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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

 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11000000 10101000 01100100 01100100
192.168.100.100
サブネットマスク 11111111 11111111 11111111 11110000
255.255.255.240
ネットワークアドレス 11000000 10101000 01100100 01100000
192.168.100.96

 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。198.168.×.×で表示 されるのは、プライベート・アドレスです。
 解説書は、プライベート・アドレスを用いて説明されているようです。

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。

 

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)

 現在では、ブロードバンドルーターを用いて家庭内でも家庭内LANが主流ですが、過去においては、ダイヤルアップでプロバイザーに接続し、ユーザー認証 を行い、PPPフレームにIPパケットを乗せてWANと通信していました。
 PPPは1対1の通信です。

 PPPをイーサーネット環境でも使えるようにしたのがPPPoEです。
 ブロードバンドルーターとプロバイザー間は、PPPoEにより繋がり、あとはPPPでWANと通信します。イメージ できますでしょうか。
 つまり、ブロードバンドルーターでユーザー認証を行い、その後にそれに繋がった個々のパソコンと通信します。

 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

設定画面を表示するにはルーターのIPアドレスが必要です。
 @パソコンの全てのプログラムのアクセサリーからコマンドプロントを開き、「ipconfig」と入力します。

PPPoE
 

 Aデフォルトゲートウェイのアドレス(例 192.168.0.1)が一番下に表示されます。
  これがルーターのアドレスになるので、WEBブラウザのURL覧に入力します。

PPPoE

 Bルーター設定のログイン画面が表示されますので、ユーザー名(取説参照)とパスワードを入力すると上の設定画面が出ます。

PPPoE

 設定画面は、NTT光ネクストのPR-S300SEの物です。

 eo光の場合は、自分でしなくても最初から登録されていました。

 

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するルーターには、設置ポジションによりいろいろな 種類(説明は略)がありますが、個人向けの家庭内LANとインターネット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)。  

IPv4とIPv6

 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6年経過しますが、IPv4に代わる IPv6はあまり普及していません。

 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

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アドレスにもグローバルアドレスとプライベートアドレスがあります。fe80::0240:caff:feb2:993bはリンクローカルIPv6アドレス でIPv4のプライベートアドレスに相当し、ネットワークプレフィックスはfe80::で決まっています。

トンネル方式とネイティブ方式
 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。

 トンネル方式(IPv6 PPPoE方式)。
  IPv4のネットワークを使ってIPv6を接続する。
 ネイティブ方式(IPv6 IPoE方式)。
  自然な方式でIPv6のサイトをIPv6で直接接続する。

IPv6の現実
 居住している地域が光回線網に対応出来ているか、出来ていないかの問題があります。
 現在の光回線網は、NTT東西と電力会社系しか無いそうです。

 電力会社系のeo光とかAU光、コミファ光の場合は、IPv4とIPv6(ネイティブ方式)の両方が接続できるデュアルスタック方式で、追加機器、追加費用もなし で対応できています(多機能ルーターは必要)。

 私はプロバイザーがOCNでNTTのフレッツ光ネクストの回線を使っていました。
 向学の為IPv6に接続したく、OCNに問い合わせても、IPv6が必要なんですかと返ってきてがっくりです。2017年5月の事ですが話が通じませんでした。

 自分で調べるとトンネル方式を使うにはその為の機器の購入が必要で、ネイティブ方式を使うには、IPv6オプションの申請が必要(ネットで申請すれば無料)な上、 IPv6インターネットとNGN網を中継するプロバイザー(ネイティブ接続業者)と契約をしないとIPv6サイトを見る事ができなく、新たに月額費用も発生する事になります。

 結局、eo光に乗り換えてみる事になりました(NTTさんには半世紀以上お世話になったのですが)。
 IPv6も繋がるようになりました。

 2019年6月現在では状況が変わってきていました。NTT東西の光ネクストの回線を使っているプロバイザーでも、IPv4とIPv6が普通 に接続できるようになっています(全てではありません)。
 IPv6に関しては、トンネル方式とネイティブ方式の2本立で、IPv6を接続するためにはIPv6オプションの申し込みが必要なのは変わって いませんが面倒な手続きはプロバイザーがやってくれて追加費用も要らないようです。IPv6プラスという契約です(新規に契約する場合)。

 インターネットに繋がらないNGN網(光ネクスト)である限りしかたのない事と理解しています。
 NTT東西は回線接続事業者であり、全国に広く光回線を布設しなければならないという事情もあるが故の事と思います。

 IPv6プラス : IPv6 IPoE + IPv4overIPv6 

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