作家志望の不定期ブログです。
無色の翼、鳥は何処に向かうのか?
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データベース概論のノート
2013-08-18-Sun  CATEGORY: 学習ノート
前のPCを少し引っ張り出したら、
DBについてのノートを書いてたの思い出して、
しかも新しいPCに移してなかったので、
こっちにのっけます。

まぁ、基礎部分のところのなので
別にあってもなくてもいいような内容ではあるのですが


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拡張性&可用性
2012-09-17-Mon  CATEGORY: 学習ノート
※ネットワーク学習用のノートです。
 興味ない人は、すっ飛ばしてください。

ちょっと学習ノートをWEBの方にも
残しておこうってことで始めました。
専門用語たくさんありますが、
ザックリしたメモなので頑張れば、
まぁ、理解できるかもです。

個人的なアレなので、
間違いがあるかもしんないですw




【スケーラビリティ:Scalability】
拡張性。
コンピュータシステム、ネットワークにおいて
利用者や負荷増大など新たに起きた問題に対応できるよう
柔軟に性能を向上させられること。
ハブ&スポークNWは、拡張性に優れている。

【アベイラビリティ:Availability】
可用性、有効性。
システムの壊れにくさ。
障害が発生しにくく、復旧速度の速いシステムを指す。
フルメッシュNWは、可用性に優れている。

【リンク数の計算】
■フルメッシュNW
回線数 = n(n-1)/2 ※n=拠点数

  B
 /|\
A -+- D
 \|/
  C

4拠点時の回線数 = 4(4-1)/2 = 6
5拠点時の回線数 = 5(5-1)/2 = 10
6拠点時の回線数 = 6(6-1)/2 = 15

上記のような増加傾向を、「指数関数的増加」と呼ぶ。

フルメッシュNWは拠点数が増えるほどに
NWそのものが複雑化し、拡張コストも増大する。
そのため、拡張させ辛いネットワーク構成となっている。
だが一方で、障害発生時でもサービスを
維持し続けることができる。

例えば、A-B間のラインが障害で途切れたとしても、
A-C-Bのラインを通じて、AからBの通信を継続できる。

■ハブ&スポークNWの場合
回線数 = n-1

A   B
 \ /
  ■
 / \
C   D

拠点数 = A~D+中央施設 = 5
5拠点時の回線数 = 5-1 = 4
6拠点時の回線数 = 6-1 = 5
7拠点時の回線数 = 7-1 = 6

上記のような増加傾向を「線形的増加」と呼ぶ。

ハブ&スポークNWは拡張性が優れている半面、障害には弱い。

フルメッシュNWのように迂回路が存在しないので、
1つのラインが途切れると、そのラインを復旧させるまで
そのラインに繋がる拠点は通信ができない状態になる。

また、中央施設が死ぬと、
そこに繋がっている全ての拠点が通信できなくなる。




ネットワーク設計において、
スケーラビリティとアベイラビリティを
同時に実現するのは非常に難しい。

確実安全なネットワークにしたいのならば、
フルメッシュNWとなるが、負荷増大などで拡張したい時、
柔軟に対応が出来ない。

逆に言うならば、前提として拡張する必要はなく、
また安全性が必要なネットワークに用いる形がフルメッシュNW。

拡張性を求めるならば、ハブ&スポークNWの方がよい。
上記が示すように拡張しやすく、拡張コストも安く済む。
顧客向けのサービス提供などでは、基本的にハブ&スポークNWが
使われている。

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CSMA/CD & CSMA/CA
2012-05-14-Mon  CATEGORY: 学習ノート
※ネットワーク学習用のノートです。
 興味ない人は、すっ飛ばしてください。

ちょっと学習ノートをWEBの方にも
残しておこうってことで始めました。
専門用語たくさんありますが、
ザックリしたメモなので頑張れば、
まぁ、理解できるかもです。

個人的なアレなので、
間違いがあるかもしんないですw



【CSMA/CD
 :Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection】

キャリア検知多重アクセス/衝突検出方式。
有線LAN(Ethernet、IEEE802.3等)で用いられる
メディアアクセス制御方式。

複数のノードがアクセスする環境下にて(Multiple Access)
データ送信前に通信状態を確認した上で(Carrier Sense)
通信を行う方式。

衝突を検出した場合(Collision Detection)、
衝突を起こした複数のノードは通信を中断し、
各ノードはランダムな時間を待機してから、再送信する。

▼CSMA/CD動作概略
赤:衝突検出時の動作
①イーサフレーム作成。衝突カウンタ=0

②キャリア信号検知。搬送波(キャリア)を確認し、
 ケーブル上で通信しているか確認する。
 通信中であることを検知したら待機。
 他に通信中のノードがなければ③へ。

③ランダムタイム待機
 (通信がないと判断しても必ず待機時間を置く)

④データ送信。衝突検出しなければ、終了
 衝突を検知した場合、⑤へ。

⑤衝突時、両ノードは送信フレームを破棄し、通信中断。
 JAM信号(衝突したことを示す)を送信する。

⑥バックオフ。衝突カウンタ+1。
 ランダムタイム待機後、衝突したフレームを再送信。
 衝突がなければ、終了
 再度衝突を検出した場合、⑦へ。

⑦衝突カウンタが16以下なら再送を繰り返す。
 衝突カウンタが16ならば破棄。


【CSMA/CA
 :Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance】

キャリア検知多重アクセス/衝突回避方式。
無線LAN(IEEE802.11等)で用いられる
メディアアクセス制御方式。

複数のノードがアクセスする環境下にて(Multiple Access)
データ送信前に通信状態を確認した上で(Carrier Sense)
通信を行う方式。

無線では衝突を検出できないため、
上記の動作で衝突を回避する(Collision Avoidance)
データが正しく送信されたかどうかの判断は、
Ack(受信肯定応答)の有無で決める。

▼CSMA/CA動作概略
赤:衝突検出あり 青:クライアント以外の動作)
①キャリア検知。
 通信中なら、Ack(確認応答)が来るまで待機。
 (Ackは全無線LANクライアントに届く)

②ビジー状態から、DIFS時間待機(通常フレーム)。
 衝突などエラー検出時は、EIFS時間待機。

③ランダムバックオフ待機。

④データ送信。

⑤APが正常受信できれば、SIFS時間待機後、
 全無線LANクライアントに対して、Ack送信


⑥Ack受信によって、衝突回避と判断して終了
 Ack受信がなければ、衝突と判断して再送信をする。



上記の二つは、名前も動作も割と似てます。
詳細な部分を見れば、大分違うんですが。
基本、有線通信と無線通信なので。

ただ、大雑把な考え方としては同じようなモノです。

有線の場合、ケーブルを通して衝突を検出することが可能ですが、
無線の場合、衝突が起きた場合はそれを検出することは難しいのです。

無線は衝突を検出できないため、有線のメディアアクセス制御方式より
いろいろと慎重な動作になっています。

ちなみにメディアアクセス制御方式と難しい言い方をしてますが、
要は通信の行ない方です。

メディアとは、通信媒体。有線だとケーブル、無線だと電波。
アクセスとは、通信媒体へのアクセス? まぁ、アクセスですよww
制御方式とは、……説明必要ですかね?

要は、通信の仕方ってのを小難しく言っただけですね。
全くどうして日本人は小難しい言葉を使いたがるんですかねww

勉強する時に本当迷惑ですwww




CSMA/CAに関しては、無線LANについて
何かを書く時にでも、また詳しく書くかもしれません。

DIFSやEIFSなどについては解説してませんし。
まぁ、私もぶっちゃけ、あまり理解してないのでww
いずれ再勉強した時にでも詳しくやります。

だって、CCNAもCCNPもあまり無線のことは
詳しくやらないんですもんww
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OSI参照モデル&TCP/IPモデル
2011-12-03-Sat  CATEGORY: 学習ノート
※ネットワーク学習用のノートです。
 興味ない人は、すっ飛ばしてください。

ちょっと学習ノートをWEBの方にも
残しておこうってことで始めました。
専門用語たくさんありますが、
ザックリしたメモなので頑張れば、
まぁ、理解できるかもです。

個人的なアレなので、
間違いがあるかもしんないですw



【ネットワーク:Network】
直訳=網。もしくは網状に接続された構造体。
ネットワークを構成する各要素のことを「ノード:Node」と呼び、
ノード間を繋ぐ線を「リンク:Link」と呼ぶ。
コンピュータネットワークの場合、ユーザのPCからサーバ、
プリンタやスキャナー、ルータ等のネットワーク機器などが
ノードとなり、その接続に使用される各種ケーブルがリンクとなる。


【ネットワークデバイス:Network Device】
デバイス=機器、装置。
コンピュータ内部を構成するCPUやメモリ等の部品、
キーボードやマウスなどの周辺機器がデバイスと呼ばれる。
ネットワークデバイスという場合、パケット転送や制御等を行なう
HUBやスイッチやルータ等を指す。


【OSI参照モデル】
ISO(国際標準化機構)によって制定された設計方針のモデル。
OSI:Open Systems Interconnection(開放型システム総合接続)
に基づいて、通信機能を層(レイヤー)ごとに分割して、
異なるベンダー間でも相互通信できるように標準化したモデル。
OSI基本モデル、OSI階層モデルとも呼ばれる。

要は、異なるベンダーで通信するため、
機能を単純化に切り分け、階層のモデルを作ったという話。

▼OSI参照モデル
 第7層 「アプリケーション層(Application Layer)」
 第6層 「プレゼンテーション層(Presentation Layer)」
 第5層 「セッション層(Session Layer)」
 第4層 「トランスポート層(Transport Layer)」
 第3層 「ネットワーク層(Network Layer)」
 第2層 「データリンク層(Data-Link Layer)」
 第1層 「物理層(Physical Layer)」


通信するための機能を分割し、
各階層ごとに独立した役割を与えます。

個別に考えることで理解もしやすく、
機能も単純となって修正も容易になる。
また、各レイヤーの機能は独立しており、
あるレイヤーの問題が、他のレイヤーに影響を
及ぼすことがありません。

例えば、IPアドレスは第3層のネットワーク層、
MACアドレスは第2層のデータリンク層になる。
IPアドレスで起こった問題は、
MACアドレスには影響を与えないし、その逆も然り。


▼L7:アプリケーション層
 通信によって提供されるサービスなどが定義される。
 ユーザが直接触れるプログラムや、データ送受信をする
 プログラムなどが含まれる。

▼L6:プレゼンテーション層
 通信によって届けられたデータを、
 ユーザが見られるような形にする機能などが定義される。
 圧縮方式や文字コードなどの機能が含まれる。
 アプリケーション層は、人間にとって見やすい状態だが、
 その状態が通信に適しているとは限らない。
 プレゼンテーション層では、人間にとって見やすい状態の
 データを、通信に適した形に切り分けする役割を持つ。
 もしくは通信で届いたデータを、人間にとって見やすい
 状態に戻す役割。他には、暗号化機能も含まれる。

▼L5:セッション層
 通信開始時、終了時などに論理的に通信経路を
 確立する機能、確立された接続を管理する機能などが
 定義される。


上記三つの層は、層として分割されているが、
実は一緒の機能にまとめられることが多い。
特にセッション層だけで規定される機能は特にない。
OSI参照モデルは、あくまでモデルであって
実装レベルではない。↑の三層はそもそも分ける意味が少ない。


▼L4:トランスポート層
 データ転送の信頼性を確保するための機能を定義。
 確実にデータを届ける、もしくは迅速に届けるか。
 分割されて送られてきたデータを正しく並び変える、
 足りないデータの再要求を行なう機能が含まれる。

▼L3:ネットワーク層
 論理的な通信経路の選択、通信用のアドレスを
 割り当てる機能を定義。上記にもあるとおり、
 IPなどはネットワーク層に分類される。
 ネットワーク層では、IPアドレスなどを用いて、
 効率のいい論理的な経路を選出する。
 第三層のネットワークデバイスは、ルータもしくは、
 レイヤー3スイッチ(マルチレイヤースイッチ)など。

▼L2:データリンク層
 物理的な通信経路の選択する機能を定義。
 電気信号の制御、衝突制御などを行なう機能が
 含まれる。第二層のネットワークデバイスは、
 スイッチブリッジなど。

▼L1:物理層
 電気信号の伝送方法、物理的な接続などを定義。
 ケーブルの材質やコネクタ形状、電気信号の変換など
 物理的な部分を定義する層。
 第一層のネットワークデバイスは、リピータハブなど。


物理層とデータリンク層は、
実装レベルで分割する意味は少なく、
まとめて定義されている場合が多い。

OSI参照モデルは、あくまでモデルでしかないので、
異なるベンダー間で通信できる出来れば問題はない。
モデルとして分割しているが、それに従う必要もない。

余談だが、国際標準化機構は英語で書くと、
International Organization for Standardization
となるのだが、略称はIOSではなく、ISOになる件について。
これは言語によって略称が異なってしまうので、
ギリシャ語の平等という意味の「isos」を使っているため。


【TCP/IPモデル】
OSI参照モデル同様、異なるベンダー間で相互通信する機能を
開発するために参照するモデル。TCP/IPモデルの場合、
TCP/IP環境で相互通信するためのモデル。

▼TCP/IPモデル
 アプリケーション層
 トランスポート層
 インターネット層
 ネットワークインタフェース層


OSI参照モデルに照らし合わせると、
OSIのレイヤー5~7は、アプリケーション層に含まれ、
レイヤー4は、トランスポート層、
レイヤー3は、インターネット層、
レイヤー1と2は、ネットワークインターフェイス層に
含まれる。ただし、厳密に一致してはいない。


【ルータ】
ネットワーク層のネットワークデバイス。
レイヤー3~1までの機能、レイヤー4の一部機能を
使用して通信経路の選択をする機器。
ほとんどの場合、IPを利用してルーティングを行なうが、
IPXやAppleTakeなどを利用する場合もある。
ルート(Route)を選択するから、ルーター(Router)。


【スイッチ】
データリンク層のネットワークデバイス。
レイヤー2~1までの機能を使用して、
データ転送を行なう。
スイッチとは切り替えという意味で、
スイッチとは、送信データの経路を
切り替える装置。


【ハブ】
物理層のネットワークデバイス。
電気信号をそのまま他のポートへ送る。
ハブと名前が付いても、実際はスイッチの機能を
持っている場合も多い。



予想外にOSI参照モデルの話が長くなりましたw
まぁ、でも、説明としてはまだまだ足りないんですが、
概要だけなら充分ですかね?

OSI参照モデルにしろ、TCP/IPモデルにしろ、
概念的なモノなので、これだけで理解するのは
難しいんだろうな~と思います。

ただ、ネットワークなどを勉強するには、
頭に入れておかないと駄目な話ですね。

やっていけば、そのうち何となくわかります。
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MACアドレス
2011-11-10-Thu  CATEGORY: 学習ノート
※ネットワーク学習用のノートです。
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まぁ、理解できるかもです。

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間違いがあるかもしんないですw



【MACアドレス:Media Access Control address】
レイヤー2のアドレス。48bit(6byte)長。表記は16進数。
データリンク層の下位副層であるMAC層に付与されるアドレス。
全世界で一意の数値であり、同じ数値は存在しない。

MACアドレスは物理アドレスであり、
IPアドレスのように設定変更は基本的に出来ない。
LAN接続インタフェース・カード(NIC)上のROMに書き込まれており、
ネットワークに接続する機器が初めから所持しているアドレス。

アドレスの管理はIEEEが行なっている。
前半24bitは、ベンダーコードであり、
各製造メーカーを表す値となっている。
後半24bitは、ベンダー割り当てコードであり、
各製造メーカーが任意に割り当てた値。

宛先MACアドレスが「FF:FF:FF:FF:FF:FF」の場合、
機器はブロードキャストとして扱う。
また、先頭2bitでユニキャスト(単一の宛先)であるか、
マルチキャスト(多数の宛先)であるかを判断する。



【フレーム:Frame】
データリンク層のデータ単位。
レイヤー2のPDU:Protocol Data Unit。
宛先MACアドレス(6byte)、送信元MACアドレス(6byte)、
フレームタイプ(2byte)の順番で並んでおり、その次に
レイヤー3のパケット情報(46~1500byte)が続いている。
そして、送信データの一番末尾にFCS(4byte)が設置される。

レイヤー2情報の合計は18(6+6+2+4)byteで、
レイヤー3情報の最大値は1500byteになり、
フレームの最大値は1518byteとなる。



【宛先MACアドレス】
フレームの先頭にあるアドレス情報。6byte長。
ネットワーク機器は「宛先アドレス」を読み込み、
フレームをどこに、どのように送信するか決定する。

FF:FF:FF:FF:FF:FF = ブロードキャストアドレス
01:80:C2:00:00:00 = STP用のマルチキャストアドレス

上記などのアドレスを受信すると、
ネットワーク機器は複数宛先に向けてデータ送信する。
それ以外のユニキャストは、単一の宛先にしかデータを送らない。
ブロードキャスト、マルチキャストは多発するのは好ましくない。
VLANやサブネットなどでデータの送信範囲を区切って、
複数宛先のデータ送信を少なくするように設計するのが基本。

Ethernetでは宛先不明の場合、必ずブロードキャストになる。
また、ARPやDHCPなどのプロトコルでも宛先MACアドレスに
ブロードキャストを使うことは多い。

宛先MACアドレスは、その宛先ホストが同一LAN上にいる場合、
そのホストのMACアドレスとなる。

だが、LANまたはVLANが異なるホストを宛先とした場合、
宛先MACアドレスは「ルータのインターフェイス」になる。
(ネットワーク機器のインターフェイスには、
 各々MACアドレスが割り当てられている。IP割り当ても可能)
LANとLANをまたぐ通信では、宛先/送信元MACアドレスが
書き換えられてしまう。

---------[LAN1]---------
| LAN1_PC
|
|  ↓
| 宛先MAC = ルータのインターフェイス(LAN1側)
| 宛先IP = LAN2_PC
|  ↓
|
| ▼HUB/スイッチ
|
|  ↓
| 宛先MAC = ルータのインターフェイス(LAN1側)
| 宛先IP = LAN2_PC
|  ↓
|
---------[LAN1]---------
---------------------------------------------
ルータ
■インターフェイス(LAN1側)
 ↓
宛先MAC = LAN2_PC
宛先IP = LAN2_PC
(送信元MAC = インターフェイス(LAN2側))
 ↓
■インターフェイスLAN2
---------------------------------------------
---------[LAN2]---------
|
|  ↓
| 宛先MAC = LAN2_PC
| 宛先IP = LAN2_PC
| (送信元MAC = インターフェイス(LAN2側))
|  ↓
|
| ▼HUB/スイッチ
|
|  ↓
| 宛先MAC = LAN2_PC
| 宛先IP = LAN2_PC
| (送信元MAC = インターフェイス(LAN2側))
|  ↓
|
| LAN2_PC
---------[LAN2]---------



【送信元MACアドレス】
宛先MACアドレスの次に配置される情報。6byte長。
送信元MACアドレスは、自装置のアドレスを使用。
ROMに書き込まれている値なので、NICがあれば必ず所持している。
ルータなどでLAN間の通信をする場合、
送信元アドレスは、ルータのインターフェイスの
MACアドレスに書き換えられる。



【フレームタイプ】
フレームの種類を判断するための値。2byte長。
通常のタイプなら、この後はIPパケット(L3情報)となるが、
フレームタイプ「0x 8100」の場合、VLANタグと認識され、
次の「2byte」をVLAN情報として処理する。
また、VLANタグはネットワーク機器がVLAN情報を認識するために
挿入されたデータなので、VLANタグの後には、本来のフレームの
タイプが続く。そのため、データは4byteずれる。

⇒VLANタグは「4byte」だが、最初の2byteは
 「このフレームはVLAN」であると示すフレームタイプ。
 残り2byte(16bit)のうち「Priority値(3bit)」
 「CFI(1bit)」「VLAN値(12bit)」となっている。



【FCS:Frame Check Sequence】
フレームの整合性を確認するため、フレーム末尾にある付加データ。
元のフレームを一定手順で演算して出された4byte長のデータ。

フレーム受信した装置では、そのフレームを元にして
演算処理を実行。算出された数値と、フレーム内のFCS値を比べて
一致するなら正常と認識。一致しなければ、通信中に情報が
壊れたとしてエラーと認識する。

フレーム内容が書き換えられた際、FCSも同時に書き換えられるので、
ルータでMACアドレスが変更する時、FCS値も変更する。




VLAN(2)の前に書いておくべき情報は、
これで大体出揃ったかな?



▼関連記事
・VLAN(1)
【VLAN : Virtual LAN】
仮想のローカルエリアネットワーク(LAN : Local Area Network)。
ブロードキャストが到達する範囲、ブロードキャストドメイン。

・コリジョンドメイン/ブロードキャストドメイン
【コリジョンドメイン : collision domain】
同時にデータ送信を行うと、ネットワーク上で
衝突(コリジョン)が発生してしまう範囲。
【ブロードキャストドメイン : broadcast domain】
ブロードキャスト(同ネットワーク上の全ての機器宛のデータ送信)が
到達する範囲。
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