DB概要・ネットワーク層関連[基本情報]

知ってるとこが多いので軽く。

DB種類

1. 階層型
2. ネットワーク型
3. RDB: DBMSというDBを扱うための言語で動かす
   主なDBMS[ORACLE(ｵﾗｸﾙ)/PostgreSQL/MySQL/Microsoft...etc]

用語

シート　＝　表　＝　テーブル
行　＝　レコード　＝　タプル
列　＝　項目　＝　属性　＝　カラム

• 主ｷｰ：１行を特定するための項目に定義（基本はID）/複数項目での構成も可能NULL禁止
• 候補ｷｰ: テーブルに主ｷｰは１つしかない、一意だけど主ｷｰ以外。ﾕﾆｰｸｷｰのことかな？NULL可能
• 外部ｷｰ: 参照ｷｰ

関係従属

ある項目の値を決定すると他の項目の値も1つに決定されること
X→Yが成立するか表を見てとく。気抜くと間違える

正規化

さっきの関係従属を使う🙂⭐️
STEP１：関数従属を見つける
STEP２：関係従属を切り出す
STEP３：主キーを残す
とりまER図みたいなん作れればOKって感じだった

トランザクションとロールバック

一連の複数処理をまとめたものをトランザクションといい、その処理中にエラーが起きた場合、何もなかった様にエラーが起きるまでの処理も巻き戻すことをロールバックという
すべてが成功した場合に操作を確定することをコミットという

ロック

SQLのデータが複数人で書き換えてエラーが起きないようにロックという機能がある

ロックには種類がある

1. 専有ロック:自分は自由に操作できるが他のトランザクションは何もできない
2. 共有ロックはすべてのトランザクションが参照のみ可能

設定したり外したりできるから自分がいじる前にロック設定して書き換えたら外す～とかが出来てするタイミングとかはプロジェクトや会社で違うから決まりは無い

使うときにロックかけて最後に一気に外す進め方を２相ロックという

この２相ロックのやり方をする際に、ロックしようとしたら他の人が先にロックしてて解除を待つ、また相手側も自分のロック解除を待つ状態をデッドロックという。
（２相ロックだから終わるまで解除しない×２だからいつまでたっても解決しない）
どちらかが待ってて処理が止まる⇒もう片方がうまくいけば時間かかるだけでデッドロックは起きない。（順番が同じ感じならおきないかも）

障害管理

更新作業があってからすぐに反映されるのではなく、一定期間が経つとストレージに反映されるようになっている。そのポイントをチェックポイントという。
もし何個か更新して、けどチェックポイントに来る前に障害が起きたら、前回のチェックポイント以降の変更は反映されていない。
その時の対処法は２つ👇

• コミットされていた場合：
  更新後ログでストレージに反映する⇒ロールフォワードという
• コミットされていない場合:
  何もしない or 更新前ログでストレージへの反映を取り消す⇒ロールバックという

ネットワーク

ネットワークをつなぐときそれぞれのルール（プロトコル）が違うと通信できない。
そこでルールを共通化したプロトコルを設定する

プロトコルとは何か

プロトコルは、ネットワーク上の通信を行う際のルールや手順を定義したものです。これにより、異なる種類のデバイスやソフトウェアが同じ基準で通信できるようになります。

ルールが違うとどうなるか
もし異なるデバイスやソフトウェアが互いに異なるプロトコルを使用していると、通信内容が解釈できないため、通信が成立しません。例えるなら、異なる言語を話す人同士が通訳なしで話そうとするようなものです。

共通化されたプロトコルの役割
異なるシステムが円滑に通信できるようにするため、共通のプロトコルを使用することで、通信が可能になります。例えば、インターネットではTCP/IPという共通プロトコルを使用しています。

ネットワークは４層（レイヤーともいう）

ネットワーク層それぞれにプロトコルがあり、01（ビット列）で情報が書かれている

• 各層にプロトコルが存在し、それぞれの層の役割に応じた制御情報（ヘッダ）が付与される。
• その制御情報やデータは、最終的に01（ビット列）として表現され、通信が行われます。
  「ネットワーク層：プロトコルの制御情報」

1. 第4層/アプリケーション層: データ（例: HTTP, SMTP, FTPなど）
2. 第3層/トランスポート層：TCPヘッダ、UDPヘッダ（ポート番号や制御情報）
3. 第2層/インターネット層：IPヘッダ（IPアドレスやTTL情報）
4. 第1層/ネットワークインターフェース層：イーサネットヘッダ（MACアドレスやプロトコル識別）

テストではTCP/IPとかゆー言葉が出たらこれ！

[補足]🌟OSI基本参照モデル🌟と言われたら

1. 第5層/アプリケーション層
   第5層/プレゼンテーション層
   第5層/セッション層
2. 第4層/トランスポート層
3. 第3層/ネットワーク層
4. 第2層/データリンク層
5. 第1層/物理層...POINTワード⇒リピーターハブ・メディアコンバータ

OSIだったらこっちの層で出るかも？？？だってさ。普通にでるな😒

ネットワークインターフェイス層(第1層・最深)

ネットワークインターフェイス層とは同一ネットワーク内で通信する為のプロトコル（ルール）を管理する層の事！（Wi-Fiとか）
ネットワークインターフェース層で通信を管理するデバイス⇒スイッチングハブ
またはL2スイッチという！OSIでは第２層だかららしい😀ややこしいねん
これは関係あるLANポートだけにデータを流すことが出来る（情報が集まる中央！github!!!）
関係あるLANレポートかどうかはネットワーク機器（パソコン）についているMACアドレスで判断している。

MACアドレスの構成
先頭24ビット:OUI(ベンダID)
後続24ビット:固有製造番号

スイッチングハブ以外にも中継装置にはブリッジなどがある😳(あまり出題なし)

🌟インターネット層（第2層・深）[出題頻度高め🔥🔥🐺]

インターネット層は異なるネットワーク同士で通信する為のプロトコルを管理する層の事
必要な機器はルーター🔥とIPアドレス（32ビット）
IPアドレスは「送信元IPアドレス」と「宛先IPアドレス」😳

もう１つ！重要な仕組み: ARP（アープ）

• IPアドレスは分かっているがMACアドレスが分からない場合に使用されるプロトコル。
• ブロードキャスト: 全デバイスに「このIPアドレスのMACアドレスを教えて」と送信する。
• 対象のPCがMACアドレスを返答し、通信が可能になる。

なぜインターネット層？？

ARP（Address Resolution Protocol）はインターネット層に属していますが、動作としてはネットワークインターフェイス層に関連しています。

詳しく解説👇

ARPの役割
ARPはIPアドレス（インターネット層）を基に、そのデバイスのMACアドレス（ネットワークインターフェイス層）を特定するためのプロトコルです。

• IPアドレス：インターネット層で通信相手を特定するためのもの。
• MACアドレス：ネットワークインターフェイス層で直接データを送信するために必要なもの。

[ARPのプロセス]
インターネット層で通信先のIPアドレスが分かった際、ネットワークインターフェイス層でMACアドレスが必要になります。そこでARPが働き、ブロードキャストを使ってMACアドレスを取得します。

つまり
ARP自体はインターネット層のプロトコルですが、MACアドレスというネットワークインターフェイス層の情報を扱うため、「ネットワークインターフェイス層の話」に感じられるのは自然なことです。

また、インターネット層でまずは同一ネットワークか他のネットワークかを判断する必要がある！
理由：ルーターを使うか使わないかが変わるから🙄たしかに、、
同一かそうでないかはIPアドレスで判断している！😼🌟
最初の3つの要素[ 今回なら 192 168 11 ]が同じなら同じネットワークに属している！

例）192.168.10.5なら違う回線

ネットワーク部とホスト部

IPアドレスはネットワーク部とホスト部に分けられ、例として[192.168.11.113]の場合...
[ 192.168.11 ]をネットワーク部 / [ 113 ]をホスト部という
🌟ネットワーク部は24ビットと覚える！！　/23とか指定ある時注意して

ブロードキャストアドレスとは？

ブロードキャストアドレスは、特定のネットワーク内のすべてのホストにデータを一斉送信するために使用される特別なアドレスです。
このアドレスは、ホスト部がすべて1（2進数で1）になったものとして定義されます。

• PCにブロードキャストアドレスを割り振るのがダメな理由

1. 全ホストに送信される特性:
   ブロードキャストアドレスは同じネットワーク内のすべてのデバイスにデータを送信する仕組みになっています。
   もしこれをPCに割り振ってしまうと、他のPCや機器が誤ってすべての通信をそのPCに送ろうとしてしまい、ネットワークの動作がおかしくなります。

2. 予約済みアドレス:
   ブロードキャストアドレスは特定の目的（全体送信）のために予約されているので、割り振って使うべきではありません。

割り振ってはいけないみたいな問題が出たらブロードキャスト疑う。

はにゃ？？？となったので**練習問題を使って自分的解釈メモ**

• [問題]
  ２台のPCにIPv4アドレスを割り振りたい、サブネットマスクが255.255.255.240のとき両PCのIPv4が同一ネットワークに所属する組み合わせなのは？
• [答え]
  192.168.1.17と192.168.1.29

[自分的解釈]
サブネットマスク 255.255.255.240を2進数で表すと 11111111.11111111.11111111.11110000

• 1の部分（ネットワーク部）: 同じネットワークかどうかを判断するために使います。
• 0の部分（ホスト部）: 各ホスト（PCなど）を区別するために使います。
  IPv4アドレスは2進数に変換して比較します。

つわり同じネットワークか判断してるのは11110000なので最初の４桁(ﾋﾞｯﾄ)
だから２進数にして最後の数字の最初の４桁が同じ数字のものを探せばいい！！😀

192.168.1.17 → 2進数で 11000000.10101000.00000001.00010001
192.168.1.29 → 2進数で 11000000.10101000.00000001.00011101

17の最初の4ビット: 00010001
29の最初の4ビット: 00011101
0001（ネットワーク部）が一致しています。
よって、17と29は同じネットワークに属していると判断できます。

240だから11110000⇒最初の４桁まではネットワーク部、ブロードキャストはホスト部がオール１だから、選択肢の数字を２進数にして最後の４桁がオール１になる数字を見つければいい🤕なるへそ～

NAPT

IPアドレスは43億個しかない。人口70億人だし、１人がスマホ、PC、会社用PCとか何台も持ってることが普通。足りない⇒IPアドレス枯渇問題という🤕
そこで考えられたのが

• プライベートIPアドレス：ネットワーク内で重複してはいけないローカルなIPアドレス
  逆に言うとネットワークが異なって入れば重複して良い
  インターネットには直接アクセスできないため、NATやNAPTを使う必要がある

• グローバルIPアドレス：世界中で重複いてはいけない世界規模のIPアドレス
  重複しないようにICANNが管理している

• NAT:プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスを相互変換する機能

基本的に1つのプライベートIPアドレスを1つのグローバルIPアドレスに対応付けます。

• NAPT：NATの進化版で相互変換する際にポート番号を指定してくれる

複数のプライベートIPアドレスを1つのグローバルIPアドレスに変換できる技術。
[ポート番号を使って識別]：
各プライベートIPアドレスに対して異なるポート番号を割り当てることで、1つのグローバルIPアドレスで多数のデバイスを管理可能。
家庭のWi-Fiルーターや企業のネットワークで広く利用されるためNATより一般的に使用されている

トランスポート層

やっと次～～🤕

トランスポート層とは？
・ネットワーク通信で、アプリケーション同士のデータのやり取りを管理する層
・1つ上のアプリケーション層にデータを渡す役割を持つ
・ポート番号を使って、どのアプリケーションにデータを送るかを識別

ポート番号とは？
・アプリケーションを識別するための番号
例えば、Web（HTTP）は 80番、メール（SMTP）は 25番 など

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トランスポート層のプロトコル（TCPとUDP）

TCP（Transmission Control Protocol）

1. 信頼性を重視した通信
2. 接続を確立してからデータを送る
3. データが届いたか確認し、届かなかった場合は再送する

TCPコネクションを識別するためには「IPアドレス」と「ポート番号」が必要である😯

• UDP（User Datagram Protocol）

1. 速度を重視した通信
2. 接続を確立せず 送りっぱなし（確認なし）
   動画配信やオンラインゲームなど、リアルタイム性が求められる通信に使われる

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3ウェイ・ハンドシェイク（TCPの接続確立）
TCP通信では、データを送る前に相手と 「接続」 を確立する。
その際に行われるのが 3ウェイ・ハンドシェイク（3回のやり取り）。

SYN（接続要求）：クライアント → サーバー（接続していい？）
SYN-ACK（接続承認）：サーバー → クライアント（いいよ！）
ACK（接続確立）：クライアント → サーバー（OK！）

このやり取りが完了すると、TCPの通信が開始できる。

[丸暗記]OSI基本参照モデルのトランスポート層にあるのはゲートウェイ

アプリケーション層

アプリケーション層は、ユーザーが直接利用する通信サービスを提供する層
代表的なプロトコルには DNS、DHCP、HTTP/HTTPS、FTP、SMTP、NTPなどがある。

1. DNS
   ・ホスト名（例：example.com）を指定すると、対応するIPアドレスを教えてくれる仕組み
   ・インターネットではIPアドレスで通信を行うが、人間にとってはドメイン名の方が覚えやすい為、
   　DNSが必要。
   ・DNSの情報を管理するサーバーをDNSサーバーという

2. DHCP
   ・IPアドレスやサブネットマスクなどのネットワーク設定を自動で割り当てるプロトコル
   ・IPアドレスの管理を行うサーバーをDHCPサーバーという
   ・PCがネットワークに接続すると、DHCPサーバーが自動でIPアドレスを割り当てる

3. HTTPとHTTPS
   ・HTTP:Webページ(HTMLコンテンツ)を送受信するプロトコル(ポート番号：80)
   ・HTTPS：暗号化されたHTTP（セキュリティ強化版）(ポート番号：443)

4. FTP
   ・ファイルの送受信を行うプロトコルで主にWebサイトのデータ管理などに利用される
   ・ポート番号：20（データ転送用）、21（制御用）
   ・2つのモードがある
   　[アクティブモード]：サーバー側がデータ転送を開始
   　[パッシブモード]クライアント側がデータ転送を開始（NAT環境向け）

5. SMTP
   ・電子メールの送信・転送に使われるプロトコル
   ・ポート番号：25（通常）587（認証付き）
   ・💡メール送信と転送はSMTPだがメールの受信はPOPを使用する
   

まとめ
送信 → SMTP（ポート 25/587）
受信 → POP3（ポート 110/995）or IMAP（ポート 143/993）

6. NTP(time)
   ・ネットワーク上の機器の時刻を同期するためのプロトコル

無線ネットワーク

身近なものだと👇😯
Wi-Fi(屋内で100m・屋外で500m程度届く無線通信のブランド名)
LTE(スマホに使われている通信で届く距離は5km)
LPWA(ﾛｰﾊﾟﾜｰの略・loT[家電などモノがNWに繋がる仕組み]に使用・届く距離は50kmと広いが遅い)
WPA3（無線LANのセキュリティ規格）
Bluetooth(20mほどなら届く・2.4GHzの周波数を使用)

周波数帯

• 2.4GHz:電子レンジやbluetoothと同じ周波数帯なので干渉し速度が低下することがある。
  　　　　　チャネルを5以上離すと干渉しにくい
  　　　　　障害物を迂回しやすい
• 5GHz:干渉が生じにくく速度が速い・障害物に弱い

Wi-Fiネットワークの暗号化

• WPE:脆弱性がある使われてない
• WPA：主流はver2だがver3も増えてきている

伝送速度の計算

ネットワークの伝送時間に関する問題は次の式で求めることが出来ます。
伝送時間はデータを伝送するのに掛かる時間、データ量は送るデータの量、回線速度は1秒間に伝送できるデータの量を表します。

伝送時間・回線速度・データ量
回線速度 = データ量 ÷ 伝送時間
データ量 = 伝送時間 × 回線速度
回線利用率 = 転送量 / 回線速度

まとめ

メガバイト (MB) への変換
1MB = 1,000,000 バイト (10⁶ バイト) （SI単位系）
220,000,000 バイト ÷ 1,000,000 バイト/MB = 220 MB

キロバイト (KB) への変換
1KB = 1,000 バイト (10³ バイト) （SI単位系）
220,000,000 バイト ÷ 1,000 バイト/KB = 220,000 KB