【ネットワーク】お勉強12
【第19回】レイヤ3 Network層
Network層での「ネットワーク」という意味は計算機やデバイスが相互に接続した論理的なグループ, つまり所属している場所という意味.
レイヤ2Datalink層での通信は「そのネットワーク内での相互通信」,レイヤ3Network層では「ネットワーク間の相互通信」を学ぶ.
インターネットワーク
ネットワークの思想:より小さいネットワークを構築していく.理由はトラフィック制御のため.小さい単位で外に出さなくても良いデータは外に出さないようにする.
その小さなネットワーク同士を結ぶ働きをするのがレイヤ3Network層である.
論理アドレス
MACアドレスの欠点はアドレスとその機器の場所が無関係であること.
レイヤ3の論理アドレスはMACアドレスの欠点を階層型アドレッシングでカバーしている.
MACアドレスはベンダ番号と製造番号だけなので「誰？」はわかるけど「どこ？」の情報がない.論理アドレスは「どこのネットワーク？」という情報が入っている.
論理アドレスはより細かく分けることが可能で例えば電話番号で0123-456-789という電話番号ならば「市街局番0123の456の789というデバイス」というように探索できる.
ルータ
ルータは宛先への最適な経路を選択する.
宛先への距離,使用するメディアの転送速度,トラフィック量,信頼性などを考慮してより良いルートを探しだす.
経路を探すことをルーティングという.
スイッチがMACアドレスに基づいて行うのに対してルータはレイヤ3の論理アドレスに基づいてルーティングを行う.
ネットワークとネットワークを繋ぐにはルータが必要,もしハブで繋いだとしたらトラフィックの問題が出て,回線が混雑してしまう.
もし,スイッチで接続したらMACアドレスに基づいているので探索に時間がかかってしまう.
よって第3層のルータで繋ぐことに意味がある.
【ネットワーク】お勉強11
【第18回】Datalink層 スイッチ
スイッチ
レイヤ2に属するスイッチを一般的にスイッチングハブという.
※ブリッジの機能はMACアドレスでフィルタリングする.
ブリッジを通過するフレームか通過させないフレームかを判断する.
スイッチもブリッジと同様にMACアドレスによるフィルタリングを行う.
ブリッジと異なる点はマルチポートという点.
スイッチはどのポートに送るかまで判別する.
スイッチは複数のポートがあり各デバイス(MACアドレス)とそれが接続されているポートとの対応表を持っていて同時に複数のポートから受信した場合も動作する.
3 Minutes Networking No.18Figure18-02
ブリッジと同じくアドレステーブルを持つ.最初はまったく白紙の状態でフレームを受信したらその宛先とポートを覚えておく.
3 Minutes Networking No.18Figure18-03
ストアアンドフォアード
スイッチはバッファメモリを持っている.
スイッチに届いたフレームを一旦バッファに入れて接続が確認できたら通信を始める.
3 Minutes Networking No.18Figure18-04
このようにバッファリングを行う方式をストアアンドフォワード方式という.
store(貯める)してforward(送る)するという方式
現在のイーサネットでは100Mbpsと10Mbps間の通信の中継になる場合などボトルネックを防ぐために,一時的にバッファに入れておく必要がある.よってスイッチを使うことが多い.
フレームを一時記憶するための遅延時間が欠点でもある.
前二重イーサネット
前二重方式とは送信しながら受信もできる.
スイッチの利点
衝突が発生しない.
衝突ドメインを区切ることができる.
スイッチを使えばCSMA/CD(衝突を前提としたアクセス方式)を無視できる.
ストアアンドフォワード方式なので複数のデバイスが同意時に送信可能.
【ネットワーク】お勉強10
【第16回】IEEE802.5とFDDI
ethernetの意味
ethernetのetherとは「エーテル」と言う意味
エーテルとは古い物理学でひかり熱などの媒体とされた伝説上の物質
信号が全体に伝わっていく様がエーテルのようなのでEthernetというらしい.
トークンパッシング
IEEE802.5はリング型トポロジ
トークンと呼ばれるフレームが巡回している.
トークンが来た時のみ送信する権利がある.
運びたいものがある人はトークンにデータを渡す.データを受け取ったトークンは各人にデータを渡し受領印をもらう.
衝突が発生しないのがメリット
相手が受領したのかも確実にわかることもメリット
IEEE802.5とFDDIのようなトークンパッシングよりもイーサネットのCSMA/CDのほうが制御が簡単なせいで機器が安くつくので普及した.
またCSMA/CDのほうがスピードも速い.
FDDI
FDDIは二重リング型トポロジで光ファイバを使う.
【第17回】Data-Link層 ブリッジ
ソースルートとトランスペアレント
ブリッジの由来:2つのLANの架け橋
※ハブの場合, 制御なしに来た信号を流してしまうのでひとつのLANと見られる.
衝突ドメインのようなネットワークの区切りをセグメントというが2つのセグメントをつなげるのがブリッジ
ソースルートブリッジはIEEE802.5のトークンリング同士をつなげるブリッジ
トランスペアレントブリッジは同じアクセス制御方式のセグメントをつなぐ
例えばEthernetとFDDIなど
Ethernetのアクセス制御方式はCSMA/CD
エンキャプスレーションブリッジは2つの制御方式のセグメントを間にWANなどを通して中継するためのブリッジ
MACアドレス フィルタリング
ブリッジは受け取ったフレーム(Datalink層で付与されるもの)を解析してそれをもとに制御する.
まずMACアドレスを読み取る.
3 Minutes Networking No.17の図Figure17-03が分かりやすい!
Ethernetで計算機Aから同じセグメントにある計算機B宛のときはブロードキャストなのでセグメントαとセグメントβを結ぶブリッジにも届くが計算機Bは同じセグメントなのでブリッジは破棄する.
計算機Aからセグメントβにある計算機Cにおくるにはブリッジはセグメントβ上の計算機にフレームを送る.
ブリッジを通過できるかはMACアドレスで判断される.
宛先が同じセグメントの場合は通過できない.
このようにフレームを通過させる,させないという制御をフィルタリングという.
ブリッジが計算機のMACアドレスを覚えるのはアドレステーブルを持つからである.
3 Minutes Networking No.17これのFigure17-04
一度ブリッジを通過したMACアドレスをセグメントのどちらにあるのかを記録していく.
ブリッジの利点は同一セグメント内のデータのやりとりが他セグメントに出ないことである.
よって余計なデータがあまり入り込まない.
ネットワークのトラフィックが減る.衝突の可能性が減る.
ブリッジの欠点はフレームを読み取る時間がネットワーク全体に遅延を発生させるということ.
また,欠点としてブロードキャストを止めることができないという限界がある.
【環境設定】【Anaconda】Anacondaのアンインストール
$sudo rm -rf /home/username/anaconda2
【TeX】jlisting, listingsを入れる
ラボのPCにTeX環境を引き継ぐにあたってしたこと
1.texmakerのインストール
$sudo apt-get install texmaker
これでlatexの環境はほぼ構築できる.
2.listings, jlistingsを入れる
コードをのせるときに役立つやつ
$sudo cp /usr/share/texlive/texmf-dist/tex/latex/listings/ jlisting.sty $sudo cd /usr/share/texlive/texmf-dist/tex/latex/listings/ $sudo mktexlsr
listingsディレクトリがある場所は環境によって異なる模様.
自分の環境はUbunutu 16.04 LTS
【Python】関数の返り値について
PythonではNone,False,0,"",[]などがFalseに評価されるので関数の返り値としてNoneを返すのはバグを起こしやすい.
Noneを返すよりは例外処理するほうが良い,さらに呼び出しの部分で例外処理の結果を明らかにしておくことが望ましい.
def divide(a,b): try: return a/b except ZeroDivisionError as e: raise ValueError('Invalid inputs')#raise文で特定の例外を発生 x,y = 4.,3. try: result = divide(x,y) except ValueError: print("Invalid inputs") else: print("Result is %.3f"%result)
【Windows】【Python】Anaconda2にOpenCVを入れる
opencv.org
ここからWinPackを選択してダウンロード,インストール
Anaconda2\Lib\site-packages\にダウンロードしたファイルのopencv\build\python\2.7\x64\cv2.pydをコピーする.
【ネットワーク】お勉強9
【第15回】Datalink層 イーサネットの拡張
イーサネットのおさらい
つながっているすべてのノードへフレームを送りつけるブロードキャスト型
CSMA/CDでアクセス制御をしている.
イーサネットでは衝突が起こる.
半二重,全二重
イーサネットでは誰かが送信中は自分は送信できない,自分が送信中は誰かが送信できない半二重通信方式である.
これは同軸ケーブルを使用するイーサネットでは仕方ないが効率が悪い.
同軸ケーブルでなくてツイストペアケーブルであれば衝突は発生しない.
これは全二重通信方式という.
しかしPhysical層のリピータ・ハブを使うと結局一本になってしまうので衝突が生じる.
スイッチならば内部で衝突が起きない仕組みを持っているので全二重通信が可能になる.
Fast Ethernet/Gigabit Ethernet
イーサネットの下位互換(そのまま使える)のファーストイーサネット,ギガビットイーサネットが登場
【ネットワーク】お勉強8
【第14回】イーサネット/IEEE802.3
イーサネットのフレーム構造
イーサネットはLANの規格として同軸ケーブル(10Mbps),CSMA/CDアクセス制御方式,バス,スター型物理トポロジを使用する.
レイヤ2でレイヤ3から来たパケットに加える情報は
| 8バイト | 6バイト | 6バイト | 2バイト | 46-1500バイト | 4バイト |
| プリアンブル | 宛先MACアドレス | 送信元MACアドレス | フレームタイプ | パケット | FCS |
MACアドレスの流れは
3 Minutes Networking No.13
の図がわかりやすい.
イーサネットの特徴
イーサネットでは送信されたフレームはメディアを通りすべてのノードに到達する.
このような型をブロードキャスト型という.
CSMA/CD
誰かが送っている最中では他の人は送信出来ない.
同軸ケーブルだから衝突が発生するのが理由.
- キャリア検知(CS) 他の人が話していないか確認する.
- 多重アクセス(MA) 誰かが話し終わったら誰でも次に発言して良い.
- 衝突検知(CD) 衝突(ラグの影響で上2つが守れていても起こりうる)してしまった場合は一旦話すのをやめる.
実際のプロトコル
1.送信準備
イーサネットフレームを作成
衝突カウンタを0にする
2.CSMA
キャリア信号を検知する
なければ一定時間待ったあと送信開始
3.CD
送信中に衝突したか検知
衝突していなければ送信完了
衝突していた場合はフレームの送信を一時停止しJAM信号を送信
4.バックオフ
衝突カウンタを+1
衝突カウンタ==16ならば作成したフレームを破棄し送信中止
16未満ならランダムな時間待機後2に戻る
3 Minutes Networking No.14
の図がわかりやすい.
受信側の対応
イーサネットはフレームが全員に届く.
自分が読む必要のないデータかを確認する必要がある.
宛先MACアドレスと自分のMACアドレスを比較する.
自分宛てでない場合はその場で破棄する.
受け取った場合はエラーチェックを行い正しいデータであることを確かめる.
エラーだったら破棄し,エラーでなければレイヤ3に引き渡す.
ベストエフォート型配送
イーサネットはCSMA/CDというシンプルなアクセス制御を行うので制御に特別な機器が必要なく安価にネットワークが構築できる.
欠点はエラーフレームは問答無用で破棄してしまうところ.
送信した側はそれが破棄されたかわからない.
このような通信方式はベストエフォート型配送という.
【ネットワーク】お勉強7
【第13回】Datalink層 レイヤ2アドレッシング
アドレスには論理アドレスと物理アドレスがある.
論理アドレスはレイヤ3の物理アドレスはレイヤ2の役割を持つ.
物理アドレスはメディアに直接接続されている誰に届けるのかを識別するために使う.
論理アドレスはどのネットワークの誰に届けるのかを識別するために使う.(違うLAN上にある相手との通信)
直接渡す相手の住所が物理アドレスで最終的な届け先が論理アドレス
MACアドレス
MACアドレスとはNICにつけられたアドレス
48bits
先頭の24bitsはベンダコードといい,NICを作った製品メーカーの番号
残りの24bitsはベンダ割当コード,各ベンダが任意につけたコード
MACアドレスの欠点
アドレスと実際の機器の場所が無関係な点
MACアドレスはただの製造番号だから.
ipconfig/all
で物理アドレスを見る.
16進数で表示されているので先頭24bits=6桁がベンダコード
MACアドレス、ベンダーコード一覧
から調べると確かにDELL Incのベンダコードだった.
【ネットワーク】お勉強6
【第12回】Datalink層 概要
Datalink層の機能：データの伝送制御
IEEEのLAN仕様ではレイヤ2を更に2つに分けている.
論理リンク制御副層(LLC)とメディアアクセス制御副層(MAC)
LLC副層では実際の危機に依存しない部分を取り決めている.
エラー制御(レイヤ4でも行うがここではビットのチェックなど)や上位サービスの指定など.
MACHINE副層ではメディアの接続を取り決める.
どのように共有メディアでデータを送信するかという点を決める.
これにはメディアアクセス制御などがある.
メディアアクセス制御とはどのように共有メディアにアクセスするかということ.
誰が送信を行うかを制御する.
MAC副層でどのように送るかを決定しLLC副層でどのように扱うかを決定する.
実際のLAN機器はレイヤ1とレイヤ2をまたがった機能を持ち合わせていることが多い.
「イーサネット」とはレイヤ2とレイヤ1にまたがる規格である.
イーサネットとIEEE802.3はほぼ同一,相互互換.
レイヤ2でのカプセル化
パケット→フレーム
レイヤ3から流れてきたパケットをレイヤ2のLLC副層でアドレス,エラー制御情報などのリンク制御用の情報が付け加えられる.
次にMAC副層でメディアアクセス用の制御情報を更に付加する.この状態のデータをフレームという.
3 Minutes Networking No.12
【ネットワーク】お勉強5
【第10回】Physical層リピータ・ハブ
大まかな説明：信号を増幅したり分配する役割
リピータは弱まったりノイズが入った信号を増幅や整形をして元の信号と同じ強さ,同じ形に直す役割をする.
信号を増幅するだけで制御はしない.
ハブは別名マルチポートリピータという.
多くのケーブルを差し込むことのできるリピータのこと.
来たデータをすべての機器に増幅して流す.
信号がぶつかってしまう(コリジョン)可能性のある範囲のことを衝突ドメインという.
ハブは信号を流すだけなのでこの衝突ドメインを広げてしまう.
衝突ドメインを狭くするにはスイッチやルータを用いる.
ハブ,リピータは時間のロスがあるので途中経由してよい数が決められている.
10BASE-Tなら4つ
【第11回】Physical層 ネットワークトポロジ
実際の危機とメディアの配置を物理トポロジという.
ノードとリンクを使って表現する.
ノードはコンピュータやネットワーキングデバイス,リンクはメディアと考える.
【ネットワーク】お勉強4
【第8回】Physical層,信号と回線について
信号には2種類ありデジタルとアナログである.
電話はアナログ信号でやり取りを行う.
信号は回線の種類に依存する.
一般電話回線を使用して通信する場合はMODEMを要する.
デジタル回線ではISDNが有名.
電気信号には障害が起こる.
減衰,ノイズ,衝突が主なもの.
減衰はケーブルの抵抗から信号が弱まること.
ノイズは電気信号の形が崩れてしまうことである.
衝突(コリジョン)は2つのデータが同時に流れた場合発生し信号がぶるカルト電圧が変になり元の信号と違う形になること.
【第9回】Physical層ネットワーキングメディア
ネットワーキングメディアの企画団体,IEEE,EIA/TIA,UL
3種類のケーブルがあり,同軸ケーブル,ツイストペアケーブル,光ファイバケーブル
- 同軸ケーブル
- 長所
- 鑑賞に強い
- 長距離まで信号が届く
- 短所
- 硬い
- 高価
- 長所
- ツイストペアケーブル
現在のLANケーブルの主流
-
- 長所
- 2本*4束の銅線が入っている,銅線から発生する磁場を互いに打ち消し合って消滅する働きを持つ(キャンセレーション)
- シールドがないので柔らかい
- 安価
- 短所
- 長距離まで信号が届かない.
- 長所
- 光ファイバケーブル
- 長所
- 一切の電磁的な干渉を受けない.
- 高速
- 短所
- 高価
- 長所
| 特徴 | 同軸 | UTP | 光ファイバ |
| 干渉 | 強い | キャンセレーションで防ぐが弱い | 光信号のため影響なし |
| 値段 | 中 | 安 | 高 |
| 敷設 | 難 | 易 | 難 |
| 速度 | 中 | 速 | 遅 |
| コネクタ | BNCコネクタ | RJコネクタ | マルチモードコネクタ |
ネットワーキングメディアの規格
10BASESの頭の10はデータ転送量を表し1秒間に10Mbits運べるということ.
BASEはデータ伝送方式でベースバンド伝送のこと.信号を直接多重化しないで送る方式.
