通信プロトコル

要点と定義

TCP/IP通信では、層ごとに役割を分担し、各層のヘッダーを付けてデータを送ります。イーサネット上でTCP通信を送るとき、宛先情報はリンク層の宛先MACアドレス、ネットワーク層の宛先IPアドレス、トランスポート層の宛先ポート番号の順に現れます。MACアドレスはリンク上の送り先、IPアドレスはネットワーク上の宛先、ポート番号は端末内の通信先を識別する手掛かりです。

ARPは、同一リンク上で次に届ける相手のIPv4アドレスに対応するMACアドレスを調べます。IPアドレスの割当てや経路選択をするものではありません。ICMPは誤り通知や診断などに使われ、エコーメッセージを使うpingもICMPで扱われます。

IPv4アドレスとサブネットマスクはビット列で表せます。マスクの1はネットワーク部、0はホスト部を示します。アドレスを a、マスクを m とすると、ホスト部のビットを取り出す式は a & ~m です。マスクを反転してホスト部の位置を1にし、アドレスとの論理積でその位置の値を残します。

トランスポート層のTCPとUDPは、アプリケーション間の通信を支えます。ポート番号は端末内で通信先のアプリケーションを識別する情報です。過去の出題で扱った補足として、NTPはネットワークの時刻同期に使われ、通常UDPを利用します。

アプリケーション層のプロトコルは、それぞれ異なるサービスを担います。過去の出題で扱った補足として、DHCPは端末へIPアドレスなどのネットワーク設定を割り当て、DNSはホスト名とIPアドレスの対応を調べるために使います。DNSでIPアドレスからホスト名を調べる処理は逆引きです。

適用条件と例

たとえば、ホスト部が下位8ビットのアドレスなら、マスクの反転値では下位8ビットが1になります。アドレスとの論理積を取ると、下位8ビットには元の値が残り、上位ビットは0になります。この計算はホスト部のビットを抽出するもので、経路を選ぶ計算ではありません。

DHCPを使う端末は、通常、DHCPサーバのアドレスをあらかじめ設定せずにネットワーク設定を受け取れます。固定アドレスの端末と共存できますが、固定アドレスがDHCPの割当範囲と重ならないようにします。割当てにはリース期間があるため、端末が再接続した際に必ず以前と同じIPアドレスになるとは限りません。

ホスト名ではなくIPアドレスで接続できる状況を考えると、ネットワーク経路が使えていても名前解決に問題がある可能性があります。DNSはホスト名から対応するIPアドレスを調べる用途にも使われます。IPアドレスからホスト名を調べる逆引きとは、調べる向きが異なります。

メール利用者が送信メールサーバへメールを提出する場面では、SMTP-AUTHによって送信者を認証する方式があります。過去の出題で扱った補足として、サブミッションポートと組み合わせる利用例が示されています。

誤りやすい点

宛先MACアドレス、宛先IPアドレス、宛先ポート番号は、同じ宛先情報でも担当する層と役割が異なります。送出順を考えるときは、外側のイーサネット、IP、TCPというヘッダーの順にたどります。