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図 1 情報の広がり情報の広がり 4

ネットワークとデータの活用

インターネットでデータが届くしくみ、情報を守る技術、データベース、データの集め方と分析を学ぶ単元です。URL の読み方やパスワードの強さも、この単元の知識で説明できます。

パソコン教室でルーターと LAN ケーブルをつないで小さなネットワークを作る高校生と、タブレットのグラフを見ながら話し合う高校生たち

ひとことで言うと

手紙を、住所を書いて届ける

手紙は、宛先の住所を書けば、いくつもの郵便局を経由して相手に届きます。インターネットのデータも、宛先の番号を付けた小さな包みに分けられ、中継の機器を経由して届きます。この単元は、その届け方と、届いたデータの生かし方を学ぶ内容です。

01

ネットワークのしくみ: データは小包に分かれて届く

インターネットでは、データをパケットという小さな単位に分けて送ります。パケットには、宛先を示す番号である IP アドレスが付いています。ルーターという中継の機器が、パケットを行き先に近い方へ次々と送り出します。

通信の手順の決まりをプロトコルといいます。インターネットで使う TCP/IP は、通信の役割を 4 つの層に分けて受け持っています。学習指導要領は、家庭の LAN のような小さなネットワークを設計する活動を取り入れるよう定めています。

IP アドレスの数には限りがあります。総務省によると、今も広く使われている IPv4 のアドレスは約 43 億個です。32 ビットで表すので、2 の 32 乗です。インターネットにつながる機器が増え、このアドレスは足りなくなっています。そこで、128 ビットで約 340 澗個のアドレスを使える IPv6 への移行が進められています。1 澗は、1 兆の 1 兆倍のさらに 1 兆倍です。

大きなデータも、小さく分けて番号を付ければ、途中の故障に強く届けられます。

動かしてみるパケットが届くまでを見る

「こんにちは」が 5 つのパケットに分かれ、別々の道を通って届きます。ルーターを 1 つ故障させても、残りの道を通って届くことを確かめてください。届く順番がばらばらでも、番号で並べ直せます。

あなたルータールータールータールーターサーバー
届いた順
白い机の上にパソコンが何列も並ぶ、高校のパソコン教室
福岡県立修猷館高校のパソコン教室。情報の授業では、こうした教室でネットワークのしくみやデータの分析を実習します。写真: バーレンムール(CC BY-SA 4.0・Wikimedia Commons)

02

ドメイン名: URL の末尾で、発信元の種類が分かる

IP アドレスは数字の並びなので、人には覚えにくいものです。そこで「www.mext.go.jp」のような名前、ドメイン名を使います。ドメイン名を IP アドレスに置き換えるのが DNS というしくみで、Web ページを開くたびに裏で働いています。

日本のドメイン名には、末尾で登録できる組織の種類が決まっているものがあります。日本レジストリサービス(JPRS)によると、「go.jp」は政府機関、「lg.jp」は地方公共団体が登録できます。「ac.jp」は大学などの高等教育機関、「ed.jp」は小中高校など、「co.jp」は日本で登記した会社です。

ネットで調べものをするとき、URL の末尾はだれが発信した情報かを知る手がかりになります。統計の数字なら、go.jp の省庁のページで元の資料を確かめられます。ただし、末尾だけで内容が正しいとまでは言えないので、ほかの資料とも比べます。

URL の末尾を読むことは、情報の出どころを確かめる第一歩です。

図解日本のドメイン名の末尾

〇〇.jp
  • go.jp政府機関・省庁
  • lg.jp都道府県・市町村
  • ac.jp大学などの高等教育機関
  • ed.jp小中高校などの学校
  • co.jp日本で登記した会社
  • or.jp財団法人・NPO 法人など

03

情報セキュリティ: パスワードは 1 文字で 62 倍強くなる

パスワードを破る方法の 1 つが、考えられる組み合わせをすべて試す総当たりです。数字 4 けたなら、10 の 4 乗で 1 万通りしかありません。英小文字 8 文字なら、26 の 8 乗で約 2,088 億通りです。英大文字・小文字・数字の 62 種類で 8 文字なら、約 218 兆通りになります。

仮に、1 秒に 1 億通り試せるコンピュータがあるとします。数字 4 けたは一瞬、英小文字 8 文字は約 35 分で、すべてを試し終えます。62 種類の 8 文字なら約 25 日、10 文字にすると約 266 年です。1 文字増えるごとに組み合わせは 62 倍になり、文字の種類と長さが強さを大きく左右します。

総務省の「国民のためのサイバーセキュリティサイト」は、10 文字以上で、数字・記号・英大文字と小文字を混ぜたパスワードを勧めています。上の計算は、その理由を数で示しています。情報 I では、こうした守り方を、暗号化や通信のしくみと合わせて学びます。

長くして、文字の種類を混ぜる。この 2 つで、総当たりにかかる時間は桁ちがいに延びます。

図解総当たりにかかる時間(1 秒に 1 億通り試す場合)

入力パスワードの文字の種類と長さを変えて比べる
  1. 1数字 4 けた: 1 万通り → 一瞬
  2. 2英小文字 8 文字: 約 2,088 億通り → 約 35 分
  3. 3英大小文字と数字 8 文字: 約 218 兆通り → 約 25 日
結果同じ 62 種類で 10 文字にすると、約 266 年かかる

04

データの活用: 30℃ は 15℃ の 2 倍暑い?

データを集めて整理し、分析して、問題の解決に生かす方法も学びます。大量のデータを整理して蓄えるしくみがデータベースです。店の POS システムや銀行の ATM も、データベースを中心に動いています。

表の形でデータを管理する関係データベースでは、1 行ずつを確実に見分けるための項目を決めます。これを主キーといいます。同じ学年に同姓同名の生徒がいても、学籍番号を主キーにすれば取りちがえません。

分析の前には、データの種類(尺度)も確かめます。気温の 0℃ は「熱がない」状態ではないので、30℃ の地点は 15℃ の地点の 2 倍暑い、とは言えません。気温は、差には意味があっても比には意味がない間隔尺度だからです。文部科学省の教員研修用教材も、こうした誤りの例を挙げています。

大学では、ネットワーク工学、情報セキュリティ、データベース、統計学やデータサイエンスの授業へと続きます。会社や学校のネットワークを守るセキュリティエンジニアは、この単元の内容を毎日使う仕事です。データから改善策を考えるデータサイエンティストも同じです。

クイズネットワークとデータクイズ

本文を思い出しながら答えてください。

  1. Q1「ed.jp」で終わるドメイン名を登録できるのは?

  2. Q2英大文字・小文字・数字の 62 種類で作る 8 文字のパスワードは、何通り?

  3. Q3気温 30℃ の地点は、15℃ の地点の 2 倍暑いと言える?

0 / 3 問に回答

高校生のうちに試せること

  • 自分の町の気温をグラフにする

    気象庁の「過去の気象データ・ダウンロード」で、住んでいる地域の観測所を選び、毎年 8 月の平均気温を 30 年分ほど取り出しましょう。表計算ソフトで折れ線グラフにし、どんな変化があるかを読み取ってください。

    気象庁「過去の気象データ・ダウンロード」
  • パスワードの強さを計算する

    文字の種類と長さを変えたとき、組み合わせが何通りになるかを電卓で計算しましょう。1 秒に 1 億通り試せると仮定して、すべて試すのにかかる時間も求めましょう。自分が実際に使っているパスワードは使わずに試してください。

  • 家のネットワークを図に描く

    家にあるルーター、スマートフォン、パソコン、ゲーム機などが、どうつながっているかを図に描きましょう。有線か無線か、どの機器がインターネットへの出入り口かを書き込むと、教科書のネットワークの図と比べられます。

「ネットワークとデータの活用」に関連するコミュニティ

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よくある質問

情報 I の「データの活用」は、数学の「データの分析」と何が違いますか?

数学 I の「データの分析」では、平均や分散、相関係数などの考え方を学びます。情報 I では、データの集め方や整理の仕方、表計算ソフトやプログラムを使った分析と見せ方まで学びます。学習指導要領の解説も、2 つを関連付けて学ぶよう求めています。

ネットワークのしくみは、目に見えなくて難しく感じます。

家にあるルーターやスマートフォンのつながりを、図に描くことから始めると分かりやすくなります。文部科学省の教員研修用教材にも、家庭の LAN を図に描く演習があります。上の動かせる図で、パケットが届く様子を見てみるのも一つの方法です。