ネットワーク：アプリケーション層のプロトコル

メール関連

メールプロトコル

SMTP:メールを送信・転送するプロトコル。ポート番号TCP２５番
POP3：メールをサーバから受信するプロトコル。ポート番号TCP110番
メール受信プロトコル
POP3：ユーザーIDとパスワードで本人認証。パスワードは平文で送信
APOP：パスワードを暗号化。本文は平文
IMAP4：サーバ側でメール管理。ヘッダだけを取り出したり、検索が可。パスワード・本文は平文
IMAPS：SSL/TLSを使用し、暗号化対応

メール関連のプロトコル・規格

SMTP-AUTH SMTPに利用者認証を追加。通所のSMTPとは独立したサブミッションポートを利用（TCP587番）。
POP before SMTP POP3の認証機能を利用。メール送信時にPOP３によるメール受信を行い、認証が成功した利用者に対して、一定期間だけSMTP接続を許可。
SMTP over TLS SMTPに通信を暗号化するTLS(SSL)を組み合わせたもの
S/MIME MIMEは様々なデータをSMTPメールで扱えるように機能拡張を定義したもの。送信データはBase64方式などでASCII文字列に変換される。
S/MIMEはMIMEを拡張し、メールの暗号化とデジタル署名の機能を提供する。S/MIMEではメール本文の暗号化に共通かぎを用い、共通鍵の受け渡しには認証局が保証する公開鍵を用いる

PGP S/MIMEと同様、電子メールの暗号化やデジタル署名の機能を提供。公的な認証局を介さず、利用者が利用者を紹介しあう相互認証方式を採用。

Web関連

HTTP

Webサーバとwebクライアント間でHTMLなどのweb情報をやり取りするためのプロトコル。WebクライアントがwebサーバにHTTPリクエストを発行することで通信が始まる。使用ポートはTCP80番。
HTTPリクエストには下記のメソッドがよく使われる
GET 指定URLのデータを取得
POST 指定URLにデータを送信
PUT 指定URLへデータを保存
DELETE 指定URLのデータを削除
CONNECT プロキシにトンネリングを要求

GETメソッドとPOSTメソッド

GETは本来は情報取得だが、情報の送信にも利用できる。ただし、GETで情報を送る場合は、情報はクエストリングに埋め込まれるため、ログとしてサーバやキャッシュに残る可能性がある。
CONNECTメソッド
プロキシサーバを使うHTTPS通信などでよく使われる。プロキシサーバは通信の中身を解釈し、再構成することで通信の中継を行うが、HTTPSなどの暗号化通信ではそれが出来ない。そのためCONNECTメソッドを使ってトンネリングを行うことで、中継をする。

WebDAV

Webサーバ上のファイルを管理できるようにHTTPを拡張したプロトコル。ファイルの作成変更削除などは従来FTPなどが使われてきたが、webDAVを使うことによってHTTP/HTTPSだけでファイル管理が可能に。ポートは80/443を使用。
HTTPS（HTTP over TLS）
HTTPに伝送データの暗号化、デジタル署名及び認証機能を付加した拡張プロトコル。
TLSを使うことによって、セキュアな通信が可能。
HTTPSと組み合わせで使われる技術にHSTSがある。HSTSが設定されているWEBサイトにWEBクライアントがHTTPでアクセスした場合、クライアントに対して、当該webサイトへのアクセスをHTTPSで行うように指示する。これにより経路に介入する中間剛撃を防ぐことが出来る。ポートは443

Websocket

クライアントとwebサーバ間で双方向通信を行うための技術。利用するためにはクライアントからサーバへHTTPのGETメソッドでUpgradeWebSocketリクエスト」を送信。サーバ側がそれに答えてハンドシェイクを行うことで、恒常的なコネクションが確立。
チャットなどのリアルタイム性の高いアプリで使われる。
HTTPはリクエスト/レスポンスの一組に対して個別のTCPコネクションを確立。また、クライアントからの要求に対してサーバが応答するプル配信が基本。サーバが自発的にクライアントにデータを送るプッシュ型配信を行う仕様にはなっていない。

Webサーバがクライアントの中に情報を保存しておく仕組み。
HTTPは一回限りの通信の仕様なので、前後の通信から情報を引き継ぐことは出来ない。Cookieはwebサーバが保存しておきたい情報を生成、httpヘッダを使ってクライアントに送信する。クライアントはこれをテキストファイルの形で保存し、必要に応じてサーバに送信する。

アドレス管理及び名前解決技術

DHCP

TCP/IPを利用する環境では、それぞれのノードがIPアドレスを保持することが通信の絶対条件。ノードへのIPアドレスの割り当てを自動的に行うプロトコルがDHCP。
使用ポートはDHCPクライアント：UDP67 DHCPサーバー：UDP68
動作フローは下記
・DHCPサーバに利用できるIPアドレスを登録しておく
・DHCPクライアントは起動時にDHCPサーバに対してブロードキャストを利用したDHCPディスカバリパケットを送信してアドレスの取得要求を行う
・DHCPサーバはプールしているアドレス群から空いているものを自動的に割り当て
・終了時にはIPアドレスを回収
DHCPクライアントはブロードキャストが到達する範囲内にDHCPサーバがないとIPアドレスを取得できない
ルータが用いられたネットワーク構成でDHCPサーバとクライアントが同一LAN上にいない場合、ディスカバパケットをDHCPサーバまで中継するリレーエージェント機能が必要

DHCPでやり取りされるメッセージ

・DHCPクライアントはサーバを探すためにDHCPディスカバ（DHCPDISCOVER)をブロードキャストで送信
・DHCPサーバは提供できるIPアドレスなどの設定情報をDHCPクライアントに通知するためDHCPOFFERを送信
・DHCPクライアントはネットワーク設定情報の使用要求をネットワーク上のDHCPサーバに伝えるためDHCPREQUESTをブロードキャストで送信
・DHCPサーバはネットワーク設定情報の使用要求が認められたことをDHCPクライアントに通知するためDHCPPACを送信する

DNS

TCP/IPでは、各ノードに対して一意なIPアドレスが割り当てられているが、それとは別にドメイン名がつけられた。
ドメイン名とIPアドレスの対応を管理してるのがDNSサーバ。DNSは基本的にUDPを使うが、DNSのレコードバイトが512バイト制限を超える場合はＴＣＰが使われる。ポート番号は53番。
特定のホストまで指定したドメイン名はＦＱＤＮ（完全修飾ドメイン名）という。
ＤＮＳの規約では、対応表作成の負担を細分化して、ＤＮＳを分散データベースとすることで対応している。
一つのドメインを管理するＤＮＳサーバはプライマリサーバとセカンダリサーバの２台で構成される。

DNSレコード

DNSサーバに保存されている名前解決情報をＤＮＳレコードという

Aレコード IPv4ホストのIPアドレス情報
AAAAレコ０度 IPv6ホストのIPアドレス情報
NSレコード DNSサーバを指定
CNAMEレコード ホストの別名を指定
MXレコード メールサーバを指定
DNSラウンドロビン

負荷が集中するwebサーバやＡＰサーバなどは複数のサーバで負荷分散を行う。
この時使用される機能の一つがDNSラウンドロビン。一つのドメイン名に対して複数のＩＰアドレスを登録し、名前解決の度に応答するＩＰアドレスを順番に変えることで負荷分散を図る。

コンテンツサーバとキャッシュサーバ

自らのゾーンのDNSレコードを保持したDNSサーバをコンテンツサーバという。
DNSクライアントが名前解決を要求するとき、毎回コンテンツサーバに問い合わせするのは非効率なので、通常は自組織内にキャッシュサーバを置く。

再帰的な問い合わせ

キャッシュサーバはリゾルバからの問い合わせに対して情報を持っていない場合、ルートＤＮＳサーバから順に問い合わせを行って、ドメイン名情報を取得する。
キャッシュサーバは一定期間この情報を保持してリゾルバへ回答する。

その他のアプリケーション層用プロトコル

SOAP

ソフトウェア同士がメッセージを交換するためにプロトコル。データ構造の記述にXMLを用いる。汎用性が高い。

SNMP

ネットワーク上にある機器を監視し、管理するためのプロトコル。
SNMPに準拠することで、マルチベンダ環境でのネットワークの障害情報などの一元管理を行うことが出来る。
　SNMPマネージャとSNMPエージェントの間でPDUと呼ばれる管理情報のやり取りを行う。
　エージェントにはMIBと呼ばれるデータベースがあり、そこに故障情報やトラフィックの情報が蓄積される。
PDUの種類

Get-Request Get-Next-Request マネージャがエージェントから情報を引き出す
Set-Request 管理オブジェクトの設定値を変更する
Get-Response マネージャからの要求に返答する
Trap エージェントからの情報をマネージャに通知する

その他のアプリケーションプロトコル

FTP ファイルの送受信に用いるファイル転送プロトコル。ファイルをダウンロードする機能（データコネクション）とコマンド送受信（制御コネクション）で異なるポートを使用する（TCP20, TCP21）
Telnet 遠隔地からログインを行い、マシンを操作するプロトコル
SSH Secure SHell。テキストベースの通信であるTelnetに対し、暗号化や認証技術を利用して安全に遠隔操作するためのプロトコル
NTP Network Time Protocol。ネットワーク上の各ノードが持つ時刻の同期を図るためのプロトコル。使用するポートはＵＤＰ123番。ＮＴＰの簡易版がSNTP。
LDAP Lightweight Directory Access Protocol。ディレクトリサービスにアクセスするためのプロトコル

インターネット上の電話サービス

VoIP

IPネットワーク上で音声をやり取りするための技術。ＵＤＰベースのＲＴＰが使われている。構築したIP電話網を従来の音声回線と接続するためにはVoIPゲートウェイを使う。

SIP

電話番号とＩＰアドレスの対応管理や帯域管理、セッションの開始終了を管理するのがSIPサーバ。
SIPサーバがセッションの開始と終了を制御するために使うプロトコルがSIP、帯域管理のために使うプロトコルはRSVP。

ネットワーク：トランスポート層のプロトコル

TCPとUDP

トランスポート層はIPを補完し、データ通信の品質や信頼性を向上させるための層で、TCPとUDPがある。

TCP

送達管理、電装管理の機能をもったコネクション型のプロトコル。
TCP/UDPヘッダのチェックサムは、データ部分も含む。

シーケンス番号 TCPスタックが上位層からデータを受け取った時、そのサイズがMSSより大きい場合は、TCPセグメントの最大長に収まるように分割が行われる。シーケンス番号は、分割前はどの部分だったのかを表す数値
ACK番号 ACK応答時に利用される次に受診すべきシーケンス番号
ウインドウサイズ 受信ノードからの確認応答なしで連続して送信できるデータ量

TCPでのコネクション確立
コネクションの確立要求パケット(SYN)と確認応答パケット(ACK)のやり取りを行う3ウェイハンドシェイクを行う。

UDP

UDPは送達管理を行わないコネクションレス型通信。高速な分、信頼性は低い。

アプリケーション間通信

トランスポート層にはもう一つ、アプリケーション間の通信を実現するという役割があります。
各アプリケーションは、トランスポート層のヘッダになる「宛先ポート番号」を見ることで自分あてのデータか判断する。
[送信側]
トランスポート層のTCPでパケットに宛先のポート番号を指定したTCPヘッダを吹く亜する。
ネットワーク層へ渡されたパケットは宛先のIPアドレスを指定したIPヘッダが付加。
[受信側]
IPヘッダのIPアドレスにより、受信側のノードにパケットが届く。

ネットワーク：ネットワーク層のプロトコルと技術

IP

ネットワーク層のプロトコル

IPはネットワーク層のプロトコルでネットワークを超えた通信を提供。
・パケット通信
・コネクションレス型通信
・IPアドレスを使った経路制御

IPヘッダ(IPv4)

IPv4は32ビット管理。

TTL パケットの生存時間ルータを通過するごとに一つずつ減らし、0になったらパケットを破棄すると同時に送信元にICMPタイプ11のメッセージを送る
プロトコル番号 TCPなどの上位プロトコルを識別する番号
ヘッダチェックサム IPヘッダ部分を対象に算出された誤り検出のための値

IPアドレス

IPアドレス

IPアドレスは各国のNICが割り当ての管理などを行っている。直接接続する際は、ISPに申請し、IPアドレスを取得する。
使われていないIPアドレス空間をダークネットという。

IPアドレスの表記

IPv4では32桁の2進数を利用。通常は8ビットずつ区切って10進数表記にする。

IPアドレスの構成

前半24bitはネットワークアドレス部。それぞれに組織のネットワークを一意に判別。
後半8ビットはホストアドレス部。同じネットワークに種族するノードを一意に識別。

IPアドレスクラス

IPアドレスをその先頭４ビットまでの値によって、４つの種類に分けるアドレスクラスという概念が採用されていた。

特殊なIPアドレス

ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス
ホストアドレスがすべて0のアドレスは、ネットワーク自体を指すネットワークアドレス。
ホストアドレスがすべて1のアドレスはネットワーク内のすべてのノード当てを表すブロードキャストアドレス。
ループバックアドレス
「127.0.0.1」は自分自身を表すIPアドレス
グローバルIPとプライベートIP
ネットに接続されたノードに一意に割り当てられたIPはグローバルIP。組織内で通用するアドレスはプライベートIP。
RFC1918ではプライベートIPアドレスとして次のアドレスを使用するよう推奨。
クラスA：10.0.0.0~10.255.255.255
クラスB：172.16.0.0～172.16.255.255
クラスC：192.168.0.0～192.168.255.255

サブネットマスク

サブネットマスク

アドレスクラスの欠点を補うため、クラスに縛られずにネットワーク部とホストアドレス部を分けるために考えられたのがサブネットマスク。これはIPアドレスと同様に32ビットであらわされる情報。
IPアドレスとサブネットマスクを用いたネットワークアドレスおよびホストアドレスの求め方は下記。
IPアドレスをa, サブネットマスクをmとすると、
ネットワークアドレス = a & m
ホストアドレス= a&~m

プレフィックス表記

ネットワークアドレス部とホストアドレス部の区切りをネットワークアドレス部の桁数であらわす方法。
ブロードキャストアドレスは、ホストアドレス部をすべて１にしたアドレス。

CIDR

先に述べたようにクラスによってネットワーク部とホストアドレス部を分割する従来の手法は、結果的に割れ当てされたものの利用されr内IPアドレスを多く発生させてしまう。そこでIPアドレスの効率的なうんお湯を促進するために考えられたのがサブネットマスクを使ったCIDR。

スーパーネット化

CIDRにより、連続するネットワークを束ねて一つに集約したネットワークを作成することが出来る。

IPv6とアドレス変換技術

IPv6

IPv6は、IPアドレスの枯渇問題に対応するための本命技術。
IPV6の特徴
IPv6ではIPアドレスを128bitに拡張し、家電などにも採用できるようにした。
IPv4から仕様変更した主な内容

  • アドレス空間が32ビットから128bitに拡張。
  • ルーティングに不要なフィールドを拡張ヘッダに分離する音で基本ヘッダを簡素かつ固定長にした。
  • IPレベルのセキュリティ機能IPsecに標準対応
  • IPアドレスの自動設定機能の組み込み
  • 特定グループのうち経路上最も近いノード、あるいは最適なノードにデータを送信するエニーキャストの機能の追加
IPv6のIPアドレス

IPv6では16bitごとに:で区切って表記。

プレフィックス

IPv6ではサブネットマスクがないため、プレフィックスを使ったネットワークアドレス部の長さを示す。

IPv6のアドレス
ユニキャストアドレス 一つのノードに対して送信するためのアドレス
エニーキャストアドレス IPv6ルータしか扱うことの出来ない複数向けのアドレス。発信元に最も近い一つのノードだけがパケットを受診
マルチキャストアドレス 複数送信先に対して同一データを送る。上位八ビットがFF00::/8
IPヘッダ

IPv4では使われなかった機能をカットしてシンプルにしている。

次ヘッダ IPv4ヘッダのプロトコル番号に相当。
ホップリミット パケットの生存時間
アドレス変換技術

各組織に一つのIPアドレスがあれば、IPアドレスを割り当てられないないノードからもインターネットに接続できるという技術もある。

NAT グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスを１対１で相互に変換。複数のノードが同時にインターネットに接続する場合、同じ数のグローバルIPアドレスが必要
NAPT(IPマスカレード) NATの考え方に、TCP/UDPのポート番号を組み合わせたもの。一つのグローバルIPアドレスでプライベートIPアドレスを持つ複数のノードが同時に接続可能

ネットワーク層のプロトコル(ICMP)

ICMP

ICMPはIPパケットの送信処理におけるエラーの通知や制御メッセージを転送するためのプロトコル

タイプ0 エコー応答
タイプ3 到達不能
タイプ5 経路変更要求
タイプ8 エコー要求
タイプ11 時間経過

ICMPを利用したコマンドにPingがある。
ネットワーク管理のコマンド

  • arp：ARPテーブルに保存されたキャッシュを表示したり削除したりする
  • ifconfig：IPネットワークの設定情報を表示
  • netstat」：ネットワークの通信状況を調べる
  • nslookup：NSDサーバの動作状態を確認
  • route：ルーティングテーブルの内容を表示変更

ネットワーク：データリンク層の制御とプロトコル

メディアアクセス制御

複数のデータを一つのケーブルを通して送受する場合、データの衝突を回避するための制御が必要になる。

CSMA/CD

イーサネットで採用されているメディアアクセス制御方式で衝突検知方式を採用
・各ノードは電装媒体が使用中か調べて、使用中でなければデータの送信を開始する
・複数のノードが同時に通信を開始するとデータの衝突が起こる
・衝突を検知し、一定時間待った後で再送する
・一定の距離以上のケーブルでは衝突が検知できない

CSMA/CD方式ではトラフィックが増加するにつれて衝突が増えて使えなくなる。伝送路の使用率が30%を超えると実用的でなくなる。

トークンパッシング方式

トークンによる送信制御を行う。バス型のLANで使用するトークンバス方式とリング型のLANで使用するトークンリング方式がある。
・ネットワーク上をトークンと呼ばれる送信権のためのパケットが巡回。
・フリートークンを獲得したノードのみが送信を行う。
電装媒体上での衝突は発生しないが、トラフィックが増えるとトークンを獲得しにくくなり、徐々に遅延時間は増加する。しかし、CSMA/CSよりは緩やか。

TDMA方式

TDMA(Time Division Multiple Access)は伝送路を利用できる時間を細かく区切り、割り当てられた時間は各ノードが独占する方式。TDMAはコネクション型の通信で、相手との通信路を確立してから通信する。]

データリンク層の主なプロトコル

ARP

ARP(Address Resolution Protocol)は通信相手のIPアドレスからMACアドレスを取得するためのプロトコル
①ブロードキャストを利用し、目的IPアドレスを指定したARP要求パケットをLAN全体に流す
②各ノードは自分のIPアドレスと比較し、一致したノードだけがARP応答パケットに自分のMACアドレスを入れてユニキャストで返す。

RARP

RARP(Revers-ARP)は、MACアドレスからIPアドレスを取得するためのプロトコル。

PPP

PPP(Point to Point Protocol)は、２点間をP2Pで接続するためのデータリンクプロトコル。PPPはネットワーク層とのネゴシエーションを行うNCP（ネットワーク制御プロトコル）と、リンクネゴシエーションを行うLCP（リンク制御プロトコル）で構成されている。

PPPoE

PPPoE(PPP over Ethernet)はPPPと同等な機能をイーサネット上で実現するプロトコル。

IEEE802.3規格

メディアアクセス制御にCSMA/CS方式を使うLANについての標準。データリンク層をLLC副層とMAC副層の２つに分割し、物理層におけるLANで使用する電装媒体や、MAC副層におけるフレームの構成や衝突の仕組みなどを規定。

ネットワーク：ネットワーク接続装置と関連技術

7.2.5VLAN

スイッチの機能

ネットワーク上に配置される通信機器は、自分が処理する例や以下のレイヤプロト頃を解釈できる
従ってL3スイッチ（L3SW)はL2スイッチにも対応している。
PC-AからPC-Bにパケットを送信した場合、中間にL3SWがあれば、L3SWに届く。
MACアドレスを参照した時、ルーティングが必要なパケットなら、デフォルトゲートウェイが自分のため、
必ず自分のMACアドレスが設定されている。しかし、この場合はPC-BのMACアドレスが設定されているため、L3SWはパケットを廃棄してしまう。

論理的LANエリアの構築（VLAN）

スイッチはVLAN(Virtual LAN）の機能を持つ。VLANの特徴はブロードキャストドメインの分割である。
サブネット構成の変更が柔軟にできる。例えば営業部と開発部のネットワークを分離したい時にL3SWを使う。

VLAN-ID

VLAN-IDをポートごとに付けることで、ネットワークの分割・統合が出来る。

ポートVLAN

スイッチのポートごとにVLANを割り当てる。スタティックVLANとも呼ばれる。
シンプルで使いやすいが、柔軟性の点で劣る。

タグVLAN

VLAN IDを含むタグ情報をMACフレームに埋め込み、フレーム単位でVLANを区別する方式。
１つのポートが複数のVLANに参加したり結線を変えずに参加するVLANを変更したりすることが可能。
タブVLANの仕様はIEEE802.1Qで標準化。

遠隔地LANの結合

VLAN　IDはIPアドレスに対して透過的なので、遠隔地のアドレスを同じLANグループとして管理することが出来る。

応用情報：ネットワーク

応用情報

通信プロトコルの標準化

OSI基本参照モデル

7 アプリケーション層 データの意味内容を直絵s津扱う。SMTP,HTTPなど
6 プレゼンテーション層 データの表現形式管理。文字コード、圧縮の種類など
5 セッション層 最終的な通信の形に合わせてデータの送受信管理
4 トランスポート層 データ転送の制御による通信品質保証。ポート番号によりノード内のアプリ特定。TCP, UDPなど
3 ネットワーク層 エンドツーエンドのやりとりを規定。ローカルネットワークを超えた通信を管理。IP
2 データリンク層 おなじネットワーク内に接続された隣接ノード間通信を規定。HDLC手順やMACアドレス
1 物理層 システムの物理的、電気的性質を規定。コネクタのピン形状等

OSI基本参照モデルでは、それぞれの階層をN層と呼び、通信機器などの実態をエンティティと呼ぶ。
エンティティ同士が通信する窓口を提供する機能をサービスという。

TCP/IPプロトコルスイート

ある団体が作った通信のプロトコルセットをプロトコルスイートといい、IPを中心に組まれたものはTCP/IPプロトコルスイートという。

TCP/IPの通信

データをパケットに区切り、パケットにヘッダを付けて送信。ヘッダは階層ごとに付加され、次の開始押印渡される。

MACアドレス

イーサネットやFDDIで使用される物理アドレス。機器が固有で持つ番号。

IPアドレス

ネットワーク層で利用されるノードを特定するアドレス。

ポート番号

トランスポート層でノード内のアプリケーションを識別するための番号。0-1023番はよく利用されるアプリケーションのポート番号(Well-knownポート）として標準化

ネットワーク間通信

ネットワーク内はデータリンク層通信。異なるネットワークへはネットワーク層通信
ネットワーク間の通信の場合、まずルータのMACアドレスを使用してルータと通信、その後対象のノードのIPアドレスに届けるため対象ネットワークのルータと通信し、そこから対象ノードに通信する。

ネットワーク接続装置と関連技術

物理層の接続

リピータ

電流増幅装置、あるいは整粒装置。物理層で機能。現在はマルチポートリピータ（ハブ）が使われるのが一般的。

データリンク層の接続

ブリッジ

ネットワークをコリジョンドメイン（セグメント）に分け、MACアドレスによる判別したフレームを対象のセグメントにのみ送信する。これにより無駄なトラフィックを発生させない。
動作としては、宛先MACアドレスをもとにMACアドレステーブルを参照。MACアドレスの接続ポートがフレームを受診したセグメント内であれば破棄し、別であれば送信。宛先MACアドレスが記載されていない場合やブロードキャストアドレスの場合は、受信ポート以外のすべてのポートにフレームを転送。

スイッチングハブ

レイヤ２スイッチ（L2スイッチ）と呼ばれ、ブリッジと同じ働きをする。

ブロードキャストストーム

　ブリッジやスイッチングハブでループ状に接続している場合、ブロードキャストフレームは永遠に回り続けて増殖する。これをブロードキャストストームという。これを防ぐプロトコルにスパニングツリープロトコル（STP）があり、通常運用時は論理的にループを切断する機能がある。

ネットワーク層の接続

ルータ

IPアドレスを見て、パケットの送り先を決める。ルータで分けられたネットワークの単位をブロードキャストドメインという。どのルータに送れば通信が早いか判断することを経路制御（ルーティング）といい、ルータはそのためのルーティングテーブルを持っている。

ルーティング

ルーティングテーブルにはスタティックテーブルとダイナミックテーブルがある。
ダイナミックルーティングのプロトコルにRIPやOSPFがある。

ルータの冗長構成

ルータの冗長構成のためのプロトコルにVRRPがある。同一のLANに接続された複数のルータを仮想的に１台のルータとして見えるように構成するプロトコル。仮想IPアドレスと仮想MACアドレスを割り当てる。

レイヤ３スイッチ（L3スイッチ）

ネットワーク層に位置する通信機器。ルータはフィルタリングなどの多機能性に重点を置いているが、L3スイッチは通信の高速性に重心を置く。

トランスポート層以上の層の接続

ゲートウェイ

トランスポート層～アプリケーション層についてネットワーク接続を行う。異なるLANシステム間のプロトコル変換やデータ形式のヘナkんを行う。

L4、L7スイッチ

L4スイッチはトランスポート層で稼働し、定義としてはゲートウェイ。機能的にはL2, L3スイッチの延長。
L4スイッチはTCPポート番号やUDPポート番号も経路制御判断の情報として扱う。
L7スイッチは、アプリケーション層までの情報すべてを使う。

ネットワーク仮想化(SDN, NFV）

SDNはソフトウェアにより柔軟なネットワークを作り上げるという考え方。OpenFlowがある。NFWはスイッチ、ルータ、ファイアウォール、ロードバランサといったネットワーク専用機器ごと仮想化するという考え方。

特異値分解のステップ

特異値分解の復習。
特異値分解は、m×n行列Aに対して、下記のように分解する。
A=U\sum V^T
・A:m×n
・U:m×nの直行行列
・Σ：m×n
・ V^T ：n×nの直行行列
単位ベクトル（左特異ベクトル） \vec u、Ａの特異値σ、単位ベクトル（右特異ベクトル) \vec vを用いると、下記のようにあらわせる。
A=(\vec u_1 \vec u_2 ...)\begin{bmatrix}σ_1 & 0 ... \\ 0 & σ_2 & ... \\ ... & 0 & .. \end{bmatrix} ( \vec v_1 \vec v_2 ..)^T

Aを分解するために必要な情報は U, Σ, V^Tの3つである。これは、 AA^Tおよび A^TAをそれぞれ固有分解することで求められる。

1. Vを求める

A^TA=VΣ^TU^TUΣV^T
Uは直行行列なので、 U^T=U^{-1}となり、打ち消せる。
A^TA=VΣ^TΣV^T
これは、固有値分解の公式 A=VΛV^{-1}で、Aが A^TAに、Λが Σ^TΣに変わったものとみなすことが出来るので、固有方程式から以下が成立する。
|A^TA-λE|=0
これを解いて、 λ=λ_1,λ_2を得る。
Σの特異値を σ_1, σ_2とすると、
Σ^TΣ=\begin{bmatrix} σ_1& 0 &0 \\ 0 & σ_2 & 0\end{bmatrix}\begin{bmatrix} σ_1& 0 \\0 & σ_2\\ 0 & 0\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} σ_1^2 & 0 \\ 0 & σ_2^2\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} λ_1 & 0 \\ 0 & λ_2 \end{bmatrix}
となるので、 σ=\sqrt λが成立する。
よって、Aの特異値は、 σ=\sqrt λ_1, \sqrt λ_2
Aの右特異ベクトルVは、 A^TAの固有ベクトルを単位ベクトルに変換すればよい。
V=(v_1, v_2)

2. U,∑を求める

右特異ベクトルは冒頭の定義式より
A=U∑ZV^T
より、Uは下記のようにあらわせる。
U=AV/∑あるいは、 U=AVΣ^{-1}
よって、 U=(\vec u_1, \vec u_2)
\vec u_1=\frac{1}{σ_1}A\vec v_1
\vec u_2=\frac{1}{σ_2}A\vec v_2

3.計算例

例として、A= \begin{bmatrix}3 & 2 & 2 \\2 & 3 & -2 \end{bmatrix} を分解する。
AA^T=\begin{bmatrix} 17& 8 \\ 8 & 17 \end{bmatrix}
と計算できる。行列式は下記になる。
det(AA^T- \lambda I)= \lambda^2-34\lambda +225=0
よって、 AA^Tの固有値は下記になる。
\lambda = 25,9
ここで、 A^TAの固有値は \lambda = 25,9,0となるので、右特異ベクトルは、 A^TA-λIを計算し、
v_1=\begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} \\ 0 \end{bmatrix}
v_2=\begin{bmatrix} 1/\sqrt{18} \\ -1/\sqrt{18} \\ 4/\sqrt{18} \end{bmatrix}
v_3に関しては、他の固有ベクトルと直交しているという条件から求める。
v_1^Tv_3=0, v_2^Tv_3=0
||v_3||=1
v_3=\begin{bmatrix} 2/3 \\ -2/3 \\ -1/3 \end{bmatrix}
すなわち、
A=UΣV^T=U\begin{bmatrix} 5 & 0 & 0 \\ 0 & 3 & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{2} & 0 \\ 1/\sqrt{18} & -1/\sqrt{18} & 4/\sqrt{18} \\ 2/3 & -2/3 & -1/3 \end{bmatrix}
左特異ベクトルを求め、下記に分解できる。
A=UΣV^T=\begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} & -1/\sqrt{2} \end{bmatrix}\begin{bmatrix} 5 & 0 & 0 \\ 0 & 3 & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{2} & 0 \\ 1/\sqrt{18} & -1/\sqrt{18} & 4/\sqrt{18} \\ 2/3 & -2/3 & -1/3 \end{bmatrix}

AA^Tと A^TAの関係

[tex AA^Tu=λu]とすると、
A^TAv=λ_2v→AA^Tv=λ_2Av
Av=uと置くと、 λ_2=λとみなせる。