コンピュータネットワーク - コンピュータネットワークの概要

コンピュータネットワーク

ノード（ノード）とリンク（リンク）は、組成物に接続された複数のノードによって（単にネットワークという）コンピュータネットワーク。ネットワーク内のノードは、コンピュータ、ハブ、スイッチ、ルータ、等であってもよいです。

ネットワークとの間で、それはまた、より大きなコンピュータネットワークカバレッジを構成するルータによって相互接続することができます。このようなネットワークは、インターネット（インターネットワークまたはインターネット）と呼ばれています。だから、インターネット「ネットワークのネットワーク」（ネットワークのネットワーク）です。

一緒に多くのコンピュータを接続するネットワーク、およびルータを経由して接続された多数のインターネット網を入れました。ネットワークに接続されたコンピュータは、多くの場合、ホストと呼ばれています。

インターネットとインターネット

小文字I（インターネット）とインターネットの開始は、ネットワークからコンピュータ・ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータの総称です。あなたは、任意必ずしもTCP / IPプロトコルを使用していない、これらのネットワーク間の通信プロトコル（すなわち、通信ルール）を選択することができます。

私は、インターネット（インターネット、またはインターネット）を開始大文字になるネットワーク相互接続の数から、現在、世界最大の、オープン、特定のインターネットを指し、技術的な用語であり、それは通信としてTCP / IPプロトコルスイートを使用していますルール、およびその前身は、ARPANETの米国です。

インターネットの標準化

インターネットの発展は、正式な標準、以下の3つの段階を経るします：

1. ドラフト（インターネットドラフト）、インターネット - インターネットドラフトは、わずか6ヶ月間有効です。この段階では、RFC文書を捉えることはできません。
2. 提案された標準（標準案） - この段階の初めからは、RFC文書になります。
3. インターネット標準（インターネット標準）は - 正式な基準を達成した後、各標準は数STD xxのに割り当てられます。標準および複数のドキュメントのRFCに関連付けることができます。2016年7月の時点では、インターネット標準の最大数はSTD83です。それでも容易ではないインターネット標準になるに見えます。

インターネット標準になるためには、元は3つの段階を経る必要があり、すなわちドラフトは標準→標準→インターネット標準を提案しました。そして、それはこの段階[RFC6410]でドラフト標準「「キャンセルする2011年10月から、」「インターネットドラフト」」ドラフト標準を混同するのは簡単ですので。このように、それは2つの段階、すなわち、提案された標準→インターネット標準にインターネット標準の開発プロセスになります。新しいルールが発行されていた前のドラフト規格では、以下の原則に従うようになります。私たちはインターネット標準に達すると、それはインターネット標準にアップグレードされ、現在のインターネットの標準的な条件が深刻十分ではない「草案を発行したとき、それはまだ名前を知られています標準。 " 私たちは、簡単にインターネット標準のRFC文書や規格案[W-RFCS]である何インターネット上で見つけることができます。

インターネットの構成

インターネットトポロジーは非常に複雑であり、かつグローバルカバレッジ地理的に、しかし、その作業方法の観点から、それは、次の2つのブロックに分けることができますが。

エッジ部

インターネットに接続されているすべてのホストで構成されています。これは、直接通信とリソース共有（データ、オーディオまたはビデオの転送）のために使用するユーザの一部です。

- サーバモード（C / Sモード）とピアツーピアモード（P2Pモード）にクライアント：システムの端縁との間の通信ネットワークは、一般に二つのカテゴリーに分けられます。これらの2つの方法の下に導入されました。

1. クライアント - サーバアプローチ：顧客（クライアント）とサーバー（サーバー）は、2つのアプリケーションプロセス通信に関与しているを指します。クライアント - サーバアプローチは、サービスに記載されており、プロセス間の関係が提供されています。
2. ピア接続：ピア接続（ピアツーピア、P2Pと略記が本明細書中で使用される、数2は英語2は英語それほど頻繁に短縮番号2に、2であり、それらの発音と同じであるためである）は、2つのことをいいます通信は、一つのサービスプロバイダであるサービス要求である区別しないホスト。限りピア接続ソフトウェア（P2Pソフトウェア）にピアを実行両方のホストとして、それらは同じであってもよく、ピア通信接続にピア。このとき、両側には、すでにハードディスクに保存されている他の共有ドキュメントをダウンロードすることができます。したがって、この作品は、P2Pとして知られています。（サンダーP2Pダウンロード）

コア部分

ネットワーク・コンポーネントを接続するネットワークとルータの多数によって。この部分は、縁部（相互接続と交換）を提供しています。ネットワークのエッジは、ホスト、エッジ部分が他のホストと通信することが可能であることは、任意のホストを提供するために、ネットワーク接続の多数のコアを希望するので、コアネットワーク部分は、インターネットの最も複雑な部分です。

ネットワークプレイのコア特別な役割では専用コンピュータであるルータ（ルータ）は、（ホストと呼ばれるのではなく）。ルータはミッションネットワークの最も重要な機能の中核部分であるパケット転送を、受信するパケット交換（パケット交換）を達成するための重要な構成要素です。

コンピュータネットワークのカテゴリー

1。ネットワーク範囲の役割に応じて分類

1. スコープ広域ネットワークWAN（ワイドエリアネットワーク）、WANは、通常、時々、リモートネットワーク（長距離ネットワーク）と呼ばれるキロメートル数千、数十あります。
2. MANスコープMAN（メトロポリタンエリアネットワーク）MANは、一般的に都市である、あるいは、約5〜50キロから効果を都市のいくつかのブロックにまたがることがあります。
3. ローカルエリアネットワークLAN（Local Area Network）やLANワークステーションは、一般に、マイクロコンピュータ（典型的には、10Mビット/秒以上の速度で）高速通信回線を介して接続されるが、（1キロ約例えば、）小さな地理的範囲に制限されます。
4. パーソナルエリアネットワークPAN（パーソナルエリアネットワーク）は、したがって、多くの場合、WPAN無線パーソナルエリアネットワーク（と呼ばれる、電子機器での作業者は、ワイヤレスネットワーク技術と接続されたパーソナル使用（例えば、ポータブルコンピュータなど）であるパー​​ソナルエリアネットワークであります約10m、小さい範囲である無線PAN）。

2。ユーザーのネットワークに応じて分類

1. 公衆ネットワークは、（パブリックネットワーク）これは、通信企業（国有またはプライベート）を意味し、大規模なネットワークの構築に資金を供給しました。すべての通信会社は、人々がこのネットワークを使用することができます必要な料金を支払うことを喜んでいることを「公開」を意味します。したがって、パブリックネットワークはまた、公衆ネットワークと呼ぶことができます。
2. ユニットやネットワークの構築のニーズを満たすために特別な操作の部門であるプライベート・ネットワーク（プライベートネットワーク）。このネットワークは、ユニットの人々の外にサービスを提供していません。例えば、軍事、鉄道、銀行、電力、および他のシステムでは、システムのプライベートネットワークです。

パフォーマンスのコンピュータネットワーク

1.率

高速ネットワーク技術は、データ速度（データレート）またはビットレート（ビットレート）と呼ばれるデータ転送速度を指します。レートは、最も重要なパフォーマンス指標のコンピュータネットワークです。速度単位はビット/秒（bps単位）（またはB / S、時々BPS、毎秒すなわちビットと記します）。

場合は、より高いデータレート、それは多くの場合、フロントビット/ sのプラス文字です。例えば、K（キロ）= 10 ^ 3 =千、M（メガ）= 10 ^ 6 =メガバイト、G（ギガ）は10 ^ 9 =智、T（テラ）= 10 ^ 12 =も、P（ペタ）を= 10 = 15 = ^ビート、E（エクサ）は10 ^ 18 =愛、Z（Zetta）= 10 ^ 21 =ゼ、Y（Yotta）= 10 ^ 24 =ヤオを=。このように、4×10 10のデータレートは、ビット/た40Gbit /秒と称するのS。

2.帯域幅

もともと帯域周波数帯域幅を有する信号を意味します。これは、占有含まれる信号の異なる周波数成分の信号の周波数範囲の帯域幅を意味します。例えば、通信回線上で伝送標準の電話信号の帯域幅は、（300Hzから3.4kHzからの、音声の主成分、すなわち周波数範囲）は、従来の3.1kHzです。この意味での帯域幅の単位は、彼（又はキロヘルツ、メガヘルツ、ギガヘルツ、等）です。長期間、幹線通信は、アナログ信号（即ち、連続的に変化する信号）が送信されます。したがって、信号は、チャネルは、チャネル（又はバンドパス）の帯域幅により、周波数帯域と呼ばれていることを示している可能にします。

コンピュータネットワークでは、ネットワークの帯域幅容量は、データ転送チャネル、ネットワーク帯域幅を示すために使用され、したがって、採用することができるチャネルネットワークのための単位時間内の「最大データレートを」表します。この本では、「帯域幅」を参照して、主にそれが何を意味するかを指します。この意味での帯域幅の単一ユニットは、データレートで
、「ビット毎秒。」ビットビット/秒

3。スループット

スループット（スループット）は、単位時間内のネットワーク（またはチャネルインタフェース）データを介して実際の量を表します。

スループットはより頻繁にネットワークを介してデータの量が、最後に実際にあるどれだけ知っているために、現実世界のネットワークの尺度を使用していました。明らかに、スループットは、ネットワーク帯域幅やネットワークの公称速度によって制限されます。例えば、1ギガビット/秒の公称レートであるイーサネット1Gビット/秒のため、絶対値は、イーサネットのスループットの上限です。したがって、イーサネット1Gビット/秒、実際のスループットは100Mビット/秒とすることができる、またはそれ以下、その定格速度に達していません。メモ、時々バイトまたはフレームの特定の数が毎秒送信されても​​よいが示されています。

4。遅延

遅延（遅延または待ち時間）が必要とされる時間の他端に一つのネットワーク（またはリンク）から送信されたデータ（パケットまたはパケット、偶数ビット）を指します。遅延は、それが時々遅延や遅延と呼ばれ、非常に重要な性能指標です。

遅延ネットワークは、以下の組成のいくつかの異なる部分で構成されていることに留意すべきです。

1. 伝送遅延伝送遅延（伝送遅延）が送信完了するために必要なフレームの最後のビットの時間をカウントし、最初のビット送信データフレームからのデータフレーム、すなわちを送信するのに必要なホストまたはルータの時間です。

               发送时延 = 数据帧长度 / 发送速率 
   

2. 伝搬遅延、伝搬遅延（伝搬遅延）は、チャネルに一定の距離をとる波伝播時間です。伝播遅延が計算されます。

   	  传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上传播的速度 
   

3. ホストまたはパケットを受信すると、ルータの処理遅延は、そのようなパケットのデータ部から抽出されたパケットヘッダの解析として、処理に時間がかかるエラーをチェックまたは処理遅延をもたらした適切なルーティングを検索します。

4. 多くのルータを経由し、ネットワーク経由で送信中に遅延パケットをキューイング。しかし、入力キューにルータ最初のパケットを入力した後の処理のためにキューイングされます。ルータが転送インターフェイスを決定した後、だけでなく、転送のための出力キューに並びます。これは、キューイング遅延を作成します。キューイング遅延の長さは、多くの場合、一度にネットワークトラフィックに依存します。ネットワークトラフィックキューのオーバーフローが発生したときにキューイング遅延に相当する大きいので、そのパケット損失は、無限大である場合。

5。遅延帯域幅積

伝搬遅延と帯域幅 - - 2つのネットワーク・パフォーマンス・メトリックは、上述の他の有用なメトリックを取得乗じ：伝播遅延帯域幅積を。

特定のリンクがあり、即ち、何ビットもビットでリンク長として知られている遅延帯域幅積、、。

6。RTT

コンピュータネットワークでは、往復時間RTT（ラウンドトリップ時間）も重要な性能指標です。これが原因で、多くのケースであり、インターネット上の情報が、双方向の相互作用で一方向のみ。したがって、我々は時々、双方向の対話のために必要な時間を知る必要があります。

インターネットでは、ラウンドトリップ時間は、データの転送の遅延および伝送遅延キューイング、それぞれ別の中間ノードの処理遅延を含みます。衛星通信を使用する場合は、RTTが比較的長いですが、それは重要な性能指標です。

7。利用

チャネルの利用効率とは、ネットワークの使用率の2種類があります。チャネルのチャネル使用率は、時間の数パーセントを（データと共に）使用されると示されています。完全無料のチャネル使用率はゼロです。

ネットワークの使用率は、ネットワーク全体のチャンネルの加重平均チャネル利用率です。

チャネル使用率は良くないです。これは、チャネル使用率が増加し、チャネルによる遅延が急激に増加し、理論の待ち行列理論によると、ためです。この状況は、高速道路と少し似ています。高速道路上の場合には、大きな交通流、道路上のいくつかの場所がブロックされますので、旅行に必要な時間が長くなりますので。ネットワークは、似たような状況があります。ネットワークトラフィックが小さい場合には、大規模なネットワークの遅延は発生しません。ネットワークによって誘発される遅延が増加するので、パケット・ネットワーク・ノード（ルータ又はノードスイッチ）待つ必要に処理するので、ネットワークトラフィックが増加する場合には。

コンピュータアーキテクチャ

コンピュータネットワークは、非常に複雑なシステムです。お互いにファイルを転送するために、ネットワーク2台のコンピュータに接続されている。この点を説明するためには、最も単純なケースのいずれかを想像することができます。明らかに、2台のコンピュータ間でデータを転送するためのパスが存在しなければなりません。しかし、これは十分ではありません。少なくとも、以下の作業が行われる必要があります：

1. コンピュータは、（アクティブ化）を活性化しなければならないデータ通信を介して通信を開始します。いわゆる「活性化」は、コンピュータに送信され、正しくこのパスで受信されるデータを送信できることを確認するために、いくつかのシグナルを発行することです。
2. データを受信するコンピュータを識別するためにどのようにネットワークに指示します。
3. コンピュータを開始通信が他のコンピュータがオンになっていると、正しくネットワークに接続されているかどうかを確認しなければなりません。
4. 通信を開始するコンピュータのアプリケーションは、他のコンピュータ上のファイル管理プログラムは、文書や店舗作業ファイルを受信する準備ができているかどうかを把握しなければなりません。
5. ファイル形式は、少なくとも一つのコンピュータ・フォーマット変換機能が完了されるべき前記コンピュータと互換性がない場合。
6. エラーや事故の多様性は、スイッチ内のネットワーク・ノードに障害が発生した、など、あなたが最終的に正しいファイルを受け取る信頼性の高いコンピュータを確保するための措置がなければならない、そのようなデータ伝送エラー、重複や不足しているとして、発生します。

言及はまた、いくつかの他の作業を行うことができます。このように、2つのコンピュータシステムは、高度の仕事の作業を調整する必要があり、相互に通信し、この「コーディネートは」非常に複雑です。このような複雑なコンピュータネットワークを設計するために、早けれARPANETのオリジナルデザインのように提案されたアプローチを層状。「階層化は、」いくつかの小さなローカルな問題に大規模で複雑な問題になる可能性がありますが、これらの小さな地元の問題は、研究および治療する方が簡単です。

アーキテクチャは、5件の契約を締結しています

1.アプリケーション層（アプリケーション層）

アプリケーション層は、最上位レベルのアーキテクチャです。タスクアプリケーション層は、アプリケーション・プロセスの特定のネットワーク・アプリケーションとの間の相互作用によって達成されます。アプリケーション層プロトコルは、プロセス間通信およびアプリケーションの相互作用の規則によって定義されます。ここでの処理が実行されているプログラムのホストを指します。異なるネットワークアプリケーションの異なるアプリケーション層のプロトコルが必要です。インターネットでのアプリケーション層プロトコルドメインネームシステムDNS、HTTPプロトコルのサポート、Webアプリケーション、電子メールサポートのSMTPプロトコル、などなどたくさん、。パケット（メッセージ）と呼ばれるアプリケーション層データユニットとの相互作用我々。

2.トランスポート層（トランスポート層）

タスク輸送層は、2つのホスト間の通信の過程で汎用データ伝送サービスを提供する責任があります。このアプリケーションプロセスサービスの提供、アプリケーション層パケットで。ない特定のネットワークアプリケーションのためのいわゆる「ユニバーサル」とは、多くのアプリケーションは、同じトランスポート層サービスを使用することができます。ホストので、トランスポート層機能を多重分離、同時に複数のプロセスを実行することができます。多重化は、複数のアプリケーション層のプロセスが同時に逆の多重分離、以下のトランスポート層のサービスを使用することができるされ、受信された情報は、トランスポート層は、アプリケーション層に対応する処理の上方に配信されています。

トランスポート層は、主に以下の2つのプロトコルを使用しています：

1.伝送制御プロトコルTCP（伝送制御プロトコル） - 信頼性の高いコネクション型のデータ伝送サービスを提供するために、データ送信部セグメント（セグメント）。

2.ユーザーデータグラムプロトコルUDP（ユーザデータグラムプロトコル） - データ伝送の単位であるベストエフォート（ベストエフォート）のデータ伝送サービスは、（データ伝送の信頼性を保証するものではありません）、ユーザーデータグラムで、コネクションを提供。

3.ネットワーク層（ネットワーク層）

ネットワーク層は、パケット交換ネットワーク、異なるホストに通信サービスを提供する責任があります。データを送信する場合、セグメントトランスポート層、ネットワーク層またはパケットにカプセル化されたユーザ生成データパケットまたはパケットが送信されます。TCP / IPシステムでは、IPプロトコルを使用し、そして従って、IPデータグラムパケット、または単にパケットデータとして知られているネットワーク層からです。著書「パケット」と「データグラム」は、同義語として使用されます。

ネットワーク層のもう一つの課題は、ネットワークルータ経由先ホストを見つけるために、受け継がれたパケットの送信元ホストのトランスポート層のルーティングを適切に選択することです。

インターネットは、ルータ（ルータ）を介して異性体（異種）ネットワークの多数によって互いに接続されています。インターネットで使用されるネットワーク層プロトコルは、コネクションレスのインターネットプロトコルIP（インターネットプロトコル）と、インターネットのネットワーク層インターネットまたはIPレイヤと呼ばれるルーティングプロトコルの多くの種類です。本書では、ネットワーク層、インターネットとIP層は同義です。

4.データリンク層（データリンク層）

データリンク層は、多くの場合、リンク層と呼ばれます。我々は2つのホスト間のデータ伝送は、必ず専用のリンク層プロトコルを使用する必要がリンクの部分に送信することを知っています。クロス組み立てられたIPデータグラムフレーミング（フレーミング）、2つの隣接ノード間の2つの隣接ノード間のリンク上の伝送フレーム（フレーム）下りデータ、データリンク層、ネットワーク層を送信する場合。必要なデータおよび制御情報を構成する各フレーム（例えば、同期情報、アドレス情報、エラー制御、等）。

データを受信し、制御情報受信側は、最初と最後のビットフレームのどのビットを知ることができるようになっています。これにより、データリンク層フレームを受信した後、それは上位ネットワーク層に、データ部分から抽出することができます。

制御情報は、受信端を有効に受信されたフレームエラーの有無を検出することができます。エラーがある場合は、データリンク層は、ネットワークリソースを無駄にネットワーク回で送信し続けるするように、単に破棄フレームが間違っていたです。あなたはデータのデータリンク層の送信が（それはへのデータリンク層の誤り検出及び誤り訂正をするだけでなく、と言うことです）としたときに発生するエラーを訂正する必要がある場合は、正しいエラーが発生し、その後、我々は信頼性の高い伝送プロトコルを使用する必要があります。この方法は、データリンクプロトコル層複合体を作ります。

物理層（物理層）

送信されたデータの物理層上の単位はビットです。送信機が1（又は0）を送信する場合、受信機は、1（または0）の代わりに、0（又は1）を受けるべきです。したがって、物理層は、受信側でビットが送信者によって送信されたことを認識し、どのくらいの電圧「1」または「0」の代表、及び方法を検討することです。また、プラグ接続ケーブルを定義する物理層は、接続されるべきである何ピンならびにルートピンを有するべきです。もちろん、ビットの意味は、それが物理層の作業ではありません、説明表しています。すなわち、等ツイストペア、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、無線チャネル、などの情報が使用する物理的伝送媒体の一部に注意したが、以下では、物理層プロトコルの物理層プロトコルではありませんしてください。したがって、それはまた、物理メディア層0として物理層の下にありました。