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お題は不問!Qiita Engineer Festa 2023で記事投稿!

ChatGPT先生のお陰でネットワークスペシャリストに合格した話

Last updated at Posted at 2023-07-02

ネットワークにそこまで強くなかった学生ながら、ChatGPT先生に教えてもらい勉強したことでネットワークスペシャリストに合格できたので、その知見をまとめました!

nw_pass.png

本記事で伝えたいこと

ChatGPTに質問することは手軽にできる経験・アウトプットであり、
ChatGPTと対話することで効率よく学習ができる

ネットワークスペシャリスト試験とは?

ネットワークスペシャリスト試験 (略称 ネスペ NW) は、情報処理推進機構 (IPA) が主催する国家資格群 情報処理技術者試験の一つであり、

「ネットワークの固有技術からサービス動向まで幅広く精通し、目的に適合した大規模かつ堅牢なネットワークシステムを構築し運用できるネットワークエンジニアやインフラ系エンジニアを目指す方に最適」1

であるとされる高度試験です!要は組織や建物のネットワークを一通り構築・管理できて、かつ情報をキャッチアップできる基礎が身に付いているかが問われる試験になります。

試験全体は午前Ⅰ、午前Ⅱ、午後Ⅰ、午後Ⅱの4つから構成され、午前は選択式、午後は筆記になります。合格基準は全て6割以上です。

形式 試験時間 内容 対策
午前Ⅰ (選択式) ※ 50分 高度試験共通のIT関連の問題が30問出題されます。 過去問道場
午前Ⅱ (選択式) 40分 ネットワーク特有の問題について25問が出題されます。 過去問道場
午後Ⅰ (筆記) 90分 事例単位で知識が問われます。大問3問中2問を回答します。 過去問と参考書類
午後Ⅱ (筆記) 120分 事例単位で知識が問われます。大問2問中1問を回答します。 過去問と参考書類

※ 直近2年間で高度試験に合格していれば免除

攻略の定石 〜過去問〜

ChatGPTの話題の前に、受験する皆様に絶対に伝えておかねばならないネスペひいては情報処理技術者試験共通の対策定石があります。それは

過去問をやれ

です。これに尽きます。

勉強スケジュールを決めるとか目標をどうのこうのとかありますがそれは人によって合う合わないがあります。

しかし過去問をやれだけは全人類共通の対策方法になります。特に午前問題は過去問に100%答えられるなら新規問題の割合は多くないので確実に合格します!

午後問題も、過去問と同じ単語を答えさせる問題が何回か出てくるので、「この単元・単語が好きなんだな」みたいな傾向がわかったりします。それ以上に 「どれぐらいの粒度でどのような観点の回答をすべきか」 を抑えることができるので、具体的な習得目標ができ、「全く過去問を解かなかった人」と比べると大きなアドバンテージになります。

残念ながらどんな攻略法よりも、四の五の言わずに過去問を解くのが一番効率的なのです。

でも過去問中心って辛いんですよね

ネスペ以外にもIPA試験を何度か受けてきた筆者は、いい加減まずは過去問道場の午前問題を100%にすることから始めるようになりました。ある程度の基礎もついでに午前対策で身に付けます。

しかし筆者は定石である「過去問から学んだ知識を応用する」のがあまり得意ではなく、午後問題については、どうしても先に「参考書読破」を入れないと、モチベーションが保てず理解も深まらないタイプでした。

特にネットワークは、他の分野ほど実践を積んでいなかったため、大学の授業で教えてもらった基礎レベルぐらいの知識しかない状態からのスタートでした。いきなり過去問を解いても何もわからず、解説も目が横滑りするような有様です。

人間、全く知らない知識に関する記述は脳に入ってこないものです。試験合格の壁はそこにあるのでしょう。

助けて!ChatGPT先生

「参考書読破」はどうしても避けられそうにありません。とりあえず参考書を用意します。

選んだ参考書: 情報処理教科書 ネットワークスペシャリスト 2022年版 2

幸い大学で基礎知識は教えてもらっていたお陰で、最初の方はなんとか読めました。

しかしここで止まります。実践・経験が伴わない読書では、ふわふわとしたイメージしか持てないので記憶が定着しづらいのです。

ここでChatGPT先生の出番です!シンプルに、先生にわからないところを質問しました。以下は一例です3。なお、筆者は課金勢なので使用したのはGPT-4になります。

一応確認しておりますが、本節以降に掲載している内容には(ChatGPT、筆者ともに) 誤りやハルシネーションが含まれている可能性があります 。参考程度に捉えてください。もし大きく誤った内容がありましたらコメントいただけると幸いです。

筆者
ルーターとL3スイッチはどう違うのでしょうか?

こんな初心者丸出しな質問でも、ChatGPT先生なら「お前もうネスペ受けるのやめろ」みたいなお叱りを受けることはなく、とても丁寧な回答をしてくださいます!

ChatGPT先生
ルーターとL3スイッチ(レイヤ3スイッチ)は、ネットワーク上でデータを転送するためのデバイスですが、
役割と機能にいくつかの違いがあります。主な違いは以下の通りです。

1. レイヤー(層)の違い:
ルーターは、OSI参照モデルの第3層(ネットワーク層)で動作し、IPアドレスを基にデータを転送します。
一方、L3スイッチは、主に第2層(データリンク層)で動作するスイッチの機能に加えて、
ルーターのように第3層でのルーティング機能を持っています。
これにより、L3スイッチは、MACアドレスとIPアドレスの両方を基にデータを転送できます。

2. 速度:
L3スイッチは、ハードウェアでルーティング処理を行うため、ルーターに比べて高速なデータ転送が可能です。
そのため、L3スイッチは大規模なネットワーク環境でのパフォーマンス向上に役立ちます。

3. 機能と使用目的:
ルーターは、異なるネットワーク間の通信を可能にし、インターネット接続を提供する役割があります。
また、ルーターはファイアウォールやVPN機能などのセキュリティ機能を持つことが一般的です。
一方、L3スイッチは、ネットワーク内での通信を効率化し、セグメント化やVLAN機能を提供することが主な目的です。
ただし、L3スイッチはルーターほど高度なセキュリティ機能を持っていないことが多いです。

総合的に見ると、ルーターはネットワーク間の通信やインターネット接続、
セキュリティ機能が重要な場合に適しています。
一方、L3スイッチは、ネットワーク内での通信効率やパフォーマンス向上が求められる場合に適しています。

特にIT系は情報が多いからか、他の分野の質問よりも詳細に、網羅的に答えてくれている感がありますね。

そしてこの質問1つを取っても、ChatGPT先生へ聞けることならではの良さがわかります。

良さ①: 手軽に質問できる

誰か人に質問する時は、質問する側の態度を取ることはもちろんのこと、わかりやすさ等の観点でも回答してくれる人にとって不快にならないような文章・内容を考える必要があります。

でもこれって、結構時間を消費します...少なくとも、現在の学習の手を止めてしまいます。

ChatGPT先生になら先程のようにとりあえず質問するということが可能です!これを「心理的安全性が高い」と表現している方もいます。

専門家から見れば頓珍漢かもしれない、雑な質問でも答えてくれるのも良さです。「質問という行為への躊躇」が一切不要になります!

良さ②: でも、質問文自体を考える機会をくれる

もう一つ、ChatGPT先生のすごいところがあります。それは「質問文の質次第で、回答の質も変わる」という性質です!前節とは逆になりますが、質問文を考えることに意味が残っています。

テキトーな質問を投げかけても良いけど、テキトーな質問だとテキトーな回答しか返ってきません!

筆者
IPv6について学習中です。IPv6はNATが要らないそうですが、
ではリンクローカルアドレスやユニークローカルアドレスはどのような場合に設定されるのでしょうか?

(↓回答は長いので記事の読みやすさのため折りたたみます)

結局ローカルアドレスの必要性がわからない回答
ChatGPT先生
IPv6にはNAT(ネットワークアドレス変換)の必要性が低い理由は、IPv6が提供するアドレス空間が非常に大きいため、
各デバイスが一意のパブリックアドレスを持つことが可能であるからです。

それでは、リンクローカルアドレスとユニークローカルアドレスは何に使うのでしょうか。

・リンクローカルアドレス: これはIPv6デバイスが自身のネットワークインターフェース(通常はLANカード)に
自動的に割り当てるアドレスで、それが存在するローカルネットワーク(リンク)内でのみ有効なアドレスです。
このアドレスは、ネットワーク接続がアクティブになるとすぐに自動的に生成され、
そのネットワーク(リンク)内での通信に使用されます。
ルータはこれらのアドレスを他のネットワークに転送しないので、インターネットに到達することはありません。
IPv6ではリンクローカルアドレスが必須で、プロトコルが正しく動作するためには必要です。

・ユニークローカルアドレス: これは、プライベートな内部ネットワークで使用するためのアドレスです。
これらのアドレスはグローバルに一意であるとは限りませんが、ネットワーク間で一意であることが期待されます。
これらのアドレスは通常、企業内部のネットワークなど、
インターネットから分離したい大規模なネットワークで使用されます。
IPv4のプライベートアドレスと同じような役割を果たしますが、IPv6のアドレス空間の大きさから来る一意性により、
異なるネットワーク間でのアドレスの衝突(オーバーラップ)を避けることができます。

これらのアドレスタイプはIPv6のフレキシブル性を示しており、それぞれ特定のユースケースで役立ちます。
これにより、ネットワーク管理者はネットワークのセキュリティと効率性を最適化することができます。

特定のユースケースって何でしょうか...?続けて聞いてももちろん良いですが今回は質問を改めて聞き直してみます

===== 折りたたみここまで =====

的を射ないのはChatGPT先生のせいではなく筆者の聞き方が悪いからです。

参考書に書かれた内容を考察し、自分が知りたいことをはっきりさせ詳細に尋ねると、「Yes/No」といったシンプルな回答とともに詳細を答えてくれます。

筆者
IPv6について学習中です。IPv6は広いアドレス空間のお陰でホストのIPアドレスを
直接グローバルスコープのアドレスにすることができ、
NATが要らないというところまで理解しました。

ではそうなるとリンクローカルアドレスやユニークローカルアドレスが
どのような場合にどのように設定されるかがよくわからなくなります。
そもそも、インターフェースとIPアドレスは1対1なのでしょうか?
それとももしかして、一つのインターフェースにユニークローカルアドレスとグローバルアドレスの両方が
設定されている等なのでしょうか?教えていただけると幸いです。
ChatGPT先生
はい、その通りです。IPv6では、一つのインターフェースに複数のIPv6アドレスが割り当てられることがあります。
これにより、同じインターフェースで異なるアドレススコープを持つ複数のIPv6アドレスを使用することができます。

具体的には、以下のような状況が考えられます。

1. リンクローカルアドレス: リンクローカルアドレスは、同一リンク内での通信を行うためのアドレスで、
主にネットワークの設定や管理を行う際に使用されます。
IPv6対応のインターフェースは、自動的にリンクローカルアドレスを生成し割り当てられます。
リンクローカルアドレスは、インターネットへのルーティングが行われないため、
同一リンク内での通信に限定されます。

2. ユニークローカルアドレス: ユニークローカルアドレスは、
サイト内や企業内ネットワークで使用されるプライベートなアドレスです。
インターネットへの直接的なアクセスはできませんが、
サイト間のVPN接続などを通じて他のユニークローカルアドレスと通信することができます。
これらのアドレスは、インターネット上で一意である必要はないため、自由に割り当てられます。

3. グローバルアドレス: グローバルアドレスは、インターネット上で一意である必要があり、
インターネット全体と通信するために使用されます。
通常、ISPから割り当てられるか、または設定されます。

一つのインターフェースにリンクローカルアドレス、ユニークローカルアドレス、
そしてグローバルアドレスが同時に割り当てられることがあります。
これにより、インターフェースは異なるアドレススコープに応じた通信を行うことができます。

ChatGPT先生は、質問者の質問をただウンウンと聞いてくれるだけのラバーダックではできない、質問の質を高めさせる機会を質問者に与えてくれます。

そしてより良い質問を考えるために参考書を読み込む動機が生まれます。

ChatGPT先生に質問するという小さな目的があるために、勉強に身が入るという寸法です!これなら目が滑りません!

そして前述の通り質問は手軽に何度でも試せます。フィードバック付きでトライアンドエラーが繰り返せる環境というのは、勉強には最適です!ChatGPTは学習デバッガーなのです。

良さ③: 継続して質問ができる

ChatGPT先生とのやり取りは、回答をもらった後にも内容を記憶したまま続けることが可能です。この性質も学習を捗らせます!

筆者の質問履歴を振り返ると、平均して2、3回やり取りを行っているものが多かったです。流れとしては、

  1. 【筆者】前提の確認
  2. 【ChatGPT先生】前提に関する詳細を応答
  3. 【筆者】本当に聞きたかったことを聞く
  4. 【ChatGPT先生】前提回答に基づいてYes/Noで回答

という感じでした。

こういう使い方をしていた理由はいくつかあります。

  • ChatGPTのようなLLMは「会話の流れから考えられる最も"自然な"回答を返す」AIであること
    • つまり、少しずつ会話を積み重ねたほうが会話をコントロールしやすいです。
    • 試験対策以外でも、段階的に出力させたほうが精度が高いことが筆者の中で経験則になっていました。
  • そもそも筆者の前提が間違っている可能性の考慮
    • 前提が間違っているのにいきなり本題を聞くと、頓珍漢な回答が返ってきて筆者も混乱して終わります。

ChatGPT先生の前提質問に対する回答が、参考書で得た自分の理解と一致しているかを確認することで、「もう一度」知識をインプットできる点が良いです。さらに、「本当に聞きたかったこと」を質問としてまとめる際にも大きな参考になります。

先程のIPv6の例では、本当はIPv4との相違点を感じたことが質問を始めた動機でした。そのため次のように続けています。

筆者
ありがとうございます。IPv4では一つのインターフェースが複数のIPアドレスを持つことは
なかったような気がします、どうでしたでしょうか?
ChatGPT先生
IPv4でも、一つのインターフェースが複数のIPアドレスを持つことは可能です。
これは「IPアドレスのエイリアシング」と呼ばれる機能で、
一つの物理インターフェースに複数のIPアドレスを割り当てることができます。
ただし、IPv4ではこの機能が一般的ではなく、特定の状況や要件においてのみ使用されることが多いです。

IPアドレスのエイリアシングは、以下のようなシナリオで使用されることがあります。

1. 複数のサブネットを1つのインターフェースでサポートする場合
2. サーバーに複数のIPアドレスを割り当てることで、
異なるサービスやアプリケーションを別々のIPアドレスで提供する場合
3. ネットワークの再構成を行う際に、旧IPアドレスと新IPアドレスの両方を一時的に割り当てる場合

IPv6では、アドレススコープや自動アドレス割り当てなどの機能があらかじめ設計されているため、
一つのインターフェースに複数のIPアドレスが割り当てられることがより一般的です。
しかし、IPv4でも上記のような特定のシナリオでは複数のIPアドレスが割り当てられることがあります。
筆者
ということは「リンクローカルアドレスとグローバルアドレスの両方を持てる」は
IPv4からIPv6に加わった新機能とみなして良さそうですね?
ChatGPT先生
はい、「リンクローカルアドレスとグローバルアドレスの両方を持てる」という点は、
IPv6に加わった新機能とみなして良いでしょう。

IPv4では、リンクローカルアドレスは存在しますが、169.254.0.0/16の範囲に限定されており、
自動的に割り当てられることはありません。
また、IPv4ではリンクローカルアドレスが一般的にはあまり使われないため、
実際にはインターフェースがグローバルアドレスのみを持つことがほとんどです。

IPv6では、リンクローカルアドレスが自動的に割り当てられる仕組みが導入され、
インターフェースがリンクローカルアドレスとグローバルアドレスの両方を持つことが一般的になりました。
これにより、IPv6ではインターフェースが複数のアドレスを持つことがより自然な状態となっています。

また、IPv6ではアドレススコープがより明確に定義され、
リンクローカルアドレスやユニークローカルアドレスなど、
IPv4にはないアドレススコープが追加されています。
これにより、IPv6のインターフェースは複数のアドレススコープに対応したアドレスを持つことができます。

この「対話的な」やり取りは、周辺知識を頭に入れつつ、ChatGPT先生の回答を理解しながら行いました。

つまり、会話を繰り返すほど、知識が定着します!インターネット上で誰か人に質問する場合と違って、返答がすぐに返ってくることも、思考を邪魔することがない素晴らしい利点です。

まとめ: 体験・経験を提供してくれる

ここまでのChatGPT先生とのやり取り、何かに似ています。

  • わかりやすい質問(内容)を考え、
  • 順序立ててまとめて、
  • 納得のいく結論につなげる

...そう、記事執筆です(強引)!ChatGPT先生とのやり取りが起承転結を伴う一つの学習単位となり、それ自体が小さなアウトプットになっています。

プログラミングと違って直接確認・検証がしづらい事柄でも、こうしてChatGPT先生と対話することで、私の場合、いつもQiitaで行っていることと変わらない思考パターンで学習ができます。

参考書をただ読むだけでは知識が定着しないのが筆者の悩みでしたが、ChatGPT先生のおかげで、情報をまとめるための主体的な学習4ができ、無事に参考書を一通り読むことができました!

その他のChatGPT先生とのやり取り例

ChatGPT先生に質問しまくることで学習効率を上げ、無事に合格できたということで、これ以上紹介するノウハウはないのですが、せっかくなのでその他の質問事例を本節で紹介したいと思います。

細かい知識の補完

参考書に載っておらずわからなかった細かい知識の補完に使うケースが結構ありました。

IPヘッダID生成

筆者
IPヘッダにはIDが含まれますが、このIDはどのように生成されるのでしょうか?
どのように一意性が担保されるのでしょうか?衝突することはないのでしょうか?
ChatGPT先生
IPヘッダに含まれるIDフィールドは、IPパケットの識別子です。
IPv4ヘッダにおけるIDは、16ビットの数値で表現され、
フラグメントされたパケットを正確に再構築するために使用されます。
しかし、IPv6では、IDフィールドは廃止され、拡張ヘッダの一部としてフラグメントヘッダが導入されました。

IDの生成方法は、通常、オペレーティングシステムやネットワークスタックの実装に依存します。
一般的な方法としては、カウンターを使ってIDを生成する方法があります。
この場合、各送信パケットに対してカウンターの値がインクリメントされ、それがIDとして割り当てられます。
これにより、一定程度の一意性が担保されます。

ただし、16ビットの数値で表現されるIDは、65,536の異なる値しか取れません。
そのため、高速な通信環境や長期間の通信においては、IDの衝突(同じIDが複数のパケットに割り当てられる)が
起こる可能性があります。
通常、IDの衝突は稀であり、フラグメントされたパケットが正しく再構築できないことによる
問題はめったに発生しませんが、衝突が発生する可能性をゼロにすることはできません。

IDの衝突が問題になる可能性がある場合、
ランダムなID生成方法を使用することで衝突のリスクを軽減することができます。
ただし、ランダムなID生成方法でも衝突の可能性は完全には排除できませんが、確率はかなり低くなります。

送信元・送信先に関係なくパケットには一意にIDが付くのかと思っていた(UUIDのイメージです)のですが、16ビットだとすぐ枯渇しそうだなというのが質問を始めて回答をもらった時点での筆者の脳内でした。

筆者
ということは、あるルーターでフラグメントされたパケットを再構築する際には、
IDだけではなく宛先IPアドレスと送信元IPアドレスも
同一パケットであることの確認に用いられるということでしょうか?
ChatGPT先生
はい、その通りです。フラグメントされたパケットを再構築する際には、IPヘッダのIDだけでなく、
送信元IPアドレスと宛先IPアドレスも考慮されます。
これにより、同じIDを持つ異なるパケットが衝突した場合でも、
送信元と宛先のIPアドレスが異なれば、再構築の過程で区別されます。

再構築プロセスは、ルーターや受信側のホストで行われます。
フラグメントされたパケットが到着すると、再構築のために一時的にバッファに格納されます。
再構築は、以下の情報に基づいて行われます。

1. IPヘッダのID
2. 送信元IPアドレス
3. 宛先IPアドレス
4. フラグメントオフセット(パケット内のフラグメントの位置を示す)

これらの情報を用いて、正しい順序でフラグメントを組み立て、元のパケットを再構築します。
送信元と宛先のIPアドレスを考慮することで、IDの衝突があっても再構築プロセスに問題が生じにくくなります。
ただし、同じ送信元と宛先の間でIDの衝突が発生した場合、再構築に問題が発生する可能性があります。
しかし、そのような状況は非常に稀であるため、通常は問題になりません。

ググってもなかなか出なかったので、こうやって方法を示してもらえると安心します。ただこういう時は誤りが含まれている可能性もなくはないので、「知識を得る」というよりは単に 「納得する」という感覚で終えています

混乱した時の整理

先程のルーターとL3スイッチのように、ネットワークでは似ているのに役割が違うものがあったり、「なぜそのような構造になっているの?」となるものがあることがしばしばで、読み進めると結構混乱します。そのような時に純粋に質問したり理解が合っているか確認したりしました。

プロキシとNAPTの違い

筆者
プロキシサーバーとNAPTの違いを教えてください。
ChatGPT先生
プロキシサーバーとNAPT(Network Address Port Translation)は、
インターネット接続を管理するために使用される技術ですが、異なる方法で機能します。

1. プロキシサーバー:
プロキシサーバーは、クライアントとインターネット上の他のサーバーとの間にある中間サーバーです。
プロキシサーバーは、クライアントからのリクエストを受信し、
そのリクエストをインターネット上の適切なサーバーに送信します。
そして、そのサーバーからの応答を受け取り、クライアントに送り返します。
プロキシサーバーは、キャッシュ、フィルタリング、セキュリティ、アクセス制御などの目的で使用されます。
プロキシサーバーは、IPアドレスを隠すこともできますが、その機能は本質的には中間サーバーとしての役割です。

2. NAPT(Network Address Port Translation):
NAPTは、NAT(Network Address Translation)の一種であり、
複数のプライベートIPアドレスを単一のパブリックIPアドレスにマッピングする技術です。
NAPTでは、IPアドレスだけでなく、トランスポート層のポート番号も変換されます。
これにより、多数のホストが同時にインターネットに接続できるようになり、
IPアドレスの節約が可能になります。
また、プライベートIPアドレスが公開されないため、セキュリティが向上します。

要約すると、プロキシサーバーは、インターネット上のリクエストと応答を中継する中間サーバーであり、
キャッシュやフィルタリングなどの機能があります。
一方、NAPTは、複数のプライベートIPアドレスを単一のパブリックIPアドレスにマッピングする技術であり、
IPアドレスの節約とセキュリティ向上が目的です。
筆者
クライアントPCから見るとインターネットに接続できる点は同じだが、
動いている層が違う、というイメージでしょうか?
ChatGPT先生
はい、そのイメージは正確です。
プロキシサーバーとNAPTはどちらもインターネットに接続するために使用されますが、
動作する層と機能が異なります。

プロキシサーバーは、主にアプリケーション層で動作し、
クライアントとインターネット上のサーバーとの間の中間サーバーとして機能します。
プロキシサーバーは、キャッシュ、フィルタリング、アクセス制御などの目的で使用されることがあります。

一方、NAPTは、主にネットワーク層とトランスポート層で動作し、
複数のプライベートIPアドレスを単一のパブリックIPアドレスにマッピングすることで、
IPアドレスの節約とセキュリティ向上を実現します。

クライアントPCから見ると、どちらの技術もインターネットに接続できる点は同じですが、
動作する層と目的が異なるため、使用されるシナリオや要件によって選択される技術が変わります。
筆者
そうなってくると、リバースプロキシとNAPTの関係が気になってきます。

グローバルIPを持つリバースプロキシは先程のプロキシサーバーとは逆に、
プライベートIPアドレスしか割り当てられていないホストのサービスを
インターネットに公開するのに利用できると思います。
NAPTではこのようなことは不可能なのでしょうか?それとも普通に行われることなのでしょうか?

↑ここで急に話題を少し変える筆者。人間相手だったら「こいつ混同してるんじゃ...?」って思われても不思議ではありません。でもChatGPT先生は冷静に返答してくれます。

ChatGPT先生
リバースプロキシとNAPTはどちらもインターネットへの接続を管理する方法ですが、
異なる目的と機能を持っています。

リバースプロキシは、インターネット上のクライアントからのリクエストを受信し、
そのリクエストを内部ネットワーク上の適切なサーバーに転送する役割を持ちます。
リバースプロキシは、パブリックIPアドレスを持ち、
プライベートIPアドレスのサーバーのサービスをインターネットに公開するために使用されることがあります。
リバースプロキシは、ロードバランシングやセキュリティ、キャッシュなどの目的で使用されます。

一方、NAPTは、複数のプライベートIPアドレスを単一のパブリックIPアドレスにマッピングする技術であり、
IPアドレスの節約とセキュリティ向上が主な目的です。
NAPTでは、ポートフォワーディングという機能を使って、
特定のポートへのトラフィックを内部ネットワーク上の特定のホストに転送することができます。
これにより、プライベートIPアドレスを持つホストのサービスをインターネットに公開することが可能になります。

したがって、NAPTでもプライベートIPアドレスを持つホストのサービスをインターネットに公開することは可能です。
ただし、リバースプロキシと比較して機能が限定されており、
ロードバランシングやキャッシュなどのリバースプロキシが提供する高度な機能は利用できません。
どちらの技術を使用するかは、シナリオや要件に応じて選択されます。
筆者
NAPTでプライベートIPアドレスを持つホストのサービスを公開する場合、
動的に割り振るのではなくて性的な設定を記述する感じでしょうか?
NAPTを実際に設定するアプリケーション等に疎いので具体例等くださると幸いです。

性は静のタイポです :upside_down: エッチ
先生にはスルーされました。

ChatGPT先生
NAPTでプライベートIPアドレスを持つホストのサービスをインターネットに公開する場合、
通常は静的な設定を行います。これは、ポートフォワーディングと呼ばれる機能を使用して、
特定のポートへのトラフィックを内部ネットワーク上の特定のホストに転送します。

具体的な設定方法は、使用しているルーターやファイアウォールのメーカーやモデルによって異なりますが、
一般的な手順は以下の通りです。

1. ルーターの管理画面にアクセスし、ログインします。
2. NAPT(またはNAT、ポートフォワーディングと呼ばれることもあります)の設定ページに移動します。
3. 新しいポートフォワーディングルールを作成します。これには、以下の情報が必要です。
・ パブリックポート(外部からアクセスするポート)
・ プライベートポート(内部ネットワーク上のホストがリッスンするポート)
・ プロトコル(TCP、UDP、または両方)
・ 内部ネットワーク上のホストのプライベートIPアドレス
4. 設定を保存し、ルーターを再起動する場合は再起動します。

これで、インターネット上から指定されたパブリックポートにアクセスすると、
対応するプライベートポートをリッスンしている内部ネットワーク上のホストにトラフィックが転送されます。

例えば、あなたが内部ネットワーク上でウェブサーバー(プライベートIPアドレス 192.168.1.100)を運用しており、
HTTP(ポート80)とHTTPS(ポート443)の両方のトラフィックを公開したい場合、次のように設定します。

・ パブリックポート80、プライベートポート80、プロトコルTCP、プライベートIPアドレス192.168.1.100
・ パブリックポート443、プライベートポート443、プロトコルTCP、プライベートIPアドレス192.168.1.100

これにより、インターネット上からパブリックIPアドレスと指定されたポート(80または443)
を使用してウェブサーバーにアクセスできるようになります。

恥ずかしながら、この時点で筆者はSSHポートフォワードは知っていましたがNAPTのこのポートフォワーディングを知りませんでした()

先生と対話したことで新たな知識を得ることができました!

TCP通信とACKビット

筆者
TCP通信でスリーウェイハンドシェイクを終えた後にやり取りされるフレームについて質問です。
どちらのホストからの通信においてもACKビットが立っているのでしょうか?

ファイアウォールのパケットフィルタリングで外側からのTCP確立要求を防ぎつつ
内側から外部のホストには接続できる設定としてACKが立っていないパケットを破棄し
スリーウェイハンドシェイクが成立しないようにしているのを見たので、気になりました。

この質問は、ファイアウォールの仕組みが面白いと思い、確認のために行ったものです。

ChatGPT先生
TCP通信では、スリーウェイハンドシェイクの後にやり取りされるデータフレームにおいて、
通常はACKビットが立っています。スリーウェイハンドシェイクでは、以下の手順で接続が確立されます。

1. クライアントがサーバーにSYNパケットを送信(SYNビットが1、ACKビットが0)
2. サーバーがクライアントにSYN+ACKパケットを返送(SYNビットとACKビットが1)
3. クライアントがサーバーにACKパケットを送信(ACKビットが1)

このハンドシェイクが完了した後、どちらのホストからの通信でも、ACKビットが1になります。
これは、双方のホストがデータを正しく受け取ったことを確認するためです。

ファイアウォールのパケットフィルタリングについて言及されている部分ですが、
ACKビットが立っていないパケットを破棄することで、外部からのTCP接続の確立要求を防いでいるとのことです。
これは、スリーウェイハンドシェイクの初期段階(クライアントがサーバーにSYNパケットを送信する段階)で、
ACKビットが0であるため、このような設定が機能します。
ただし、内部から外部への接続を許可する場合、その後の通信でACKビットが1になるため、
この設定が適用されなくなります。

想定どおりの回答のはずですが、以下で筆者は逆に混乱した感じで続けていますね。でも先生はキレたりせずわかりやすく答えてくれました。

筆者
インターネット上サービスを利用するクライアントしか内側にいないファイアウォールにおいて、
TCP通信を維持するためには外部からのACKビットが1なパケットは受け入れて良いのではないでしょか?
ChatGPT先生
はい、その通りです。インターネット上のサービスを利用するクライアントが内側にいるファイアウォールの場合、
TCP通信を維持するためには、外部からのACKビットが1のパケットを受け入れる必要があります。

この理由は、TCP通信において、データ送信後にACKビットが1のパケットが受信されることで、
データが正しく受信されたことが確認されるためです。
このACKパケットを受け入れることによって、TCP通信が継続的に行われます。

ファイアウォールで外部からのTCP接続要求を防ぐ目的で、
ACKビットが立っていないパケットを破棄する設定を使用する場合でも、
内部から外部への接続を許可し、通信を維持するためには、ACKビットが1のパケットを受け入れる必要があります。
ただし、ファイアウォールの設定によっては、不要な接続を防ぐために、
既存の接続に関連するACKビットが1のパケットのみを受け入れるように制限することも可能です。

基本的には弁のような構造になっている、という理解で合っていたみたいです。

知らない常識の確認

実務経験が伴っていれば具体的に想像できそうなものの、参考書では想像が難しそうな知識について、ChatGPT先生の力を借りて仮想体験するような時もたまにあったりしました。

特にLinuxなどで実際に使えるコマンドを聞いたりなどが有効です。

DNSサーバーの確認方法

筆者
一般家庭にはDNSサーバーはないと思うのですがLAN内のパソコンはどこに名前解決を依頼しているのでしょうか?
具体的なDNSサーバーのIPアドレスを確認する方法等はありますか?
ChatGPT先生
一般家庭には通常、独自のDNSサーバーはありませんが、LAN内のパソコンは通常、
インターネットサービスプロバイダ(ISP)が提供するDNSサーバーに名前解決を依頼しています。
また、Googleの公開DNSサーバー(8.8.8.8、8.8.4.4)や
CloudflareのDNSサーバー(1.1.1.1、1.0.0.1)など、自由に利用できるDNSサーバーもあります。

パソコンが利用しているDNSサーバーのIPアドレスを確認する方法は以下の通りです。

Windowsの場合:

1. スタートメニューを開き、"コマンドプロンプト"または"PowerShell"を検索して開きます。
2. 次のコマンドを入力してEnterキーを押します: `ipconfig /all`
3. "DNSサーバー"という項目を探し、
その隣に表示されているIPアドレスがDNSサーバーのアドレスです。

macOSの場合:

1. Spotlight検索(Cmd + Space)を開き、「ターミナル」を検索して起動します。
2. 次のコマンドを入力してEnterキーを押します: `scutil --dns`
3. 出力結果の中から、"nameserver"という項目を探し、
その隣に表示されているIPアドレスがDNSサーバーのアドレスです。

これらの手順で、現在利用しているDNSサーバーのIPアドレスを確認できます。
長いので流石に中略
筆者
linuxの場合はどうですか?
ChatGPT先生
Linuxの場合、現在利用しているDNSサーバーのIPアドレスを確認する方法は以下の通りです。

1. ターミナルを開きます。
2. 次のコマンドを入力してEnterキーを押します: `cat /etc/resolv.conf`
3. 出力結果の中から、「nameserver」の行を探します。
その隣に表示されているIPアドレスがDNSサーバーのアドレスです。

例えば、出力結果が以下のような場合:

``bash
# Generated by NetworkManager
search your-isp.example.com
nameserver 192.168.1.1
nameserver 8.8.8.8
``

この場合、利用しているDNSサーバーのIPアドレスは「192.168.1.1」と「8.8.8.8」です。

ただし、Linuxディストリビューションやネットワーク管理ツールによっては、
異なるファイルにDNSサーバー情報が保存されていることがあります。
その場合は、ディストリビューションやツールのドキュメントを参照してください。
筆者
`nameserver 192.168.11.1` と表記されていました。
つまりローカルIPのデフォルトゲートウェイ(ルータ)のアドレスだったのですが、
これを受け取ったルータはその後どのように名前解決を行うのでしょうか?
ChatGPT先生
ルータがnameserver 192.168.11.1として表示されている場合、
ルータがDNSサーバーとして動作し、ネットワーク内のデバイスからのDNSクエリを処理しています。
このような場合、ルータは通常、インターネットサービスプロバイダ(ISP)が提供するDNSサーバーや、
設定された別の外部DNSサーバーに名前解決を依頼します。

具体的な手順は以下の通りです。

1. ネットワーク内のデバイス(パソコンやスマートフォンなど)が、
DNSクエリをルータに送信します。
2. ルータが受信したDNSクエリを、
設定された上位DNSサーバー(ISPが提供するDNSサーバーなど)に転送します。
3. 上位DNSサーバーが、クエリに対応するIPアドレスをルータに返します。
4. ルータが、受信したIPアドレスをネットワーク内のデバイスに返します。

このようにして、ルータはネットワーク内のデバイスからのDNSクエリを処理し、
名前解決を行っています。
ルータの設定画面から、どの上位DNSサーバーが利用されているかを確認・変更することができます。
筆者
使用中PCから`traceroute`コマンドみたいに階層構造になっている
DNSに具体的にどのような順序で問い合わせが行われているか知る方法はありますか?
ChatGPT先生
残念ながら、tracerouteのようにDNSの階層構造をたどるコマンドはありません。
ただし、ドメイン名の名前解決プロセスを追跡して理解することはできます。
そのためには、digやnslookupのようなDNSルックアップツールを使用して、
名前解決の各ステップを手動で実行する必要があります。

以下は、ドメイン名の名前解決プロセスを追跡する一般的な手順です:

1. ルートDNSサーバーに問い合わせを行います。
ルートDNSサーバーは、TLD(トップレベルドメイン)のDNSサーバーへの参照を提供します。
ルートDNSサーバーの1つに問い合わせるには、digコマンドを使用して以下のように入力します:

``
dig @a.root-servers.net example.com NS
``

ここで、`a.root-servers.net`はルートDNSサーバーの1つです。
問い合わせ結果には、次に問い合わせるべきTLDのDNSサーバーが示されます。

2. TLD(トップレベルドメイン)DNSサーバーに問い合わせを行います。
TLD DNSサーバーは、次の階層のドメイン(example.comの場合は.com)の情報を持っています。
これにより、対象ドメインのネームサーバーへの参照が得られます。

``
dig @tld_dns_server example.com NS
``

ここで、`tld_dns_server`は、前のステップで取得したTLDのDNSサーバーのアドレスです。

3. 対象ドメインのネームサーバーに問い合わせを行います。
このステップでは、実際のドメイン名(example.com)のAレコード(IPv4アドレス)
またはAAAAレコード(IPv6アドレス)を取得します。

``
dig @domain_ns_server example.com A
``

ここで、domain_ns_serverは、前のステップで取得した対象ドメインのネームサーバーのアドレスです。

このプロセスを手動で実行することで、どのような順序でDNSに問い合わせが行われているかを確認できます。
ただし、これはあくまで手動でのプロセス追跡であり、自動的にDNSの階層構造を表示するコマンドとは異なります。

digコマンドを使ってDNSの名前解決方法を調べたように具体的な操作手順を聞くのは、試験対策に限らずいつものプログラミング等でも使える常套手段ですよね。すぐに知りたいコマンドにたどり着けてとても便利です!

所感

昨今の生成AI関連の話題では、AI絵師問題やハルシネーションを含む記事の量産などあまり良くない意味で世間を騒がすものが多いですが、ChatGPTだけではない生成AI全般に対して筆者は、絵や記事といった生成物そのものではなく対話や生成過程にこそ価値があるんじゃないかと考えています。

「特徴量」という言葉をAI関連で誰しも一度は聞いたことがあると思いますが、人間と生成AIの間にあるのはまさに生成物または結論までの「特徴」や「思考の軌跡」といったデータです。結論自体は基本的に人間が導き出すものであり、生成AIは結果の特徴や結果に至る生成方法の抽出と共有のためにあるのではないでしょうか。

そして特徴や生成過程から学ぶような、自分の中で完結させる使い方は誰の迷惑にもなりません!その中で、今後もAIとの付き合い方を模索していければと思います。

ここまで読んでいただき誠にありがとうございました!

引用・参考

  1. ネットワークスペシャリスト試験 | 試験情報 | IPA 独立行政法人 情報処理推進機構 https://www.ipa.go.jp/shiken/kubun/nw.html

  2. 実は昨年度も受けたのですがその時は落ちてしまいました。2022年度版なのはそういうことです。執筆時点での最新版は多分これ...?

  3. 適宜改行を入れ読みやすくしています。

  4. 文科省が提唱する主体的・対話的で深い学びというやつですね。← 言いたかっただけです

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