ネットワークをシンプルに考える。

宇宙、芸術、情報技術、哲学など。

暗号-符号化とビット列(進数)

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符号化

現実にある存在をビット列に対応付けることを符号化(encode)という。

※たとえば、JAPANを符号化(2進数化)すると、以下のようになる。

 

J- 1001010

A- 1000001

P- 1010000

A- 1000001

N- 1001110

 

情報技術において、この符号化は根本的なきわめて重要な要素の一つである。

符号化によってはじめて多様な情報を自由にやり取りできるようになるのである。

 

■進数表記/ASCII対応表

符号化で有名な規則はASCIIである。

※下記、ASCIIと各進数をまとめたものである。

※10進数をエクセルでASCIIに変換する際は、=CHAR(数)

 10進数をエクセルで2進数に変換する際は、=DEC2BIN(数, 桁)

 10進数をエクセルで8進数に変換する際は、=DEC2OCT(数,桁)

 10進数をエクセルで16進数に変換する際は、=DEC2HEX(数,桁)

 10進数をエクセルで16進数に変換する際は、=BASE(数,基数,桁)

進数 10進数 ASCII 2進数 8進数 16進数 32進数
利用例 アラビア数字   計算機 北パメ語
UNIX
(※parmission)
MACアドレス
HTML カラー
-
Excel関数 - =CHAR(数) =DEC2BIN(数, 桁) =DEC2OCT(数,桁) =DEC2HEX(数,桁) =BASE(数,基数,桁)
数字 NUL(null文字) 0000000 000 00 00
SOH(ヘッダ開始) 0000001 001 01 01
 STX(テキスト開始) 0000010 002 02 02
ETX(テキスト終了) 0000011 003 03 03
EOT(転送終了) 0000100 004 04 04
ENQ(照会) 0000101 005 05 05
 ACK(受信確認) 0000110 006 06 06
 BEL(警告) 0000111 007 07 07
 BS(後退) 0001000 010 08 08
 HT(水平タブ) 0001001 011 09 09
10  LF(改行) 0001010 012 0A 0A
11  VT(垂直タブ) 0001011 013 0B 0B
12   FF(改頁) 0001100 014 0C 0C
13  CR(復帰) 0001101 015 0D 0D
14  SO(シフトアウト) 0001110 016 0E 0E
15  SI(シフトイン) 0001111 017 0F 0F
16  DLE(データリンクエスケー プ) 0010000 020 10 0G
17  DC1(装置制御1) 0010001 021 11 0H
18  DC2(装置制御2) 0010010 022 12 0I
19  DC3(装置制御3) 0010011 023 13 0J
20  DC4(装置制御4) 0010100 024 14 0K
21  NAK(受信失敗) 0010101 025 15 0L
22   SYN(同期) 0010110 026 16 0M
23   ETB(転送ブロック終了) 0010111 027 17 0N
24   CAN(キャンセル) 0011000 030 18 0O
25  EM(メディア終了) 0011001 031 19 0P
26   SUB(置換) 0011010 032 1A 0Q
27  ESC(エスケープ) 0011011 033 1B 0R
28  FS(フォーム区切り) 0011100 034 1C 0S
29  GS(グループ区切り) 0011101 035 1D 0T
30  RS(レコード区切り) 0011110 036 1E 0U
31  US(ユニット区切り) 0011111 037 1F 0V
32  SPC(空白文字) 0100000 040 20 10
33  ! 0100001 041 21 11
34  0100010 042 22 12
35  0100011 043 23 13
36  0100100 044 24 14
37  0100101 045 25 15
38  0100110 046 26 16
39  ' 0100111 047 27 17
40  0101000 050 28 18
41  0101001 051 29 19
42  * 0101010 052 2A 1A
43  + 0101011 053 2B 1B
44  , 0101100 054 2C 1C
45  - 0101101 055 2D 1D
46  . 0101110 056 2E 1E
47  / 0101111 057 2F 1F
48  0110000 060 30 1G
49  0110001 061 31 1H
50  0110010 062 32 1I
51  0110011 063 33 1J
52  0110100 064 34 1K
53  0110101 065 35 1L
54  0110110 066 36 1M
55  0110111 067 37 1N
56  0111000 070 38 1O
57  0111001 071 39 1P
58  : 0111010 072 3A 1Q
59  ; 0111011 073 3B 1R
60  < 0111100 074 3C 1S
61  = 0111101 075 3D 1T
62  > 0111110 076 3E 1U
63  ? 0111111 077 3F 1V
64  @ 1000000 100 40 20
65  A 1000001 101 41 21
66  B 1000010 102 42 22
67  C 1000011 103 43 23
68  D 1000100 104 44 24
69  E 1000101 105 45 25
70  F 1000110 106 46 26
71  G 1000111 107 47 27
72  H 1001000 110 48 28
73  I 1001001 111 49 29
74  J 1001010 112 4A 2A
75  K 1001011 113 4B 2B
76  L 1001100 114 4C 2C
77  M 1001101 115 4D 2D
78  N 1001110 116 4E 2E
79  O 1001111 117 4F 2F
80  P 1010000 120 50 2G
81  Q 1010001 121 51 2H
82  R 1010010 122 52 2I
83  S 1010011 123 53 2J
84  T 1010100 124 54 2K
85  U 1010101 125 55 2L
86  V 1010110 126 56 2M
87  W 1010111 127 57 2N
88  X 1011000 130 58 2O
89  Y 1011001 131 59 2P
90  Z 1011010 132 5A 2Q
91  [ 1011011 133 5B 2R
92  \ 1011100 134 5C 2S
93  ] 1011101 135 5D 2T
94  ^ 1011110 136 5E 2U
95  _ 1011111 137 5F 2V
96  ` 1100000 140 60 30
97  a 1100001 141 61 31
98  b 1100010 142 62 32
99  c 1100011 143 63 33
100  d 1100100 144 64 34

 

 

 

 

暗号-符号化

符号化

現実にある存在をビット列に対応付けることを符号化(encode)という。

※たとえば、JAPANを符号化(2進数化)すると、以下のようになる。

 

J- 1001010

A- 1000001

P- 1010000

A- 1000001

N- 1001110

 

情報技術において、この符号化は根本的なきわめて重要な要素の一つである。

符号化によってはじめて多様な情報を自由にやり取りできるようになるのである。

 

■進数表記/ASCII対応表

符号化で有名な規則はASCIIである。

※下記、ASCIIと各進数をまとめたものである。f:id:hirotsugu-furukawa:20170722224720p:plain

 

 

 

 

4種の無線方式(FDMA/TDMA/CDMA/OFDMA)

 4種の無線方式

概要

 無線方式の規格として現在大きく4つの技術が確立されている。

 その技術確立の年代から順に羅列すると、以下の通りである。

 

①FDMA(Frequency Division Multiple Access:周波数分割多重接続)

分割した周波数帯を個別にユーザーに割り当てることで実現する多重接続(Multiple Access)の方式。

■メリット

ⅰ)技術的に容易

個々のユーザーが周波数帯域を占有するため、データの同期が不要であり、複雑な復号を必要としない。

■デメリット

ⅰ)利用効率が低い

 干渉を避けるために周波数の空き帯域(ガードバンド)を設ける必要がある。

ⅱ)ハンドオーバーに時間がかかる

 セル間を移動する際のハンドオーバーに時間を要する。

■利用サービス

 第1世代携帯電話(1G)、自動車電話

 

②TDMA(Time Division Multiple Access;時分割多重接続)

帯域を一定時間毎に分割して個別ユーザーに割り当てることで実現する多重接続の方式。

■メリット

  FDMAと併用することにより、時間軸と帯域軸で複数のチャネルを確保するこ

とができる。

■デメリット

  フェージング(Fading)による影響を回避する施策を必要とする。

 (複数のアンテナを設置し、受信状態の良い電波を採用する。ダイバシティ。)

■利用サービス

     第2世代携帯電話(2G:PDC)※MOVA

    

CDMA(Code Division Multiple Access:符号分割多重接続)

 ユーザーの情報に符号を乗し、同一周波数の電波に複数ユーザーの信号を合成する多重接続の方式。符合を利用した通信のため高い秘匿性を持ち、無駄の少ない通信路の利用が可能となる。

■メリット

ⅰ)スペクトラム拡散のため、干渉やノイズに対して耐性が強い。

ⅱ)FDMA、TDMAに比較して、通信路の利用効率が高い。

ⅲ)情報の解読には符号が必要となるため、秘匿性が高い。

■デメリット

 ⅰ)遠近問題(基地局が同じ電波を遠方と近接の移動局に対し、①同じ周波数で、②異なる符合で通信を行う場合、遠方からの移動局からの電波が近接の移動局からの電波と同じに到達すると遠方からの電波は打ち消されてしまう。)

 ■利用サービス

  GPS、ナビゲーションシステム、第三世代携帯電話(3G:FOMA

 

④OFDMA ※後日記載

 

情報ネットワーク概論:Ⅰ.情報ネットワークの歴史と基本技術(1.2 インターネット)

1.2 インターネット

1.2.1 インターネットの歴史

 コンピュータネットワークのうち、比較的狭い地域(適当な大きさの地理的地域)に限定して設置されたネットワークが構内情報通信網(Local Area Network)、LAN同士を接続する拠点間のネットワークが広域情報通信網(Wide Area Network)である。

 ここでインターネットは、LANやWANで構成させるイントラネット(Intranet)を相互に接続した一つの巨大なネットワークを指し示す。プロバイダ、企業、大学、研究組織、世界中のイントラが相互・に情報をやりとりするために不可欠な情報網であるといえる。

 インターネットの原型は1969年のARPANETであり、軍事研究用として研究所ならびに大学間の情報網として広がっていたが、1990年代、特にCERNでの情報交換を目的として誕生したWWW(World Wide Web)が利用され、ブラウザソフトMosaicによって画像や音声などをテキストと併記できるようになってからその広がりは大きくなっていった。1995年以降は、特に家庭用コンピュータWindowsの普及によって著しい拡大と基盤化が進んだといえる。

 

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fig01. NCSA Mosaic3.0 (Mosaic (web browser) - Wikipediaより)

 

1.2.2 パケット交換技術

 インターネットでは通信にパケット技術を採用している。パケットは1と0のビット列を一定の長さで区切り、宛先情報などのヘッダを付加したものである。パケット通信はイギリス国立物理学研究所のドナルド・デービスによって命名された(「小包」の意)。ここでパケット通信は、既存の宅配(送りたいものを箱に入れ、宛先を記載して送る)システムと同様に考えることができる。

 パケット通信は以下の三つの基本プロセスから成る。

パケット通信の基本プロセス】

(1)分割出荷:まず送信元で情報自体が分割したパケット単位で出荷。

(2)配達:ルータやスイッチ等のネットワーク機器がパケット記載の宛先を探し送付

(3)組立て:送信先で小分けにされたパケットを組み立てる

 

 また、パケット通信はその構造から以下の長所と短所を持つ。

【長所】

(1)多重化:物理的な一つの回線でも複数の端末との情報のやりとりが可能

(2)混在:異なる速度同士の通信が容易

(3)経路選択:メッシュ構造を有しているため、経路選択が可能で耐障害性が高い

【短所】

(1)遅延:転送等の処理性能に限界があるため、転送に時間を要する場合がある。

(2)パケットロス:パケットが経路途中で欠落する場合がある。

『情報ネットワーク概論』1.情報ネットワークの歴史と技術

※本内容は、『情報ネットワーク概論-ネットワークとセキュリティの技術とその理論-』(2014年、井関文一他著、コロナ社)に記載された内容をまとめたものである。部分的に補足やリンクをしているが、極力著書の内容を損なわないように努めている。

 

1.1 現状のネットワーク

現状のネットワークは大きく三つに分類できる。

1)インターネット:コンピュータ通信

2)固定通信ネットワーク:電話通信

3)移動通信ネットワーク:携帯電話

現在、各種ネットワークは相互に融合し、その境界が実感できなくなりつつある。

しかし、これらは異なる目的と物理的な設備を背景として成立していることを理解しておく必要がある。

 

〔1〕インターネット

インターネット基盤は、1969年の軍事研究用分散型ネットワークとして発案されたARPANET(Advanced reserch projects agency network)がその起源であるといってよい。その普及は1990年台なかばからWindowsコンピュータの広がりとともに、複数のコンピュータを通信回線で接続しデータを交換するコンピュータネットワークとして広がった。しかしインターネットには本来的な想定と実際の利用状況がことなることから、以下の問題を含むようになった。

本来の目的:仲間同士の情報交換=性善説に基づく

実際の利用:不特定多数の情報交換=性悪説に基づく(に基づいた設計とすべき)

※セキュリティ上の課題は、インターネットの起源と密接に関わっているのである。

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fig01. 分散型ネットワークの構想『On Distributed Communications Networks.』(Paul Baran

 

〔2〕固定通信ネットワーク

1876年にベル(Alexander Graham Bell)が電話を発明して依頼、100年以上もの時間をかけて電話中心の固定通信ネットワークが構築されてきた。

固定通信ネットワークは、有線通信技術(物理的な通信ケーブルで通信機器とネットワーク機器を相互に接続する構造)がその各種特性を定義するものである。

現在、携帯端末の増加により、固定電話の利用は減少を続けている。そのため、固定通信ネットワークは度重なる議論の末、IP技術を基盤とした新しい電話網NGN(Next Generation network)を推進することが決定している。

〔3〕移動通信ネットワーク

自動車電話から始まった携帯電話を主とする移動通信ネットワークは、1990年代から急速に広がりを見せ、現在固定通信ネットワークをユーザ数で越えている。

平成26年度版情報通信白書』によれば、固定通信ユーザは年々減少を続け、平成26年度で2800万人強であるのに対し、移動通信ユーザは1500万人強とすでに5倍以上の差が生じている。

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fig02. 電気通信サービスの契約数の推移『平成27年度版 情報通信白書』(総務省

移動通信ネットワークは主として、無線通信技術(電波伝送技術)が各種付随する特性を定義するものである。

 1980年代の第1世代から始まった移動通信ネットワークは、1990年代に第2世代、2000年以降は第2世代として継続的に発展してきた。今後も第4世代、第5世代と進展することが期待されているネットワークだ。

 

 本章では、以上の三つのネットワークの歴史、技術について説明するものとする。