通信プロトコル

要点と定義

ネットワーク通信では、役割の異なるプロトコルを階層ごとに使います。TCP/IPの各層はOSI基本参照モデルの階層と対応づけて考えられます。下位層は隣接する機器への転送を支え、上位層はアプリケーションの通信を支えます。送信側では、上位層のデータに各層のヘッダーが付加され、受信側では順に解釈されます。

データリンク層では、同一LAN内でIPアドレスに対応するMACアドレスを調べるためにARPを使います。ARPキャッシュに対応が残っていれば、分かっているIPアドレスからMACアドレスを確認できます。これは同一LAN内の相手に関する対応付けであり、IPアドレスの割当て確認や到達性確認とは目的が異なります。

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運ぶ方式です。どちらを使うかは、アプリケーションプロトコルごとに確認します。たとえばNTPは通常UDPを使い、ポート番号は123です。プロトコル名だけでなく、トランスポート層の方式とポート番号を対応させると、通信設定やログの確認に役立ちます。

DNSは名前解決を担うアプリケーション層のプロトコルです。過去の出題で扱った補足として、DNSSECはDNSのリソースレコードに対する署名を検証し、データの完全性と署名の正当性を確認します。DNSサーバの二重化による可用性向上や、再帰問い合わせの受付範囲の設定とは役割が異なります。この機能の区別が、DNSSECについての正答判断に独立して必要です。

過去の出題で扱った補足として、DKIMは送信側がメールヘッダーに署名を付け、受信側が検証する方式です。署名対象が変更されると検証に失敗し得ます。これはメール通信上の署名・改ざん検知に関する知識であり、UDPを使うアプリケーションの判別とは別の判断軸です。

適用条件と例

IPアドレスとMACアドレスは、異なる範囲で使われる宛先情報です。同一LAN内でフレームを届けるには、宛先IPアドレスに対応するMACアドレスが必要になります。たとえばPCが同じLANの複合機を使った直後なら、ARPキャッシュに対応が残っている可能性があり、既知のIPアドレスを手掛かりに確認できます。キャッシュに情報がなければ、その一覧だけで対応を確認できるとは限りません。

遠隔ネットワーク宛ての場合は、送信先のIPアドレスと、最初にフレームを渡す相手のMACアドレスを区別します。たとえば宛先サーバが別ネットワークにあるとき、フレームはまずルータに届くようにし、IPパケットの宛先はサーバのままにします。IPアドレスで経路を判断することと、LAN内のフレーム転送に使うMACアドレスを扱うことは、異なる層の処理です。

過去の出題で扱った補足として、SDNはデータ転送を行う機能と、その転送規則を決める制御機能を分け、ソフトウェアからネットワークを集中的に制御・管理する考え方です。ネットワーク構成や制御の仕組みを確認する場面では、機器内部の仮想スイッチやOSSであることだけからSDNと判断せず、転送と制御の分離に注目します。この区別がSDNの説明を選ぶ判断に独立して必要です。

過去の出題で扱った補足として、IPsecはネットワーク層でIPパケットを保護し、AHとESPを含みます。VPNで使われるプロトコルの位置関係は、上位からTLS、IPsec、L2TPの順です。TLSはアプリケーション層とトランスポート層の間、IPsecはネットワーク層、L2TPはデータリンク層相当として扱われます。この順序と各プロトコルの層を確認することが、相対的な位置関係を判断するために必要です。