情報通信ネットワーク(2005/06/10)
Ver. 1.1

目次

Network 層

Network 層の特徴

Network 層の属性

• End-to-Endの通信の提供

  Network Addressを指定するだけで、相手に情報を送ることができるサービスを提供する。

• Addressing ( Addressを付ける仕組)
  • 通信可能な全ての範囲( Network )に対して、そこに接続されている通信主体を表す識別子を指定する( Address )
  • Network Addressは、通信相手を一意に識別する仕組になる。
  • Network Addressは、通信相手の場所を表すためにも利用される(次のRouting )
• Routing ( Addressを利用してパケットを伝える仕組)
  • 指定されたAddressを指定するだけで、通信先に情報を伝達する。
  • IP Addressから、通信相手の場所( Location )を調べる仕組(Routing)が必要
  • Routingを行う装置がRouter (ルータ)。
• フラグメンテーション(データの分割統合)を行う
  • 物理メディアが異れば、それを利用して通信可能な最大のパケットサイズ( PDU Protocol Data Unit )が異る。場合によっては、パケットを分割したり、統合する仕組が必要になる。

Network 層の必要性

• 物理/論理層の問題点
  • メディアに跨がる通信の問題
    • メディアが変れば、プロトコルも変化する
    • メディアに独立な通信プロトコルが必要
  • 基本的に、スケールしない。
    • 無限に中継すると、混雑するばかり
    • 必要な通信相手だけを中継する仕組が必要
    • 中継を行うための行き先表がどんどん大きくなる
    • アドレスを構造化するための仕組が必要
• Network層が本来の意味での通信Protocol
  • 異なるメディア(物理層/論理層)にまたがった通信が可能。
  • 必要がなければ中継しない(通信の混雑を防ぐ⁽¹⁾.. )。

  • これより下の階層では、通信をできる範囲が限定される。

    Address (通信先)から経路(情報の伝達する方向.. )を決定する仕組( Routing )が必要になる⁽²⁾。

  • これより上の階層は、通信の品質(追加機能)を実現している。

    実際に通信(情報の伝達)を行う、最上位層(これから上の層は、通信の品質[トランスポート層]や、通信の開始、終了方法[セッション層]、通信上におけるデータの表現方法[プレゼンテーション層]など、様々な通信サービスを付加するために用いられる)。

Network 層プロトコルの例

IP (Internet Protocol)

• 現在のThe Internet ⁽³⁾の基本Protocol。
• IP Address ( IPのNetwork Address )は、32 bitの値
  • 8 bitずつ、４つの10進数( 0 - 255 )で表現し、間に'.' (ピリオド)を入れる。

    133.43.100.133
    192.168.3.165
    127.0.0.1
    

  • このAddressは、論理Address (つまり、「ある程度」自分で决める⁽⁵⁾ことができる)。
  • 世界中でUnique (唯一性を持つ)ではあるが、その管理は、分散管理されている( The NIC )。
  • IP AddressをLocationの指標として利用するためには、なんらかのIPとLocationの対応関係に関する仕組が必要( Subrouting )。
  • IP Addressは自動的には定められないので、Clientに設定が必要⁽⁶⁾
• 現在の版はIPv4,すでに、次世代のIP, IPv6が始まっているが、講義的には、IPv4のみ、時間があればv6にもふれる。

IPX (Internetwork Packet eXchange)

• IP登場の前は、LANの主要Protocol
  • PC間のファイル共有やプリンター共有に利用(Netwareの3層, Windows )されていた。
  • Network Game
• IPXのNetwork Addressは32 (Network Numnber) + 48 (MAC Address)。特に、指定しなければNetwork Addressを0とする(ので、設定が不要⁽⁷⁾)。

• 昔のアメリカでは、LANに利用される主なProtocolはIPXだった⁽⁸⁾。

  古いIPXは、メディアを越られなかった(つまり、論理層とあまり変らなかった.. )。今の版は越られる( Network層に格上げされている)。

  日本では、Windows 95までが、利用していたが98以降は、殆ど利用されなくなった。⁽⁹⁾

ARP

• 論理(MAC) AddressとNetwork Addressを対応付ける仕組
• Network層では、どのようにして、Network AddressとMAC Addressを対応付けるか?
  • IPX : MAC AddressにNetwork Numnberを追加するだけ( 32+48=80 bit )
  • IP :対応表( ARP Table )が必要( 32 bit )
  • Apple Talk : Network addressに対応するように、MAC Addressを変更する!! ( 24 bit )
  • IPv6 : Router discovery + MAC Address ( IPXの良い所を採用) ( 64+64 = 128 bit )
• ARPは、IP Network固有のプロトコル
  • 通信したいIP addressに対応するMAC AddressをARP Tableから検索する。
    • あれば、それを使う。
    • なければ次へ
  • APRP who hasパケットをブロードキャストで投げる。
    • 返事がユニキャストでかえってくれば、その値をARP Tableに追加し、それを使う。
    • かえって込なければ、諦める( host unreachable )。
  • ARP Tableのentryは時間が経つと、消えてしまう(Cache out)。

Address

• 相手のアドレス⁽¹⁰⁾を指定するだけで、相手と通信できる仕組を提供する。

  Addressは重複していはいけない。

  • 何らかの管理体制が必要( NIC, Network管理者, DHCP )
  • 自分のAddressを知る仕組( DHCP etc.. )
• AddressはLocationと対応付けされる( Addressを指定するだけで、実際に、そのAddressを持つHostに到達できなければならない.. )

関連 Link

• JP NIC ( Japan Network Information Center :財団法人日本ネットワークインフォメーションセンター) :日本国内のIP Addressの割り当て業務を行っている組織。
• InterNIC (The Internet's Network Information Center) :世界中の全てのIP Address管理の大元。他の組織に、IP Block単位で、割り当てを行う。割当られた、個々の組織は、これを更に再割り当てをすることによって、段々と細かく配布される。
• Apple Talk Protocols