講義ページ
https://lsnl.jp/l/netcomp
講義ページ (複数ページ版 (モバイル端末向け)、各回の資料のみ)
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/toc.html
[授業開始時に提出] 出席確認フォーム (パスワードが必要です)
https://lsnl.jp/app/lecture/attend/show/netcomp
[授業中に使用] クリッカー (パスワードが必要です)
https://lsnl.jp/app/lecture/clicker/show/netcomp
[授業中・授業後に提出] リフレクションシート (パスワードが必要です)
https://lsnl.jp/app/lecture/refl/show/netcomp
[自習後に提出] レポート送信フォーム (パスワードが必要です)
https://lsnl.jp/app/lecture/report/show/netcomp
講義ビデオ (パスワードが必要です)
https://lsnl.jp/video/netcomp/2025/
連絡用メイリングリスト (教員に届きます)
netcomp-staff[atmark]lsnl.jp
本文には、必ず学生番号・氏名・メールアドレス (@kwansei.ac.jp のもの) を明記してください。
Kwanseiコンピテンシー
https://www.kwansei.ac.jp/about/kg_competencies
工学部 3つのポリシー
https://www.kwansei.ac.jp/s_engineering/philosophy/policy/大崎 博之
関西学院大学 理工学部 情報科学科
E-mail: netcomp-staff[atmark]lsnl.jpQ1.インターネットを使えば、 メールしたり、 会話したり、 買物したり、 何でもできそうに思える。 インターネットはどういう仕組で動いているのだろうか? なぜ今の形になったのだろうか? インターネットのどこが優れているのだろうか? また弱点はどこだろうか?
Q2.インターネット上で、 次々と新しいサービスが登場している。 なぜあんなサービスが実現できるのだろうか? 他にどんな使い方ができるのだろうか? 自分で新しいサービスを作ることは可能だろうか? もし可能ならどうすればできるだろうか?
Q3.今のインターネットにできないことはあるだろうか? もしあるとすれはそれは何だろうか? できない理由は何だろうか? インターネットの限界を超えることは原理的に可能なのだろうか? 可能だとすればそれはなぜだろうか?
Q4.今、 ネットワーク研究の最先端では、 どんなネットワークが研究されているのだろうか? 新しいネットワークとはどのようなものだろうか? そのしくみはどうなっているのだろうか?
クラウドコンピューティング、 新しいネットワークアーキテクチャ、 新しいネットワークサービスなど、 ネットワーキングとコンピューティングの融合によって実現される「ネットワークコンピューティング」に関する最新の知識を学ぶ。
ネットワークコンピューティングの最新技術およびトレンドが理解できるようになる。
講義形式で行う
授業中試験 40%、平常リポート 60%
※ 平常リポートは内容に応じて採点する。 平常リポートの「満点」が 60 点である (提出しただけでは満点にならない)。
2025/ 9/24 LAN の構成要素・通信プロトコル
2025/10/ 1 無線 LAN、VLAN (仮想 LAN)
2025/10/ 8 インターネットの概要、TCP/IP
2025/10/15 IP プロトコル (1)
2025/10/22 IP プロトコル (2)
2025/10/29 前半の総復習
2025/11/ 5 TCP プロトコル (1)
2025/11/12 TCP プロトコル (2)
2025/11/19 インターネットの要素技術 (経路制御)
2025/11/26 インターネットサービス (名前解決)
2025/12/ 3 DHCP、ネットワークアドレス変換
2025/12/10 HTTP
2025/12/17 後半の総復習
2026/ 1/ 7 授業中試験
注意事項、 教育方針、 学習のポイント、 病欠/公欠の時に何をすればよいか等を説明しています。
大崎が担当する科目に共通の連絡事項・アドバイス
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/
1. 解説 (30 分)
2. グループワーク (55 分)
3. 確認テスト (10 分)
4. 採点・リフレクションシート記入 (5 分)- いろいろな人とチームになる
- チームの人数は自由に決めてよい- しゃべる
- 質問する
- 説明する
- 動く (立ち歩く)
- チームで協力する
- チームに貢献する- LAN (ローカルエリアネットワーク) とは何かを他人に説明できるようになる。
- MAC アドレスとは何かを他人に説明できるようになる。
- イーサネットの原理・特徴を他人に説明できるようになる。
- イーサネットの基本的な特性を簡単なモデルを用いて数理的に分析できるようになる。
Wikipedia 日本語版およびブログ等を情報源として用いてはならない。
英語のトレーニングも兼ねて、 日頃から英語の文献を読むとよい。 英語を読み続けるのがつらい場合は、 日本語の文献を探すのではなく、 機械翻訳 (ChatGPT がおすすめ) を使って読むという方法もある。
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/priv/01.pdf- 書籍
W. リチャード・スティーヴンス, ``詳解TCP/IP〈Vol.1〉プロトコル,'' ピ
アソンエデュケーション, 2000.
宮原 秀夫, 尾家 祐二, ``コンピュータネットワーク,'' 共立出版, 1999.
竹下 隆史, 村山 公保, 荒井 透, 苅田 幸雄, ``マスタリングTCP/IP 入門編
第5版,'' オーム社, 2012.
電子情報通信学会, ``電子情報通信ハンドブック,'' オーム社, 1988.- オンラインドキュメント
Computer network
http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_network
Local area network
http://en.wikipedia.org/wiki/Local_area_network
電子情報通信学会 知識ベース
http://www.ieice-hbkb.org/portal/IV 号館 4F のグララボで PC を使用している時、 LAN、 ホスト、 スイッチ、 リンクはそれぞれ何に対応するか。 また、 それらはそれぞれどこにあるか。
自身が使用している端末 (ノート PC もしくはスマートフォン) の MAC アドレスを答えよ。 また、 その MAC アドレスを割り当てた組織名を答えよ。
イーサネットフレームに n (46 <= n <= 1500) オクテットのペイロードを格納する時の伝送効率 (リンクの通信容量のうちデータ転送に利用できる割合) を求めよ。 また、 伝送効率の最小値および最大値を求めよ。
CSMA/CD の特性を近似的に解析したい。 (1) Q 台のホストが転送すべきデータを持っている、 (2) Q 台のホストはスロット単位で同期して動作する、 (3) 各ホストは各スロットにおいて確率 1/Q でフレーム伝送を試みる、 という単純化したモデルを考える。 このモデルでは、 Q 台のホストのうち 1 台のホストのみがフレーム伝送を試みた場合に限りフレーム伝送が行われる (0 台であれば未使用、 2 台以上であれば競合のため伝送に失敗する)。
あるスロットにおいて 1 台のホストのみがフレーム伝送を試みる確率 A を求めよ。 また、 いずれかのホストがフレーム伝送に成功するまでのスロット数の期待値 W を求めよ。
LAN →イーサネット LAN (グララボ、マルラボ、準備室)
ホスト→ Windows PC (グララボ)
スイッチ→イーサネットスイッチ (グララボ教卓横のラック内)
リンク→イーサネットケーブル (PC 背面から床下を通ってグララボ教卓横のラックまで)Windows であればコマンドプロンプトから ipconfig /all で確認できる。 iOS であれば、 設定→一般→情報の「Wi-Fi アドレス」で確認できる。
ipconfig
https://learn.microsoft.com/en-us/windows-server/administration/windows-commands/ipconfigなお、 iOS 14 以降は MAC アドレスのランダム化を行っていることに注意。
Wi-Fi privacy
https://support.apple.com/guide/security/wi-fi-privacy-secb9cb3140c/webMAC アドレスのブロックは IEEE が発行・管理しており、 MAC アドレスブロックのデータベースが公開されている。
IEEE Registration Authority
https://regauth.standards.ieee.org/standards-ra-web/pub/view.html#registries例えば、 MAC アドレスが 94:EA:32:**:**:** であれば、 MAC Address Block Large (MA-L) (oui.txt) から Apple が割り当てたものであることがわかる。
94-EA-32 (hex) Apple, Inc.
94EA32 (base 16) Apple, Inc.
1 Infinite Loop
Cupertino CA 95014
US94:EA:32 のブロックは IEEE が割り当て、 そのブロック中の MAC アドレスは Apple が割り当てている。
ヘッダが 7 + 1 + 6 + 6 + 2 で計 22 オクテット、 トレイラが 4 オクテットであるから、 イーサネットフレーム長は 22 + n + 4 = 26 + n オクテット。 26 + n オクテットのうち、 n オクテットだけがデータ伝送に利用されるから、 利用効率は
n
------
26 + nである。 n = 46 の時、 伝送効率は最小 (約 64 %) となり、 n = 1500 の時、 伝送効率は最大 (約 98%) となる。
資料
Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks
http://magrawal.myweb.usf.edu/dcom/Ch3_MetcalfeBoggsCACM1976.pdfある 1 台のホストのみフレーム伝送を試みる確率は、 そのホストがフレーム伝送を試み、 他の Q - 1 台がフレーム伝送を試みない確率であるから
1/Q * (1 - 1/Q)^(Q - 1)である。 あるスロットにおいて 1 台のホストのみがフレーム伝送を試みる確率 A は、 「フレーム伝送に成功する 1 台のホスト」が Q 通りあるから
A = Q * 1/Q * (1 - 1/Q)^(Q - 1) = (1 - 1/Q)^(Q - 1)である。
待ちが発生しない確率が A、 1 スロットだけ待ちが発生する確率が (1 - A) * A (1 回伝送に失敗し、 2 回目で伝送に成功する確率) である。 同様に、 i スロットだけ待ちが発生する確率が (1 - A)^i * A (i 回伝送に失敗し、 次の i + 1 回目で伝送に成功する確率) である。 したがって、
∞
W = Σ i * (1 - A)^i * A = (1 - A) / A
i = 0である。
(補足)
W - (1 - A) W を考えると、
W - (1 - A) W = (1 - A) A + (1 - A)^2 A + (1 - A)^3 A + …のように初項 (1 - A) A、 公比 1 - A の無限等比級数の和となっている。 これより、
W = (1 - A) / Aが求まる。
授業終了後に自習を行い、 到達目標まで到達せよ。 疑問に思った点、 わからない点は各自で信頼できる文献を用いて調査せよ。
その後、「今週の作業内容」、 「『内容目標』をどの程度達成できた/できなかったか」、 「質問・要望・コメント」、 「感想」を「ネットワークコンピューティング」レポート送信フォームから送信せよ。
提出方法: 「レポート送信フォーム」から送信せよ。 レポートが正しく提出されると、レポートの控えが自身のメールアドレス宛に送信される。 レポートの控えは成績発表まで保存しておくこと。 レポートが再提出された場合は、 新しいほうを採点対象とする。
提出期限: 次回の授業開始の 48 時間前とする (例えば、 9/24(水) の課題であれば、 10/1(水) 1:30pm の 48 時間前である 9/29(月) 1:30pm)。 期限を過ぎたものは受理しない。
注意事項: 「質問・要望・コメント」は匿名にした上で公開する (講義ページに掲載する)。 公開されて困る内容は「質問・要望・コメント」等に含めないこと。 個人的な質問・相談等は「感想」の覧に記入せよ。
- 確認テスト答案提出フォームというものがありましたが、指示がない限りは提出しなくても大丈夫でしょうか。
はい。- なぜ英語版の Wikipedia は信憑生が高いと言えるのか編集できるのは同じではないのしょうか。
英語版 Wikipedia のすべてのエントリが信頼できる訳ではありませんが、LAN や イー
サネットのような (そこまでニッチではない) エントリであれば、かなり質の高い情
報になっています。
基本的に、編集に参加しているユーザ数の違いで、以下のような状況だと思います。
日本語版 Wikipedia の「イーサネット」→ イーサネットのことをよく理解している
編集者はほぼゼロで、よくわからないなりにあちこちの情報 (日本語の書籍などの二
次情報) を切り貼りして日本語版のエントリを書いている。
英語版 Wikipedia の「Ethernet」→ イーサネットのことをよく理解している編集者
が少数だがいるので、ある程度わかった人が英語の一次情報をもとに英語版のエント
リを書いている。
編集者の質と人数の問題なので、例えば、日本語版 Wikipedia でも「ポケモン」と
か「鬼滅の刃」などはきわめて信頼性が高い情報源だと思います。- スロット数の期待値の計算についてはまだ慣れていないので、演習問題を増やしていただけると理解がさらに深まると思いました。
2025/09/24 のものと同じ。
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/#10-1
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/priv/02.pdf- 無線 LAN の概要・特徴を他人に説明できるようになる。
- 無線ネットワークの特性を理解し、それを定量的に説明できるようになる。
- CSMA/CD と CSMA/CA の違いを他人に説明できるようになる。
- VLAN の概要および原理を理解し、VLAN 導入の効果を定量的に説明できるようになる。
学内で Wi-Fi を使用している時、 LAN、 ホスト、 スイッチ、 リンクはそれぞれ何に対応するか。 また、 それらはそれぞれどこにあるか。
(1) BER (Bit Error Rate) が p の無線ネットワークにおいて、 長さ N オクテットのフレームが誤りなく伝送される確率を求めよ。
(2) BER が 10^-4 の時に、 1250 オクテットのフレームが誤りなく伝送される確率を答えよ。
CSMA/CD と CSMA/CA の主要な違いを 2 つ述べよ。 また、 これらの違いがある理由を、 無線ネットワークの特性をもとに説明せよ。
下図のイーサネット LAN において、 各ホストが送出するブロードキャストフレームの数を等しく n とする。 LAN 中でフレームの損失は起きないものとする。
(1) VLAN を使用しない場合に、 リンク上を伝送されるブロードキャストフレームの総数を答えよ。
(2) 図ように VLAN を構成した場合に、 リンク上を伝送されるブロードキャストフレームの総数を答えよ。
(3) VLAN 使用によるトラヒック削減率 (伝送されるフレーム数の削減率) を答えよ。
LAN → 無線 LAN (教室周辺)
ホスト → KGU-WLAN に接続している PC もしくはスマートフォン (教室内)
スイッチ → Wi-Fi のアクセスポイント (教室周辺)
リンク → 無線 (電磁波) (教室内の空間)(1) N オクテットは 8 * N ビットである。 フレームの伝送成功率は、 すべてのビットが正しく伝送される確率で与えられる。
(1 - p)^(8 * N)(2) 上記に p = 10^-4、N = 1250 を代入すると
(1 - 10^-4)^10000 = 0.36786...従って約 37% である。
送信局がキャリアセンス失敗時に指数バックオフを行うこと。 受信局がフレームの正常受信時に ACK を送信局に返送すること。 CSMA/CD はこれらを行わないが、 CSMA/CA はどちらも行う。
無線リンクでは複数局の同時送信によるフレーム衝突を検出できない。 従って、 送信局はキャリアセンス時の衝突確率を下げるために指数バックオフを行う。 同様に、 送信局がフレームの伝送の成否を判断できないため、 受信局がフレーム伝送の成功を送信局に通知する。
(1) リンク数が 6 であるから、 あるホストが送出したブロードキャストフレームは 6 リンク上を伝送される。 従って、 1 ホストあたり 6 n のブロードキャストフレームが LAN 上を伝送される。 ホスト数が 4 であるから、 伝送されるブロードキャストフレームの総数は
4 * 6 n = 24 n(2) 上側の VLAN 上を伝送されるブロードキャストフレームの総数は
2 * 3 n = 6 n下側の VLAN 上を伝送されるブロードキャストフレームの総数は
2 * 4 n = 8 n従って、伝送されるブロードキャストフレームの総数は
6 n + 8 n = 14 n(3) 削減されたブロードキャストフレーム数は 24 n - 14 n = 10 n であるから、 フレーム数の削減率は
10 n / 24 n = 0.417 であるから約 41%。「レポート課題 2025/09/24」と同じ。
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/#10-10
- 授業では基本的な仕組みの理解ができましたが、実際のネットワーク運用現場でどのようにCSMA/CAやVLANが使われているのか、もう少し具体例があるとさらに学びやすいと思いました。
2025/09/24 のものと同じ。
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/#10-1
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/priv/03.pdf- パケット交換方式と回線交換方式それぞれの原理を他人に説明できるようになる。
- パケット交換方式の利点と欠点を他人に説明できるようになる。
- IP アドレスの構造と意味を理解し、他人に説明できるようになる。
- パケット交換方式と回線交換方式の優劣を定量的に議論できるようになる。
回線交換方式で動作するネットワークについて、 以下の小問に答えよ。 ただし、 スイッチ間のリンクの利用率をすべて等しく p_1、 各リンクの伝搬遅延をすべて等しく τ [s]、 各スイッチにおける処理遅延をすべて等しく Δ [s] とする。 ホスト X からホスト Y までのホップ数を h とする。
(1) ホスト X〜ホスト Y 間の呼損率 q_1 を求めよ。
(2) ホスト X からホスト Y までメッセージを伝送する時の通信遅延 D_1 を求めよ。
パケット交換方式で動作するネットワークについて、 以下の小問に答えよ。 ただし、 各スイッチにおけるパケット損失率をすべて等しく p_2、 各リンクの伝搬遅延をすべて等しく τ [s]、 各スイッチにおける処理遅延およびキューイング遅延をすべて等しく Δ [s] および W [s] とする。 ホスト X からホスト Y までのホップ数を h とする。
(1) ホスト X〜ホスト Y 間のパケット損失率 q_2 を求めよ。
(2) ホスト X からホスト Y までパケットを伝送する時の平均遅延 D_2 を求めよ。
16 進数で C0DAA8CA の IP アドレスについて、以下の小問に答えよ。
(1) 10 進ドット表記で示せ。
(2) アドレスクラスを答えよ。
(3) サブネットに収容できるホスト数を答えよ。
課題 1 および課題 2 において、 p_1 = 0.1、 p_2 = 0.01、 h = 5、 τ = 1 [ms]、 Δ = 0 [ms] の場合を考える。 以下の小問に答えよ。
(1) q_1、q_2、D_1、D_2 をそれぞれ求めよ。
(2) 上の条件下において、 W の値がどの程度までなら、 回線交換方式よりもパケット交換方式のほうが望ましいと考えられるかを論ぜよ。
ホスト X〜ホスト Y 間に存在するスイッチ数が h - 1、 スイッチ間のリンク数が h - 2 である。
(1) h - 2 本のリンクがすべて利用可能である時に限り呼損とならないから
q_1 = 1 - (1 - p_1)^(h - 2)(2) ホスト X〜ホスト Y 間に存在するリンク数が h、 スイッチ数が h - 1 であるから
D_1 = τ * h + Δ * (h - 1)ホスト X〜ホスト Y 間に存在するスイッチ数が h - 1 である。
(1) h - 1 台のすべてのスイッチにおいてパケット損失が起きない時に限りパケット伝送が成功するから
q_2 = 1 - (1 - p_2)^(h - 1)(2) ホスト X〜ホスト Y 間に存在するリンク数が h、 スイッチ数が h - 1 であるから
D_2 = τ * h + (Δ + W) * (h - 1)(1) 192.218.168.202
(2) クラス C
(3) 254
(1) q_1 = 0.271、q_2 = 0.039404、D_1 = 5 [ms]、D_2 = 5 + 4 W [ms]
(2) 省略
「レポート課題 2025/09/24」と同じ。
https://lsnl.jp/~ohsaki/lecture/netcomp/2025/#10-10