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情報ネットワーク基礎・ガイダンス

投稿者: in 情報ネットワーク基礎, 斉藤徹, 講義録 投稿日:

情報ネットワーク基礎では、インターネットがどのような仕組みなのか、どのようにして動いているのかを説明する。TCP/IPって何? IPアドレスって何? セキュリティって何?

あなたが使っているネットワーク機能は?

まずは、Teams にて「あなたが使っているネットワーク機能は？」を返信にて書き込んでください。
ただしネットワークを使うことでコンピュータがどう動いているかの視点で答えてほしい。

共有：ネットワークプリンタ、ファイル共有… – サービスを利用する視点
(ハードウェアや情報を共有)

分散：大量のコンピュータで負荷分散、リスク分散… – サービスを提供する視点
(仕事を分散し全体で高速化, 沢山のコンピュータの1台が壊れても全体は動く)

ネットワークの歴史

昔のコンピュータは、開発にお金がかかるため1台のコンピュータを全員で使うもの(TSS: Time Sharing System/時分割システム)だった。冷戦の時代、軍の重要な処理を行うコンピュータでは、コンピュータのある所に核攻撃を加えられ、軍の機能がすべて動かなくなることは問題だった。1970年頃にアメリカ国防総省ARPANETがインターネットの原型(TCP/IP)を作る。

1980年代には、パソコンが同じ組織内でネットワークで繋がるようになるLAN(Local Area Network)が使われるようになる。1990年代には、LANどうしを遠隔地接続をするWAN(Wide Area Network)が発達し、Internet(広域コンピュータネットワーク)という言葉が広く普及していった。欧州原子核研究機構(CERN)で、ティム・バーナーズ=リーがWorld Wide Web/httpを開発(1989)。1995年、マイクロソフトの家庭用パソコンのOS Windows95の普及と共にWWWが普及する。

  • 1980年代:パソコン通信※
  • 1997年:weblog(blog:自分で作るwebページの拡大)
  • 1998年:Google検索
  • 1999年:2ch
  • 2003年:SNSの誕生(2004:mixi)
  • 2006年:Twitter,Facebook(一般開放)

コンピュータインタフェースとネットワーク(物理層)

ネットワークにおける情報伝達において、伝送媒体(電気信号,光)にて0/1を伝えるための取り決めは、物理層という。まずは、コンピュータと機器の接続について考えると、シリアル通信とパラレル通信に分類できる。(シリアル通信は時間を細かく区切って複数の信号を送ることから時分割多重通信と呼ぶこともある)

通信の高速化に伴い、伝送の配線はコンデンサやインダクタンスを考慮したインピーダンスマッチングが重要となる。このため、高速通信のインタフェース両端は終端抵抗(ターミネータ)が必要だった。

1本の信号線で単位時間あたりのデータ通信速度が同じであれば、パラレル通信の方が高速であるが、長い通信路ではノイズ対策が重要でありノイズ対策をきちんとした線が複数本あるとケーブルが太くなることから、長い通信路ではシリアル通信が使われる。少ない信号線に対してノイズ対策をきちんと施すことができるので、長い通信路ではシリアル通信の方が高速となる。

パラレル通信の例：パラレルポート(プリンタ用)IEEE 1284、ハードディスクATA(IDE)、計測器GP-IB

シリアル通信の例：RS-232C、IEEE1394(FireWire)、ハードディスク(SATA)、USB1.1, USB2.0, USB3.0, USB3.1 Gen2, USB3.2 Gen2x2…、有線LAN/Ethernet

有線LAN/Ethernetの種別

  • 半二重通信 – 送信/受信を1本の信号線でおこなう。
  • 全二重通信 – 送信用の信号線、受信用の信号線がそれぞれ別。送信受信を同時にできる。
    • 複信 Simplex(一方的な放送), Half Duplex(半二重), Full Duplex(全二重)
  • 10BASE/* – 10Mbit/sec
    • 10BASE/5 – ケーブルに針を刺して増設 – 半二重通信/ターミネータが必要
    • 10BASE/2 – T型BNCケーブルで延長 – 半二重通信/ターミネータが必要
    • 10BASE/T – HUBで分配(終端抵抗などの問題はHUBが解決してくれる) – 全二重通信
  • 100BASE-T – 100Mbit/sec / CAT5
    • 信号線のノイズ対策は、シールドで覆う、信号線を“より線”(ツイストペア)にするなどの対策が重要
      • シールドや”より線”の方式でカテゴリー CAT5,CAT6,CAT7 などで分類される
  • 1000BASE-T ギガビット – 1000Mbit/sec = 1Gbit/sec / CAT6
  • 10000BASE , 10GBase – 10Gbit/sec / CAT7

同軸ケーブル

ツイストペアケーブル

ツイストペアケーブルがノイズに強い理由

理解確認

  • ネットワークにおける共有と分散について例をあげて説明せよ。
  • TSSのような通信によるコンピュータと、TCP/IPによる通信網を比べ何がどう良いのか？
  • シリアル通信とパラレル通信、それぞれの利点欠点は？
  • 10BASE/5,10BASE/2,10BASE/Tのそれぞれの問題点は？
  • CD1枚のデータを1000BASE-Tのネットワークで転送するのに何秒かかる?
    • サンプリングレート44.1kHz,16bit,ステレオ2ch,74分