期末テスト対策シート

Open System Interconnection ／ 開放型システム間相互接続。ISO（国際標準化機構）と ITU-T（国際電気通信連合 電気通信標準化部門）が定めた。

「ISO だけ」と書くと減点される可能性が高い。電話側の標準化団体である ITU-T と共同で定めた点がポイント。

1 物理層 → 2 データリンク層 → 3 ネットワーク層 → 4 トランスポート層 → 5 セション層 → 6 プレゼンテーション層 → 7 応用層（アプリケーション層）

下から「物 デ ネ ト セ プ ア」。第1層が物理層＝一番下、第7層が応用層＝一番上。上下を逆に書くミスが最も多い。

• SDU（Service Data Unit）… 上位層から預かった、その層にとっては中身を問わないデータ本体。
• PCI（Protocol Control Information）… その層のプロトコルが制御のために付加する情報＝ヘッダ。
• PDU（Protocol Data Unit）… <N>-SDU + <N>-PCI。同位層どうしでやりとりされる単位。

N層で作られた <N>-PDU はそのまま下位層へ渡され、N−1層から見ると <N-1>-SDU になる。これを各層で繰り返すことをカプセル化という。

HTTP のデータに TCP ヘッダが付いて TCP セグメント → それに IP ヘッダが付いて IP パケット → さらに Ethernet ヘッダが付いて Ethernet フレーム、という入れ子構造になる。

TCP はエンドホスト間のプロセス間に信頼性のある通信を提供する。具体的には到達保証・順序保証・誤り保証を行う。UDP は同じくプロセス間通信だが軽量であることを重視し、低遅延・簡素・非信頼性という性質をもつ。

共通点：どちらもポート番号によって通信（プロセス）を識別する。またどちらもネットワーク層（IP）がエンドツーエンドでパケットを届けるサービスを利用して成り立っている。

信頼性を得るには確認応答や再送が必要で、そのぶん遅延とオーバヘッドが増える。信頼性と低遅延はトレードオフである、と一言添えられると強い。

5700 ÷ 950 = 6 パケット（ちょうど割り切れる）

950（ペイロード）+ 50（ヘッダ）= 1000 オクテット = 1000 × 8 = 8000 bit

8000 bit ÷ 4×10⁶ b/s = 2×10⁻³ s = 2 ms

ルータ8段 → 回線は A→1, 1→2, …, 8→B の 9本

T =（6 + 9 − 1）× 2 ms = 14 × 2 = 28 ms

パケット長 = 5700 + 50 = 5750 オクテット = 46000 bit。1回線あたり 46000 ÷ 4×10⁶ = 11.5 ms。回線は 9本で、パケットは 1つしかないので並行動作は起こらず、T = 11.5 × 9 = 103.5 ms。

分割すると、先に送り出したパケットが先の区間を進んでいる間に、後続のパケットを手前の区間で同時に送れる（パイプライン効果）。区間数が多いほどこの効果は大きく、遅延が大幅に減る。これがパケット交換でメッセージを分割する主な理由である。

IP はコネクションレス型プロトコルであり、通信に先立って通信路を確立せず、各データグラムを独立に転送する。そのため、宛先に届かなかった、経路が輻輳している、といった相手側や網の異常を送信元が発見しにくい。ICMP は、ルータや宛先ホストに向けてデータグラムの異常などを問い合わせたり、その結果を送信元に知らせたりするためのプロトコルであり、IP を補完する役割をもつ。

1. IP ヘッダの TTL（Time To Live）を 1 にしたパケットを宛先へ送る。
2. ルータは転送のたびに TTL を 1 減らす。TTL が 0 になったルータはそのパケットを破棄し、送信元へ ICMP time exceeded（Type 11）を返す。TTL=1 なら 1台目のルータがこれを返す。
3. この time exceeded の送信元 IP アドレスが、1ホップ目のルータのアドレスである。
4. TTL を 2, 3, 4… と 1 ずつ増やして繰り返すことで、2台目、3台目…のルータが順に判明する。
5. パケットが宛先ホストまで届くと、time exceeded ではなく宛先ホスト自身からの応答（echo reply など）が返るので、そこで経路探索を終了する。

あわせて、送信から応答までの時間を測ることで各ルータまでの RTT も表示される（既定では各ホップにつき 3回計測）。

64 − 56 = 8 台のルータを経由して届いた。ping で測定できるのは、echo message を送信してから echo reply message を受け取るまでの時間、すなわち RTT（往復遅延時間）。あわせて対象ホストの生存確認（到達性の確認）ができる。

この 8台という結果は、traceroute で 9ホップ目が宛先だった（＝途中のルータが 8台）という結果と整合する。2つの独立した測定が同じ結論を示すという形で書けると、考察として説得力が出る。

ISP（J:COM）の網内部の中継ルータには、インターネット側から直接アクセスされる必要がないため、グローバルアドレスではなくプライベートアドレスが割り当てられていることがあるため。プライベートアドレスはインターネット上で経路広告されないが、ICMP time exceeded の送信元アドレスとしては見えるので traceroute の結果には現れる。

IX は、複数の ISP やコンテンツ事業者などの異なる事業者のネットワーク同士を相互接続する拠点。今回はホップ7に現れ、whois の結果 JPIX（日本インターネットエクスチェンジ社）と JPNAP（インターネットマルチフィード社）という国内の 2つの IX が確認できた。ここが J:COM 網と Cloudflare 網の境界にあたる。

ホップ2〜6 = ISP（J:COM）の網内 ／ ホップ7 = 事業者間の相互接続点（IX） ／ ホップ8以降 = Cloudflare 網。この 3段構成で説明できるようにしておく。

www.fukuoka-u.ac.jp は DNS の CNAME レコードにより www.fukuoka-u.ac.jp.cdn.cloudflare.net へ向けられており、実体は Cloudflare CDN のエッジサーバだから。CDN を利用しているため、traceroute の終点は大学構内の Web サーバではなく、地理的に近い国内の Cloudflare 拠点になる。

• traceroute の 1行目に「using 104.20.27.195」「to www.fukuoka-u.ac.jp.cdn.cloudflare.net」と表示されている。
• ホップ8のアドレス帯 162.158.0.0/15 が whois で Cloudflare 社の保有と確認できる。
• RTT が最小 27.1ms、平均 43.4ms と小さい。遠方まで往復しているのではなく、近隣の CDN 拠点で応答が返されていることを示す。

OLT と ONU の間に置かれる光スプリッタが受動素子であり、電源や能動的な信号処理を必要とせず、光信号を単に合波・分波するだけである点を指して Passive という。

利点：1本の光ファイバと 1つの OLT ポートを複数の加入者で共有できるため、設備センタから加入者宅までの光ファイバ本数と局側装置のコストを大幅に削減できる。また途中に電源が不要なので保守性が高い。

下り（OLT → ONU）は送信者が OLT 1台だけなので、衝突は起こらない。OLT が各 ONU あてのフレームを時分割で並べてブロードキャストし、各 ONU が自分あてのフレームだけを選択して取り出せばよい。これが TDM（時分割多重）。

上り（ONU → OLT）は複数の ONU が 1本の共有ファイバへ同時に送信する可能性があり、そのままでは光スプリッタの合波点で信号が衝突してしまう。そこで OLT が各 ONU に送信タイミング（タイムスロット）を割り当てて調整し、衝突を回避する必要がある。これが多元接続方式である TDMA（時分割多元接続）。

「1対多のブロードキャスト」vs「多対1の多元接続・衝突回避」という非対称性が答えの核。

1. 応用層：HTTP がアプリケーションのデータを生成する。
2. トランスポート層：TCP がデータを適切な大きさに区切り、送信元・宛先ポート番号やシーケンス番号を含む TCP ヘッダ（PCI）を付加して TCP セグメントとする。
3. ネットワーク層：IP が送信元・宛先の IP アドレスと TTL を含む IP ヘッダを付加して IP パケット（データグラム）とする。
4. データリンク層：Ethernet が次に渡す相手の MAC アドレスを含むヘッダを付加して Ethernet フレームとする。
5. 物理層：電気信号や光信号として媒体へ送出する。

1. 受信したフレームを最後まで蓄積してから（store-and-forward）Ethernet ヘッダを外し、IP ヘッダの宛先 IP アドレスを見る。
2. 経路表から次の転送先を決め、TTL を 1 減らす（0 になれば破棄し、送信元へ ICMP time exceeded を返す）。
3. 次の区間用の新しい Ethernet ヘッダを付け直して転送する。IP アドレスは変わらないが MAC アドレスは区間ごとに書き換わる。

物理層 → データリンク層 → ネットワーク層 → トランスポート層 → 応用層の順に、各層が自分のヘッダを外して上位層へ SDU として渡す。TCP は到達・順序・誤りを確認し、必要なら再送を要求したうえで、元のデータをアプリケーションへ引き渡す。