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ネットワーク層のIPアドレスに関する概要です。
データリンク層との違いやIPの役割、IPの主目的である住所の役割とネットワーク層の主目的である経路選択の概要、IPアドレスの特徴、等を説明します。質問などありましたら、お気軽にどうぞ。

ネットワーク層の概要

インターネット層(ネットワーク層)のプロトコル

代表的なプロトコルとして、IP(IPv4、IPv6)、ICMP、ARP、IPsec、等がある。

名称概要
IPネットワーク上に存在するすべての機器には固有の住所のようなものが割り振られている。IPv4とIPv6の2つのバージョンが使われていおり、現在までのところ IPv4が主となっている。
ICMPパケットが届いているか否かを調べるためのプロトコル。
ARP宛先IPアドレスを手掛かりにMACアドレスを取得するプロトコル。
IPsecIPパケットを暗号化する技術。VPNで用いられることが多い。

各ネットワーク機器が働く階層

レイヤー機器名理解できるもの
ネットワーク層ルータIPアドレス
データリンク層スイッチ、ブリッジMACアドレス
物理層ハブ、リピータ電気信号

IPの概要

  • ホスト:パソコンやサーバ、スマートフォン、等の機器のこと。
  • ルーター:宛先IPアドレスを見て、経路選択を行う機器。
  • ノード:ホストやルータを併せた総称。
  • IPはTCP/IP(OSI参照モデル)の心臓部ともいえるインターネット層(ネットワーク層)のプロトコル。
  • ネットワーク層の主な役割として、終点ノード間(end-to-end)の通信を実現すること。
  • 終点ノード間を行き来する際に、別のデータリンク層を経由していくことになるが、それからは独立して、IPという共通の規則を元に宛先や経路を認識しながら通信を行う。また、必要なタイミングにおいては、データリンク層との連携も行っている。
  • データリンク層(MACアドレス等)は次の行き先を扱うが、IPは最終目的地を扱う。
  • PDUはパケット若しくはIPデータグラムという。
  • コネクションレス型プロトコル(信頼性のない)。
  • ベストエフォート方式・・・「努力はしますが、保証はしません」。
  • ネットワーク層で働くホストやルーター等にはIPアドレスを設定する必要がある。
  • データリンク層で働くブリッジやスイッチ等にはIPアドレスを設定する必要はない。

ルーター・経路制御の概要

ルータが働く階層

ルーターが働く階層はネットワーク層(インターネット層)である。

OSI参照モデル(7階層)TCP/IPモデル(4階層)
アプリケーション層アプリケーション層
プレゼンテーション層
セッション層
トランスポート層トランスポート層
ネットワーク層インターネット層
データリンク層ネットワークインター フェース層
物理層

ルータの動作に関して

ルータはネットワーク層のPDUであるIPパケットのヘッダ部に埋め込まれた宛先IPアドレスを、自身のルーティングテーブルと照らし合わせて、最適なインターフェースから(次のノードへ向かって)送出する。



ルーターはネットワークの変化に柔軟かつ遅延なく対応する必要があるが、(大規模ネットワークの場合)一般的にはルーターの経路情報は管理者が隅々まで把握しているわけではない。

ではどうやってルータは経路情報を作成しているかというと、ルーター同士で情報交換をしていて、ある程度自動的に経路が作成される。コレを動的ルーティングともいう。

ルーター 、 動的ルーティング(答え)

データリンク層の違いを吸収

IPを利用する通信で、途中イーサネット以外のデータリンク層を通ることがある。

データリンク層によって、最大転送単位(MTU (Maximum Transmission Unit))が異なる。

それぞれに合わせるためにIPでは分割処理(フラグメンテーション)を行っている。



ルーターで分割されたパケットは届いた先(ホスト)で1つにまとめられる。上位層(トランスポート層以上)ではデータリンク層の差を意識しない。フラグメンテーションが発生するとルーターやホストに負荷がかかる。

ブロードキャストドメイン

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物理層・データリンク層

ブロードキャストドメインの概要

同一LAN内すべてのネットワークデバイスへの通信をブロードキャストと呼ぶ。

ブロードキャストが伝わる範囲をブロードキャストドメインと呼び、同一ネットワークと等価である。

ネットワークの境界には必ずルーターが存在する。ルーターはブロードキャストドメインを分割する機器ともいえる。

ブロードキャストドメインの範囲と分割

ブロードキャストドメインを

分割するデバイス分割しないデバイス
ルーターリピータ、ハブ、スイッチ、ブリッジ

ブロードキャストドメインの例1

ブロードキャストドメイン答え1

ブロードキャストドメインの例2

ブロードキャストドメイン答え2