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第6回 - 情報の圧縮とは何か? インターネットのしくみ詳細

2022年5月23日
  1. 前回までのあらすじ
  2. コンピュータ上の情報 (復習)
  3. データ圧縮とは
  4. インターネットのしくみ (復習)
  5. 本日のまとめ

雑談:

話題: 大学の勉強で役に立ったこと

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0. 前回までのあらすじ

演習 6-1. (前回の復習)
  1. コンピュータの4大装置とは何か?
  2. コンピュータ上では、あらゆる情報は「?」と「?」のみで表される。
  3. 「1ビット」とは何か説明せよ。
  4. 「1バイト」とは何か説明せよ。
演習 6-2. Wikipediaのウソをさがせ! グループ発表

先週の小課題 3.で自分が発見した Wikipedia のウソをグループ発表する。

ブレイクアウトルーム (最大5名) に分かれて、 各自 Zoom の画面共有を使って発表せよ。

  1. Zoomの名前は本名でお願いします (出席をとるため)。
  2. ブレイクアウトルームに分かれたのち、あいうえお順で 氏名が最初にくる人 (TAがいるグループの場合は、TA) が そのグループの進行を担当する。 (といっても「次の人、お願いします」というだけ)
  3. 発表も氏名のあいうえお順で行う。発表時間は各自 1〜2分。
  4. 発表者はまず自分のマイクをオンにし (カメラの使用はしなくてもよい)、 Zoom の 画面の共有 ボタンを押して、自分のパソコン画面を共有する。
    (注意: 間違って変なウィンドウを見せないこと!)
  5. まずウソを発見した Wikipedia の当該ページを見せ、 それのどこが間違っていたのか (あるいは出典が欠けているか) を説明する。 つぎに自分が発見した正しい内容 (あるいは出典) を示す証拠ページを開き、説明する。
  6. 説明が終わったら、共有の停止 ボタンを押し、 次の人に順番をまわす。
  7. 全員の説明が終わったらブレイクアウトルームを抜ける。(合計10分)

1. コンピュータ上の情報 (復習)

1.1. 情報 (データ) とは何だったか?

1.2. データの「形式」とは?

ファイル拡張子の例

演習 6-3. ファイル拡張子を変えてみる
  1. パソコン上で、なんらかの画像ファイルを作成する。
  2. ファイル名を「.jpg」などから「.txt」に変換し、 それをメモ帳で開いてみる。
  3. ファイル名を「.txt」から「.jpg」に戻し、 ふたたび開いてみる。

ファイル拡張子を表示させる (Windows)

Windowsでは、ファイルの拡張子はふだんは表示されない設定になっている。 これを変更するには、以下のようにする:

  1. エクスプローラーから フォルダー オプションウィンドウを開く。
  2. 表示 タブをクリックし、登録されている拡張子は表示しない の チェックをはずす。

ファイル拡張子を表示させる (Mac)

Macでは、ファイルの拡張子はふだんは表示されない設定になっている。 これを変更するには、以下のようにする:

  1. Finderをクリックし、メニューから 環境設定... を選ぶ。
  2. 詳細 タブをクリックし、 すべてのファイル名拡張子を表示 にチェックを入れる。

1.3. 「メタデータ」とは?

ほぼすべてのデータには、 メタデータ がついているのが普通である。 パソコンで扱うメタデータには以下のようなものがある:

演習6-4. さまざまな形式のデータを入手する
  1. インターネットから、 テキスト形式のファイルと、 画像形式のファイルをそれぞれ 1つずつダウンロードせよ。
  2. ダウロードしたファイルの拡張子を確認せよ。
  3. 各ファイルのアイコンを右クリックし、
    • Windows の場合 … プロパティ... を実行せよ。
    • Mac の場合 … 情報を見る を実行せよ。
    ひとつのファイルには、内容の他にどのようなメタデータが付随しているかを見よ。

2. データ圧縮とは

2.1. データ圧縮技術の種類

2.2. 圧縮による情報量の削減

データ圧縮技術は、こんにちデータを送受信する際にはほぼ必須となっている。
圧縮なし圧縮あり
メール1通100KB20KB
写真1枚10MB1MB
動画1本10GB100MB

3. インターネットのしくみ (復習)

3.1. サーバとクライアント

ネットワークにつながっているコンピュータには2種類ある:

3.2. IPアドレスとは

3.3. 実際のパケット

3.4. URLとは?

3.5. Domain Name System (DNS) とは

演習 6-5. pingコマンドを使ったサーバ検査実験

パソコンには、インターネット上にある特定のサーバが 本当に応答しているか否かを検査するプログラム "ping" が附属している。 ここではそれを使って、実際にいくつかのサーバの応答を検査してみる。

  1. パソコンで「コマンド プロンプト」 (Mac の場合は、「ユーティリティ」フォルダ内にある「ターミナル」) アプリを起動せよ。
  2. 以下のコマンドを入力し、Enter を押せ:
    (コマンドが無反応になった場合は、Ctrl + C を押して止める。)
    1. ping 127.0.0.1
      (自分自身の PC の応答をチェックする)
    2. ping 198.41.0.4
      (世界にあるルートサーバの 1つをチェックする)
    3. ping a.root-servers.net
      (b. と同じサーバをチェックするが、IPアドレスではなく名前で指定する)
  3. アプリの実行方法がわからない場合は、ウェブサイト https://pingtool.org/ を使ってもよい。

3.6. World Wide Web (WWW) の動き

1. 2. 3. 4. 5. DNS サーバ WWW (ウェブ) サーバ PC 自分
  1. ブラウザに URL "https://www.titech.ac.jp/" が入力される。
  2. クライアント (PC) が DNS サーバを使って、この名前を IPアドレス (131.112.244.84) に変換する。
  3. クライアントが指定されたIPアドレスの WWW サーバにパケットを送る。(HTTP)
  4. HTMLファイルがサーバからクライアントに送られる: 
    <!DOCTYPE html>
<html lang="ja">
<title>東京工業大学</title>
<a href="/entrance_information/">入試情報</a>
<a href="/maps/index.html">アクセス</a>
...
  5. ブラウザがデータを画面上に表示する。
  6. ユーザがリンクをクリックすると、そのリンク先の URL を使って 2. に戻る。
演習 6-6. ウェブブラウザの動作

以下の質問について ○ か × かを答えよ。

  1. 文字だけのページよりも画像が沢山使われているページのほうが、通信量が多い。
  2. アドレスに ".jp" がついているサーバは、必ず日本国内にある。
  3. ブラウザがページを表示している間ずっと、通信が発生している。

ネットを使うことによる個人情報の流出

サーバとクライアントはお互いの IP アドレスを知っているので、 WWW サーバにアクセスするときは、 自分の IP アドレスもサーバに知られている。 これによって、自分に関するさまざまな情報がサーバ側に知られてしまうことがある。

また、IP アドレス以外にも「クッキー (cookie)」と呼ばれるものがある。 これは HTML ファイルと同時にサーバから送られてくる識別情報で、 クライアントは受け取ったクッキーを記憶し、次回以降そのサーバに アクセスするときつねにその情報を渡すようになっている。 こうするとサーバは、例えば「ログインしたユーザ」に対して別の 情報を渡すことができるが、同時にIPアドレスよりもさらに正確に 「誰がアクセスしてきたか」を把握できることになる。 多くのサイトはクッキーを使ってアクセスしてきた人を追跡している。

サーバ PC クッキーが送られる クッキーを送る

3.7. ブラウザがうまく動かない場合

  1. URL の形式がおかしい。
    例: moo://w4i♥zqs♪x>よ-\o/-
  2. 名前から IPアドレスが変換できない。
    例: http://oosamanomimiharobanomimi.com/
  3. ケーブルが切れている・パケットが到達できない。
    例: http://10.10.10.10/
  4. サーバの電源が切れている。
    例: http://192.168.xxx.xxx/
  5. 「お探しのページは見つかりません」
    例: https://www.titech.ac.jp/moo/
  6. サーバのデータがうまく解釈できない。

ワンポイント

インターネット上の有名なサイトが止まっている場合は、 上のような ping コマンドを使って検査する以外にも、 以下のような「障害チェック」サイトを使って調べることもできる。

4. 本日のまとめ

小課題4. 「クッキー」の画面写真提出 (5月30日締切)

自分のパソコン上に保管されている「クッキー」の一覧を表示し、 その画面写真 (スクリーンショット) を撮影して PNG形式のファイルを提出すること。 注意: スマートフォンのカメラで画面を撮影したものは受けつけない。

クッキーの一覧を見る方法は、使用しているブラウザによって異なる:

Windows の場合
ブラウザで Edge を使っている場合は、 メニューから 設定 → Cookieとサイトのアクセス許可 を開く。 (Chrome を使っている場合は自分でやり方を調べること)

撮影するには、スタートメニューから 切り取り・スケッチ を選ぶ。 (あるいは Print Screen キーを押してもよい。)

Mac の場合
ブラウザで Safari を使っている場合は、 メニューから 環境設定 → プライバシー → Webサイトデータを管理... を開く。

撮影するには、Finder のメニューから 表示 → ユーティリティ を選び、 スクリーンショット を開く。 (あるいは Shift + ⌘ Command + 5 を押してもよい)

クラス共通課題2. 「インターネットとウェブ」 (5月30日締切)
Yusuke Shinyama