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Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
自己紹介(1/3) 連絡先2
氏名：山中 直明
所属：理工学部 情報工学科 教授
E-mail: [email protected]
連絡先（矢上）
TEL: 045-566-1744
矢上 ２６－２１０C
矢上新07棟201～203
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
自己紹介(2/3) 経歴3
S58年 慶応義塾大学理工学部 計測工学科 修士終了
NTT武蔵野通信研究所入社 ネットワークシステム
ATMシステム
光ネットワークの研究
1998年 慶応義塾大学大学院 非常勤講師 2000年 IEEE Fellow 2001年～ フォトニックインタネットラボ代表
2001年～ 総務省けいはんなオープンラボ相互接続性検証WG 主査
2004年4月 ～ 慶應義塾大学理工学部 情報工学科 教授
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
自己紹介(3/3) 専門分野4
フォトニックネットワーク
ノードシステムアーキテクチャ
コンテンツ配信網
P2Pネットワーク
リコンフュグラブルプロセッサ
ネットワークセキュリティ
スマートグリッド（エネルギーネットワーク）
→2011、2012年情報系就職担当教授
2014年～ 慶應義塾先端科学技術研究センター副所長
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
授業の目的と資料5
ビッグデータ時代：すでに情報の量は宇宙に存在する惑星の数よりも多い
光ネットワーク、ワイヤレスネットワーク、スマートフォンの普及
情報通信、特にネットワークの基礎的技術を理解して、将来の情報通信技術者として活躍するための基盤を確立したい
できるだけ基礎的に、概念を理解できるように努力したい
とにかく好奇心と興味を作るようにしたい
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
授業の構成6
第1回 ガイダンス
第2回 第1章 情報通信ネットワークの基礎
第3回 第2章 ネットワークの機能と形態
第4回 情報メディアのディジタル符号化
第5回 ディジタル伝送
第6回 ネットワークアクセス
第7回 マルチアクセス制御
第8回 ネットワーク層プロトコル
第9回 トランスポート層とフロー制御
第10回 通信品質
第11回 トラヒックエンジニアリング
第12回 VoIPネットワーク
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
教科書7
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
評価について8
演習／出席（50） 毎回、簡単な演習を行ない、Renandyにより返却予定。必ずダウンロードしておくこと（未ダウンロードはチェックします）
中間テスト（20） 授業中に簡単な中間テストを行なう
最終試験（30）
99
われわれを囲む現状
企業からの目
1010
世界競争力
1 1 1 1 12
4 4
9
18
16
21
23
27
25
23
0
5
10
15
20
25
30
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04
年
順位
USA
Germany
United Kingdom
Japan
France
（出典:IMD WORLD COMPETITIVENESS YEARBOOK 2004)
1111
新卒採用状況
1212
日本経済新聞２００４年２月１６日
8位
1313
日本経済新聞２００４年２月１６日
ランク外
1414
読売新聞２００４年３月２２日
1515
社会から期待される大学
シード補完的技術
ベンチャ
新技術の源
人材の供給源
研究開発のパートナー
技術の標準化の旗振り役
強く期待する
あまり期待しない
強く期待する
全く期待しない
ある程度期待する
自社にない技術やノウハウを獲得できる
人脈を形成できる
研究開発に対する投資のリスクを軽減できる
新規事業を起こす際の技術の目利き役になっても
らえる
事業化へのスピードが高まる
大学発ベンチャー
技術移転機関（TLO）
国立大学の法人化
知財本部の設置
技術経営（MOT）プログラム
21世紀COEプログラム
1616
上
上
上
7.4
10.3
15
中
中
中
下
下
下
61.327.6
52.8
33.6
45
40
1973年
2004年
201X年
（％）
資料：内閣府「国民生活世論調査」2004をもとに三浦展作成。ただし201X年はカルチャースタディーズの仮定
中流意識の変化 (1973～201X年）
1717
0.0
8.3
33.3
78.3
90.0
100.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150万未満 150万円～ 300万円～ 500万円～ 700万円～ 1000万円～
所得
既婚
（初
婚）率
男性の所得と既婚（初婚）率の相関（既婚の場合は夫婦合計）
資料：カルチャースタディーズ研究所＋（株）イー・ファルコン「欲求調査」
（％）
1818
2007年1月20日 読売新聞（P.32より）中村修二氏１９５４年5月愛媛県生まれ。52歳。徳島大工
学部電子工学科、同大学院修士課程終了。79年日亜化学
工業入社、93年に青色発色ダイオード（LE
D)
の開発、実用
化に成功。99年同社退社後、２０００年にカリフォルニア大
サンタバーバラ校工学部教授。専門は電子材料、結晶成長。
青色発光ダイオードの業績で、仁科記念賞、ベンジャミン・
フランクリン賞（米国）、ミレニアム技術賞（フィンランド）な
ど受賞多数。ノーベル賞受賞の呼び声も高い。
1919
― ―
科学技術のなすべきことは多いですね。
中村
さまざまな分野でニーズは高まり、研究の種は
転がっている。米国では、医学部と並んで工学部
は人気が高い。それは、ベンチャー企業を興し、高
収入を得るチャンスがあるからだ。全米で人気の
高いマサチューセッツ工科大の卒業生の収入は弁
護士よりも多い。優秀な学生ほどベンチャーを目
指す。日本でもベンチャー企業を作る機運が盛り
上がってきたが、まだ米国のようにはなっていな
い。だが、やりたいことを貫いて欲しい。大学を卒
業して企業に入り、５年ほどで飛び出し、ベン
チャーをつくるのも一つのやり方だ。ベンチャーは
孤独だが、やりたいことがやれる。
― ―
学生に送る言葉は。
中村
私は会社に怒りを覚え、米国に渡った。怒りを
バネに研究に励んできた。研究の動機は、社会貢
献、知的好奇心などさまざまであろうが、小さい
頃の夢を思い出し、自然の中から学ぶ姿勢を大切
にしながら一度は海外に飛び出るのもいいだろ
う。ある私大の調査で、ベンチャーで成功した日
本人の９割が５年以上米国に滞在した経験があ
るという。世界をまたにかけて活躍して欲しい。
「米国
優秀な学生ほど
ベンチャー」
中村さんからのメッセージ
2020
The Asahi Shimbun
産業能率大・
松村有二教授調べ
教室
情報通信ネットワークの基礎
第1章
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
情報通信ネットワークの展開
ネットワークインフラストラクチャ
N１(日本)
FTTH
携帯電話
ﾈｯﾄﾜｰｸ全国展開
1957
全国自動化
1979
光ﾌｧｲﾊﾞ網全国縦断
1985
ﾃﾞｨｼﾞﾀﾙ化完了
1997
ISDN
1988
ﾌﾚｰﾑﾘﾚｰ
1994
移動通信PHS
ISDN ATM
1997
光ｱｸｾｽ系導入
1990
NGN
20ｘx
i-Mode
1999
ADSL
FOMA
2001
ブロードバンドアクセス
1987 1995
201020001960 199019801970
３G
ARPANET(1990まで）
TCP/IPARPANET
採用NSFNETサービス
1969 1981 1983 1986 1990 1995
米国商用ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ
日本商用ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ
1993
本格的なｲﾝﾀｰﾈｯﾄ利用
2006
実験・研究用
商用
1999 2001
ISDN: Integrated Services Digital Network, PHS: Personal Handｙphone ServiceATM: Asynchronous Transfer Mode, ADSL: Asynchronous Digital Subscriber LineFTTH: Fiber to the home, ARPAnet: Advanced Research Project Agency network, NSFNET: National Science Foundation Network, NGN: Next Generation Network
インターネット
図1.1
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
情報ネットワークの進展23
Telegraph 1835年 モールス
Telephone 1876年 グラハムベル
Internet 1969年 米国西海岸
1994年 WWWの普及
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ネットワーク効果
図1.2
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ネットワークと交換（Switching）25
メトカーフの
ネットワークの効果 ＝
ネットワークは1人では意味がない。 に比例して意味を持ち始めて、クリティカルマス（臨界量）を超えると急激に増大（Facebook、SNS）
2)1( nn
2n
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
通信 ＝ Telecommunicationの原点
２０００年前の万里の長城
敵の数を狼煙（のろし）の数で表現
http://www.yamanaka.ics.keio.ac.jp
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
近代通信の歴史
1844 有線電信、Washington D.C.-Boltimore（米、Morse）
1876.2. 14 電話の発明、特許出願（米、Bell） 1880 Photo Phoneの実験（米、Bell） 1909 無線電信の研究でノーベル賞（伊、Marconi） 1970 低損失光ファイバの実現（米、Corning社）、損失20dB/km、7dB/km
半導体レーザ（Laser Diode: LD）の室温発振（米、AT&T Bell研）
1973 光ファイバ損失2.5dB/km （米、AT&T）
1975 光ファイバ損失1dB/km （米、AT&T）
1976 光ファイバ損失0.47dB/km（日、日本電信電話）長波長LDの室温発振（日、東工大, NTT, KDD）
1979 光ファイバ損失0.2dB/km （日、日本電信電話） 光ファイバ通信の発展
1984 Boston-Washington D.C. 光ファイバケーブル敷設（米、AT&T）
1985 日本縦貫光ケーブル敷設（日、NTT）
1989 太平洋横断光ファイバケーブル敷設（日、KDD、米、AT&T ）
1990 光ファイバ増幅器の製品化
1995 波長多重(Wavelength Division Multiplexing)の実用化光ファイバネットワーク構築
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
世界で初めての電話機
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第一号電子交換機
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
課金メータ
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
31
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
電話を楽しむ人々
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
電話放送？？
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
光糸電話Photo Phoneの実験（米、Bell）
鏡
光の当たり具合で電流が変わる素材あ～
あ～
太陽光を利用
インターネットの始まり
端末 ネットワーク
単純
Stupid
賢い
Intelligent
不透明、 品質保証、 回線交換
低効率、 高価格 高セキュリティ
透明、 ベストエフォート、 パケット交換
高効率、 低価格 低セキュリティ
賢いIntelligent
単純
Stupid
ネットワークの構成原理
とその特質は対称的
電話ネットワーク
インターネット
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
パケット通信の高速化の歩み
FMBS（～45Mbps） 高速化
ブロードバンドアクセス
（ADSL, FTTH,CATV)
ストリーミングサービス統合
（IP電話、IPテレビ）
･転送ｽﾄﾗﾀﾑとｻｰﾋﾞｽｽﾄﾗﾀﾑ分離
･QoS制御･セキュリティ
IP／ATM
ｾﾙﾌﾙｰﾁﾝｸﾞｽｲｯﾁによる回線ﾓｰﾄﾞと交換ﾓｰﾄﾞ
転送系統合
回線モードと交換モードの
アクセス系統合
ISDNパケットモード
サービス（～64kbps）
アクセス
X.25パケットサービス
（～64kbps）高速化
ATM（～600Mbps）
ブロードバンドインターネット
(～1000Mbps)
IPプラットフォーム
NGNATM
バックボーン
手順の簡略化による高速化
ダイアルアップ（電話／ISDN）
インターネット（～64kbps）
図1.3
CPUの集積度の推移（ムーアの法則）
1000
100
10
1
0.1
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
トランジスタ数(x104)
◎
◎
◎
◎
◎
◎◎
◎
286
3 86
486
Pentium
8086
(5MHz)
10000
100000
◎
◎
◎
Pentium4
Itanium2
Itanium2
◎
◎PentiumII
PentiumIII
2005 2010年
◎Itanium
◎デュアルコアItanium2
8086(8MHz)
8080(2MHz)
4004(750kHz)
◎
クアッドコアCore 2 Duo
図1.4
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ムーアの法則40
米国インテル社の創業者 ゴードン・ムーア
1965年に自らの論文に
“集積回路上のトランジスタ数は「18カ月ごとに倍になる」”
5年後 10.08倍、20年後 10321.3倍
→熱、電力の問題がクリアーできない
5.1/2nP
ハードディスクドライブの記録容量の推移（クライダーの法則 ）
年月
容量
（G
B)
1979.5.25 2001.4.191995.10.281990.7.51984.11.14
容量
ビットあたり価格(相対値）
図1.5
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ITの諸経路則 （P9）42
すべて経路則 ロックの法則
ウァースの法則
マーフィーの法則
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
情報通信ネットワークの基本接続構成と基本機能
ネットワークノード
ユーザ端末
リンクリンク リンク リンク リンク
中継線 加入者線加入者線 中継線 中継線
UNI UNINNI NNI NNI NNINNI NNI
ユーザ端末
UNI: User-Network InterfaceNNI: Network Node Interface
加入者交換機
加入者交換機
中継交換機 中継
交換機
コアルータ
コアルータ
エッジルータ
エッジルータ
ネットワークノード
ネットワークノード
ネットワークノード
図1.6
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
いくつかの基礎単語44
ユーザー端末 Terminal アクセスリンク Access link サービスノード Service Node 中継ノード Transit Node 中継リンク Transit Link
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
コネクション型通信（１）45
電話のネットワーク
①ダイヤル（Call Setup）
②パス確立（呼とよぶ）
③通信
④切断
ユーザ（送信） ユーザ（受信）
03-3111-1111
OK
OK
通信
切断×
×
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
コネクション型通信（2）46
電話番号
0 4 5 - 5 6 6 - 1 7 4 4
① グローバルユニーク
② 階層的構成
市外
横浜
日吉
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
コネクションレス型通信（1）47
横浜市・・・・・・・
〒223-8522横浜市港北区日吉3-14-1
慶應義塾大学御中
IPアドレス 192.184.55.62
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
コネクションレス型通信（2）48
ヘッダ
ノード
ヘッダをすべて読み取る
192.184.55.62 #6NHR
アドレス次のルータ
フォワーディングテーブル
（注）実際はプリフェックス
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
OSI階層モデル
階層 内容 情報交換の単位
第7層 アプリケーション層（application layer）
WWW、電子メール、ファイル転送などのアプリ
ケーションが機能するためのプロトコル。ｈｔｔｐ、ｓｍｔｐ、ftpなど。
APDU
第6層 プレゼンテーション層（presentation layer）
アプリケーション層で利用されるデータの表現形式および表現形式間の変換。
PPDU
第5層 セッション層
（session layer）セッション（通信の開始から終了までの一連の手順、エンドエンド間データの同期など）プロトコル。
SPDU
第4層 トランスポート層（transport layer）
エンドエンド間データ転送プロトコル、信頼性の高いTCP、リアルタイム性の高いUDPなど。
TPDU
第3層 ネットワーク層（network layer）
エンドエンド間のルーティング（通信経路選択） 。IPなど。
パケット
第2層 データリンク層
（data link layer）隣接ノード間送受信のためのデータのパケット化の方法と送受信プロトコル。
フレーム
第1層 物理層 （physical layer）
データリンク層からのフレームをビット列へ変換、あるいはその逆。物理媒体の電気的インターフェイスおよび変調方式など。
ビット
高位レイヤ
低位レイヤ
APDU: Application Protocol Data Unit
表1.1
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
階層型プロトコルによるエンドーエンド通信
中間ノード(交換機、ルータなど）
プレゼンテーション
セッション
トランスポート
ネットワーク
データリンク
物理
アプリケーション
プレゼンテーション
セッション
トランスポート
ネットワーク
データリンク
物理
アプリケーション
ネットワーク
データリンク
物理
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
プロトコル
ユーザ‐ネットワークインタフェース
ユーザ‐ネットワークインタフェース
ネットワーク 端末(エンドノード)端末(エンドノード)
セグメント
パケット
フレーム
ビット
処理対象
図1.7
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
階層モデルの原則51
① 階層間の独立
階層間にまたがることなく明確に分離
② 上位→下位 もしくは 下位→上位 と処理が進む
③ 階層間インタフェースの保存
インタフェースを守る限り、改善や拡張が自由
④ 実装との独立
複数階層をLSIにしても可
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
階層型プロトコル処理の流れ
送信側：各層がそれぞれのヘッダ情報を付加して下位層へ渡す
受信側：各層がそれぞれのヘッダ情報を取り除いて上位層へ渡す
オーバーヘッド
ユーザデータ
各層用のヘッダ情報
送信手順 受信手順
ペイロード
DH
NH
TH
SH
PH
AH
伝送フレーム
AH：アプリケーション層ヘッダ、PH：プレゼンテーション層ヘッダ、SH：セッション層ヘッダ、TH:トランスポート層ヘッダ、NH:ネットワーク層ヘッダ、DH:リンク層ヘッダ
セグメント
パケット
フレーム
ビット
図1.8
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
OSIモデルとインターネットプロトコルの対応
インターネットプロトコルスタック（例）
アプリケーション層
プレゼンテーション層
トランスポート層
セッション層
ネットワーク層
データリンク層
物理層
アプリケーション（WWW, SMTP,
FTP等）
TCP
IP
イーサネット、フレームリレー、ATM、無線LAN 等
（インターネット仕様としては規定しない）
UDP
OSIモデル
アプリケーション（RTSP、SIP等）
図1.9ゲートウェイで相互に接続
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
サービスとサービスプリミティブ
ユーザユーザ
サービス
サービスプリミティブ
サービス
サービス
第７層
第6層
第5層
サービス
インタフェース
サービスプリミティブ
サービスプリミティブ
サービスプリミティブ
サービス
サービスプリミティブ
サービス
サービス
サービス
ヒューマンインタ
フェース
インタフェース
インタフェース
インタフェース
サービスプリミティブ
サービスプリミティブ
サービスプリミティブ
プロトコル
プロトコル
プロトコル
インタフェース
インタフェース
SAPヒューマン
インタフェース
SAP
SAP
SAP
SAP
SAP
SAP
SAP
SAP：サービスアクセスポイント
第4層以下へ
図1.10
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
サービスプリミティブの例
サービスプリミティブタイプ
要求（Request）
指示（Indication）
応答（Response）
確認（Confirm）
内容
サービスを要求
イベントにかんする情報を要求
イベントに関する応答を要求
以前に出した要求に関する応答
例
コネクション確立
着信者へのシグナル送出
着信者による受信許諾
受信者による受諾通知
表1.2
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
図1.11 OSIモデルとSNA
トランザクションサービス
データフロー制御
伝送制御
パス制御
物理
データリンク
ネットワーク
トランスポート
セッション
プレゼンテーション
アプリケーション
物理制御
データリンク制御
プレゼンテーションサービス
SNAOSIモデル
SNA：Systems Network ArchitectureOSI：Open Systems Interconnection
1974年 IBM ⇒ SNAを発表国際標準 OSI
