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危 機 管 理 特 論情 報 通 信 ネットワーク1


情 報 通 信 ネットワークとは• 「 情 報 :Information」とは– ウイナー;「 生 物 及 び 自 動 制 御 系 をもつ 機 械 システムが、その 感 覚 器 官 を 通 じて 外 界 との 間 で 交 換 するすべての 内 容 」– シャノン;「 不 確 実 性 の 量 を 減 らす 働 きをするもの」• 「 通 信 :Telecommunication」とは– 「 情 報 をある 地 点 ( 送 信 者 )から 特 定 の 地 点 ( 受 信 者 )へ 電気 的 方 法 ( 電 磁 波 )を 用 いて 伝 達 すること」• 「ネットワーク:Network( 網 )」とは– 狭 義 ; 通 信 者 (ユーザ 設 備 ) 間 の 情 報 を 伝 達 するシステム– 広 義 ;ユーザ 設 備 を 含 み、 情 報 が 伝 えられる 仕 組 みの 全 体像4


情 報 通 信 ネットワークの 発 展• 当 初 の 目 的 ( 電 気 通 信 )– 音 声 情 報 の 長 距 離 大 容 量 伝 送 を 経 済 的 に 実 現 する 音 声 通 信 。• コンピュータの 発 展 ( 情 報 通 信 )– 音 声 以 外 の 情 報 を 取 り 扱 うデータ 通 信 。• 現 在– セキュリティ、 帯 域 保 証 、QoS(Quality of Service)に 基 づいたサービスを 提 供 。→NGN(New Generation Network) ※※NGNとは、Fixed Mobile Convergence (FMC) と 呼 ばれる 固 定 ・ 移 動 体 通 信 を 統 合 し、トリプルプレイ(Triple Play)と 呼 ばれる、 電 話 ・データ 通 信 ・ストリーミング 放 送 の 融 合 したマルチメディアサービスを 実 現 する、IP(Internet Protocol:インターネットプロトコル)技 術 を 利 用 する 次 世 代 電 話 網 。情 報 通 信 ネットワークは、ブロードバンド・ユビキタス 社 会 のインフラストラクチャ※ブロードバンドとは、「 広 帯 域 の」という 意 味 。 通 信 できる 帯 域 をブロード 化 した 場 合 、 送 受 信 できるデータ 量 は 激 増 する。 ユビキタスとは、「( 同 時 に)いたる 所 にある、 遍 在 する」という 意 である。例 えば、 携 帯 電 話 は、 身 につけて、 移 動 する 先 々で、どこでも 電 話 機 があるということ。6


日 本 の 情 報 通 信 サービスの 変 遷4730 万(2009 年 3 月 末 )1 億 963 万(2009 年 9 月 末 )1118 万(2009 年 3 月 末 )1501 万(2009 年 3 月 末 )電 話 網 のデジタル 化19881993第 2 世 代携 帯 電 話サービス7


回 線 容 量 と 利 用 可 能 なコンテンツブロードバンド10


情 報 通 信 ネットワークの 構 成• アクセスネットワークのブロードバンド 化 によって、コアネットワークにおける 伝送 容 量 の 大 容 量 化 が 必 要 。• 通 信 事 業 者 の 局 舎 には、 伝 送 装 置 、 交 換 機 、サーバ 等 が 収 容 されている。コアネットワーク光 基 幹 中 継 網光 ファイバ地 域 網光 ファイバ光 ファイバメタル光 ファイバ通 信 事 業 者 の 局 舎アクセスネットワーク11


日 本 の 光 基 幹 中 継 網12


国 際 海 底 光 通 信 網AC-1TAT-14JP-USPC-1GEMINITAT-12/13CH-USFLAG-ATLANTICFLAGSEA-ME-WE3APCNTPC-5GUAM-PHILIPPINESOUTHERN CROSS* Including the planing routs13


( 参 考 ) 国 際 海 底 WDM 伝 送 システムCable name Capacity Total extension Service start Landing country/regionTPC-5CN10Gbit/s(5Gx2sys.)25,000Km December, 1996 Japan, the United States, GuamAPCN10Gbit/s(5Gx2sys.)15,000Km December, 1996Japan, Taiwan, Korea, Philippines, Singapore, Malaysia, Thailand,IndonesiaFLAG10Gbit/s(5Gx2sys.)27,000Km January, 1998Japan, Korea, China, Hong Kong, Thailand, Malaysia, India,United Arab Emirates, Jordan, Egypt, Italy, Spain, England"SEA-ME-WE-320Gbit/s(2.5Gx4chx2sys.)(extended to 40Gbit/s.)33,000Km March, 1999Japan, Korea, China, Taiwan, Hong Kong, Macao, Philippines, Brunei, Vietnam,Singapore, Malaysia, Indonesia, Australia, Thailand, Myanmar, Sri Lanka, India,Pakistan, United Arab Emirates, Oman, Djibouti, Saudi Arabia, Egypt, Turkey,Cyprus, Greek, Italy, Morocco, Portugal, France, England, Belgium, GermanyChina-USPC-1JAPAN-USCableNetworkTAT-14FLAG-Atlantic80Gbit/s(2.5Gx8chx4sys.)160Gbit/s(10Gx4chx4sys)80Gbit/s(extended to 640Gbit/s)640Gb/s(10Gx16chx4sys.)160Gbit/s(extended to 1.28Tbit/s)30,000Km End of 1999 China, Japan, the United States, Guam, Taiwan, Korea21,000Km End of 1999 Japan, the United States22,000Km 1st-Q, 2000 Japan, the United States15,300Km October, 2000 the United States, Denmark, Germany, Netherlands, France, England12,500Km 1st-Q, 2001 the United States, France, EnglandAAG1.92Tbps(10Gbps x 96 x 2sys)20,000km 2008the United States, Guam, Hawaii, Philippines, Singapore, Malaysia, Thailand,Hong-Kong, Viet Nam, BruneiTPE5.12Tbps(10Gbps x 64 x 8sys)18,000kmChina-US:2008OctoberJapan-US: 計 画 中China, Japan, the United States, Taiwan, KoreaUnity7.68Tbps(10Gbps x 96 x 8sys)10,000km 2010 予 定 Japan, the United States14


光 ファイバ 伝 送 技 術• 光 ファイバ 伝 送 技 術 とは– マイクロ 波 (10 10 Hz)より 高 い 周 波 数 の 電 磁 波 であるコヒーレント 光 (10 15 Hz)を 用 いて、 大 容 量 の 情 報 を 光 ファイバで 長 距 離 伝 送 できる 技 術 。• 1970 年 に 技 術 的 ブレークスルー: 新 しい 光 源 と 伝 送 媒 体 の 登 場 。– Bell 研 ( 米 )で、GaAlAs/GaAs 結 晶 を 用 いた 波 長 0.85µmの 半 導 体 レーザの室 温 連 続 発 振 。– コーニング 社 ( 米 )で、CVD 法 により、 光 ファイバの 低 損 失 化 (20dB/km)に見 通 し。• 光 ファイバ 伝 送 が 発 展 した 技 術 的 要 因– 高 出 力 、 狭 スペクトル 線 幅 の 連 続 光 を 常 温 で 発 振 し、 高 速 変 調 が 可 能 な 小型 で 使 いやすい 半 導 体 レーザが 開 発 。– 広 帯 域 性 (~20THz)、 低 損 失 性 (~0.2dB/km@1.5µm)、 無 誘 導 性 、 軽 量(~30g/km)、 細 径 (~125µm)、 可 とう 性 ( 最 小 曲 率 半 径 2mm)、 機 械 的 強 度 、無 漏 話 、 耐 腐 食 性 などの 優 れた 伝 送 媒 体 である 光 ファイバの 開 発 。15


光 ファイバ 伝 送 システム• 現 在 、 商 用 化 されている 光 ファイバ 伝 送 システムでは、 光 強 度 変 調 - 直 接 検波 (IM-DD:Intensity Modulation-Direct Detection) 方 式 が 採 用 。電気信号多 重変 換回 路光 源光 ファイバ光 ファイバ受 光素 子多 重変 換回 路電気信号送 信 装 置光 ファイバの 非 線 形 性による 送 信 光 出 力 制 限中 継 装 置受 信 装 置送 信 光 出 力光 レベル中 継 利 得中 継 間 隔受 光 レベル最 小 受 光 レベル伝 送 距 離光 ファイバ 伝 送 システムの 基 本 構 成 と 光 レベルダイヤ16


光 ファイバ 伝 送 技 術 の 進 展1980 年 1990 年 2000 年 2010 年大 容 量 化 による 伝 送 コストの 低 減時 分 割 多 重 伝 送 技 術100Mbps 2.4Gbps 10GbpsKey technology光 ファイバ 増 幅 器分 散 シフトファイバシングルモードファイバ40Gbps波 長 多 重 伝 送 技 術テラビット伝送マルチモードファイバ17


時 分 割 多 重 (TDM)の 原 理TCh.1Ch.2TΔtCh.3Ch.4多 重 変 換 回 路18


波 長 多 重 (WDM)の 原 理波 長 多 重 回 路19


各 種 通 信 サービスとアクセスネットワーク情 報 通 信 ネットワークが 提 供 するサービス 毎 にアクセスネットワークが 構 築 されている。アクセスネットワークFWA 10~150MbpsFMCFixed Mobile Convergenceトリプルプレイサービス( 電 話 、インターネット、 映 像 )ONUケーブルモデムADSLモデムADSL無 線 LAN ~54Mbps携 帯 電 話音 声 ;5~12kbps、データ;64~7MbpsCATVFTTH30~100Mbps下 り;30Mbps、 上 り;10Mbps下 り;8~50Mbps、 上 り;~1Mbps光 ファイバメタルコ アネットワークDSUISDN 64kbps x 2アナログ 電 話 4kHzUNI (User Network Interface)20


アクセスネットワークの 構 成収 容 局SwitchingSystem(LS)SwitchingSystem(LS+SLT)OLTMDFFTMMetallic cableユーザビルRT…LS: Local SwitchSLT: Subscriber Line TerminalRT: Remote TerminalFTM: Fiber Terminal ModuleMDF: Main Distributing FrameRT0.5km配 線 系Metallic cableOptical Fiber cableき 線 系約 1.5km21


アクセスネットワークの 光 化通信事業者の局設備光 ファイバ光 ファイバ光 ファイバスターカップラ変 復 調装 置WCSRT同 軸 ケーブル無 線WCS:WLL Cell Stationメタル・ケーブルRT:Remote terminalPON(Passive Optical Network) 方 式SS(Single Star) 方 式光 ファイバ光 ファイバHFC : Hybrid Fiber CoaxCATVで 双 方 向 通 信 サービスを 実 現する 方 式FWA : Fixed Wireless Access無 線 技 術 を 応 用 し、 経 済 的 に 家 庭のごく 近 くまで 光 ファイバを 導 入 し、双 方 向 通 信 サービスを 実 現 する 方 式FTTC : Fiber To The Curb各 家 庭 のごく 近 くまで 光 ファイバを導 入 し、 双 方 向 通 信 サービスを 実 現する 方 式FTTH : Fiber to The Home各 家 庭 まで 光 ファイバを 導 入 し、高 速 化ブロードバンドアクセスを 実 現する 方 式22


PONシステムの 種 類PON 技 術 とEthernet 技 術 の 融 合 により、 高 速 化 と 低 コスト 化 を 実 現 。名 称STM-PONBroadband-PON(B-PON)GE-PON(1000BASE-PX)G-PON標 準 化 機 関NTT 独 自 仕 様ITU-TG.983シリーズIEEE802.3ahITU-TG.984シリーズ最 大 速 度10Mbps下 り; 155, 622Mbps,1.24Gbps上 り; 155, 622Mbps1.25Gbps下 り;1.24, 2.48Gbps上 り;155, 622Mbps,1.24, 2.48Gbps上 り 下 りの多 重 方 法時 分 割 多 重(TDD)波 長 多 重(WDM)伝 送 フレーム STM ATM EthernetGTC(GEM+ATM)分 岐 数 最 大 32 最 大 64 最 小 16伝 送 距 離10km、20kmGTC: G-PON transmission convergence (125µs 周 期 の 固 定 長 フレーム)GEM: G-PON encapsulation method ( 可 変 長 フレーム)23


PONシステムのしくみ• 上 り 信 号 は 、TDMA (time division multiple access)を 利 用 。– 信 号 の 衝 突 防 止 技 術 が 重 要 。• 下 り 信 号 は、 TDM (time division multiplex)を 利 用 。– 暗 号 化 や 認 証 技 術 が 重 要 ( 各 ユーザ 宛 の 情 報 だけを 取 り 出 す)。• 上 り 信 号 と 下 り 信 号 は、 WDM (wavelength division multiplexing)を 利 用 。11 2 … n2ONUユーザ 宅21 2 … nOLT: Optical Line TerminalOSU: Optical Subscriber UnitONU: Optical Network UnitTDMAn….1 2 … n上 り 信 号…n 2 11 2 … n下 り 信 号WDMOSUOLT通 信 事 業 者 の 局 舎24


情 報 通 信 ネットワークの 最 近 のトレンド• クラウドコンピューティング• NGN(Next Generation Network)• ネットワークのブロードバンド 化• 光 と 無 線 の 融 合25


クラウドコンピューティング26


クラウド(Cloud)・コンピューティングとは• クラウド・コンピューティングとは、コンピュータリソースを 必 要 に 応 じてネットワークを 介 して 利 用 可 能 とするシステムやビジネスを 指 す 概 念 。• ブロードバンド 常 時 接 続 、PC 低 価 格 化 、 仮 想 化 技 術 、マッシュアップ開 発 手 法 などの 進 展 により、コンピュータを「 持 つ」から「 使 う」に 変 化 。• 柔 軟 なシステム 構 築 、システム 運 用 コスト 削 減 、そして、 企 業 間 のビジネス 連 携 の面 で 企 業 競 争 力 の 強 化 に 効 果 を 発 揮 。持 つ使 う企 業 A企 業 Bクラウドコンピューティングシステム 購 入 し、 自 社 内 で 所 有 ・ 運 用複 数 の 企 業 / 個 人 等 でリソースを 共 有企 業 C企 業 D企 業 A 企 業 B 企 業 C 企 業 D ・・・27


クラウド・コンピューティングサービスの 分 類• クラウド・コンピューティングサービスを3つに 大 別 。• 違 いは、どこまで「サービス」として 提 供 するか。• どこまで「サービス」を 提 供 するかは 各 社 の 戦 略 。SaaS:Software asa ServicePaaS:Platform asa ServiceHaaS:Hardware asa ServiceアプリケーションミドルウェアOSサービス・Sales Force マルチテナント・Google Appsサービス・Force.com・Google App Engine他 社 がHaaSを 利 用 してSaaSやPaaSビジネスをする 場合 もあり(SecondLife,Twitter, DropBox)ハードウェア、データセンタサービス・Amazon S3・Amazon EC228


NGN(Next Generation Network)29


NGNとは?(NTTの 商 用 化 サービスの 場 合 )従 来 の 電 話 網 がもつ 信 頼 性 ・ 安 定 性 を 確 保 しながら、IPネットワークの 利 便 性 ・ 経 済 性を 備 えた、 次 世 代 の 情 報 通 信 ネットワークがNGN。 NTTが 世 界 に 先 駆 けて、 国 際 標 準に 準 拠 した 最 先 端 の 技 術 を 利 用 しながら 実 現 。30


NGNの 議 論 の 中 心IMSの 採 用 を 提 案EuropeETSITISPANNGN 関 連 標 準 化 団 体 の 構 図* 国 連 の 専 門 機 関 、189カ 国 と600 以 上 の 民 間 機 関 が 参 加ITU-TFG-NGNAsiaCJK NGNWG国 際 標 準 化 として 最 終的 な 議 論 を 行 なうNGN 標 準 化 ではTISPANを支 持 、 事 業 者 間 接 続 については 積 極 的USAATISIMSの 作成 元3GPP・3GPP2IETF移 動インターネットSIPの規 定 元FG-NGN (Focus Group on NGN)ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions)TIA(Telecommunications Industry Association )3GPP(Third Generation Partnership Project)ETSI (European Telecommunications Standards Institute),CJK (China, Japan, Korea)IETF (The Internet Engineering Task Force)31


NGNとIMS、FMCIMS: IP Multimedia Subsystem32


ネットワークのブロードバンド 化33


10T光 通 信 と 無 線 通 信 の 高 速 化WDM40Gx273(10.9T)伝 送 速 度 (bps)1T100G10G1G100M10MMoore’s LawDoubled every 18 months400M10BASE-T1.6GEthernet2.4G10GTDM10GbE100BASE-TOpticalAccess40GGbE802.11aSTM-PON 802.11bWireless10G-EPONG-EPONB-PON802.11g1MLAN1980 1985 1990 1995 2000 2005100GbENext GenerationAccessWDM-PON?802.11nMobile3G(HSDPA)Super3G4G2010 2015年34


同 一 光 ファイバ 上 での1G/10G-EPONの 構 成 例• WDM 技 術 ( 下 り 信 号 )とデュアルレート 受 信 技 術 ( 上 り 信 号 )により、 同 一 の 光 ファイバ 伝 送 路 に 既 存 の 1G-EPONと10G-EPON とを 収 容 。V-ONU1G/1GONUBroadcast Co.V-ONUV-OLTVideodeliveryequipment10G/1GONUAsymmetricONUUpgrade !1G/10GDual-rate-OLTIP networkV-ONU1G-OLT10G/10GONUSymmetricONUUpgrade !35


送 受 信 器 と 光 モジュールの 小 型 ・ 経 済 化TOSA(ONU)BOSA(1G)TOSA(10G)IntegratedIntegratedXFP-E(OLT Transceiver)1x9Single-fiber type SFP(ONU Transceiver)Plug-in type ONUhttp://www.nel.co.jp/product/photonics/http://www.incom.co.jp/newsroom/desc.php/1923http://www.furukawa.co.jp/what/2007/jotsu_070319.htm36


( 参 考 ) 情 報 通 信 機 器 の 低 価 格 化• 伝 送 媒 体 の 特 性 (メタル、 光 ファイバ、 伝 送 速 度 、 伝 送 距 離 等 )にあった 脱 着 可 能なトランシーバモジュール(プラガブルモジュール)をネットワーク 装 置 のポートに装 着 。• 伝 送 媒 体 に 依 存 しない 汎 用 のネットワーク 装 置 、 標 準 化 されたトランシーバモジュールにより、 低 コスト 化 が 進 展 。ネットワーク 装 置 プラガブルモジュール 伝 送 媒 体スイッチ伝 送 媒 体 に 対 応 したトランシーバモジュールを 選 択ポートに 装 着ルータ37


フォトニックネットワークの 基 盤 技 術光 2000 万 時 代 の 多 彩 なサービスをサポートする 大 容 量 かつ経 済 的 なコアネットワーク38


フォトニックトランスポートネットワークより 大 容 量 、 経 済 的 なコアネットワークの 実 現 を 目 指 して39


( 参 考 )OADMリングネットワークTransport nodeLong-haul transport NetworkRepeaterOADMNode #0RepeaterOptical Switch Array(TO-SW)ThroughAdd/DropOADMNode #3RepeaterOADM ringnetworkOADMNode #2RepeaterOADMNode #1OpticalAmp.WDMDEMUX(AWG)DropDrop/ContinueOptical LineTerminalAddWDMMUX(AWG)OpticalAmp.ROADM波 長 可 変 光 源 を 送 信 器 に 用 いて、OpticalSwitch Arrayと 連 携 して、 波 長 を 制 御 することで、ノード 間 で 自 由 に 通 信 路 を 設 定 できる。STM-4~STM-6440


無 線 通 信 の 始 まり• 1864 年 Maxellによる 電 磁 波 の 予 言– Maxwell 方 程 式• div D = ρ クーロンの 法 則• div B = 0 クーロンの 法 則• rot H - ∂D/∂t = j アンペールの 法 則• rot E + ∂B/∂t = 0 ファラデーの 電 磁 誘 導 法 則• 1888 年 Hertzによる 電 磁 波 の 発 見Arthur Clark Maxwell(1831-1879) 英 国スイッチをオンオフさせる火 花 放 電火 花 放 電発 信 器電 磁 波受 信 器Heinrich Rudolf Hertz(1857-1894) ドイツヘルツの 実 験 の 原 理 図• 1895 年 Marconiによる 無 線 通 信 の 発 明– 1895 年 に2.4kmの 通 信 実 験 に 成 功 。– 1896 年 に 英 国 で 特 許 出 願 。– 1899 年 に 英 仏 海 峡 50km、1901 年 にイングランドとアイルランド 間 360km、大 西 洋 横 断 3000kmの 実 験 に 成 功 。Guglielmo Marconi(1874-1937)イタリア41


1901 年 の 海 底 ケーブル 網42


電 磁 波 の 種 類 と 利 用• Maxwell 方 程 式 から 得 られる 波 動 は、あらゆる 周 波 数 ( 波 長 )の 電 磁 波 が 存 在 することを示 している。• 電 波 は、 携 帯 電 話 、 無 線 LAN、 衛 星 通 信 、テレビ、ラジオ、 携 帯 電 話 、 衛 星 放 送 等 に 応用 されている。電 波赤 外 線可 視 光紫 外 線X 線γ 線1km1m1mm1μm1nm1pm1fm極長波長波中波短波?10 3 m300kHz300MHz10 -3 m300GHz10 -6 m300THz10 -9 m10 -12 m10 -15 m中 波 / 短 波 ラジオ 放 送未 開 拓 領 域光 ファイバ 通 信非 圧 縮 高 精 細 画 像 伝 送(120GHz)将 来 のWPANVHF30~300MHzUHF300M~3GHzSHF3~30GHzミリ 波30~300GHzサブミリ 波(テラヘルツ 波 )300G~3THzFMラジオ 放 送地 デジ 放 送携 帯WLAN衛 星 放 送 ・ 通 信レーダ電 波 天 文43


アメリカでのマルコーニの 無 線 実 験• 1899 年 秋 、アメリカ 合 衆 国で 最 初 の 公 開 実 験– ニューヨークで、 国 際 ヨットレースであるアメリカスカップのレポートを 無 線 で 伝 えるデモンストレーションを 行 う。無 線 機 を 設 置 したニュージャージにある 双 子 灯 台44


ユーザ 当 たりのモバイルデータトラヒック• ユーザ 当 たりのモバイルデータトラヒックは、 年 率 1.6 倍 の 増 加 傾 向 。• 今 後 も 同 様 の 傾 向 が 続 くと 想 定 される。2010 年 NTT DoCoMo45


これからの 無 線 通 信• WiMAXやLTEのブロードバンドモバイルサービスの 立 ち 上 がり、スマートフォン 等 の 端 末 、WiFiルータが 普 及• クラウドコンピューティングの 進 展いつでも、どこでも、 必 要 な 情 報 を 快 適 に 利 用 する 環 境 を 提 供 するブロードバンドユビキタスネットワークで、 高 速 無 線 アクセスは 重 要 な 役 割 を 果 たす。高 速 無 線クラウドコンピューティングTV 端 末ONUブロードバンドユビキタスネットワーク高 速 無 線アクセス高 速 無 線 アクセス高 速 無 線 アクセス高 速 無 線 アクセススマートフォンWiFiルータスマートブックWiFiタブレット 型 端 末(ipad、GalaxyTab、etc)46


光 と 無 線 の 融 合47


10T光 通 信 と 無 線 通 信 の 高 速 化WDM40Gx273(10.9T)Bit rate (bps)1T100G10G1G100M10MMoore’s LawDoubled every 18 months400M10BASE-T1.6GEthernet2.4G10GTDM10GbE100BASE-TOpticalAccess40GGbE802.11aSTM-PON 802.11bWireless10G-EPONG-EPONB-PON802.11g1MLAN1980 1985 1990 1995 2000 2005100GbENext GenerationAccessWDM-PON?802.11nMobile3G(HSDPA)Super3G4G2010 2015Year48


ブロードバンドユビキタスネットワークを 用 いたサービス• SaaSにより、アプリケーション、データストレージ、 映 像 配 信 サービスを 提 供 。• ブロードバンドユビキタスネットワークに 必 要 な 高 速 無 線 通 信 をマイクロ 波 フォトニクス 技 術 で 実現 可 能 。アプリケーションサーバストレージサーバ映 像 配 信 サーバ高 速 無 線クラウドコンピューティングTV 端 末ONUブロードバンドユビキタスネットワーク(ブロードバンド 光 通 信 + 高 速 無 線 通 信 )高 速 無 線スマートブック高 速 無 線将 来 の 端 末 は、・「 速 くて、シンプルで、セキュア」なOS・ 高 速 無 線 通 信 インターフェース・シンプルな 入 力 インターフェース・ 適 度 な 大 きさのディスプレイ・ 軽 量 ・ 低 消 費 電 力高 速 無 線WiFiWiFiルータ高 速 無 線スマートフォンタブレット 型 端 末(ipad、GalaxyTab、etc)49


マイクロ 波 と 光 波 の 境 界 の 未 利 用 電 磁 波 領 域• テラヘルツフォトニクス– 光 通 信 技 術 の 進 展 により、 小 型 ・ 経 済 化 、 高 速 ・ 広 帯 域 化 したデバイス 技 術 を 適 用 するアプローチ• テラヘルツエレクトロニクス– 従 来 の 半 導 体 エレクトロニクスからの“ 地 道 な” 高 性 能 化 のアプローチテラヘルツエレクトロニクステラヘルツ 電 磁 波テラヘルツフォトニクス波 長(メートル)周 波 数(Hz)キロミリ10 1 100 10 1 100 10 1 100 10 1 100 10 130長波k (10 3 )電 波マイクロナノ光 の 領 域 ( 広 義 )780 380nm nmマイクロ 波極遠 近超中 短超マイサ 中 可 紫短クロ ミ ブミリ赤X波 波短赤 視 外波 リ外波線波波線 外 光 線波線300 3 30 300 3 30 300 3 30 300 3 30 300M (10 6 ) G (10 9 ) T (10 12 ) P (10 15 )未 開 拓(100GHz-10THz)50


マイクロ 波 フォトニクスが 目 指 すもの“ 光 と 電 波 の 融 合 ”【1】これまでの 電 波 技 術 あるいは 光 技 術 が 出 来 なかったことを、それぞれの 技 術 を 利 用 して 補 完 しあう・RF 信 号 を 光 (ファイバ) 技 術 を 用 いて 伝 送( 電 波 が 届 かない 場 所 : 地 下 、 遠 距 離 、トンネルなど)・ 光 技 術 を 用 いて、 電 波 を 低 擾 乱 、 広 帯 域 に 計 測・ 光 ファイバ 分 散 の 影 響 回 避 や 帯 域 利 用 効 率 向 上 のため、 無 線( 電 波 )の 変 調 技 術 を 利 用【2】これまでの 電 波 技 術 も 光 技 術 も 出 来 なかったことを、両 者 の 技 術 を 利 用 して 実 現 する・ 電 波 と 光 波 の 境 界 の 電 磁 波 領 域 の 開 拓 :ミリ 波 ・テラヘルツ 波51


伝 送 速 度 と 無 線 キャリヤ 周 波 数• 伝 送 速 度 の 増 大 には、 無 線 キャリア 周 波 数 の 高 周 波 数 化 が 必 要 。50 10%10120 GHz 帯1%伝 送 速 度 (Gbit/s)10 -1 1無 線 LANFWA(P-P)0.1%10 -210 -3携 帯 電 話FWA(P-MP)1 10 100 500キャリア 周 波 数 (GHz)52


ブロードバンド 無 線 アクセス• 無 線 周 波 数 の 帯 域 は、 規 制 により 制 限 されているため、セルサイズを 小 さくすることで、通 信 速 度 を 向 上 することができる。• ブロードバンド 無 線 アクセスには、フェムトセルが 有 効 となる。広 域 のエリアをカバーするには 多 数 の 基 地 局 が 必 要 となるので、 基 地 局 の 構 成 をシンプルにして、 基 地 局 を 経 済 化 する 必 要 がある。光 アクセスセルブロードバンド無 線 アクセスフェムトセル光 ファイバ基 地 局53


• WDM-PONは– 光 ファイバを 共 用 。WDM-PONの 特 長– OSUは 共 用 されず、 各 ONUに 対 応 したOSUを 利 用 。• 上 記 の 特 徴 により、– 各 ユーザ 毎 に 独 立 に 帯 域 をアップグレードできる。– 波 長 毎 に 異 なるサービスを 提 供 できる。• WDM-PONは、シンプルで 柔 軟 性 のある 光 アクセスシステムを 構 築 できる 高 い 可 能 性を 秘 めている。λ 1 -ONUλ 1 -ONUλ 2 -ONUλ 4 -ONUλ 1λ 2λ 3λ 4OLTλ 1 -OSUλ 2 -OSUλ 3 -OSUλ 4 -OSU54


ブロードバンドユビキタスネットワーク• 分 散 アンテナシステム(DAS)にマルチインプットマルチアウトプット(MIMO)アンテナを組 み 合 わせることで、 様 々な 高 速 無 線 サービスを 提 供 。• MIMOアンテナからのRF 信 号 をRadio on fiber (RoF) で 伝 送 し、 基 地 局 を 経 済 化 。• 分 散 アンテナシステムにおける 多 数 のMIMOアンテナからのRF 信 号 は、WDM-PONにより 収 容 。WDM-PON分 散 アンテナシステムインターネット基 地 局光 ファイバセンタ 局RoFMIMO55


基 本 的 なRoFのしくみ• Subcarrier modulation (SCM)を 利 用 して、 無 線 信 号 を 光 キャリアに 重 畳 。無 線 キャリア光 変 調( 電 気 → 光 )光 キャリア光 検 出( 光 → 電 気 )周 波 数10 GHz ( 例 ) 200THz +/-10 GHz周 波 数56


無 線 通 信 への 応 用 例 :NTT、BMI (US)送 信 機 本 体120GHz/94GHz 帯 無 線受 信 機 本 体光 変 調 器データ 変 調 器EDFAUTC-PDLPFHEMT増 幅 器CDR光 信 号電 気 信 号O/Eデータ 入 力レシーバMMIC制 御 器LNACDRE/Oデータ 出 力125 GHz94 GHz光 サブTHz 信 号 発 生 源システム 構 成57


10Gbit/s 無 線 (120GHz)の 利 用 シーン“ 非 圧 縮 ” HDTV データのマルチチャネル(max. 6ch) 伝 送イベント 会 場テレビ 中 継 車( 中 継 点 )中 継 点Ch1Ch2Ch6HDTV 信 号1.5 Gbit/s/カメラ無 線“ライトワンマイル”Optical fiberTV 放 送 局58


情 報 通 信 ネットワークの 基 本 構 造 とそのしくみ59


情 報 通 信 ネットワークの 形 成A情 報 端 末A情 報 端 末伝 送 路伝 送 路BDBノードDC情 報 通 信 ネットワークの 形 成・ノードによる 伝 送 路 の 利 用 効 率 向 上C60


情 報 通 信 ネットワークの 基 本 構 造• 通 信 事 業 者 のネットワークは、UNIで 終 端 されている。• 通 信 事 業 者 が 提 供 するサービスは、UNIを 通 じて 端 末 に 提 供 される。• 交 換 機 間 で、 端 末 情 報 である 電 話 番 号 、アドレスや 経 路 情 報 をやりとりし、リンク 中に 回 線 等 を 設 定 し、 「 情 報 源 」と「 情 報 受 信 者 」とを 接 続 する。• ネットワークのオペレーション/マネージメント( 故 障 、 輻 輳 制 御 、 電 話 番 号 設 定 等 )により、ネットワークが 常 時 正 常 に 動 作 している。UNI (User Network Interface)電 話 番 号アドレス符 号 化符 号 化変 調アクセス 制 御多 重 化airメタル同 軸光 ファイバ復 号 化復 調アクセス 制 御多 重 化課 金集 線経 路 制 御ノード符 号 化変 調多 重光 ファイバリンク復 号 化復 調分 離経 路 制 御情 報 源伝 送装 置伝 送 路伝 送装 置交 換 機伝 送装 置伝 送 路伝 送装 置端 末リンクアクセスネットワーク経 路 制 御 情 報 等ノードコアネットワーク交 換 機情 報 受 信 者伝 送装 置伝 送 路伝 送装 置交 換 機伝 送装 置伝 送 路伝 送装 置※アナログ 電 話ではアクセスネットワークの 伝 送 装置 は 不 要 。リンクオペレーション/マネージメントリンクノード61


符 号 化• 符 号 化 とは、 文 字 や 映 像 や 音 声 などの 情 報 を、0か1かのディジタルデーターに 変 換 すること。• 符 号 化 の 目 的– 情 報 の 伝 達 や 記 録 の 効 率 を 向 上• 情 報 源 符 号 化 、 高 効 率 符 号 化 などと 呼 ばれ、 情 報 の 冗 長 性 を 除 去し、 圧 縮 して 伝 達 あるいは 記 録– 信 頼 性 の 向 上• 通 信 符 号 化 と 呼 ばれ、 誤 り 率 訂 正 符 号 が 主 役– セキュリティの 向 上• 秘 密 を 守 ること、 情 報 の 偽 造 や 不 正 な 改 変 を 防 止 し、 暗 号 が 主 役62


変 調 と 復 調 、 多 重 化• 変 調– 情 報 源 から 送 出 される 電 気 信 号 を 伝 送 路 の 特 性 に 適 した 形 態 に 変 換 する 手 段 。• アナログ 変 調– 搬 送 波 の 振 幅 、 周 波 数 、 位 相 をアナログ 信 号 で 変 化 させる» 振 幅 変 調 (AM)、 周 波 数 変 調 (FM)、 位 相 変 調 (PM)– パルス 列 の 高 さ、 間 隔 、 幅 をアナログ 信 号 で 変 化 させる(パルス 変 調 )» パルス 振 幅 変 調 (PAM)、パルス 位 置 変 調 (PPM)、パルス 幅 変 調 (PDM)• ディジタル 変 調– 搬 送 波 の 振 幅 、 周 波 数 、 位 相 をディジタル 信 号 で 変 化 させる» ASK、FSK、PSK• パルス 符 号 変 調 (PCM:Pulse Code Modulation)– アナログ 信 号 をサンプリングし、サンプリングパルスの 振 幅 値 を 符 号 化 し、ディジタル 信 号 に 変 換• 復 調– 伝 送 路 から 得 られた 信 号 をもとの 電 気 信 号 に 変 換 する 手 段 。• 多 重 化– 複 数 の 変 調 信 号 を 束 ねて、 伝 送 路 に 送 出 し、 伝 送 容 量 を 増 大 させる 手 段 。• 時 分 割 多 重 (TDM:Time Division Multiplexing)• 周 波 数 多 重 (FDM:Frequency Division Multiplexing)– 多 重 化 する 周 波 数 毎 の 直 交 性 を 利 用 した 場 合 は、 直 交 周 波 数 分 割 多 重 (OFDM:OrthogonalFrequency-Division Multiplexing)– 光 通 信 の 場 合 、 波 長 多 重 (WDM:Wavelength Division Multiplexing)と 呼 ばれる。63


• 情 報 源アナログ 伝 送 とディジタル 伝 送– アナログ 情 報 : 音 声 や 映 像 のように 時 間 的 、 振 幅 的 に 連 続 した 情 報– ディジタル 情 報 :データのように 数 字 の「1」、「0」の 組 み 合 わせで 構 成された 情 報アナログ情 報ディジタル情 報変 調周 波 数 分 割多 重伝 送 路アナログ 通 信周 波 数 分 割多 重復 調アナログ情 報ディジタル情 報アナログ情 報符 号 化時 分 割多 重伝 送 路時 分 割多 重復 号 化アナログ情 報ディジタル情 報ディジタル 通 信ディジタル情 報64


アクセス 制 御 技 術• アクセス 制 御 とは、ユーザ 毎 に 異 なる 周 波 数 (FDMA: Frequency Division Multiple Access) 、時 間 (TDMA: Time Division Multiple Access)、 符 号 (CDMA: Code Division Multiple Access )を割 り 当 てることで、 複 数 のユーザが 同 一 の 伝 送 路 を 効 率 的 に 利 用 する 技 術 。– FDMA第 一 世 代 携 帯 電 話 (アナログ)– TDMA• コンテンション 方 式 (ランダムアクセス 方 式 )– ALOHA(パケットの 衝 突 回 避 を 積 極 的 に 行 っていないため、スループットの 改 善 に 限 界 がある)» ピュアALOHA– CDMA» スロットALOHA– CSMA(Carrier Sense Multiple Access)• ノンコンテンション 方 式– ポーリング 方 式– 予 約 方 式第 三 世 代 携 帯 電 話 (デジタル)LAN光 アクセス(PON)第 二 世 代 携 帯 電 話 (デジタル)f 1f 2f 3周 波 数電 力FDMA時 間ユーザ1ユーザ2ユーザ3電 力 TDMA時 間f 0T 1 T 2 T 3周 波 数ユーザ1 ユーザ2 ユーザ3f 0周 波 数電 力ユーザ1( 符 号 1)CDMAユーザ2( 符 号 2)時 間ユーザ3( 符 号 3)65


伝 送 路ポリエチレン 等 の 絶 縁 被 覆• 有 線– メタル• ツイストペアケーブル– 雑 音 対 策 のため 撚 っている。– 100Mbps 程 度 まで 伝 送 可 能 。– 電 話 線 、LANで 利 用 。• 同 軸 ケーブル– 絶 縁 体 、 外 部 導 体 により、クロストーク、 雑 音 が 入 りにくい。– 1Gbps 程 度 まで 伝 送 可 能 。– CATV 等 で 利 用 。– 光 ファイバ• 直 径 100ミクロン 程 度 の 石 英 ガラス 繊 維 で、 屈 折 率 がわずかに 異 なるコアとクラッドからなる。• 数 100Tzの 超 広 帯 域 を 有 する。• 無 線– 有 限 な 資 源 である 電 波 を 利 用 。– 300kHz~30GHzまでの 電 波 を 用 途 に 合 わせて 利 用 。1 対 のツイストペア非 シールドツイストペア(UTP)シールドツイストペア(STP)66


電 磁 波 の 種 類• Maxwell 方 程 式 から 得 られる 波 動 は、あらゆる 周 波 数 ( 波 長 )の 電 磁 波 が 存 在 することを 示 している。• 電 磁 波 は、テレビ、ラジオ、 携 帯 電 話 、 光 ファイバ 通 信 等 に 応 用 されている。電 波赤 外 線可 視 光紫 外 線X 線γ 線1km1m1mm1μm1nm1pm1fm極長波長波中波短波?10 3 m300kHz300MHz10 -3 m300GHz10 -6 m300THz10 -9 m10 -12 m10 -15 m中 波 / 短 波 ラジオ 放 送未 開 拓 領 域光 ファイバ 通 信非 圧 縮 高 精 細 画 像 伝 送(120GHz)将 来 のWPANVHF30~300MHzUHF300M~3GHzSHF3~30GHzミリ 波30~300GHzサブミリ 波(テラヘルツ 波 )300G~3THzFMラジオ 放 送地 デジ 放 送携 帯WLAN衛 星 放 送レーダ電 波 天 文67


( 参 考 ) 電 波 の 伝 搬 : 大 気 減 衰100020℃ 1 気 圧H 2 O:7.5g/m 3H 2 O霧 (0.1g/m 3 )見 通 し 50m減 衰 量 (dB/km)1001010.10.01H 2 OO 2O 2H 2 Oミリ 波10 GHz 100 GHz30 mm 3mmサブミリ 波1THz0.3mm周 波 数 / 波 長赤 外 線(IR)10 THzCO 2H 2 OO 3IRの 窓CO 2H 2 O, CO 2100 THz豪 雨(150 mm/h)大 雨(25 mm/h)霧 雨(0.25 mm/h)H 2 O可 視 光1000 THz30 µm 3 µm 0.3 µm68


伝 送 路 符 号• 伝 送 路 の 媒 体 (メタル、 同 軸 、 光 ファイバ 等 )の 物 理 的 特 性 に 応 じて、 伝 送 路 符 号を 選 択 。0 1 0 0 1 1 01NRZ 符 号(Non Return to Zero)単 極 性 NRZ 符 号0-11時 間両 極 性 NRZ 符 号0時 間-11単 極 性 RZ 符 号0時 間-1RZ 符 号(Return to Zero)AMI 符 号10時 間-11(AMI: Alternate Mark Invedrsion)両 極 性 RZ 符 号0時 間-169


伝 送 方 式• 直 列 伝 送 と 並 列 伝 送– 直 列 伝 送 :1ビットずつ 順 次 送 信 。– 並 列 伝 送 :1つの 符 号 を 同 時 に 送 信 。 送 受 信 のタイミング 合 わせが 必 要 で、 近 距 離 伝 送に 限 られる。• 半 二 重 伝 送 と 全 二 重 伝 送– 半 二 重 伝 送 (half duplex transmission): 双 方 向 伝 送 を 時 間 的 に 重 ならないように 行 う 方式 で、2 線 式 (2W;1 対 の 伝 送 媒 体 は2 本 の 導 体 で 成 り 立 つ)で 実 現 。– 全 二 重 伝 送 (full duplex transmission): 双 方 向 伝 送 を 同 時 に 行 う 方 式 で、4 線 式 (4W;2対 の 伝 送 媒 体 )で 実 現 。符 号●●●並 列直 列変 換伝 送 路並 列直 列変 換●●●端 末2W端 末直 列 伝 送 方 式半 二 重 伝 送符 号●●●伝 送 路●●●●●●端 末4W端 末並 列 伝 送 方 式全 二 重 伝 送70


交 換 方 式• 回 線 交 換 (コネクション 型 )– 通 信 要 求 に 応 じて、 送 信 端 末 と 受 信 端 末 間 に 通 信 路 を 設 定 。– 通 信 が 終 了 すると、 通 信 路 を 解 除 。– 回 線 を 占 有 するため、 送 信 情 報 の 遅 延 や 遅 延 揺 らぎが 少 ない。• パケット 交 換 ( 蓄 積 交 換 )– 送 信 情 報 は、 一 定 の 大 きさに 区 切 られ、 宛 先 等 の 制 御 信 号 を 付 加 したパッケトとして 転 送 。– パケットは 交 換 機 に 蓄 積 され、 回 線 の 空 き 状 況 に 応 じて 転 送 。– 回 線 を 占 有 しないため、バースト 的 に 発 生 する 情 報 を 効 率 よく 転 送 。– パケット 交 換 には、バーチャルサーキットとデータグラムがある。• バーチャルサーキット(コネクション 型 )– 主 に 通 信 事 業 者 が 構 築 したネットワークで 利 用 され、パケットを 送 信 する 前 に、制 御 用 パケットにより、パケットを 転 送 する 経 路 を 設 定 。 仮 想 的 な 回 線 を 作 って、パケットを 転 送 。• データグラム(コネクションレス 型 )– コンピュータネットワークであるLANやインターネットで 利 用 され、 同 一 の 相 手へのパケットの 転 送 経 路 は 一 通 りではなく、パケットを 受 け 取 ったノードが、その 都 度 、 空 いている 伝 送 路 を 選 択 して、パケットを 転 送 。71


回 線 交 換 とパケット 交 換回 線 交 換交 換 機無 音無 音交 換 機×パケット 交 換• 相 手 と 通 信 回 線 を 接 続 し、 固 定 ( 専 有 )する• 他 のユーザは 話 中 になる• 連 続 的 な 通 信 が 可 能 ( 遅 延 小 ) 音 声 通 話 に 適 している• ( 回 線 を 専 有 しているので、その 時 間 によって 課 金 される)交 換 機 あるいはルータB交 換 機 あるいはルータ• 相 手 のあて 先 をつけ、パケット 化 して 送 出 ( 宅 急 便 のイメージ)• あて 先 にしたがって 経 路 を 選 択 しながら 伝 送• データ 通 信 のようにバースト 性 の 強 い 場 合 に 適 している72


音 声 を 伝 える 情 報 通 信 ネットワーク電 話 網73


電 話 網 と 電 話 交 換 機 の 種 類• 電 話 網 の 特 徴– 100 年 以 上 の 歴 史 をもち、4kHzという 音 声 帯 域 情 報 を 最 も 効 率 よく 伝 達 できるように 設計 されたネットワーク。– 国 内 では、 概 ね4000 万 の 加 入 者 がいるユニバーサルサービス。– ダイヤルするだけで、 世 界 中 の 約 5 億 以 上 の 電 話 と 接 続 可 能 。• 電 話 交 換 機– 加 入 者 交 換 機 (LS: Local Switch)• 加 入 者 を 直 接 収 容 する 交 換 機 で、 一 般 にその 入 り 端 子 数 は 数 万 端 子 。• 加 入 者 線 の 集 線 を 行 う。– 中 継 交 換 機 (TS: Transit Switch)• LSや 他 のTSと 接 続 され、 中 継 される 通 話 の 交 換 を 行 う。他 のTSと 接 続TS他 のTSと 接 続LS加 入 域 ALS加 入 域 B74


1 同 一 加 入 者 交 換 機 での 通 話2 同 一 市 内 での 通 話3 長 距 離 市 外 通 話電 話 網 の 構 成アクセスネットワークTSコアネットワーク中 継 線TS中 継 線中 継 線加 入 者 線・加 入 者 線LSLS3・1制 御 信 号・加 入 者 線LS共 通 線 信 号 網2同 一 市 内・・・・処 理 ノード75


• 信 号 網電 話 網 - 信 号 網 -– 共 通 線 信 号 方 式 : 電 話 番 号 等 の 信 号 情 報 がサービスの 高 度 化 に 対 応して 増 加 したため、 交 換 機 を 結 ぶ 共 通 の 信 号 回 線 を 通 話 路 とは 別 に 設けた 信 号 方 式 。– 個 別 線 信 号 方 式 : 通 話 の 前 後 に、 信 号 情 報 を 通 話 回 線 を 用 いて 伝 送する 信 号 方 式 。STPSTPA 面LS TS TS TS TS LSSTPSTPB 面STP(Signal Transfer Point: 信 号 中 継 局 ): 信 号 情 報 の 中 継 機 能 をもつ76


( 参 考 ) 電 話 網 の 相 互 接 続• POI(Point of Interface)を 介 して、 通 信 事 業 者 のネットワークが 相 互接 続 されている。NTT 地 域 網信 号 網 POI他 通 信 事 業 者 網共 通 線 信 号 網TS市 外 POI長 距 離 系 NCC地 域 系 NCC携 帯 電 話 網共 通 線信 号 網LS市 内 POI長 距 離 系 NCC地 域 系 NCC加 入 者 回 線接 続 装 置加 入 者 回 線POI地 域 系 NCCADSL 事 業 者 等PHS 等加 入 者 線 端POI77


音 声 を 伝 える 情 報 通 信 ネットワーク携 帯 電 話 網78


携 帯 電 話 網 の 構 成LS電 話 網TS無 線 基 地 局セル( 数 百 m~ 十 数 km)加 入 者 交 換 機または加 入 者 パッケト 交 換 機携 帯 電 話 網ノードビル( 大 規 模 )無 線 ネットワーク制 御 装 置ノードビル( 小 規 模 )ホームメモリ関 門交 換 機他 事 業 者 の携 帯 電 話 網中 継 交 換 機または中 継 パッケト 交 換 機ゲートウエイインターネット共 通 線 信 号 網無 線 アクセスネットワーク無 線 コアネットワーク79


サービスエリア、 位 置 登 録 エリア、セルの 関 係• ホームメモリに 登 録 してある 携 帯 電 話 の 場 所 は、「 位 置 登 録 エリア」 単 位 で 登 録 。• 携 帯 電 話 の 位 置 登 録 は、 別 の 位 置 登 録 エリアに 携 帯 電 話 が 移 動 した 際 に、 行 われる。セル(NTTドコモの 場 合 で3 万 以 上 )サービスエリア( 全 国 をカバー)セル位 置 登 録 エリア(NTTドコモの 場 合 全 国 で 数 十 程 度 )80


携 帯 電 話 がつながるしくみ発 信 者ホームメモリ無 線ネットワーク制 御 装 置12無 線基 地 局3加 入 者交 換 機4中 継交 換 機加 入 者交 換 機無 線 ネットワーク制 御 装 置無 線基 地 局5無 線基 地 局中 継交 換 機56566通 話 相 手無 線基 地 局1 ユーザが 発 信 した 通 話 相 手 の 電話 番 号 情 報 は、 無 線 基 地 局 を 通じて、 加 入 者 交 換 機 に 届 く。2 加 入 者 交 換 機 は、ホームメモリに 通 話 相 手 がどの 位 置 登 録 エリアにいるかを 問 い 合 わせ、 着 信側 の 加 入 者 交 換 機 を 特 定 する。3 着 信 側 の 加 入 者 交 換 機 を 特 定するローミング 番 号 をホームメモリを 通 じて 発 信 者 側 の 加 入 者 交換 機 に 通 知 。4 加 入 者 交 換 機 と 中 継 交 換 機 が 連携 して、 発 信 側 と 着 信 側 の 加 入者 交 換 機 の 回 線 を 接 続 。5 着 信 側 の 加 入 者 交 換 機 が、 配 下の 無 線 基 地 局 を 通 じて、 一 斉 に携 帯 電 話 を 呼 び 出 す(ページング)。6 通 話 相 手 の 携 帯 電 話 が、 自 分 が呼 び 出 されたことを 応 答 する。通 話 相 手 が 属 する 位 置 登 録 エリア81


ハンドオーバーのしくみ• ハンドオーバーとは、セルを 移 動 しても 通 話 が 切 れないしくみ。• 携 帯 電 話 は、それ 自 身 が 通 信 している 無 線 基 地 局 や 周 辺 の 無 線 基 地 局 からの 電 波強 度 を 測 定 。• 他 の 無 線 基 地 局 からの 電 波 が 通 信 中 の 無 線 基 地 局 からの 電 波 より 強 くなると、 携 帯電 話 が 無 線 基 地 局 を 通 じて、 無 線 制 御 装 置 に 通 知 。 無 線 制 御 装 置 は、 携 帯 電 話 に新 しい 無 線 基 地 局 との 通 信 を 開 始 させる。→ 移 動 1• 異 なる 無 線 ネットワーク 制 御 装 置 間 の 移 動 では、 移 動 元 の 無 線 ネットワーク 制 御 装置 で 折 り 返 して、 移 動 先 の 無 線 基 地 局 との 通 信 を 開 始 。→ 移 動 2無 線 基 地 局加 入 者 交 換 機セル移 動 1無 線 ネットワーク制 御 装 置移 動 2中 継 交 換 機82


携 帯 電 話 網 の 音 声 とデータ 通 信 ネットワーク• 音 声 通 信 は、 通 信 用 のチャネルを 占 有 しているのに 対 し、データ 通 信 は、パケット通 信 を 行 う。• 音 声 通 信 とデータ 通 信 は、それぞれ 別 のネットワークを 使 って、 通 信 をする。音 声 通 信 用 コアネットワークノードビル加 入 者 交 換 機中 継 交 換 機関 門 交 換 機無 線 ネットワーク制 御 装 置他 の 電 話 事 業 者 へ無 線 基 地 局インターネットへ加 入 者パッケト 交 換 機中 継 パケット交 換 機ゲートウエイデータ 通 信 用 コアネットワーク83


データを 伝 える 情 報 通 信 ネットワークコンピュータネットワーク; LANとインターネット84


プロトコル• プロトコル( Protocol; 通 信 規 約 )とは、 通 信 時 の 約 束 ごと– 異 なる 送 受 端 末 (コンピュータ 等 ) 間 で、データ 通 信 するための 手順 や 仕 組 みを 決 めた 約 束 事 で、 機 能 の 階 層 化 と 各 階 層 間 のインターフェースに 関 する 仕 様 を 規 定 している。プロトコルの 日 常 会 話 で 例 えると言 語 による 会 話話 の 内 容日 本 語 、 英 語 の 文 法通 信データプロトコル85


OSI 参 照 モデルプロトコルとしては、ISO(International Organization for Standardization: 国 際 標 準 化機 構 )が 作 成 したOSI(Open System Interconnection) 参 照 モデルが 世 界 標 準 。TCP/IPでは、プレゼンテーション 層 とセッション層 が 縮 退 して、アプリケーション 層 のみデータ装 置 端 末アプリケーション 層各 層 でのヘッダを 付与 し、 下 位 層 に 渡 す。各 層 でのヘッダを 分離 、 解 析 し、 上 位 層に 渡 す。装 置 端 末パケットフレームプレゼンテーション 層セッション 層トランスポート 層ネットワーク 層データリンク 層物 理 層ノードインターネットLANノードWebやメール 等 のアプリケーションコンピュータのOSLANドライバとLANアダプタ各 階 層 でのヘッダーOSI7 層 モデル伝 送 路 伝 送 路 伝 送 路86


( 参 考 ) OSI 参 照 モデル• 第 1 層 ( 物 理 層 ): 通 信 ケーブルやコネクタ 等 の 物 理 媒 体 の 電 気 的 、 機 械 的 な 規 定 。コネクタ 形状 、ピン 配 置 、 電 気 ( 光 ) 信 号 の 電 圧 や 伝 送 路 符 号 、 変 調 方 式 を 定 めている。• 第 2 層 (データリンク 層 ): 隣 接 するノード 間 を 結 ぶ 伝 送 路 (リンク)で、ビット 情 報 をリンクを 介 して 転 送 するための 規 定 。データリンクの 確 立 と 解 放 、データ 転 送 、リンクで 発 生 した 誤 り 訂 正 手段 を 定 めている。• 第 3 層 (ネットワーク 層 ): 端 末 装 置 間 (end-to-end)の 接 続 経 路 は、 通 信 網 内 のデータリンクの縦 続 接 続 で 構 成 されるため、 端 末 装 置 間 の 接 続 経 路 の 確 立 、 維 持 、 開 放 、 中 継 経 路 の 選 択法 を 規 定 。• 第 4 層 (トランスポート 層 ): 端 末 装 置 中 で 実 行 中 の 複 数 のプロセスの1つと 通 信 相 手 の 端 末 装置 中 の 同 様 な1つのプロセス 間 で、ビット 情 報 を 転 送 するための 方 法 を 規 定 。データの 紛 失 、同 一 情 報 の 二 重 受 信 や 受 信 順 序 の 逆 転 に 対 する 回 復 手 段 も 定 めている。• 第 5 層 (セッション 層 ): 転 送 情 報 の 区 切 りを 相 互 に 確 認 するための 規 定 。 文 書 情 報 の 転 送 では、文 章 の 開 始 、ページ、 章 等 の 区 切 り 情 報 の 授 受 手 順 を 定 めている。• 第 6 層 (プレゼンテーション 層 ):プロセス 間 の 通 信 では、データの 符 号 形 式 や 構 文 等 のデータ構 造 や 表 現 形 式 の 一 致 が 必 要 であり、このような 表 現 形 式 の 選 択 と 変 換 を 規 定 。• 第 7 層 (アプリケーション 層 ): 第 6 層 以 下 では 定 義 されていない 通 信 上 必 要 な 規 定 を 取 り 扱 う。特 に 規 約 化 されているものとして、ジョブ 転 送 やファイル 転 送 プロトコルがある。87


LAN• LAN(Local Area Network)– 会 社 のビル、 工 場 、 大 学 構 内 といった 限 られたエリアで 利 用 されるコンピュータ 間 通 信 を 行 うパッケトネットワーク– 通 信 事 業 者 が 通 信 サービスを 提 供 する 公 衆 網 (WAN:Wide Area Network)と 異 なり、 利 用 者 が 限 定 されているため、セキュリティ 確 保 よりも 通 信 効 率 を高 めることに 重 点 を 置 いている。• IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers: 米 国 電 気 電子 技 術 者 協 会 )のLANの 定 義– 「 多 数 の 独 立 した 装 置 が、 適 度 なデータ 伝 送 速 度 を 持 つ 物 理 的 伝 送 路 を 通じて 適 当 な 距 離 内 で 直 接 的 に 通 信 可 能 とするデータ 通 信 システム」– 上 記 の 定 義 をかみくだくと、「コンピュータやPC、 周 辺 機 器 等 を、10Mb/s~1Gb/s 程 度 の 伝 送 速 度 を 実 現 できる 有 線 や 無 線 媒 体 を 用 いて、オフィスやフロア、ビル 群 等 、 地 理 的 に 限 られた 範 囲 内 で 直 接 的 に 通 信 できるデータ 通信 システム」88


( 参 考 )LANの 歴 史• 1973 年– Xerox 社 パロアルト 研 究 所 で、Dr. Robert M. Metcalfe(ロバート メトカフ 博 士 )により、イーサネット(Ethernet)が 発 明 される。– Ethernetとは、Ether(エーテル: 宇 宙 に 存 在 し、 電 磁 波 や 光 を 運 ぶ 仮 想 の 物質 と 考 えられていたもの)+net(Networkを 短 縮 )– 当 時 、ハワイ 大 学 が 計 画 していた「ALOHA NET」にヒントを 得 て、 Ethernetnの 媒 体 アクセス 方 式 であるCSMA/CDを 考 案 。• 1979 年– DEC、Intel、Xeroxの3 社 が、EthernetをDIX 規 格 としてまとめる。– メトカフ 博 士 が、LAN 専 門 会 社 である3Com(Computer,Communication,Compatibility) 社 を 設 立 (6 月 )。• 1980 年– IEEEが、LAN/WANの 標 準 化 を 目 的 とするIEEE802 委 員 会 を 設 立 (2 月 )• 1983 年– IEEE 802.3 CSMA/CD( 通 称 :Ethernet) 標 準 の 成 立89


LANのネットワークトポロジ• ネットワークトポロジ: 伝 送 路 の 配 線 形 態– バス 型 :1 本 のケーブルに 複 数 のコンピュータ 等 が 接 続 される 伝 送 媒体 を 共 有 。– リング 型 :コンピュータを 環 状 に 接 続 して 利 用 。あるノードから 発 信 されたデータは、リングを 回 ってもとのコンピュータに 戻 る。– スター 型 : 交 換 制 御 機 能 等 をもつ 装 置 を 介 してコンピュータ 間 を 接 続 された 伝 送 媒 体 を 専 有 。バス 型リング 型スター 型接 続 制 御LANのネットワークトポロジ90


伝 送 媒 体• 有 線 : 伝 送 速 度 、 伝 送 距 離 、 使 用 環 境 等 の 利 用 条 件 とコストから 選 択 。– (1)ツイストペアケーブル– (2) 同 軸 ケーブル– (3) 光 ファイバ– (1)から(3)の 順 に、 性 能 ( 伝 送 速 度 、 伝 送 距 離 )とコストが 上 昇 。• 無 線 :ケーブルがひきにくい 場 所 、フロアの 配 置 換 え 等 LANの使 用 環 境 を 頻 繁 に 変 更 する 必 要 がある 場 合 やポータビリティを重 視 したい 場 合 に 利 用 。– 伝 送 速 度 は、54~300Mb/s– 使 用 する 電 波 は、2.4GHz 帯 と5GHz 帯– 壁 面 等 の 反 射 によるマルチパス 現 象 が 生 じるため、 有 線 に 比 べ、 伝 送特 性 が 不 安 定 であるため、 伝 送 方 式 や 受 信 方 法 に 工 夫 がされている。91


LANのアクセス 制 御• アクセス 制 御– バス 型 、リング 型 ネットワークトポロジのLANでは、 伝 送 媒 体 を 共 有 するので、 伝 送 媒 体 に 接 続 された 各 端 末 装 置 が 発 信 するデータ 同 士 の 衝 突 を 回避 する 必 要 があり、 伝 送 媒 体 にアクセスする 手 順 を 規 定 している。• 有 線 LAN– CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 方 式– トークンパッシング 方 式• 無 線 LAN– CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 方 式 :CSMA/CDと 類 似 した 方 式 であり、 各 端 末 装 置 が 送 信 中 であるか 否 か、 自分 宛 てのデータが 送 信 されているか 否 かを 常 に 把 握 することで 衝 突 を 回 避 。92


CSMA/CD• アクセス 制 御 手 順– (1)キャリア 感 知 (Carrier sense):データの 送 信 を 行 うコンピュータは、 伝 送 媒 体 上 に 他 のコンピュータからのデータが 流 れていないか 確 認 。– (2) 多 重 アクセス(Multiple access): 伝 送 媒 体 上 をデータが 流 れていないことを 確 認 したら、 自分 のデータの 送 信 を 開 始 。 複 数 のコンピュータがキャリア 感 知 を 行 うと 共 に 複 数 のコンピュータからデータが 送 信 されるので、これを 多 重 アクセスという。– (3) 衝 突 検 出 (Collision detection): 送 信 を 開 始 したコンピュータ 間 のデータ 信 号 伝 搬 時 間 があるため、キャリア 感 知 を 行 っても、 伝 送 媒 体 上 でデータの 衝 突 が 起 こる。この 時 、データ 送 信 を行 ったコンピュータは、 乱 数 によって 決 められる 一 定 時 間 待 機 した 後 、キャリア 感 知 の 動 作 に入 る。• CSMA/CD 方 式 は、 低 価 格 で、 低 スループットでは 高 性 能 を 発 揮 するが、 接 続 されるコンピュータ 数 が 多 くなり、 LAN 上 のトラヒックが 増 大 したり、データの 伝 送 速 度 が 高 くなった場 合 には、データの 衝 突 の 可 能 性 が 大 きくなり、 通 信 効 率 等 の 性 能 が 著 しく 劣 化 する。(1)キャリア 感 知(2) 多 重 アクセス(3) 衝 突 検 出データ?データデータデータデータデータ93


CSMA/CA• キャリアを 感 知 した 場 合 は、 自 らの 送 信 は 行 わない。• キャリアが 感 知 されない 場 合 は、DIFSだけ 時 間 をあけ、 各 端 末 が 管 理 するバックオフ 時 間だけ 待 って、フレームを 送 信 する。アクセスポイントからは、SIFSだけ 待 って、 受 信 確 認 のACKフレームが 送 出 される。 他 の 端 末 は、 送 信 が 行 うことができないため、バックオフ 時 間を 次 のフレーム 送 信 フェーズまで 持 ち 越 す。• ACKフレーム 終 了 時 点 から、DIFSだけ 時 間 をあけて、フレームを 送 信 する。 衝 突 が 生 じた場 合 、ACKが 返 送 されないため、 各 端 末 は、 乱 数 によって 決 められるバックオフ 時 間 を 設定 して、 再 送 信 を 行 う。アクセスポイントDIFSSIFSACKDIFS衝 突DIFSSIFSACK端 末 Aデータ端 末 B持 ち 越 しデータデータ端 末 C持 ち 越 しデータ持 ち 越 しビジーバックオフ 時 間 DIFS: Distributed Coordination Function Inter Frame Space SIFS: Short IFS94


( 参 考 ) 隠 れ 端 末 問 題• 障 害 物 により、 電 波 が 届 かない 場 合 、 端 末 間 でキャリアを 感 知 できないと 各 端 末 からの 送 信 フレームの 衝 突 が 頻 繁 に 生 じる。• フレーム 送 信 を 開 始 する 前 に、RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send)と 呼ばれる 短 い 制 御 信 号 をやりとりして、フレーム 送 信 中 に 他 の 端 末 がフレーム 送 信 を行 わないようにする(RST、CSTに 記 載 されているNAV 期 間 だけ 送 信 を 中 止 )。→ソフトキャリアセンスDIFS SIFS SIFS SIFSアクセスポイントアクセスポイントCTS1 2 3ACKBRTSデータAB障 害 物 により 電 波 が 届かない。C電 波 が 届 かないので、 互 いのキャリアを 感 知 出来 ないACビジーバックオフ時 間NAV(RTS)NAV(CTS)NAV:Network Allocation Vector95


LAN 間 の 接 続• LAN 間 の 接 続– 広 い 構 内 に 分 散 している 建 物 や 高 層 ビルでは、 建 物 やフロア 毎 にLANが 設 置 され、これらのLANを 束 ねて 統 合 したLANとして 利 用 。– 地 域 的 に 離 れたLANどうしを 接 続 するサービスが 通 信 事 業 者 により 提 供 されている。• IP-VPN(Virtual Private Network)、 広 域 イーサーネット 等※VPNとは、 仮 想 的 な 専 用 網• LAN 間 接 続 のための 装 置– リピータ( 物 理 層 で 動 作 ): 伝 送 媒 体 を 流 れる 信 号 の 増 幅 と 再 生 を 行 う。LANの 規 格として 使 用 できるケーブル 長 をこえてLANを 構 築 する 場 合 に 用 いられる。– ブリッジ(データリンク 層 で 動 作 ):EthernetやFDDI 等 のLANセグメントどうしを 接 続 。リピータの 機 能 に 加 え、 不 要 なデータを 中 継 しないアドレスフィルタリング 機 能 を 有する。– ルータ(ネットワーク 層 で 動 作 ):ルータはLANどうしを 接 続 したり、WAN 経 由 でLANどうしを 接 続 する 場 合 に 用 いる。コンピュータ 毎 に 付 けられた 識 別 子 「ネットワークアドレス」を 参 照 し、データを 中 継 すべき 回 線 を 選 択 する 機 能 を 有 する。– ゲートウエイ(7 層 全 体 で 動 作 ):プロトコルが 異 なるネットワークを 相 互 接 続 するためのプロトコル 変 換 器 。96


リピータハブとスイッチングハブ• リピータHUBでは、 信 号 はすべての 機 器 (コンピュータ)にばらまかれて、LAN 全 体 に 伝 わる。CSMA/CDによるアクセス 制 御 が 行 われる。• スイッチングHUBでは、 宛 先 MACアドレスによって、 信 号 を 目 的 の 機 器(コンピュータ)にのみ 転 送 。CSMA/CDによるアクセス 制 御 が 用 いられず、スイッチング 回 路 とMACアドレステーブルで、 信 号 を 転 送 。リピータHUBスイッチングHUBスイッチングHUBの各 ポートは、 接 続 先の 機 器 のMACアドレスをMACアドレステーブルに 記 憶リピータHUBを 利 用 したLANスイッチングHUBを 利 用 したLAN97


インターネット• インターネットの 歴 史– 1960 年 代 の 後 半 、 米 国 国 防 総 省 DoD(Department of Defense)が 中 心 となり、軍 事 技 術 として、パッケト 通 信 の 研 究 開 発 が 開 始 。– 1969 年 、パッケト 交 換 技 術 の 実 用 性 を 検 証 するため、カリフォルニア 大 学 (ロサンゼルス 校 、サンタバーバラ 校 )、SRI、Utah 大 学 の4つのノードを 結 んだARPANET(Advanced Research Project Agency Network)が 構 築 。– 1975 年 、ARPANETの 研 究 グループによって、TCP/IPが 開 発 。– 1982 年 、TCP/IPの 仕 様 決 定 。TCP/IPが 実 装 されたUNIXの 提 供 が 開 始 。– 1990 年 、 商 用 インターネット 誕 生 。– 1992 年 、WWW(World Wide Web) 発 表 。– インターネットに 接 続 されている 全 世 界 のホスト 数 3 億 5000 万 程 度 (2005 年 )• 「インターネット」とは– もともとは、 複 数 のネットワーク(LAN)を 結 んで1つのネットワークにすること「インターネット」と 呼 んだが、 現 在 では、このような 意 味 を 伝 えたい 場 合 、「インターネットワーキング」と 言 う。– ARPANETから 発 展 して、 世 界 中 のコンピュータを 接 続 しているネットワークを 意 味 し、 英 語 では、“Internet”あるいは“The Internet”と 表 現 する。98


インターネットの 構 造• POP、NOC、IX 間 の 接 続 には、 通 信 事 業 者 の 通 信 回 線 ( 専 用 線 サービス)を 利 用 。ルータプロバイダAプロバイダBサーバPOPPOPNOCNOCPOPPOPIXプロバイダCPOPNOCNOCPOPIX: Internet ExchangeNOC: Network Operation CenterPOP: Access PointPOPPOPPOPアクセス 回 線ルータ99


インターネットプロトコル 群• インターネットを 構 築 する 上 で 必 要 なプロトコルセット– アプリケーションプロトコル• HTTP, SMTP, TELNET, FTP, SNMP, MIME, HTML, etc– 経 路 制 御 プロトコル• RIP, OSPF, BGP– トランスポートプロトコル• TCP, UDP– インターネットプロトコル• IP, ICMP, ARP, RARP100


TCP/IPのプロトコル 階 層 モデルWebやメール 等 のアプリケーションコンピュータのOSLANドライバとLANアダプタレイヤー5 アプリケーション 層HTTP、SMTP 等レイヤー4 トランスポート 層TCPレイヤー3 インターネット 層IPレイヤー2 データリンク 層ネットワークインターフェース 層レイヤー1 物 理 層アプリケーションにあったデータのやりとりする 手 順 と 形 式 を 決 めるデータの 品 質 管 理 とアプリケーション 管 理をするあて 先 までデータを 届 ける(アドレス 管 理 と 経 路 選 択 )データをフレーム 化 し、識 別 ・ 転 送 するデータを 信 号 にして 送 信 する(0,1を 電 圧 の 高 低 や 光 の 点 滅 に 変 換 )•TCP:Transmission Control Protocol‣TCP(Transmission Control Protocol):ネットワークの 帯 域 幅 の 有 効 利 用 やデータ 紛 失 等 を 解 決 するプロトコル。‣UDP(User Datagram Protocol):TCPプロトコルと 異 なり、データの 紛 失 等 のチェックをしない 信 頼 性 のないプロトコル。•IP : Internet Protocol101


IPアドレス• インターネットに 接 続 する 機 器 にはIPアドレスが 付 けられる。• IPアドレスは32ビット8ビットずつ4 組 に 分 け10 進 法 表 記( 例 )192.168.129.102 進 法 では11000000 10101000 10000001 00001010※IPv6では、IPアドレスは128ビット• 16 進 数 で 表 記 された 数 値 を16ビット 単 位 で、コロン (:)で 区 切 って 表 記( 例 )3ae3:90a0:bd05:01d2:288a:1fc0:0001:10ee102


サブネットマスク• ネットワーク 部 とホスト 部– IPアドレス 172.20.100.52– サブネットマスク 255.255.255.192• IPアドレスとサブネットマスクを 合 わせて 記 載 すると– 172.20.100.52/26IPアドレスサブネットマスク10101100 00010100 01100100 0011010011111111 11111111 11111111 11000000ネットワーク 部 (26ビット)ホスト 部ホスト 部 が、すべて「0」のものはネットワークアドレス、すべて「1」のものはブロードキャストアドレスとして、Reserveされている。103


TCP/IP 階 層 モデルでの 通 信HTTPTCPIPIPHTTPTCPIPイーサネット10BASE-T10BASE-Tイーサネット100BASE-TX100BASE-Tイーサネット1000BASE-TXイーサネット1000BASE-TXサーバのIPアドレスパソコンのIPアドレスルータのMACアドレスパソコンのMACアドレスサーバのIPアドレスパソコンのIPアドレスサーバのMACアドレスパソコンのMACアドレスデータ S R1 データ S R1 データ S R2パソコンLAN10Mbps 100Mbps 1GbpsLANスイッチングHUBルータサーバ104


IPアドレスとIPパケットの 転 送• 同 一 ネットワーク 内 のホストは、デフォルトゲートウェイとして、ルータのIPアドレスを 知 っている。– 192.168.144.0/24のネットワークでは、192.168.144.1– 192.168.128.0/24のネットワークでは、192.168.128.1• 宛 先 IPアドレスにより、 同 一 ネットワーク 内 に 宛 先 のホストが 存 在 するかを 判 断 。1 同 一 ネットワーク 内 に 宛 先 ホストが 存 在 すれば、ARPを 使 って、 宛 先 ホストのMACアドレスを 取 得 し、LAN 内 にパッケトを 送 信 。2 同 一 ネットワーク 内 に 宛 先 ホストが 存 在 しない 場 合 、ARPを 使 って、デフォルトゲートウェイのMACアドレスを 取得 し、ルータにパッケトを 送 信 。ルータが、 経 路 制 御 表 から 宛 先 IPアドレスに 従 って、パッケトを 送 信 するポートを判 断 。IP MACデータ192.168.144.0/24のネットワーク192.0.2.31192.168.128.0/24のネットワーク192.168.144.1 192.168.128.1 スイッチングスイッチングHUBHUB2 ルータ1宛先送信元送信元ARPで 取 得宛先2インターネットルータ192.0.2.1LAN#1ホスト#1ホスト#2ホスト#3LAN#2ホスト#1ホスト#2ホスト#3192.168.144.10 192.168.144.11 192.168.144.12192.168.128.10 192.168.128.11 192.168.128.12105


経 路 制 御 プロトコル• 同 一 の 決 まりや 考 え 方 で、 経 路 制 御 を 管 理 する 範 囲 を 自 律 システム(AS:Autonomous System)あるいは 経 路 制 御 ドメイン(RoutingDomain)という。• EGP(Exterior Gateway Protocol):AS 間 の 経 路 制 御 プロトコル– BGP(Boarder Gateway Protocol):AS 番 号 (ASごとに 割 り 当 てられた2バイトのアドレス)を 基 に 経 路 制 御 を 行 うプロトコル。 目 的 とするASにパケットが 到 達 するまでに 通 過 するAS 番 号 のリスト(AS 経 路 リスト)を 収 集 し、 複 数 の 経 路 がある 場 合 は、 最 短 のリストを 選 択 。• IGP(Interior Gateway Protocol):AS 内 のダイナミックルーティングプロトコル– RIP(Routing Information Protocol): 距 離 ベクトル 型 のプロトコル(ルータが、距 離 と 方 向 の 情 報 から、 経 路 制 御 表 を 作 成 )で、 通 過 するルータ 数 (ホップ数 )から 距 離 ベクトルを 割 り 出 し、ホップ 数 が 最 小 となる 経 路 を 設 定 。– OSPF(Open Shortest Path First):リンク 状 態 型 のプロトコル(ルータが、ネットワーク 全 体 の 接 続 状 態 を 理 解 して、 経 路 制 御 表 を 作 成 )で、 各 リンクに 重 み 付け(メトリック)を 設 定 し、メトリックが 最 小 となるように 経 路 を 設 定 。106


TCPの 役 割 (1)• パケットの 喪 失 や 順 序 の 入 れ 替 わり 等 が 生 じるIP 通 信 (ベストエフォート 型 通 信 )の信 頼 性 を 高 めるため、シーケンス 番 号 、 確 認 応 答 、 再 送 制 御 、コネクション 管 理 、ウインドウ 制 御 等 を 実 現 。– 確 認 応 答 (ACK/NACK): 送 信 データをセグメント 単 位 に 分 割 して、そのシーケンス 番号 を 管 理 する。 送 信 側 は、セグメント 送 信 後 に、 相 手 からの 確 認 応 答 (セグメントが 到 着したか 否 かの 通 知 )を 待 って、 次 のセグメントを 送 信 。– ウインドウ 制 御 : 複 数 のセグメントを 一 度 に 送 信 することで、 通 信 効 率 を 向 上 。 特 に、パケットの 往 復 時 間 が 長 い 場 合 に 有 効 。 確 認 応 答 を 待 たずに 送 信 できるデータの 大 きさをウインドウサイズといい、 受 信 側 のバッファ 状 態 の 指 示 に 応 じて 送 信 側 がウインドウサイズを 制 御 (フロー 制 御 )したり、 通 信 開 始 時 にはウインドウサイズを 絞 り(スロースタート)、確 認 応 答 に 応 じて 徐 々に 大 きくする 制 御 ( 輻 輳 制 御 )が 行 われる。– スループット(byte/sec)=ウインドウサイズ(byte)/RTT(sec)RTT 一 定 時 間 RTT 一 定 時 間 RTT RTTホストA喪 失データ1ACK1データ2喪 失データ2ACK2データ3ACK3データ3ACK3データ4、5、6ACK4、5、6ホストB時 間TCPによるIPパッケトの 通 信 手 順RTT(Round Trip Time)107


TCPの 役 割 (2)アプリケーションが 起 動 時 に 自 分 が 使 うポート 番 号 をTCPに 登 録 。ホスト 側 はポート 番 号を 任 意 に 選 択サーバ 側 は、アプリケーション 毎 にポート 番号 が 決 められているWebブラウザX80WebサーバメールソフトY25SMTPサーバTelnetZ23Telnetサーバ108


WebアクセスルートDNSサーバ( 全 世 界 で13 台 )co.jpDNSサーバntt.co.jpXXX.ntt.co.jpパソコンに 登 録 されたDNSサーバに、URLに 対 応 するIPアドレスを 問 い 合 わせHTTPを 使 って 情 報 を 入 手www.XXX.ntt.co.jpWebサーバ109


電 子 メール• 送 信 プロトコル SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)• 受 信 プロトコル POP3 (Post Office Protocol version 3)DNSサーバに、 受 信 側 メールサーバに対 応 するIPアドレスを 問 い 合 わせDNSサーバSMTPSMTPインターネットPOP3送 信 側送 信 側メールサーバ受 信 側メールサーバ受 信 側プロトコルスタックSMTPTCPアプリケーション 層トランスポート 層POPTCPIPネットワーク 層IPEthernetデータリンク 層Ethernetフレームフォーマットdata SMTP TCP IP MACdata POP TCP IP MAC110


データを 伝 える 情 報 通 信 ネットワークIP 電 話111


IP 電 話• IP 電 話 サービスとは、インターネット 技 術 を 使 った 電 話 サービス。 電 話 交 換機 や 共 通 線 信 号 網 を 使 わず、インターネットと 同 じ 設 備 で、 電 話 サービスを実 現 。• IP 電 話 サービスには、– IP 電 話 アダプタを 使 うサービス: FTTHやADSL 等 のブロードバンド 回 線 を 利用 して、 通 常 の 電 話 機 からIP 電 話 アダプタを 使 って、IPパッケトを 送 信 する。– 中 継 部 分 にIPネットワークを 使 うサービス: 加 入 者 電 話 網 を 使 うので、 通 常 の電 話 機 が 利 用 出 来 る。– パソコンを 使 うサービス: 電 話 機 の 代 わりにパソコンを 利 用 。インターネットに接 続 されたパソコンからパソコンへ 電 話 ソフトを 利 用 。 品 質 は 悪 い。インターネット 電 話 とも 呼 ばれる。電 話 交 換 機ルータサーバ112


従 来 の 電 話 のネットワーク 構 成音 声 信 号(アナログ 信 号 )音 声 信 号(ディジタル 信 号 )音 声 信 号(アナログ 信 号 )中 継 交 換 機中 継 交 換 機加 入 者 交 換 機加 入 者 交 換 機電 話 網(PSTN)電 話 番 号 収 容 位 置123-1111 100001123-2222 100002・・呼 制 御共 通 線 信 号 網PSTN : Public Switched Telephone Network113


IP 電 話 のネットワーク 構 成• 音 声 は20 msec 毎 に 区 切 ってパケット 化 。• UDPでIPパケットを 転 送 。音 声 信 号(アナログ 信 号 )IPパケット(ディジタル 信 号 )音 声 信 号(アナログ 信 号 )・ 音 声 の 符 号 化 (ディジタル 化 )・IPパケット 化VoIPゲートウェイルータルータIPネットワークルータルータVoIPゲートウェイ電 話 番 号IPアドレス123-1111 10.10.10.1電 話 番 号 IPアドレス123-1111 10.10.10.1123-2222 192.168.10.1・・SIPサーバ呼 制 御電 話 番 号IPアドレス123-2222 192.168.10.1音 声 中 継 はルータ呼 制 御 はVoIPゲートウェイとSIPサーバの 仕 事114


従 来 電 話 とIP 電 話 の 相 互 接 続IPネットワーク共 通 線 信 号 網 と 呼 制 御 をやりとりできるシグナリングゲートウェイ共 通 線 信 号 網交 換 機050-123-4567VoIPゲートウェイ交 換 機 と 接 続 するインターフェースを 持 つVoIPゲートウェイ交 換 機電 話 網03-1111-2222加 入 電 話 →IP 電 話1 電 話 番 号 → ドメイン 名050-123-4567 8.7.6.5.4.3.2.1.0.5.0.e164.arpa2IP 電 話 ユーザのURIを 検 索SIP : yosimoto@○○○. △△△3 URIを 基 にIPアドレスを 検 索192.168.0.10URI:Uniform Resource Identifier115


参 考 文 献‧ 辻 井 編 著 、「ネットワークの 基 礎 知 識 」、 昭 晃 堂‧ 井 上 、「 基 礎 からの 通 信 ネットワーク」、オプトロニクス 社‧ 池 田 、 山 本 、「 情 報 ネットワーク 工 学 」、Ohmsha‧ 畔 柳 、 塩 谷 、「 通 信 工 学 通 論 」、コロナ 社‧ 平 松 著 、「 通 信 方 式 」、コロナ 社‧ 羽 鳥 、 青 山 監 修 、 小 林 編 著 、「 光 通 信 工 学 (1)」、コロナ 社‧ 末 松 、 伊 賀 共 著 、「 光 ファイバ 通 信 入 門 」、オーム 社‧ 米 田 、 「 電 話 はなぜつながるか」、 日 経 BP 社‧ 中 嶋 、 有 田 、「 携 帯 電 話 はなぜつながるのか」、 日 経 BP 社‧ 戸 根 、「ネットワークはなぜつながるか」、 日 経 BP 社‧ 上 原 監 修 、 標 準 LAN 教 科 書 ( 上 )、( 下 )、アスキー 出 版‧ 竹 下 、 村 山 、 荒 井 、 苅 田 共 著 、「マスタリングTCP/IP 入 門 編 」、Ohmsha‧ 三 木 、 青 山 監 修 、「xDSL/FTTH 教 科 書 」、アスキー 出 版 局‧ 井 上 監 修 、 冲 中 、 他 、「NGN 教 科 書 」、インプレスR&D116

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