身内でネットワークのざっくり勉強会をした時のスライド資料。

1.
NWざっくり入門
2022/9/4
@dobuzora
ie身内勉強会資料

2. アジェンダ
1. イントロダクション
2. OSI参照モデル
3. 通信の仕組み
4. まとめ

3. アジェンダ
1. イントロダクション
2. OSI参照モデル
3. 通信の仕組み
4. まとめ

4. ネットワークの役割とは？

5. 相手が世界中のどこにいても、
特定しパケットを届ける

6. 持ち帰ってほしいこと！
時間都合でガッツリ削ってます。その上で以下はざっくりと押さえてほしい。
● L2とL3の違い
● NWの冗長化技術の概要
● L3までの通信の仕組み

7. ネットワーク学習の壁
ネットワーク学習の課題
● 通信のイメージが難しい
○ 実機が見えない
○ 理論だけでは難しい
● 試すハードルが高い
○ NW機器は高価
○ 学習には複数台必要
○ 個人レベルでは不必要

8. Cisco Modeling Labs 2
Cisco機器でシミュレーションが可能
● 仮想機器を繋ぐことで、イメージしやすい
● トライアンドエラーで学習可能

9. アジェンダ
1. イントロダクション
2. OSI参照モデル
3. 通信の仕組み
4. NWの冗長化技術
5. まとめ

10. OSI参照モデル
層名称 実際 NW機器
アプリケーション層
プレゼンテーション層
セッション層
HTTP/HTTPS など ロードバランサー
SSLアクセラレータ
トランスポート層 TCP/UDP ファイアウォール
ネットワーク層 IP パケット L3スイッチ、ルータ
データリンク層 Ethernet フレーム L2スイッチ
物理層 電気信号、光信号 光ケーブル、UTPケーブル、ハブ

11. L1(物理層)の世界
繋がっていて、光/電気信号がやりとりできるか
● 繋がっていないと通信できない
● 障害時
○ ケーブルがダメになってる
○ ハードウェア故障

12. L2(データリンク層)の世界
MACアドレスの世界
● NICに一意に付与されているアドレス(48bit)
○ 理論的にはユニーク(例外あり)
○ 上位24bit が OUI、下位24bitがUAA
● L2の役割は、目的の相手(MAC)を特定し届けること
○ Ethernetフレーム

13. L2(データリンク層)の世界
MACアドレスでベンダーを特定
1. MacOSでMACアドレスを確認
ifconfig en0
2. 上位24bitのOUIコードを検索
https://uic.jp/mac/
自宅ルータのベンダをMACアドレスから確認する
% netstat -f inet -nr | grep default # デフォルトゲートウェイのIPアドレスを確認
% arp 192.168.x.x # IPのMACアドレスを確認
MACアドレスの前半部分(OUIコード)を検索
※ ただし、あくまでNICのベンダー

14. L3(ネットワーク層)の世界
IPの世界
● 膨大な数のMACから相手を特定するのは困難
● 階層構造を持つ論理的なアドレスを使う
● L3はL2の世界を抽象化する
○ ネットワーク内のMACアドレスにIPアドレスを対応させる
● IPはコネクションレス

15. L3(ネットワーク層)の世界
IPアドレス
● 32bitの長さ
● 8bitごとに10進数に直して表記されることが多い
● ネットワーク部とホスト部とサブネットマスクがセット
192.168.1.10 / 24
サブネットマスク
ネットワーク部 ホスト部

16. L3(ネットワーク層)の世界
ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス
● ホスト部の内、最初と最後は予約済み
● ネットワークアドレス
○ ネットワークを表す
○ 192.168.1.0/24
● ブロードキャストアドレス
○ ネットワーク内の全てのホスト
○ 192.168.1.255/24
192.168.1.10 / 24
→ 192.168.1.0/24 のネットワークにいる 10番目の人

17. L3(ネットワーク層)の世界
グローバルIPとローカルIP
● グローバルIP
○ 世界で重複なく利用されているIP
● ローカルIP
○ LAN内で使用されるIP
クラスA 10.0.0.0 10.255.255.255
クラスB 172.16.0.0 172.31.255.255
クラスC 192.168.0.0 192.168.255.255

18. L3(ネットワーク層)の世界
自分のLAN内のIPを確認する
% ifconfig eth0
特定のサイトのIPを調べる
% dig FQDN

19. L4(トランスポート層)の世界
TCP/UDP
● L3(IP)はあくまで届けるのみ
● 再送処理などをサポート
● ポート番号からサーバ内の宛先特定
● 範囲外のため詳細は割愛

20. アジェンダ
1. ネットワークの意義
2. OSI参照モデル
3. 通信の仕組み
4. まとめ

21. L2の通信
目的の相手(MACアドレス)に届ける
● PC1はPC3に通信をしたい
● Ethernetフレームを送る
● 宛先をPC3のMACアドレス、送信元を自身のMACアドレス
L2スイッチ
PC1 PC2 PC3

22. L2の通信
MACアドレステーブル
● L2スイッチはMACアドレステーブルを持っている
● 該当MACアドレスがどこにいるか把握、そのポートに転送する
● 把握していない場合はフラッディングする
L2スイッチ
PC1 PC2 PC3

23. L3の通信
ネットワークとネットワークを繋ぐ
● Ethernetフレーム(L2)の世界は、同じネットワーク内の話
● 別のネットワークにいる誰かに送信する時は、IPプロトコルの出番
● IPパケット
○ 宛先が相手のIP
○ 送信元が自分のIP
ネットワークB
192.168.2.0/24
ネットワークA
192.168.1.0/24
ルータ ネットワークC
172.16.0.0/16
ルータ

24. L3の通信
デフォルトゲートウェイ
● 宛先IPが自身のネットワークではない場合の出口
● この仕組みにより、管理外のネットワーク以外と通信が可能

25. L2とL3を繋ぐARP
L2とL3をどうやって紐づけるのか？
● 通信をするためには必ず相手のMACアドレスが必要
● 送信前に宛先IPアドレスから、宛先MACアドレスを特定する
● ARPで解決する
確認コマンド(MacOS)
% arp -a
● デフォルトゲートウェイの場合は、そのMACアドレスをセットする
● これらの仕組みで、所属ネットワーク以外のMACアドレスを管理不要

26. アジェンダ
1. ネットワークの意義
2. OSI参照モデル
3. 通信の仕組み
4. まとめ

27. まとめ
L2とL3の違い
● L2はOSI参照モデルのデータリンク層のこと
○ EthernetフレームとMACアドレスの世界
● L3はOSI参照モデルのネットワーク層のこと
○ IPパケットとIPアドレスの世界
L3までの通信の仕組み
● 物理的に繋がっている状態で、L2とL3の技術があればパケットは届く
● L2はMACアドレステーブルで転送
● L3はルーティングテーブルで転送
● L2とL3を繋ぐ役割はARPがになっている

28. 参考図書
『マスタリングTCP/IP』
● 大学時の教科書
● 今日の内容はこの本により詳しく記載
● ガッツリ理論
『パケットキャプチャの教科書』
● 仕組み重視の本
● イメージが掴みやすい