通信プロトコル

要点と定義

TCP/IPの各層は、下位層の機能を利用して上位層へ通信機能を提供する。IPはネットワーク層でアドレス指定と転送を担い、TCPとUDPはトランスポート層で通信を担う。HTTP、SMTP、POP、FTP、DNSなどはアプリケーション層のプロトコルである。ARPはIPアドレスに対応するMACアドレスを解決し、RARPはMACアドレスから対応するIPアドレスを求める。IPsecはIP層で機能し、L2TPはPPPなどのレイヤ2フレームをトンネリングする。TLSは信頼できるトランスポートより上位で通信を保護する。これらをOSI基本参照モデル上の相対的な役割で比べると、上位からTLS、IPsec、L2TPの順に位置付けられる。

適用条件と例

通信相手が同一LAN内にいる場合は、IPアドレスに対応するMACアドレスをARPで解決する。MACアドレスからIPアドレスを求める仕組みがRARPである。異なるLANへの通信では、フレームの宛先は次ホップのルータのMACアドレスとなり、IPデータグラムの宛先は最終宛先のままである。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の論理積で求める。例えば末尾が19のアドレスに末尾240のマスクを適用すると、末尾は16となる。NAPTでは応答時に対応表を使って宛先IPアドレスと宛先ポート番号を内部の通信先に対応させる。IPv6アドレスは16ビット単位の16進数ブロックをコロンで区切り、連続する0ブロックは「::」で省略できるが、一つのアドレスで使えるのは1回である。

TLSは信頼できるトランスポートより上位で通信を保護し、IPsecはIP層で機能し、L2TPはPPPフレームを運ぶデータリンク相当の機能を担う。役割の相対的位置は上位からTLS、IPsec、L2TPとなる。この階層上の比較は実際のパケットの封入順を示すものではない。

RARPはMACアドレスから対応するIPアドレスを求めるためのプロトコルである。IPアドレスからMACアドレスを解決するARPとは、対応を求める方向が逆である。

NAPTルータは送信時に変換したアドレスとポート番号の対応を記録し、応答時にその記録を使って宛先IPアドレスと宛先ポート番号を内部の通信先に戻す。応答元を示す送信元IPアドレスと送信元ポート番号は、その通信相手の情報を示す。

ルータを越える通信では、LAN上のイーサネットフレームは次ホップとなるルータのインタフェース宛てに送る。一方、IPデータグラムの宛先は最終受信者を示すため、ルータのインタフェースを宛先とするフレームとは異なる宛先を持つ。