通信プロトコルと階層モデル

要点と定義

通信プロトコルは、送信側と受信側が同じ規則に従って情報をやり取りするための約束です。TCP/IPは、FTPやPOP、SMTPなどの個別の通信が共通して利用する基盤となるプロトコル群です。

ネットワークアーキテクチャは通信機能を層ごとに分け、各層の役割と連携を整理します。OSI基本参照モデルでは、通信機能を物理層からアプリケーション層までの七層に分けます。下側の層ほど信号やネットワーク上の転送に近く、上側の層ほどアプリケーションに近い機能を扱います。ネットワーク層はネットワークをまたぐ転送、トランスポート層は端末間のデータ配送を担当します。

TCP/IP階層モデルは四層で、OSIの機能と大まかに対応します。OSIの物理層とデータリンク層に相当する機能はネットワークインタフェース層に、ネットワーク層の機能はインターネット層に対応します。両モデルのトランスポート層も役割が対応し、OSIのセション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層の機能はTCP/IPのアプリケーション層にまとめられます。

IPアドレスはネットワーク上の機器を識別し、ポート番号は機器上の通信サービスやアプリケーションを識別します。同じサーバのWeb機能とメール機能のどちらを使うかを指定する手掛かりはポート番号です。

適用条件と例

ネットワーク上の名前、機器、サービスは区別して考えます。ドメイン名はコンピュータやネットワークなどを識別する名前で、DNSがドメイン名とIPアドレスを対応付けます。

プロトコルは目的から見分けられます。POPやIMAPはメール受信、SMTPは主なメール送信に使われます。IMAPではメールをサーバ上で管理し、複数の端末から同じメールボックスを参照できます。NTPはネットワーク上の機器の時刻合わせに使います。

IPv4の一般的な表記例は、0から255までの数値四つをピリオドで区切った形です。たとえば「10.20.30.40」は各数値が範囲内です。IPv4のアドレス長は32ビット、IPv6は128ビットです。

無線方式も用途を手掛かりにします。交通系IC乗車券の改札での近距離通信はNFCに準拠した方式の例です。IoT機器と近くのゲートウェイを低消費電力で無線接続する例にはBLEがあります。

誤りやすい点

ネットワーク層とトランスポート層は、担当する範囲で区別します。ネットワーク層はネットワークをまたぐ転送、トランスポート層は端末間のデータ配送を扱います。OSIとTCP/IPでは層の数や対応のまとめ方が異なるため、名称だけでなく役割を手掛かりにします。

IPアドレス、ドメイン名、DNS、ポート番号は指す対象が異なります。IPアドレスは機器、ドメイン名は機器やネットワークなどの名前、DNSはドメイン名とIPアドレスの対応付け、ポート番号は機器上の通信サービスを識別します。メールの宛先に使うメールアドレスとも区別します。