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 テレビもネットにつながる時代です


ネットワーク

 全てのテレビではありませんが、
 インターネットの時代のデジタル化したテレビは、テレビを視聴するだけでなくテレビでインターネットを閲覧出来たり、 アクトビラ、ツタヤテレビ、NHKオンデマンド等のインターネット網から配信される映像を見る事ができます。
 また、ホームネットワークを利用して、スカパープレミアムチューナーからBDレコーダーに録画が出来たりします。

 これらを理解する為に、ネットワークについて学びたいと思います。
 私も一から学ぶ身であり、アウトラインが理解できたらと思っています。
 このページで述べているのは、あくまで参考程度であり、いろいろな文献で深めてほしいと思います。

 

TCP/IP

 インターネットで指定されたアドレスにデーターを確実に届ける仕組みです。
 IPは、データーを分割して、あて先IPアドレス、送信元IPアドレス等の制御信号を付加したパケットをネットワークに送出する。
 TCPは、パケットを正確にあて先に届ける為に通信路を確立したり、喪失したパケットを再送したり、パケットの届く 順番を並び変えたりして信頼性の高い通信を実現する。

 TCP/IPは以下で述べる事も含めた、インターネットのしくみです。

 TCP/IP : (transmission control protocol/internet protocol)

IPアドレス(IPv4)

 TCP/IPで通信を行う為のあて先を識別する為の番号で32ビットの2進数です。
 人間が解りやすいように、8ビットずつ区切り、10進数を4つ並べて表記しています。
 IPアドレスは、ネットワークアドレスホストアドレスで構成されています。
 現在、普通に使われているIPV4(インターネット・プロトコル・バージョン・4)での説明です。  

IPアドレス

 上の図で考えると、IPアドレスの最初から24ビットがネットワークアドレスで後の8ビットがホストアドレスになります。同じネット ワーク内で254台のホストにIPアドレスを割り当てる事が出来ます。
 最初から何ビット目までがネットワークアドレスであるかを表すのが、サブネットマスクです。上の図では24ビットまでが オール1で後の8ビットがオール0です。
 IPアドレスとサブネットマスクをアンド(論理積)演算するとネットワークアドレスが得られます

 ホストの数が10位の少ないネットワークの場合、24ビットまでのネットワークアドレスでは無駄が多い。この場合は 28ビットまでネットワークアドレスにすれば、ホストアドレスは4ビットになり割り当てられるアドレスは14という事 になります(ホストアドレスにオール1とオール0は割り当てできないルールになっています)。

IPアドレス

 最初から28ビットまでがネットワークアドレスの場合、192.168.100.96/28 と表記されている事もあります。

IPアドレスは、借りているだけで所有できない
 現在、個人や組織は基本的にグローバル・アドレスを所有しない形で運用されており、一時的にユーザーにレンタルされているだけです。

デフォルトゲートウェイ
 インターネット設定でよく見る言葉ですが、これはルーターのアドレスです。

IPv6のIPアドレス
 IPv6のIPアドレスは、下記のIPv6のコーナーを見て下さい。

 

DNS

 DNSとは、ネームサーバーに問い合わせる事によって、ドメイン名からIPアドレスを見つける事で、これを名前解決と言います。

名前解決

 名前解決の仕組みを上の図で説明すると、クライアントはまずローカルDNSサーバーにkidateru.comのIPアドレス を問いかけます。

 問いかけられたローカルDNSサーバーは、ルートDNSサーバーに問いかけます。ルートDNSサーバーは、COMドメインサーバー に聞いてくれと、COMドメインサーバーのIPアドレスを返します。

 ローカルDNSサーバーは、COMドメインサーバーに聞き直します。COMドメインサーバーは、kidateru.comのデーター が入っているkidateru.comドメインサーバーに聞いてくれと、kidateru.comドメインサーバーのIPアドレスを返します。

 ローカルDNSサーバーは、kidateru.comドメインサーバーに聞き直します。kidateru.comサーバーはデーターベースを検索 した結果から、***.***.***.***をローカルDNSサーバーに返します。ローカルDNSサーバーはクライアントに***.***. ***.***を返します。その結果クライアントはWEBサーバーつながります。

 ローカルDNSサーバーは、キャッシュを備えており、その段階でIPアドレスを返す事が出来る場合もあります。

 結局のところ、パソコンによりドメイン名を入力すると、そのパソコンはDNSサーバーにより、IPアドレスを教えてもらい 、そのIPアドレスで目的のサイトと通信します。

 DNS : (Domain Name System)

Ethernet

 ローカルエリアネットワーク(LAN)を構築する為に、現在最も一般的に用いられるネットワークの規格です。
 宛先アドレスとして、マックアドレスを用います。同じネットワーク内であれば、直接通信ができます。宛先がネットワーク外 であればルーターを介さないと通信ができません。

4階層モデル  左の図より、アプリケーション層で作られたデーターはIPパケットとして、宛先のパソコンに届けられます。

 一番下位層にあたるのがイーサーネットで、ルーターからパソコンまで、イーサーネットが受持ちます。

 IPアドレスで届けられるのは、ルーターまでで、それから先のパソコンの宛先はマックアドレスになり、IPパケットは マックフレームに包まれて届けられます。

 通信の初期状態において、ルーターは届け先のマックアドレスが分りません。
 ルーターにパソコンA、パソコンB、パソコンCの3台のパソコンが接続されているとします、ルーターは3台のパソコン全てにブロードキャストアドレス を用いてマックフレームを送ります。そしてマックフレームの中の宛先IPアドレスに該当するパソコンからマックアドレスを教えてもらう事が出来ます。  この仕組みをARP(Address Resolution Protocol)といいます。

 ルーターは、グローバルアドレスからプライベートアドレスに変換しています。

 IPパケット : 宛先に届けるデーターを細かく分割したもの。
 ブロードキャストアドレス : ネットワークアドレスの後のホストアドレスがオール1。

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PPP と PPPoE

 PPP : (Point-to-Point Protocol)
 PPPoE : (PPP over Ethernet)

 過去においてプロバイザーはダイヤルアップ接続のユーザー認証をPPPで行っていました。
 最近では、ブロードバンドルーター(以下ルーター)が常時プロバイザーに接続されているのが一般的で、ルーターには複数のネットワーク機器がつながっています。
 このようなイーサーネット環境でPPPを使えるようにしたのがPPPoEです。

 プロバイザーから指定された認証IDと認証パスワードをルーター設定することで、ルーターそのものがユーザー認証されます。そしてPPPの機能により、WAN と通信ができます。
   PPPは単にユーザー認証するだけの機能でなく、WANと正確にデータをやりとりする機能を持っています。

 WAN : World Area Network (インターネット)

PPPoEの設定
 設定をするには、ルーターに繋がっているパソコンからルーターの設定画面を開き、プロバイザーから指定された認証ID(ユーザー名)、認証パスワード を入力します(ルーターの取説参照)。

PPPoE

 

ブロードバンドルーター

 IPパケットをネットワーク間で中継します。
 個人向けの家庭内LANとプロバイザーを常時接続しているのがブロードバンドルーターです。
 ルーターという名前の通り、IPパケットを宛先まで送り届ける為のルートを制御しています。次に中継するルーターがOSにより 自動的に登録されています(ルーティングテーブルとして)。

 ブロードバンドルーターにおけるPPPoEの設定は、基本的にはプロバイザーから指定されたユーザー名とパスワードを入力します 、ユーザー認証されるとグローバルアドレスが割り当てられます。
 ルーターに接続されたネットワーク機器には、ルーターのDHCP機能によりプライベートアドレスがそれぞれに割り当てられます。

 パケットの送り先が自分と同じネットワーク内にあると直接パケットを送る事ができますが、別のネットワークであれば中継するルーター が必要です。

 同じネットワーク上にあるかどうか調べるネットワークアドレスは、IPアドレスとサブネットマスクの各桁をANDして得られます(IP アドレスの項を参照)。
 パケットの送り先であるルーターのIPアドレスがデフォルトゲートウェイです。

 ホームネットワークでブロードバンドルーターにネットワーク機器としてテレビ、BDレコーダーを接続する事がありますが、それらにも プライベートアドレスが割り当てられます(テレビ、BDレコーダーのLAN設定が必要です)。  

IPv6(インターネット・プロトコル・バージョン・6)

 現在も主流で運用されているIPv4のアドレスは、2011年に既に枯渇しています。枯渇して約10年経過しますが、IPv4に代わる IPv6サイトは、まだまだ少ないですが「IPv6 IPoE+IPv4overIPv6」方式の開発によってIPv4とIPv6のデュアルスタック方式が普通に普及しそうです。
 速い通信速度と経済的な価格のテレビCMも見た事があると思います。

 割り当てできるアドレスの数は、IPv4の232に対してIPv6は2128となり、事実上無制限に割り当てできる そうです。今後は、いやでもIPv6に移行するものと思います。

IPv6アドレスの表記のし方
 128ビットを16ビットずつコロン(:)で8つに区切って16進数で表示します。
 例 fe80:0000:0000:0000:0240:caff:feb2:993b
 長いので省略できます。
   fe80:0:0:0:0240:caff:feb2:993b
 もっと省略できます。
   fe80::0240:caff:feb2:993b

IPv6アドレスの構造


ipv6アドレス

参考


アドレス構造

ipv6アドレス構造


 ネットワークプレフィックスはIPv4のネットワークアドレスに相当し、インターフェイスIDはネットワークカードのマックアドレス を元に生成されます。マックアドレスも世界中で重複がありません。

 IPv6アドレスのfe80::0240:caff:feb2:993bはリンクローカルIPv6アドレスで同一ネットワーク内の通信のみに使用されます。ネットワークプレフィックスはfe80::で決まっています。

 IPv4のローカルアドレスに相当するのは、サイトローカルアドレスと言ってプレフィックスはfec0:で始まります。

IPv6のインターネット接続方式
 IPv6インターネットを接続するための2つの方式があります。

 IPv6 PPPoE方式。(eo光はこれ)
  IPv4と同様にプロバイザーとはPPPoEで認証してプロバイザーを通じてIPv6のサイトとつながる。
  認証にユーザーIDとパスワードが必要。
  プロバイザーごとに設置されているネットワーク終端装置があるため、混雑により通信速度が制限されます。
  eo光は単独の光ケーブルのため、他のプロバイザーの乗り入れが無く速い通信速度を確保しています。

 IPv6 IPoE方式。(光コラボの新方式)
  IPv6網につながる接続事業者を通じてNTT東西のNGN網からユーザーに直接IPv6のサイトがつながる。
  ネットワーク終端装置ではなく、大容量のGWR(ゲートウェイルーター)を利用するので、通信速度が早い。
  接続事業者のGWRからイーサーネットでつながり、ユーザーID、パスワードは必要ない。

 NGN(Next Generation Network) : NTT東西のフレッツ光ネクスト

 NTT東西のNGN網は、NTT法があるため、同一都道府県内のサービスしか行えず、世界中を網羅するインターネットにはつながっていません(IPv4、IPv6とも)。
 インターネットには、フレッツ光ネクストを利用しているプロバイザーを通じてつながります。

 フレッツ光ネクストと契約すると、IPv6のIPアドレスがもらえますが、それはNGN網内だけで通用するアドレスです。

IPv6 PPPoE方式のマルチプリフィックス問題
 フレッツ光ネクストを利用しているプロバイザー(光コラボ)と契約している場合、NGN網内のIPv6アドレスとIPv6サイトからのIPv6アドレスと二つある状態 になり正しく通信できません。そのためにIPv6アダプターが必要になります。

関西電力系のeo光はIPv6 PPPoE方式
 IPv4とIPv6のデュアルスタック方式で、意識することなくどちらのサイトも閲覧できます。NTTの光回線(光コラボ)でなく、独自の光回線なので混雑による 通信速度の低下もなく、マルチプリフィックスの障害も起こりません。

IPv6の現状
 今でもIPv4が主流でIPv6のサイトは、まだまだ少ないのが現状ですが、IPv4とIPv6の両方のサイトにつながり、しかも速度が早いという接続方式に向かっています。

 NTT東西の光ケーブルを使用している光コラボは、OCN光、ソフトバンク光、ドコモ光、等々たくさんありますが、これ等はIPv6接続事業者による[IPv6 IPoE + IPv4overIPv6] という接続方式が選択できます。IPoEはIPv6だけの接続方式ですが、IPv4もIPv6のトンネルを通って接続しますので通信速度も早くなります。

 IPv4サイトがまだまだ殆どでありIPv6サイトは少なく、PPPoE方式もまだまだ現役です。
 光コラボに新規契約する場合は、「IPv6 IPoE + IPv4overIPv6」のデュアルスタックが主流になりそうです。

IPv6接続事業者
 PPPoEでは、プロバイザが直接IPv6のネットワークを運用しますが、IPoEではプロバイザの代わりにIPv6接続業者VNE(Virtual Network Enabler)が代行して運用を行い ます。接続業者の数には、制限があり16社までと決められています。主なものには
 BBX株式会社
 日本ネットワークイネイブラー株式会社
 インターネットマルチフィード株式会社
 ビッグローブ株式会社
 株式会社朝日ネット
 NTTコミュニケーションズ
 フリービット株式会社
 アルテリアネットワーク株式会社
 があります。

参考した本
 アスキームック ゼロからはじめるネットワーク 2007年 株式会社アスキー
 アスキームック ゼロからはじめるIPアドレス&ルーティング 2007年 株式会社アスキー
 アスキームック ゼロからはじめるTCP/IP 2007年 株式会社アスキー
 絶対わかる!ネットワーク超入門 2002年 日経BP出版センター