プロトコル

（通信）プロトコル とは

• 通信規約の事。
• 通信及び通信技術に関する規則。
• 約束ごと。
• 規格・仕組み・手順等を定めたもの。

ネットワークアーキテクチャ とは

• プロトコルや技術を体系的にまとめたもの。
• 通常「TCP/IP」モデルを使用している。
• 「OSI参照モデル」も普及しており、話し言葉ではTCP/IPモデルと区別しない場合もある。
• 「IPX/SPX」や「Apple Talk」など様々なものが存在する。

プロトコルの互換 とは

• 同じプロトコルを用いれば、異なる部品やメーカーの機器同士でも通信出来る。
• 違うプロトコルを用いれば、たとえ同じ部品やメーカーの機器同士で合っても通信出来ない。

パケット交換 とは

• コンピュータ通信で回線を使用する方法の一つ。
• データをパケットというサイズに分割する。
• 分割された１つ１つのデータを「パケット」という
• パケット交換を用いて通信することを「パケット通信」という。
• パケットは英語で packetであり、単語自体は「小包」という意味。
• 小さく分割することにより沢山の人々（コンピュータ）で、回線の共同利用を可能にしている。

TCP/IPモデル

• 策定者はIETF(Internet Engineering Task Force)。
• 上記機関で標準化されているが、国際標準規格ではない。
• 世界のデファクトスタンダードとなっている。
• ＯＳＩ参照モデルを実用ベースにコンパクトにしたもの
• ４階層に分かれている。

OSI参照モデル とは

• 策定者はISO（国際標準化機構）とITU（国際電気通信連合）。
• 上記機関によって、標準化されている。
• OSIと呼ばれる通信体系自体は普及していない。
• ネットワーク考えるときは、TCP/IPモデルよりも良く使われる。
• 階層数はOSI参照モデル（７階層）とTCP/IPモデル（４階層）と異なるが、プロトコル体系を整理するという役目は同様であり、各層も似ている。
• 役割ごとに７階層に分けられている。

OSI参照モデル

アプリケーション層 とは

• ネットワークを使うアプリケーションとの橋渡しを行う。
• ＯＳＩ参照モデルの第７階層に位置する。
• ここで言うアプリケーションとは通信を利用するアプリケーションのことである。
  ※通信しないなら、通信プロトコルは不要
• ブラウザ（ホームページ閲覧）、メール、SNS、ファイルの転送、ビデオ会議、動画配信、遠隔ログイン　等　多種多様なアプリケーションがあり、それぞれアプリケーション層のプロトコルがある。

プレゼンテーション層 とは

• OSI参照モデルの第6層に位置する。
• コンピュータ間のデータ形式を定義する
• データ形式とは、文字コードや圧縮、暗号化・復号、画像や音楽のファイル形式などのこと。
• 例えば異なる文字コードを使用していると、文字化けが発生する。
• データ形式を統一して、通信者同士で問題なくやり取り出来る様にする。

セッション層 とは

• セッションの管理「開始、制御、終了」を定義している。
• つまり電話に例えると　呼び出しをする　会話中　切断。
• 実際には、アプリケーション層やアプリケーション自体でセッションの管理をしている。

トランスポート層 とは

• 英語でTransportという単語、それ自体の意味は輸送・運送という様な意味。
• 運送業に例えるなら、荷物追跡機能や書留の様な事柄
• 早く運ぶか丁寧に運ぶか　などの選択がある。

ネットワーク層 とは

• 住所の役割を持つＩＰアドレスを根幹としている。
• 相手の住所に対して最適な経路を決める。
• ルータはこの階層で動作する機器。

データリンク層 とは

• 直接接続される機器同士での通信を担当している。
• 接続するハードウェア（機器やケーブル、電気信号や光信号）の違いを吸収する。
• 0と1の数字の列（ビット列）を意味のあるかたまり（フレーム）に分けて、相手に伝える。

物理層 とは

• コネクタの形状など物理的なものを定義している。
• ハブやリピータはこの階層で動作する機器。
• 電気信号とビット列を変換し、データリンク層との橋渡しをする。

カプセル化 とは

階層間の通信の流れ

（７）アプリケーション　（１８）データ　　　　（１７）アプリケーション
（６）プレゼンテーション（１９）ヘッダー　　　（１６）プレゼンテーション
（５）セッション　　　　　　　　　　　　　　　（１５）セッション
（４）トランスポート　　　　　　　　　　　　　（１４）トランスポート
（３）ネットワーク　　　（１０）ネットワーク　（１３）ネットワーク
（２）データリンク　　　（９）データリンク　　（１２）データリンク
（１）物理　　　　　　　（８）物理　　　　　　（１１）物理

通信方式の種類（7階層とは直接は関係なく）

通信方式の入門として次の動画が参考になります。

コネクション型

• 通信を開始しる前に、相手との間で接続を確立する。
• 通信最中はデータが届いていることを確認する。
• 届いている確認が取れなければ、再送する。

コネクションレス型

• 接続の確立や切断等はしない。
• 通信最中もデータが届いているか確認しない。
• ラジオ通信等の信頼性よりも速度やリアルタイム性を重視する場合に用いられることが多い。

通信方式の一覧表

回線交換方式

• 従来の電話で利用されてきた方式で歴史が長い。
• 複数の回線に対して交換機が中継処理を行う。
• 通信をしたい場合には交換機に目的のコンピュータと回線を接続してもらう。
• 双方が直接接続されている形になる。

パケット交換方式

• コンピュータ通信で回線を使用する方法の一つ。
• コンピュータやルーター間には通常は回線が1つしかない。
• 沢山の人々（コンピュータ）で、回線の共同利用を可能にしている
• データを「パケット」という小さなサイズに分割している。
• パケット交換を用いて通信することを「パケット通信」という。
• 物理的な回線数が圧倒的に減らせる。
• インターネットの様な大規模ネットワークが存在可能となる。
• ネットワークの混雑度によって応答が遅くなったり通信時間が長くなったりする。

アドレス

各パソコン等の機器を区別するための住所の様なもの。

MACアドレス とは

• ＮＩＣに、工場出荷時から付けられているアドレス。
• １６進数で表記する。
• スイッチはこのアドレスを判別出来る。

ユニキャストアドレス とは

特定の１台を指定する為のアドレス。

ブロードキャストアドレス とは

同一ネットワーク内の全てのデバイスを指定するアドレス。

マルチキャストアドレス とは

ある特定のグループに属するデバイスを指定する為のアドレス。

ネットワーク機器

NIC(Network Interface Card) とは

• パソコン（ネットワーク機器）の部品。
• LANケーブルの差込口。
• 一般的にはLANカード（ランカード）と呼ばれることが多い。
• ネットワークアダプタなどとも呼ばれる。

リピーター とは

• 主に物理層で働く装置。
• LANケーブルは最大100mまでである。
• 中継器であり、電気信号（信号）を増幅して延長する役割。

ハブ とは

• 主に物理層で働く装置。
• ポート全てがコリジョンドメインである。

ブリッジ とは

• 主にデータリンク層で働く装置。
• ネットワークを延長するための機器である。

スイッチ とは

• 主にデータリンク層で働く装置。
• 各ポートがコリジョンドメインである。

ルータ とは

• 主にネットワーク層で働く装置。
• 各インターフェースがブロードキャストドメインである。

配線における規格

Ethernet とは

• 現在主流のLANの規格
• UTPケーブルを使用
• コネクタの形状はＲＪ-４５

トークンリング、FDDI とは

• IBMによって提唱された規格
• トークンと呼ばれるパケットがネットワーク内を巡回している。
• トークンがデータを運ぶ。

同軸ケーブル とは

• 線の真ん中に銅の線があるケーブル。
• ノイズに強い。
• ケーブル自体が太い。

UTPケーブル とは

• ツイストペアケーブル
• ケーブルの内部構造は以下の特徴である。
  （ケーブル内部に、細い線が入っている。）
  • ８本（４対）の銅線
  • ２本で1対
  • １対（ペア）毎にねじってある。
  • 線は色分けがしてある。

ストレートケーブルとクロスケーブル とは

• ストレートの内部配線：コネクタの両端で順番が同じ
• クロス　　の内部配線：コネクタの両端で緑と橙の場所が入れ替わっている。
  　例）緑：3番目・6番目の対
  　　　橙：1番目・2番目の対

光ファイバケーブル とは

• 光通信を行うためのケーブル
• 通信速度は、１Gｂｐｓやそれ以上を実現する。
• コネクタにSCコネクタなどを使っている。

インターネットの基礎

インターネット とは

• ARPANETから発展。
• 全世界を接続しているネットワーク。
• 1990年ごろから、世界的に広く使われ始めた。
• 現在では、私たちの生活や仕事などのさまざまな場面で使われる。
  社会基盤（インフラ）

TCP/IP とは

• もともとインターネットを運用するために開発された。
• コンピュータの通信を行うために使用する技術の総称。
• ネットワークアーキテクチャでありプロトコル群である。
• 策定者はIETF(Internet Engineering Task Force)。
• 上記機関で標準化されているが、国際標準規格ではない。
• 世界のデファクトスタンダードとなっている。
• ＯＳＩ参照モデルを実用ベースにコンパクトにしたもの
• ４階層に分かれている。

回線業者とは

• 以下の様な別の呼び方がある。
  • （電気）通信事業者
  • （通信）回線事業者
  • 通信キャリア
  • キャリア
• インターネットを利用するためには、回線業者が提供している「自宅からインターネットへとつながっている」回線を利用する必要がある。
• 代表的な回線業者には以下のものがある
  • NTT
  • ケーブルテレビ会社系
  • 電力会社系

ISPとは

• 自宅等からインターネットへの接続を行える様にするサービスを提供している事業者のこと。
• Internet Service Provider（インターネットサービスプロバイダー）
• インターネットへ接続するにはISPとの契約が必要。
• 代表的なISPには@nifty、plala、BIGLOBE、OCN、他多数がある。
• 携帯電話事業者やモバイルWi-Fiルーターの提供企業の中には、（docomo、au、softbank 等）回線業者とプロバイダーが一体化している事業者も少なくない。

インターネットの構造

小さなネットワーク同士を接続し、その束なったネットワーク同士を接続し、と言う様に階層的に接続して、最終的には地球（世界、全世界）規模で接続した物がインターネットとなっている。

組織のネットワーク同士やISPのネットワーク同士をNOC（Network Operation Center）で接続している。それらが集まり成している地域のネットワーク同士をIX（Internet Exchange）で接続している。地球全体で接続した物がインターネットとなっている。

OSI参照モデルとの対応

TCP/IPモデルとOSI参照モデルは以下の様に対応付けられる。

• 上位3層はまとめてアプリケーション層と対応する。
• 物理層はTCP/IPモデルとしては存在せず、ハードウェアと呼ぶ。
  （ネットワークインターフェース層に含んで考えることもある。）
• 第３層第２層については、微妙に名前が異なる。

TCP/IPモデルの階層（の一部）

ハードウェア（物理層） とは

• OSI参照モデルで言う所の物理層と同じ層にあたる。
• TCP/IPではハードウェアと呼び、特に（制限や）規則を設けていない。
• 第1層に位置する。
• ネットワークインターフェース（データリンク）層へ橋渡しする。
  • 電気信号とビット列を変換する。
• PDUはビットとなる。
• OSIの物理層としてはたとえば、LANケーブルとして用いられるUTPケーブルの仕様を決めていたり、無線通信における電波の周波数帯・方式を決めていたりする。
• ハブやリピータはこの階層で動作する機器。

ネットワークインターフェース層（データリンク層）とは

• 第２層に位置する。
• ハードウェア（物理層）とインターネット層（ネットワーク層）の橋渡しをする。
• ネットワークにいろいろなつなぎ方がある。
  たとえばハードウェア（物理層）として、光、テレビ線、電話線など。
• 同じ線を使っていても信号を流す方法が異なる場合がある。
• 上記の様な物理層の違いをインターネット（ネットワーク）層以上の階層に意識させることなくする。
• PDUはフレームという。
• この階層を主に働く機器は、スイッチやブリッジである。
• イーサネットで言う所のMACアドレスを認識して宛先を判別したりしている。
• パソコンではNICのデバイスドライバーが上記の役割を担っている。
• ルーター等のL2以上で働くネットワーク機器にも上記の役割が付与されている。

インターネット層（ネットワーク層）

• 代表的なプロトコルには以下の3つがある。
  • ＩＰアドレス とは
    ネットワーク上に存在するすべての機器に割り振られる固有の住所のようなもの。
  • ICMP とは
    通信が届いているかどうかを確認するためのプロトコル。
  • ARP とは
    パケットのIPアドレスから物理的なアドレス（MACアドレス）を取得するプロトコル。
• 第3層に位置する。
• ネットワークインターフェース（データリンク）層とトランスポート層の橋渡しをする。
• 主となるプロトコルはＩＰ。
• PDUはパケットという。
• 宛先まで経路を選んで届ける役割。
• L3以上で働くすべての機器（パソコンやルーター等）は、必ずその機能を備える必要がある。
• インターネット層（ネットワーク層）として利用される機器は、ルータやL3スイッチがある。

トランスポート層

• 第4層に位置する。
• アプリケーション層（セッション層）とインターネット（ネットワーク）層の橋渡しをする。
• PDUはセグメントという。
• ポート番号とアプリケーション層を関連付ける。
  • ポート番号でどのアプリケーション宛かを区別している。
  • コンピュータの内部では、複数のアプリケーションが同時に動作している。
  • 送信側と受信側にて、意図したアプリケーション同士で通信が出来る様にする。
• データを分割する、分割されたデータを組みなおす。
• トランスポート層の代表的なプロトコルは以下2つである。
  • TCP
    • コネクション型
      • 信頼性のある通信
      • コネクションの確立／切断をする。
      • パケットが無くなった場合、再送する。
  • UDP
    • コネクションレス型
      • 信頼性のない通信
      • 速度重視
      • 以下の様な用途に向いている
        • パケット数が少ない通信
        • ブロードキャストやマルチキャストの通信
        • ビデオや音声などのマルチメディア通信

アプリケーション層（セッション層以上の上位層）

• TCP/IPモデルのアプリケーション層は、OSI参照モデルのセッション層・プレゼンテーション層・アプリケーション層を併せた所になる。
• 通信を伴うアプリケーションの多くは、クライアントとサーバーが作られている。
• アプリケーションは、サーバー・クライアント共に要求を満たす様に成っている。
• アプリケーション層とそれ以外の階層は独立している。
• アプリケーション層（セッション層以上）はアプリケーションからさほど独立していない。（アプリケーションの機能に応じて作られている。）
• 各アプリケーション（サーバとクライアント間のやりとり）毎にプロトコルが存在する。
  （但し、様々なアプリケーションがWEBページを使用している。）

Webサービス

• クライアントはWebブラウザというソフト
• サーバーに置いてあるホームページを閲覧する。
• Webブラウザとサーバーの間の通信で使われるプロトコルがHTTP（HyperTextTransferProtocol）である。
• ホームページ用の言語（データフォーマット）は、HTML（HyperTextMarkupLanguage）である。
• アプリケーション層がHTTP、プレゼンテーション層がHTMLともいえる。

電子メール（E-Mail）

• アプリケーション層のプロトコル
  • 電子メールの送信は、SMTP（SimpleMailTransferProtocol）を利用する。
  • 電子メールの受信は、POP3、IMAP4を利用する。
• プレゼンテーション層のプロトコル
  • 電子メールで送信できるデータ形式を拡張するMIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）を利用する。
    （添付ファイルとして）映像や音声のファイルなどさまざまな情報を送ることができる。

ファイル転送 とは

• FTP（FileTransferProtocol）
• ファイル転送のためのプロトコル
• 主な機能としては以下の２つである。
  • ダウンロードとは、異なるコンピュータ上に存在するファイルを自分のコンピュータに転送すること。
  • アップロードとは、自分のコンピュータのファイルを別のコンピュータへ転送すること。
• 2つのTCPコネクションを確立する。
  • ファイル転送の指示をするための制御コネクション
  • データを転送するためのデータコネクション

遠隔ログイン とは

• 別のコンピュータにログインして、操作する。
• 代表的なプロトコルとしてはTELNETやSSHが利用される。
• TELNETやSSHはCUI（コマンドでの操作）となる。
• TELNETは暗号化されていないため、暗号化されているSSHが利用されることが多い。
• 代表的なGUI（マウスやタッチでの操作）の遠隔ログインプロトコルとしては、VNCやRDP（Windowsのリモートデスクトップ）が利用される。

ネットワーク管理 とは

• 人間の代わりにソフトがネットワーク管理・監視を行う。
• SNMPというプロトコルが利用される。
• 管理・監視される機器やホストをエージェントという。
• 管理・監視を行う（サーバー）ソフトをマネージャという。
• SNMPでは、様々な情報を管理・監視出来る。
  たとえば、リソース（CPU、メモリ、HDD等）の消費量やインターフェースの通信量など。