ネットワーク爆速入門2025
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April 13, 26
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ネットワーク爆速入門 45th crashRT
はじめに • インフラ監視をする前に、必要な前提知識を共有します • 何を監視しようとしているのか？が分かるとより楽しいはず！ • （ 1回生が多いので）初心者向けにしたつもり …ではある • けど多分分からない部分はあるので雑に遮って質問してください • #はたらくインターネット のために！！お願いします！！ • イメージの話多めなので、厳密には違う部分もあります … • ネットワーク編とサーバー編があります • インフラ技術って面白いよ！！！！！ 3
Web サイトを見るとき何が起きてる？ • クライアントとサーバーの間でデータを届けるのが インターネット • Webアプリを動かす土台になるのが サーバー 5
もくじ 1. インターネット 2. パケットとアドレス 3. プロトコルと ：世界をつなぐ巨大システムの裏側 ：どうやってデータを届けるか？ TCP/IP：うまくデータを届けるための約束事 4. パケットを送信してから相手に届くまで 5. Wi-Fiに接続してから Webサイトを表示するまで 6
インターネット 世界をつなぐ巨大システムの裏側 7
コンピュータネットワーク コンピュータネットワーク： コンピュータ同士が通信できるように繋ぐ技術 • コンピュータ同士を物理的につなぐ • 正しい相手と効率よく ケーブルや機器 通信するための約束事 の組合せで成り立っている 8
インターネット（ The Internet ） いろんなネットワークを繋いで世界中どこでも繋がるようにした めちゃめちゃ巨大なシステム 9
物理的なケーブルたち ここは電力 電柱の光ファイバ 光ファイバ 地下から 架空へ 各建物へ 光ファイバ 10
物理的なケーブルたち 通信用ケーブル ケーブル用のトンネル（とう道）＠ NTT技術史料館 日本橋共同溝 11
物理的なケーブルたち 海底ケーブル陸揚標識＠志摩 日本の周りの海底ケーブル Submarine Cable Map https://www.submarinecablemap.com/ 海底ケーブル＠ NTT技術史料館 14
KMC のネットワーク 15
ネットワークのネットワーク インターネットはいろんな組織のネットワークが繋がってできている！ 17
プロトコル 物理的なケーブルの網の上で正しい相手と効率よく通信するための約束事 • 今のインターネットは IP（ Internet Protocol） というプロトコルを中心とし た約束事の集まりによって保たれている • インターネットに関わる 全ての機器が一定の約束事に従って動くことで 世界中のとことでも通信ができるようになっている！！！ この約束事を構成する技術について、これから紹介 19
インターネット まとめ • インターネットは魔法じゃない！！ • 物理的なケーブルの網と一定の約束事（プロトコル）によって 世界中どことでも通信できるようになっためちゃ大きな技術！ • ケーブルは結構身近 なところを通ってる ぞ！ 20
パケットとアドレス どうやってデータを届けるか？ 21
パケット交換方式 宅配のイメージ ：いくつかの段ボールに詰めて、宛先を書いた送り状を貼る 送り状を見れば誰宛かが分かるので、トラックでまとめて運ぶことができる 22
ネットワークにおけるアドレス • 代表的なアドレス： IPアドレス と MACアドレス • MACアドレス • 物理的な通信で使う値 • 製造時に世界で一意の値が設定される • IPアドレス • インターネット上の位置を表す住所のようなもの • （基本的には）管理者が設定する 23
MACアドレス ハードウェア固有の 48bitのアドレス 00:00:5E:00:53:AE 1ビット目：マルチキャストか？ 25-48ビット：ベンダ内での識別子 2ビット目：ローカルアドレスか？ （重複が無いようベンダが管理） 3-24ビット：ベンダ識別子 • ベンダが NIC（ネットワークインターフェース）に設定する • 物理的な媒体上での伝送処理で使われる（データリンク層） ハードウェアアドレスとも 24
IPアドレス（ IPv4 の場合） インターネット上の住所を表す 32bitのアドレス 192.0.2.1/24 ネットワーク部 ホスト部 サブネットマスク（ネットワーク部の長さ） • 基本的には管理者がNICに設定する • ルーターなどは IPアドレスを見て、どこに転送すれば良いか判断する • 一定の集まりを示すネットワーク部と、その中でホストを識別するホスト部 • ネットワーク部の長さは必ずしも固定ではない 25
ドメイン名と DNS • IPアドレスは覚えるのが難しい（ 192.50.220.129 覚えれる？） • ので、「名前」を付けて人間に読みやすくする • kmc.gr.jp とか • この名前のことを ドメイン名 と呼ぶ • ドメイン名から IPアドレスを調べることを 名前解決をするためのプロトコルが 名前解決と呼び、 DNS 27
プロトコルと TCP/IP うまくデータを届けるための決まり事 28
プロトコル 物理的なケーブルの網の上で正しい相手と効率よく通信するための約束事 • こういう手順で、こういうデータを送りましょう …みたいな感じ • テーブルマナーとかにイメージはちょっと似てるかも • 「カトラリーは外側から使う」というプロトコル • プロトコルは階層分けされている • 全世界の機器を繋ぐ、というのは当然めちゃくちゃ難しい • なので、必要な機能をいくつかの レイヤー に分割している 29
プロトコルの例 プロトコルの内容は RFC (Request for Comments) に書かれている • ←データはこういうふうに並べましょう （ 32bitごとに折り返して書くことが多い） • 各フィールドにはこういう値を入れましょう • 受け取ったパケットの値を読んで、こういう 処理をしたらこういう値を入れて返しましょう みたいなことが書かれている 30
TCP/IP プロトコルスタック • 今世界に普及しているプロトコル群 • 以下のようなレイヤーに分けられている 31
アプリケーション層（ L7） • 各アプリケーションで必要なデータをどう送るか？のフォーマット • アプリごとにプロトコルが定められている • WebのためのHTTPとか、メールのための SMTPとか • 履歴書とか婚姻届とかはイメージに近いかも • 就活用の情報を送るための履歴書 • 婚約しましたって役所に送るための婚姻届 • DNSやDHCPなどの、ネットワークをうまく使うためのプロトコルもある 32
トランスポート層（ L4） • 送信元と宛先との間で、通信を制御するためのプロトコル • （ TCP/UDP）どのプロセスのための通信か？（ポート番号で識別） • （ TCP）データはちゃんと相手に届いたか？ • （ TCP）送るスピードはこれで適切か？ • TCPと UDPの2つが代表的 • TCP：ちゃんと送れたか確認する。イメージは書留 • UDP：ただ送るだけ、代わりに速い。普通の郵便のイメージ 33
ネットワーク層（ L3） • IPアドレスを用いて、宛先へ向けてデータを転送するプロトコル • いくつかの機器でバケツリレーをして、全世界の機器と通信 • IPv4と IPv6の2つのバージョンがある • パケットちゃん「 • ルーターさん「 192.0.2.1宛のお荷物ですー」 192.0.2.0/24方面なら次は 203.0.113.1に向かって下さいー」 34
データリンク層（ L2） 物理的に繋がった機器同士で通信するためのプロトコル（というか規格） • 有線のEthernetや無線の802.11（ Wi-Fi）などの通信はこれ • 通信したい相手の IPアドレスから MACアドレスを取得して（ ARP）、 そのMACアドレス宛ての物理信号を生成して送信 35
パケットを送信してから 相手に届くまで 36
L7～L4 クライアント（ PCとか） プロセス Webサイト 見たいなあ 了解ー！ 192.0.2.1の80番にいる人に このデータを届けて欲しいです TCPで届いたかの確認もお願い ポート番号を管理 宛先からの確認応答を受信 送信スピードを調整 OS 37
L3～L2 送信元： 192.0.2.2 宛先： 198.51.100.2 とりあえず 192.0.2.1に行って下さい 198.51.100.2 00:00:5E:00:53:DD 192.0.2.2 00:00:5E:00:53:AA 00:00:5E:00:53:AAから 00:00:5E:00:53:BBへ 192.0.2.1 00:00:5E:00:53:BB 198.51.100.1 00:00:5E:00:53:CC 38
L3～L2 192.0.2.2 00:00:5E:00:53:AA 送信元： 192.0.2.2 宛先： 198.51.100.2 198.51.100.2 00:00:5E:00:53:DD 198.51.100.0/24方面だね 次は198.51.100.1に行ってね 192.0.2.1 00:00:5E:00:53:BB 198.51.100.1 00:00:5E:00:53:CC 00:00:5E:00:53:BBから 00:00:5E:00:53:CCへ 39
L3～L2 192.0.2.2 00:00:5E:00:53:AA 配達完了 送信元： 192.0.2.2 宛先： 198.51.100.2 198.51.100.2 00:00:5E:00:53:DD 198.51.100.2なら繋がってるよ 00:00:5E:00:53:CCから 00:00:5E:00:53:DDへ 192.0.2.1 00:00:5E:00:53:BB 198.51.100.1 00:00:5E:00:53:CC 40
L4～L7 サーバー Webアプリ（ 80番ポート） 80番さんお荷物届いてますよー 荷物確かに受け取りました！ って送り主に返しておいて～ OS 41
KMC のWi -Fiに接続してから Web サイトを表示するまで 42
Wi -Fiへの接続 SSID:KMCでパスワードを入力 接続確立 認証OK！KMCに接続していいよー （その他通信のためのやりとり色々） 43
DHCP （自動設定のためのプロトコル） 僕が答えます！ IPアドレスは 192.168.200.x デフォルトゲートウェイは 192.168.200.1 DNSは192.168.220.53 を使ってね！ KMCのネットワークに来ました！ 誰か設定教えて欲しい！ 44
DNS （名前解決） www.kyoto-u.ac.jp に接続したいから、 調べてきたよー 僕の代わりに IPアドレス調べて欲しい www.kyoto-u.ac.jp のIPアドレスは 151.101.110.132 affine (vm @ tamanegi) 45
Web サイトの表示 京大webサイト 151.101.110.132 Webサイトのデータ あげるー Webサイト見せてー 46
最後に 47
JANOG の宣伝 • インターネットに関わる技術者が集まるイベント • 技術や運用上の知見を共有したり議論したり • インターネットに関わる色んな企業の人が集まってる • 学生も結構歓迎されているので気軽に行ってみよう • プログラム聞いてると今はこういうのが流行りなのか～ってなる • 次回は大阪です！！！！！！（梅田のグランフロント） • 2/11-13 なのできっと春休み中！行こう！！ • https://www.janog.gr.jp/meeting/janog57/ 48
今まで参考にしてきた文献 • 京大マイコンクラブ：京大マイコンクラブのインフラ～ • 土屋 太二：新人のためのインターネット AS59128完全解剖～ &ネットワーク超入門 2025， JANOG56 (2025) https://www.janog.gr.jp/meeting/janog56/showint/ • マスタリング TCP/IP • コンピュータネットワーク • DNSがよく分かる教科書 • プロフェッショナル IPv6 • KMCで教えてもらった大量の知見 50