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情報基礎
Internetの仕組み, サーバクライアント，検索エンジン，クラウド，電子メール
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最終改訂: 2019/10/04
村上晴美 + 安倍広多
2l インターネット (Internet)元々: 「ネットワークとネットワークを接続したもの」(一般名詞としての internet)現在: 「IP接続された世界規模のコンピュータネットワーク」(The Internet)インターネット = Web ?
l 簡単な歴史1960年代後半ARPAnet (Advanced Research Project Agency) :
米国国防総省による軍事研究支援用実験ネットワーク日本の状況◎ 1988年東大，東工大，慶応大を専用線で結ぶ◎ 1989年アメリカと国際接続◎ 1992年株式会社IIJ設立 (商用インターネット接続の開始)
インターネット
3l 電話網は回線交換ネットワーク接続したら回線を占有
l インターネットはパケット交換ネットワークすべてのデータはパケット単位で伝送
l パケットは小包に近いイメージパケット = ヘッダ(宛先，差出元，etc.) + 実際に送りたいデータ大きなデータは複数のパケットに分割して送信回線を占有しない= 1つのリンク（物理的な接続）で同時に複数の通信が可能すべてのパケットが相手に届くとは限らない伝送エラーや途中の機器の輻輳(パケットの混雑)などが原因※現在の電話網の内部はパケット交換ネットワークになっている
インターネット | 回線交換とパケット交換
ネットワークB
ネットワークD
ネットワークCネットワークA
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l糸電話ネットワークで例えてみる
インターネットの構造
A2
A1
C1 C2
A3
D3
B: A3default: A2
default: A2
B: A3default: C2
D2
D1
default: C1
default: D1
default: D1
経路表B1さん，D2さんに“Hello”と送って!
アドレス
B2B1
default: B1
5l 糸電話に重複しないアドレスを付与l 複数の糸電話を持つ人はメッセージを中継どの糸電話に中継するかは経路表で決める
l メッセージ(パケット)に含まれるデータローカルネットワーク内の宛先 (MACアドレスに対応)実際の宛先 (IPアドレスに対応)送りたいデータ
l メッセージは宛先の人が解釈して応答ネットワークはメッセージを転送するだけ内容には関知しない
インターネットの構造 (Cont’d)
B1さん，D2さんに“Hello”と送って!
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l コンピュータが互いに通信するためには，どのような手順で通信するか取り決めが必要コンピュータ間の通信上の取り決め = プロトコルどのように情報をやりとりするかを規定したものProtocol の元々の意味は…
l インターネットのプロトコルは複数の階層から構成階層に分けることで複雑なものを単純化下の階層の機能を使って上の階層の機能を実現
インターネット | プロトコル
7インターネット | 階層モデル
アプリケーション層
アプリケーション固有の通信を行う HTTP (Webの通信),
SMTP (電子メール送信),DNS (ドメイン名とIPの変換), …
電子メールやSNSを送る．印刷する．etc.
トランスポート層
プロセス（動作中のプログラム）間の通信を実現
TCP, UDP 1つの糸電話を複数の人が共用できる正常に届かなかったメッセージを再送メッセージの順序を揃える途中の人がとりこぼさない速度で送信
インターネット層
直結されていないノード間での通信を実現 IP (Internet Protocol) 複数の糸電話で構成された糸電話
ネットワーク
データリンク層
物理的に直結されたノード間での通信を実現
Ethernet,Wi-Fi (無線LAN)… 1つの糸電話
物理層 物理的・電気的な接続方式・伝送方式を定める
8l 直接接続されたノード間での通信を実現
(糸電話に対応)l データを電気や光の振動で送信l イーサネット(Ethernet)主にLAN (Local Area Network, 構内ネットワーク) で使われるネットワークの規格 (⇔ WAN (Wide Area Network, 広域ネットワーク)1パケットで最大1500バイトのデータを伝送アドレスとしてMACアドレスを用いる (48ビット=6バイト)通信用の媒体（メディア）としてはメタルケーブル（銅線）や光ファイバーを用いる
l その他のメディア電話線 (モデム，ADSL)電波 (無線LAN (Wi-Fi), 携帯電話(3G, 4G), 衛星回線), …
物理層・データリンク層
Ethernet Cable
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l 直接繋がっていないノード間での通信を実現直接繋がっていないノード間でパケットを送るためにルータが中継
l すべてのノードにIPアドレスを付与IPアドレス = 住所や電話番号に相当．他と重複しないように割り当てる．通信相手はIPアドレスで指定パケットに発信元IPアドレス・宛先IPアドレスを記載
l ルータはパケットの宛先IPアドレスを見て，パケットを転送
インターネット層
インターネットの構造 11
LANLAN
LANLAN LAN
LAN LAN
ISP: Internet Service Provider160.193.*.*
133.2.*.*
123.10.*.*
12l インターネット上のコンピュータを識別する番号l 160.193.113.20 のように4つの10進数で表記それぞれの数字は0から255まで(8ビット), 全部で32ビット
l IPアドレスの上位の桁でネットワークを，下位の桁でネットワーク内のコンピュータを識別160.193.*.* 大阪市立大学 133.1.*.* 大阪大学133.11.*.* 東京大学 124.83.128.* ~ 124.83.255.* Yahoo! Japan
l IPアドレスは接続しているISPが割り当てるl 機器にIPアドレスを設定するには手動設定や自動設定用プロトコル(DHCPなど)が使われるDynamic Host Configuration Protocol
インターネット層｜IPアドレス
13l 簡略化したIPパケットの図
l IPパケットの特性パケットは伝送の途中で喪失するかもしれないパケットの順序は入れ替わるかもしれない
インターネット層｜IPパケット
発信元IPアドレス
宛先IPアドレス データ本体各種情報
データの中身の種別，パケットの長さ, etc.
14l IPパケットの宛先を参照しパケットを転送する装置l パケットを受信したら，適切なリンクを選んで転送リンク：物理的な接続（ケーブル）
l リンクを選ぶために経路表を持っているIPアドレスと次に転送するリンクの対応表ルータは複数のリンクを持っている
インターネット層 | ルータ (Router)
インターネット層｜経路表 15
LANLAN
LANLAN LAN
LANLAN
160.193.*.*
133.2.*.*
123.10.*.*
Link1 Link2
160.193.*.* Link3
133.2.*.* Link4
123.10.*.* Link2
Link3Link4
経路表
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l プロセス(動作中のプログラム)間の通信を実現通信相手はポート番号 (0~65535) で指定するIPアドレス＝家の指定，ポート番号＝住人を指定サービスごとに使用するポート番号が決められている(Well-known port)HTTP (Webの通信) = TCP/80番SMTP (電子メールの送信) = TCP/25番DNS = UDP/53番 など1つのコンピュータ上の複数のプログラムが別々に通信できる
トランスポート層 (1)
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l TCP (TCP/IP)信頼性の高い通信を行うプロトコル最初に相手と仮想的な回線 (コネクション)を確立してから通信ネットワークの輻輳（パケットの混雑）を防止経路中で，最も帯域が狭いリンクに合わせてパケットを送出大半のインターネット上の通信で使われている
l UDP信頼性の低い通信を行うプロトコル仮想的な回線を確立しないため，素早く通信が可能
トランスポート層 (2)
18l パケットにシーケンス番号を付与することで，パケットの喪失・重複・入れ替わりに対処
l この図はTCP/IPの基本的な考え方を示したもので，詳細は異なる
TCP/IPA (クライアント) B (サーバ)
SYN (コネクション確立要求)SYN + ACK (了解)ACK (了解)
データ #1データ #2データ #3
ACK (#3まで受領)データ #4データ #5データ #6 喪失!
ACK (#4まで受領)データ #5 (再送)
コネクション確立
19l アプリケーション固有の通信を行う層l 例
HTTP: Hyper Text Transfer Protocol (TCP/80)WebのためのプロトコルWebサーバから指定したコンテンツを取得するなどHTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) (TCP/443)
HTTPに対して認証と暗号化の機能を加えたものSMTP: Simple Mail Transfer Protocol (TCP/25)電子メールを転送（送信）するためのプロトコルDNS: Domain Name System (UDP/53)
ホスト名⇔IPアドレスの相互変換を行う
アプリケーション層
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l IPアドレスは覚えにくいl 組織に一意なドメイン名を割り当てる
osaka-cu.ac.jp, yahoo.co.jp, etc.ドメイン名はレジストラ(ドメイン名登録業者)で登録
l コンピュータの名前(ホスト名)は，名前 + 組織のドメイン名www.media.osaka-cu.ac.jp, www.osaka-cu.ac.jpホスト名からIPアドレスはDNS (Domain Name System)で検索
ドメイン名とホスト名
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l階層構造
ドメイン名の構造 (1)
jp
ac
osaka-cu
lit eng media
ex
kyoto-u
t
ne
docomo softbank
co
toyota nissan
tokyo
metro
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lトップレベルドメイン (TLD)ドメイン名の最後の部分分野別TLD (ジェネリックTLD).com, .net, .org, .biz, .info, .name,….tokyo, .nagoya, .moe, .ninja, .みんな
(最近はドメイン名も多国語化されている)
国別TLD.jp, .cn, .uk, .tvなど
ドメイン名の構造 (2)
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lホスト名⇔IPアドレスの相互変換を行うシステムドメイン毎に DNS サーバを用意. root サーバが管理 (世界中に13).jp. .jpを担当するサーバが管理.ac.jp. :osaka-cu.ac.jp. : media.osaka-cu.ac.jp. :
l nslookupコマンドで試してみる
DNS (Domain Name System)
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l 現在のIPプロトコル(IPv4)では，最大232
(約43億)個しかアドレスを取れない2011年に枯渇
l 対策1 NAT (次ページ)l 対策2 IPv6
IPv6では2128(340兆の1兆倍の1兆倍)のアドレスがあるIPv4とIPv6には互換性がないそれほど普及していない大阪市立大学の IPv6 アドレス2001:02F8:0023:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx
IPアドレスの枯渇, NAT, IPv6
25l 1つのIPアドレスで複数のコンピュータを接続する技術l 組織内ではプライベートアドレス (組織内だけで使えるアドレス)を使う (↔グローバルアドレス) 10.0.0.0 – 10.255.255.255 172.16.0.0 – 172.31.255.255 192.168.0.0 – 192.168.255.255
l プライベート側から受信したIPパケットをインターネット側へ中継するとき，NATルータが送信元のIPアドレスとポート番号を付け替える (グローバルアドレスに変更)
l どのように付け替えたかを表に登録l インターネット側から受信したパケットは宛先IPアドレスとポート番号を付け替えてプライベート側に転送
l 複数の機器で1つのグローバルアドレスを共用できるので，使用するアドレスが節約できる
l ほとんどの家庭用LANで使われている
NAT (Network Address Translation)
A B C NATRouter
Internet
プライベート192.168.1.0/24
192.168.1.2
192.168.1.1
グローバル150.99.10.20
192.168.1.3192.168.1.4
26l インターネットでは何を単位として伝送する?l プロトコルとは?l インターネット層の役割と使われるプロトコルl 160.193.1.1のようなアドレスのことをなんと呼ぶ?l TCPとはどのようなプロトコル?l ルータの役割?l ホスト名とは?l トップレベルドメインの例l DNSの役割?
理解度確認
サーバとクライアント
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lインターネット上のほとんどのサービスは，サーバクライアントモデル (Server Client Model)で実現されている◎ 電子メール◎ WWW (World Wide Web)◎ DNS (Domain Name System)◎ リモートログイン◎ ファイル転送 (FTP)etc.
サーバクライアントモデル
29l サーバ (Server)サービスを提供するコンピュータ24時間クライアントからの通信を待ち受けているWebサーバ，メールサーバ，DNSサーバ etc.
l クライアント (Client)サービスを受けるコンピュータサーバと通信することでサービスを受ける普通はユーザの手元にある
l ⇔Peer-to-Peer (P2P)モデル全てのコンピュータが平等
サーバクライアントモデル
30l Webサーバ
Webページのコンテンツを保持Webブラウザから指定されたコンテンツをブラウザに送信
l Webクライアント (Webブラウザ)Webサーバから受け取ったコンテンツを表示
l メールサーバ基本的にはメールドメインごとに存在担当するメールドメイン宛のメールを受け取り，蓄積他のドメイン宛のメールを受け取ったら担当するサーバに転送
l メールクライアント (メールソフト)メールサーバから、自分宛のメールを取り寄せるメールサーバに送信メールを送る
サーバクライアントの例
32WWW
WWW
WWWGET /Science.html
<HTML>
http://www.xxx.co.jp/Science.html
xxx.co.jp
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lサーバ，クライアントそれぞれの役割l自分の手元にあるのは一般的にどっち?
理解度確認
検索エンジン / Google
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35l 数十万台のPCを使いWebデータの索引(インデックス)を作成Webデータの収集はクローラと呼ばれるソフトウェアで自動的に行う
l 有用なページを優先して表示有用なページには，たくさんリンクが張られているという性質を利用して，ページの重要度(Page Rank) を計算
l Tips複数の語句を入力すると、入力した語句全てが使用されているページを検索探したいページに使われている可能性が高い語句を選ぶ欲しい情報が検索結果上位になかったら，検索語を変えてリトライGoogleの検索オプションをチェック
(Since 1998)
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l Google イメージ検索 (画像検索)l Google Maps (地図 + 衛星写真)l Google Earth (衛星写真の閲覧)専用のソフトウェアを使う
l Gmail (電子メール)l YouTube (動画)l Google ドライブ (ワープロ・表計算など)l Google カレンダー (カレンダー管理)
Google (Cont’d)
クラウド (cloud)
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38l 従来，コンピュータを使うには・・ハードウェアを利用者の組織内（会社・学校・家庭など）に設置し，ソフトウェアをインストールこの方式をオンプレミス (on-premises)と呼ぶ
l クラウドコンピューティング (cloud computing)ハードウェアとソフトウェアは，インターネットの向こう側（通常はどこかのデータセンター）にあり，インターネット経由で使う手許のコンピュータは入力と表示するだけWebブラウザを使う場合が多いインターネットが普及し，高速化したために実現サービスは雲の中(クラウド)で行われ，利用者には見えない．
クラウドコンピューティング
39身近なクラウドサービスサービス 内容Web Mail Gmail, Hotmail, Yahoo Mail, …iCloud (Apple) 音楽，写真などの同期・共有・バックアップOneDrive(Microsoft)
オンラインストレージ（複数のデバイス間でファイルを同期）
Office365 (Microsoft)
メール，ワープロ(Word), 表計算(Excel), プレゼンテーション(PowerPoint)など
Google ドライブ
オンラインストレージ，ワープロ，表計算，プレゼンテーションなど (マルチユーザ)
Google Calendar
予定表 (マルチユーザ)
Evernote 複数のデバイス間でメモを同期Dropbox オンラインストレージ
40l SaaS (Software As A Service)ソフトウェアをインターネット経由で利用Web Mail, Google Driveなど
l PaaS (Platform As A Service)クラウドサービスとして利用するソフトウェアのプラットフォームを提供．利用者はプラットフォームを使ってサービスを構築できる．Amazon EC2, Google App Engineなど
l IaaS (Infrastructure As A Service)仮想計算機を提供．利用者は好みのOSをインストールし，その上で自由にサービスを構築できる．Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Compute Engine など
クラウドの分類
41l 利点利用者はコンピュータのハードウェア・ソフトウェアを保有する必要がない（初期投資不要）維持管理コストも節約（運用コスト削減）使いたいときに契約し，不要になれば契約解除
l 欠点セキュリティクラウドからの情報漏洩の可能性攻撃の対象となる信頼性ネットワーク障害でサービスが利用できないクラウドの障害が復旧しない可能性
クラウドの利点・欠点
電子メール
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l インターネットの初期から存在するサービスl 電子メールアドレス:ローカル部@ドメイン部形式ローカル部 (ドメイン内でユーザを識別，ユーザ名)ドメイン部 (メールサーバを識別)xx.osaka-cu.ac.jp (OCU Mail)gmail.com, yahoo.co.jp, hotmail.com,docomo.ne.jp, softbank.ne.jp, au.com, …
電子メール
44l Office365 for Education (Microsoftのクラウドサービス) を利用電子メール，予定表，オンライン版のWordやExcelなどサービスを提供するサーバはMicrosoft のデータセンターにある
l メールアドレス:学籍番号に手を加えた文字列@st.osaka-cu.ac.jp (2016年度入学生まで)stは student の略
学籍番号@ランダムな2文字.osaka-cu.ac.jp (2017年度から)自分のメールアドレスはパスワード変更画面で確認できる
l アクセス:ocu.jp/naviから，もしくは https://office.com
l ログイン名:学籍番号@m.ocu.jp (2016年度入学生まで．メールアドレスに見えるが違う)自分のメールアドレス (2017年度入学生から)
l パスワード: 全学認証パスワードパスワードが8文字未満の人は最後に !! を付けること
OCU Mail (本学が提供するメールサービス)
45電子メールの仕組み送信側メールサーバ
(abc.jp)受信側メールサーバ
(xyz.jp)
受信者([email protected])
送信者([email protected])
送信(SMTP)
転送(SMTP)
取得(POP3, IMAP)
WebWeb
SMTP: Simple Mail Transfer ProtocolPOP3: Post Office Protocol 3IMAP: Internet Message Access Protocol
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l Outlookの設定（⚙→Outlookのすべての設定を表示）◎ ✉メール→「作成と返信」◯ 電子メールの署名を設定・ 先頭行は -- (ハイフン2つ) にする
◯ メッセージ形式を「プレーンテキスト」にする◎ ✉メール→「転送」◯ 受信メールを別のメールアドレスに転送できる
◎ 全般→ストレージ◯ メールの使用容量確認
l メールアドレス変更5回まで
Outlook (Office365)
47試してみることl 自分にメールを送るl 自分のメールに返事を書く「返信」と「全員に返信」の違いに注意題名に付く “Re:” はラテン語の res (～について) が語源
l メールを削除「削除済みアイテム」に移動するだけ完全に削除するには「フォルダーを空にする」を選ぶ必要がある
l フォルダに分類l ファイルの添付
Outlook (続き)
48l ヘッダ
From: 送信者To: 主の宛先 (複数書ける)
Cc: 従の宛先 (Carbon Copy, 複数書ける)
Bcc: (Blind Carbon Copy)
ToとCcの人にはBccで送った相手が分からないSubject: 題名
l 本文l 署名 (signature) 数行程度にl 添付ファイルファイルの大きさに注意!
l 注意電子メールの送信者(From:)は信用できるとは限らないヘッダ情報はメールを右クリックして「メッセージの詳細を表示」
電子メールの構造
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l テキストメール通常のメール。もっとも一般的。文字のみ。
l HTMLメールカラフルで画像入りのメールを作れる相手の環境によっては読めない初めての相手に送るには適さないHTMLメールを開くと情報が漏洩する場合がある(特にspamメール)メールを読んだかどうか．読んだPCのIPアドレスなど．
テキストメールとHTMLメール
50
l通常の電子メールの伝送は平文で行われる(暗号化されない)
lメールの送信者(From:)は簡単に偽造できる実際の送信者はFrom:の人とは限らない
l暗号化する方法もあるが(PGPなど)，普及していない
l機密情報を電子メールで送らないこと!パスワードやクレジットカード番号など
電子メールのセキュリティ
51l 適切なSubjectを選ぶ (必ず付ける!)l 出す前にメールアドレスは必ず確認l 複数の受信者があるメールに返信する場合，誰に返信するかを考える
l To, Cc, Bcc を使い分けるl HTMLメール，大きいメールは環境によっては迷惑l 文字だけのコミュニケーションなので表現に注意冗談のつもりが伝わらないこともスマイリー (Smiley) :-) (^_^) 携帯電話の絵文字のほとんどは一般的な電子メールでは使えない
電子メールのマナー
52l あるメールアドレスにメールを出すと，登録された(複数の)人に届く例: [email protected] (example社の全員)特定のグループで情報交換するために利用企業でも利用
l 無償のメーリングリストサービスもあるGoogleグループなど
l ML宛のメールに返信するときは要注意!返信すると自動的に（送信者宛ではなく）ML宛になる場合が多い(MLの設定による)メールの返信先を指定する Reply-To: ヘッダを利用している
メーリングリストサービス (ML)
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l無料で電子メールアカウントを提供するサービス
l Webでアクセスできるものが多い (Web Mail)Gmail (Google) …@gmail.comHotmail (Microsoft) …@hotmail.comYahoo! Mail (Yahoo) …@yahoo.co.jp
lフリーメールのアドレスは信用されない場合がある
フリーメールサービス
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l コンピュータウイルスの特徴自己増殖・潜伏・発症
l 電子メールを介して感染することが多いウイルスは自身が入った電子メールを勝手に送信する
l 対策知らない人から来た添付ファイルは開かないウイルス対策ソフト(アンチウイルスソフト)を入れておくただし完全に防げるわけではない
ウイルスメール
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l (一説によると)流通しているメールの8割は迷惑メール
l迷惑メール業者は，Webページ等からメールアドレスを収集しているWebページにメールアドレスを載せる場合は注意
l迷惑メール対策迷惑メール判別機能 (Thunderbirdなど)Gmail, Hotmail (フリーメール)
迷惑メール (spam)
56l 有名サイトを装ったメールを出して悪意あるWebサイトに誘導し，
l パスワードやクレジットカード番号などを入力させ，入手する犯罪
l 対策電子メールに記載されたURLは信用しないフィッシング詐欺対応のブラウザを使うURLを注意深くチェックする特に電子証明書をチェックすること
l フィッシング対策協議会: http://www.antiphishing.jp/
フィッシング詐欺 (phishing)
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l電子メールTo:, Cc:, Bcc: の役割From: は信用できる?機密情報を送ると駄目な理由
l spamとは?lフィッシング詐欺とは?
理解度確認
