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@kiku09020

ネットワークについて自分なりにまとめる

Posted at

はじめに

  • ネットワークについて、あまり詳しくないところがあるため、自分なりに整理してみます
  • かなり雑です
  • 随時更新予定です
  • 間違い等があればご指摘ください

参考

サイト

書籍

図解まるわかり ネットワークのしくみ

↑この本が分かりやすくてオススメです。

ネットワークとは

  • コンピュータ同士でデータをやりとりする仕組み
  • Webサイトでの情報収集とか、ファイルの共有などができる

ネットワークの種類

  • プライベートネットワーク：拠点内のコンピュータ間でのみやりとり可能なネットワーク
  • インターネット：世界中のどのコンピュータ間でもやりとり可能なネットワーク

ネットワークの構成

  • LAN (Local Area Network)：拠点内のネットワーク
  • WAN (Wide Area Network)：LAN同士の接続をするネットワーク

インターネットの構成

  • ISP (Internet Service Provider)：プロバイダ。NTTなどの事業者のこと
  • AS (Autonomous System)：自律システム。大企業などの組織が管理している、インターネット上の領域
  • ISPが複数のASを管理しているような感じ?

ネットワーク機器

  • ルータ
  • L2スイッチ
  • L3スイッチ

機器の働き：

  1. データ受信：物理的信号を受信して、2進数に変換する
  2. データの転送先の決定：データに付与されている情報をもとに、転送先を決定する
  3. データ送信：2進数から物理的信号に変換して、送信する

  • インターフェース(ポート)：PCとかルータにある接続口のこと
  • 伝送媒体：インターフェース同士をつなぐケーブルのこと
    • 光ファイバケーブルとか

ネットワークの接続について

  • ネットワークの接続には、物理的接続と論理的接続がある

    • 物理的接続：インターフェース、ケーブルなどの接続
    • 論理的接続：IPアドレス、サブネットマスクなどをインターフェースに設定すること

  • DHCP：IPアドレスなどの設定を自動的に処理してくれる機能

通信について

データの送受信

  • データは双方向でやりとりされる
    • リクエスト：処理命令などの要求
    • リプライ：リクエストに対する応答

  • クライアント：サービスを利用するコンピュータ
  • サーバ：サービスを提供するコンピュータ

ネットワークモデル

  • ネットワークでの通信方法にはいろんな方法がある

    • クライアント・サーバー方式：クライアントとサーバでデータをやりとりする方法
      クライアント・サーバー1

    • P2P方式：サーバを介さずに、クライアント同士で直接データをやりとりする方法
      1

ネットワークアーキテクチャ

  • ネットワークアーキテクチャ：プロトコルがまとめられたもの
    • 現在は、TCP/IP というアーキテクチャが標準的に利用されている
  • プロトコル：データのフォーマット、処理方法などの通信におけるルールのこと

TCP/IPについて

  • 4つの階層から構成されている

    • アプリケーション層：データのフォーマット、処理順などを定義する役割
      • HTTP, HTTPS
    • トランスポート層：データを対象のアプリに割り当てる役割
      • TCP, UDP
    • インターネット層：ネットワーク間でデータを転送する役割
      • IP
    • ネットワークインターフェース層：LAN, イーサネットのような物理的な接続する役割
      • LAN, Ethernet

  • 階層ごとに、データの呼び方が異なるらしい

    • よく耳にする「パケット」は、インターネット層のデータを指すそう

インターネット層

IPについて

  • IP：インターネット層のプロトコル。E2Eでデータを転送する
    • E2E(エンドツーエンド)：PCから別のPCにデータを転送する通信のこと
  • バージョンによって異なるっぽい
    • IPv4, IPv6がある
  • IPヘッダ：データの送信元、送信先のホストのIPアドレスが含まれているヘッダ

IPアドレス

  • 通信対象のホストを識別するための番号
    • ホストのインターフェースごとに割り当てられている
      • 同じPCなどでも、インターフェースが異なる場合はIPアドレスも異なる

  • 8ビットの2進数(0~255)を10進数にした4つの数字を、.で区切ったもの

    • 例：192.168.1.1
    • 2進数：(11000000 10101000 00000001 00000001)

    2


  • ネットワークの利用範囲によって、IPアドレスが異なる
    • グローバルアドレス：インターネットで利用するIPアドレス
    • プライベートアドレス：拠点内のプライベートネットワーク内で利用するIPアドレス
      • あらかじめ範囲が決められている
        • 192.168から始まるアドレスなど

サブネットマスク

  • IPアドレスは、ネットワーク部とホスト部から構成されている
    • ネットワーク部：ルータ、スイッチなどの番号
    • ホスト部：ホストのインターフェースの番号
  • ネットワーク部とホスト部の区切りは、一定ではない
    • サブネットマスクによって決められる
      • IPアドレス同様、8ビットの2進数32桁から成る
      • 1が連続していくつか並んで構成される
        • 1の部分がネットワーク部、0の部分がホスト部
      • サブネットマスクは、1の桁数を/Xのように表す
        • 例：192.168.1.1/24

特殊なIPアドレス

  • ブロードキャストアドレス：ブロードキャストのIPアドレス
    • IPアドレスのホスト部が255の場合
    • IPアドレスが255.255.255.255の場合
      • リミテッドブロードキャストアドレス：ローカルネットワークのブロードキャストを自動的に指定できるIPアドレス

データの宛先

  • ユニキャスト：1つの送信先にのみデータを転送すること
    • Webの閲覧など
      3
  • ブロードキャスト：同一のネットワーク上のすべてのホストに対して、同じデータをまとめて転送すること
    • ARP, DHCP
      3
  • マルチキャスト：送信先の特定のグループに所属するホスト達に対して、同じデータをまとめて転送すること
    • 動画配信、オンラインゲームなど
      3

ICMP

  • IPによる通信がちゃんとできているかを確認する、インターネット層のプロトコル
  • IPパケットが破棄されたら、ICMPによって送信元にエラーレポートが送られる
  • pingコマンド：ICMPエコー要求メッセージというもので、通信先と通信できているかを確認する

ARP

  • IPアドレスから、MACアドレスに変換する
    • MACアドレス：インターフェースの識別番号
    • イーサネットヘッダにカプセル化される

  • IPアドレス：最終的なホストへのアドレス
  • MACアドレス：ルータなどの経由地点のインターフェースのアドレス

トランスポート層

ポート番号

  • 対象のアプリケーションを識別するための番号

  • ウェルノウンポート：あらかじめ指定されているアプリケーションのポート番号
    • HTTP=80, HTTPS=443 など
  • 登録済みポート：GoogleとかMicrosoftなどの企業が登録しているアプリケーションのポート番号
  • ダイナミックポート：クライアント側で動的に割り当てられるポート番号

TCP

  • 安全にデータを転送するためのプロトコル
  • 3ウェイハンドシェイクという方法で、データ転送前に接続の確立をする
    4
  • 安全性は担保されるけど、速度は遅い
    • Webの閲覧、ファイルの転送などに利用される

UDP

  • 届いたデータを適切なアプリケーションに振り分けるためのプロトコル
  • TCPのようなデータの確認はしない
  • 速度は速いけど、安全性は保証されない
    • ストリーミングサービス、オンラインゲームなどに利用される

アプリケーション層

DNS

  • Webなどのドメイン名とIPアドレスを紐づけて管理する機能
    • ドメイン名：xxx.comなどの人間が認識できるアドレス
    • IPアドレス：192.168.1.1などのコンピュータが認識できるアドレス

DNSサーバ

  • DNSの機能を利用できるサーバ

  • 権威DNSサーバ：ドメイン名とIPアドレスを管理しているサーバ
    • ルートサーバ、トップレベルドメインサーバ(.jp, .comなど)、各ドメインサーバのような階層で存在している
      5
  • キャッシュDNSサーバ：権威DNSサーバにアクセスして、IPアドレスを取得するサーバ

  1. ユーザがドメイン名を指定して、ブラウザからキャッシュDNSサーバにリクエスト
  2. キャッシュがなければ、ルートドメインから階層をたどって問い合わせを繰り返す
  3. IPアドレスが特定できたら、ユーザに返される

さいごに

ざっくりですが、それなりに理解することができました。
(参考の書籍の方が図解付きで分かりやすいのでオススメです)

次回はWebの仕組みについてまとめます。

  1. Wikipedia 「Peer to Peer」 ↩ ↩2

  2. Wikipedia 「IPアドレス」 ↩

  3. Wikipedia 「ユニキャスト」 ↩ ↩2 ↩3

  4. Wikipedia 「3ウェイハンドシェイク」 ↩

  5. Wikipedia 「Domain Name System」 ↩

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