電子社会設計論　第５回電子社会設計論　第５回Electronic social design theoryElectronic social design theory

中　貴俊

内容内容

インターネット（ネットワーク）の基礎知識

ネットワークの基礎知識ネットワークの基礎知識 通信の仕組み（簡潔に）

OSI参照モデル TCP/IP IPアドレス ポート番号 DNS

IPアドレスの割り当ての仕組み プライベート IPアドレス（内部ネットワーク） IPv4の枯渇問題 NAT/NAPT IPv6

ネットワークテクノロジのネットワークテクノロジの開発開発

1970年代中期 様々なメーカー 様々なネットワークテクノロジの開発 ネットワーク機器の発売

独自開発

異なるメーカーのネットワーク機器の相互接続が困難異なるメーカーのネットワーク機器の相互接続が困難

ネットワークの構成に必要な事柄の標準化

OSIOSI参照モデル参照モデル

通信機能によって分けられた層を下降して通信され受け取った側は必要な層までデータを上昇させる

PCB

PCA

通信

　国際標準化機構 (ISO： International Organization for Standardization) 　異機種間のデータ通信を実現するためのネットワーク構造　設計方針「 OSI(Open Systems Interconnection)」　コンピュータの持つべき通信機能を階層構造に分割したモデル

OSIOSI参照モデル参照モデル 第1 層 ( 物理層 )

データを通信回線に送出するための電気的な変換や機械的な作業を受け持つ ピンの形状やケーブルの特性なども第 1 層で定められる

第2 層 ( データリンク層 ) 通信相手との物理的な通信路を確保し、通信路を流れるデータのエラー検出などを行なう

第3 層 ( ネットワーク層 ) 相手までデータを届けるための通信経路の選択や、通信経路内のアドレス ( 住所 ) の管理を行なう

　第4 層 ( トランスポート層 ) 相手まで確実に効率よくデータを届けるためのデータ圧縮や誤り訂正、再送制御などを行なう

　第5 層 ( セッション層 ) 通信プログラム同士がデータの送受信を行なうための仮想的な経路 ( コネクション ) の確立や解放を行なう

　第6 層 ( プレゼンテーション層 ) 第5 層から受け取ったデータをユーザが分かりやすい形式に変換したり、第 7層から送られてくるデータを通信に適した形式に変換したりする

　第7 層 ( アプリケーション層 ) データ通信を利用した様々なサービスを人間や他のプログラムに提供する

地下鉄をモデル化したものと地下鉄をモデル化したものと比較比較

名古屋地下鉄名古屋駅改札外地下鉄名古屋駅改札内東山線ホーム東山線（列車）

八事地下鉄八事駅改札外地下鉄八事駅改札内鶴舞線ホーム鶴舞線（列車）

地下鉄伏見駅改札内

鶴舞線ホーム

東山線ホーム

鶴舞線 東山線

自分自身がデータだとすると

TCP/IPTCP/IP インターネットなどで使われる基本的な通信プロトコル

OSI参照モデル・第3 層（ネットワーク層）に相当する IP (Internet Protocol) と第4 層（トランスポート層）に相当するTCP (Transmission Control Protocol)、 UDP（ User Datagram Protocol）等の TCP/IP ファミリプロトコルをまとめて総称する。

TCP/IPの上層で使用されるプロトコルの例 電子メール (SMTP/POP3/IMAP4) ドメイン・ネーム・システム (DNS) ハイパーテキスト転送プロトコル (HTTP) ファイル転送プロトコル (FTP) ネットニュース (NNTP) インターネット・リレー・チャット (IRC) Gopher (Gopher) ネットワーク・タイム・プロトコル (NTP)

ポート番号ポート番号

ポート番号 データの送受信に使用する出入り口のようなもの TCPのポートは 16bit 符号なし整数の範囲（ 0~65535）

不正な接続を防ぐため使用してないポートは閉じる必要がある

サーバではクライアントのために提供するサービスに応じてポートを空ける必要がある

サービスによってポート番号は決められている（ HTTPプロトコルでは 80番）

IPIPアドレスアドレス

TCP/IPでは各計算機を IPアドレスで識別している IPネットワーク上において存在を示す住所

IPアドレスとは４バイトの大きさ（ IPv4） 150.42.42.136　（のように４つ（ 1バイト）に区

切って表す） 現在移行中の IPv6では 16 バイト（後で紹介）

DNSDNS（（ Domain Name Domain Name SystemSystem））

1983年に情報科学研究所 (ISI) のポール・モカペトリスとジョン・ポステルにより開発

現在では主にインターネット上のホスト名や、電子メールに使われるドメイン名と IPアドレスとの対応づけを管理する為に使用されている

例：ホスト名 ( 例えば“www.om.sccs.chukyo-u.ac.jp”) の入力があるとDNSサーバ と呼ばれるコンピュータを参照し、そのホストのもつ IP アドレス ( 例えば“150.42.42.136”) に接続するシステム

DNS DNS 検索手順検索手順

root

netcomjp org

necoac

……………chukyo-u

IPIPアドレスの割り当てアドレスの割り当て

IPアドレスは有限 勝手に使用すると IPアドレスが重複する恐れ

IPアドレスを管理して割り当てる IANAを頂点とする階層構造 IANA→RIR → NIR → LIR → ISP

IPIPアドレスの割り当てアドレスの割り当て

JPNIC 日本国内でグローバル IPアドレスの割り当てを行なったり、インターネットに関する調査・研究や啓蒙・教育活動を行ない、日本のインターネットの円滑な運営を支える組織

IANA

ARINAfriNICAPNIC LACNIC RIPENCC

AUNICKRNICJPNIC

グローバルグローバル IPIPアドレスアドレス

プライベート IPアドレスや予約済み IPアドレス以外を指す

ICANNを頂点とした階層的な委譲関係によって世界的な管理が行われている

日本では日本ネットワークインフォメーションセンター（通称 JPNIC ）と呼ばれる組織で管理されている

通常インターネットに接続するとプロバイダーの所有するグローバル IPアドレスが割り当てられる

プライベートプライベート IPIPアドレスアドレス予約済み予約済み IPIPアドレスアドレス

自宅、オフィスなどの LANやファイやウォールの内側で利用 外部からは使用（接続）できない内線番号のようなもの

10.0.0.0 ～ 10.255.255.255 　　　　（ 10.0.0.0/8） 172.16.0.0 ～ 172.31.255.255 　　 （ 172.16.0.0/12） 192.168.0.0 ～ 192.168.255.255 　（ 192.168.0.0/16）

以下の IPアドレスは予約済みの為機器に割り振ることは不可能

ネットワーク部の2進数表現が全て 0 (ex. 192.168.170.0/24) 　　　ネットワーク自体を指すアドレスとして用いられる。 ネットワーク部の2進数表現が全て 1 (ex. 192.168.170.255/24) 　　　ネットワークに対するブロードキャストアドレスとして用いられる。

127.0.0.0/8 (よく使われるのは 127.0.0.1) 　　　ローカルループバックアドレスとして用いられる。

IPIPアドレスについてアドレスについて

ネットワーク部とホスト部 例： 172.16.0.0/12

ネットワーク部が 12ビット、残りがホスト部 10101100 00010000 00000000 00000000 ネットワークアドレス： 172.16.0.0

10101100　 00010000 00000000 00000000 ブロードキャストアドレス： 172.31.255.255

10101100　 00011111 11111111 11111111 割り当て可能 IPは

172.16.0.1 ~ 172.31.255.254

IPIPアドレスの枯渇（アドレスの枯渇（ IPIP ｖｖ４）４）

IPアドレス（ IPv4）が枯渇 インターネットユーザーの数が増加 IPv4：約４３億パターン（ 10 桁に過ぎない） 追加申請時非常に厳しい審査 常時接続ユーザーの増加 様々な機器とインターネットとの接続要望

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NAT/NAPT

「「 IPv4IPv4アドレス枯渇に向けた提アドレス枯渇に向けた提言」言」

JPNIC IPv4アドレスの割り振り・割り当てはそう遠くない将来において

終了することは明らかである。 これによって直ちに IPv4を基盤としたインターネットが終了する訳ではない。 しかし、新しい IPv4アドレスが割り当てられないことから、 IPv4を基盤としたインターネットの成長は停止あるいは縮退していくことになる。 インターネットを利用するすべての者は、この事実を受け止め、 必要な対策を順次講じるべきである。 IPv4アドレスの枯渇に向けて、インターネットに関わる者は、 特に IPv6インターネットへの対応を検討・実施することが急務であると考えられる。 今後、ユーザに向けて何らかの新しいサービスを提供する場合は、 IPv4を基盤としたインターネット上のみで提供されるのではなく、 IPv6を基盤としたインターネット上でも提供するべきである。

　　（２００６年3月２４日）

NAT/NAPTNAT/NAPT

NAT（ The IP Network Address Translation） プライベート IPアドレスをグローバル IPアドレスに変換

ゲートウェイを通過する際に IPアドレスのみを1対 1で変換し、バックエンドの IPアドレスを隠す技術。 IPヘッダに書かれている送信元と送信先の IPアドレスだけを識別し変換を行うため、プライベート IPアドレスとグローバル IPアドレスの対応は常に1対 1 でなければならない。このため1つのグローバル IPアドレスのを使用して外部にアクセスできるノードは、ある時点で1つだけに制限されてしまう。プライベート空間上のコンピュータ（特にサーバ）を外部のグローバル空間に公開するケースで使われることが多い。

NAT/NAPTNAT/NAPT

NAPT（ The IP Network Address Port Translation） IPアドレスに加え、ポート番号も変換 NATにはポート番号に衝突がおこると通信ができない問題があったが、 NAPTではGatewayを通過する際にIPアドレスに加えて、ポート番号もユニークで衝突のない番号に変換することでこの問題を解決する。これにより、グローバル IPアドレスが1個でも、ポート番号を変えることで複数のプライベート IPアドレスを持つコンピュータを外部に接続することができる。通常 IP マスカレードという場合は、この NAPTを指すことが多い

例例

192.168.1.2 192.168.1.3

150.42.42.136

210.80.90.9

NAT/NAPTNAT/NAPTのメリットとデメのメリットとデメリットリット

グローバル IPアドレスの節約 外部から内部のネットワークを隠蔽

エンド・ツー・エンド・モデルを失う 純粋な P2P通信が困難 動作しないアプリケーション・プロトコルがある

データの中にアドレス情報が記述されているケースなど 現在は追加の処理を加えることで対応

各種サーバ各種サーバ

Webサーバ メールサーバ DNSサーバ

IPv6IPv6

広大なアドレス空間 プラグアンドプレイ

ホストのアドレス自動設定 単純なヘッダ構成 フラグメントの防止 アドレス空間の階層化

経路情報の集約 セキュリティ、モバイル機能などが標準装備

現在は移行期現在は移行期

IPv4 4,294,967,296 個

IPv6 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456

個 表記方法

ネットワーク部、ホスト部ともに 64ビット（固定） 16 進数を使用し 16ビットごとに「：」を記述 例）　 1234:5678:9abc:def0:123:4567:89ab:cdef

予想される新ネットワーク構予想される新ネットワーク構造造

NATの機能を搭載することなく容易に P2P通信が可能となる

分かりやすく階層化される あらゆるものに IPが搭載

どのような電子社会が生み出されるのか？

ユニバーサルデザインセキュリティーの強化

講義内課題講義内課題

IPv6のもたらす新しいネットワーク空間でどのようなサービスが実現されるだろうか？

課題課題

以下の問いについてレポート提出． インターネットとマルチメディアが融合するきっかけとなったＷＷＷ，特にＷｅｂブラウザについて最低 5 種類挙げてください．

そのうち１つのブラウザについて調べ，製造会社やバージョンの推移，機能の変遷を調べまとめてください．

サーバーとクライアントサーバーとクライアント

サーバー サービスを提供している側

Webサーバ メールサーバ DNSサーバ FTPサーバ DHCPサーバ プロキシサーバ　　　　など

クライアント サービスを受ける側

TCPTCPとと UDPUDPとと ICMPICMP

TCP セッションという形で 1対 1 の通信を実現し、エラー訂正機能などを持つ

UDP 送達確認などを行わない無手順方式でのデータ転送に用いる。通信中のパケット紛失や、データ誤り等の検出やその為の対応手段はアプリケーションで行う必要がある（ TCPに比べ高速）

ICMP 用意された数種類のメッセージを通信する（決まっためーっセージをやり取りするだけのためサービスによってポートで割り振る必要がない、 pingに用いられる）

コンセントから・・・コンセントから・・・

PLC(Power Line Communication) 電力線データ通信，高速電力線通信，電灯線搬送通信など多数の呼称がある

電波法 短波を使う放送事業者や業務用無線、アマチュア無線などに電波障害を引き起こす可能性

漏えい電波の許容値が無線通信技術にとって極めて重要な問題