最終更新:ID:1NZz4bJK8w 2015年07月02日(木) 00:04:20履歴
- 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.
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。
- 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: 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
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
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| k + 1 |
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↑ サービス
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| k | <-- プロトコル --> | |
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↓ インターフェース(k-1から見て)
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| k - 1 |
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- 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: 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
- 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
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 |
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
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: 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
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。
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。
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。
- 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.
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.
- 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
- 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
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.
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
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.
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.
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
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.
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
- 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.
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。
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
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。
- 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
- 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
- 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.
- これにまたACKで返事する
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.
- 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.
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