ネットワークの基本きほん

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、複数ふくすうの計算機けいさんきが通信回線つうしんかいせんを介かいしてデータを交換こうかんする計算機けいさんきネットワークComputer networkの基本構造きほんこうぞうを説明せつめいする。通信主体つうしんしゅたいを識別しきべつするアドレス、通信手順つうしんてじゅんを規定きていするプロトコル、パケットを宛先あてさきへ転送てんそうする経路けいろを区別くべつし、後続こうぞくの TCP、IP、DNS、HTTP を理解りかいするための基礎きそを構成こうせいする。

2構成要素こうせいようそと階層かいそう

ネットワークは、利用者りようしゃのプログラムを実行じっこうするエンドシステムEnd system、隣接機器りんせつききを接続せつぞくするリンクLink、リンク間かんでパケットを中継ちゅうけいするルータRouterなどから構成こうせいされる。エンドシステムの例れいには、クライアント、サーバ、スマートフォンがある。

通信機能つうしんきのうは役割やくわりごとの層そうLayerに分割ぶんかつされる。各層かくそうは下位層かいそうの機能きのうを利用りようし、上位層じょういそうへ機能きのうを提供ていきょうする。この階層化かいそうかにより、たとえばアプリケーションの通信規則つうしんきそくと、パケットをネットワーク内ないで転送てんそうする規則きそくを分離ぶんりできる。

IPInternet Protocolはネットワーク層そうでパケットを転送てんそうするプロトコル、HTTPHypertext Transfer Protocolはアプリケーション層そうで要求ようきゅうと応答おうとうの意味いみを規定きていするプロトコルである。この段階だんかいでは階層化かいそうかの例れいとして位置いちづけ、詳細しょうさいは後続こうぞくの講義こうぎで説明せつめいする。

3基本用語きほんようご

プロトコルProtocolとは、通信主体つうしんしゅたいが交換こうかんするメッセージの構文こうぶんと意味いみ、および交換順序こうかんじゅんじょを規定きていする規則群きそくぐんである。

アドレスAddressとは、ある層そうで通信主体つうしんしゅたいまたは接続点せつぞくてんを識別しきべつする情報じょうほうである。アドレスの対象たいしょうと有効範囲ゆうこうはんいは層そうによって異ことなる。たとえば、IP アドレスはネットワーク層そうのインタフェースを識別しきべつし、その宛先あてさきプレフィックスはルータの転送判断てんそうはんだんに利用りようされる。

パケットPacketとは、ネットワークが転送てんそうする有限長ゆうげんちょうのデータ単位たんいである。パケットは、制御情報せいぎょじょうほうを格納かくのうするヘッダと、上位層じょういそうから受うけ取とったデータを含ふくむ。

経路けいろRouteとは、送信元そうしんもとから宛先あてさきまでパケットが通過つうかするリンクとルータの系列けいれつである。

4パケット転送てんそう

エンドシステムは、データをパケットとしてリンクへ送出そうしゅつする。ルータは、受信じゅしんしたパケットの宛先情報あてさきじょうほうと転送表てんそうひょうForwarding tableを参照さんしょうし、次つぎに送出そうしゅつするインタフェースまたは次つぎホップNext hopを選択せんたくする。この処理しょりを転送てんそうForwardingという。各かくルータが転送てんそうを反復はんぷくすることにより、パケットは宛先方向あてさきほうこうへ転送てんそうされる。

ルーティングRoutingは、ルータが利用りようする経路情報けいろじょうほうを形成けいせいする処理しょりである。したがって、ルーティングは経路情報けいろじょうほうの形成けいせい、転送てんそうは個々ここのパケットに対たいする次つぎホップの選択せんたくとして区別くべつされる。

パケット交換こうかんネットワークでは、複数ふくすうの通信つうしんがリンクを共有きょうゆうする。このため、パケットの遅延ちえん、順序じゅんじょの変化へんか、または損失そんしつが発生はっせいし得うる。どの性質せいしつをネットワーク層そうまたは上位層じょういそうが保証ほしょうするかは、採用さいようするプロトコルによって異ことなる。

5階層化かいそうかとカプセル化か

送信側そうしんがわでは、各層かくそうが上位層じょういそうから受うけ取とったデータへ制御情報せいぎょじょうほうを付加ふかし、下位層かいそうへ渡わたす。この処理しょりをカプセル化かEncapsulationという。受信側じゅしんがわでは、対応たいおうする各層かくそうが制御情報せいぎょじょうほうを解釈かいしゃくし、データを上位層じょういそうへ渡わたす。

たとえば、HTTP のメッセージはトランスポート層そうへ渡わたされ、さらに IP のパケットとしてネットワーク内ないを転送てんそうされる。階層化かいそうかは、HTTP が要求ようきゅうと応答おうとうの意味いみを規定きていし、IP が宛先あてさきへのパケット転送てんそうを担当たんとうするという役割分担やくわりぶんたんを可能かのうにする。

6役割やくわりの区別くべつ

• アドレスは、層そうごとの通信主体つうしんしゅたいまたは接続点せつぞくてんを識別しきべつする。
• プロトコルは、メッセージの形式けいしき、意味いみ、および交換手順こうかんてじゅんを規定きていする。
• ルーティングは経路情報けいろじょうほうを形成けいせいし、転送てんそうはその情報じょうほうに基もとづいて各かくパケットの次つぎホップを選択せんたくする。
• 階層化かいそうかは、アプリケーションの意味いみとデータ転送てんそうの機構きこうを分離ぶんりする。

7要点ようてん

• 計算機けいさんきネットワークは、エンドシステム、リンク、ルータ、および階層化かいそうかされたプロトコルから構成こうせいされる。
• パケットは、各かくルータによる局所的きょくしょてきな次つぎホップ選択せんたくを反復はんぷくして宛先方向あてさきほうこうへ転送てんそうされる。
• アドレス、プロトコル、ルーティング、転送てんそうの役割やくわりを区別くべつすると、後続こうぞくの TCP と IP の役割分担やくわりぶんたんを理解りかいできる。

8次つぎに進すすむ講義こうぎ