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目次

概要

Windowsネットワークの基礎知識、設定・トラブルシュート」3部作の第1部。

TCP, UDP

イーサネット上のネットワーク サーバ

  • イーサネット上でネットワーク基盤として機能するネットワーク サーバ。
  • これらのネットワーク基盤として機能するネットワーク サーバの機能により、
    • IPアドレスの付与(など設定 の配布)
    • NetBIOS名・FQDN名の名前解決
    • ネットワーク リソースのグループ化、検索、認証(アクセス許可)

などの自動化が図られ、ネットワーク、ネットワーク中の
リソース(ファイル サーバ等)の使い易さ・管理のし易さが向上する。

ネットワーク サーバ

IPアドレスの動的割り当て

DHCPを使用する。

名前解決のためのサーバ

現在のイーサネットではTCP/IPプロトコルが標準的に使われており、
ネットワーク上でコンピュータやネットワーク機器につけられた名前は、
IPアドレスに変換され通信が実行される。これを名前解決と言う。

DNSサーバ

WINSサーバ

  • ルータを跨ぐ場合は、クライアントが存在するネットワーク内に中継機能を追加する必要がある。

名前解決のためのファイル(クライアント)

ネットワーク資源管理のサーバ

  • ネットワーク リソースをグループ化するサーバについて纏める。
  • ネットワーク リソースのグループ化の仕組みには、ワークグループとドメインがある。

ワークグループ環境

  • NetBIOSのブラウジング機能を使用した、
    ネットワーク資源のグループ化の基本的な仕組み。
  • ブラウジング機能
    • 同一ネットワーク内の同一ワーク グループに属するホストの一覧を集中管理し、
      ワーク グループ内のホストにこのホスト一覧を展開する機能。
    • ブラウジング機能を提供するサーバは、ネットワーク中のホストから自動的に選定される。

ドメイン環境

の機能を有する

Active Directory(AD)のドメイン コントローラ(DC)

に管理された、より高度な
ネットワーク資源のグループ化の仕組み。

ネットワーク資源

ファイルサーバ

プリンタサーバ

アドレス

IPv4, v6

MACアドレス

  • MACアドレスは、ネットワーク機器固有の物理アドレスであり、通常はNICのROMに固定値で割り当てられている。
  • 48ビットの符号で、
    • 上位24ビットはIEEEがベンダー(製造者)毎に管理・割り当てを行っており、
    • 下位24ビットは各ベンダーが独自に重複しないように割り当てている。
  • この仕組みにより、原則として、MACアドレスは重複しないようになっている。

ARPテーブルの作成

  • ルーティング機能のないイーサネットなどのネットワークでは、内部的にはIPアドレスではなくMACアドレスを使って通信相手を特定している。
  • そのため、イーサネットで通信するためには、IPアドレスだけでなく送信先のMACアドレスを知る必要がある。
  • ただし、現在のWindowsネットワークではホストのアドレスにIPアドレスが使用される。
    そこで必要になるのがIPアドレスとMACアドレスの対応表であり、これを作成するのが ARPプロトコルである。
  • ARPプロトコルにより、
    • お互いのホストはIPアドレスとMACアドレスの対応表(ARPテーブル)を作成できる。
    • 以降、このARPテーブルを使用して通信する。

ARPテーブルの確認(arpコマンド)

  • 「arp -a」コマンドを使用してクライアント マシンのARPテーブルの内容を確認することができる。
    • 以下、「arp -a」コマンドの実行例である。
      Interface: xxx.xxx.xxx.xxx --- 0x10003               → ローカル ホスト
      Internet Address      Physical Address      Type
      yyy.yyy.yyy.yyy       zz-zz-zz-zz-zz-zz     dynamic  → 通信先のホスト
#アイテム説明
Internet AddressIPアドレス
Physical AddressMACアドレス
  • ARPテーブルのエントリの寿命
    • また、通常はARPテーブルに記録されるエントリには寿命があり、一定時間が経つと、そのエントリは自動的に消滅する。
    • Windowsシステムではデフォルトでは10分(600秒) となっている。
    • この設定を変更する場合は、以下のレジストリエントリにキャッシュのタイム アウト値を設定する。
      HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters
      ARPcashlife(DWORD)

ネットワーク構成

ルータによるネットワークの分割・接続

  • ルータは、以下を目的に導入される。
    • リモート ネットワークとの接続
    • ブロードキャスト トラフィック負荷増大の回避のためのネットワーク分割
    • ルーティング情報の分割(or 集約)のためのネットワーク分割(or 集約)
    • 一般的には、イーサネットの1ネットワーク セグメントを1ネットワーク アドレスに対応させる。
      そして、それぞれのネットワーク セグメントをルータで接続して、全体的なネットワークを構築する。
ルーター1

ルータのインターフェイス

ルータには、以下のインターフェイスがある。

  • イーサネット用のインターフェイス
  • シリアルポートのインターフェイス
ルーターのインターフェイス

ネットワークの分割・接続

ルーター2
  • WANを経由してネットワークを接続する場合
    以下の様な、DCE(データ回線終端装置)をシリアルポートのインターフェイスに接続する。
    • モデム
    • DSU(ISDNなどの加入者回線終端装置)
    • TA(インターフェイス変換を行う通信機器)などの
ルーター3

スイッチ(スイッチング ハブ・L2スイッチ)によるイーサネットの構成

スイッチの目的

スイッチ(スイッチング ハブ・L2スイッチ)は、以下の目的で導入される。

スイッチを使用したイーサネットを構成

  • 基本的にはスイッチがツリー状になるように構成する。
  • また、スイッチの接続では、絶対にループ構造を作ってはいけない
スイッチ1
  • スイッチの基本的な接続方法
  • カスケード
    • 既存のスイッチのポートに別のスイッチのカスケード ポートを接続する方法である。
    • 簡単な拡張方法であるが、信号の減衰や遅延があるため最大で何段のカスケード接続が可能かは
      規格によって定められている(10BASE-Tで4段、100BASE-TXで2段など)。
スイッチのカスケード
  • スタック
    • 複数のスイッチを積み上げることによってポート数を増やす方法である。
    • スタックは、カスケードよりも接続の段数が多くなっている。
スイッチのスタック

フレーム転送方式

#フレーム転送方式概要メリットデメリット
1ストア&フォワード方式読込んでCRCチェック後転送高信頼性速度が遅い
2カット&スルー方式宛先(先頭6バイト)だけ読んで転送速度が速いエラーフレームも転送
3フラグメント フリー方式先頭64バイトを読み、Runtフレームを取り除いて転送バランスがイイ

※ Runtフレーム:衝突によって壊れたフレーム

VLAN

VLANの構成

  • ネットワークをL2スイッチの機能により、仮想的なネットワークを構成し端末をグループ化できる。これをVLANと呼ぶ。
  • 「アクセス リンク」
    • VLAN に対応したL2スイッチの「アクセス リンク」ポートでは、
      VLANの識別ために以下の情報を使用する。
  • 「L2スイッチのポート」
    ポート ベースVLAN(スタティックVLAN)
  • このため、下図に示すようにL2スイッチを跨がないVLANでは、
    「暗黙的なタグ」(所謂「タグ無しパケット」)を使用できる。
VLANアクセス リンク
  • 「トランク リンク」
    • VLAN に対応したL2スイッチの「トランク リンク」ポートでは、
      VLANの識別ために「明示的なタグ」(所謂「タグ付きパケット」)を使用する。
    • 下図に示すようにL2スイッチを跨ぐVLANでは、「トランク リンク」を使用する必要がある。
  • L2スイッチ上でイーサネット フレームにタグ付けすることを「フレーム タギング」と呼ぶ。
    タギング方式には以下がある。
    • ISL(Cisco独自の方式)と
    • IEEE802.1q(標準化された方式)
  • タグ付けされたフレームは、
    • 宛先スイッチまでフォワーディングされ、
    • 最終的には宛先スイッチ上でタグを削除する。
    • このため、ノード間でタグを意識する必要はない。
VLANトランク リンク

VLANネットワークの接続

  • 其々のVLANネットワークを接続する場合、ルータに接続する必要がある。
  • また、ネットワークを跨いだVLANは構築できないので注意する。
  • アクセス リンクの場合
    • アクセス リンクの場合、VLANの数だけルータとスイッチにアクセス リンクを作成し、それぞれ個別のケーブルで接続する。
    • ただし、スイッチに、ルータと接続するポートをトランク リンクとして設定し、
      ルータのインターフェイスをサブ インターフェイス に分割すれば、1つの物理的な接続で済む。
VLANルーター・アクセス リンク
  • トランク リンクの場合
    トランク リンクの場合、トランク リンクに対応した1つのポートに接続する。
VLANルーター・トランク リンク

構成方法

ルーティング

ルータによるルーティング

ルータを導入し離れた場所にあるネットワーク同士を接続した場合、
各ネットワークはツリーではなく、蜘蛛の巣のように相互に接続される。

そのため、あるノードから別のノードへの経路は、一本だけでなく複数存在することになる。

ルータによるルーティング

ルーティング テーブルの作成

  • このためルータは、インターフェイスから受信したIPパケットを
    「ルーティング テーブル」の情報を基に適切なルートへ転送する。

この動作をIPフォワードという。

ルーティング テーブルの確認(route printコマンド

ICMPを使用したルーティングの確認

  • IPネットワークでは、
    あるノードから別のノードへの経路は一本だけでなく複数存在するため、
    経路上のルータなどが故障した際、どこに原因があるか調査が必要になる。

補足

無線LAN

イーサネット

イーサネットという表現は元々10MbpsタイプのLAN規格の名称だったが、
現在はFast Ethernet(100Mbps)/ Gigabit Ethernet(1Gbps)を含んだ総称としての意味合いが強まっている。

以下、代表的なイーサネットについて列挙する。

10BASE-2

細い同軸ケーブルを利用したバス型
(10Mbps、最大伝送距離185m、最大接続機器数30台)

10BASE-5

太い同軸ケーブルを利用したバス型
(通信速度10Mbps、最大伝送距離500m、最大接続機器数100台)

10BASE-T

TPケーブルを利用したスター型
(通信速度10Mbps、最大伝送距離100m、ハブ多段接続3段)

100BASE-TX

TPケーブル (UTPカテゴリー5)を利用したスター型
(通信速度100Mbps、最大伝送距離100m、ハブ段接続2段)

1000BASE-T

TPケーブル (UTPカテゴリー5)を利用したスター型
(通信速度1Gbps、最大伝送距離100m)

名前

NetBIOS名

NetBIOSにてホストを識別する名前

ホスト名

TCP/IPで、hostsファイルに記載したホストを識別する名前

FQDN名

TCP/IPで、ドメイン名、サブドメイン名、ホスト名を省略せずにすべて指定した記述形式

ネットワーク構成の例

BBルータと家庭内LAN

  • IPアドレスの付与方法
  • BBルータのグローバルIPアドレス
    光ファイバ プロバイダ(FTTH)からPPPNCPで割り当てられる。
  • 家庭内LANのプライベートIPアドレス
    BBルータのDHCPサーバ機能で動的に割り当てる。
    若しくは、ユーザにより、静的に割り当てる。
  • BBルータと家庭内LANの例
    BBルータと家庭内LAN
  • 補足説明
    • 家庭LAN(B)上のホストから、家庭LAN(A)上のホストにアクセスするには、家庭LAN(A)上のホストに静的にプライベートIPアドレスを割り当て、BBルータのNAT / 静的IPマスカレードなどの機能により家庭LAN(A)のBBルータに割り当てられたグローバルIPアドレス・ポート番号を、家庭LAN(A)上のホストのプライベートIPアドレス・ポート番号に変換する方法がある。
    • DDNSサービスを使用して、BBルータのIPアドレスに対するFQDN名を登録しておくことで、IPアドレスではなくFQDN名を使用したアクセスが可能になる(注:PPP接続確立の度に、NCPで割り当てられるグローバルIPアドレスが変わるので、DDNSサービスを利用する場合は常時接続にしておくか接続のたびにDDNSのレコードを更新する必要がある)。

企業などで構築する非武装セグメント(DMZ)

以前は、企業のネットワークを接続するのにフレームリレーが
使われることが多かったが、現在は、IP-VPNや広域Ethernetが主流になっている。

  • DMZは
    • パブリック ネットワークとしてもプライベート ネットワークとしても構築できる。
    • ここでは、パブリック ネットワークとして構築する方法について説明する。
  • IPアドレスの付与方法
    • DMZ上のホストのグローバルIPアドレス
      DMZ(パブリック ネットワーク)のネットワーク アドレスは
      「CIDR」方式で決定され、ホストにグローバルIPアドレスが割り当てられる。
    • LAN上のホストのプライベートIPアドレス
      任意の方法でネットワーク アドレス、ホスト アドレスを設定できる。
  • 「三脚境界」の非武装セグメント(DMZ)の例
    非武装セグメント(DMZ)の例
  • DMZは、ルータの構成オプションを通じて作られる。
    • 各ネットワーク(WAN、DMZ、LAN)はルータにお互い異なるポートを使って連結される。
    • DMZの構築には、「三脚境界」(中小規模)や「フロント ファイア ウォール / バックエンド ファイア ウォール」(大規模)などの手法がある。

プロトコル

PPP

スパニング ツリー

  • データリンク層のプロトコルで
  • ルートブリッジを、優先順位(2バイト)とMACアドレス(6バイト)= ブリッジID(8バイト)で決定する。

ARP, RARP

ネットワーク層のプロトコル

  • 概要
    • ARP : IP → MAC
    • RARP : MAC → IP
  • 詳細
    • ARPプロトコルは、与えられたIPアドレスからMACアドレスを求めるためのプロトコルで、
      ARP要求により送信先のIPアドレスと送信元のIPアドレスとMACアドレスが、
      OSI参照モデルの第2層のブロードキャストで送信される。
  • IPアドレスが一致するホストはARP応答によりMACアドレスをユニキャストで返す。
  • ARPは、第2層のブロードキャストを直接使用するため、
    • ネットワーク モニタを使用してイーサネット内のパケットを監視した場合、ネットワーク モニタによっては、
      ARPプロトコルのブロードキャストに送信元と送信先のIPアドレスが表示される
      (第3層のブロードキャストでは、フローキャスト用のIPアドレスが表示される)。
    • このため、一見してTCP/IPのユニキャストをしているように見えてしまうので、注意する。

GARP

ネットワーク層のプロトコル

  • GARP : Gratuitous ARP
  • ARPと同じ機能だが、
    • 自分のIPに対してARPを行う。
    • 以下の目的で使用する。
      • IPアドレス付与時にIPアドレス重複が無いかを確認する
      • 自身のIPアドレスもしくはMACアドレス変更時に、
        周りの機器へMACアドレステーブルやARPテーブルの更新を促進する

ICMP

ネットワーク層のプロトコル

VoIP

ネットワーク層のプロトコル

  • IP電話などで使われる、音声を
    • 各種符号化方式で符号化および圧縮し、
    • パケットに変換したものを、
    • IPネットワークでリアルタイムに

伝送する技術

  • プロトコル
    • 呼制御にSIP(Session Initiation Protocol)
    • 通信にH.323
  • 品質評価
  • R値
    以下のパラメタで評価
    • ノイズ、エコー、遅延の3パラメタ(簡略)
    • その他、17、計20パラメタで評価
    • 国内は、その他、14、計17パラメタで評価
  • MOS値
    利用者の5段階評価

ルーティング プロトコル

TCP/IPモデルの上位プロトコル

  • IGP
    同一のAS内で使用される「ルーティング プロトコル」の総称。
  • RIP-v2やIGRP
    • ディスタンスベクタ型
    • 隣接するルータ同士で「ルーティング テーブル」の情報を交換
    • 距離(Distance)と方向(Vector)によりベストパスを決定する方式。
  • OSPF-v2やIS-IS
    • リンクステート型
    • 隣接するルータ同士で「リンクステート データベース」の情報を交換
    • そこからあて先ネットワークへのベストパスを決定する方式。
  • 共通項
    • マルチキャストにより情報交換(RIP-v1はブロードキャスト)
    • 更新情報を30秒間隔で交換(RIP-v1は差分に対応していない)
    • IPv6対応(RIPng, OSPF-v3)
  • EGPs
    異なるAS間で使用される「ルーティング プロトコル」の総称。
  • EGP
    • インターネットの規模が小さかった時代に作られた
    • 問題点があり、現在ではほとんど使われていない。
  • BGP
    EGP-2の問題を解決したBGPの最新バージョンはBGP-4。
    • EGP-2と違ってTCPを利用することで信頼性を上げ
    • 経路状態に変化があった時にのみ更新情報を送る。

NetBIOSプロトコル

TCP/IPモデルの上位プロトコル(セッション層

  • NetBIOS: Network Basic Input Output System
  • 主にMicrosoft社が開発したプロトコル

SMBプロトコル

TCP/IPモデルの上位プロトコル(アプリケーション層

  • SMB: Server Message Block
  • 主にMicrosoft社が開発したプロトコル
  • SMB
    • SMBはNetBIOSを経由する。
    • このため、使用するプロトコルがNBTの場合、
      NetBIOSのネームサービス、データグラム サービス、セッション サービスで使用する
      UDPポートの137・138番、TCPポートの137・139番を使用する。
  • CIFS
    • Sambaでも利用可能な標準仕様をCIFSと呼ぶ(トランスポートに依存しない)。
    • CIFSに対応したSMBをMicrosoft Direct Hosting of SMB(Microsoft-DS)と呼ぶ。
  • Direct Hosting of SMB
    • Direct Hosting of SMBはNBT の仕様に関係のないTCP・UDPポートの445番を使用する。
    • また、NetBIOSを経由しないため、「NetBIOS名」を使わずに
      「ホスト名」・「FQDN名」や、「IP アドレス」でサーバのアドレスを指定することもできる。
    • Windows 2000以降のマシンのデフォルトではDirect Hosting of SMBを使用する。
  • SMBとDirect Hosting of SMB
    • プロトコルスタック
      SMBとDirect Hosting of SMBのプロトコルスタック
  • 使用するポート
    #プロトコル使用するポート
    1SMB137/tcp・udp、138/udp、139/tcp(NBTで使用するポート)
    2Direct Hosting of SMB445/tcp・udp

などが利用する。

DHCP

TCP/IPモデルの上位プロトコル(アプリケーション層

BootP

TCP/IPモデルの上位プロトコル(アプリケーション層

  • RFC 951で定義された。
  • ネットワークに接続されたクライアントが、
    サーバから下記のような情報を自動的に取得するためのプロトコル。
  • 主に
    • OSがブートする際に用いられる。
    • 現在ではDHCPがBootPの上位互換プロトコルとなっており、
      BootPは徐々に使用されなくなってきている。

NTP

TCP/IPモデルの上位プロトコル(アプリケーション層

  • Network Time Protocol(ネットワーク・タイム・プロトコル
  • stratumと呼ばれる階層構造を持ち、
    • 最上位のサーバが正確な時計から標準時を取得し、
    • 下位のホストはそれを参照する事で時刻を合わせる。

その他、TCP/IPモデルの上位プロトコル

  • プレゼンテーション層
  • SMTP
    メール送信(受信はPOP3)。
  • NNTP
    ネットニュースの送受信。
  • FTP
    ファイル転送

その他

ブロードキャスト

  • OSI参照モデルの第2層のブロードキャスト(MACアドレスを使用)
    • ブロードキャスト・フレーム
    • MACアドレス:FF:FF:FF:FF:FF:FF
  • OSI参照モデルの第3層のブロードキャスト(IPアドレスを使用)
    • ブロードキャスト・パケット
    • IPアドレス
      • リミテッド ブロードキャスト(ローカルネットワーク)
      • ディレクティッド ブロードキャスト(任意のネットワーク)

マルチキャスト

マルチキャスト送信者は、ネットワーク上にいる、
すべてのマルチキャスト受信者に対して同時に同じデータを送信する。

  • マルチキャスト送信者
    送信する「マルチキャスト アドレス(グループ)」に「join」していなくてもデータの送信が可能である。
  • マルチキャスト受信者
    • 「マルチキャスト アドレス(グループ)」(224.0.0.x、[x = 0...255])
      と呼ばれるグループに「join」することにより、マルチキャスト データを受け取ることができる。
    • データを受け取る必要がなくなった受信者は、グループから「leave」する。

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添付ファイル: fileSMB.png 179件 [詳細] fileVLAN_TrunkLink.png 159件 [詳細] fileVLAN_Router_TrunkLink.png 145件 [詳細] fileVLAN_Router_AccessLink.png 160件 [詳細] fileVLAN_AccessLink.png 180件 [詳細] fileSwitchStack.png 160件 [詳細] fileSwitchCascade.png 148件 [詳細] fileSwitch1.png 149件 [詳細] fileRouting.png 167件 [詳細] fileRouterIF.png 164件 [詳細] fileRouter3.png 155件 [詳細] fileRouter2.png 154件 [詳細] fileRouter1.png 220件 [詳細] fileNetWorkServer.png 286件 [詳細] fileDMZ.png 150件 [詳細] fileBBRouter.png 148件 [詳細]

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Last-modified: 2019-10-27 (日) 14:58:47 (25d)