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ネットワーク入門

ネットワーク入門. 廣安知之　＋　クラスタ研究グループ 同志社大学. ネットワーク　　通信. パラレルプログラミングには直接関係無い 現在のシステムでは不可欠　電子メイル， web 各種設定 PC クラスタの構築 分散メモリ型マシンでの並列･分散処理 無線 LAN ，ネットワークストレージ，ネットワークブート. プロトコル TCP/IP. プロトコル. FTP, SMTP, telnet, TCP/IP, AppleTalk, …. こんにちは. 通信をする上での約束ごと. Hello. IP. 何を規定すれば通信が行えるのか？.

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Presentation Transcript

  1. ネットワーク入門 廣安知之　＋　クラスタ研究グループ 同志社大学

  2. ネットワーク　　通信 パラレルプログラミングには直接関係無い 現在のシステムでは不可欠　電子メイル，web 各種設定 PCクラスタの構築 分散メモリ型マシンでの並列･分散処理 無線LAN，ネットワークストレージ，ネットワークブート

  3. プロトコルTCP/IP

  4. プロトコル FTP, SMTP, telnet, TCP/IP, AppleTalk, …. こんにちは 通信をする上での約束ごと Hello

  5. IP

  6. 何を規定すれば通信が行えるのか？

  7. AからBへ“Hello”を送るには あて先の指定 ネット上で一つ Hello Hello A B Hello Hello Hello

  8. IPアドレス • インターネットなどのネットワークに　　接続されたコンピュータの識別番号 202.23.129.104 202.23.129.101 202.23.129.103 202.23.129.102 １０１１１１１１　１１００１０００　１１１１１１１０　１１１１１１１０

  9. AからCへ“Hello”を送るには Hello Hello B A Hello Hello Hello C Hello • ネットワークの表示 • ネットワークを橋渡すマシンの表示

  10. ネットワークアドレス

  11. ネットマスク • ネットワーク部とホスト部の切れ目を示す IPアドレス：192.168.6.121 11000000 10101000 00000110 01111001 ネットワーク部 ホスト部 サブネットマスク：255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 ネットワーク部 ホスト部

  12. クラス • ネットワークの規模によりIPアドレスは　　３つのクラスに分かれる ２24＝約1600万台 クラスA クラスB ２16＝約65000台 クラスC ２8＝約250台 ネットワーク部 ホスト部

  13. ゲートウェイ • 2つのネットワークを結ぶ働き ゲートウェイ 192.168.0.系統 192.168.1系統

  14. ブロードキャストアドレス • ネットワークに接続されている全ての　コンピュータと通信するためのアドレス

  15. ドメイン名 • IPアドレスのかわりに用いる識別名 www.doshisha.ac.jp －サーバの種類 －組織名称 ピリオドで分かれている －組織種別 －国

  16. DNS • ドメイン名とIPアドレスを対応付ける doshisha.ac.jpのIPアドレスは？ 192.168.6.12です コンピュータ DNSサーバ

  17. DNS② • DNSの仕組み doshisha.ac.jpのIPアドレスは？ 名前解決して下さい 192.168.6.12です jpのDNSなら分かる 了解！ 192.168.6.12 名前解決して下さい acのDNSなら分かる 名前解決して下さい jpのDNS ルートDNS acのDNS

  18. IP version4の問題点(1) アドレス空間32bit PCユーザの増化 ≪ （地球の人口約５５億） 232≒43億 デバイスの増加 IPアドレス枯渇の危機！

  19. IP version4の問題点(2) 新しいIPが必要 • セキュリティの不備 • 経路情報増大によりルータへの負担大 • 簡単な設定の要求が高まる

  20. IP version6の改良点 • アドレス空間128bit 128bit≒340澗＝3.4×1038ほぼ無限大　 アドレス枯渇問題解消！ • セキュリティ技術の導入 • アドレス自動生成機能 • フローラベルの導入

  21. 高速化！ IPv6ヘッダの改良点 除去 オプションフィールド ヘッダチェックサム 分割制御フィールド ルータ処理の 負担軽減 導入 高品質な マルチメディア通信が可能 フローラベル

  22. MACアドレス 00-a0-de00-00-01 • Media Access Control Addressの略 • ネットワークカードに割り当てられる固有の番号 • Ethernet上の機器間の物理的な通信を行う 3bytes 3bytes 製造会社を示す番号 メーカーが独自に割り当てる番号

  23. IPアドレスとの違い • IPアドレス • ネットワーク層におけるアドレス • ソフトで設定可能 • MACアドレス • データリンク層におけるアドレス • ネットワークカードによって固定

  24. ARP 1.1.1.1 1.1.1.4 1.1.1.2 1.1.1.3 • Address Resolution Protocolの略 例えば IPアドレスが(1.1.1.1)のホストが，(1.1.1.2)のホストに対して通信を行うとする Broadcastアドレスに対して，ホスト（1.1.1.2）を尋ねる

  25. ARP 1.1.1.1 1.1.1.4 1.1.1.2 1.1.1.3 • Address Resolution Protocolの略 例えば IPアドレスが(1.1.1.1)のホストが，(1.1.1.2)のホストに対して通信を行うとする ホスト（1.1.1.2）は，MACアドレスを返す

  26. ARP 1.1.1.1 1.1.1.4 1.1.1.2 1.1.1.3 • Address Resolution Protocolの略 例えば IPアドレスが(1.1.1.1)のホストが，(1.1.1.2)のホストに対して通信を行うとする MACアドレスを使用して，通信を行う

  27. パケット通信 データM データm1 データm2 データm3 長いデータは通信できない 小さな複数の情報に分割

  28. パケット通信の問題点 4 4 4 2 3 1 3 3 2 2 1 1 3 3 1 1 4 4 2 2 3 4 2 1 • パケットの順番 • パケットの欠落

  29. UDP UDP : User Datagram Protocol • 正しく相手に届いたかの確認をしない • 不確実であるが高速な通信を実現 ・・・・・

  30. TCP TCP : TransmissionControl Protocol • インターネットの通信プロトコルとして最も普及 ※プロトコル こんにちは。 × Bonjour． こんにちは。 ○ こんにちは。

  31. もう１度お願いします！ TCP • 送信したデータが正しく相手に届いたかを確認 • 届いてなければ再送する 了解！

  32. TCPとUDP③ • TCPとUDPの違い TCP UDP 信頼性 高信頼 低信頼 転送速度 低速 高速 転送形式 コネクション型 コネクションレス型 その他 端末間同士のデータ転送 上位レイヤからの送信要求が簡潔

  33. ソケット通信

  34. UNIXでの通信 • ソケットを使ってデータの送受信 • ソケットを使った通信 ソケット通信

  35. ソケット 「接続の端点」 意味： コンピュータとTCP/IPを 　　　　　つなぐ出入り口 ソケット TCP/IP

  36. ソケット通信 サーバプログラム ソケットを用意して接続要求を待つ クライアントプログラム ソケットを用意して サーバに接続要求を行う • ソケットを使って通信を行うには • ２つのプログラムが必要

  37. ソケット通信とは 接続待ち 接続待ちのサーバを クライアントが探す サーバを探す サーバ側 クライアント側

  38. ソケット通信とは 接続を受信 サーバが見つかったら 接続して通信 サーバを見つけて接続 サーバ側 クライアント側

  39. ソケット通信の流れ 1 ソケット生成 (socket) ソケット生成 (socket) クライアント サーバ

  40. ソケット通信の流れ 2 サーバを探す (gethostbyname) 接続の準備 (bind/listen) クライアント サーバ

  41. ソケット通信の流れ 3 接続要求 (connect) 接続受理 (accept) OK! クライアント サーバ

  42. ソケット通信の流れ 4 通信 (send/recv) 通信 (send/recv) こんにちわ こんにちわ クライアント サーバ

  43. ソケット通信の全体の流れ ソケット生成(socket) サーバを探す (gethostbyname) 接続要求(connect) データ送受信(send/recv) ソケットを閉じる(close) クライアント サーバ ソケット生成(socket) 接続の準備(bind) 接続待機(listen) 識別情報 接続受信(accept) データ送受信(send/recv) ソケットを閉じる(close)

  44. 識別情報 • 正しくデータを受け渡しするために • 通信する相手を識別する IPアドレス 　コンピュータを識別 ポート番号 プログラムを識別 コンピュータのアドレス プログラムの識別番号

  45. ウェルノウン　ポート よく使われているプログラムの 　　　　ポート番号は決まっている 1024番以下は全て決められている

  46. クライアントプログラム（C） //client.c #include<stdio.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<netdb.h> #include<string.h> #define PORT (u_short)10000 #define BUF_LEN 100 char hostname[]="localhost"; char buf[BUF_LEN]; main() { struct hostent *servhost; struct sockaddr_in server; int s; servhost = gethostbyname(hostname); bzero((char *)&server,sizeof(server)); server.sin_family = AF_INET; server.sin_port = PORT; bcopy(servhost->h_addr, (char *)&server.sin_addr,servhost->h_length); s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); connect(s,(void *)&server,sizeof(server)); read(s,buf,BUF_LEN); printf(buf); close(s); }

  47. サーバプログラム（C） //server.c #include<stdio.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<netdb.h> #include<string.h> #define PORT (u_short)10000 char hostname[] = "localhost"; main() { struct hostent *myhost; struct sockaddr_in me; int s_waiting, s; char msg[] = "Hello World!!\n"; myhost = gethostbyname(hostname); bzero((char *)&me, sizeof(me)); me.sin_family = AF_INET; me.sin_port = PORT; bcopy(myhost->h_addr, (char *)&me.sin_addr,myhost->h_length); s_waiting = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); bind(s_waiting,(void *)&me,sizeof(me)); listen(s_waiting, 1); s = accept(s_waiting, NULL, NULL); close(s_waiting); write(s, msg, strlen(msg)); close(s); }

  48. クライアントプログラム（Java） import java.io.*; import java.net.*; import java.lang.*; public class Client{ public static void main( String[] args ){ try{ //ソケットを作成 String host="localhost"; Socket socket = new Socket( host, 10000 ); //入力ストリームを作成 DataInputStream is = new DataInputStream ( new BufferedInputStream( socket.getInputStream())); //サーバ側から送信された文字列を受信 byte[] buff = new byte[1024]; int a = is.read(buff); System.out.write(buff, 0, a); //ストリーム，ソケットをクローズ is.close(); socket.close(); }catch(Exception e){ System.out.println(e.getMessage()); e.printStackTrace(); } } }

  49. サーバプログラム（Java） //Server.java import java.net.*; import java.lang.*; import java.io.*; public class Server{ public static void main( String[] args ){ try{ //ソケットを作成 ServerSocket svSocket = new ServerSocket(10000); //クライアントからのコネクション要求受付 Socket cliSocket = svSocket.accept(); //出力ストリームを作成 DataOutputStream os = new DataOutputStream( new BufferedOutputStream( cliSocket.getOutputStream())); //文字列を送信 String s = new String("Hello World!!\n"); byte[] b = s.getBytes(); os.write(b, 0, s.length()); //ストリーム，ソケットをクローズ os.close(); cliSocket.close(); svSocket.close(); }catch( Exception e ){ System.out.println(e.getMessage()); e.printStackTrace(); } } }

  50. サーバプログラム（Java） ソケット作成，コネクション要求受付待機 ServerSocket svSocket = newServerSocket(10000); Socket cliSocket = svSocket.accept(); 出力ストリーム作成 DataOutputStream os = new DataOutputStream( new BufferedOutputStream( cliSocket.getOutputStream());

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