ネットワークを構成する要素（要約）

ネットワークを構成する要素（要約）（BNS補助資料）

序

格言「ネットのことはネットに訊け」

我々の心構えとして
- 情報が豊かになり、ネット上で様々な情報が気軽に得られる時代
  - Webで調べる、ネットを通して人に尋ねる、両方の含みがある
- 「学ぶ」ことは、沢山のことを「記憶する」ことを意味しなくなってきた。必要な素養は、
  - 調べ方を知ること
  - 見つけた情報源の、内容を理解し、また、それを自分の言葉で語る、言語能力
  - 細部は調べて思い出すとしても、全体像は理解しておく必要がある。
- なお、この科目の期末試験でもそういった能力を問われることになるだろう。
ネット自体がこの原理で動作している（これについてこれから解説していく）

なお、この言葉を検索するときは、
- 「“ネットに聞け”」のようにクォートで囲む（単語に分解してヒットするページを抑制する）
- 聞け訊けという複数の漢字を試みる
といった工夫が必要。

1 伝達

様々な物理層の形態がある。

媒体としては以下のようなものが使われてきた。
- 電線（伝統的にはツイステッドペアだが、同軸ケーブルも使われる）
  - 初期のイーサネットは同軸ケーブルを使っていた（こんなケーブルから出発した）。
  - CATV（映像信号からスタート）も元来は同軸ケーブル
  - 電話線（一対の並行な電線）を使った技術として ADSL（をはじめとするxDSL）技術も広く使われていたがこの1,2年の間に撤退するプロバイダが増えている。
- 光ケーブル
- 無線（電波）：無線LAN, 移動体通信用電波など
- その他（光線などもある）
建物（あるいはキャンパスのように単一組織の土地内）に限定されたネットワークを LAN と呼び、それを超えた広さのネットワーク（例えば道路を跨ぐ接続は公的に承認された組織でないと敷設できない）は WANと呼ばれる。

LANとWANでは使われる媒体や形式（物理層）も自ずと違ったももになる。

自分のPCで使える物理的インタフェースは（前にも述べたが）ipconfig コマンド（他にもGUI的な方法もあるがここでは省略する）などで確認できる。ただし、Loopback などと表記されるインタフェースは、外部との接続に使われるものではなく、同じPC内（の個別のプロセス相互間）での通信に使われるもの。
中継機器

さまざまな種類の中継機器が、LANやセグメントの間でパケットの中継伝達（ネットワークAからBへ、あるいはその逆方向に）を行っていて、それらの集合体がインターネットを形成している。
- リピータ（ハブを含む）とスイッチングハブ
- ルータまたはレイヤー３スイッチ（IPの中継）
- ブリッジ
- 上位層での中継機器やサーバ（proxyサーバなど）
たとえばここ（教室）からGoogleなどにアクセスをする時は、LANから出発して、中継機器により接続（パケットを転送）され、様々なネットワーク（WANや国際回線も含む）を乗り換えながらパケットが地球約半周の旅をすることになる。
- なお、本学のLANは、専用回線を経由してSINET（文科省が運用）や、 UCVの回線（このあたりがWANの位置付け）を経由してインターネットとの接続を実現している（下図）。
物理層の方式で重要な技術として「イーサネット」から継承された　「CSMA」がある。
- 有線だと、ケーブル、無線の場合は、空気（空間）という単一の媒体に対して、　複数の機器が信号を送出することで、多数の機器が相互に通信可能なLANが成り立っている。（これを、「マルチアクセス」と呼ぶ）
  - 光も電波も本質は「電磁波」だが、光の波長が1ミクロン弱（この波長だと直進する）のに対し、例えばWifiで使われる電波は（右板書図で計算した）10cm程度のオーダーになる。これだと、同時に同じ空間で発せられた電波は互いに干渉する（混線のような状態になる）。
- 多数の人が集まった討論会の会場（司会なし）などに例えば場合、
  - 誰かが話しているときには、それを聴き（キャリアセンス）、終わるまで待つ。
  - 同時に複数の人が話し出そうとした時（コリジョン）にどう対処するか、は、 CSMA/CD、CSMA/CA といった複数のやり方がある。
- この喩えで言えば、他人同士の個人的会話も、耳に入ってしまうことがあり、（実際、WireSharkを使えば、他人の通信も一部はキャプチャできる）混線や情報の漏えいなどをどう防ぐかは、マルチアクセスでの重要なテーマとなる。（が、詳しくはここでは省略する）
マルチアクセスを実現する方法は、CSMA（LANでは主流だが）だけではない。概要については、たとえばこんなサイトを参照下さい。

2 サーバ

（Windowsの内部事情も含めて紹介する）

PCを最初につないだ時：　　 DHCPサーバ（昔は RARP, BOOTPもあった）
- TCP/IPで通信を行うためには、コンピュータがIPアドレスを持つことが必要。しかしそのIPアドレスはネットから資源の割当を受ける必要がある。
  - この、物事のはじまりに関わる鶏と卵のような関係（他に、コンピュータはソフトウェアをどうやってメモリに読み込むか、など）を、技術用語では「ブートストラップ問題」と呼ぶ。
  - コンピュータのIPアドレスに関するブートストラップ問題を解決する策としてこのDHCPがある。
- PCではクライアントがサービスとして動作している。
```
sc query | findstr /i dhcp
```
  または、タスクマネージャ（taskmgr.exe)で確認されたし。
- 制限ブロードキャストアドレス（255.255.255.255）や MACレベルのブロードキャストアドレス（ff:ff:ff:ff:ff:ff）にリクエストを出す。
- DHCPで受け取った情報は ipconfigで確認できる（既出；/ALLスイッチをつけるとより詳しい情報が表示される）
近距離の通信を司る、MACアドレスを使うために：
- ARPサーバ（実際には各機器が自主的に答えている）
- 昔は代理応答をする proxyARPという仕組みもあった
```
arp -a
```
- やはりブロードキャストアドレス（MAC）に問合せを送っている
ドメイン名とIPアドレスとの間の変換：
- DNS（ネームサーバ）
- ‘.’ を木構造の「根」とした階層構造が作られている。
- クライアント内ではキャッシングのみ行う（DNScache）

明示的に問い合わせを行うコマンドが nslookup など
```
nslookup www.nagano.ac.jp
nslookup www.nagano.ac.jp 8.8.8.8
nslookup -type=ns .
```
などの問い合わせを実験してみて下さい。
- Unix系OSでは dig コマンドもよく使われる。
- ブラウザを含む多くのアプリケーションが内部で自動的にこの変換を行っている。
  - ドメイン名の代わりにIPアドレスを使ったURLでもWebにアクセスできる（ことが多い）。
- netstat コマンド等では、逆引き（IPアドレスー＞ドメイン名）を行っている。
  - この「解決」に時間がかかることがある
  - ネットワーク系のコマンドでは多くの場合 ‘-n’ をつけると逆引きが抑制される。

アプリケーションを司る様々なサーバ：（たとえば）
- Webサーバ
- SMTPサーバ
- POPサーバ（IMAPも使われる。兼ねることも多い）
前々回示したように、各サーバと直接「お話」をしてみて下さい。
ネットワーク維持のためのサービス
- RIP, BGP, OSPF など
- ICMP（非IPのパケットの１つ）
その他（書ききれないので省略する）

用語の補足と、あぶない話

図のように、一台のPCの中（丸く囲んだ）には、表で動くプロセスすなわちアプリケーション（画面に何かが窓として表示される）と、裏側で（特に表示されることなく、しかし常時）動いているプロセスとがある。
裏で常時動いている方は、デーモンなどとも呼ばれる。これらは表のプロセス(アプリ）からの要求に答える形で動作することが多く、アプリからは「（PC内での）サーバー」として動作することになる。
一方これらの常駐プログラムは、ネットに対して問い合わせを送る。この関係においては、これらのプログラムは（ネットワークでの）クライアントとして動作する（つまりクライアントでもありサーバでもあるプログラム）。
DHCPclient、DNSclientもこういったプログラムの１つである。
なお、DHCPに関して、LANの中にDHCPサーバが１つだけとは限らない。複数のDHCPサーバがあったとき、（ネットワークでの）クライアントが、どのサーバに問い合わせを送るかを選択することはできない（なにしろIPアドレスすらまだ付与されていない段階だから）
- DHCPクライアントはサーバを指定する代わりに、LAN内のブロードキャストアドレスに対して問い合わせを送り（LAN内の全コンピュータに届く）、それを受けたコンピュータのうちDHCPサーバが動いているもの（時には複数台）が応答を返す。クライアントはそのうち最初に受け取ったものを信頼してIPアドレス等の設定に用いる。
- ということで、LAN内に悪意のあるDHCPサーバが稼働していた時には危ないことになる（たとえば偽のDNSサーバ情報を掴まされるなど）といったことも想像してもらうといいだろう。
DNSclientも同様の動きをする。ブラウザはDNSclientに問い合わせをしてドメイン名をIPアドレスに変換してもらう（右図）。
- 一方、NSLOOKUPコマンドなどは、このプログラムを通さずに直接ネットワークに問い合わせを送る。