2025年度

集中

応用情報システム(PBL)

演習

Applied Information Systems (PBL)

A1500029 応用情報システム(PBL) [J3][対面]

高村 明裕

1.0単位

集中講義

新宿

1 基礎知識の修得   0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得   100 ％
3 汎用的問題解決力の修得   0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得   0 ％

本講義では、前述の通りネットワーキングとコンピューティングの両方に精通し、サービスを構築するための設計論を習得することを目的とする。本講義では、前学期に実施した基礎編の講義で学んだ知識に加え、今学期の応用編を習得することでサービス構築にあたっての要求事項からの設計と問題解決ができる人材の育成を目指す。
　従来は、ICT技術のわかる人材が通信キャリアや事業者のみに存在しており、一般のユーザ企業はそれらキャリアや事業者にICTを用いたサービス構築を発注するという構造が成り立っていた。しかし、現在のIoTやビッグデータに代表されるサービス構築においては、ユーザ企業が何をやりたいかを明確に定義し、その定義に基づいた要求事項に従ってICT技術を武器として使い、サービス自体とサービスを用いた戦略を構築する時代となっている。この時代の流れに対応することができる、いわばICT技術の「アーキテクト」を行うことができる人材を育成する。

実習を含む講義であるため、コンピュータの初歩的な利用知識と、ネットワークとOSに関する基礎的な知識を習得していることが前提となる。システム構築論、クラウドコンピューティングの科目を履修することを強く推奨する。
想定受講者 :
• ネットワークと計算機を利用したサービス構築に興味のある学生
• ソフトウェアを用いたサービスインフラ構築技術を習得したい学生
• IoT、データ解析での具体的なデータ収集システム設計に興味のある学生
• クラウドコンピューティングに興味のある学生

本授業は一般社団法人 高度ITアーキテクト育成協議会(AITAC)が開発した教材を用いて、ＳＥやＩＴシステムアーキテクトに企業から求められている先端の実践的技術を学ぶ。
システムの構築、システムの設計では結果的にチームを組んでネットワーク設計を実施することがほとんどである。この点から、本科目ではネットワーキング、クラウドコンピューティングの実践的課題をProject Based Learningで進める。

PBL（課題解決型学習）／グループワーク／e-ラーニング等ICTを活用した自主学習支援

第1回
講義の概要と目的

ICT サービス構築技術の概要と目標を確認する。
技術自体を習得するのではなく、構築するサービスの要求事項を把握し、適切に技術を適用できる知識と技能を習得する「サービスを構築する」ということを事例を用いて紹介する。
また、本講義を履修するにあたって必要となる知識（TCP/IPネットワーク、Ethernet）の復習、確認を行う。

事前学習：学生実験のルーターを良く復習しておくこと
事後学習：PCやスマホのIPアドレス決定方法、設定方法を調べておくこと


第2回
ネットワーク環境構築（物理）

ICTサービス構築の下地となる（物理的な）ネットワーク環境を構築する。
ネットワーク環境構築には、実際のPC、ルータ、ハブとその間のイーサネット接続を模擬できるネットワークエミュレータGNS3を用いる。

事前学習：自分のPCがデフォルトゲートウェイを参照する場合と参照しない場合はそれぞれどういう時かを調べておくこと
事後学習：自宅に有線もしくはWiFiネットワーク環境がある場合はネットワーク構成図を作成すること。スマホのテザリングでPC接続している場合でも可。
　　　　　ない場合は光接続のネットワーク環境が自宅にあることを想定してネットワーク構成図を作成すること。


第3回
ネットワーク環境構築（機器設定と動作確認）

ネットワーク環境を構成する機器の設定と動作確認を行う。
また、ネットワークアナライザのWiresharkを用いてネットワークの動作確認、デバッグの基礎を学ぶ。

事前学習：IPアドレスとサブネットマスク、ネットワークアドレスを調べておくこと
事後学習：自身のPC／スマホからTracerouteを実行して、サーバ（例えばdns.google）までの接続を確認すること


第4回
ネットワークの静的ルーティング

多数の機器が接続できる大きなネットワークを構築するには、ルータを複数接続する必要がある。
このルータが複数接続されたネットワークで、目的の機器にデータを送り届けるしくみをルーティング（経路制御）と呼ぶ。
静的なルーティング（人手で設定する経路）を前回構築したネットワークに適用して、複数ルータが接続された大きなネットワークでデータが送受できることを確認する。

事後学習・事前学習：前回構築したネットワークで、ルーティングの設定がされていないときにデータが正しく送受できる機器ペア（送信元、送信先）と正しく送受できない機器ペアは何故その様な事が起きるかを考察しておくこと
　　　　　　　　　　静的なルーティングが設定されたことによってルーティング設定されていないときに送受できなかった機器ペア間のデータ送信ができるようになるが、その時は何が違うかを考察すること


第5回
DHCPとNAT

機器をネットワークに接続した時にネットワーク接続に必要な情報をやりとりしてネットワークの自動設定をするDHCPについて学ぶ。
DHCPで配布するIPアドレスは、そのままでは外部のネットワークにある機器には通信できないプライベートアドレスを使用する事が多い。
プライベートアドレスを使用しながら、外部のネットワークにある機器と通信するために良く用いられるNATについて学ぶ。

事後学習・事前学習：NATでアドレス変換を行ってプライベートアドレスを使用する際のメリットと、逆にどのような制限があるかを考察すること。

第6回
ネッワークの拡張と動的ルーティングのしくみ

ルータを増やしてネットワークを拡張して、再度ネットワークの環境構築と設定とを行う。
ネットワークの拡張の際の経路設定を容易にできる動的ルーティングのしくみを学ぶ。

事後学習・事前学習：授業では紹介しなかったEGPはIGPと比較するとどのような違いがあるかを調べること

第7回
動的ルーティング

前回拡張したネットワークで動的ルーティングの設定を行い、動的ルーティングで正しく経路が設定されることを確認する。
また、ネットワークアナライザを用いて経路情報の交換が行われる様子を確認する。

事後学習・事前学習：ループがある接続形態の時、動的ルーティングで起こりうる問題と対応方法を考察すること


第8回
SDN(Software Defined Network)　ツール導入とSDN構築編

クラウドを用いてシステムを構築する際にSDNが良く使用される。
ツールを導入して実際のクラウド上にSDNを構築する。

事後学習・事前学習：従来のネットワーク（SDNを用いない）課題とSDNのメリット（嬉しいこと）を調べること


第9回
SDN(Software Defined Network)　SDN動作確認編

前回構築したSDNでwebサーバとwebクライアント間の動作確認する。
さらに、SDN内にフィルタリングを実装してフィルタリング動作を確認する。

事後学習・事前学習：SDNでフィルタリングを自由に設定できることは、具体的にはどのような場面で嬉しいかを検討すること


第10回
データベース

ネットワーク上のサービス構築の際、内部的にデータベースを用いることが多い。
データベースを立ち上げて基本的なコマンドでデータベースの動作を習得する。

事後学習・事前学習：データベースで索引を作成すると何故速くなるのか、また、逆に索引を作っても速くならないものはどのような物かを検討すること


第11回
データベースのトランザクションに求められる特性、データベースの主要機能

データベースのトランザクションに求められる特性を学ぶ。
またデータベースの主要機能であるロック機能、権限制御について学ぶ。

事後学習・事前学習：データベースのトランザクション機能がないと問題が起きるのは例えばどのような時か。チケット購入システムで、友人二人のチケットを購入する場合を題材に考察せよ。

第12回
webサーバとhtml

ネットワーク上のサービス構築の際、フロントエンドにはwebサーバを用いることが多い。
クラウド上でwebサーバを立ち上げ、htmlでwebサーバで表示される内容を作成する。

事後学習・事前学習：写真（jpgファイル）の表示、動画ファイル(mp4ファイル)の表示、Youtube動画の表示をするhtmlファイルを作成せよ


第13回
ネットワークとサービスを止めない為の仕組み

ネットワークとサービスは「動いてあたりまえ」と思われる事が多いため、動作を止めない為の仕組みを設けることが多い。
ネットワークやサービスの実際の障害例を紹介すると共に動いて当たり前を実現するための仕組みを紹介する。

事後学習・事前学習：資料に記載されていないネットワーク障害事例を一つとりあげ、自分がネットワーク設計責任者だった場合、障害を起こさないようにどのような設計にするかを考察せよ

第14回
ネットワークとサービスの運用監視

ネットワークとサービスは「動いてあたりまえ」と思われる事が多いが、これを阻害するものとして物理的な故障、想定外の動作、外部からの攻撃等、様々な要因がある。
これらの要因を排除するためには、ユーザ側で分かる程の問題が起きてから対応するのでは遅いため、日常から様々な監視を行うことが求められる。
ネットワークとサービスの具体的な運用監視を紹介する。

事後学習・事前学習：資料に記載されていないネットワーク障害事例を一つとりあげ、自分がネットワーク設計責任者だった場合、障害を起こさないようにどのような監視を行うかを考察せよ

第15回
まとめと振り返り

ネットワーキングに基づくシステム構築のまとめを行いを全体を振り返る

中間レポート70％、最終レポートを30％で評価しする。評価結果はA+,A,B,C,D,Fの段階に分類し、D以上を合格とする。

授業内の課題を返却する際に講評します。

AITACの教科書及び授業資料を電子配布する
指定教科書はありません

特に指定しない

集中講義の授業終了後、メールもしくはGoogle meetなどの音声会話にて

この授業は現役のエンジニア（社会人）にも向けて構成された内容ですので難易度は高いものになっています。途中の履修中断無きよう内容を吟味した上で履修してください。

実務家担当科目

メーカーの開発部門でソフトウェアとハードウェアの両方の経験がある教員が、その経験を活かし、ネットワーキングに基づくシステム構築について講義する。

システム数理学科／情報科学科

関連する科目でない

Ⅲ3c