通信プロトコルとインタフェース

要点と定義

通信プロトコルは、機器やソフトウェアが通信する手順やデータ形式を定めます。TCP/IPでは層ごとに役割を分け、各層が上位層へ通信機能を提供します。層とインタフェースを対応させると、どの情報がどの範囲の通信に使われるかを整理できます。

ARPは、同じネットワーク上でIPアドレスに対応するMACアドレスを調べます。IPアドレスからデータリンク上の宛先を得る必要があるときに使うため、データリンク層の役割を考える手掛かりになります。

異なるネットワークへ送る場合、過去の出題で扱った補足として、フレームの宛先MACアドレスは次の中継先を示し、IPデータグラムの宛先IPアドレスは最終宛先を示します。この二つの宛先を分けることが、転送先を正しく判断するために必要です。

ルーティングはネットワーク層の機能です。過去の出題で扱った補足として、RIPngはIPv6向けの距離ベクトル方式です。経路制御プロトコルを判断するときは、対応するIPの版と経路情報の方式の両方を確認します。

IPパケットには中継が続き過ぎないようにする仕組みがあります。過去の出題で扱った補足として、IPv4のTTLはルータを通るたびに減り、0になるとパケットが破棄されます。IPv6にも同様の役割を持つホップリミットがあります。

過去の出題で扱った補足として、NAPTはIPアドレスに加えてTCPやUDPのポート番号を使って通信を識別し、複数端末のプライベートIPアドレスを一つのグローバルIPアドレスに対応付けます。ポート番号による通信の識別が、仕組みを見分ける要点です。

アプリケーション層にはHTTPやFTPなど、サービスに応じたプロトコルがあります。過去の出題で扱った補足として、一般的なFTP接続ではユーザ名などによるログインを行いますが、HTTPは接続時のログインを必須としません。HTTPでも認証を設定できます。両者を転送方向やデータ形式だけで区別しないことが判断に必要です。

過去の出題で扱った補足として、IMAPSはIMAP通信をTLSで暗号化し、メール本文を含む通信を保護します。認証情報だけを保護する方式と、通信全体を暗号化する方式を区別する必要があります。

LANのインタフェースにはイーサネットや無線方式があります。過去の出題で扱った補足として、ZigBeeはIEEE 802.15.4を下位層に利用する低消費電力の無線通信方式です。両者の関係は、同一規格ではなく下位層の利用として捉えます。

適用条件と例

端末が別ネットワークのサーバへ送信する場合、IPの宛先にはサーバを指定し、最初のネットワーク上のフレームでは次の中継先を宛先にします。ARPは、その中継先が同じネットワーク上にある場合に、IPアドレスからMACアドレスを調べるために使えます。IPの宛先と区間ごとのフレーム宛先を分ければ、次に渡す相手を整理できます。

CIDRのプレフィックス長からネットワーク区間を求める例です。192.0.2.77/27では、最後のオクテットの区間幅は32です。区間の開始値は0、32、64、96の順です。77を含む区間は64から95なので、ネットワークアドレスは192.0.2.64です。

プロトコルを選ぶときは、まず通信の目的と層を確認します。経路制御、ファイル転送、Web通信、メール受信では役割が異なります。メール受信の通信を保護する場合は、認証情報の保護か、本文を含む通信全体の暗号化かを確認します。具体的な方式や保護の範囲は、プロトコルや設定に応じて判断します。