第3回スタジオ･アルカナ社内勉強会のスライドです。 インターネッツの繋がる仕組みを物理層からデータリンク層までをゆるやかに。

1. インターネッツの繋がるしくみ
（物理層編）
スタジオ･アルカナ 吉田 紳一郎
2016/03/03(木) ひなまつり
SA Study #3

2. （免責事項）
全体を通して悪ふざけが
混じっているように感じる
方もいるかもしれませんが
意識は低めでお願いします

3. 過去の勉強会のおさらい

4. 第1話：CSS設計のお話

5. 第1話：CSS設計のお話
第2話：Monacaのお話

6. 第1話：CSS設計のお話
第2話：Monacaのお話
第3回：ネットワークのお話
きょうはコレ

7. 関連性はもとめないスタンス。

8. なっちゃんが
「お前、ネットワークのこと
くらい、あたしに教えろよ」
って圧力ガーーー

9. 今回はネットワークのお話です

10. あと、

11. ハッシュタグは
#sa_study
らしいです

12. さて

13. みなさん、今日も
インターネッツを使って
時間をつぶしましたね？

14. ブラウザにURLを入力して、
インターネッツにアクセスして、
コンテンツを閲覧して、
ニヤニヤしていましたね？

15. ブラウザにURLを入力して、
なぜ、コンテンツの閲覧が、
できるのでしょうか？

16. Webブラウザ

17. Webブラウザ
Webサーバー

18. Webブラウザ
Webサーバー
インターネッツで
つながっている！
なにかすごそうなもの
（写真はEniac）
（画面はMosaic）

19. というわけで、

20. ブラウザでURLを入力して、
コンテンツが返ってくるまでを
追ってみましょう。

21. まず、

22. パソコンの繋がる
ネットワーク機器から

23. ノートパソコン

24. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント

25. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ

26. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
ルーター

27. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
ルーターONU
ONU: 光回線終端装置

28. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
ルーターONU
ONU: 光回線終端装置
通信事業者様

29. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
ルーター
このへんまでの仕組みを
知ってれば、Webアプリ
開発はなんとかなるゲ。

30. ではさっそく、

31. 無線LAN

32. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
ここ

33. 無線LANってなんだ？

34. IEEE 802.11 という規格
※ IEEE :米国電気電子学会

35. 一般的に、電波で通信をする
※ 赤外線を使う場合もある

36. 時代によって、種類もいろいろ。
進化を遂げている

37. 世代 規格 周波数帯 通信速度 時代
1 IEEE 802.11
2.4 GHz帯
2 Mbps 1997年頃
2 IEEE 802.11b 2.4 GHz帯 11 Mbps
1999年頃
3
IEEE 802.11a 5 GHz帯 54 Mbps 1999年頃
IEEE 802.11g 2.4 GHz帯 54Mbps 2003年頃
4 IEEE 802.11n 2.4 / 5 GHz帯
65Mbps -
600Mbps
2009年頃
MIMO 4本
5 IEEE 802.11ac 5 GHz帯
292.5Mbps -
6.9Gbps
2014年頃
MIMO 8本
※MIMO: Multiple Input Multiple Output
複数のアンテナを組み合わせてデータ送受信の帯域を広げる技術

38. これ

39. 2.4GHz帯は自由に使えるが、
5GHz帯を使うには免許が必要
※5.15 - 5.35GHz 帯域は移動体衛星通信システムで
利用されているため、電波法によって屋外での利用が
禁止されているのです。景気よくつかまるよ！

40. ちなみに、
2.4 GHz 帯は電子レンジが
発する電波の周波数体なので、
電子レンジ使用中に無線LANの
通信がしにくい時があるのは
コレの影響。
11b,11g,11nが影響を受ける。

41. 電波の干渉がある無線LANが
通信を確立する仕組み

42. CSMA/CA
Carrier Sense Multiple
Access/Collision Avoidance
（搬送波感知多重アクセス
／衝突回避方式）

43. CSMA/CA
IEEE 802.11で使われている
通信プロトコル

44. CSMA/CA
１．搬送波感知（Carrier Sense）
２．多重アクセス（Multiple Access）
３．衝突回避（Collision Avoidance）
という仕組みで通信する

45. １．搬送波感知（Carrier Sense）
空中で他の無線LANが通信を
行っていないかどうかを確認。

46. ２．多重アクセス（Multiple Access）
他のデバイスが通信を行って
いなければ、自分の通信を開始。

47. ３．衝突回避（Collision Avoidance）
搬送波感知のときに、
もし他のデバイスが通信していた場合は
送信をしないで、
ランダム時間待機してから再送信。

48. 無線LANを調べてみると
たくさん電波飛んでるのが
わかります。

50. こんな風に簡単に
電波を調べられるということは、

51. 悪意があったらデータを
盗聴されちゃうかも！？

52. 無線LANのセキュリティ

53. データの盗聴
不正侵入
この2点への対策が必要。

54. データの盗聴
データを盗聴されないように
するためには、データを
暗号化することで対策できます。

55. 名称 暗号化方式
暗号化
アルゴリズム
セキュリティ
強度
補足
WEP
WEP-40 RC4 ×
WEPは解析されるから
もう使っちゃダメ
WEP-104 RC4 ×
WPA
TKIP RC4 △
TKIPは使わない方がよ
い
(CCMP)
任意
AES ◎
WPA2が使えない場合
はこれかな
WPA2
(TKIP)
任意
RC4 △
TKIPは使わない方がよ
い
CCMP AES ◎ これが一番オススメ
※WPAは「TKIPの実装を義務化、CCMPの実装を任意」、WPA2は「TKIPの実装は任意、CCMPの実装は義務化」
なので、WPAの暗号化にCCMPがあったりなかったり、WPA2の暗号化にTKIPがあったりなかったりします

56. 不正侵入
不正侵入されないように
するためには、認証することや、
SSIDをステルスに
すること、接続可能な機器を
制限することで対策できます。

57. SSID
SSIDは無線LANの
アクセスポイントの識別名。
識別名を見えないようにする
ことで、セキュリティを向上
させることができます。
SSID: Service Set Identifier

58. さて、ここでテストです。

59. 無線LAN(IEEE 802.11)に関する記述として，適切なものはどれか。
機器間の距離に制約がない。
情報の漏えいや盗聴の可能性がないので，セキュリ
ティ対策は不要である。
赤外線や電波を利用しているので，接続機器の移動
が容易である。
マイクロ波帯の電波を利用する場合は，電波法の規制
を受けない。
ア
イ
ウ
エ
（出典）基本情報技術者 平成14年秋期 午前問64

60. 無線LAN(IEEE 802.11)に関する記述として，適切なものはどれか。
機器間の距離に制約がない。
情報の漏えいや盗聴の可能性がないので，セキュリ
ティ対策は不要である。
赤外線や電波を利用しているので，接続機器の移動
が容易である。
マイクロ波帯の電波を利用する場合は，電波法の規制
を受けない。
ア
イ
ウ
エ
（出典）基本情報技術者 平成14年秋期 午前問64

61. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
おわりました

62. 無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
次ここ

63. 有線LAN

64. 有線LANってなんだ？

66. IEEE 802.3 という規格
（Ethernet）

67. その前に

68. OSI参照モデル
コンピュータの通信を
階層構造に分けたモデル。
通信プロトコルを7つの
階層に分けて定義している。

69. 物理層
データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
セッション層
プレゼンテーション層
アプリケーション層
OSI参照モデル
HTTPやFTP等の具体的な通信プロトコル
データの表現方法（文字コード変換など）
通信プログラム間の通信の開始から終了までの手順
ネットワークの端から端までの通信管理
ネットワークにおける通信経路の選択（ルーティング）
直接的に接続されている通信機器間の信号の受け渡し
物理的な接続。コネクタのピンの数、コネクタ形状の
規定等。銅線-光ファイバ間の電気信号の変換等。
7
6
5
4
3
2
1

70. ノートパソコン
無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
ルーター
この機器を例にすると、

71. 物理層
データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
セッション層
プレゼンテーション層
アプリケーション層
こんな感じ
スイッチングハブ、
無線LANアクセスポイント（ブリッジモード）
LANケーブル、無線LANの電波
ルーター、
無線LANアクセスポイント（ルーターモード）
サーバー、パソコン
7
6
5
4
3
2
1

72. データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
アプリケーション層
メジャーなプロトコルでいうと
TCP、UDP
IP、ICMP(ping)
Ethernet、IEEE 802.11
HTTP、FTP、SMTP、DNS、IMAP、POP3、
SSH、Telnet、など。
ここの3層はあんまり区別されず、アプリケーション層
がほとんどその役割をもつ場合が多い。
物理層
プレゼンテーション層
セッション層
7
6
5
4
3
2
1

73. （出展） https://ja.wikipedia.org/wiki/ルーター

74. データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
アプリケーション層
Ethernet、IEEE 802.11
物理層
プレゼンテーション層
セッション層
今日はこのあたりの話をしている
7
6
5
4
3
2
1

75. LANケーブル

76. データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
アプリケーション層
←LANケーブル物理層
プレゼンテーション層
セッション層
7
6
5
4
3
2
1

77. LANケーブルにも
種類がいろいろあります

78. 10BASE-2
10BASE-5
1990年代ぜんはん
10BASE-T
1990年代こうはん
ツイストペアケーブル
50Ω同軸ケーブル
10M bpsのじだい（むかし）
形は今のLANケーブルとおなじ
通信速度は10Mbps
形状はテレビの線みたいな感じ
1990年代ぜんはん
50Ω同軸ケーブル
通信速度は10Mbps
形状はテレビの線みたいな感じ
通信速度は10Mbps
カテゴリ3という種類のもの

79. LANケーブルの規格には
カテゴリーという区分があります

80. カテゴリー 略称 Ethernet 通信速度 伝送帯域 備考
カテゴリ3 CAT3 10BASE-T 10M bps 16M Hz もう見かけない
カテゴリ5 CAT5 100BASE-T 100M bps 100M Hz 500円/1m
エンハンスド
カテゴリ5
CAT5E 1000BASE-T 1G bps 100M Hz 600円/1m
カテゴリ6 CAT6 1000BASE-T 1G bps 250M Hz 800円/1m
エンハンスド
カテゴリ6
CAT6E 10GBASE-T 10G bps 500M Hz 900円/1m
カテゴリ7 CAT7 10GBASE-T 10G bps 600M Hz
3000円/1m
ノイズに強い
※Ethernet規格では、ケーブルに銅を使っているか、光ファイバーを使っているかなど、
他にも細かい仕様がたくさんあります。
※エンハンスドカテゴリ6（CAT6E）は、規格上は Augmented Category 6 (CAT6A)と呼ばれます。
※カテゴリ１（電話線など）、カテゴリ２（ISDNなど）、カテゴリ４（ほぼ使われていない）は割愛

81. お店でLANケーブルみると
パッケージに書かれています

82. リピーター
という機器もあります
（延長コードみたいな感じ）

83. PoE (Power over Ethernet)
という規格もあって、
LANケーブルから電源の供給が
できるようにもなっています。

84. スイッチングハブ

86. データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
アプリケーション層
←スイッチングハブ
物理層
プレゼンテーション層
セッション層
7
6
5
4
3
2
1

87. 差し込み口が複数あるけど、
どうやって識別しているの？

88. MACアドレス
（Media Access Control address）

89. Ethernetに繋がる機器は
世界で１つだけのアドレスである
MACアドレスが割り当てられる
（製造段階で割り当てられる）

90. これ

91. B8-F6-B1-10-A1-93
シリアルID機器IDベンダーID
６つのオクテットで構成されていて
規則が決まっている
※ちなみに、B8-F6-B1 は Apple のベンダーID。MacBookの人はみんなここ同じかな？

92. このMACアドレスを使って
それぞれの機器を識別します

93. たとえば、
こんな風に繋がっている場合

94. パソコンA
B8-F6-B1-00-00-99
B8-F6-B1-00-00-44
パソコンB
B8-F6-B1-00-00-88
B8-F6-B1-00-00-11
スイッチングハブ

95. スイッチングハブ
ポート１ B8-F6-B1-00-00-88
ポート２ なし
ポート３ なし
ポート４ B8-F6-B1-00-00-99
スイッチングハブは、どのポートに
どのMACアドレスの機器が
繋がっているか内部で保持している
MACアドレステーブル

96. パソコンA パソコンB
スイッチングハブ
MACアドレスを頼りにして
機器同士の識別を行い通信する

97. IEEE 802.3（Ethernet）
物理的なLANケーブルの仕様と
ネットワーク機器同士が通信を
行うためのプロトコルが
定められている規格。

98. CSMA/CD
Carrier Sense Multiple
Access/Collision Detection
（搬送波感知多重アクセス
／衝突検知方式）

99. CSMA/CD
IEEE 802.3（Ethernet）で
使われている通信プロトコル

100. CSMA/CD
１．搬送波感知（Carrier Sense）
２．多重アクセス（Multiple Access）
３．衝突検知（Collision Detection）
という仕組みで通信する

101. １．搬送波感知（Carrier Sense）
ネットワーク上で他の機器が通信を
行っていないかどうかを確認。

102. ２．多重アクセス（Multiple Access）
他のデバイスが通信を行って
いなければ、自分の通信を開始。

103. ３．衝突回避（Collision Detection）
自分が通信中に他のデバイスが通信を
開始して衝突を検知した場合は、
ランダム時間待機して再送信。

104. CSMA/CD と CSMA/CA の違いは、
衝突してから待機するのか、
衝突する前に待機するのか、
というところ。

105. さて、ここでテストです。

106. CSMA/CD方式のLANに接続されたノードの送信動作に関する記
述として，適切なものはどれか。
各ノードに論理的な順位付けを行い，送信権を順次受
け渡し，これを受け取ったノードだけが送信を行う。
各ノードは伝送媒体が使用中かどうかを調べ，使用中
でなければ送信を行う。衝突を検出したらランダムな時
間経過後に再度送信を行う。
各ノードを環状に接続して，送信権を制御するための
特殊なフレームを巡回させ，これを受け取ったノードだ
けが送信を行う。
タイムスロットを割り当てられたノードだけが送信を行う。
ア
イ
ウ
エ
（出典）基本情報技術者 平成23年特別 午前問37

107. CSMA/CD方式のLANに接続されたノードの送信動作に関する記
述として，適切なものはどれか。
各ノードに論理的な順位付けを行い，送信権を順次受
け渡し，これを受け取ったノードだけが送信を行う。
各ノードは伝送媒体が使用中かどうかを調べ，使用中
でなければ送信を行う。衝突を検出したらランダムな時
間経過後に再度送信を行う。
各ノードを環状に接続して，送信権を制御するための
特殊なフレームを巡回させ，これを受け取ったノードだ
けが送信を行う。
タイムスロットを割り当てられたノードだけが送信を行う。
ア
イ
ウ
エ
（出典）基本情報技術者 平成23年特別 午前問37

108. もう一問。

109. CSMA/CD方式による10Mビット／秒のLANの特徴として，適切なも
のはどれか。
送信フレームの衝突が生じたときは，送信端末は送出
を中断し，乱数に従った待ち時間の後に再送する。
多数の端末が同時にデータを送出する場合は，伝送
路が時分割多重化されるので，10Mビット／秒の伝送
速度は保証されない。
端末がデータの送信権を確保するためには，トークン
を獲得する必要がある。
端末ごとにタイムスロットが決められるので，必ずその
タイミングでデータを送信する必要がある。
ア
イ
ウ
エ
（出典）基本情報技術者 平成17年秋期 午前問54

110. CSMA/CD方式による10Mビット／秒のLANの特徴として，適切なも
のはどれか。
送信フレームの衝突が生じたときは，送信端末は送出
を中断し，乱数に従った待ち時間の後に再送する。
多数の端末が同時にデータを送出する場合は，伝送
路が時分割多重化されるので，10Mビット／秒の伝送
速度は保証されない。
端末がデータの送信権を確保するためには，トークン
を獲得する必要がある。
端末ごとにタイムスロットが決められるので，必ずその
タイミングでデータを送信する必要がある。
ア
イ
ウ
エ
（出典）基本情報技術者 平成17年秋期 午前問54

111. でも、
最近はスイッチングハブなどの
性能があがっているので、
実際には衝突しない仕組みで通信
できるので、CSMA/CDは
もうそんなに使われていない。
（半二重通信の時代に使われていた仕組み）

112. 無線LAN
アクセスポイント
スイッチングハブ
おわりました
（IEEE802.3）
ノートパソコン
おわりました
（IEEE802.11）

113. スイッチングハブ
ルーター
次ここ

114. MACアドレスとIPアドレスの関係

115. という話しに
入りたかったんですが
今日はここまで。

116. データリンク層
ネットワーク層
トランスポート層
アプリケーション層
インターネッツの繋がるしくみ
（TCP/IP編）
物理層
プレゼンテーション層
セッション層
インターネッツの繋がるしくみ
（DNS/HTTP編）
へ つづく…

117. これを機にこちらもどうぞ★
https://www.jitec.ipa.go.jp/1_11seido/nw.html

118. おしまい