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Network

Network Technology

ネットワーク関連用語


基礎

インターネット

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コンピュータ同士を接続するネットワークには様々なものがありましたが、現在では TCP/IP 接続のインターネットが事実上の世界標準規格です。

インターネットは、個々のネットワーク同士が自律分散的に蜘蛛の巣状に手をつないだもので、どこかが断線しても、別の経路で目的のコンピュータにつながる仕組みになっています。これは、人間の脳内ネットワークの仕組みを社会システムに投影したものとも言える存在で、現代社会の重要なインフラのひとつとなっています。

画像出典:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Protocole_HTTP_TCP-IP_Passerelle_Routage.svg

WAN と LAN

URL

URL(Uniform Resource Locator:統一資源位置指定子)とは、インターネット上のリソース(資源)を特定するための形式的な記号の並びのことで、一般的な形式は以下のような形になります。

<scheme>://<user>:<password>@<host>:<port>/<url-path>
例:https://www.example.com
  mailto:example@example.com

パケット交換

データ通信には、電話のように2つのノード間を論理的に接続する回線交換(circuit-switched)と、データをパケット(小包)に分割して宛先を付けて送受信するパケット交換(packet-switched)の大きく2つの種類がありますが、今日のネットワークの標準である TCP/IP はパケット交換を採用しています。

800px-Packet_Switching.gif

パケット交換は、パケットごとに宛先情報やエラー訂正情報などを付加して、相手に送信する方式。回線を占有することなく異なる複数の情報を送信することで、回線の利用効率を向上させることができます。

画像出典:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Packet_Switching.gif

TCP/IP

Data_Flow_of_the_Internet_Protocol_Suite.PNG

TCP/IP はインターネットで標準的に利用されているプロトコル(通信規約)で、通信制御と信頼性確保を担う TCP と、データをパケットに分割して転送するIPとで構成されます。 参考:TCP/IP 4階層モデル
画像出典:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Data_Flow_of_the_Internet_Protocol_Suite.PNG

以下、この4つのレイヤーについて、それぞれ解説します。




Application layer

HTTP

Hypertext Transfer Protocol は、World Wide Webにおいて、主にWebブラウザとWebサーバとの間で HTML などのコンテンツの送受信に用いられる通信プロトコルです。

HTTPS(HTTP over SSL/TLS)

Webサーバとクライアント(ブラウザ)間の通信路を共通鍵暗号方式で暗号化することを前提としています。そのためには暗号化のために使う共通鍵情報を安全にサーバとクライアント間で共有する必要があります。そこで、以下のような手順を採用します。

FTP

File Transfer Protocol はファイルの転送を行うための通信プロトコル。

Telnet

Telnet は、リモートサーバを端末から操作する仮想端末プロトコル
Telnetクライアントは、Telnetサーバとの間でソケットを開いて単純なテキストベースの通信を行います。平文のまま送信する Telnetプロトコルはセキュリティ上問題とされ、Telnetによるリモートログインを受け付けているサーバは少なくなりました。現在では、リモートログインの代替プロトコルとして情報を暗号化して送信するSSHが用いられています。

SSH

Secure Shell はリモートホストのシェルを利用するための通信プロトコル
Telnet 通信にかわり、現在ではこれを使うのが主流です。

NTP

Network Time Protocol は、ネットワークに接続される機器の時計を正しい時刻へ同期するための通信プロトコル

Transport layer

TCPの概要

Transmission Control Protocol は、OSI参照モデルのトランスポート層にあたる伝送制御プロトコルで、送信元から宛先へと順序通りのオクテット列の転送を行います。
 TCPは、ネットワーク層のプロトコルであるIPの上位プロトコルとして使われます。 IPヘッダでのプロトコル番号は6。WWW、e-mail、リモート管理、FTP などの主要なインターネット・アプリケーションはすべて TCP を利用しています。
 尚、高信頼のデータストリーム・サービスを必要とせず、即応性を重視したアプリケーションでは UDP(User Datagram Protocol )を使います。

Well-known port

TCPやUDPを使用する際、接続されたコンピュータはポート(port)と呼ばれる接続の窓口を利用します。このうち、0番 から1023番 までの各ポートはそれぞれ特定のサービスやプロトコルが利用することが広く知られており、インターネットで公開するサーバはその番号を当該サービス、プロトコルで利用することが推奨されています。

ServicePort No.TCP/UDP
FTPData 20, Control 21TCP
SSH (SCP)22TCP
Telnet23TCP
SMTP25TCP
DNS53TCP/UDP
DHCPClient 67, Server 68UDP
HTTP80TCP
POP3110TCP
NNTP119TCP
NTP123UDP
NetBIOS137,138,139UDP/TCP
IMAP143TCP
HTTPS443TCP
SMTPS465TCP
Socks1080TCP/UDP

https://packetlife.net/media/library/23/common_ports.pdf

HTTPアクセス時にポートを明示した例(通常はポート指定不要です)

Internet layer

IPの概要

Internet Protocolは、OSI参照モデルのネットワーク層にあたるプロトコルであり、IPアドレスに基づいて、データグラム(パケットのうちIPが受け持つネットワーク層の部分)を送信元から宛先へと送付する役割を担っています。
 IPパケットは、発信者、受信者などの情報を持つIPヘッダ( 20オクテット 〜 60オクテット)と、通信内容を格納するペイロードとで構成されます。
 IPは自己のインタフェース(ネットワークカード)からパケットを送出するだけであり、相手まで確実にパケットが届くことには責任を持ちません。送受信の保証は、トランスポート層の TCP が担います。

IPアドレス

IPアドレス(IP address)には2の規格があって、IPv4では32bit、IPv6では128bitの数値を用います。この数値のうち、上位ビット側をネットワーク部、下位ビット側をホスト部として、サブネットマスクを用いて区別します。

Network Interface layer

Ethernet

Ethernet(イーサネット) は、オフィスや家庭で一般的に使用されている有線のLAN (Local Area Network) で最も使用されているコンピューターネットワークの規格で、TCP/IP の4階層モデルでいうと Network Interface layer に、OSI参照モデルでいうと物理層とデータリンク層に関する規格です。
 Ethernet は AT&T の Bell 研究所で誕生した OS UNIXと、Xerox の Palo Alto Research Center)で開発されたもので、TCP/IP普及に大きく貢献しました。

MACアドレスについて

MACアドレス(Media Access Control address)とは、ネットワーク上の各機器を識別するために設定されているLANカードなどのハードウェアごとに割り当てられる物理アドレスです。これは物理媒体ごとに1つ、つまり原則としては、世界中にあるすべての機器を一意に識別可能な「製造番号」のようなものです。イーサネット機器の場合、48ビットの符号で、8ビット × 6組、オクテットで区切る16進数表現を用います。

04-A3-43-5F-43-23(ハイフン区切) 32:61:3C:4E:B6:05(コロン区切)




ネットワーク構成機器

ネットワーク構成機器は、電気信号レベルの物理層をサポートする機器、データリンク層(MACアドレス)をサポートする機器、そして、ネットワーク層(IPアドレス)をサポートする機器に分類できます。

リピータ(Layer 1)

OSI参照モデルの物理層で動作する機器で、ネットワーク間の電気信号を中継・延長します。電気信号を中継するだけで、パケットの中身は見ません。10Base2 や 10Base5 イーサネットで LANケーブルを延長したい場合に使用されていましたが、現在ではあまり見かけません。

リピータハブ(Layer 1)

OSI参照モデルの物理層で動作する機器で、リピータと同様に電気信号の波形の増幅や整形を行います。異なる点は、複数のポートを持つ点とリピータハブに接続する場合は10Base-Tのケーブルを使用する点です。

ブリッジ(Layer 2)

OSI参照モデルのデータリンク層におけるデータ中継機器で、MACブリッジとも呼ばれる。ブリッジは、イーサネットフレームのヘッダを理解し、転送されてきたパケットをメモリ上に保存してから、アドレステーブルに登録されたMACアドレスを参照し、送信先が接続されているポートのみにデータを転送します。

スイッチングハブ(Layer 2)

スイッチングハブはOSI参照モデルのデータリンク層における情報転送を行う装置で、インターネットのMACフレームをMACアドレスによって転送先を決めます。ブリッジの機能を集約してインテリジェント化したものといえます。

ルータ( Layer3)

OSI参照モデルのネットワーク層で動作する機器で、パケットヘッダの IPアドレス を参照し、ルーティングテーブル(パケットの配送先の経路情報)に従ってパケットを転送します。

ネットワークインタフェースカード(NIC)

一般に LANカードと呼ばれるもので、コンピューターやプリンターなどの機器をLANなどに接続するための拡張カード。イーサネットに関する物を指す場合が多かったのですが、無線LANや3G、WiMAX等の普及により、通信デバイス一般を指すようになっています。

無線LAN

無線LANとは、無線通信を利用してデータの送受信を行うLANシステムのことで、一般には IEEE 802.11規格が標準のものとして普及しています。ちなみに Wi-Fi というのは、製品間の相互接続がこの標準に従うことを Wi-Fi Allianceという業界団体が認定する際の名称です。




APPENDIX

OSI reference model

OSI参照モデル。ISOでオープンシステムの技術として検討されていた標準のことです。実際には、TCP/IP が事実上の業界標準となったため、現在では単なるモデルとしての位置付けになっています。

PAGES

GUIDE

DATA


*1 MACアドレスは、LANの中でのみ有効なアドレスで、ルータを介して外へ接続する時インターネット側にはルータのWAN側のMACアドレスを使ってプロバイダーにアクセスします。よって、個々のPCのMACアドレスはWAN側からは見えません。インターネット上でデータが中継される過程でMACアドレスは順次書換えられるので、相手サーバから見たらMACアドレスはサーバに最も近いルータのものが見えている・・という事になります。
*2 127.0.0.0と127.255.255.255の2つはブロードキャスト・アドレスのため除外されます
Last-modified: 2023-11-07 (火) 14:48:18