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ネットワークの基本md afd1c13
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ネットワークの基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_25fa591ef26add8ef79ed17d650dc824description計算機ネットワークの構成要素、階層化、アドレス、プロトコル、パケット転送の基本を説明する。prerequisites計算機システムの基本type講義statusactiverelateddata/lecture/information/networks/computer-networks-portal.lecture.n.md / data/lecture/information/networks/tcp-and-ip-basics.lecture.n.md / data/lecture/information/systems/computer-systems-basics.lecture.n.md
informationnetworksundergraduatelecture
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1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、複数ふくすう計算機けいさんき通信回線つうしんかいせん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基本構造きほんこうぞう説明せつめいする。通信主体つうしんしゅたい識別しきべつするアドレス、通信手順つうしんてじゅん規定きていするプロトコル、パケットを宛先あてさき転送てんそうする経路けいろ区別くべつし、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構成こうせいする。

2構成要素こうせいようそ階層かいそう

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接続せつぞくするリンクLink、リンク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役割やくわりごとのそうLayer分割ぶんかつされる。各層かくそう下位層かいそう機能きのう利用りようし、上位層じょういそう機能きのう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ない転送てんそうする規則きそく分離ぶんりできる。

IPInternet Protocolはネットワーク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そう要求ようきゅう応答おうとう意味いみ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れいとして位置いちづけ、詳細しょうさい後続こうぞく講義こうぎ説明せつめいする。

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交換こうかんするメッセージの構文こうぶん意味いみ、および交換順序こうかんじゅんじょ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、あるそう通信主体つうしんしゅたいまたは接続点せつぞくてん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有効範囲ゆうこうはんいそうによってことなる。たとえば、IP アドレスはネットワーク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格納かくのうするヘッダと、上位層じょういそうからったデータをふくむ。

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転送表てんそうひょうForwarding table参照さんしょうし、つぎ送出そうしゅつするインタフェースまたはつぎホップNext hop選択せんたくする。この処理しょり転送てんそうForwardingという。かくルータが転送てんそう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形成けいせい転送てんそう個々ここのパケットにたいする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変化へんか、または損失そんしつ発生はっせいる。どの性質せいしつをネットワークそうまたは上位層じょういそう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ことなる。

5階層化かいそうかとカプセル

送信側そうしんがわでは、各層かくそう上位層じょういそうからったデータへ制御情報せいぎょじょうほう付加ふかし、下位層かいそうわたす。この処理しょりカプセル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制御情報せいぎょじょうほう解釈かいしゃくし、データを上位層じょういそうわたす。

たとえば、HTTP のメッセージはトランスポートそうわたされ、さらに IP のパケットとしてネットワークない転送てんそうされる。階層化かいそうかは、HTTP が要求ようきゅう応答おうとう意味いみ規定きていし、IP が宛先あてさきへのパケット転送てんそう担当たんとうするという役割分担やくわりぶんたん可能かのうにする。

6役割やくわり区別くべつ

  • アドレスは、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形成けいせいし、転送てんそうはその情報じょうほうもとづいてかくパケットの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機構きこう分離ぶんりする。

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、かくルータによる局所的きょくしょてきつぎホップ選択せんたく反復はんぷくして宛先方向あてさきほうこう転送てんそうされる。
  • アドレス、プロトコル、ルーティング、転送てんそう役割やくわり区別くべつすると、後続こうぞくの TCP と IP の役割分担やくわりぶんたん理解りかいできる。

8つぎすす講義こうぎ

data/lecture/information/networks/tcp-and-ip-basics.lecture.n.md

Computer Network Fundamentals

data/lecture/information/networks/computer-networks-portal.lecture.n.md

1Introduction

This lecture explains the basic structure of a computer networkComputer network, in which multiple computers exchange data over communication links. It distinguishes addresses that identify communicating entities, protocols that define communication procedures, and routes along which packets are forwarded. These concepts provide a foundation for the subsequent lectures on TCP, IP, DNS, and HTTP.

2Components and Layers

A network consists of end systemsEnd system that run user programs, linksLink that connect adjacent devices, and routersRouter that relay packets between links. Clients, servers, and smartphones are examples of end systems.

Communication functions are divided into layersLayer according to their roles. Each layer uses functions provided by the layer below and provides functions to the layer above. Layering separates, for example, the communication rules of an application from the rules for forwarding packets through a network.

IPInternet Protocol is a network-layer protocol that forwards packets, while HTTPHypertext Transfer Protocol is an application-layer protocol that defines request and response semantics. They serve here as examples of layering; subsequent lectures explain them in detail.

3Basic Terms

A protocolProtocol is a set of rules that specifies the syntax and semantics of messages exchanged by communicating entities, as well as the order in which those messages are exchanged.

An addressAddress is information that identifies a communicating entity or attachment point at a particular layer. The object identified and the scope of an address depend on the layer. An IP address, for example, identifies a network-layer interface, and its destination prefix is used in a router's forwarding decision.

A packetPacket is a finite unit of data transferred by a network. A packet contains a header carrying control information and data received from an upper layer.

A routeRoute is a sequence of links and routers through which a packet passes from its source to its destination.

4Packet Forwarding

An end system sends data onto a link as packets. A router consults the destination information in a received packet and a forwarding tableForwarding table to select an outgoing interface or next hopNext hop. This operation is called forwardingForwarding. Repeated forwarding at successive routers moves a packet in the direction of its destination.

RoutingRouting is the process that constructs the route information used by routers. Routing constructs route information, whereas forwarding applies that information to select a next hop for each packet.

In a packet-switched network, multiple communications share links. Packets can therefore experience delay, reordering, or loss. The guarantees provided by the network layer or an upper layer depend on the protocols in use.

5Layering and Encapsulation

At the sender, each layer adds control information to data received from the layer above and passes the result to the layer below. This process is called encapsulationEncapsulation. At the receiver, the corresponding layers interpret the control information and pass the data upward.

For example, an HTTP message is passed to the transport layer and is then forwarded through the network in IP packets. Layering allows HTTP to define the semantics of requests and responses while IP handles packet forwarding toward a destination.

6Distinguishing the Roles

  • An address identifies a communicating entity or attachment point at a particular layer.
  • A protocol defines message formats, semantics, and exchange procedures.
  • Routing constructs route information, while forwarding uses that information to select the next hop for each packet.
  • Layering separates application semantics from data-transfer mechanisms.

7Key Points

  • A computer network consists of end systems, links, routers, and layered protocols.
  • A packet is forwarded toward its destination through successive local next-hop decisions by routers.
  • Distinguishing addresses, protocols, routing, and forwarding prepares for the division of responsibility between TCP and IP.

8Next Lecture

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