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statusactive

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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

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

Computer Network Fundamentals

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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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