「ネットワーク」カテゴリーアーカイブ

ネットワーク方式

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・LAN とWAN の仕組み,特徴,電気通信事業者が提供するサービスの種類,特徴を修得し,応用する。
・有線LAN と無線LAN,交換方式の仕組み,特徴を修得し,応用する。
・回線速度,データ量,転送時間の関係を修得し,応用する。
・インターネット技術の必要性,特徴を修得し,応用する。

【ITパスポート】
・ネットワークに関するLAN とWAN という分類を理解する。
・ネットワークを構築するための接続装置の役割を理解する。

(1)通信ネットワークの役割 応用情報

通信ネットワークが果たす役割と効果,ネットワーク障害が発生した場合の社会的影響の大きさを理解する。

用語例:ネットワーク社会,ICT(Information and Communication Technology:情報通信技術),u-Japan 構想

(2)ネットワークの種類と特徴 ITパスポート 基本情報 応用情報

LAN とWAN の仕組み,特徴,構成要素,運用費用を理解する。また,WAN を構成する場合に利用する電気通信事業者から提供されているサービスの種類と特徴を理解する。

用語例:インターネットサービスプロバイダ, 従量制, 月額固定料金, IDF(Intermediate Distribution Frame),MDF(Main Distribution Frame),パケット交換網,回線交換網,フレームリレーサービス,ATM サービス,センサネットワーク

(3)有線LAN 基本情報 応用情報

有線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:同軸ケーブル,より対線,光ファイバケーブル

(4)無線LAN 基本情報 応用情報

無線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:電波,赤外線,無線LAN アクセスポイント,インフラストラクチャモード,アドホックモード

(5)交換方式 基本情報 応用情報

回線交換とパケット交換の仕組み,特徴を理解する。

用語例:パケット,VoIP(Voice over Internet Protocol)

(6)回線に関する計算 基本情報 応用情報

回線速度,データ量,転送時間の関係を理解し,与えられた回線速度,データ量,回線利用率からの転送時間の算出方法を理解する。また,発生するトラフィック量から必要な回線速度を算出する方法を理解する。

用語例:転送速度(伝送速度),bps(bit per second:ビット/秒),回線容量,ビット誤り率,トラフィック理論,呼量,呼損率,アーランB 式(アーランの損失式),アーラン,待ち行列理論,M/M/1,ケンドール記号,トラフィック設計,性能評価

(7)インターネット技術 基本情報 応用情報

ノードには,世界で一意となるIP アドレスが割り当てられることによって,相互通信が可能となっていること,アドレスを構成するネットワークアドレスとホストアドレスの役割,IP パケットのルーティングの動作,IPv6 の必要性と特徴を理解する。

用語例:IPv4,IPv6,アドレスクラス,グローバルIP アドレス,プライベートIP アドレス,IP マスカレード,NAT,オーバレイネットワーク,DNS,ドメイン,TLD,Proxy サーバ,QoS(Quality of Service:サービス品質),ユビキタス,パーベイシブ,セキュリティプロトコル,ファイアウォール,RADIUS

 

ネットワークの種類と特徴

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

LAN とWAN の仕組み,特徴,構成要素,運用費用を理解する。また,WAN を構成する場合に利用する電気通信事業者から提供されているサービスの種類と特徴を理解する。

用語例:インターネットサービスプロバイダ, 従量制, 月額固定料金, IDF(Intermediate Distribution Frame),MDF(Main Distribution Frame),パケット交換網,回線交換網,フレームリレーサービス,ATM サービス,センサネットワーク

ネットワークとは

ネットワークとは、コンピュータ、携帯電話、モバイル機器などを繋いでデータ通信を行う網状の通信回線です。通信経路が1本だけの通信回線に対比されるものです。その規模や接続形態などによって様々な種類があります。

LAN(Local Area Network)

外部とつながっていない、独立した構内ネットワークのことをLAN(Local Area Network)といいます。

ここでいう構内とは、同じ建物や敷地内を指し、LANとはフロア内や建物内にあるコンピュータ同士を接続した小規模なネットワークのことです。

現在では、外部接続の有無を問わず、無線も含めて利用者が私設できる通信網を指してLANと呼ぶ場合もある。

WAN(Wide Area Network)

都市間など、広い地域にまたがって構築されるネットワークをWAN(Wide Area Network)といいます。

WANとLANが大きく異なる点は、間に電話線などの公衆回線を使う部分があることで、広域通信網とも呼ばれます。

WANの最も大規模なものが、世界規模にまたがる「インターネット」です。

現在では、データ通信事業者やインターネットサービスプロバイダ(ISP)が提供し、利用者が利用・共用できる通信網を指してWANと呼ぶ場合もある。

WANの通信回線

WANで用いる通信回線には、専用回線と交換回線があります。

通信先との間を電気通信事業者から専用の通信回線を借りて接続する形態を専用回線といいます。専用回線は安定性が高いですが、借上げる分のコストがかかります。

対して、複数の通信で回線を共用する形態を交換回線といいます。交換回線では回線の接続点に交換旗があり、送信データの宛先を読み取って宛先に通じる経路を選択し、データを転送しますあ。このため、専用回線より回線コストや通信設備を節約できます。

回線交換網

回線交換網とは、通信回線の帯域幅を複数の一まとまりのデータ列(呼)に割り振るデータ通信網です。

交換機は、帯域の空き具合と料金等によるクラスの違いを考慮して、転送する経路を選択します。

回線交換網は、混んでいる場合には送信要求が断られて、再申し込みが必要ですが。回線を専有できるので交換のための遅延時間が少なく、電話やテレビ会議に向きます。

パケット交換網

パケット交換網とは、一まとまりのデータの列を小さなパケットに分割して、パケットの単位で送受信するデータ通信網です。

交換機は、混んでいる回線や停止している経路を避けて、稼働していて混んでいない経路を選択してパケットを転送します。

パケット交換網は、交換のための遅延時間が発生しますが、通信網の利用効率向上、混んでいる時の送信要求の再申し込みが不要、障害に対する安全性の向上などが特徴です。端末の間で複数の経路を使えることを活用したネットワークです。

フレームリレーサービス

フレームリレーサービスとは、ネットワークの7層モデルの下から2番目のデータリンク層で、フレームというデータのまとまりの通信を中心に考えた簡略なパケット交換方式です。

3層目のネットワーク層を中心に考える通常のパケット交換ほどきめ細かい特徴は出ませんが、オーバーヘッドを減らして性能を向上させることができます。

ATMサービス

非同期転送モード(Asynchronous Transfer Mode:ATM)サービスとは、固定長のデータ(53バイト)を単位として、一つの通信回線を複数の論理チャネル(仮想回線)として利用する通信方式です。

固定長なので処理が単純である上に、通信回線の容量が大きければ、大量のデータを同時並行して送信できるので高速通信が可能です。

ここでいう非同期とは、回線交換網が同期的に作動することに対する特徴を表しているものです。

プロバイダ

インターネットの各種サービスを利用するには、インターネットに接続しているネットワークのユーザになる必要があります。

インターネットに直接接続する環境を持たない一般家庭などの場合は、インターネットへの接続サービスを提供するプロバイダ(ISP)と呼ばれる業者と契約し、電話回線やCATV回線、光ファイバなどを経由してインターネットを利用します。

ダイアルアップIP接続

コンピュータを電話回線経由でプロバイダのネットワークに接続し、必要なときだけインターネットを利用する形態をダイアルアップIP接続といいます。

通常は、プロバイダが、ユーザがインターネットに接続するたびにJPNICから予め割り振られているグローバルIPアドレスの中から秋アドレスを割り当てるので、ユーザはグローバルIPアドレスの取得を申請する必要はありません。プロバイダのネットワークと専用回線で常時接続する場合には、ユーザがグローバルIPアドレスを申請して固定アドレスを取得することもあります。

IDF(Intermediate Distribution Frame)

主配電盤から、フロアごとに中継するための配電盤。オフィスや集合住宅で、主にフロア単位に設置する、通信回線用の配線盤のこと。

主配線盤と各部屋の間に設置され、主配線盤と中間配線盤を多芯ケーブルでつなぐことにより、主配線盤が大きくなるのを避けられる。

 

有線LAN

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

有線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:同軸ケーブル,より対線,光ファイバケーブル

LANの種類

LANの種類には、有線LANと無線LANがあります。

有線LANとは、LANケーブルを使用してコンピュータをネットワークに接続する方法のことです。

無線LANとは、LANケーブルの代わりに電波や赤外線などを使用してコンピュータをネットワークに接続する方法のことです。

有線LANは無線と比べると、高速でセキュリティは保持しやすいですが、どうしても敷設の手間がかかります。

有線LANの構成要素

有線LANはLANケーブル、LANカード(LANボード)、集線装置(ハブ、ルータなど)によって構成されます。

LANケーブルはコンピュータをネットワークに接続するためのケーブルでいくつかの種類があります。

LANカードはLANケーブルをコンピュータに差し込むための拡張カードです。現在ではあらかじめ内蔵しているPCがほとんどです。

集線装置とは、複数のLANケーブルを接続する装置で、ハブ、スイッチ、ルータ、ゲートウェイなどがあります。

イーサネット

イーサネットは、現在のLANの主流となっている伝送路規格です。10BASE-T、10BASE2、10BASE5などの企画があり、規格ごとにケーブルの種類や接続形態、伝送速度が異なります。

LAN規格伝送媒体最大転送速度最大伝送距離
10BASE2同軸ケーブル10Mbps185m
10BASE5同軸ケーブル10Mbps500m
10BASE-Tツイストペアケーブル10Mbps100m
100BASE-TXツイストペアケーブル100Mbps100m
100BASE-FX光ファイバ100Mbps2000m
1000BASE-Tツイストペアケーブル1000Mbps100m
同軸ケーブル

1本の芯を皮膜した構造で、細い10BASE2ケーブル(Thinケーブル)と、太い10BASE5ケーブル(Thickケーブル)があります。

同軸ケーブルは、低速ですが太いケーブルを使用しており、長距離の伝送に使用できます。(数百メートル単位)

ツイストペアケーブル(より対線)

2本の線を撚り合わせた構造で、細く曲げやすいため、現在では最も広く利用されています。8芯のカテゴリ5というケーブルが100BASE-Tなどに使われます。伝送距離が短く、中継しなければ長距離伝送することはできません。

光ファイバケーブル

動線に光ファイバケーブルを用いるもので、100BASE-FXなどがあります。

光ファイバケーブルは、光によって情報を伝達するため、電気信号を光信号に変換する機構が必要となるなど、コストがかかります。しかし、金属ケーブルに比べると外部からの電磁波に強く、超高速で伝送距離の長いLANを構築できるのが特徴です。

無線LAN

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

無線LAN の仕組み,構成要素,特徴を理解する。

用語例:電波,赤外線,無線LAN アクセスポイント,インフラストラクチャモード,アドホックモード

無線LAN

無線LANは、ケーブルを使わず電波で通信する規格です。

無線通信のみでLANを構築することも、有線LANと組み合わせて利用することもできます。

無線LANは、アクセスポイントからの無線が届く範囲の自由な位置に端末を設置できるのがメリットです。また、電波を用いる場合、間仕切り程度の壁なら通信の障害にならないのもポイントです。

但し、接続台数が無制限に出来たり、通信の衝突が起こらなかったり、というわけではない上、外部からの侵入や電波の傍受に留意して使う必要があります。

無線LANの構成要素

無線LANは、無線LANカード、無線LANアクセスポイントによって構成されます。

無線LANカードは、通信機能のある拡張カードで、無線LANアクセスポイントを介してネットワークに接続します。

無線LANアクセスポイントは、無線LANカード同士のデータのやり取りを仲介したり、有線LANへの接続を提供したりします。

IEEE802.11

無線LANの規格はIEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. :米国電気電子学会)が定めています。

IEEE 802.11b
周波数が2.4GHz帯を利用する、最大伝送速度11Mbpsの方式です。安定型で、障害に強いのが特徴です。
IEEE 802.11a
周波数が5GHz帯を利用する、最大伝送速度54Mbpsの方式です。障害物に強いのが特徴です。
IEEE 802.11g
周波数が2.4GHz帯を利用する、最大伝送速度54Mbpsの方式で、802.11bの上位互換です。高速かつ安定しているのが特徴です。
IEEE 802.11n
周波数が2.4GHz/5GHz帯を利用する、最大伝送速度600Mbpsの方式です。複数のアンテナで送受信する技術(MIMO)や、複数のチャネルを組み合わせて通信するチャネルボンディングによって、2010年時点での理論値では300Mbpsとなっています。

これらの無線LAN規格で使用する周波数帯域のうち、IEEE 802.11aや802.11nで使用する5GHz体は電波法によって医療が制限されており、許可なく屋外で使うことはできません。

一方、2.4GHz体は自由に利用できる帯域ですが、電子レンジやアマチュア無線機などの子の周波数帯域を使用していることから、これらの電波干渉を受けやすく、機器同士を近くに置くと通信速度が下がることがあります。

無線LAN利用時の留意点

無線LANには、電波を第三者に勝手に傍受されるという危険性があるため、セキュリティ対策がより重要となります。

電波はある程度の厚さであれば壁を通しても届くため、無線信号が届く範囲内の自由な位置に端末を配置することができ、有線LANのような配線の煩わしさがありません。

ただし、電波の頭頂を防ぐために、無線LANカードのMACアドレスをアクセスポイントに登録し、LANにアクセスできるパソコンを制限する方法や、WPAやTKIP、AESなどの無線暗号化技術を使って暗号化通信を行う、などのセキュリティ対策を講じる必要があります。

交換方式

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

回線交換とパケット交換の仕組み,特徴を理解する。

用語例:パケット,VoIP(Voice over Internet Protocol)

回線交換方式

回線交換方式は、電話のように、一旦相手と接続したら切断するまでその回線を専用回線と同じように専有する方式です。

伝送の遅延が少なく、データをまとめてやり取りするのに向いています。

パケット交換

送出されたデータを一旦交換機内に蓄積しておき、交換機が相手を呼び出してデータを伝送する方式を蓄積交換といいます。代表的なものがパケット交換です。

パケット交換は、データを一定の長さの単位(パケット)に分割し、1本の回線に複数の相手先へのパケットを混在して同時に流す方式です。それぞれのパケットには、発信元情報と宛先情報、パケットの順番などの「荷札」に当たる情報をつけます。子の部分をパケットヘッダといいます。

パケット交換の特徴

パケット交換には次のような特徴があります。

  • 異なる宛先のパケットを同時に1本の回線に混在させて送信(多重化)出来るので、回線の利用効率がよい。
  • ある回線が故障しても、別の回線を迂回させてパケットを届けることが出来るので、障害に強い。
  • 蓄積交換であることから、通信手段や通信速度が異なる宛先にも同じ回線を利用して通信できる。
  • パケットの損失や遅延が起こることがあり、信頼性は回線交換方式より低い。
  • データのパケット化、データの再構成のオーバーヘッドがかかる。

VoIP

パケット交換による音声通話システムのことで、Voice over Internet Protocolの略です。

通信規約としてインターネットプロトコル(IP)を用います。

回線を専有することなく音声通話が可能ですが、遅延やパケット損失の影響を免れません。

 

回線に関する計算

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

回線速度,データ量,転送時間の関係を理解し,与えられた回線速度,データ量,回線利用率からの転送時間の算出方法を理解する。また,発生するトラフィック量から必要な回線速度を算出する方法を理解する。

用語例:転送速度(伝送速度),bps(bit per second:ビット/秒),回線容量,ビット誤り率,トラフィック理論,呼量,呼損率,アーランB 式(アーランの損失式),アーラン,待ち行列理論,M/M/1,ケンドール記号,トラフィック設計,性能評価

回線速度

回線速度とは利用する回線の速度で、1秒間に何ビット転送できるかを表すbps(bits per second:ビット/秒)の単位で表されます。転送速度や伝送速度といわれることもあります。

データ量

転送するデータの総容量をデータ量(転送データ量)といいます。ビット(b)、バイト(B)やキロバイト(KB)、メガバイト(MB)、ギガバイト(GB)などの単位です。

データ転送時間

データ転送にかかる時間は、転送データ量 ÷ 転送速度として求めます。

1Mバイト(8,000,000ビット)のデータ量を64kbps(64,000bps)の速度で転送するのにかかる時間は、8,000,000ビット ÷ 64,000bps = 125秒 となります。

回線利用率

データ転送に使用される回線は、常時データが転送されているわけではなく転送されたり、されなかったりします。したがってデータ転送にかかる時間は回線が100%利用されている場合と50%の場合であれば50%のほうが時間がかかることになります。この回線の使用されている割合の平均を回線利用率といいます。

ビット誤り率

データ伝送を行う場合、回線の品質が悪いと転送中にデータが間違ってしまう場合があります。これは、内部のデータがお互いに影響をおよぼす場合もあれば、外部からのノイズによる場合もあります。

ビット誤り率が 10-3 の場合、1000分の1なので1000ビット送って1ビットの誤りがあることになります。

呼量

電話をかけてきるまでの処理を呼(こ)といいます。このこの延べ利用時間が単位時間あたりにどれくらいあるかを表したものが呼量(こりょう)といいます。単位はアーラン(ERL)です。

例えば、1時間に30回の呼があり、一回の呼が平均2分間だとすると呼量は以下のように求められます。

  • 呼の延べ利用時間(秒): 30回 × 2分 × 60 =3,600秒
  • 1秒あたりの呼量: 3,600秒 ÷ ( 60分 × 60秒 ) = 1 ERL

 

インターネット技術

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ノードには,世界で一意となるIP アドレスが割り当てられることによって,相互通信が可能となっていること,アドレスを構成するネットワークアドレスとホストアドレスの役割,IP パケットのルーティングの動作,IPv6 の必要性と特徴を理解する。

用語例:IPv4,IPv6,アドレスクラス,グローバルIP アドレス,プライベートIP アドレス,IP マスカレード,NAT,オーバレイネットワーク,DNS,ドメイン,TLD,Proxy サーバ,QoS(Quality of Service:サービス品質),ユビキタス,パーベイシブ,セキュリティプロトコル,ファイアウォール,RADIUS

インターネット

インターネットは、世界中に散在するサーバコンピュータが相互に接続するLANやWANの集合体として成立した、分散型の大規模ネットワークです。同じルールを用いることで、オープン性を実現しています。

インターネット上で提供されるサービスやアプリケーションは、その殆どがTCP/IPを利用しており、個々のネットワークが用いる機種やプラットフォームの違いを越えて、インターネットを介した通信を行うことができます。

グローバルIPアドレス

インターネット上のコンピュータを特定するIPアドレスをグローバルIPアドレスといいます。グローバルIPアドレスは世界で唯一の番号です。

コンピュータをインターネットに公開するには、JPNICの指定する事業者から、グローバルIPアドレスの割当を受ける必要があります。

グローバルIPアドレスに重複がないようにするには、IPアドレスを世界規模で一元管理する必要があります。これを世界的に調整を行っている組織がICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)です。日本国内ではJPNIC(Japan Network Information Center)がICANNと連携してIPアドレスの管理を行っています。

プライベートIPアドレス

インターネット外部から接続されない社内LANのコンピュータなどでは、基本的にネットワーク管理者が自由にIPアドレスを割り当てます。

このようなLAN内のみで使用する申請不要のIPアドレスをプライベートIPアドレスと呼んで、グローバルIPアドレスと区別しています。

なお、自由に割り当てられるといっても、慣例としてグローバルIPでは用いられない範囲のIPアドレスが決まっているので、その範囲の中でLAN用のプライベートIPアドレスを割り振るのが一般的となっています。

ドメイン名の取得

TCP/IPネットワークでコンピュータの識別に用いるIPアドレスは数字の羅列であり、人間にとっては見づらく、長くて覚えにくいものです。そこで、IPアドレスに「example.co.jp」などの名前(ドメイン名)をつけて利用しています。

ドメイン名を利用するには、IPアドレスとドメイン名のどちらでも、そのコンピュータにアクセスできるような仕組みが必要です。これをDNS(Domain Name System)といいます。

なお、ドメイン名とIPアドレスは対応付けられるので、インターネット上で使われるドメイン名は、グローバルIPアドレスと同様に、登録機関に申請して取得する必要があります。また、他と重複したドメイン名は使えません。

ドメイン名の構造

ドメイン名の基本構造は「組織名+組織種別+国名」です。組織名は、他と重複しない範囲で、利用者自身が決めて良い部分です。

組織種別は管轄の国ごとに異なりますが、日本では企業を表す「co」、学校法人を表す「ac」などがあります。

国名には、日本を表す「jp」などがあります。

また国名を省略した「com」や「net」などのように、もともとインターネット発祥の地である米国向けにあった組織種別で、国名を省略して世界共通で使えるようになったものもあります。

DNSサーバ

コンピュータに割り当てられているIPアドレスと、それに対応するドメイン名(又はホスト名)との相互変換を行うサーバをDNSサーバといいます。

DNSサーバは自身にIPアドレスとドメイン名の対応表を保持している他、インターネット上の他のDNSサーバと連携して自身の知らないドメイン名とIPアドレスについても情報を取得できるような仕組みになっています。

Proxyサーバ

Proxyは「代理」という意味です。本来はクライアントからサーバに対して直接通信が行われますが、Proxyサーバを利用すると、クライアントと目的のサーバとはProxyサーバを経由してやり取りする形となります。

Proxyサーバには以下のような特徴があります。

  • 外部からはProxyサーバだけが見えている状態で、クライアントの存在を隠すことが出来る。
  • Proxyには一度通過した外部サーバのコンテンツをキャッシュとして、一時保存しておく機能があるため、同じコンテンツを参照しにいった際にそのキャッシュを利用することで、通信量を減らすことが出来る。
  • Proxyを経由することで、アクセス制限を掛けたり、アクセスログの監視を行うことで、社内からのインターネット利用の適切化を図ることが出来る。

 

データ通信と制御

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・ネットワークアーキテクチャの考え方,重要性,効果を修得し,応用する。
・伝送方式と回線の種類,特徴を修得し,応用する。
・ネットワーク接続装置の種類,特徴を修得し,応用する。
・ネットワークにおける代表的な制御機能の仕組み,特徴を修得し,応用する。

 

(1)ネットワークアーキテクチャ 基本情報 応用情報

1.ネットワークトポロジ

代表的なネットワーク構成の種類,特徴,端末,制御機器がどのような形態で接続されるかや,ネットワーク構成図の作成方法を理解する。また,各構成における信頼性と障害時の動作の違いを理解する。

用語例:ポイントツーポイント(2 地点間接続),ツリー型,バス型,スター型,リング型

2.OSI 基本参照モデル

ISO が策定した7 層からなるネットワークアーキテクチャであるOSI 基本参照モデルの各層の機能,各層の間の関係を理解する。

用語例:物理層,データリンク層,ネットワーク層,トランスポート層,セション層,プレゼンテーション層,アプリケーション層

3.標準化の実例

WAN における通信プロトコルの標準化がITU-T において策定されていることを理解する。

用語例:X シリーズ,V シリーズ,I シリーズ

(2)伝送方式と回線 基本情報 応用情報

ネットワークで使用される回線の種類,通信方式,交換方式の種類と特徴を理解する。

用語例:単方向,半二重,全二重,WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重),回線交換,パケット交換,ATM 交換,フレームリレー,セルリレー,公衆回線,専用線,電力線通信(PLC)

(3)ネットワーク接続 基本情報 応用情報

LAN 内接続,LAN 間接続,LAN-WAN 接続の装置の種類,特徴,各装置の機能が,OSI 基本参照モデルのどの層に対応するかを理解する。

用語例:リピータ,ハブ,カスケード接続,スイッチングハブ,ルータ,回線接続装置,レイヤ2(L2)スイッチ,レイヤ3(L3)スイッチ,ブリッジ,ゲートウェイ,プロキシサーバ,スパニングツリー

(4)伝送制御 基本情報 応用情報

送受信者の間でデータを確実に伝送するための制御機能である伝送制御の仕組み,特徴を理解する。

用語例:データリンク制御,ルーティング制御,フロー制御,ベーシック手順,コンテンション方式,ポーリング/セレクティング方式,HDLC,マルチリンク手順,相手固定,交換方式,コネクション方式,コネクションレス方式,パリティチェック,CRC,ハミング符号,ビット誤り率,SYN 同期,フラグ同期,フレーム同期

(5)メディアアクセス制御 基本情報 応用情報

データの送受信方法や誤り検出方法などを規定するMAC(Media Access Control:メディアアクセス制御)の仕組みと特徴を理解する。また,アクセス制御の目的,アクセス制御手法の代表的な種類と仕組みを理解する。

用語例:TDMA,CSMA/CD,CSMA/CA,トークンパッシング,衝突

ネットワークアーキテクチャ

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

  • 代表的なネットワーク構成の種類,特徴,端末,制御機器がどのような形態で接続されるかや,ネットワーク構成図の作成方法を理解する。また,各構成における信頼性と障害時の動作の違いを理解する。
  • ISO が策定した7 層からなるネットワークアーキテクチャであるOSI 基本参照モデルの各層の機能,各層の間の関係を理解する。
  • WAN における通信プロトコルの標準化がITU-T において策定されていることを理解する。

用語例:ポイントツーポイント(2 地点間接続),ツリー型,バス型,スター型,リング型、物理層,データリンク層,ネットワーク層,トランスポート層,セション層,プレゼンテーション層,アプリケーション層、X シリーズ,V シリーズ,I シリーズ

LANのトポロジー

コンピュータやプリンタなど、ネットワークを構成する要素をつなぐ形態をトポロジーといいます。

LANの代表的なトポロジーには、バス型、スター型、リング型があります。

バス型
1本の伝送路を幹線として、端末を接続する形態です。各端末から送出されたデータは同じバスに接続されたすべての端末に届けられるので、各端末はそれが自分宛てのデータであれば処理をし、自分宛てのデータでなければ破棄します。
スター型
中央の集線装置に端末を接続した形態です。端末1台に障害が発生しても他の端末には影響しませんが、集線装置が故障すると、それにつながる端末全体が通信できなくなります。
リング型
複数の端末をケーブルで円形に接続する形態です。信号が流れる経路がリング型になっていて、信号は接続された順に機器間を周回します。

WANのトポロジー

WANの代表的なトポロジーには、ポイントツーポイント型とツリー型があります。

ポイントツーポイント型

2地点間接続ともいいます。1対1で2つの地点を接続する形態で、接続には専用線を用います。

ツリー型

1つの地点を元に、木の枝が分かれるようにLAN間を接続する形態です。

OSI参照モデル

ネットワークアーキテクチャの国際標準で、ISOが策定した7層からなるアーキテクチャです。

OSI参照モデルを用いることで、以下のような利点があります。

  • 大量かつ複雑な通信プロトコルを階層的に整理できる。
  • 各層には明確な役割分担があり、上から下へ(下から上へ)通信データを引き渡していくので、ある層のシステム構成を変更しても、他の層に影響しない。
  • ネットワークの特性や目的に応じて、層ごとに最適な通信プロトコルを選択することが出来る。

それぞれの層には以下のような特徴があります。

物理層

電気信号を扱う層で、データとビットの相互変換を行う。最もハードウェアに近い規約の集合であり、ケーブルやコネクタの形状や特性を定義する。

例:RS-232、電話線、ハブ、リピータ、光ケーブルなど

データリンク層

LANの内側を扱う層で、隣接するコンピュータ、機器間のデータ送受信を定義する。データを扱う単位はフレームである。(フレーム:パケットにMACアドレス情報などを付加したモノ)

例:イーサネット、トークンリング、PPP、フレームリレー、ブリッジ(スイッチングHUB)など

ネットワーク層

LANとLANの接続を扱う層で、複数のネットワークをまたがったコンピュータ、機器間のデータ送受信を定義する。経路選択(ルーティング)を行う。データを扱う単位はパケットである。

例:IP、ARP、ICMP、ルータなど

トランスポート層

通信の信頼性を扱う層で、通信による誤りが発生した場合の処置内容などを定義する。データを扱う単位はセグメント(パケットのもとになるデータ)である。

例:TCP、UDPなど

セッション層

データ転送のやりかたを規定するためのプロトコルです。コンピュータ間のコネクションや切断などについて規定します。

例:RPCなど

プレゼンテーション層

データの表現方式や形式の変換を扱う層で、圧縮方式や文字コードなどといった、データ表現について規定します。文字や画像、音声、動画などのデータ形式の定義も含まれます。

例:MIME、SSLなど

アプリケーション層

データ通信アプリケーションや通信サービスを扱う層で、最も人間(利用者)に近い規約の集合です。

例:HTTP、DHCP、SMTP、FTPなど

伝送方式と回線

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ネットワークで使用される回線の種類,通信方式,交換方式の種類と特徴を理解する。

用語例:単方向,半二重,全二重,WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重),回線交換,パケット交換,ATM 交換,フレームリレー,セルリレー,公衆回線,専用線,電力線通信(PLC)

伝送方式

データを転送する際の通信方式には、通信方向による違いと転送方式による違いにより分類されます。

通信方法による違いでは、単方向と双方向の2種類にわけられます。

  • 単方向: 一方通行の通信で送信側は送信だけ、受信側は受信だけの通信です。
  • 双方向: 送信も受信も両方向の通信ができます。

双方向はさらに、以下の二種類にわけられます。

  • 半二重: 送信している際に、同時に受信はできません。トランシーバのようなイメージです。一般的に2線式の配線を利用します。
  • 全二重: 送信も受信も同時にできます。電話のようなイメージです。一般的に4線式が利用されています。(受信・送信それぞれに2線ずつ)

転送方式による違いでは、シリアル(直列)とパラレル(並列)の2種類にわけられます。

  • シリアル転送方式:1本の線を利用して1ビットずつ順次転送していきます。USB、シリアルATA、SAS(Serial Attached SCSI)、IEEE1394などに利用されています。
  • パラレル転送方式:複数の線を利用して、同時に複数ビット転送していきます。プリンタ、IDEなどに利用されています。

旧来はシリアル転送方式が低速で、パラレル転送方式が高速でイたが、近年はパラレル転送方式の場合、高速にすればするほど隣接する線からのノイズが問題となり高速転送に支障が出るため、シリアル転送のほうが速度面でも優位となり、現在では高速なシリアル転送方式が多数実用化されています。

多重化方式

1本の線を使った通信は通常1対1ですが、同時に複数の相手との伝送を行う場合に多重化という技術を使います。

多重化方式には、主に以下の様なものがあります。

周波数分割多重化(FDM:Frequency Division Multiplexing)
アナログ回線で周波数を細かく分割して、分割された周波数を1対1に割り当てて複数の相手と通信をします。ADSLの基本技術となっています。
時分割多重化(TDM:Time Division Multiplexing)
1本のデジタル回線を細かい時間で切り替えて複数の相手と通信します。
波長分割多重化(WDM:Wavelength Division Multiplexing)
光ファイバを多重化する際に、光の波長を変えて同時に送信することによって、複数の相手と同時に通信できます。

 

 

ネットワーク接続

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

LAN 内接続,LAN 間接続,LAN-WAN 接続の装置の種類,特徴,各装置の機能が,OSI 基本参照モデルのどの層に対応するかを理解する。

用語例:リピータ,ハブ,カスケード接続,スイッチングハブ,ルータ,回線接続装置,レイヤ2(L2)スイッチ,レイヤ3(L3)スイッチ,ブリッジ,ゲートウェイ,プロキシサーバ,スパニングツリー

LAN間接続装置

ネットワークを接続するための装置は以下のように分類されます。

LAN内接続装置
リピータ、ハブ、ブリッジ、L2スイッチ
LAN間接続装置
ルータ、L3スイッチ
LAN-WAN接続装置
ゲートウェイ

また、これらの接続装置はOSI参照モデルの各層に対応しています。

  • 物理層:リピータ、ハブ(リピータハブ)
  • データリンク層:スイッチングハブ、ブリッジ、L2スイッチ
  • ネットワーク層:ルータ、L3スイッチ
  • トランスポート層~アプリケーション層:ゲートウェイ

LAN接続に使われる機器

リピータ

ケーブルとケーブルを接続し、伝送距離を延長するための装置です。減衰した信号を増幅し、信号を整形し送り出します。

ハブ(HUB)

パソコンなどの機器をスター形に接続する集線装置です。数個から数十個のポート(接続口)に各機器からのケーブルを接続し、相互に通信できるようにします。

受信データをすべての接続ポートに転送するリピータハブと、MACアドレスを判断し宛先の接続ポートにだけ送るスイッチングハブがあります。

ハブとハブを段階的に繋いで接続台数を増やすことをカスケード接続といいます。10BASEハブは4段まで、100BASEハブは2段まで可能です。

スター型のトポロジーを取っていることから、通信がハブに集中し、衝突が発生しやすくなっています。

MACアドレス

MACアドレス(Media Access Control Address)はNIC(Network Interface Card)の出荷時に一枚ごとにつけられる固有のID番号です。IEEE(米国電気電子技術者協会)が管理する製造メーカーコード+各メーカーが割り振る製造番号という、世界で唯一の番号なので、MACアドレスによって個々のNICを識別することができます。

MACアドレスは、IPアドレスのようにネットワークアドレスなどは含まないので、ネットワーク層より下のデータリンク層で利用されます。

なお、MACアドレスは48ビット長の16進数12桁で表現され、通常は16進数2桁ごとにハイフンで区切って表現されます。子のうち、上位6桁がIEEEが管理する製造メーカーコード、下位6桁が各メーカーが割り振る製造番号となっています。

例:00-12-34-AB-CD-EF

カスケード接続

カスケード接続とは、ハブやスイッチングハブの多段接続のことをいいます。

ハブでは接続段数に上限があり、10Mbpsタイプでは4段、100Mbpsタイプでは2段です。L2スイッチでは接続段数の制限は理論上ありません。

ブリッジ

同じプロトコルのLAN同士を接続する装置です。LANを流れてきたパケットのMACアドレスを読取り、LAN外に通過させるパケットかどうかを判別します。この機能をフィルタリングといいます。

データは『フレーム』という単位で扱われます。フレームが無限ループすることを防ぐための、スパニングツリーという機能を持っています。

レイヤ2スイッチ(L2スイッチ)

レイヤ2スイッチは、スイッチやスイッチングハブと呼ばれています。ハブは入ってきたフレーム(パケット)をすべてのポートに転送してしまいますが、L2スイッチはブリッジと同様に、フレームの中にある宛先MACアドレスを判断して、宛先のMACアドレスの接続されたポートにのみ転送します。(ブリッジには一般的に2つのポートしかありませんが、L2スイッチには複数のポートがあります。)

このため、他のポートが空いているので同時に通信でき、全体の処理能力(スループット)が向上します。また、必要なポートにのみフレーム(パケット)を流すので、他のポートからはデータを見ることができないので、セキュリティの向上も可能です。

ブリッジとの違いは、ブリッジがソフトウェアを使って転送処理を行うところを、L2スイッチは専用のIC(ASIC)を使ってハードウェアで処理を行う部分です。そのため高速に動作できます。

なお、L2スイッチという名称は、後述するL3スイッチとの区別のために名づけられたもので、一般的にはスイッチングハブと呼ばれる機器のことをL2スイッチといいます。(スイッチという名称は、CISCO社製品の名称)

なお、L2スイッチには、カスケード接続の段数制限はありません。

ルータ

プロトコルやネットワークアドレスの異なるLAN同士を接続する装置です。受け取ったパケットのIPアドレスを読取り、宛先への最適な経路を選択して、宛先のネットワークへの中継を行います。この機能をルーティングといいます。

レイヤ3スイッチ(L3スイッチ)

L3スイッチは、ルータと同じ機能を持っています。ルータはCPUやOSを使って動作していて、ルーティング処理をソフトウェアによって行っています。

これに対してL3スイッチは、ルーティング処理を専用のIC(ASIC)によって処理を行うため、高速にルーティングできることになります。(ただし、ルータも高速なCPUを使うなどして高速化出来るため、L3スイッチが必ずしもルータより高速とは限りません)

ルータと比べて、ポートの数が多数あるのも特徴です。

一般的に、ルータとL3スイッチは下表のような違いがあるとされていますが、それぞれの機能向上によって差異が少なくなっています。

ルータL3スイッチ
ソフトウェア処理が主体ハードウェア処理が主体
それほど高速な処理はできない高速処理
マルチプロトコル対応TCP/IPのみ
WANインタフェースを持つLANインタフェースのみ
ソフトウェアのバージョンアップによって機能追加が容易機能追加は難しい

ゲートウェイ

汎用コンピュータとTCP/IPで接続されたネットワークなど、性質やプロトコルの異なるネットワーク間を接続してデータのやり取りをする装置です。プロトコル変換機能をもち、通信媒体や伝送方式の違いを吸収することができます。

 

伝送制御

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

送受信者の間でデータを確実に伝送するための制御機能である伝送制御の仕組み,特徴を理解する。

用語例:データリンク制御,ルーティング制御,フロー制御,ベーシック手順,コンテンション方式,ポーリング/セレクティング方式,HDLC,マルチリンク手順,相手固定,交換方式,コネクション方式,コネクションレス方式,パリティチェック,CRC,ハミング符号,ビット誤り率,SYN 同期,フラグ同期,フレーム同期

伝送制御

伝送制御とは、データを確実に伝送するためのルールです。送受信者の間でデータを確実に伝送するための制御機能で、回線の接続から通信が終了し回線を切断するまでを対象とします。

データリンク制御

相手とのデータを伝送する通信路の確立を行います。この通信路の確立を行うための手順をデータリンク制御と呼んでいます。(データリンク=論理的な伝送路)

ルーティング制御

通信相手との経路が複数ある場合、どの経路を通るか決めることをルーティング制御と呼んでいます。

フロー制御

データ通信において、データを高速に大量に受信相手に送ると、データの取りこぼしが発生する場合があります。これは、受信側が大量のデータを受け取れないことや、途中の経路でデータを転送する機器が受け取れない場合などがあります。この取りこぼしを防ぐようにする制御をフロー制御と呼んでいます。

通信誤りの検出方式

パリティチェック
通信誤り検出用のビットを付加する方式。1ビットの誤りならば検出できる。
CRC
Cyclic Redundancy Check(巡回冗長検査)の略。多項式による計算で求めたビット列を付加する方式。複数ビットの誤りを検出できる。

データリンクの確立方式

データリンクの確立方式とは、送信権の決定方式のことであり、データリンクの確立形態は1対1の接続方式(=ポイント・ツー・ポイント)と、分岐回線方式(マルチ・ドロップ)があり、それぞれ、送信権の決定には、別の方式が採用されています。

コンテンション方式

ポイント・ツー・ポイント方式で採用されていて、送信側が送信要求を出して相手側が送信権を得てデータ転送を行う方式。

ポーリング・セレクティング方式

マルチドロップ方式で採用されていて、全体の制御を行う1次局が、接続されている端末(2次局・従属局)に対して、順番に送信要求を確認していき、2次局が送信データを持っていれば、1次は2次局から送信データを受け取ります。この手続のことをポーリングといい、2次局側が送信を行う場合に行われます。

1次局から2次局にデータを送信する場合に行われるのが、セレクティングという手順で、1次局から送信対象の2次局に受信準備を依頼し、2次局が受信準備を完了したことが通知されると、1次局は2次局に対してデータを送信する。

同期方式

データの送信と受信において、タイミングを合わせるための方式。信号同期ともいい、データの開始位置と終了位置を判別することで正しく送受信するための方式。

調歩同期方式

一文字のデータを伝送するために、開始位置を示すためのスタートビットと、終了位置をしめすためのストップブットを付加する方式です。通信量の20%が同期のためのビットとして使われることになり、効率は良くない方式です。低速な文字データの伝送の場合に使用されます。

キャラクタ同期(SYN同期)方式

通信したい文字列の前後に同期用の文字符号を付加して、同期を行う方式です。この動機方式が用いられるベーシック手順という伝送制御手順の場合、同期用の文字符号をSYN符号と呼ぶため、SYN同期方式とも呼ばれます。文字列の伝送にしか使えず、低速~中速の伝送に使用されます。

*SYN符号以外には、テキスト開始のSTX符号、テキスト終了のETX符号などの基本型伝送制御符号というものが定義されている。

フラグ同期方式

文字列ではない、汎用的なビットパターンを通信する場合に用いられる方式です。フラグシーケンスと呼ばれる、特殊なビットパターンをデータの前後に付加することで、同期を行います。

基本的に、高速な常時接続の回線で用いられることが多く、その場合は通信するデータがない場合は、常時フラグシーケンスが伝送されていることになります。(フラグシーケンスではないビットパターンが来た、というのを同期のタイミングとして使う方式)

主な伝送制御手順

無手順

同期方式には、調歩同期方式を用い、誤り制御は備えていない手順。

ベーシック手順(基本データ伝送制御手順)

テキストデータを確実に伝送するための伝送手順で、同期方式にはキャラクタ同期方式を、誤り制御にはパリティチェック方式を用いる伝送手順です。

HDLC(High-Level Deta Link Control)手順

任意のビットパターンを高速に伝送するための伝送手順で、マルチリンク制御など、複数のデータリンクをまとめて扱えるのも特徴。同期方式にはフラグ同期方式を、誤り制御にはCRC方式を用いる伝送手順です。

パリティチェック方式

パリティチェック方式とは、通信誤り検出用のビットを付加する方式です。

送信するデータを8ビットで区切り、データの中にある1の数をカウントして偶数個なら0(又は1)、奇数個なら1(又は0)をデータの区切りの最後に付加します。この付加した1ビットをパリティビットといいます。

パリティビットの付け方には2種類あり、偶数パリティチェック方式では、パリティビットを含んだデータの1の個数が偶数個になるようにします。奇数パリティチェック方式の場合は、1の個数が奇数になるようにします。

受信側は、転送データが正しいかどうかのチェックに、送られてきたデータの区切り毎にデータ内の1の個数をカウントしてパリティを算出し、付加されているパリティビットと比較して同じかどうかをチェックします。

転送中にデータが誤った場合、付加されたパリティビットと受信側で計算したパリティが違うので、データの誤りを見つけることができます。

1ビットの誤りは検出できますが、複数ビットの誤りは検出することが出来ません。また訂正することも出来ません。

パラレル転送方式の場合に、縦方向(垂直方向)と横方向(水平方向)の両方でパリティを付加することが出来ます。(下図は偶数パリティの場合)


この垂直パリティと水平パリティを使うと、1ビットの誤り検出と訂正ができ、複数ビットの誤りも検出できます。

コネクション方式

通信相手ときちんと手続きを踏んで、通信路の確立を行ってから通信する方式です。

確実にデータをもれなく抜けなく送りたい場合に使用します。

コネクションレス方式

相手との通信路の確立を行わないで、送信側側が勝手にデータを送りつける方式です。データが多少ロスしようと、高速に伝送したい場合に利用されます。

マルチリンク手順

マルチリンク手順とは、複数の回線を束ねて相手と高速に通信をする技術です。例えば、ISDNの2本の64kbpsのデータ用チャネル(Bチャネル)を束ねて128kbpsで通信できます。

伝送制御手順同期方式誤り制御通信速度通信路の確立
無手順調歩同期方式なし低速コネクションレス方式
ベーシック手順キャラクタ同期方式パリティチェック低~中速コネクション方式
HDLC手順フラグ同期方式CRC高速コネクション方式

メディアアクセス制御

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

データの送受信方法や誤り検出方法などを規定するMAC(Media Access Control:メディアアクセス制御)の仕組みと特徴を理解する。また,アクセス制御の目的,アクセス制御手法の代表的な種類と仕組みを理解する。

用語例:TDMA,CSMA/CD,CSMA/CA,トークンパッシング,衝突

MAC(Media Access Control:メディアアクセス制御)

複数のコンピュータがネットワークに接続されていてデータを転送する際に、データが正しく送れるようにデータ伝送路を正しく利用する手順が必要になります。この制御方式をメディアアクセス制御といいます。

データの送受信方法や、誤り検出方法を規定したもので、OSI参照モデルのデータリンク層に対応し、MACアドレスという、ネットワーク接続機器に一意に割り振られたアドレスで通信相手を認識します。

TMDA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)

無線通信において、複数の利用者で回線を共有する方式です。携帯電話などで利用されていた通信方式で、一つの周波数を短時間ずつ複数の通信者で共有して利用する形態です。

近年の携帯電話(第三世代以降)は、符号化の方式を工夫して多重化する方式の、CDMA方式(Code Division Multiple Access)が用いられています。

CSMA/CD(搬送波感知多重アクセス/衝突検出)

シンプルで高速な制御手順で、バス型・スター型のLANで用いられる方式で、イーサネット(Ethernet)が採用しているメディアアクセス制御方式です。

CSMAは一つの伝送路で複数のノード(端末)のアクセスを可能とするために、送信したいノードは他のノードが伝送路を使っていないかどうか、伝送路を確認します。もし使っていれば伝送路にデータが流れているのでしばらく待ってから、もう一度確認して使っていなければデータを送信します。

もしこの時、他のノードも同時に送信すると衝突してしまって、データが重なって壊れてしまい、使えなくなってしまいます。子の衝突を検出することで、送りたいデータを再送信します。

  • CS(=Carrier Sense):搬送波感知。通信前に、一度受信し、通信中のホスト型にあるか確認。
  • MA(=Multiple Access):多重アクセス。複数のクライアントは同じ回線を共用し、他社が通信していなければ、自分の通信を開始する。
  • CD(Collision Detection):衝突を検知し、再送信する。なお、待ち時間はランダムに取られる。

*CSMA/CD方式は、通信量が多いと、待ちや再送信が多発し、効率が非常に悪くなる。

CSMA/CA(搬送波感知多重アクセス/衝突回避)

『衝突』の検知を行うことが物理的に不可能な、無線接続において使用される方式で、CSMAの部分は、CSMA/CDと同じ。

CA(=Collision Avoidance):衝突回避。搬送波感知を行った段階で、通信中のホストを検出した場合、待ち時間の間隔を徐々に短くしながら、待って再送信を行う方式。

トークンパッシング

トークンリング方式やFDDI(Fiber-Distributed Data Interface)が利用しているメディアアクセス制御方式です。

トークンと呼ばれる送信権がネットワークを流れていて、このトークンを取り込んだノードがデータを送信できる方式です。データを送信すると、送信したノードは、ネットワークにトークンを流します。これで、誤って同時にデータを送信してしまう衝突を防ぐことが出来ます。

通信プロトコル

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・代表的なプロトコルであるTCP/IP がOSI 基本参照モデルのどの階層の機能を実現しているか,その役割は何かを修得し,応用する。

【ITパスポート】
・通信プロトコルの必要性を理解する。
・身近で利用されている代表的なプロトコルの役割を理解する。

(1)プロトコルとインタフェース ITパスポート 基本情報 応用情報

1.TCP/IP

TCP/IP をOSI 基本参照モデルの7 階層と対比させながら,各層が果たす役割,提供しているインタフェースを理解する。また,代表的なサービスのポート番号(ウェルノウンポート)などを理解する。

用語例:パケット,ヘッダ

2.データリンク層のプロトコル

ARP など,TCP/IP ネットワークにおいて使用されるデータリンク層レベルのプロトコルの役割,機能を理解する。

用語例:RARP(Reverse Address Resolution Protocol:逆アドレス解決プロトコル),PPP,PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet),VLAN

3.ネットワーク層のプロトコル

IP の役割,機能を理解する。

用語例:IP アドレス,サブネットアドレス,サブネットマスク,物理アドレス,ルーティング,ユニキャスト,ブロードキャスト,マルチキャスト,ICMP(Internet Control Message Protocol),CIDR(Classless Inter Domain Routing),IPv6

4.トランスポート層のプロトコル

TCP とUDP の役割,機能を理解する。

用語例:ポート番号

5.アプリケーション層のプロトコル

HTTP,SMTP,POP,FTP,DNS などの役割,機能を理解する。

用語例:TELNET,DHCP,IMAP,NTP,SOAP(Simple Object Access Protocol)

6.LAN とWAN のインタフェース

イーサネット,無線LAN,ISDN,PRI(Primary Rate Interface:1 次群インタフェース),ATM など,LAN とWAN で使用される代表的なインタフェースの役割,機能を理解する。

用語例:10BASE-T,100BASE-TX,1000BASE-T,IEEE802.11a/b/g/n/ac

7.CORBA

CORBA はプログラム言語やネットワークプロトコルに依存せず,異機種分散環境におけるシステム統合の基盤の考え方として利用できることを理解する。

用語例:分散オブジェクト技術,クライアント,オブジェクトサービス,リクエストアプリケーションオブジェクト

TCP/IP

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

TCP/IP をOSI 基本参照モデルの7 階層と対比させながら,各層が果たす役割,提供しているインタフェースを理解する。また,代表的なサービスのポート番号(ウェルノウンポート)などを理解する。

用語例:パケット,ヘッダ

プロトコル

コンピュータ間でデータ通信をするには、お互いがデータを間違いなく受け渡しするためのさまざまな規約(約束事)が必要です。このデータ通信に必要な規約をプロトコルといいます。

代表的なプロトコルにTCP/IPがあります。

TCP/IP

インターネットやLANで利用される、TCP/IPは多くのネットワークで利用されているプロトコルです。TCPとIPの2つのプロトコルから構成されています。

TCP(Transmission Control Protocol)
トランスポート層(第4層)のプロトコル。パケットを確実に送受信する役割を持ち、パケットの到着確認や送受信に失敗したときの再送制御などを行います。
IP(Internet Protocol)
ネットワーク層(第3層)のプロトコル。パケットに、宛先のコンピュータを示すIPアドレスを付けて送信します。また、受信したパケットの送信元IPアドレスを元に返送先を判断します。

OSI基本参照モデル

ISO(国際標準化機構)が策定した通信プロトコルの標準モデルを、OSI基本参照モデルといいます。多くのプロトコルがこのモデルに準拠しています。

OSI基本参照モデルは、上位層に人間の操作に近い機能、下位層に物理的な機能を位置づけてモデル化している。

OSI基本参照モデルの角層は、役割分担しながら通信データを引き渡していきます。このため、ある層のシステム構成を変更しても、他の層に影響しないようになっています。

 

データリンク層のプロトコル

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ARP など,TCP/IP ネットワークにおいて使用されるデータリンク層レベルのプロトコルの役割,機能を理解する。

用語例:RARP(Reverse Address Resolution Protocol:逆アドレス解決プロトコル),PPP,PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet),VLAN

PPPとPPPoE

PPP(Point to Point Protocol)は、ダイアルアップ接続などに用いられる2点間接続のプロトコルです。

PPPoE(PPP on Ethernet)とは、イーサネットLANでのPPPプロトコルです。

ARPとRARP

MACアドレスとIPアドレスの変換プロトコルです。

ARP:Address Resolution Protocol(アドレス解決プロトコル)
IPアドレス宛の送信を行う場合に必要なMACアドレスを提供します。
RARP:Reverse ARP
MACアドレスからIPアドレスを得ます。

 

 

ネットワーク層のプロトコル

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

IP の役割,機能を理解する。

用語例:IP アドレス,サブネットアドレス,サブネットマスク,物理アドレス,ルーティング,ユニキャスト,ブロードキャスト,マルチキャスト,ICMP(Internet Control Message Protocol),CIDR(Classless Inter Domain Routing),IPv6

TCP/IPインターネット層のプロトコル

IP:インターネットプロトコル。ネットワークとネットワークにおけるコンピュータや機器を識別するためのプロトコル。

他には、ネットワーク管理用のメッセージを返すプロトコルのICMPや、下位層と連携するARPやRARPなどがあります。

*ARPやRARPのように、複数の層にまたがるプロトコルもあります。

IPアドレス(IPアドレスv4)

TCP/IPを用いるネットワークでは、コンピュータやネットワークを識別するための番号であるIPアドレスを、各端末に重複しないように割り当てます。

IPアドレスは32ビットからなる識別番号です。通常は、わかりやすいように4つの10進数にします。32ビットの2進数を8ビットずつの4つのブロックに分け、ブロックごとに10進数に直し、ピリオドで区切って「192.168.10.1」のように表記します。

ネットワーク部とホスト部

IPアドレスは、32ビットを任意の位置で前後に区切り、前半部分をネットワーク部、後半部分をホスト部として使います。

ネットワーク部とは、ネットワークを識別するための番号です。ネットワーク部分の番号が同じIPアドレスは、同じネットワークに属する端末と見なされます。

ホスト部とは、ネットワーク内で端末(ホスト)を識別するための番号です。

ネットワーク部とホスト部を何ビットずつとするかは、ネットワークの規模によって変わります。ネットワーク部が長いほうが多くのネットワークを相互接続できます。一つのネットワークに多くの端末を接続する場合には、ホスト部のビット数を長く取ります。

なお、制約として、ネットワーク部がすべて1、またはすべて0になるアドレス、ホスト部がすべて1になる、またはすべて0になるアドレスは、別途用途が定められているため、使用できません。(例としては、下記のものなどがある。)

・サブネットマスク:ネットワーク部がすべて1かつホスト部がすべて0のアドレス
・ブロードキャスト:対象となるネットワークのホスト部をすべて1にしたアドレス

アドレスクラス

アドレスクラスは、IPアドレスを規模などに応じてA~Eに分割したものです。

クラスA:大規模ネットワーク用
先頭1ビットが0であるアドレス。(1.0.0.0~126.255.255.255)
第1オクテットがネットワーク部、第2~4オクテットがホスト部なので、大量のホストを含むネットワークを登録可能。
クラスB:中規模ネットワーク用
先頭2ビットが「10」であるアドレス。(128.0.0.0~191.255.255.255)
第1~2オクテットがネットワーク部、第3~4オクテットがホスト部なので、ネットワーク数もホスト数も多くを登録可能。
クラスC:小規模ネットワーク用
先頭3ビットが「110」であるアドレス。(192.0.0.0~223.255.255.255)
第1~3オクテットがネットワーク部、第4オクテットがホスト部なので、ホスト数の少ないネットワークを大量に登録可能。
クラスD:マルチキャスト用(特殊用途)
先頭4ビットが「1110」であるアドレス。
クラスE:実験用(特殊用途)
先頭4ビットが「1111」であるアドレス。

なお、クラスD、Eのアドレス(224.0.0.0以降)はコンピュータや機器に設定してはならないとされています。

サブネットアドレス

サブネットアドレスは、1つのネットワークを内部で分割して利用する仕組みです。クラスCでも1ネットワークにつき1~254の254アドレスあり、小規模ネットワークでは無駄な空きアドレスが多くなります。

そこでネットワークを柔軟に変更したい場合、ホスト部の上位ビットを用いて、ネットワークをさらに分割したのがサブネットです。

例えば、下図のようにクラスCのホスト部8ビットのうち、前半分の4ビットをサブネット部とすると、各14個のアドレスを持つ、14個のサブネットに分割ができる。(サブネット部も全1、全0の設定は不可)

サブネットマスク

サブネットマスクとは、ネットワーク部+サブネット部の長さを示すビット列です。

アドレスクラスは戦闘のビットで決まるので、ネットワーク部の長さは判別できます。しかし、サブネット部の長さがわからないので、そのために用いる情報です。

サブネットアドレスのネットワーク部+サブネット部を1で、ホスト部を0で示します。この方法をCIDR(Classless Inter Domain Routing)といいます。

ユニキャスト

単一のIPアドレス宛の通信

マルチキャスト

グループ化した複数のIPアドレス宛の通信で、クラスDのIPアドレスを用いる。

ブロードキャスト

ネットワーク内の全ての相手への通信で、IPアドレスを指定しない。

ICMP(Internet Control Message Protocol)

ICMPとは、ネットワーク管理用のメッセージを返すプロトコルです。パケットを用いて通信状況を調査し、結果をメッセージで返します。

ICMPにより動作するプログラムには以下のようなものがあります。

  • ping:指定したIPアドレスへの導通可否と応答所要時間を表示する。
  • traceroute:指定したIPアドレスへの通信経路を擬似的に表示する。

IPv6

従来から使われているIPアドレスはIPv4(バージョン4)ですが、インターネットの普及につれ、IPアドレスの数が不足するようになり、また、動画などの高速配信サービスなどが増え、より高品質な通信技術が必要になりました。このため、次世代IP技術として、IPv6が策定され、実用化が進められてきました。

32ビット長であるIPv4のIPアドレス数は約43億個ですが、IPv6のIPアドレスは128ビット長で、3.4×1038個という膨大な数のアドレスが利用できます。

また、IPv6にはパケットのヘッダ情報の中に認証機能を追加でき、暗号化機能を標準で備えているなど、優れたセキュリティ機能があります。

 

トランスポート層のプロトコル

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

TCP とUDP の役割,機能を理解する。

用語例:ポート番号

TCP/IPトランスポート層のプロトコル

TCP/IPトランスポート層はOSI基本参照モデルのトランスポート層に相当します。

TCP/IPトランスポート層に位置づけられているプロトコルには、TCP、UDPなどがあります。

TCP:Transmission Control Protocol
通信の信頼性を確保する代わりに低速。電子メールやWWWなどが用いる。
UDP:User Datagram Protocol
通信の信頼性よりも速度を優先する。ストリーミングやDNSなどが用いる。

ポート番号

ポート番号とは、パケットを渡すべきアプリケーションを区別する番号です。

例えば、Webサーバとメールサーバの両方が稼働しているパソコンに届いたパケットが電子メールデータなら、メールサーバに引き渡す必要があります。

このため、Webサーバは80番、メールサーバは25番など、アプリケーションを区別するためのポート番号がパケットヘッダに記載されています。

特にWebサーバの80番といった、多くのサーバで共通して用いられているポート番号をウェルノウンポート番号といいます。

以下の表は、代表的なウェルノウンポート番号です。

ポート番号プロトコルアプリケーション
20,21ftpファイル転送
23telnet遠隔操作
25smtpメール転送・送信
53dnsDNS
80httpWWW
110pop3メール一括受信
143imapメール受信・操作
443httpsセキュアWWW

TCPはパケットを送信する時に、宛先のポート番号をパケットに書き込んでIPに引き渡します。

IPはそのパケットに宛先IPアドレスを付け、下位のプロトコルに引き渡します。

アプリケーション層のプロトコル

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

HTTP,SMTP,POP,FTP,DNS などの役割,機能を理解する。

用語例:TELNET,DHCP,IMAP,NTP,SOAP(Simple Object Access Protocol)

TCP/IPアプリケーション層のプロトコル

上位のアプリケーション層で働くプロトコルには、インターネットのWWWサービスでHTMLファイルのやり取りに用いられるHTTPや、電子メールのやり取りに用いられるSMTPやPOP3、ファイル転送用のFTPなどがあります。

HTTP(HyperText Transfer Protocol)

Webサーバとブラウザなどのクライアント間でのハイパテキストの送受信のプロトコルです。主に、HTML文書および関連する画像・音声・動画などを受け渡します。

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)

メールサーバ間のメール転送のプロトコルで、メールクライアントからメールサーバへの転送(=メールの送信)に用いられます。

POP3(Post Office Protocol)

メールサーバからメールクライアントへのメール受信のプロトコルで、バージョン3のPOP3が主流です。基本的にすべてのメールを一括で受信し、サーバから削除します。

IMAP(Internet Message Access Protocol)

メールサーバにあるメールを受信したり、操作したりするプロトコルです。サーバにメールが残るので容量を圧迫しないように注意が必要です。

FTP(File Transfer Protocol)

FTPサーバとFTPクライアント間のファイル転送プロトコルです。片方のポートは制御用であるため、HTTPよりも効率の良い転送が可能です。

TELNET

TELNETサーバにTELNETクライアントから接続し、コマンドを入力することにより、サーバを遠隔操作するプロトコルです。遠隔地のコンピュータをインターネット経由で操作することが可能です。セキュリティ上、危険なプロトコルであり、利用には注意が必要です。

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

主に一時的に接続するコンピュータに対して、IPアドレスなどの接続情報を割り当てるプロトコルです。

NTP(Network Time Protocol)

時刻情報を提供し、時計合わせに用いるプロトコルです。NTPサーバから時刻情報を受け取り、NTPクライアントがそのコンピュータの内部時計を合わせます。

 

LAN とWAN のインタフェース

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

イーサネット,無線LAN,ISDN,PRI(Primary Rate Interface:1 次群インタフェース),ATM など,LAN とWAN で使用される代表的なインタフェースの役割,機能を理解する。

用語例:10BASE-T,100BASE-TX,1000BASE-T,IEEE802.11a/b/g/n/ac

イーサネット

CSMA/CD方式を用いる、LANの世界標準です。IEEE802.3 委員会によって標準化されました。CSMA/CD方式を採用しているので、トポロジはバス型かスター型になります。その仕様を「●BASE▲」で表します。

10BASE-5

Thickケーブルを用いる、低速ですが伝送距離の長いバス型LANです。

  • 太い同軸ケーブルを利用する。
  • 通信速度:10Mbps(低速)
  • 最大伝送距離:500m(長距離)
  • 高コストで引き回し(敷設)が難しいがケーブルが丈夫で伝送距離が長いので工場などに向く。

10BASE-2

Thinケーブルを用いる、10BASE-5を簡易にしたバス型LANです。

  • 細い同軸ケーブルを利用する。
  • 通信速度:10Mbps(低速)
  • 最大伝送距離:185m(やや長距離)
  • 10BASE-5寄りは低コストで引き回しが楽だが、コストパフォーマンスは低く、ほとんど利用されていない。

10BASE-T

UTPケーブルを用いる、安価で扱いやすいスター型LANです。

  • UTP(より対線)ケーブルを利用する
  • 通信速度:10Mbps(低速)
  • 最大伝送距離:100m(短距離)
  • 短距離だが安価で扱いやすく、広く普及した。より高速な100BASE-TXなどに置き換えられつつある。

100BASE-TX

UTPケーブルを用いるファストイーサネットのスター型LANです。

  • カテゴリ5(高速用)のUTPケーブルを用いる。
  • 通信速度:100Mbps(やや高速)
  • 最大伝送距離:100m(短距離)
  • 高速用のケーブルにより、10BASE-Tを高速化した規格。下位互換性があり、急激に普及している。

100BASE-FX

光ファイバケーブルを用いる、ファストイーサネットのスター型LANです。

  • 光ファイバケーブルを用いる。
  • 通信速度:100Mbps(やや高速)
  • 最大伝送距離:20kmなど(超長距離)
  • 非常に高価だが、周囲の電磁波などによる影響を受けない。

1000BASE-TX

UTPケーブルを用いる、ギガイーサネットのスター型LANです。

  • カテゴリ5のUTPケーブルを用いる。
  • 通信速度:1Gbps(超高速)
  • 最大伝送距離:100m(短距離)
  • 100BASE-TXを超高速化した技術で、UTPケーブルよりもシールド付きケーブルが推奨されており、高価。

1000BASE-LX

光ファイバケーブルを用いる、ギガイーサネットのスター型LANです。

  • 光ファイバケーブルを用いる。
  • 通信速度:1Gbps(超高速)
  • 最大伝送距離:5kmなど(長距離)
  • 非常に効果だが、周囲の電磁波などによる影響を受けず、超高速なLANを長距離で安定して利用できる。

 

CORBA

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

CORBA はプログラム言語やネットワークプロトコルに依存せず,異機種分散環境におけるシステム統合の基盤の考え方として利用できることを理解する。

用語例:分散オブジェクト技術,クライアント,オブジェクトサービス,リクエストアプリケーションオブジェクト

CORBA(Common Object Request Broker Architecture)

分散オブジェクト技術の代表です。OMG(Object Management Group)が制定した分散オブジェクト技術の仕様で、ネットワーク上に分散しているプログラム間で相互利用を可能にする規格です。

 

ネットワーク管理

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・ネットワーク運用管理の管理項目,管理方法を修得し,応用する。
・ネットワーク管理のためのツール,プロトコルの機能,仕組み,利用法を修得し,応用する。

(1)ネットワーク運用管理 基本情報 応用情報

1.構成管理

構成情報を維持し,変更を記録する構成管理の管理方法を理解する。

用語例:ネットワーク構成, バージョン, SDN ( Software-Defined Networking ),OpenFlow

2.障害管理

障害の検出,分析,対応を行う障害管理の管理方法を理解する。

用語例:情報収集,障害の切分け,障害原因の特定,復旧措置,記録

3.性能管理

トラフィック量と転送時間の関係の分析などによる,ネットワークの性能の管理方法を理解する。

用語例:トラフィック監視

(2)ネットワーク管理ツール 基本情報 応用情報

ネットワーク管理に利用されているツールの機能,仕組みを理解する。

用語例:ping,ipconfig,arp,netstat

(3)SNMP 基本情報 応用情報

ネットワークを構成する機器を集中管理するためのプロトコルであるSNMP とMIB(Management Information Base:管理情報ベース)を使用したトラフィック解析方法を理解する。

用語例:SNMP エージェント,SNMP 管理ステーション,MIB(Management Information Base:管理情報ベース),get 要求,put 要求,trap 要求

ネットワーク運用管理

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

  • 構成情報を維持し,変更を記録する構成管理の管理方法を理解する。
  • 障害の検出,分析,対応を行う障害管理の管理方法を理解する。
  • トラフィック量と転送時間の関係の分析などによる,ネットワークの性能の管理方法を理解する。

用語例:ネットワーク構成, バージョン, SDN ( Software-Defined Networking ),OpenFlow、情報収集,障害の切分け,障害原因の特定,復旧措置,記録、トラフィック監視

構成管理

構成情報を維持し、変更を記録することです。

  • ネットワーク構成の管理
    • 対象:コンピュータと周辺機器、ネットワーク機器:設定内容、接続図、購入日、リース期限など
    • アドレスの管理:無線LANアクセスポイントへの接続可能なMACアドレスの一覧、ローカルIPアドレスの採番ルールと付与済みアドレスの一覧、サブネットマスクなど
  • バージョン管理
    • ソフトウェア:コンピュータやルータ、ゲートウェイなどのOSやシェルの種類とバージョン、共有しているソフトウェアのバージョンなど
    • ドキュメント:構成管理で作成した文章のバージョンと更新履歴など

障害管理

障害管理とは、不具合の検出、分析、対応を行うことです。

性能管理

ネットワークの性能の分析と監視を行います。トラフィック量と転送時間の関係を分析し、ネットワークの性能を維持管理します。

また、トラフィックの監視も重要です。異常な通信の発見とネットワークの混雑の発生などを察知し、ネットワークのスループットの低下やレスポンスタイムの増大を防止します。

ネットワーク管理ツール

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ネットワーク管理に利用されているツールの機能,仕組みを理解する。

用語例:ping,ipconfig,arp,netstat

TCP/IPのトラブルシューティングツール

TCP/IPのトラブルシューティングには、TCP/IPユーティリティを利用します。主なOSにコマンドとして含まれています。

ネットワークで多いトラブルは、他のコンピュータと通信できないというものなので、TCP/IPユーティリティのコマンドを使用すると、コンピュータや周辺機器のどこで障害が発生しているかを切り分けて特定することが出来ます。

ping

コンピュータや周辺機器が正しく接続されているか(導通可否)と、通信にかかる時間(応答時間)を測定できます。

ipconfig

TCP/IPの構成情報を確認します。正しく設定されている場合には、IPアドレスやサブネットマスクなどの値が表示されます。

arp

ARPテーブルを表示および変更するためのコマンドです。ARPテーブルとは、IPアドレスとMACアドレスの対応情報です。

netstat

TCP/IPの通信状況を表示します。接続しているコンピュータの一覧やルーティングテーブルなどを表示することが出来ます。

 

SNMP

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ネットワークを構成する機器を集中管理するためのプロトコルであるSNMP とMIB(Management Information Base:管理情報ベース)を使用したトラフィック解析方法を理解する。

用語例:SNMP エージェント,SNMP 管理ステーション,MIB(Management Information Base:管理情報ベース),get 要求,put 要求,trap 要求

SNMP(Sinple Network Management Protocol)

SNMPとは、ネットワークに接続された通信機器を管理するプロトコルのことです。

  • TCP/IPネットワークにおいて、ネットワーク管理を可能とします。
  • ネットワークに接続された通信機器をネットワーク経由で監視・制御します。
  • 監視対象にSNMPエージェントを置き、SNMP管理ステーションから監視します。

SNMPエージェント

SNMPエージェントとは、SNMPで監視される側に必要な仕掛けのことです。

  • 監視される側(PC、スイッチ、ルータなど)の仕掛けであり、SNMP管理ステーションとの情報交換を行います。
  • 管理用のデータベースであるMIBが組み込まれており、収集した情報を効率よく蓄積・管理できます。
  • SNMP対応機器にはあらかじめ組み込まれています。

SNMP管理ステーション

SNMPで監視する側の仕掛けであり、SNMPエージェントとの情報交換を行います。管理・監視する対象のMIBに基づき、適切な設定を行うことが出来ます。

MIB(Management Information Base:管理情報ベース)

SNMPエージェントに組み込まれている管理情報データベースのことです。

 

 

ネットワーク応用

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・インターネットで利用されている電子メールやWeb などの仕組み,特徴,機能を修得し,応用する。
・イントラネットとエクストラネットの仕組み,特徴を修得し,応用する。
・ネットワークOS の仕組み,特徴,機能を修得し,応用する。
・代表的な通信サービスの種類,特徴,機能,留意事項を修得し,応用する。
・モバイルシステムの仕組み,特徴を修得し,応用する。

【ITパスポート】
・インターネットの基本的な仕組みとサービスの特徴を理解する。
・通信サービスの特徴,伝送速度などを理解する。

(1)インターネット ITパスポート 基本情報 応用情報

1.電子メール

電子メールシステムはメールサーバとメールクライアントで構成されており,送信したメールはメールサーバからメールサーバへリレー方式で配送される仕組みであること,電子メールシステムの特徴,機能を理解する。

用語例:SMTP,POP3,IMAP4,MIME,base64

2.Web

WWW はインターネット上で提供されるハイパテキストのシステムであり,Web サーバとクライアント(Web ブラウザ)を利用してアクセスすること,Web ページはHTML,XML などのマークアップ言語で記述され,ハイパリンクで簡単に別のページを参照できることや,Web アプリケーションシステムの仕組み,特徴,機能を理解する。

用語例:HTTP,CGI,cookie,URL,セッションID

3.ファイル転送

FTP サーバとクライアントの仕組みやWeb への組込み方式の仕組み,特徴,機能を理解する。

用語例:アップロード,ダウンロード,TFTP(Trivial File Transfer Protocol)

4.検索エンジン

Web の環境で利用される代表的な検索エンジンの仕組み,特徴を理解する。

用語例:全文検索型,ディレクトリ型,ロボット型

(2)イントラネット 基本情報 応用情報

インターネットの技術を企業内ネットワークの構築に応用したイントラネットの仕組み,特徴,機能を理解する。

用語例:VPN,相手固定接続,プライベートIP アドレス,NAT

(3)エクストラネット 基本情報 応用情報

企業のイントラネットを相互接続したエクストラネットの仕組み,特徴,機能を理解する。

用語例:EC(Electronic Commerce:電子商取引),EDI

(4)ネットワークOS 基本情報 応用情報

ネットワーク管理や通信サービスの提供を専門に行うソフトウェアであるネットワークOSの仕組み,特徴,機能を理解する。

用語例:ピアツーピア形式,クライアントサーバ形式,NetWare

(5)通信サービス ITパスポート 基本情報 応用情報

代表的な通信サービスの種類,特徴,機能,利用条件,サービス選択上の留意事項を理解する。

用語例:専用線サービス,回線交換サービス,パケット交換サービス,フレームリレー,セルリレー,ATM,IP 電話,ADSL,xDSL,FTTH,衛星通信サービス,国際通信サービス,広域Ethernet,IP-VPN,ベストエフォート

(6)モバイルシステム 基本情報 応用情報

1.モバイル通信サービス

モバイル通信サービスの種類,特徴,サービス選択上の留意事項を理解する。

用語例:移動体通信事業者,仮想移動体通信事業者(MVNO:Mobile Virtual Network Operator),LTE,VoLTE,キャリアアグリゲーション,SIM カード

2.モバイルシステム構成要素

モバイルシステムの構成要素,特徴,機能を理解する。

用語例:基地局,フェムトセル,携帯端末(携帯電話,スマートフォン,タブレット端末ほか),テザリング

3.モバイル通信技術

無線LAN も含め,無線通信で用いられる基盤技術の特徴を理解する。

用語例:ハンドオーバ,ローミング,MIMO,省電力化技術(間欠受信,ドーマント(プリザベーション)ほか)