第 3 課 - ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）

3.1 基本的な LAN 機器

ネットワークトポロジー（network topology）コンピュータネットワークの接続形態。各端末や制御機器がどのような形態で接続されるかをあらわす用語。
- バス型（bus formed LAN）ネットワークの接続形態の一つ。バスと呼ばれる1本のケーブルに端末を接続する方式。Ethernetの10BASE-2や10BASE-5などがこの形態である。
- リング型（ring formed LAN）ネットワークの接続形態の一つ。バスと呼ばれる環状の1本のケーブルに端末を接続する方式。Token RingやFDDIなどがこの形態である。
- スター型（star formed LAN）ネットワークの接続形態の一つ。中心となる通信機器を介して端末を相互に接続する方式。1本のケーブルにすべての端末を接続するリング型LANやバス型LANに比べ、配線の自由度が高いのが特長。Ethernetの10BASE-Tなどがこの方式である。
ブロードキャスト（broadcast）ネットワーク内で、不特定多数の相手に向かってデータを送信すること。ネットワーク全体を意味する特殊なアドレスを指定することによって行なう。TCP/IPでは、ネットワークに接続して設定情報を自動取得する際に、設定情報を持っているサーバを探す場合など、限られた用途に使用する。単一のアドレスを指定して特定の相手にデータを送信することを「ユニキャスト」と呼び、複数の相手を指定してデータを送信することを「マルチキャスト」という。
トークンパッシング（token passing） LANのアクセス制御方式の一つで、トークンと呼ばれる「送信権」データがネットワークを常に周回し、これを取り込んだ端末がデータを送信する方式。多数の端末が一つの一本の信号線を共有するネットワークでは、同時に複数の端末がデータを送信してしまう「衝突」を避けなければならない。これを制御するのがメディアアクセス制御(MAC)で、トークンパッシングはそのうちの方式の一つである。トークンパッシング方式では、「トークン」と呼ばれるデータが常にネットワークの中に流されている。データを送信したい端末は、このトークンを捕らえて取り込み、代わりに自分が送信したいデータを流す。送信が終わると再びトークンをネットワークに放つ。こうすることで、常に一度に一台の端末が信号線を利用するようにするわけである。トークンパッシングはEthernetで使われるCSMA/CDと並んで著名なアクセス制御方式で、FDDIやToken Ringなどで利用されている。

クライアントサーバシステム（client server system）分散型コンピュータシステムの一つ。プリンタ、モデムなどのハードウェア資源や、アプリケーションソフト、データベースなどの情報資源を集中管理する「サーバ」と呼ばれるコンピュータと、サーバの管理する資源を利用するコンピュータ(クライアントと呼ばれる)が接続されたコンピュータネットワークのこと。
- クライアント（client）コンピュータネットワークにおいて、サーバコンピュータの提供する機能やデータを利用するコンピュータのこと。家庭でインターネットを利用する際のパソコンなどが該当する。また、サーバソフトウェアの提供する機能やデータ利用するソフトウェアのこと。Webブラウザなどが該当する。
- サーバ（server）コンピュータネットワークにおいて、クライアントコンピュータに対し、自身の持っている機能やデータを提供するコンピュータのこと。インターネットにおけるWWWサーバなどが該当する。また、クライアントソフトウェアに対し、自身の持っている機能やデータを提供するソフトウェアのこと。

NIC : レイヤ 2 の機器（Network Interface Card）パソコンやプリンタなどを構内ネットワーク(LAN)に接続するための拡張カード。本体に用意された拡張スロットに挿入して使用する。「NIC」「LANボード」「LANカード」などとも呼ばれる。LANの規格によって仕様が違うが、現在最も普及しているのはEthernetであるため、単にネットワークカードと言った場合はEthernetに接続するためのカードである場合が多い。
- MACアドレス（Media Access Control address）各Ethernetカードに固有のID番号。全世界のEthernetカードには1枚1枚固有の番号が割り当てられており、これを元にカード間のデータの送受信が行われる。IEEEが管理・割り当てをしている各メーカーごとに固有な番号と、メーカーが独自に各カードに割り当てる番号の組み合わせによって表される。
メディア
- トークンリング（Token Ring） IBM社によって提唱され、IEEE 802.5委員会によって標準化されたLAN規格。通信速度は4Mbpsまたは16Mbps。通信を行なう機器を環状に接続したリング型のLANであり、ケーブルにはより対線(ツイストペアケーブル)を用いる。アクセス制御にはトークンパッシング方式を用いており、有効転送能力が最高速度の95%程度と、CSMA/CDを用いるEthernet(有効転送能力は50%程度といわれる)よりも転送効率が高い。
- FDDI （Fiber-Distributed Data Interface）アクセス制御にトークンパッシング方式を採用し、光ファイバーを利用して100Mbpsの通信が可能なLAN規格の一つ。ほぼ同様の仕様で伝送媒体に銅線を使う規格はCDDIと呼ばれる。 1987年にアメリカ規格協会(ANSI)で標準化され(X3T9.5)、その後、ISOの規格にもなっている。マルチモード光ファイバーもしくはシングルモード光ファイバーを使い、最大伝送速度は100Mbps、最大伝送距離は2kmである。ネットワークトポロジーはリング型にすることが多いが、スター型も選択できる。高速性を生かしてEthernetを相互接続する基幹LANなどに利用されたが、Ethernetに比べて機器の値段が高く、Ethernetの高速化に伴い使われなくなりつつある。
- イーサネット（Ethernet） Xerox社とDEC社(現在はHewlett Packard社の一部門)が考案したLAN規格。EthernetはIEEE 802.3委員会によって標準化された。アクセス制御にはCSMA/CDを採用している。現在、特殊な用途を除いて、ほとんどのLANはEthernetである。 Ethernetの接続形態には、1本の回線を複数の機器で共有するバス型と、集線装置(ハブ)を介して各機器を接続するスター型の2種類がある。また、最大伝送距離や通信速度などによってもいくつかの種類に分かれる。
- シリアル転送（serial transmission）コンピュータ本体と周辺機器を接続するデータ転送方式の一つ。1本の信号線を使って1ビットずつデータを転送する方式。複数の信号線を利用して並行にデータを転送するパラレル転送方式に比べ、転送速度は遅いが、最大伝送距離は長い。コンピュータ内部のデータ転送はパラレル方式なので、UARTなどの回路を使ってパラレルとシリアルの相互変換を行なう必要がある。パソコン用のシリアル転送方式としては、モデムなどとの接続に使われるRS-232Cが最も普及している。IrDA、USB、IEEE 1394などもシリアル転送方式を採用している。
リピータ : レイヤ 1 の機器（repeater）ネットワークにおいて、ケーブル上を流れる信号の再生および中継を行なう機器。何段階ものリピータを通して送られてきた信号は波形が歪んで解釈できなくなるため、Ethernetなどでは通常、3段階程度までしか接続できない。また、単純に片方から送られてきた信号を片方に送出するだけなので、本来中継しなくてもよい信号(エラーパケットや同じセグメント内の通信など)も中継してしまう。OSI参照モデルでいう物理層(第1層)の中継機器。
ハブ : レイヤ 1 の機器（hub）スター型LANで使われる集線装置。各機器に接続されたケーブルはいったんハブに接続され、ハブを介して相互に通信する。Ethernetではハブ同士を接続してネットワーク全体に接続できる機器の台数を増やすことができる。これをカスケード接続という。カスケード接続では、ネットワークの端から端まで通常は3～4段階程度までハブを接続することができる。
- インテリジェントハブ（intelligent hub） SNMPエージェントの機能を持ち、遠隔からのネットワーク管理に対応したハブ。
- ダムハブ（dumb hub） SNMPによるネットワーク管理に対応していないハブ。
ブリッジ : レイヤ 2 の機器（bridge）ネットワークにおいて、ケーブルを流れるデータを中継する機器。OSI参照モデルでいうデータリンク層(第2層)の中継機器である。単純にすべての電気信号を再生するだけのリピータと違って、転送先のMACアドレスを見て適切なポートにのみ信号を中継する。 EthernetとFDDIなど、媒体の異なるネットワーク間を中継する機能を持ったものもある。
スイッチ : レイヤ 2 の機器（switch）ネットワークの中継機器の一つで、OSI参照モデルのデータリンク層(第2層)のデータでパケットの行き先を判断して転送を行なうもの。データリンク層のプロトコルにはEthernetなどで馴染み深いMAC(メディアアクセス制御)があり、MACアドレスを見てデータ行き先を決定するEthernetの中継装置をスイッチングハブという。 IPやTCP、HTTPなどのプロトコルはネットワーク層(第3層)以上に位置するため、レイヤ2スイッチはこうしたプロトコルの違いを気にせず使用できる。
ルータ : レイヤ 3 の機器（router）ネットワーク上を流れるデータを他のネットワークに中継する機器。 OSI参照モデルでいうネットワーク層(第3層)やトランスポート層(第4層)の一部のプロトコルを解析して転送を行なう。ネットワーク層のアドレスを見て、どの経路を通して転送すべきかを判断する経路選択機能を持つ。また、自分の対応しているプロトコル以外のデータはすべて破棄する。複数のプロトコルに対応したルータをマルチプロトコルルータと呼ぶ。
トランシーバ : レイヤ 1 の機器（tranceiver）ネットワークケーブルとコンピュータの間や、ケーブル同士の間に立って信号を中継する装置。ケーブルを流れる信号をチェックし、衝突を検出する機能も持つ。

データのカプセル化

ネットワーク上で確実に通信するには、送信されるデータを、管理と追跡が可能なパッケージ（小包）に入れる必要があります。この処理は、カプセル化のプロセスを通じて行います。

アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層の上位 3 層が、伝送の共通フォーマットを作成することによって、データの伝送準備を行います。
トランスポート層は、セグメントと呼ばれる管理しやすい大きさの単位にデータを分割します。トランスポート層は、受信ホスト側で受信データが正しい順序で再組み立てされるように、セグメントにシーケンス番号も割り当てます。
ネットワーク層は、セグメントをカプセル化してパケットを作成します。ネットワーク層は、宛先と送信元のネットワーク・アドレス（通常は IP）をパケットに追加します。
データ・リンク層は、パケットをさらにカプセル化してフレームを作成し、送信元と宛先のローカル（MAC）アドレスをフレームに追加します。データ・リンク層は、フレームの 2 進数のビットを物理層メディアに伝送します。

データがローカル・エリア・ネットワーク上でのみ伝送されるとき、送信元から宛先ホストに到達するために必要なのは MAC アドレスだけなので、データ単位をフレームと呼びます。しかし、イントラネットやインターネットを介してデータを別のホストに送信する必要がある場合は、パケットというデータ単位が使われます。パケット内のネットワーク・アドレスには、データ（パケット）の送信先ホストの最終宛先アドレスが含まれているからです。

ping（Packet INternet Groper）

インターネット制御メッセージプロトコル (ICMP) エコー要求メッセージを送信して、別の TCP/IP コンピュータへの IP レベルの接続を確認します。往復の伝送時間と共に、対応するエコー応答メッセージの受信が表示されます。ping は、接続、到達可能性、名前解決のトラブルシューティングに使用される主要な TCP/IP コマンドです。パラメータを付けずに ping を実行すると、ヘルプが表示されます。

Z:\>ping www.yahoo.com

Pinging www.yahoo.akadns.net [66.94.230.44] with 32 bytes of data:（1）

Reply from 66.94.230.44: bytes=32 time=99ms TTL=49                （2）
Reply from 66.94.230.44: bytes=32 time=100ms TTL=49
Reply from 66.94.230.44: bytes=32 time=99ms TTL=49
Reply from 66.94.230.44: bytes=32 time=99ms TTL=50

Ping statistics for 66.94.230.44:                                 （3）
    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
    Minimum = 99ms, Maximum = 100ms, Average = 99ms

コマンドの対象ホストを示す。これは引数で与えられた疎通確認対象先ホストだ。また「32bytes」とは、送信されるICMPパケットのデータサイズを示している。ここではデフォルト値が用いられているが、必要であればこの値はオプションで変更できる。
コマンドの途中経過を示すのがこのパートだ。この例ではパケットの送受信を4回行い、それぞれの回のステータスを表示している。この試行回数は変更することもできる。対象ホストのIPアドレスとともに、「bytes」は受信したICMPパケットのデータサイズを示している。「time」はパケットを送信してから受信するまでにかかった時間だ。単位はミリ秒（1000分の1秒）である。「<」あるいは「>」で表示された場合は、示された時間以下または以上の時間がかかっていることを示す。あまりに小さい、あるいは大きな時間の場合はこのように省略されてしまう。「TTL」はTime To Live（tracerouteを参照）を示す。IPパケットにおける「生存時間」（通過可能なゲートウェイ／ルータ数）である。ここでは結果が表示されているわけで、届くまでに通過したルータでの減算をすでに含んでいるはずだ。
最後に試行の結果（statistics）を表示する。「Sent」「Received」はそれぞれ送信／受信したパケットの総数だ。「Lost」は送信したが受信できなかったパケットの数とその損失率を示す。ここでは4回の試行で失敗した送受信はなかったので、損失率は0％となっている。また全体の試行のうち、送受信にかかった最小時間、最大時間、平均時間を示すのが「Minimum」「Maximum」「Average」だ。対象ホスト間のネットワークのスループットをここから測定できる。

tracert（Trace Route）

インターネット制御メッセージプロトコル (ICMP) エコー要求メッセージに段階的に増加する生存期間 (TTL) フィールド値を載せて宛先に送信することで、宛先へのルートを突き止めます。表示されたパスは、送信元ホストと宛先間のパスにあるルーターの近隣ルーターインターフェイスの一覧です。近隣ルーターインターフェイスは、パスの送信ホストに最も近いルーターのインターフェイスです。パラメータを付けずに tracert を実行すると、ヘルプが表示されます。

Z:\>tracert www.yahoo.com

Tracing route to www.yahoo.akadns.net [66.94.230.36]（1）
over a maximum of 30 hops:                          （2）

  1    <1 ms    <1 ms    <1 ms  10.16.19.253        （3）
  2    <1 ms    <1 ms    <1 ms  10.1.1.2
  3    <1 ms    <1 ms    <1 ms  203.180.68.254
  4   125 ms   215 ms   199 ms  202.232.7.153
  5     1 ms     1 ms     1 ms  tky001ipgw01.IIJ.Net [210.138.111.34]
  6     1 ms     1 ms     1 ms  tky001bb00.IIJ.Net [210.130.143.32]
  7    97 ms    97 ms    97 ms  paloalto-bb2.IIJ.Net [216.98.96.195]
  8    97 ms    98 ms    97 ms  PaloAlto-bb3.IIJ.net [216.98.97.54]
  9    98 ms    98 ms    98 ms  sjc002bb00.IIJ.net [216.98.96.153]
 10    98 ms    98 ms    98 ms  sjc002ix00.IIJ.Net [216.98.96.166]
 11    98 ms    98 ms    98 ms  ge-1-3-0-103.edge1.SanJose1.Level3.net [209.245.
146.193]
 12    99 ms    99 ms    99 ms  so-5-0-0.gar1.SanJose1.Level3.net [209.244.3.137
]
 13    99 ms    99 ms    99 ms  ge-9-0.ipcolo3.SanJose1.Level3.net [64.159.2.9]

 14   100 ms    99 ms   102 ms  unknown.Level3.net [64.152.69.30]
 15   100 ms    99 ms    99 ms  UNKNOWN-66-218-82-230.yahoo.com [66.218.82.230]

 16   100 ms   100 ms   100 ms  p5.www.scd.yahoo.com [66.94.230.36]

Trace complete.

以下の結果がこのホスト名とIPアドレスへの経路であることを示している。この例では、「引数で指定したホスト名」と「実際に表示されるホスト名」が異なっていることにも注意しよう。これは、DNS上では「www.yahoo.com」が「www.yahoo.akadns.net」の別名（CNAMEレコード）として登録されているため、このように表示されている。もちろん別名でない場合には、そのままのホスト名が表示される。
最大で30個の経路情報を表示することを示している。ルータにより、あるサブネットから別のサブネットへパケットがルーティングされることを「ホップ（Hop）」と呼び、この「ルータを1つ越える」単位を1ホップとして数えることがある。「30hops」とは、最大30台までのルータをリストアップすることを意味する。また、このホップはTTL（後述）の最大値とも一致することになる。
経路情報の一覧となる。各行は順に、「順序番号」「各ルータへのレスポンス時間（試行3回分のそれぞれの結果で単位はミリ秒）」「（DNSに登録されている場合）ホスト名」「IPアドレス」を意味している。16番目の結果は指定したホスト自身であるので、経路上には15台のルータが配置されていることが分かる。

arp（Address Resolution Protocol）

アドレス解決プロトコル (ARP) キャッシュのエントリを表示および変更します。ARP キャッシュには、IP アドレスと、その解決済みイーサネット物理アドレスまたはトークンリング物理アドレスを格納するために使用する 1 つ以上のテーブルが含まれています。コンピュータにインストールされたイーサネットネットワークアダプタまたはトークンリングネットワークアダプタごとに、異なるテーブルがあります。パラメータを付けずに arp を実行すると、ヘルプが表示されます。

Z:\>arp -a

Interface: 10.16.19.72 --- 0x2（1）
  Internet Address（2） Physical Address（3） Type（4）
  10.16.19.253          00-d0-04-d7-e3-fc     dynamic
  10.16.19.254          00-00-0c-07-ac-01     dynamic

インターフェイス
ARPテーブルはインターフェイスごとに管理されている。Windowsでは、インターフェイスごとにブロック単位でARPテーブルが表示される
IPアドレス
エントリーのIPアドレス。またはホスト名が表示される
物理アドレス／ハードウェアアドレス
イーサネットの場合、エントリーのMACアドレス
エントリーのタイプ
OSにより、格納できるエントリーにいくつかの違いがある
- dynamic
  通常のキャッシュ・エントリー。このエントリーが一定期間再利用されない場合は、テーブルから自動削除される
- static
  永続的エントリー。キャッシュとは異なり、一定期間再利用されなくとも削除されない。キャッシュ・エントリーは、OSがARPにより取得して格納したエントリーだが、staticはユーザーが明示的に追加したエントリーに限られる。

ipconfig

現在のすべての TCP/IP ネットワーク構成値を表示し、DHCP (動的ホスト構成プロトコル) と DNS (ドメインネームシステム) の設定を更新します。パラメータを指定しないで ipconfig を実行すると、すべてのアダプタの IP アドレス、サブネットマスク、およびデフォルトゲートウェイが表示されます。

Z:\>ipconfig /all

Windows IP Configuration（A）

        Host Name . . . . . . . . . . . . : GOLDMUND（1）
        Primary Dns Suffix  . . . . . . . :（2）
        Node Type . . . . . . . . . . . . : Unknown（3）
        IP Routing Enabled. . . . . . . . : No（4）
        WINS Proxy Enabled. . . . . . . . : No（5）
        DNS Suffix Search List. . . . . . : int.komazawa-u.ac.jp（6）

Ethernet adapter ローカル エリア接続:（B）

        Connection-specific DNS Suffix  . :（7）
        Description . . . . . . . . . . . : Intel(R) PRO/100 VE Network Connection（8）
        Physical Address. . . . . . . . . : 00-00-4C-FE-68-72（9）
        Dhcp Enabled. . . . . . . . . . . : No（10）
        IP Address. . . . . . . . . . . . : 10.16.19.72（11）
        Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0（12）
        Default Gateway . . . . . . . . . : 10.16.19.254（13）
        DNS Servers . . . . . . . . . . . : 10.1.1.11（14）
                                            10.1.1.12
        NetBIOS over Tcpip. . . . . . . . : Disabled（15）

(A)のブロックは、おもに基本的なネットワーク設定の表示部分だ。ホスト（PC）によっては複数のNICを装着している場合もあるが、それらに共通した設定内容を表示する。

(B)のブロックは、個々のネットワークカードごとの設定だ。ここでは1つしか表示されていないが、2つ以上のNICやモデムを装着している場合には、このブロックは複数になる。

ホスト名
このホストに設定されているホスト名。ただし、DNSに対して登録されているものとは限らない。あくまでホストのローカルでの設定だ。Windows 2000では、「コントロールパネル」→「システム」→「ネットワークID」のコンピュータ名、Windows 98では「コントロールパネル」→「ネットワーク」の設定が反映される。また、Windowsネットワークにおけるホスト名とも一致する。
DNSサフィックス
DNSサフィックスとは、このホストが所属するDNSドメイン名だ。通信上、FQDN（Fully Query Domain Name：完全DNSホスト名）を組み立てる必要がある場合は、このサフィックスとホスト名が自動的に組み合わせられる。なおWindows 98／Meの場合は、「ホスト名」の表示にFQDNとしてまとめて表示される。
ノードタイプ
Windowsネットワーク（NBT：NetBIOS over TCP/IP――NetBIOSのTCP/IP対応版）におけるノード（ホスト）のタイプ。次の種類がある。
- ブロードキャスト（b-node）
  ブロードキャストによって、ほかのノードの名前解決を行う。WINSサーバ（Windows Internet Name Service：WindowsネットワークにおけるNetBIOS名とIPアドレス間の名前解決を行うサーバ）が設定されていない場合には、ブロードキャストとなる
- ピアツーピア（p-node）
  ブロードキャストではなく、WINSサーバを用いて名前解決をする
- 混合（m-node）
  ブロードキャストによる名前解決ができない場合には、WINSサーバを用いて名前解決を試みる
- ハイブリッド（h-node）
  WINSサーバによって名前解決できない場合は、ブロードキャストで名前解決を試みる。WINSサーバが設定されている場合には、ハイブリッドとなる
IPルーティングの有効／無効
複数のNIC（インターフェイス）がホストに装着されている場合に、個々のNIC間のIPパケットのルーティング（互いの通信）を許可するかどうかを表示する。つまり、ルータと同等の役割を持たせるかどうかである。サーバでない限り、通常はあまり必要ないだろう。
WINSプロキシの有効／無効
WINSを用いる際に、ほかの物理ネットワーク（セグメント）のWINSサーバと直接通信できないホストのために、問い合わせを仲介するのがWINSプロキシだ。自身がプロキシでなく、同じ物理ネットワークにWINSサーバが存在していない場合には、この項目が設定される場合もある。いずれにせよ、利用するネットワークの管理ポリシーによることになる。
DNSサフィックス検索リスト
おもにほかのホストとの通信を行う場合、FQDN名を得るために補完されるドメイン名のリストだ。例えば「host1」と通信を行う場合、ここで指定された「example.com」が付加され、「host1.example.com」を自動的に使ってくれるようになる。必ずしも必要ではないが、イントラネット環境などにおいて複数のドメインが存在する場合などには便利だろう。
接続ごとのDNSサフィックス
Windows 2000では、接続されたインターフェイスごとにDNSサフィックスを指定できる。接続するネットワークによってドメインが異なることもあるためだ。こちらのサフィックスは、コントロールパネルの「ネットワーク」アプレットから接続ごとのプロパティで設定を行う。
ネットワークカード名
NIC（正確には使用しているドライバ）の名称を表示する。ソフトによってはドライバのバージョン番号なども表示される。
MACアドレス
物理アドレスとも呼ばれる、NIC固有の番号だ。通常、NICに対して出荷時に設定がなされており、変更することはできない。
DHCP有効／無効
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）が有効かどうかを示す。
IPアドレス
ホストのIPアドレス。プロパティから手動で設定したIPアドレスか、DHCP機能によって割り振られたIPアドレスが表示されているはずだ。
サブネットマスク
ホストが使用するサブネットマスク。DHCP機能により、自動的に設定されている場合もある。ここで「ブロードキャスト・アドレス」が別に用意されていないことに注意しよう。つまり、このサブネットマスクを元にすべてのブロードキャスト・アドレスが生成されるのである。
デフォルトゲートウェイ
デフォルトゲートウェイのIPアドレス。DHCP機能により、自動的に設定されている場合もある。
DNSサーバ
DNSサーバのIPアドレス。Windows 2000ではNICごとに設定できる。Windows 98ではホスト全体で1つになる。
NBT有効／無効
NBT（NetBIOS over TCP/IP）が有効か否かを表す。

ネットワークコマンドの使い方

ネットワークトラブル解決法

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