情報システム - biocomputing.cc

情報システム
第8回
2009年12月9日
インターネットの技術
今日の内容
• インターネットの技術
– 常時接続・ブロードバンド接続
– ダイアルアップ接続
– LANの技術
固定IPアドレスと動的IPアドレス
• 固定IPアドレス
– 常時接続サービスに申し込むと割り当てられるグ
ローバルIPアドレス
– 他のユーザーは使えない専用のIPアドレス
– IPアドレスが変わらないが別料金が必要であることが
多い
• 動的IPアドレス
– DHCPサーバなどを用いて現在接続しているユーザに
対して割り当てるIPアドレス
– 接続の度にIPアドレスが変わる可能性があるためサー
バは設置できない（ダイナミックDNSで回避可能）
ダイナミックDNS
• ドメイン名とIPアドレスの変換を行うDNS
サーバにIPアドレスの変更機能を付加した
もの
• 接続の度にIPアドレスが変わっても、ドメ
イン名との対応付けを随時変更すれば
サーバの設置も可能
FTTH
• シングルスター方式
– 一本の光ファイバを占有・各世帯にMC(メディアコンバータ)
– 設置コスト高いが高速
• アクティブダブルスター方式
–
–
–
–
一本の光ファイバを共有・各世帯にONU
リモートターミナルで分岐（分配する装置）
基地局にOLT
設置コスト安いが速度が低下する可能性がある
• パッシブダブルスター方式（PON）
–
–
–
–
一本の光ファイバを共有・各世帯にONU
光スプリッタで分岐（光を分岐する・電源いらない）
基地局にOLT
設置コスト安いが速度が低下する可能性がある
集合住宅の接続方式
• 建物まではFTTH
• 建物内は、
– LAN
• LANケーブルを配線
– VDSL・HomePNA
• 電話回線を使う
• ADSLより高い周波数を使って高速、安定した通信を実現
• VDSLは最大100Mbs、HomePNAは最大10Mbps
– FWA
• 無線を使う方式
ADSL
• 既存の電話回線を利用して高速通信を実現するDSL技術
の一つ
• 下りと上りがAsymmetric(非対称)
• 規格名称(速度はいずれも最大値)
– G.992.1(G.dmt)
• 8Mbps(上りは1Mbs)
• 新しい拡張規格(Annex A.ex, Annex C.x)で12Mbps(上りは1Mbs)
– G.992.2(G.Lite)
• 1.5Mbps(上りは512kbps)
• 低速だが干渉が少ない
– 付帯規格Annex A(北米), B(ヨーロッパ), C(日本)
• 日本ではAとCが使われている
– Annex Cは日本のISDNの影響を抑える仕組み
最近のADSL
• 高速化
– 下り40Mbps以上
• Quad Spectrum規格
– 下り50Mbps
• eXtremeDSL MAX
• サービスごとに対応機器が決まっている
ので指定された機器を使う
– 規格が違えばADSLモデムも違う
• 複数規格に対応したADSLモデムもあるがすべてに
対応したものはない
PPPoE
• ADSLでは通常、Ethernetで自宅のパソコンと局
内の装置（BAS）が接続（ADSLモデム～DSLAM
を介する）
• 認証のためにPPPをEthernet上で使用
– IPアドレスはIPCPで割り当て
– IP over PPP over Ethernetとなる
• PPPoEを使わずDHCPによるIPアドレス割り当て
を行うADSL接続サービスもある
ダイアルアップ接続
• 電話回線経由で必要な時だけRASに接続
– アナログ回線
• 一般電話＋モデム
• ADSL
– デジタル回線
• ISDN
• PIAFS
• 定額料金により「常時」接続
• PPP
– PAPまたはCHAPで認証
• 暗号化なしがPAP、暗号化ありがCHAP
– IPCPでIPアドレスを動的割り当て
Ethernet
• 100Base-TX ← 現在の主流
– 100Mbps
– カテゴリ5のLANケーブル(より対線)
• 1000Base-T
– 1Gbps
– エンハンストカテゴリ５のLANケーブル
• ほかにも光ファイバを用いる規格などが
ある
Ethernetの通信
• 同一セグメントのすべてのコンピュータ
に向けデータを送信
– セグメント＝Ethernetにおいてデータが到達
し得る範囲
– HUB(ハブ)で拡大
• リピータハブ(電気信号を増幅するだけ)
• スイッチングハブ(宛先を見て判断)
• 自分宛のものだけ処理する
• 自分宛かどうかはMACアドレスで判断
MACアドレス
• MAC=Media Access Control
• 機器固有の情報
– NIC(Network Interface Card)ごとにメーカー
が付ける
• 「物理アドレス(Physical Address)」とも
言う
例：00-16-A9-9D-6C-17
無線LAN
• IEEE802.11gが主流
– 2.4GHz帯（ISMバンド）を使用するため免許
が丌要
• アドホックモード
– １対１
• インフラストラクチャモード
– アクセスポイントが必要
無線LANの規格
• IEEE802.11b
– 2.4GHz帯、最大11Mbps
• IEEE802.11a
– 5GHz帯、最大54Mbps、2005年5月から屋外利用可(一部の帯域)
• IEEE802.11g
– 2.4GHz帯、最大54Mbps、b/g対応機器多
• IEEE802.11n
– TGnSyncによりチャンネル幅を２倍の40MHzに
– MIMOにより複数のアンテナを用いて帯域を増やす
– ４本のアンテナで最大600Mbpsの通信が可能
• ２本のアンテナ20MHzで108Mbps
• ３本のアンテナ40MHzで300Mbps
その他のLAN接続
• 電力線通信(PLC)
– 電気配線を用いてデータを送受信
– 最大150m
– HD-PLC
• 4〜28MHz, 最大190Mbps
– HomePlug AV
• 2〜30MHz, 最大200Mbps
– UPA
• 2〜30MHz, 最大190Mbps
– コンセントにPLCモデムを接続すればよい
– 電化製品からのノイズにより通信速度は低下
DHCP
• IPアドレスを自動的に割り当てる仕組み
– ブロードキャストでDHCPサーバに要求
•
•
•
•
IPアドレス
サブネットマスク
ゲートウェイ（ルータ）のアドレス
DNSアドレス
– を得る
– リース期間あり
• 過ぎると再度割り当て要求
NAT
• Network Address Translation
– プライベートアドレスをグローバルアドレス
に変換
– NAPT(Network Address Port Translation, IPマ
スカレード)で活用
• ポート番号とアドレスを組み合わせて一つのグ
ローバルアドレスで複数のプライベートホストを
接続可能に
• ISDNルータ、ADSLルータにはNAPT機能がある
ポートフォワーディング
• 静的NAT・静的IPマスカレードとも言う
• NAPTに際して、プライベート側のIPアド
レスとポートを固定する仕組み
– 丌正侵入される危険性もある
• 内部ネットワークからも分離されたネットワーク
（＝DMZ）を使うと比較的安全
• UPnPではポートフォワーディングを自動
的に設定する
各種サーバー
DNSサーバ
• IPアドレスとドメイン名の関係を記録したサーバ
– ドメインごとに存在する
• ルートドメインを起点に検索
– ルートドメインを担当するのは全世界に13台
– 最初に自分が情報を持っていないかどうかを調べ、
持っていなければドメイン名の右側から担当するDNS
サーバに次々に問い合わせを行い（再帰的な名前解
決）、結果をクライアント(PC)に返す
• 代理DNS機能
– ブロードバンドルータが問い合わせをDNSサーバに中
継
メールサーバ
• SMTP
– 送受信・中継
– 古くはサーバで直接メールを読み書きしたのでこれだけでよ
かった
• POP
– SMTPサーバに届いたメールを取り出す仕組み
– クライアント(PC)にいったん取り込んで利用
• IMAP
– SMTPサーバに届いたメールを取り出す仕組み
– サーバに置いたまま利用するのが一般的
• Webメール
– Webサーバの後ろではSMTP/POP/IMAPサーバが働いている
Webサーバ
• Webブラウザから要求を受け取り、要求さ
れたコンテンツを返す
• ブラウザとサーバ間の通信プロトコルが
HTTP
– HTTPサーバとも言う
• 要求に応じて動的にコンテンツを作成し
て返す仕組みもある
– CGI、SSIなど
ポート番号
• IPアドレス→電話番号・住所
• ポート番号→内線番号・個人名
• 代表的な番号（ウェルノウンポート）
–
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–
–
–
–
–
–
–
20:FTPデータ
21:FTP
23:TELNET
25:SMTP
80:HTTP
110:POP3
143:IMAP
443:HTTPS（暗号化されたHTTP）
587:SMTP Submission
993:IMAPS （暗号化されたIMAP）
995:POPS （暗号化されたPOP3）
コンテンツ配信技術
WWW
• 1989年CERNのTim Berners-Leeが考案
– 「HTML」で記述
• 1993年画像表示可能なNCSA Mosaicが登場
– Netscape Navigator, Internet Explorer
• 現在はW3C(World Wide Web Consortium)が
規格(HTMLの文法など)を制定
– HTML 2.0→HTML 4.01へ
HTML
• 「タグ」を使い文章を構造化
• 他の文書に「ハイパーリンク(リンク)」できる
– <a href="リンク先URL">キーワード</a>
• 画像を埋め込むことができる
– <img src="画像のURL" alt="画像の説明">
• 構造
– 文書型宣言部
– ヘッダ部
– ボディ部
HTMLの基本
• ヘッダ部とボディ部は
– <html>～</html>
• ヘッダ部は
– <head>～</head>
– 文書に関する情報(タイトルなど)を記述
• ボディ部は
– <body>～</body>
– 文書本文を記述
– 段落は<p>～</p>、見出しは<h1>～</h1>
XML
• W3Cが定めた文章構造記述言語
• タグを独自に定義可能
• XTHML
– XMLに準拠したHTML
• SVG
– ベクトル画像記述言語
• RDF
– 何もかも表現し分類や検索を効率化
– 応用例：RSS
• 見出しや要約
コンテンツ作成時の注意点
• W3Cで非推奨のタグは利用しない
• 文書構造を明確にし、情報にあったタグを利用
する
• 表をデザインに使用しない
• 見栄えにはCSSを利用する
• 画像にはALT属性で説明を付ける
• 色遣いや文字の大きさに考慮する
• リンクは、リンク先や内容をはっきりとわかる
ようにする
Webブラウザの技術
• プラグイン
– 動画・音声・画像など
• Active X
– IEのみ
• Javaアプレット
– ブラウザのみで動作する特殊なJavaプログラム
• スクリプト
– JavaScript, VBScriptなどWebブラウザの動作を制御する
• PHP
– サーバーサイドスクリプト
• Cookie
– Webサーバからの要求に応じてクライアント側に情報を保存する仕組み。
必要に応じてサーバに送信される
– 有効期限やドメイン名などの付加情報を設定可能
コンテンツ配信
• ストリーミング再生
– Windows Mediaなど
• 音楽配信
– MP3(MPEG-1 Audio Layer 3)
• 人間に聞こえない周波数の音を削除してデータを圧縮
– ATRAC3、AAC
• IPマルチキャスト
– 複数のコンピュータに対して同一のデータを送信す
る仕組み
フィード
• Webページの更新を知らせる方法
• RSS
– RDFに基づくが互換性がない複数のバージョ
ンが存在
• RSS 0.9/1.0はRDF Site Summary
• RSS 0.91はRich Site Summary
• RSS 2.0(0.92)はReally Simple Syndication
• Atom
– RSSの混乱を解消するため登場
ファイル圧縮
• 可逆圧縮
– 元に戻せる
– 文書ファイルやプログラムに使用
• 非可逆圧縮
– 元に戻せない
– 画像データや音声データにおいて、人間が感じられないデータを削除
してデータを小さくする
• 圧縮方法
– ランレングス
• 連続する個数で表現
– ハフマン
• データのパターンを符号で置き換え
– LZ法
• 「辞書」を使って置き換え
• GIFで使われるLZWの元
主な圧縮形式
•
Zip(.zip)
– Windowsでは世界標準
•
LHA(.lzh)
– 日本国内が多い
•
StuffIt(.sit)
– Mac OSで標準的
•
GZIP/GNU zip(.gz)
– UNIXで標準的
•
自己伸張形式
– 圧縮解除プログラムを圧縮ファイルに組み込んだもの
•
RAR(.rar)
– 圧縮率が高い→P2Pネットワークでの利用が多い
•
JAR(.jar)
– Javaのデータやファイルを一つのファイルにまとめたもの
– 圧縮に使われているのはzip
文書ファイル
• テキスト
– 英数字、漢字など人間が読むことができる文字のみ
で記述されたファイル
– メモ帱で編集ができる
– 拡張子は.txtなど
• PDF
–
–
–
–
Adobeの文書フォーマット
印刷情報をほぼ正確に再現
Adobe Readerで読むことができる
拡張子は.pdf
画像ファイル
• JPEG(.jpg, .jpeg)
–
–
–
–
静止画フルカラー
非可逆圧縮でファイルサイズを小さく
自然画像向き
プログレッシブJPEG(だんだん見えてくる)
• GIF(.gif)
– 静止画256色まで
– 透過色設定可能
– LZW圧縮
• PNG(.png)
–
–
–
–
静止画フルカラー
可逆圧縮
透明度設定可能
Zip圧縮
マルチメディアファイル
• 動画
–
–
–
–
–
–
–
–
MPEG(.mpg, .mpeg)＝動画
AVI(.avi)＝動画、マイクロソフト
QuickTime(.qt, .mov)＝動画、アップル
Shockwave(.dcr)＝動画、マクロメディアDirector
Flash(.swf)＝動画、マクロメディア、Flash Player
RealVideo(.ram, .rm)＝動画、リアルネットワークス
3GPP(.3gp)＝携帯電話向け、MPEG-4
ASF(.asf, .wmv)＝Windos Mediaのファイル形式
• 音声/音楽
–
–
–
–
–
MP3(.mp3)＝MPEG-1オーディオ
WMA(.wma)＝Windows Mediaのファイル形式
MIDI(.mid, .midi)＝デジタル音楽機器のための規格
RealAudio(.ram)＝音声ストリーミング用、リアルネットワークス
AAC(.aac, .m4a, .3gp, .3g2)＝MPEG-4オーディオ
P2P
• サーバを利用せず、PC同士がファイルをやりと
りする仕組み
– ピュアP2P
• サーバを使わない
• Gnutella(LimeWire、Cabos)
– ハイブリッドP2P
• どこになにがあるかの情報はサーバに
• BitTorrent
– ファイルをピースに分割して共有
• 暴露ウイルスによる情報漏洩が社会的問題に
– P2Pネットワークに流れた情報は回収できない

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