TCP/IPの通信プロトコル

要点と定義

TCP/IPでは、役割ごとにプロトコルを使い分けます。IPはネットワーク層で宛先IPアドレスに基づく配送を担い、TCPとUDPはトランスポート層でアプリケーション間の通信を担います。アプリケーション層には、メール送信のSMTPや名前解決のDNSなどがあります。OSI基本参照モデルとの対応は、各プロトコルの担当範囲を整理する目安になります。

UDPはトランスポート層のプロトコルです。TCPのような再送制御などによる信頼性確保を行わず、通信の遅延を抑えたい場面で使われます。失われたデータを必ず届けることより、時間内に届いたデータを活用することが重要な通信に適します。ただし、UDPを使えば必ずリアルタイムに届くわけではなく、ネットワークの混雑などによる遅延や損失は起こり得ます。

メール送信に使うSMTPでは、SMTP-AUTHによって送信側メールサーバが送信者を認証できます。SMTPは送信・転送のプロトコル、SMTP-AUTHは送信時の認証の仕組みです。

DNSは、ドメイン名やホスト名とIPアドレスを対応付ける名前解決を担います。名前から接続先のIPアドレスを得るための仕組みであり、IPアドレスの割当てやアドレス変換とは役割が異なります。

MIMEは、メールのヘッダを拡張し、テキスト以外に画像や音声などもメールで扱えるようにする規約です。SMTPがメールを送信・転送するのに対して、MIMEはメールで扱うデータ形式を広げます。

ARPは、同一LAN内でIPアドレスに対応する物理アドレス（MACアドレス）を調べるために使われます。通信相手の対応情報がARPキャッシュに残っていれば、それを参照してMACアドレスを確認できます。

メールのBcc欄は、他の受信者に宛先を知らせないために使います。配送されるメッセージでは受信者にBccの宛先を見せないよう欄が除かれます。これは、SMTPが中継のたびにすべてのメールヘッダからBccを一律削除するという意味ではありません。

ゲートウェイは、トランスポート層以上のプロトコルが異なるシステム間で、プロトコル変換を行う機器です。どの層の機能を扱う機器かを見分けると、役割を整理できます。

適用条件と例

SMTP通信でデフォルトのポート番号を使う場合、クライアントは通常、一時的なポート番号を送信元にし、サーバ側の宛先ポート25へ接続します。応答では、サーバ側の送信元が25、クライアント側の宛先が接続時に使った一時ポートになります。たとえば、クライアントの一時ポートが51000なら、接続方向は「51000から25へ」、応答方向は「25から51000へ」です。静的なフィルタでは、要求方向だけでなく戻り方向も通過できるように考えます。この例はSMTPのデフォルトポートを使う場合に限った整理です。

ARPキャッシュを使って相手のMACアドレスを確認する例では、相手が同一LAN上にいて、そのIPアドレスが分かり、過去の通信による対応情報が残っていることが手掛かりになります。別のネットワークにいる宛先への通信では、PCが直接その宛先のMACアドレスを得るのではなく、通常は次の中継先に関する情報を使います。