前置き
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データリンクとは
データリンクとは、隣り合う機器同士でデータを正確にやり取りする仕組みのことです。ネットワークの基本層で、データを「フレーム」という単位にまとめ、エラーチェックや機器のアドレス指定を行います。主な例として、イーサネットやWi-Fiがあります。
エンドノードとは
エンドノードとは、ネットワークの端にある機器のことです。データを送ったり受け取ったりする役割を持ち、パソコンやスマートフォン、プリンターなどが該当します。ネットワーク内で通信の始点や終点になる重要な存在です。
##エンドツーエンドとは
エンドツーエンド（End-to-End）とは、ネットワーク通信において、データが送信元の機器（エンドノード）から受信先の機器（エンドノード）まで直接届けられる仕組みや考え方を指します。
主なポイント
- 通信経路上の中間機器（ルーターなど）は、データ転送をサポートするだけで、内容には関与しません。
- データの信頼性や整合性は、送信元と受信先で管理されます。
例えば、インターネット上でのファイル転送やビデオ通話がこの仕組みに基づいて動作します。
直接接続されたリンクのノードとは
直接接続されたリンクのノードとは、同じ物理的または論理的な通信リンクで直接つながっている機器（ノード）のことです。この場合、通信には中継装置（ルーターやスイッチなど）は介在せず、ノード同士が直接データをやり取りします。
例
- 物理的リンク: 1本のイーサネットケーブルでつながった2台のコンピュータ。
- 論理的リンク: 同じWi-Fiネットワーク内で直接通信するスマートフォンとプリンター。
直接接続されたノード間では、データリンク層のプロトコル（例: EthernetやWi-Fi）が通信を管理します。
同一ネットワークのノードとは
同一ネットワークのノードとは、同じネットワークアドレス空間に属し、直接通信できる機器（ノード）のことを指します。これらのノードは、中継機器（ルーター）を介さずに通信が可能です。
主な特徴
- IPアドレスの共通部分: ノードのIPアドレスが同じサブネット内にある場合、同一ネットワークとみなされます（例: サブネットマスクで決まる範囲）。
- 通信方法: 通常、同一ネットワーク内のノード間通信は、スイッチやハブなどの中継装置を使用しますが、ルーターは不要です。
例
- 家庭内LANで同じWi-Fiに接続しているPCやスマートフォン。
- 会社のネットワークで同じサブネットにあるプリンターやサーバー。
これにより、データの転送が効率的に行われます。
リモートノードとは
リモートノードとは、現在のノード（機器）から見て、直接接続されていないネットワーク上の別のノードを指します。これらのノードは、中間機器（ルーターなど）を介して通信を行います。
主な特徴
- 異なるネットワークに存在: リモートノードは通常、異なるサブネットや地理的に離れた場所にあります。
- ルーティングが必要: 通信にはルーターを使用してデータを適切な経路で送る必要があります。
- IPアドレスで識別: リモートノード同士は、IPアドレスを使って通信を行います。
例
- インターネット経由で通信するサーバーとクライアント。
- 異なる拠点にある企業ネットワーク内のコンピュータ同士。
リモートノードとの通信は、エンドツーエンドモデルやTCP/IPプロトコルによって管理されます。
隣接ノードとは
隣接ノード（Adjacent Node）とは、ネットワーク上で直接接続されているノードのことを指します。これらのノード間では、中間のルーターやスイッチを介さずにデータをやり取りできます。
主な特徴
- 物理的または論理的接続: ケーブルや無線で直接つながっている。
- データリンク層で通信: 通信はデータリンク層プロトコル（例: EthernetやWi-Fi）で管理されます。
- アドレス解決が可能: MACアドレスなどの物理アドレスを使って通信を行います。
例
- 同じイーサネットケーブルで接続された2台のコンピュータ。
- 同じWi-Fiアクセスポイントに接続しているスマートフォンとプリンター。
隣接ノードは、ローカルネットワーク内での基本的な通信の単位です。
レイヤ2の役割とは
レイヤ2（データリンク層）の役割は、ネットワーク上で隣接するノード間の通信を効率的かつ正確に行うことです。OSI参照モデルの第2層に位置し、物理層（レイヤ1）から受け取ったデータを管理し、上位層（ネットワーク層）に引き渡します。
主な役割
-
データのフレーム化
- データを「フレーム」という単位に分割し、送信側で整形し、受信側で再構築します。
-
エラーチェックと訂正
- 伝送中に発生したエラーを検出し、必要に応じて訂正します（例: CRCチェック）。
-
物理アドレス指定
- ノード間の通信において、MACアドレスなどの物理アドレスを用いてデバイスを特定します。
-
フロー制御
- 送信と受信の速度を調整して、データの過剰な送信や取りこぼしを防ぎます。
-
アクセス制御
- 同じ通信媒体を共有する複数のデバイスが、データ送信のタイミングを調整するための制御（例: CSMA/CD）。
例
- イーサネット（Ethernet）: ローカルネットワークで広く利用されるデータリンク層プロトコル。
- Wi-Fi: 無線ネットワークでデータリンク層の役割を果たします。
レイヤ2は、データの信頼性と効率的な通信を保証し、ネットワーク全体の基盤を支える重要な役割を担っています。
レイヤ3の役割とは
レイヤ3（ネットワーク層）の役割は、異なるネットワーク間でデータを転送し、最適な経路を選択することです。OSI参照モデルの第3層に位置し、データリンク層から受け取ったデータを、目的のネットワークやホストへ適切に届けるための処理を行います。
主な役割
-
ルーティング
- 異なるネットワーク間でデータを転送するために、最適な経路（ルート）を選択します。ルーターがこの役割を担います。
-
IPアドレスによる通信
- データの送信先を指定するために、IPアドレスを使用します。これにより、グローバルなネットワークでの通信が可能になります。
-
パケットの転送
- 送信されたデータをパケットという単位に分割し、目的のネットワークまで転送します。
-
ネットワークの分割
- サブネットを使って大きなネットワークを小さなネットワークに分割し、効率的な通信を実現します。
-
アドレス変換とNAT（ネットワークアドレス変換）
- プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスを変換し、インターネットとの通信を可能にします。
例
- IP（インターネットプロトコル）: インターネットや企業ネットワークで使用され、データパケットを目的地に届けるための基本的なプロトコル。
- ルーター: 異なるネットワーク間でデータパケットを転送し、最適な経路を選択します。
レイヤ3は、ネットワーク全体の接続性を提供し、データが異なるネットワーク間を越えて送信される際の重要な役割を担っています。
IPv4アドレスとは
IPv4アドレス（Internet Protocol version 4アドレス）は、インターネットやローカルネットワークでデバイスを一意に識別するために使用される、32ビットの数値で構成されたアドレスです。IPv4は最も広く使用されているIPアドレスの形式で、通常は4つの10進数（0〜255）に分けられた形式で表現されます。
形式
IPv4アドレスは、次のような「ドット区切り10進数形式」で表されます：
192.168.0.1
この場合、各「192」「168」「0」「1」の部分は、8ビット（1バイト）の値を示し、合計で32ビットになります。IPv4アドレスは次のように構成されています：
- 32ビット = 4オクテット（1オクテット = 8ビット）
アドレスの種類
- ユニキャスト: 1対1の通信で、特定のホストへのデータ送信。
- ブロードキャスト: 同一ネットワーク内のすべてのホストにデータを送信。
- マルチキャスト: 複数のホストにデータを送信（特定のグループに対して）。
クラス
IPv4アドレスは、使用する範囲によっていくつかの「クラス」に分類されます。代表的なものは次の通りです：
- クラスA: 0.0.0.0〜127.255.255.255（大規模なネットワーク用）
- クラスB: 128.0.0.0〜191.255.255.255（中規模なネットワーク用）
- クラスC: 192.0.0.0〜223.255.255.255（小規模なネットワーク用）
アドレスの枯渇
IPv4は32ビットのため、約43億個のアドレスが使用可能ですが、インターネットの普及により、IPアドレスが不足する問題が発生しました。このため、IPv6への移行が進められています。
ネットワークアドレスとは
ネットワークアドレスとは、特定のネットワークを識別するためのIPアドレスの一部です。ネットワーク内の全てのデバイスが共通して持つ部分で、ネットワークの範囲を示します。ネットワークアドレスは、IPアドレスとサブネットマスクを使って決まります。
ネットワークアドレスは、ルーティングやアドレス管理において非常に重要な役割を果たし、効率的なデータ転送を実現するために使用されます。
ブロードキャストドメインとは
ブロードキャストドメインとは、ネットワーク内でブロードキャストメッセージ（全ての機器に送信されるメッセージ）が届く範囲のことです。同じブロードキャストドメイン内の全てのデバイスは、他のデバイスが送信したブロードキャストメッセージを受け取ります。ルーターが異なるドメイン間でのブロードキャストメッセージを中継しないため、サブネットやVLANで分けられることがあります。
重要なポイント
- ブロードキャストドメインのサイズが大きくなると、ネットワークの効率が低下することがあります。なぜなら、大量のブロードキャストメッセージがネットワーク全体に影響を与えるためです。
- サブネット化やVLAN（仮想LAN）を使って、ブロードキャストドメインを適切に分割することが、ネットワークのパフォーマンスを向上させる手段となります。
コリジョンドメインとは
コリジョンドメインとは、ネットワーク内でデータの衝突（コリジョン）が発生する範囲のことです。特に、複数のデバイスが同じ通信媒体（例: イーサネットケーブル）を共有している場合、同時にデータを送信しようとすると衝突が起こることがあります。コリジョンドメインは、スイッチやブリッジで分割され、ルーターは異なるコリジョンドメイン間での衝突を防ぎます。
サブネットマスクとは
サブネットマスクとは、IPアドレスをネットワーク部とホスト部に分けるためのルールを示す32ビットの値です。ネットワーク部を識別して、同じネットワークに属するデバイス同士の通信を可能にします。サブネットマスクは通常、255.255.255.0 のような形式で表され、ネットワーク部分を1、ホスト部分を0で示します。
ワイルドカードマスクとは
ワイルドカードマスクとは、IPアドレスとサブネットマスクに関連する設定で、特定のビットを「無視する」または「一致させる」ことを示すために使用されるマスクです。通常、アクセスリストやルーティング設定で使われ、ネットワーク部とホスト部のどちらを比較対象にするかを指定します。
主な特徴
- ワイルドカードマスクの「1」は、対応するビットが「無視される」ことを意味し、「0」は対応するビットが「一致する」ことを意味します。
- 例: サブネットマスクが
255.255.255.0の場合、ワイルドカードマスクは0.0.0.255になります。
ワイルドカードマスクは、特にネットワーク設定やフィルタリングで柔軟にIPアドレスの範囲を指定するために使用されます。
リモートネットワークとは
リモートネットワークとは、現在のネットワークから物理的または論理的に離れた場所にある、別のネットワークのことです。通常、インターネットやVPNなどを介して接続されます。リモートネットワークにあるデバイスと通信するためには、ルーターやゲートウェイを使用してデータを転送する必要があります。
異なるネットワークとは
異なるネットワークとは、IPアドレスやサブネットマスクが異なる、通信範囲が分かれたネットワークのことです。これらのネットワークは、通常、ルーターなどの中継機器を使って通信します。異なるネットワーク間でデータを送るためには、ルーティングが必要です。
MTUとは
MTU（Maximum Transmission Unit）とは、ネットワーク上で一度に送信できる最大のデータサイズを指します。通常、ネットワークパケットのサイズを指定し、MTUが大きいほど一度に送信できるデータ量が増えますが、あまり大きすぎると分割や再送信が必要になることがあります。一般的に、イーサネットのMTUは1500バイトです。
インターネットにおけるTCP/IPの役割とは
インターネットにおけるTCP/IPの役割は、データの送受信を信頼性高く、効率的に行うためのプロトコル（通信規約）を提供することです。TCP（Transmission Control Protocol）は、データの信頼性を保証し、送信したデータが正しく届くように管理します。IP（Internet Protocol）は、データを目的の場所に届けるために、適切な経路を選択してデータを転送します。TCP/IPは、インターネットを含む多くのネットワークで、データ通信の基盤となる重要な役割を果たしています。