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アマチュア無線のための
インターネット通信の基礎
JR1OFP
2018年4月8日 (V1.0)
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1.インターネットとは
AT&T
OCN
AOL
KDDI Yahoo
世界中のISPのネットワークが相互接続された巨大なネットワークのこと。
(ISP: Internet Service Provider
AT&T , AOL, OCN, KDDIなど)
家庭や企業は何処かのISPに接続することで、インターネットに接続で
きる。
ティアワン
プロバイダー
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2.IPパケット通信
ネットワーク#1 ネットワーク#2 ネットワーク#3 ネットワーク#4
ルータ ルータ ルータ
ヘッダー データ
IPパケット
1.送りたいデータは「IPパケット」と呼ばれる小包にしてネットワークに送り込む。
2.IPパケットには、「ヘッダー」と呼ばれる荷札が付いている。
この中には、 「宛先IPアドレス」、「送信元IPアドレス」等の情報が入っている。
3.ネットワークとネットワークを接続するルータは、この宛先IPアドレスを見て次にどの
ネットワークに送るかを判断して、IPパケットを中継し、目的の装置(PCやサーバ)
まで届けられる。
4.通常IPパケットの大きさは最大1,500バイトで、それより大きなデータは複数の
IPパケットに分割して、運ばれる。
ルーティング テーブル
ルーティング テーブル
ルーティング テーブル
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3.IPパケットの構造
NI
ヘッダー IPヘッダー トランスポート
ヘッダー AP
ヘッダー データ
ヘッダー
1.NIヘッダー: ネットワーク・インターフェース ヘッダー
一つのネットワーク内通信に使われる。
宛先MACアドレス、 送信元MACアドレス 等の情報が入っている。
2.IPヘッダー: インターネットプロトコル ヘッダー
複数のネットワークを経由したEnd to End通信に使われる。
宛先IPアドレス、送信元IPアドレス 等の情報が入っている。
3.トランスポート ヘッダー
装置(PC、サーバ)内で、目的のアプリケーション (プログラム)にパケットを届ける。
宛先ポート番号、送信元ポート番号 等の情報が入っている。
4.APヘッダー:アプリケーション ヘッダー
アプリケーション間通信に必要な情報が入っている。
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4.IPアドレス (1)
1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
例:192.168.0.5 / 24
192 168 0 5
0 31
ネットワークアドレス部 ホストアドレス部
1. IPアドレスは32bitで、8bitずつピリオドで区切って10進数で表記する。
2. 「/24」は ネットワークアドレス部が 24bitであること示す。
通常は、ネットワークアドレス部24bit、ホストアドレス部 8bitで使われている。
3. ネットワークアドレス部は、ネットワークの存在する住所を表す。
ホストアドレス部は、ネットワーク内のホスト(PC,サーバ)の番号を表す。
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5.IPアドレス (2)
<IPアドレスの種類>
1. グローバルIPアドレス
インターネットで使われるIPアドレスで、世界中でユニークな番号が、PCやサーバ
に割り当てられる。
2. プライベートIPアドレス
家庭内や企業内、組織内の閉じたネットワークでのみ有効なIPアドレス
一般家庭では、 192.168.xxx.xxx のIPアドレスが多く使われている。
プライベートIPアドレスは、インターネットでは使えない。
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6.MACアドレスとポート番号
ベンダーコード シリアル番号
0 23 24 47
1. MACアドレス (例: 44-37-E6-46-63-B5)
MACアドレスは各装置のネットワーク接続部に書き込まれている48bitの番号で、
世界中でユニークな番号が工場出荷時に書き込まれる。
1つのネットワーク内通信で、宛先 / 送信元 を識別する番号として使われる。
2. ポート番号 (例: HTTP=80) 0 15
装置(PC、サーバー)内には複数のプログラムが動いており、ネットワーク通信を
行う各プログラムにポート番号が割り当てられる。 装置が受信したIPパケットを
どのプログラムに渡すかを判断するためにポート番号が使われる。
代表的なプログラムには、固定のポート番号が割り当てられている。
Webサーバー:HTTP = 80 、メール送信:SMTP = 25 、メール受信:POP3 = 110
( 0 ~ 65535 )
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7.家庭からのインターネット接続
ISP
BB ルータ LANケーブル
LANケーブル
ONU/ADSL /CATV モデム 光ファイバー
電話回線 ケーブルテレビ
LAN ケーブル
無線LAN
家庭内LAN インターネット
:プライベートIPアドレスが 設定される。
:グローバルIPアドレスが設定される。
( BBルータ:Broad Band ルータ , LAN: Local Area Network )
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8.ネットワークアドレス変換 (NAT)
家庭内ネットワーク (プライベートIPアドレス)
インターネット (グローバルIPアドレス)
PC 192.168.0.10
Webサーバー 123.4.5.6
BBルータ IPパケット IPパケット
宛先IP: 123.4.5.6 送信元IP: 192.168.0.10
111.1.1.1
宛先IP: 123.4.5.6 送信元IP: 111.1.1.1
家庭内のPC(プライベートIP)からインターネットアクセスするには?
BBルータでプライベートIPとグローバルIPを相互変換する。
192.168.0.1
IPパケット IPパケット
宛先IP: 192.168.0.10 送信元IP: 123.4.5.6
宛先IP: 111.1.1.1 送信元IP: 123.4.5.6
( NAT: Network Address Translation )
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9.ネットワークアドレスポート変換 (NAPT)
PC#1 192.168.0.10 (PORT:40000)
Webサーバー 123.4.5.6 (PORT:80)
BBルータ
家庭内に複数のPCがあるとNAT機能ではアドレス変換ができない。 そこで、通常は複数PCに対応できるNAPT機能が使われている。
( NAPT: Network Address Port Translation )
PC#2 192.168.0.20 (PORT:50000)
宛先IP:123.4.5.6 宛先PORT: 80 送信元IP:192.168.0.10 送信元PORT: 40000
宛先IP:123.4.5.6 宛先PORT: 80 送信元IP:192.168.0.20 送信元PORT: 50000
宛先IP:192.168.0.10 宛先PORT: 40000 送信元IP:123.4.5.6 送信元PORT: 80
宛先IP:192.168.0.20 宛先PORT: 50000 送信元IP:123.4.5.6 送信元PORT: 80
宛先IP:123.4.5.6 宛先PORT: 80 送信元IP:111.1.1 送信元PORT: 40000
宛先IP:123.4.5.6 宛先PORT: 80 送信元IP:111.1.1 送信元PORT: 50000
宛先IP:111.1.1 宛先PORT: 40000 送信元IP:123.4.5.6 送信元PORT: 80
宛先IP:111.1.1 宛先PORT: 50000 送信元IP:123.4.5.6 送信元PORT: 80
(192.168.0.1) (111.1.1)
(変換表) (PORT) (IP) 40000 =>192.168.0.10 50000 =>192.168.0.20 ・ ・ ・
(家庭内ネットワーク) (インターネット)
パケット送信を行うとBBルータ内に一時的に変換表が作られる。
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10.ポート開放とは(1)
NAPT機能があるので、家庭内のPC(プライベートIP)から、外部(グローバルIP)の装置(PC,サーバー)には、パケットを送信し、応答パケットを受信することができます。 しかし、いきなり外部(グローバルIP)の装置から家庭内のPC(プライベートIP)にIP パケットを送信することはできません。
家庭内PC 192.168.0.10
外部PC 123.4.5.6
BBルータ
111.1.1.1 192.168.0.1
宛先IP:123.4.5.6 OK
宛先IP:192.168.0.10 NG
(インターネット)
(インターネット内では、グローバルIPしか指定できない) 家庭内LAN
(プライベートIP)
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11.ポート開放とは(2)
外部(グローバルIP)の装置から家庭内のPC(プライベートIP)にパケットを送信できる様にする機能が、ポート開放です。 この機能を使うと、家庭内に各種サーバーを立ち上げ、外から使うことができます。
家庭内PC 192.168.0.10 (ポート:2461)
外部PC 123.4.5.6
BBルータ
111.1.1.1 192.168.0.1
宛先IP:111.1.1.1 宛先ポート:2461
(インターネット)
(ポート開放表) (PORT) (IP) 2461 =>192.168.0.10
・ ・ ・
あらかじめBBルータにポート開放の設定をしておく。
宛先IP:192.168.0.10 宛先ポート:2461
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12.ポート開放設定の例
BBルータ
111.1.1.1 192.168.0.1
(インターネット)
IP: 192.168.0.121
TCPポート: 20021
UDPポート: 2461
IP: 192.168.0.110
UDPポート: 40000
AMBEサーバー
ID-51P
ターミナルモード
AMBEサーバー用ポート開放
ID-51P ターミナルモード用ポート開放
宛先IP:111.1.1.1 宛先PORT: 40000
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13.TCP と UDP (参考)
インターネットを使った通信(TCP/IP)には、 TCP通信 と UDP通信がある。 これはトランスポート層の機能で、アプリケーション毎にどちらの通信方法を使うか 決めることになっている。 TCP通信 : 送信パケットに番号を付け、受信側でパケットエラーやパケット抜けを検出 した場合、パケットの再送を行うことで、信頼性が高い通信ができる。 パケット再送を行うので、音声や映像等のリアルタイム通信には使えない。 UDP通信: パケットの送達確認は行わない、シンプルな通信方法なので信頼性は低い。 音声や映像等のリアルタイム通信に使われる。
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14.MACアドレスの使い方 (参考)
(1) MACアドレスはネットワーク内の通信に使われる。 (2) PCやルータは、宛先MACアドレスが自分宛の時にパケットを受信する。 (3) 従ってネットワーク内通信では、送りたい装置のIPアドレスからその装置のMACアド レスを求めて、宛先MACアドレスに設定してネットワーク内にパケットを送信する。
PC#1 IPアドレス: 192.168.1.1
MACアドレス: PC1
PC#2 IPアドレス: 192.168.1.2
MACアドレス: PC2
宛先IP 192.168.1.2
宛先MAC PC2
対応付けが必要 (ARP処理で求める)
宛先IP:123.4.5.6 宛先MAC: PC2
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15.IPパケットデータの例 (参考)
宛先ポート番号(AMBEサーバー)
送信元ポート番号(BlueDV for Windows)
宛先IPアドレス(AMBEサーバー) 送信元IPアドレス(PC)
送信元MACアドレス(PC) 宛先MACアドレス(AMBEサーバー)
ヘッダー