初級システムアドミニストレータ/通信ネットワーク

初級システムアドミニストレータ試験(初級シスアド)は2009年(平成21年)度春期の試験を最後に廃止されました。ただし、初級シスアドの後継であるITパスポート試験や基本情報技術者試験にも、ネットワークに関する問題が出題されています。また、ネットワークはセキュリティと関連の深い領域でもあります。
ITパスポート試験や基本情報技術者試験の合格を目指される方はしっかり学習してください。
家庭内でLANが組め、ひとりでインターネット接続の設定ができるレベルが、この分野の合格の目安です。
普通、コンピュータが扱う信号は、ディジタル信号です。0と1、オンとオフの信号です。 ところがこの、オンとオフだけの信号を通信ケーブルを使って送る場合、高速に・長距離(数km以上)送ろうとすると、信号の波形がくずれてしまうという欠点があります。 そこで、いちどディジタル信号を、長距離でもくずれにくい波形(電話の音声と同様の、アナログ波形)に変換してから送信し、受信する側はその波形をもとにディジタル信号へと再び変換する、という技術が使われています。その際に用いられる装置をモデム(MODEM)と呼びます。
今日、職場や家庭でLAN(Local Area Network)を構築したいと思ってパソコンショップに行くと、そこでは「イーサネット(Ethernet)」という言葉をよく見かけます。 イーサネットは、単純明快な構造で機器も安く作れることから、爆発的に普及したLANの名前です。イーサネットは、CSMA/CD方式と呼ばれる通信方式を持ち、初級シスアド試験では「イーサネット」と「CSMA/CD」は同義ととらえて差し支えありません。 今日売られているほとんどのPCは、イーサネットのインタフェースを持っています。PCとADSLモデムとを接続する際のインタフェース「ブロードバンド・ポート」の正体もイーサネットですので、ここにADSLモデムを接続せず、LAN用のインタフェースとして使っても、技術的には何の問題もありません。
複数のケーブルをつなぐ際に使う装置を、ハブと呼びます。イーサネットによってPC同士やルータ、ADSLモデムを接続する際には、装置とハブをLANケーブルでつなぎます。 今日、店頭で売られているハブのほとんどは「スイッチングハブ」ですが、かつては「リピータハブ」も売られていました。 見た目と振る舞いは似てはいますが、スイッチングハブの方がより効率的にデータを受け渡しする仕組みが整っています(後述)。
リピータを使うと、OSI参照モデルの物理層レベルでLANを接続できます。リピータとは元々、長い通信経路の途中に入れておく装置を指し、途中で弱った電気信号を増幅(力づける)して再び送り出す機能があります。リピータハブを使うことで、LANの長さを延長できます。 リピータハブを使うと、PC1からPC2に届くパケットが、右端のPC5にまで行き渡ります。なおPC3~PC5は、そのパケットの宛先MACアドレスの値から、自分宛のものではないと判断し、届いたパケットを無視します。
ブリッジは元々、複数のLANを橋渡しする装置を指します(後述の「ルータは、複数のネットワーク同士を接続する装置」と混同しないこと)。リピータは単に「LANを延長するだけの装置」でしたが、ブリッジにはイーサネットパケットの宛先MACアドレス(イーサネットのアダプタに、製造段階で与えられた番号)を見て、パケットをどこに通すかを決める機能があります。そのため、余計なパケットをせき止められる、というメリットがあります。 ブリッジは、やり取りされるパケットをもとに、「私の左側にはPC1,PC2,PC3が、右側にはPC4,PC5が接続されているな」と学習します。これにより、PC1からPC3宛のパケットは左側のLAN内にとどめておき、PC1からPC5宛のパケットは通する、といった制御ができます。
ルータを使うと、OSI参照モデルのネットワーク層レベルでLANを接続できます。ルータは、複数のネットワーク同士を接続する装置で、具体的にはパケットが持つ宛先IPアドレス値のうち、ネットワーク部の範囲を見た上で、そのパケットをどこに通すかを決めることができます。 ここでいうネットワークとは、「IPアドレスの『ネットワーク部の値が共通』して割り当てられている範囲」を指し、そのようなネットワークを複数個つなぐことができるという意味です。たとえば家庭用のブロードバンドルータの場合、プライベートアIPドレスが割り当てられた家庭内LANと、グローバルIPアドレスの世界であるインターネットでは、ネットワーク部の値がまるっきり異なりますが、この2つのネットワークを接続する場合も、これに当たります。
ここでいうゲートウェイとは、決して、インターネットに接続する際にPCに設定する「デフォルトゲートウェイ(後ほど説明)」とは、まったく違う意味であることに注意して下さい。 ゲートウェイを使うと、OSI参照モデルの全階層(特にトランスポート層レベル以上)を変換した上でLANを接続できます。特に、プロトコル体系がまったく異なるネットワーク同士(たとえば、インターネットと、独自プロトコルを持つ昔ながらのパソコン通信との間)を接続する時に、プロトコルをまるごと変換する装置も、これです。
リピータ・ブリッジ・ルータ・ゲートウェイの出題は、OSI参照モデルと絡めて出題されることもあります。初級シスアド試験としては、下位3層を覚えておいて下さい。
ここで計算問題を。
64 , 000 × 0.75 = 48 , 000 {\displaystyle 64,000\times 0.75=48,000} あとは、実際に送るデータの量を、通信速度で割り算してやればOKです。 4.8 M ÷ 48 , 000 = 100 {\displaystyle 4.8M\div 48,000=100}
初級シスアド試験では、誰もが避けては通れない道として、こういった通信速度の計算問題がよく出題されます。このような計算に慣れている人は、たとえばケータイサイト(“i-mode”や“EZWeb”など)を利用する際、通信量とそれに必要なパケット代金の見積もりが、ある程度できる人間になれます。平たく言えば、パケ死(ある時突然、10万円単位の請求書が携帯電話事業者から届く)を予防できる事になります。
家庭や小規模オフィスのPCを、インターネットのプロバイダ(Internet Service Provider:ISP)に接続する際の、つなぎ方をまとめておきます。
アナログモデムを使ってプロバイダに接続する場合は、PCに内蔵、または外付けのアナログモデムを用い、電話回線経由で接続します。
ISDN回線を使ってプロバイダに接続する場合は、DSU内蔵TAや、ダイヤルアップルータを用います。家庭用のISDN回線は、ISDN基本インタフェース(商品名「INSネット64」)と呼ばれる、64kビット/秒のBチャネルを同時に2回線使える契約のものが一般的です。
ADSLモデムを使ってプロバイダに接続する場合は、ADSLモデムを用います。既存の電話回線のケーブル(通常の銅線)を使いながらも、ダイヤルアップ接続よりも高速な伝送ができるため、安くて高速な通信が可能となり、利用者数が急増しています。Asynchronous は非対称と訳され、上り(家庭からプロバイダへ)と下り(プロバイダから家庭へ)で通信速度が異なるという意味で、下りの方が高速になるよう作られています。
ケーブルテレビ業者がプロバイダ事業も行っている場合は、ケーブルモデムを用い、テレビ放送1チャンネル分に相当する6MHzの帯域幅(30M~40Mビット/秒)を、加入者が共有する形をとります。一般に、ADSLよりも速度が安定しているようです。
光ファイバを使ってプロバイダに接続する場合は、メディアコンバータ(光ファイバ信号をイーサネット信号へと変換する)を使います。事業者の多くは100Mビット/秒最高100Mビット/秒をうたっていますが、実効速度(スループット。実際に使い物になるスピード)は30M~50Mビット/秒程度です。NTTの「Bフレッツ」や、東京電力の「TEPCOひかり」が有名です。
PCをPHSに接続してプロバイダに接続する場合は、PHS端末とPCとを専用ケーブルで接続するか、データ通信専用のPCカード型端末を利用します。ウィルコムの“AIREDGE”が代表例です。通信プロトコルにはPIAFS(PHS Internet Access Forum Standard:ピアフ)を用います。
PCを携帯電話に接続してプロバイダに接続する場合も、PHS同様の装置が必要です。一般に、第2世代と呼ばれる端末では9,600ビット/秒、第3世代と呼ばれる端末では最大384k~2.4Mビット/秒の通信速度をうたっています。なお、つい便利なため使いすぎての、いわゆる“パケ死”にならないよう、通信料金の計算には慣れておきましょう。
今どき、インターネットにつながらないコンピュータなど、見向きもされません。インターネットにつながるか否かは、そのコンピュータのOSがインターネットのプロトコル(TCP/IPプロトコル群。プロトコルとは通信を行うための規約のこと)に対応しているかどうかで決まります。 TCP/IPは、UNIXでは古くから対応していました。Windowsでは、Windows95以降ならば標準で対応しています。 Windowsの「TCP/IPのプロパティ」の画面の上から順に、設定すべき項目を見てみましょう。 一番上に、IPアドレスを自動的に取得(設定)する旨のラジオボタンがありますが、初級シスアド試験ではこの自動設定(DHCP)に甘えさせてはくれません。合格のためには手動で設定できるようになりましょう。 その他の、設定すべき項目を見ていきます。
IPアドレスは2進数換算で32ビット幅がありますが、それを8ビットずつに区切った上で、10進数の数字に直して表記します。 もし、IPアドレスの32ビット幅が「00000001 00000010 00000011 00000100」という2進数のビットの並びだとしたら、10進数の表記では「1.2.3.4」となります。
先に、OSI参照モデルと絡めて出てきた「ゲートウェイ」とは、決して混同しないで下さい。 デフォルトゲートウェイとは、パケットを送りたい先のIPアドレス(宛先IPアドレス)のネットワーク部の値が、自身のIPアドレスのネットワーク部の値と異なる(=自身と同じネットワークには存在しない)場合に「どこにあるのか俺はよく知らないから、後のことは任せた!」とばかりにパケットを投げつける先のIPアドレスです。 家庭内LANの場合、通常はブロードバンドルータやISDNルータが、デフォルトゲートウェイの役割を担います。
宛先を、IPアドレスではなく、ドメイン名(www.wikipedia.orgなど)で指定した際に、そのドメイン名に対応するIPアドレスを調べてくれる仕組みがあります。これをDNS(Domain Name System)と呼び、問合せ先のDNSサーバのIPアドレスをここに設定しておきます。DNSは今日のインターネットには欠かせない仕組みなので、もしものために予備機(セカンダリDNS)のIPアドレスまで指定しておくのが一般的です。
「一つのLANの中では、ネットワーク部の値を、1種類に統一。」これが鉄則です。
こうしておけば、宛先IPアドレスと自分のIPアドレスの、ネットワーク部の値を見比べるだけで、宛先コンピュータが自身と同じLANにつながっているかどうかが、すぐにわかります。
この流れを詳しくお話しましょう。
そのため、もしサブネットマスク値の設定を間違えると、各PCは「このネットワーク部の値は、果たしてデフォルトゲートウェイに送るべき値なのか」の判断を誤ることにつながり、ほとんどの場合は通信ができなくなります。
ここでいう「ホスト」とは、汎用機(メインフレーム)の意味ではありません。IPアドレスが割り振られているコンピュータを指す用語です。 たとえば、サブネットマスク値が24ビット(255.255.255.0)だとすると、IPアドレス中のネットワーク部は24ビット幅、ホスト部は8ビット幅(32ビット-24ビット)だ、とわかります。
では、このIPアドレスを使って、LAN内の各ホスト(各クライアント)にIPアドレスを割り振るとしたら、何台分でしょうか?
ネットワーク部の値は、各ホスト共通なのでいじりようがありませんが、ホスト部の値は各ホスト間で一意にすると(つまり、別々の値を割り振っていくと)、8ビットあれば2 = 256通りの番号が作れます。 ですが、割り振り可能数は、256ではありません。実は、ホスト部のビットの組合せのうち、オールビット0とオールビット1の2通りは、各ホストに割り振るIPアドレスとして使ってはいけないという決まりがあります。 ホスト部の長さが何ビット幅であれ、「この2組は、つねに除外しろというわけです。この場合に割り振ることができる最大の数は、2(=256) - 2 = 254通りです。
今回はサブネットマスク値が、255.255.255.128であったとします。これは左端から25ビット目まで1が続く、32ビット幅の値(11111111 11111111 11111111 10000000)のことです。 この場合で、IPアドレスを172.16.1.128から順に割り振る場合を考えてみます。
サブネットマスク値で指定した、左から25ビット目までの範囲(=ネットワーク部の範囲)は、いずれの行も同じビットの並び(=ネットワーク部の値が共通)です。そしてホスト部の全てのビットの組合せを書くと、上記のように128通りとなります。 ところが、先ほどお話したように「ホスト部のビットの組合せのうち、オールビット0とオールビット1は、クライアントのIPアドレスとして割り振ってはいけない」ため、実際にクライアントに割り振ることができるIPアドレスは、172.16.1.129~172.16.1.254までの126通りになります。
現在使われているIPアドレス(IPv4)は32ビット幅なので、計算上は約43億通り(=2)の番号を割り振ることが出来ますが、実は今日、43億では足りないと騒がれています。そして実際、グローバルIPアドレスはケチケチと配布されているのが現状です。 その抜本的解決策として、IPv6(IPバージョン6)と呼ばれる、128ビット幅のIPアドレスが、一部で使われ始めています。
IPアドレスがケチケチ配布されている現状でも、対応策があります。それがNAT(Network Address Translation)やIPマスカレード(IP masquerade)と呼ばれる技術です。 これは、組織内のPCはプライベートIPアドレスと呼ばれる(いわば「内線電話番号」として)特別に取り分けられた範囲のIPアドレスを割り振っておき、インターネットにつなぎに行きたい時だけそれをグローバルIPアドレスへと読み替える仕組みです。なお、この変換作業は、通常はルータが行ってくれます。 【参考】プライベートIPアドレスの範囲
こうしておけば、全台数分のグローバルIPアドレスは必ずしも必要でなくなります。この技術のおかげで、IPv6の普及が遅れ気味になっているのも確かです。
Windowsの場合、テスト用のパケットを4回投げてみることで、目的のコンピュータまでの導通試験ができます。 もし途中のネットワークが混んでいたり、目的のホストがフル稼働していると、パケットが返ってくるまでの時間が長くなったり、場合によってはパケットが返ってこないこともあります。初級シスアド試験ではしばしば、このpingコマンドを用いての導通試験が出題されます。
インターネットをつなぐために使われるプロトコルとして、TCP/IPプロトコル群のお話です(プロトコルとは、通信を行う際の、コンピュータや機器同士の取り決めを指す言葉です)。また、ネットワークが社会にどのように利用されているかの利用例もご説明します。
皆様は「インターネット(the Internet)」と言うと、何を思い浮かべるでしょうか? ブラウザを使ってどこかのWebサイトを見に行き、電子メールの送受信も行い...といったところが代表的だと思います。 これらインターネットの代表的な利用例と、それらを動かすための大前提である「どこのコンピュータに、どのようなプロトコルで接続するか」の技術的な面を中心に説明していきたいと思います。
TCP/IP(ティーシーピー・アイピーと発音します)とは、つなげるためのプロトコルから、いろんな便利なことを実現させるためのプロトコルまで、インターネットにおけるさまざまなプロトコル(TCP/IPプロトコル群)の総称です。 まずは、TCP/IPのプロトコル群の主なものをご紹介しましょう。これはひいては「インターネットで、どのようなことができるのか」の理解につながります。
DNSは、ドメイン名とIPアドレスの対応付けと、ドメイン名をもとにIPアドレスを検索する仕組み(これを「名前解決」とも呼びます)等の総称です。ドメイン名ならば覚えやすいですし、IPアドレスを変更した場合でも(ドメイン名さえ継続して使っていれば)DNSの設定だけを変更すれば済むので、IPアドレスを覚え直してもらう必要がなくて便利です。
ポート番号の正体は、TCPヘッダやUDPヘッダに含まれる16ビット幅(=65,536通りの番号)のデータです。この番号には、番号ごとに役割が決められています。特に0番~1,023番までの番号には、そのポート番号を持つパケットを受け取った際に、行うべき処理内容が決められています(この範囲の番号を、ウェルノウンポート番号と呼びます)。
クライアントは、1,024~65,535までの範囲の番号から1つを、自分のポート番号(送信元ポート番号)に決めます。そしてクライアントからサーバに送る処理要求のパケットに、2種類のポート番号を設定します。
このパケットを受け取ったサーバは、「あ、私(サーバ)に、80番の処理をして欲しいのだな」と(クライアントから)気付かされます。これで初めて、Webサーバとしての処理を開始します。 こうしておけば、1台のサーバ(単一のIPアドレス)に、複数のサーバ機能を兼ねさせている場合であっても、Webサーバとメールサーバの処理を、クライアントからの指示で切り替えられます。
TCP/IPネットワーク上で、電話などの音声を流すための技術のことです。Yahoo! BBのIP電話や、スカイプ(Skype)も、これにあたります。
インターネット技術以外のネットワーク技術が、ビジネスの世界でどのように活用されているかの例も挙げておきます。
詳しくは日本デビットカード推進協議会のサイトをご参照下さい。