「通信プロトコル」カテゴリーアーカイブ

【応用情報・基本情報】
・代表的なプロトコルであるTCP/IP がOSI 基本参照モデルのどの階層の機能を実現しているか,その役割は何かを修得し,応用する。

【ITパスポート】
・通信プロトコルの必要性を理解する。

通信プロトコル

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・代表的なプロトコルであるTCP/IP がOSI 基本参照モデルのどの階層の機能を実現しているか,その役割は何かを修得し,応用する。

【ITパスポート】
・通信プロトコルの必要性を理解する。
・身近で利用されている代表的なプロトコルの役割を理解する。

(1)プロトコルとインタフェース ITパスポート 基本情報 応用情報

1.TCP/IP

TCP/IP をOSI 基本参照モデルの7 階層と対比させながら,各層が果たす役割,提供しているインタフェースを理解する。また,代表的なサービスのポート番号(ウェルノウンポート)などを理解する。

用語例:パケット,ヘッダ

2.データリンク層のプロトコル

ARP など,TCP/IP ネットワークにおいて使用されるデータリンク層レベルのプロトコルの役割,機能を理解する。

用語例:RARP(Reverse Address Resolution Protocol:逆アドレス解決プロトコル),PPP,PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet),VLAN

3.ネットワーク層のプロトコル

IP の役割,機能を理解する。

用語例:IP アドレス,サブネットアドレス,サブネットマスク,物理アドレス,ルーティング,ユニキャスト,ブロードキャスト,マルチキャスト,ICMP(Internet Control Message Protocol),CIDR(Classless Inter Domain Routing),IPv6

4.トランスポート層のプロトコル

TCP とUDP の役割,機能を理解する。

用語例:ポート番号

5.アプリケーション層のプロトコル

HTTP,SMTP,POP,FTP,DNS などの役割,機能を理解する。

用語例:TELNET,DHCP,IMAP,NTP,SOAP(Simple Object Access Protocol)

6.LAN とWAN のインタフェース

イーサネット,無線LAN,ISDN,PRI(Primary Rate Interface:1 次群インタフェース),ATM など,LAN とWAN で使用される代表的なインタフェースの役割,機能を理解する。

用語例:10BASE-T,100BASE-TX,1000BASE-T,IEEE802.11a/b/g/n/ac

7.CORBA

CORBA はプログラム言語やネットワークプロトコルに依存せず,異機種分散環境におけるシステム統合の基盤の考え方として利用できることを理解する。

用語例:分散オブジェクト技術,クライアント,オブジェクトサービス,リクエストアプリケーションオブジェクト

TCP/IP

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

TCP/IP をOSI 基本参照モデルの7 階層と対比させながら,各層が果たす役割,提供しているインタフェースを理解する。また,代表的なサービスのポート番号(ウェルノウンポート)などを理解する。

用語例:パケット,ヘッダ

プロトコル

コンピュータ間でデータ通信をするには、お互いがデータを間違いなく受け渡しするためのさまざまな規約(約束事)が必要です。このデータ通信に必要な規約をプロトコルといいます。

代表的なプロトコルにTCP/IPがあります。

TCP/IP

インターネットやLANで利用される、TCP/IPは多くのネットワークで利用されているプロトコルです。TCPとIPの2つのプロトコルから構成されています。

TCP(Transmission Control Protocol)
トランスポート層(第4層)のプロトコル。パケットを確実に送受信する役割を持ち、パケットの到着確認や送受信に失敗したときの再送制御などを行います。
IP(Internet Protocol)
ネットワーク層(第3層)のプロトコル。パケットに、宛先のコンピュータを示すIPアドレスを付けて送信します。また、受信したパケットの送信元IPアドレスを元に返送先を判断します。

OSI基本参照モデル

ISO(国際標準化機構)が策定した通信プロトコルの標準モデルを、OSI基本参照モデルといいます。多くのプロトコルがこのモデルに準拠しています。

OSI基本参照モデルは、上位層に人間の操作に近い機能、下位層に物理的な機能を位置づけてモデル化している。

OSI基本参照モデルの角層は、役割分担しながら通信データを引き渡していきます。このため、ある層のシステム構成を変更しても、他の層に影響しないようになっています。

 

データリンク層のプロトコル

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

ARP など,TCP/IP ネットワークにおいて使用されるデータリンク層レベルのプロトコルの役割,機能を理解する。

用語例:RARP(Reverse Address Resolution Protocol:逆アドレス解決プロトコル),PPP,PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet),VLAN

PPPとPPPoE

PPP(Point to Point Protocol)は、ダイアルアップ接続などに用いられる2点間接続のプロトコルです。

PPPoE(PPP on Ethernet)とは、イーサネットLANでのPPPプロトコルです。

ARPとRARP

MACアドレスとIPアドレスの変換プロトコルです。

ARP:Address Resolution Protocol(アドレス解決プロトコル)
IPアドレス宛の送信を行う場合に必要なMACアドレスを提供します。
RARP:Reverse ARP
MACアドレスからIPアドレスを得ます。

 

 

ネットワーク層のプロトコル

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IP の役割,機能を理解する。

用語例:IP アドレス,サブネットアドレス,サブネットマスク,物理アドレス,ルーティング,ユニキャスト,ブロードキャスト,マルチキャスト,ICMP(Internet Control Message Protocol),CIDR(Classless Inter Domain Routing),IPv6

TCP/IPインターネット層のプロトコル

IP:インターネットプロトコル。ネットワークとネットワークにおけるコンピュータや機器を識別するためのプロトコル。

他には、ネットワーク管理用のメッセージを返すプロトコルのICMPや、下位層と連携するARPやRARPなどがあります。

*ARPやRARPのように、複数の層にまたがるプロトコルもあります。

IPアドレス(IPアドレスv4)

TCP/IPを用いるネットワークでは、コンピュータやネットワークを識別するための番号であるIPアドレスを、各端末に重複しないように割り当てます。

IPアドレスは32ビットからなる識別番号です。通常は、わかりやすいように4つの10進数にします。32ビットの2進数を8ビットずつの4つのブロックに分け、ブロックごとに10進数に直し、ピリオドで区切って「192.168.10.1」のように表記します。

ネットワーク部とホスト部

IPアドレスは、32ビットを任意の位置で前後に区切り、前半部分をネットワーク部、後半部分をホスト部として使います。

ネットワーク部とは、ネットワークを識別するための番号です。ネットワーク部分の番号が同じIPアドレスは、同じネットワークに属する端末と見なされます。

ホスト部とは、ネットワーク内で端末(ホスト)を識別するための番号です。

ネットワーク部とホスト部を何ビットずつとするかは、ネットワークの規模によって変わります。ネットワーク部が長いほうが多くのネットワークを相互接続できます。一つのネットワークに多くの端末を接続する場合には、ホスト部のビット数を長く取ります。

なお、制約として、ネットワーク部がすべて1、またはすべて0になるアドレス、ホスト部がすべて1になる、またはすべて0になるアドレスは、別途用途が定められているため、使用できません。(例としては、下記のものなどがある。)

・サブネットマスク:ネットワーク部がすべて1かつホスト部がすべて0のアドレス
・ブロードキャスト:対象となるネットワークのホスト部をすべて1にしたアドレス

アドレスクラス

アドレスクラスは、IPアドレスを規模などに応じてA~Eに分割したものです。

クラスA:大規模ネットワーク用
先頭1ビットが0であるアドレス。(1.0.0.0~126.255.255.255)
第1オクテットがネットワーク部、第2~4オクテットがホスト部なので、大量のホストを含むネットワークを登録可能。
クラスB:中規模ネットワーク用
先頭2ビットが「10」であるアドレス。(128.0.0.0~191.255.255.255)
第1~2オクテットがネットワーク部、第3~4オクテットがホスト部なので、ネットワーク数もホスト数も多くを登録可能。
クラスC:小規模ネットワーク用
先頭3ビットが「110」であるアドレス。(192.0.0.0~223.255.255.255)
第1~3オクテットがネットワーク部、第4オクテットがホスト部なので、ホスト数の少ないネットワークを大量に登録可能。
クラスD:マルチキャスト用(特殊用途)
先頭4ビットが「1110」であるアドレス。
クラスE:実験用(特殊用途)
先頭4ビットが「1111」であるアドレス。

なお、クラスD、Eのアドレス(224.0.0.0以降)はコンピュータや機器に設定してはならないとされています。

サブネットアドレス

サブネットアドレスは、1つのネットワークを内部で分割して利用する仕組みです。クラスCでも1ネットワークにつき1~254の254アドレスあり、小規模ネットワークでは無駄な空きアドレスが多くなります。

そこでネットワークを柔軟に変更したい場合、ホスト部の上位ビットを用いて、ネットワークをさらに分割したのがサブネットです。

例えば、下図のようにクラスCのホスト部8ビットのうち、前半分の4ビットをサブネット部とすると、各14個のアドレスを持つ、14個のサブネットに分割ができる。(サブネット部も全1、全0の設定は不可)

サブネットマスク

サブネットマスクとは、ネットワーク部+サブネット部の長さを示すビット列です。

アドレスクラスは戦闘のビットで決まるので、ネットワーク部の長さは判別できます。しかし、サブネット部の長さがわからないので、そのために用いる情報です。

サブネットアドレスのネットワーク部+サブネット部を1で、ホスト部を0で示します。この方法をCIDR(Classless Inter Domain Routing)といいます。

ユニキャスト

単一のIPアドレス宛の通信

マルチキャスト

グループ化した複数のIPアドレス宛の通信で、クラスDのIPアドレスを用いる。

ブロードキャスト

ネットワーク内の全ての相手への通信で、IPアドレスを指定しない。

ICMP(Internet Control Message Protocol)

ICMPとは、ネットワーク管理用のメッセージを返すプロトコルです。パケットを用いて通信状況を調査し、結果をメッセージで返します。

ICMPにより動作するプログラムには以下のようなものがあります。

  • ping:指定したIPアドレスへの導通可否と応答所要時間を表示する。
  • traceroute:指定したIPアドレスへの通信経路を擬似的に表示する。

IPv6

従来から使われているIPアドレスはIPv4(バージョン4)ですが、インターネットの普及につれ、IPアドレスの数が不足するようになり、また、動画などの高速配信サービスなどが増え、より高品質な通信技術が必要になりました。このため、次世代IP技術として、IPv6が策定され、実用化が進められてきました。

32ビット長であるIPv4のIPアドレス数は約43億個ですが、IPv6のIPアドレスは128ビット長で、3.4×1038個という膨大な数のアドレスが利用できます。

また、IPv6にはパケットのヘッダ情報の中に認証機能を追加でき、暗号化機能を標準で備えているなど、優れたセキュリティ機能があります。

 

トランスポート層のプロトコル

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TCP とUDP の役割,機能を理解する。

用語例:ポート番号

TCP/IPトランスポート層のプロトコル

TCP/IPトランスポート層はOSI基本参照モデルのトランスポート層に相当します。

TCP/IPトランスポート層に位置づけられているプロトコルには、TCP、UDPなどがあります。

TCP:Transmission Control Protocol
通信の信頼性を確保する代わりに低速。電子メールやWWWなどが用いる。
UDP:User Datagram Protocol
通信の信頼性よりも速度を優先する。ストリーミングやDNSなどが用いる。

ポート番号

ポート番号とは、パケットを渡すべきアプリケーションを区別する番号です。

例えば、Webサーバとメールサーバの両方が稼働しているパソコンに届いたパケットが電子メールデータなら、メールサーバに引き渡す必要があります。

このため、Webサーバは80番、メールサーバは25番など、アプリケーションを区別するためのポート番号がパケットヘッダに記載されています。

特にWebサーバの80番といった、多くのサーバで共通して用いられているポート番号をウェルノウンポート番号といいます。

以下の表は、代表的なウェルノウンポート番号です。

ポート番号プロトコルアプリケーション
20,21ftpファイル転送
23telnet遠隔操作
25smtpメール転送・送信
53dnsDNS
80httpWWW
110pop3メール一括受信
143imapメール受信・操作
443httpsセキュアWWW

TCPはパケットを送信する時に、宛先のポート番号をパケットに書き込んでIPに引き渡します。

IPはそのパケットに宛先IPアドレスを付け、下位のプロトコルに引き渡します。

アプリケーション層のプロトコル

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HTTP,SMTP,POP,FTP,DNS などの役割,機能を理解する。

用語例:TELNET,DHCP,IMAP,NTP,SOAP(Simple Object Access Protocol)

TCP/IPアプリケーション層のプロトコル

上位のアプリケーション層で働くプロトコルには、インターネットのWWWサービスでHTMLファイルのやり取りに用いられるHTTPや、電子メールのやり取りに用いられるSMTPやPOP3、ファイル転送用のFTPなどがあります。

HTTP(HyperText Transfer Protocol)

Webサーバとブラウザなどのクライアント間でのハイパテキストの送受信のプロトコルです。主に、HTML文書および関連する画像・音声・動画などを受け渡します。

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)

メールサーバ間のメール転送のプロトコルで、メールクライアントからメールサーバへの転送(=メールの送信)に用いられます。

POP3(Post Office Protocol)

メールサーバからメールクライアントへのメール受信のプロトコルで、バージョン3のPOP3が主流です。基本的にすべてのメールを一括で受信し、サーバから削除します。

IMAP(Internet Message Access Protocol)

メールサーバにあるメールを受信したり、操作したりするプロトコルです。サーバにメールが残るので容量を圧迫しないように注意が必要です。

FTP(File Transfer Protocol)

FTPサーバとFTPクライアント間のファイル転送プロトコルです。片方のポートは制御用であるため、HTTPよりも効率の良い転送が可能です。

TELNET

TELNETサーバにTELNETクライアントから接続し、コマンドを入力することにより、サーバを遠隔操作するプロトコルです。遠隔地のコンピュータをインターネット経由で操作することが可能です。セキュリティ上、危険なプロトコルであり、利用には注意が必要です。

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

主に一時的に接続するコンピュータに対して、IPアドレスなどの接続情報を割り当てるプロトコルです。

NTP(Network Time Protocol)

時刻情報を提供し、時計合わせに用いるプロトコルです。NTPサーバから時刻情報を受け取り、NTPクライアントがそのコンピュータの内部時計を合わせます。

 

LAN とWAN のインタフェース

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イーサネット,無線LAN,ISDN,PRI(Primary Rate Interface:1 次群インタフェース),ATM など,LAN とWAN で使用される代表的なインタフェースの役割,機能を理解する。

用語例:10BASE-T,100BASE-TX,1000BASE-T,IEEE802.11a/b/g/n/ac

イーサネット

CSMA/CD方式を用いる、LANの世界標準です。IEEE802.3 委員会によって標準化されました。CSMA/CD方式を採用しているので、トポロジはバス型かスター型になります。その仕様を「●BASE▲」で表します。

10BASE-5

Thickケーブルを用いる、低速ですが伝送距離の長いバス型LANです。

  • 太い同軸ケーブルを利用する。
  • 通信速度:10Mbps(低速)
  • 最大伝送距離:500m(長距離)
  • 高コストで引き回し(敷設)が難しいがケーブルが丈夫で伝送距離が長いので工場などに向く。

10BASE-2

Thinケーブルを用いる、10BASE-5を簡易にしたバス型LANです。

  • 細い同軸ケーブルを利用する。
  • 通信速度:10Mbps(低速)
  • 最大伝送距離:185m(やや長距離)
  • 10BASE-5寄りは低コストで引き回しが楽だが、コストパフォーマンスは低く、ほとんど利用されていない。

10BASE-T

UTPケーブルを用いる、安価で扱いやすいスター型LANです。

  • UTP(より対線)ケーブルを利用する
  • 通信速度:10Mbps(低速)
  • 最大伝送距離:100m(短距離)
  • 短距離だが安価で扱いやすく、広く普及した。より高速な100BASE-TXなどに置き換えられつつある。

100BASE-TX

UTPケーブルを用いるファストイーサネットのスター型LANです。

  • カテゴリ5(高速用)のUTPケーブルを用いる。
  • 通信速度:100Mbps(やや高速)
  • 最大伝送距離:100m(短距離)
  • 高速用のケーブルにより、10BASE-Tを高速化した規格。下位互換性があり、急激に普及している。

100BASE-FX

光ファイバケーブルを用いる、ファストイーサネットのスター型LANです。

  • 光ファイバケーブルを用いる。
  • 通信速度:100Mbps(やや高速)
  • 最大伝送距離:20kmなど(超長距離)
  • 非常に高価だが、周囲の電磁波などによる影響を受けない。

1000BASE-TX

UTPケーブルを用いる、ギガイーサネットのスター型LANです。

  • カテゴリ5のUTPケーブルを用いる。
  • 通信速度:1Gbps(超高速)
  • 最大伝送距離:100m(短距離)
  • 100BASE-TXを超高速化した技術で、UTPケーブルよりもシールド付きケーブルが推奨されており、高価。

1000BASE-LX

光ファイバケーブルを用いる、ギガイーサネットのスター型LANです。

  • 光ファイバケーブルを用いる。
  • 通信速度:1Gbps(超高速)
  • 最大伝送距離:5kmなど(長距離)
  • 非常に効果だが、周囲の電磁波などによる影響を受けず、超高速なLANを長距離で安定して利用できる。

 

CORBA

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

CORBA はプログラム言語やネットワークプロトコルに依存せず,異機種分散環境におけるシステム統合の基盤の考え方として利用できることを理解する。

用語例:分散オブジェクト技術,クライアント,オブジェクトサービス,リクエストアプリケーションオブジェクト

CORBA(Common Object Request Broker Architecture)

分散オブジェクト技術の代表です。OMG(Object Management Group)が制定した分散オブジェクト技術の仕様で、ネットワーク上に分散しているプログラム間で相互利用を可能にする規格です。