概要
ネットワーク通信の仕組みを理解することは、応用情報技術者試験の午後問題で高得点を取るために重要です。本記事では、TCP/IP、HTTP/2の通信、スライディングウィンドウ、VLAN、L3スイッチとルータの役割について解説します。
試験対策だけでなく、実務にも役立つ知識を整理しましたので、効率的な学習に活用してください。
1. TCPコネクションとソケットの関係
Q: TCPコネクションが確立されるとソケットが1つ消費されるのか？
✅ はい、TCPコネクションごとに1つのソケットが確保されます。
・ソケット（Socket）は、IPアドレス＋ポート番号の組み合わせで識別される。
・クライアントとサーバ間でTCPコネクションを確立すると、サーバ側は1つのソケットを割り当てる。
・サーバの同時接続数が多くなると、利用可能なソケットが枯渇し、新たな接続ができなくなる可能性がある。
Q: サーバのソケットが枯渇するとどうなる？
✅ 新規TCPコネクションの確立ができなくなる。
・OSやアプリケーションの設定により、最大接続数が決まる。
・接続を適切に管理（タイムアウト設定、Keep-Aliveの制御など）し、ソケット枯渇を防ぐことが重要。
2. HTTP/2とTCPコネクション
Q: HTTP/2ではブラウザが1つのサーバに確立するTCPコネクションは1つだけ？
✅ 基本的に1つのTCPコネクションを使う。
・HTTP/1.1では、リクエストごとに新しいTCPコネクションを作ることが多かった。
・HTTP/2では1つのTCPコネクション内で複数のストリームを並列処理できるため、効率的な通信が可能。
Q: HTTP/2のストリームとは？
✅ ハンドシェイク不要の仮想的なTCPソケットのようなもの。
・1つのTCPコネクション内で複数のリクエストを同時処理できる。
・ヘッドオブラインブロッキング（Head-of-Line Blocking）の問題を解消。
3. TCP/IPのスライディングウィンドウとは？
Q: スライディングウィンドウはどこにある？
✅ TCPヘッダ内に「ウィンドウサイズ」として存在する。
・TCPの流れ制御の仕組みで、受信側が処理可能なデータ量を送信側に通知する。
・ウィンドウサイズが大きいほど一度に送れるデータ量が増える。
4. VLANとRADIUSの関係
Q: VLANは通信パケットに付与されるもの？
✅ はい、VLANタグ（IEEE 802.1Q）としてイーサネットフレームに付与される。
・VLANタグによって、ネットワークを論理的に分割可能。
Q: RADIUSサーバがVLANを付与する？
✅ RADIUSはユーザ認証時にVLANを動的に割り当てる。
・企業ネットワークでは、RADIUS認証でユーザの所属VLANを動的に設定することが可能。
5. L3スイッチとルータの役割
Q: L3スイッチがあるならルータは不要？
✅ L3スイッチはLAN内ルーティング、ルータはWANとの通信を担当。
| 機器 | 役割 |
|---|---|
| L3スイッチ | VLAN間ルーティング（社内ネットワーク） |
| ルータ | インターネットや異なるネットワークとの通信 |
・L3スイッチは高速なVLAN間通信を提供。
・ルータはWANとの接続、NAT、ファイアウォール機能を担当。
Q: 社内PCのデフォルトゲートウェイはどこ？
✅ L3スイッチをデフォルトゲートウェイに設定するのが一般的。
| VLAN | デフォルトゲートウェイ |
|---|---|
| VLAN 10（営業部） | 192.168.10.1（L3スイッチ） |
| VLAN 20（開発部） | 192.168.20.1（L3スイッチ） |
・VLAN間通信はL3スイッチが処理。
・インターネット通信は、L3スイッチのデフォルトルートをルータに向ける。
[PC] ---> (L3スイッチ) ---> (ルータ) ---> (インターネット)
6. スイッチとルータのOSI参照モデル
Q: スイッチはL2だけ、ルータはL3だけを見る？
✅ いいえ、それぞれ下位層も処理する。
| 機器 | 物理層 (L1) | データリンク層 (L2) | ネットワーク層 (L3) |
|---|---|---|---|
| L2スイッチ | ✅ | ✅（MACアドレス） | ❌ |
| L3スイッチ | ✅ | ✅ | ✅（IPアドレスでルーティング） |
| ルータ | ✅ | ✅ | ✅（IPアドレスでルーティング） |
・スイッチはMACアドレスをもとに転送。
・ルータはIPアドレスをもとにルーティング。
・どちらも下位層の処理（L1・L2）を行う。
まとめ
✅ TCPコネクションごとにソケットを消費する
✅ HTTP/2は1つのTCPコネクション内で複数のストリームを処理
✅ スライディングウィンドウはTCPの流れ制御に利用される
✅ VLANはイーサネットフレームにタグとして付与される
✅ L3スイッチはLAN内ルーティング、ルータはWAN通信を担当
✅ スイッチ・ルータはそれぞれL1～L3