
トワーク

223

12.5
ユビキタスネットワーク

第 13 章13.1

ネットワークセキュリティ 240

暗号

232

241

13.2
認証

244

13.3
悪意のあるソフトウェア

247

13.4
攻撃方法

250

13.5
ネットワークにおける安全対策

索

引

261

253

main :

2014/8/23(10:11)

第

1章

序論

□ 学習のポイント



通信の方法には人手による搬送方法に加え，目視的な方法と電子的な方法がある．人手による方法としては，飛脚，郵便，宅配便等があり，目視的な方法としては，のろし，トーチ，セマフォ，シャッタ通信等がある．電子的な方法としては，モールス信号，電話，FAX，テレックス，パソコン通信等がある．
コンピュータネットワークは，通信回線を介して複数のコンピュータを相互に利用できるよう開発される．コンピュータ自身も 1 台で動作するのではなく，システム全体を複数のコンピュータで処理する分散システムとして，クライアントサーバモデル，リアルタイム型システムなどがある．また，ネットワー
クにおいては高い信頼性を持って動く必要がある．信頼性を表す用語として，RASIS，フォールトトレ
ラント性，稼働率，デュアルシステム，デュプレックスシステムなどが存在する．

• コミュニケーションの方法として，目視による方法を学ぶ．
• 電子的な通信方法の歴史を学ぶ．
• コンピュータネットワークの歴史的な発展経過を学ぶ．
• ネットワークの典型的なクライアントサーバモデル，リアルタイム型モデルを学ぶ．
• ネットワークの信頼度について学ぶ．

□ キーワード

コミュニケーション，目視的コミュニケーション，のろし，手旗信号，セマフォ，シャッタ通信，電子的コミュニケーション，モールス信号，コンピュータネットワーク，クライアントサーバモデル，トラン
ザクション，リアルタイム型システムモデル，信頼性，MTBF

1.1 コミュニケーション
人から人へ情報を伝達し ，お互いに考えていることを理解し合うためには ，コミュニケーショ
ンをどのように行ったらよいかが課題となる．
コミュニケーションを図る方法としては ，昔から各種の方法が考えられてきた ．最も基本的な方法としては人手による搬送方法があり，次に目視的な方法や電子的な方法が挙げられる．
人手による搬送方法としては ，飛脚，郵便，宅配便等がある．目視的な方法としては ，のろmain :

2014/8/23(10:11)

2

◆

第1章

序論

し ，トーチ ，セマフォ，シャッタ通信等がある．電子的な方法としては ，モールス信号，電話，FAX ，テレックス，パソコン通信等がある．
1.1.1 目視的コミュニケーション
人は自分の意思を伝えるために言葉を発明し ，次には文字を発明してきた ．また ，遠く離れた人にも何らかの方法でお互いの意思を伝達するための工夫がなされてきた．
たとえば ，昔から用いられてきた信号の伝達方法としてのろしがある．戦においては ，いかに相手の動きを察知してそれに対処するかが重要となる．図 1.1 は ，和漢三才図会において紹介されているのろしの絵である．このようなのろしを用いて ，武田信玄は情報を伝達したと伝えられている．
しかしながら ，のろしは晴れた日であれば複数の地点を経由して遠くに離れたところまで情報を素早く伝えることができるが ，その仕掛けは単純であり，のろしが上がっているかいないという情報しか伝えることができない．
のろしの考えをより発展させたものとして ，トーチによる伝送や ，手旗信号をはじめとする
いくつかの目視的コミュニケーションを利用した情報送信方法がある．
図 1.2 に示すトーチ伝送では ，5 個のトーチを 2 組用いている．各組の 1〜5 本のトーチを幕より上に持ち上げたり，下げて隠すことによって ，離れた受信者に見えるようにする．この方法で ，図 1.3 に示す 24 個のギリシャ文字を用いて情報を伝達することができる．たとえば ，次の手順でギリシャ文字からなるメッセージを送ることができる．

(1) 送信側は ，2 組（ A と B ）の 5 個のトーチをすべて掲げる．
(2) 受信側は ，受け入れ可能を示すために ，同様に 2 組の 5 個のトーチを掲げる．
(3) 次に A 組のトーチ群の中から 1〜5 個のトーチを掲げる．1 個なら X1 の行（ α ，β ，γ ，δ ，ε ），2 個なら X2 の行（ ζ ，η ，θ ，ι ，κ ），3 個なら X3 の行（ λ ，μ ，ν ，ξ ，ο），4 個ならX4 の行（ π ，ρ ，σ ，τ ，υ ），そして 5 個なら X5 の行（ φ ，χ ，ψ ，ω ）であることを示す．

図 1.1 のろし（和漢三才図会より）

main :

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1.1 コミュニケーション

X１ X２

X３ X４ X５

Y１

α

ζ

λ

π

φ

Y２

β

η

μ

ρ

χ

Y３

γ

θ

ν

σ

ψ

Y４

δ

ι

ξ

τ

ω

Y５

ε

κ

ο

υ

図 1.2 トーチ伝送◆3

図 1.3 ギリシャ文字(4) 次に ，もう片方の B 組のトーチ群から ，1〜5 個のトーチを掲げ ，Y1〜Y5 の行から 1 つ
ギリシャ文字を選択する．たとえば ，(3) で 3 個のトーチを掲げ ，(4) で 2 個のトーチを掲
げたら ，それは μ を示すことになる．

(5) (3) と (4) を必要な文字数だけ繰り返す．
(6) 送るべきデータがなくなったときは (1) と (2) の手順を行う．
目視的コミュニケーションでよく用いられるものとして ，手旗信号がある．両手を上に上げ
るか ，水平にするか ，下に下ろすかによって，いろいろな形態が考えられる．理論的には図 1.4に示す 16 通りがある．この中で ，右上にある数字は類似形態の番号を指している．たとえば
7 のところにある 4 は ，7 は
4 の番号のものと類似形態であることを示している．類似形態を取り除くと 8 通りになる．もちろん ，右手と左手に異なった色の手袋をはめて行えば 16 種類が可能となる．

①

⑤

⑨

②

⑥

⑩

③

⑦

④

⑧

４

３

⑬

10

⑭

８

⑪

１

⑮

２

⑫

５

⑯

６

図 1.4 手旗信号

main :

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4

◆

第1章

序論

図 1.5 腕木通信システム〔ド イツ博物館展示〕

指示器

調節器

図 1.6 Chappe のセマフォ

この手旗信号を発展させた本格的な伝送システムとして ，1793 年にフランスの技師 Claude

Chappe によって開発されたセマフォ利用の腕木通信システムがある．大きな木構造からなる
そのシステムは丘の上や教会の塔に作られ ，望遠鏡を持った市職員が操作した（ 図 1.5) ．腕木通信に用いられるセマフォは 3 カ所の可動部，すなわち調節器と 2 つの指示器がある（図 1.6 ）．
セマフォは 45 度単位で動き，論理的には 3 つの可動部分によって各セマフォは 256(8 × 8 × 4)の異なった形となる．しかしながら ，指示器が調節器の角度と重複するような紛らわしい形は用いられない．また ，有効なセマフォの位置の約半分が数字，句読点，文字の符号として使用
され ，残りの半分が特別な制御文字に使用された ．隣町のステーションにおけるセマフォの形

main :

2014/8/23(10:11)

1.1 コミュニケーション

◆

5

シャッタ

図 1.7 George Murray のシャッタ通信

を読み，それと同じ形のものを中継地で作り，次の隣町へ中継するために市職員が雇われた ．
この腕木通信に関しては ，参考文献 [2] が参考となる．この本では副題に「ナポレオンが見たインターネットの夜明け」がついているように ，フランスを中心に発展した腕木通信について ，その歴史，通信方式などが詳細に記述されている．
これ以外にもいくつかの方法が考えられ ，実用化された ．たとえば ，英国海軍では George

Murray 卿が設計した図 1.7 に示すシャッタ通信を利用していた ．6 個のシャッタを開閉することによって ，メッセージ ，すなわち 6 ビットの 2 進符号を伝送することが可能である．このシステムでは制御メッセージもまた符号化されている．6 個すべてのシャッタが閉じているときは信号送信の準備中であり，6 個すべてのシャッタが開いているときは ，送信準備完了を示している．
目視的通信の伝送速度は ，実際の光の速さではなく，形をいかに素早く変化させることができるかによる．Chappe の伝送では ，セマフォの形は 15〜20 秒ごとに変えることができた．128の可能なシンボル（あるいは 7 ビットの情報）のサブセットでは ，約 0.5 bps（ bit per second：
ビット／秒）の伝送速度であった ．George Murray のシャッタ通信の 6 ビット符号は 5 秒ごとに変化し ，信号の速度はおよそ 1 bps である．
一方日本においても，ビジネス分野において ，旗振り通信が有名である [1] ．旗振り通信は ，
見通しのよい山から山へ望遠鏡の力を借りて旗の振り方で情報を知らしめるものであり，米相場の伝達に使われた ．大阪の堂島の米相場がわずか 3 分で和歌山へ ，そして 27 分で広島に伝えることができた ．
このような目視的コミュニケーションにおいては ，操作者にセマフォが見えることが必須であった ．しかしながら腕木通信システムにおいては ，1831〜1839 年までの間で平均して 1 年のうち 20 日は悪天候により，オランダの 5 つの都市間でのシャッタ通信は利用できず ，より信頼度の高いシステムが求められた ．

1.1.2 電子的コミュニケーション
電子的コミュニケーションにおいては ，元来，電信による方法が鉄道信号のために使用され ，次に一般的に利用されるようになってきた．1851 年ロンドンとパリの株式交換が電信で結合され ，最初の公的な電信会社が設立された ．1875 年までには約 30 キロメートルの電信線が運用されるようになった．最初，電信は針，あるいはモールス信号のキーによって操作されていた．

main :

2014/8/23(10:11)

6

◆

第1章

序論

文字
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M

符号
・−−
−・・・
−・−・
−・・
・
・・−・
−−・
・・・・
・・
・−−−
−・−
・−・・
−−

文字
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z

符号
−・
−−−
・−−・
−−・−
・−・
・・・
−
・・−
・・・−
・−−
−・・−
−・−−
−−・・

数字
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

符号
・−−−−
・・−−−
・・・−−
・・・・−
・・・・・
−・・・・
−−・・・
−−−・・
−−−−・
−−−−−

図 1.8 モールス信号表

最もよく使用された信号符号は改良モールス符号である．元々のモールス符号は ，変化する持続期間，すなわち，点 (dot) ，線 (dash) ，長線 (long dash) の 3 つの信号要素を使用していた．

2 つのよく知られた信号要素，すなわち点（ dot：トン）と線（ dash：ツー）による様々な長さの 2 進符号を使用した ．現在のものは 1851 年に作られた ．図 1.8 にモールス信号表を示す．
次に開発されたものは ，紙テープ穿孔読み取り器である．1858 年，ホイートストン (Charles

Wheatstone) は伝送速度 300 ワード ／分（ 約 30 bps ）に達するホイートストン自動操作機械
を作り，つい最近まで使用されてきた ．1920 年以降，特別な「テレタイプライタ」キーボードとプリンタが直接通信回線に結合された．これらの機械で使用された 5 ビット符号は ，1874 年にフランス人エミル・ボー (Emil Baudot) によって開発された ．1925 年までには完全な「テレックス（ 電信交換）」網が稼働した ．
ときを同じくして，1850〜1950 年の間に現在よく知られた電話と無線の 2 つの異なった通信方法が開発された ．グレ イ (Elisha Gray) とベル (Alexander Graham Bell) は 1876 年，電話の発明に関する特許申請を提出し ，またマルコーニ (Guiglielmo Marconi) は 1897 年，最初の無線電信を作り出した ．
コンピュータを利用した通信システムとして ，テレックスの拡張版であるテレテックス，パソコン通信，電子メール等が近年利用可能となってきている．

1.2 コンピュータシステムの発展
コンピュータは図 1.9(a) に示すように ，まず本体に加えテレタイプライタ等簡単な入出力機器の構成から始まった．次に ，遠隔からもデータのやりとりをする必要があるため図 1.9(b) に示すような形態が発生した ．
また ，データの入力は ，一番初期においては計算機の中のビットを 1 ビットごとに手動で操作するトグルスイッチによって行っていたが ，次には紙テープが入出力に利用された ．次に ，より多くのデータを入出力可能とするためにカード リーダおよびラインプ リンタが利用可能にmain :

2014/8/23(10:11)

1.3 コンピュータネット ワークの発展

◆

7

キー入力
コンピュータ本体(a) 基本構成

コンピュータ本体(b) 遠隔利用
図 1.9 コンピュータの構成

ＣＲ
ミニコン

ホストコンピュータ

ＬＰ( 遠隔バッチ）…………………
（会話型端末）TSS
問い合わせメッセージ交換

図 1.10 ホストコンピュータシステム

なった ．
さらにこの形態が発展し ，単一のホストコンピュータを複数の端末から利用するホスト集中システムが開発された．またこのようなコンピュータシステムには ，図 1.10 に示すように TSS（タイムシェアリングシステム）用の会話型の端末や，バッチジョブを依頼するためのカード リー
ダ (CR) やラインプリンタ (LP) を持つ遠隔バッチ (remote batch)（遠隔ジョブ入力：Remote

Job Entry, RJE ）端末が接続されている．また，会話型の端末には ，簡単なテレタイプライタ
やある程度のコンパイル ，ファイル処理，文書編集が可能なインテリジェント端末がある．この形態はホストコンピュータが集中的に処理を行うホスト中心のシステム構成である．

1.3 コンピュータネット ワークの発展
コンピュータシステムをより発展させ ，それらを相互に接続したものがコンピュータネット
ワークである．コンピュータネットワークは，通信回線を介して広く地理的に離れたコンピュータを相互につなげ ，端末から複数のコンピュータにアクセスでき，異なるコンピュータ間でもmain :

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8

◆

第1章

序論

アプ リケーションプログラムのやりとりを可能にしたものである．
図 1.11 はコンピュータネットワークの発展の流れを示している．まず ，第 2 次世界大戦時に開発された軍事用オンラインシステムが開発され ，続いて前節で述べたような単体のコンピュー
タからホスト型のコンピュータシステムへ発展した ．

1969 年に最初のコンピュータネットワークである ARPAnet の実験をきっかけに ，各国でコンピュータネットワークの研究が始まった ．まさに 1970 年代はコンピュータネットワーク
研究の黎明期である．

1980 年代はネットワークが大学や大規模なビジネス分野において使用されるとともに ，OSI
（ Open Systems Interconnection：開放型システム間相互接続，第 3 章参照）の研究開発に数多くの人々がかかわった ．

1990 年代はコンピュータネットワークを取り囲む世の中に変化が生じた．コンピュータネッ
トワークは広く一般に浸透し ，特に珍しいものというのでなく，生活の基盤技術となってきた．
言い換えると，コンピュータネットワークも，電気，ガス，水道，道路，橋といった従来からの社会基盤に劣らない重要な社会システムになった ．たとえば ，少し前までであれば電子メール
も便利なものという程度であり，電子メールが不通になっても仕方がないと諦めていたが ，今や人と人がコミュニケートする上でなくてはならないものとなった．
それ以降，コンピュータネットワークの技術は進化し ，1990 年代の半ばにおいては ，各種プ
ロトコルスタックを有した LAN や WAN が存在したが ，有線の LAN はイーサネットとほぼ同義語となり，WAN もインターネットとほぼ同義語となった．

1995 年からの大きな特徴は ，ワイヤレスネットワークの急速な発展である．携帯電話，無線
LAN が出回り始め，どこでもネットワークにつながる時代となった．有線から無線への変革期

クラウド
コンピューティング

ユビキタス
コンピューティング
インターネット
コンピュータネットワークウェアラブルコンピューティング
モバイル
コンピューティング

計算機システム

1945

1970

1980

1990

2000

2010

オンライン ARPANETOSIWWW 携帯電話 iモード 高速無線通信
ALOHA SNALAN JAVA
PHS 無線タグ iPhoneシステム
図 1.11 コンピュータネットワークの発展main :

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1.4 分散処理システム◆

9であり，電話は固定電話から携帯電話へと完全に移り変わってきた ．
今日においては ，コンピュータネットワークの技術は半導体技術と通信技術の驚異的な進展によって一層発展してきた．コンピュータはより小さく，より高性能になり，回線速度も上がってきた．そこで重要な役割を示すのは ，IC タグに代表される通信機能を有した極小チップの進展である．
極小チップに通信機能が搭載されるということは，極小チップまでがコンピュータネットワー
クの対象になるということを意味する．極小チップはもはや誰もコンピュータネットワークという意識を持つことなく利用されていくであろう．CPU 機能と通信機能を有した驚くほどの数のインテリジェントなチップが巷にあふれ ，それらがネットワークにつながりつつあり，ユ
ビキタス社会が到達してきた ．
言い換えると ，小型化技術や無線通信技術の進歩によって日常生活の様々な場所，たとえば家庭，学校，職場，交通機関や公共施設等に大量の情報機器が配置され ，室内や屋外にも様々な環境センサが備え付けられ ，家電や車両設備においては部品レベルでの通信が行われる．各
個人が常に数百〜数千個の情報機器に囲まれる情報化社会が到来しつつある．
このような情報化社会では ，家や車，自然などの環境に埋め込まれた情報機器や，人や荷物，車両とともに移動する多数の端末間の大規模な通信を支える技術が必要となる．

1.4 分散処理システム
分散処理システムでは ，単一の場所に置かれているコンピュータだけではなく，異なった場
所に分散して置かれる複数のコンピュータの連携によって有機的に統合して処理を行うものである．ここでは ，分散処理システムにおける代表的なモデルであるクライアントサーバモデルとリアルタイム型システムモデルを紹介する．なお，インターネット上で対等の立場で通信す
る P2P（ Peer to Pear：ピアツーピア）ネットワークもよく使用されており，それに関しては
第 11 章で述べる．

1.4.1 クライアント サーバモデル
分散システムとは ，複数のプロセッサが通信路を介して接続されお互いのプロセッサが所有する資源を共有し合うものであると述べたが ，分散処理の基本的な処理はネットワークを介して処理を依頼し ，その結果を受理するものである．この処理内容を解決するものがクライアン
トサーバモデルである．
クライアントサーバモデルとは ，クライアント（ 顧客側）とサーバ（ 奉仕側）に機能を分けたものである．すなわち，レストランでお客さんが食事をするとき，お客さんは店の人にワインやステーキ等を注文し ，お店の人はそれに従って調理し ，お客さんまで運んで ，お客さんは食事をすることになる．
これと同様なことをコンピュータに当てはめたものが ，クライアントサーバモデルである．

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10

◆

第1章

序論

この考えは機能のモジュール化にも役立てることができる．図 1.12(a) は単一プロセッサで実現したクライアントサーバモデルで ，図 1.12(b) が複数プロセッサで実現するモデル概念図である．
典型的なクライアントサーバモデルの展開としては ，図 1.13 に示すデータベース利用のトラ
ンザクション処理がある．パソコンからデータベースサーバを利用する場合，パソコンのユー
ザプログラムからデータベースの検索更新を行うことになる．この場合，クライアント側であるパソコン上でユーザプログラムが動作し ，データベースを所有しているデータベースサーバ
側がサーバとして動作する．
なお，クライアントとサーバという考えは ，装置に従属するものではなくど ちらが主体性を持って行うかによって決定され ，サービスによっては同じマシンがクライアントにもなりサーバにもなる．
クライアントサーバの概念は当初 ，ワークステーションにおいて LAN や RPC（ Remote

Procedure Call：遠隔手続き呼び出し ）に基づいて使用されたが ，最近はクライアントである
パソコンからサーバであるホストコンピュータや専用のサーバを利用するために用いられる．
この概念は ，従来のホストコンピュータシステムがホストコンピュータを中心に端末が従属していた方式に決別し ，新たに端末側がクライアントとなることでホストコンピュータの方が従属者になる方式であった ．
クライアントサーバモデルは ，クライアントとサーバの 2 層に分けた 2 層クライアントサー
バモデルに加えて，3 層クライアントサーバモデルがある．3 層クライアントサーバモデルにおクライアント
プロセス

サーバ
プロセス

クライアント
プロセス

サーバ
プロセス

OS

OS

OS

ネットワーク(a) 単一プロセッサ(b) 複数プロセッサ

図 1.12 クライアントサーバモデル[クライアント]

ユーザ
プロ
グラム
（パソコン）

[サーバ]
検索・更新
データ
ベース

結果
〔トランザクション処理〕（データベースサーバ）

図 1.13 データベース利用トランザクション処理