後で書く

例題: 第一章

通信の形態(unicast, multicast, broadcast, anycast)について、各々どのようなものか説明してください。

  • ユニキャストとは、単一のアドレスを指定して、1対1で行われるデータ通信のこと。
  • マルチキャストとは、特定のアドレスを指定して、1対複数で行われるデータ通信のこと。
  • ブロードキャストとは、同じデータリンク内の全宛先を指定し、1対不特定多数で行われるデータ通信。
  • エニーキャストとは、特定のグループに対して情報を送信し、そのグループの中の最適な一台に情報を送信することができる通信方式のこと。

全二重通信、半二重通信、単方向通信について例をあげて説明してください。

  • 全二重通信の具体例としてEthernetのツイストペアケーブルを使用する10Base-Tや100Base-TXがある。ツイストペアケーブルは送信線と受信線が別々にあるため、データの送受信を同時に行うことができる。
  • 半二重通信は例えばトランシーバーのように, 双方向にデータ伝送可能であるが同時に発信できるのは一方向のみである.
  • 単方向通信は例えば,放送のように信号やデータを特定の一方向へしか送れない通信路や通信方式のことである.

LANでよく使われるトポロジを3つあげ、各々の性質を説明してください。


ここでは, バス,リング,スターの3つを説明する.

バスは複数のノードを1本の媒体で接続する形態である。
1本のケーブルを共有するため、ケーブルの断線が、ネットワーク全体に障害をもたらし、ノード数が増えるほど衝突の発生率が高くなる。

バスと対照的な性質を持つのがリングである.
これは複数のノードをリング状に接続する形態でリング内では、トークンと呼ばれる信号が高速で周回する。
送信したいノードは、このトークンを捕まえ、トークン内にデータを詰め込んで送信をおこなう。
トークンは、リング状のネットワーク上を回るため、衝突は発生しない。
ケーブルに障害が発生すると、被害がネットワーク全体に及ぶ。

バス、リングに対し、ケーブルの断線がネットワーク全体に障害をもたらさず、局所化することが可能な形態が、スターである。
このトポロジーは複数のノードをHUBなどの中心となる通信機器を介してスポーク状に接続する。
ケーブルの配線が他のトポロジと比べ容易で自由度が高い。

完全結合、バス型、スター型、リング型の各トポロジについて、nノードを接続するのに必要なリンクの数を示して下さい。

  • 完全結合: n(n-1)/2
  • バス: 1
  • スター: n - 1
  • リング: n

交換という概念を簡単に説明してください。


任意の通信相手との接続を可能にするしくみのこと

回線交換とパケット交換について説明してください。

  • 回線交換: 事前に通信経路を設定して(シグナリング)、(仮想)回線を確保する交換方法
  • パケット交換: 情報をパケット(小包)に分割して各々に宛先情報をつけて送り、中間の中継地点ではそのときの状況に応じて適切な方面に送る

回線交換でコネクションレスな例、およびパケット交換でコネクションオリエンテッドな例をあげてください。

  • 回線交換でコネクションレス: 電報, 無線ラジオとか??
  • パケット交換でコネクションオリエンテッド: IP電話, インターネットによるデータストリーミング

LAN, WAN, MANといった分類の基準を述べて下さい。

運営組織がどこなのか.
  • 組織が運営している場合,LAN
  • HTT のような通信屋が運営しているなら WAN
  • 政府とか行政とか,そういうレベルになったらMAN

OSI参照モデルが明確にした重要な概念に、サービス、インタフェース、プロトコルがあります。これらを説明し、その関係を図示して下さい。


------------
| k + 1 |
------------
↑ サービス
------------ ------------
| k | <-- プロトコル --> | |
------------ ------------
↓ インターフェース(k-1から見て)
------------
| k - 1 |
------------

  • サービス: ある層が自分の上の層に対して提供するプリミティブ(基本操作)の集合
  • インタフェース: 一つ上位の層がその層をSAPを通じてアクセスする方法を定義したもの
  • プロトコル: 同位エンティティによってやりとりされる情報の意味や手順に関する取り決

プロトコルスタックとは何ですか? また、カプセル化という概念はプロトコルスタックでどのように用いられますか?

  • プロトコルスタック: コンピュータネットワーク用のプロトコルの階層
  • カプセル化: 送信側システムのプロトコルがパケットヘッダーにデータを追加する

OSI参照モデルの各層の名前と役割を簡単にあげてください。

  • アプリケーション層: 具体的な通信サービス
  • プレゼンテーション層:データの表現方法(文字コードなど)
  • セッション層: 通信プログラム間の通信の開始から終了までの手順 (接続が途切れた場合、接続の回復を試みる)
  • トランスポート層: ネットワークの端から端までの通信管理(エラー訂正、再送制御等)
  • ネットワーク層: ネットワークにおける通信経路の選択(ルーティング)。データ中継。
  • データリンク層: 直接的(隣接的)に接続されている通信機器間の信号の受け渡し。
  • 物理層: 物理的な接続。銅線-光ファイバ間の電気信号の変換等

実際のコンピュータネットワークでは5層のモデルがよく使われます。この5層モデルについて、各層の名称、各層で取り扱うデータの単位、各層で利用するアドレス、各層の役割をあげてください。

アプリケーション層メッセージ,データなし(トランスポート)ユーザーの仕事
トランスポート層メッセージ,セグメントポート番号フロー制御、アプリケーションプロセスの識別
ネットワーク層パケット,データグラムIPアドレスインターネット中での配送
データリンク層フレームMACアドレス直接つながった相手への配送
物理層bitなしビットを実際に送る

OSI参照モデルにおけるサービスプリミティブについて図を用いて説明してください。



例題: 第二章

サンプリング定理とは何か説明してください。


あるアナログ的な信号をデジタルデータにサンプリングする場合、原信号に含まれる周波数成分をすべて正確にサンプリングするためには、原周波数の2倍以上のサンプリング周波数が必要となるという定理

ノイズのある伝送路の最大伝送速度の理論的上限は、信号対雑音比がR、伝送路の帯域がBのとき、どのような式であらわされましたか? また、この式からわかることを説明してください。




通信路容量 C より小さい任意のレート R に対して、符号長を十分大きくすれば、ブロック誤り率を0より大きい任意の値以下にする符号化、復号方法が存在する。

3KHzの帯域を有する電話回線で信号対雑音比30dBのとき、最大伝送速度の上限はどれくらいになりますか?


http://formula.s21g.com/?C%20%26%3D%26%203000%20%5...[kbit/sec]%20%5C%5C%0A.png

注) http://formula.s21g.com/?R[dB]%20%3D%2010%5E%7BR/10%7D.png

ベースバンド伝送方式とブロードバンド伝送方式の違いはどこにありましたか。また、各々の特徴について説明して下さい。

  • ベースバンド伝送方式: デジタル信号を生のまま送信
  • ブロードバンド伝送方式: アナログに変換(= 変調:Modulation)して伝送

変調とは何でしたか。例を3つ挙げて説明して下さい。


伝送媒体上を流れる搬送波(キャリア)を伝送すべき信号を用いて変化させ、情報を載せること。
例えば振幅変調 (AM、英語: amplitude modulation)では搬送波の振幅の変化で変調する。
また,搬送波の周波数の変化を利用した周波数変調や位相の変化を使用した位相変調などがある。

1シンボル当たりnビットの情報を持つ b ボーの伝送システムで、転送速度をbit/Secであらわすといくつになりますか?

n * b

多重化とは何でしたか。また、複数の例を挙げ、各々について説明してください。


一つの媒体を複数の通信に利用すること.
無線通信では、隣接する伝送路と人工衛星で偏波をずらす(水平/上下あるいは時計回り/反時計回り)で多重化したり、MIMO (Multiple-input multiple-output) 方式を組合わせたアレイアンテナによって多重化したりする。
ケーブルテレビの加入者宅には1本のケーブルしかないが、その媒体で複数のチャンネルの放送を同時に送り届けている。

マンチェスタ符号の特徴を、RZ符号およびNRZ符号と比較して述べてください。


NRZ は 1はHi 0はLo と割り振る符号化であり, RZ は1/2クロック経ったら必ず0に戻る.
一方でマンチェスタ符号は立ち上がりパルス、立ち下がりパルスを符号として割り当てている.
そのため,符号化自身に誤り検出能力を有している。
また位変化のタイミングと平均電圧がデータ内容に関係なく一定なので,同期が取りやすく衝突検出も簡単という特徴を持っている。
しかし,マンチェスター符号化は1bitを送るために2クロック・サイクルを必要とするため,限られた伝送周波数帯域での伝送効率の点ではNRZ方式よりも劣る。

同軸ケーブルとより対線を比較して特徴をあげてください。


同軸ケーブルは中心の信号を流す導線をポリエチレンなどの絶縁体で囲みその周囲を銅などの網線で覆ったケーブルである。
より対線ケーブルに比べて電磁ノイズに強く、敷設距離も長い。アナログ伝送に最適である.
より対線は電線を2本対で撚り合わせたケーブルである。単なる平行線よりノイズの影響を受けにくい。
より対線は何対かを束ねても細くて扱いやすく,安く作れる。

光ファイバにはシングルモードファイバと呼ばれるものとマルチモードファイバと呼ばれるものがあります。各々の原理と特徴を説明してください。

  • シングルモード: 一つの道筋を通る光だけ使い, 高速で長距離(80Km, 35Km)に向くが,高価で接合に高度な技術を要する
  • マルチモード: 複数の道筋を通ってもなるべく揃えるようにしており,短距離(2Km, 550m)に向き安価である.また接合が比較的容易.

衛星通信の特徴を挙げてください。


地震や津波といった災害に強く,
衛星から地上に向けて発射される電波は、広いサービス・エリアに降り注ぐので、広域をカバーできる(広域性)。
同様に、エリア内の多数の地球局が同時に受信したり、多地点からの情報を集めやすい。(同報性、マルチアクセス性)

地球局を移動させれば、どこからでも自由に短時間に回線を設定できる(回線設定の迅速性・柔軟性)
1個の衛星がカバーできる範囲では、地上の距離に関係なく、伝送コストは一定である。このため遠距離通信では経済的となる。
一方で,遅延(250-300m秒)とカバー範囲が問題である.

例題: 第三章

データリンク層の役割を3つ以上挙げ、それぞれについて説明してください。

  • ビットからフレームを形成する: ヘッダーとデータをまとめたフレームを作成
  • データリンク層アドレスを生成、解釈: 同じ伝送経路内の宛先を見分ける
  • 誤り制御: 誤りを検出して,再送させたり,訂正させる
  • 伝送チャネル割り当て: 複数の伝送チャネルを割りてる
  • フロー制御: データが溢れないように監視する
  • 優先制御: 特に重要なデータ(ネットワークの制御)を先に伝える

ビット列からフレームを形成するためにはどのような方法がありましたか。例を挙げて説明してください。

  • 文字数を先に送る : 一度同期がずれると二度と合わない
  • byte指向の区切り記号を使う : 01111110(0x7E:~)というビットパタンを持つキャラクタ(バイト)を特別な印であるフラグバイト(FLAG)として使う
    • 開始、終了のビットパタン(フラグバイト)を定義: HDLCで01111110
  • 物理層(下位層)情報を使う: オリジナルEthernet、ATM、Ether over SDH
    • フレームを伝送する層において、信号の符号化、伝送方式などによりフレーム境界が明らかな場合がある

何れの場合も、解釈したフレームが正しいかどうかを判断するために、誤り検出のための情報とフレーム内に含まれるbyte(bit)数も送る

データリンク層プロトコル(規格)の例を挙げてください。

  • Ethenetフレーム
  • IEEE802.4
  • FDDI
  • SLIP, PPP
  • VPN

IEEE802.3とIEEE802.5のメディアアクセス方式の違いを説明し、特徴を挙げてください。


IEEE802.3 はバスであり, IEEE802.5 はリングを構成している.
そのため, IEEE802.3は全部のノードに情報が伝わり, アクセス方式は CSMA/CD である.

IEEE802.5 は上流から下流に次々に情報を伝達し、送信したノードまで戻ってきたら送信ノード自身がそれを廃棄する.
トークンがなくなってしまうと通信できない.

IEEE802.3において、最小フレーム長はどのように決定されたのでしょうか? 具体的な数値を挙げて説明してください。


機器間の最長距離 x 2 / 媒体内での信号伝達速度 = 最小フレーム長/データの送出速度
  • MAX 2500m, 4 repeaterという条件で左辺≒51.2μSec
  • 10Mbpsなら512bit = 64byte

データリンク層アドレスがどのように使われるかについて説明してください。


MACアドレス: 複数のノードが接続されている環境でノードを特定する
  • 送る先のMACアドレスは上位層プロトコルで知る
  • 媒体共有型のネットワークでは、基本的にフレームは全ノードにブロードキャストされているが、受け手が取捨選択する
  • IEEE802.xで用いられている6byteアドレスは、上半分がIEEEによってメーカなどの組織に割り当てられるOUI (Organization Unique Identifier)で、下半分が機器固有(シリアル番号)で原則的に世界中でユニーク

ブリッジとリピータを比較して、役割や動作の違いについて説明してください。


ブリッジとはデータリンク層で動作する装置で受け取ったフレームをフレーム単位で再生成する.
また, データリンク層のアドレスを見て適切なポートに出力する.
一度フレーム全体をメモリに貯えるので、異なったフレームが生成可能される.

リピータは電気的に信号を再生成を行う.
レイヤ1の装置で、電気回路である.

例題: 第四章

ネットワーク層の役割を説明してください。


データリンク層以下を利用して、パケット交換サービスを実現する.
複数のリンク、リンクとリンクを接続する中継ノードを経由してパケットを送る.
経路表を作成し、更新する.

ネットワーク層アドレスとデータリンク層アドレスの違いを説明してください。


MACアドレス(データリンク層アドレス)が製造者による製造番号的識別番号であったのに対し、
ネットワーク管理者によるネットワーク内での位置関係に依存した番地的な識別番号

IPv4アドレスの表記方法について説明してください。どのような標記が使われ、また、数値の範囲はどのようになりますか?


IPv4では32bit幅の数値を使う.

IPv4アドレスにおけるクラスとサブネットという概念について各々説明してください。


32bitの分け方として、IPが開発された当初は1オクテット(8bit)ごとに区切りをつける3パタンを考え、
それぞれをクラスA、クラスB、クラスCと呼ぶことにした.
一方,一本のバスを考えた場合, 8bit 単位の区切りでは,
荒すぎる場合があるため,
組織の中で(外には見えない形で)もう一段ネットワークアドレスを設けることとしたのがサブネットである.

ルーティングテーブルについて、簡単なネットワーク例を挙げて説明してください。



ARPおよびRARPの役割について説明してください。


ARPとはIPアドレスからMACアドレスを知るためのプロトコル.
ブロードキャストして本人(そのアドレスを有するノード)から応答をもらう
一度得た情報は対応表(ARP table)を作成して保持する.

一方 RARP は,ARPの逆動作を行い,自分のIPアドレスを知るのに使う.
一見 ARP と似たようなプロトコルだが、意味合いも実現も全く異なる.
他ノードのアドレスを教えることになし,サーバーが必要(アドレスの組を覚えておくデータベースが必要となる)で、サーバーに問い合わせを行う動作をするプロトコルということになる

例題: 第五章

ルーター、ブリッジ、リピーターについて、役割や特徴について述べてください。また、各々、プロトコルスタックのどの層の装置と考えることができるでしょうか?

  • ルーターは Layer3 device であり, ネットワーク層アドレスに基づいてパケットを転送し, 経路情報を交換してルーティングテーブル(経路表)を維持する.
  • ブリッジは Layer2 device であり, データリンク層のアドレスに基づいてフレームを転送する. 転送先を決めるフォワーディングテーブルは通常学習によって作成される.
  • リピーターは Layer1 device であり, 入ってきたビットを電気的に再生成する.

ブリッジの動作について説明してください。具体的なネットワーク例をあげ、フォワーディングテーブルがどのように変化するかについても言及してください。

ルーターの動作をフレームが入ってきてからフレームを送信するまで順を追って説明してください。

複数のルーターをまたがってIPパケットが転送される様子を順を追って説明してください。このとき、特にMACアドレスに注意して説明してください。

IPプロトコルのデフォルトルートという概念について説明し、これがどのような効果をもたらすのか説明してください。

"SampleNet"の図を使い、以下の問いに答えて下さい

1. 同一のネットワークアドレスを有する範囲を示し、各々アドレスを設定してください。
2. 図中のブロードキャストドメインとコンテンションドメインを示して下さい。
3. 各々のルーターについて、1.でつけたアドレスを用いて経路表を作成してください。但し、ポートは若い番号のついているものから順に1,2,...,nとしてください。
4. host Aではダイナミックルーティングを行なうプログラムが動いており、経路表を作成しているとした場合、どのような表ができているでしょうか。3.同様に示して下さい。
5. この構成のネットワークをルーターを使わず、ブリッジだけで構成することは可能でしょうか? 問題があれば、それを解決するための方法を示して下さい。また、ルーターを使った場合との違いを説明してください。

例題: 第六章

トランスポート層の役割を説明してください。


トランスポート層はエンドツーエンドの通信を実現する.
ネットワークに直接関係のある仕事をする最上位の層であるとともに、
通信する二つの計算機プログラムの間であたかも隣接しているかのように見える最下位の層である.
同一のネットワーク層アドレス(ひとつのホスト)内での複数のプロセスへのアドレスを与える.

TCPとUDPがアプリケーション層に提供するサービスの違いについて述べてください。


TCPはスライディングウインドウによるフロー制御やスロースタート、輻輳ウインドウによる輻輳制御を行い,信頼性のあるコネクション指向の通信を提供
一方, UDPはポート番号とチェックサムをつけるだけであり, トランスポート層の機能をアプリケーション側で持つ

コネクションのある通信を実現するためには、どのような仕組みが必要となりますか。


データ転送を始める前に、論理的な通信路(コネクションまたは論理リンク)を設定する。
この動作を「コネクション確立」という。
また、データ転送が終わったあとで論理的な通信路を抹消することを「コネクション解放」という。
このように、コネクションは通信の必要に応じて、動的に生成/消滅を繰り返す。

コネクションの確立や解放が直感的に思われるほど容易ではないのはなぜですか? 例を挙げて説明してください。

  • 重複して来た場合
  • 途中で消滅した場合
  • 通信中にクラッシュした場合
  • パケットがネットワーク内をさまよってひょっこり出る可能性もある

3-way hand shakeについて説明してください。

  1. イニシエータがレスポンダにSYN(実際にはTCPヘッダのSYNフラグが立ったTCPセグメント)を送る
  2. 返事としてSYN + ACK(これもフラグ)が戻る.これは「ほんとにこれ送った?」という確認である.
  3. これにまたACKで返事する

エンドツーエンドのフロー制御と輻輳制御の違いについて説明してください。


フロー制御は通信の当事者同士の問題であり,
受け手のバッファが溢れないように送り手は調整せねばならない(オーバーフロー)とか,
受け手の必要とするデータが不足しないように送り手が調整(アンダーフロー)とかを行う.

輻輳は通信経路での問題であり,
途中の経路で詰まると、両端の能力とは無関係に通信の問題が生じる.
これは,倉庫と工場の間の道路が渋滞すると倉庫の出庫能力や工場の処理能力に無関係に全体がストップことに例えられる.

TCPにおけるフロー制御および輻輳制御の方法について具体的に説明してください。

  • フロー制御では,受け手のバッファが溢れないように送り手は調整せねばならない(オーバーフロー)とか, 受け手の必要とするデータが不足しないように送り手が調整(アンダーフロー)とかを行う.

輻輳は一度起こると収拾をつけるのが難しいため、予防から考える.
  • アドミション制御(網の利用許諾):接続する段階で網の利用の仕方を契約する.なお,TCP/IPでは基本的にはこの考え方はない
  • シェーピング(網への流入調節): ネットワークに流し込むときに調整する
  • ポリシング(流入量監視・規制): ネットワーク側が受けるときに調整する.
  • シェディング(溢れた分の廃棄): 詰まってしまったパイプを掃除を行う.

TCPにおけるスループットを決める要因について説明してください。

  • 一度に送れるサイズ(結局はMTU): B
  • パケットの往復にかかる時間(RTT): R
  • パケットの喪失率: p

UDPの特徴と、UDPを利用したアプリケーション例をあげ、具体的なヘッダの構造を示してください。


UDP は 実は何もしないのが身上で、ポート番号のみが必須の情報である.
コネクション確立、解放の手間がなく,全てはアプリケーションが面倒を見る.

UDPを利用する代表的アプリケーションの1つは、音楽や動画のストリーミング配信がある.
こういったアプリケーションはリアルタイムにデータを受け取らなければならないので, 通信処理の途中でデータをため込んでしまうTCPとはあまり相性が良くない.
その点, UDPは余計なことをせずに, どんどんデータを渡してくれるため, リアルタイムに音楽や動画を再生しやすい.

ヘッダ構造は以下参照.

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