情報ネットワーク

社会工学類経営工学主専攻 模擬講義

インターネットの仕組み、そして、効率的なネットワーク構築

張 勇兵
社会工学類

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自己紹介

張 勇兵

q 出身： 中国吉林省
q 学歴： 電気通信大学大学院情報工学専攻
q 専門： 情報工学
q 研究分野： 通信ネットワーク、分散処理、性能評価
q 担当科目： 情報リテラシー（講義）、プログラミン

グ実習、情報ネットワーク、情報技術演習

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経営工学主専攻
現在企業をはじめとする組織体は、最先端の情報技術（IT）と数理工学を活用した、客観的な事実に基づく管理・運営・意思決定を行う方向に進んでいます。
経営工学主専攻では、世界で通用する「数学力×IT力×現場力」を身につけた人材の育成を目指しています。

q 情報技術エリア
ウェブサービスや業務情報システムなどを支える基盤技術やデータ解析やシミュレーションなどにおける計算の道具の理論的基礎から経営工学における応用の実例までを視野に科目を提供します。
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よく使われている情報通信サービス

Line

ネットショッピング

電子マネー

メール

X/Twitter442

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送受信者間の情報やり取り
q 電子メール

Internet

田中鈴木
電子掲示板は、ホームページで利用できる代表的な機能のひとつです。電子掲示板では、Webサーバーに保管されているデータを利用して、最新のメッセージを表示するようになっています。一般
的な電子掲示板では、書き込みフォームにメッセージを入力すると、Web サーバーのデータにメッq WWW(World Wide Web)セージを追加することができます。

インターネット

そして、その後、別の訪問者がこの電子掲示板を参照すると、新たなメッセージが追加された状態で表示されます。このような仕組みによって、ホームページの内容が常に最新のデータに自動更新されるため、駅の伝言板のような利用が可能になります。

Internet佐藤

ヤフー天気
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この授業の目標q インターネットの仕組み
l インターネットの中はどのようになっているのか？
l 情報（データ）はどのように送信者から受信者まで伝送されるのか？

q 効率の良いネットワークを構築するにはどうすればいいのか？
l 個々のユーザの立場から見る場合
l ネットワーク全体の立場から見る場合

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情報ネットワーク

データ伝送の仕組み
インターネット田中鈴木

送信者 → 田中さんがパソコン・スマホを使ってメールを送り出す
q 受信者 → 鈴木さんがパソコン／スマホを使ってメールを受け取る
q 中継者 → インターネットがメールを中継（伝送）している
qq

重要なポイント（事前にデータ伝送に関する約束をしておく！）
l 送信者はデータを信号に変換してから送り出し、受信者は媒体（通信線）を経由して送られてきた信号を受け取り、データに戻す
l 送受信者は同一媒体を使用する必要がある → 媒体・信号の統一（電波や光など）
l データは同じ表現法を使用する必要がある → データ表現（日本語など）
l データは同じ書式に従う必要がある→ データ書式（A4サイズなど）
データ伝送

約束事
約束事

約束事

約束事

約束事

田中
中継装置1

中継装置2

鈴木
中継装置3

7

7

データと信号データ：

津波情報の伝送信号：• 「津波が来た」• 「津波が来ていない」• 「津波が来た」→ 赤旗🚩• 「津波が来ていない」 → 白旗🏳

津波が来た

媒体：
• 送信者が見える空間
赤旗🚩

津波が来た

津波が来た

見張員・送信者

津波が発生

受信者

受信者は赤旗を見て津波が来たことを知る

送信者は津波を見て赤旗を挙げる
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情報ネットワーク

インターネットの仕組み
インターネットはネットワークのネットワーク
中継装置
（ルータ）

インターネット
光ファイバ

無線（電波）

田中鈴木

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局所ネット(LAN)vs.広域ネット(WAN)q LAN: 限られた地域をカバーするネットワークl

例えば、大学キャンパス、会社の部署、など

q WAN: 広い地域をカバーするネットワーク
多くの中継装置が相互に接続されている
l 例えば、学術情報ネット（SINET)、NTT Flets、など
l・SINETは国立情報学研究所が構築・運用するネットワーク
・850以上の大学・研究機関が利用

https://www.nii.ac.jp/openforum/2021/day2_sinet1.html

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情報ネットワーク

データ伝送
送信者

全データ伝送

受信者
全データ

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データ伝送ー パケット交換方式
送信者

全データ

q データは小さなブロック（パ分割

パケット 1 データ

2 データ伝送

アドレス、整理番号

受信 1 データ
者
者

3 データケット） に分割され、送り出される
q 個々のパケットに 受信者の2 データ

組み立て

3 データ

アドレス（住所） が書かれている

全データ

q 中継装置（ルータ）と通信線は多くの通信に共用 される

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12

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情報ネットワーク

送受信者間の通信路決定
インターネット

中継装置
（ルータ）

データ伝送の目的

q ①最もコストが安く、②通信時間が短く 、③ 距離が短く 受信者までデータを伝送したい！
q 経路決定アルゴリズム を使って伝送経路を決定
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データ伝送の約束事（プロトコル）
q 人対人の通信プロトコル→l

通話する前に挨拶するl

使用する言語を決めておく →l

話す速度を決めておく→“こんにちは”を交換しあう
日本語を使用する
１秒に１０単語まで話す

こんにちは

元気?

HELLO

元気だよ!

プロトコルが違うと、通信ができないプロトコルが同じなので、通信が成立

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データ伝送のためのプロトコル
q データ伝送でやること → 非常に大変 !
データ表現・書式、伝送順序の取り決め
l 送受信者間で確実なデータ伝送の保証
l 通信線への送出
l 中継装置（ルータ）でのデータ処理など、様々なことをしなければならない
ln層の処理対策

下位層サービスの利用プロトコルの階層化（一連の仕事を分業してこなす！）

上位層へのサービス提供

n-1層の処理15

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インターネットプロトコル階層
メール「こんにちは」の編集・送信

アプリケーション層
下位層サービスの利用

アプリケーション層
上位層へのサービス提供

確実なデータ伝送の保証

トランスポート層

トランスポート層

受信者までの経路決定

ネットワーク層

ネットワーク層

隣接中継装置（ルータ）へのデータ伝送

データリンク層

データリンク層

信号の交換・伝送

物理層

物理層

送信者

受信者

メール「こんにちは」の伝送

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16

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情報ネットワーク

ネットワークの構築
多くのユーザがインターネットを使用
q ユーザからの通信要求は無作為に到着し、それぞれの通信量も様々
インターネットq

効率の良いネットワーク
すべてのユーザの通信要求を満たせる最も安価なネットワーク
q 単位時間当たり伝送データ量（スループット）が最大となるネットワーク
q 通信装置の利用率が最大となるネットワーク
q1717

ネットワーク設計のサイクル
予測伝送
データ
容量・経路などの決定・制御

秒・分単位

ネットワーク

伝送データ記録

実時間伝送データ管理
数理工学的手法などを使用

月・年単位

ネットワーク計画

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情報ネットワーク

まとめ
q データ伝送のためのプロトコル
l 通信媒体や信号、データの表現・伝送法は事前に決めておく必要がある
q 送信者はデータを信号に変換してから送り出し、受信者は受け取った信号を元のデータに戻す
q ネットワークはその規模によりLANとWANに分類される
q データはパケット交換方式により伝送される
q 効率的なネットワークを構築するには、数理工学的手法などを使う
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