サーバー関係/ネットワーク技術

ネットワーク技術総論
インターネット技術について
ルーティングプロトコル
- RIP
- OSPFとは
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ネットワーク技術総論 †

ネットワーク技術とは、ここでは主にインターネットにおける通信に関する技術についての説明とする。いろいろな技術の経緯を経て、現在におけるネットワーク技術は以下の技術に集約されていると言ってよいだろう。

層	ISO（Open Systems Interconnection）参照モデル	概要	具体例
7	アプリケーション層	具体的な通信サービス（例：HTTPやメール等）	HTTP, DHCP, SMTPなど
6	プレゼンテーション層	データの表現方法（例えばEBCDICコードのテキストファイルをASCIIコードのファイルへ変換する）	SMTP, FTP, Telnetなど
5	セッション層	通信プログラム間の通信の開始から終了までの手順（接続が途切れた場合、接続の回復を試みる）	TLS(SSL), NetBIOSなど
4	トランスポート層	ネットワークの端から端までの通信管理（エラー訂正、再送制御等）	TCP, UDPなど
3	ネットワーク層	データ中継規定。IP単位によるネットワーク接続（IPプロトコル利用時）。ルーティングを行ってセグメントを超える事ができる。	IP, ARP, RARP, ICMPなど
2	データリンク層	ネットワークセグメント単位での接続。MACアドレス to MACアドレスでの通信。この層は通常2つのサブ・レイヤに分割され、誤りの検出を行う論理リンク制御(LLC: Logical Link Control)と、回線とのデータの受け渡しをするメディア・アクセス制御(MAC: Medium Access Control)とからなる。	イーサネット, PPP, フレームリレーなど
1	物理層	物理的な１対１の接続を規定。コネクタのピンの数、コネクタ形状の規定等。銅線-光ファイバ間の電気信号の変換等	光ケーブル、同軸ケーブル、電話線など

この中で6と7の層は、実質的に層として分割していないアプリが多い。（5も実質アプリ内における実装となっているので、明確に分かれている印象が薄いが、下記に説明するソケットライブラリがそれにあたるため、その意味では分離されていると認識することもできる）

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インターネット技術について †

現代のネットワークの技術的根幹にあたる、インターネット技術の中心技術である、TCP/IP技術においての、いろいろな定義及びその値について解説する。

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データリンク層 †

データリンク層の代表は、Ethernet（イーサネット）だろう。通常パソコンをネットに繋げるというと、パソコンとブロードバンドルーターをRJ45のジャックを持ったイーサネットケーブルで接続することが多いと思われる。

通常、イーサネットの通信において、信号の伝送中にノイズを拾い、エラーを含むフレーム（イーサネットではパケットと呼ばず、フレームと呼んでいる）が到着し、FCS（CRC値）が違っている場合には、上位層にエラーを通知する。

イーサネットに関するフォーマットは、実はこれ以外にも「IEEE 802.3 Raw」「IEEE 802.3 with LLC(802.2)」「IEEE 802.3 with SNAP」などがあるが、アプリプログラマーが意識する必要はないだろう。

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IP（ネットワーク層）について †

インターネットにおいての技術的概念の中心に位置する物が、IPである。IPv4, IPv6という２つのIPフォーマットが存在し、IPv4フォーマットでは、IPアドレスを４バイトで表現するのに対し、IPv6では16バイトで表現される。IPv4とIPv6は共存して存在でき、現状、少しずつIPv6技術に移行を始めているが、コストの観点から、その進捗は良いとは言えない状況である。IPパケットヘッダのサイズは、IPv4が20-bytes、IPv6が40-bytesとなる。
IPv4のヘッダレイアウト

IPにおいても、チェックサムを利用したエラー検出機能を持っているが、IPv4では、いろいろな装置(MTU値が固定でない装置群）に対応するために、パケットの断片化（フラグメンテーション）を行いパケットが分割される可能性があるため、チェックサムはヘッダー領域のみに対して行っている。通常は上位レイヤーでデータ部のエラーチェックを保証する。

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トランスポート層のプロトコル †

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TCPについて †

現在のネットワークの大半を支えているTCP技術は、IPの上位レイヤーとして存在し、通信の信頼性を担保する複雑ではあるが、重要な技術となっている。

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UDPについて †

TCPが通信の信頼性が確保される高度な通信であるのと同時に、ルーターなどのネットワークを構成する機器においては、そのオーバーヘッドも非常に大きくなっているため、通信の信頼性を落とす事で、それらオーバーヘッドを極力減らしたプロトコルが、UDPである。

UDPの特徴はチェックサムによるエラー検出を行いエラーが存在するパケットの自動破棄までは行うものの、破棄されたパケットの再送要求は行われない。そのため再送が必要な場合には、より上位のレイヤーなどで対応する必要がある。ただし、通常は映像のストリーミングなどに利用される事も多く、少ないエラーパケットが発生してもそのサービスには大きな影響を与えないサービスに利用されるプロトコルのため、再送が必要ない場合も多い。

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ポート番号について †

TCPやUDPでは、ポート番号という値を利用してアプリケーションなど、より上位層の為の接続機能を提供している。

ポート番号	概要
0～1023	Well Known Port（WKS、ウェル・ノウン・ポート）。特権ユーザーや管理者モードで動作するサービスが利用するポート。直訳して「よく知られたポート」と呼ばれることもある。Internet Assigned Numbers Authority (IANA)で規定している。
1024～49151	Registerd Port（登録済みポート）。登録されたサービスが利用するポート
49152～65535	Dynamic Port／Private Port。動的なアプリケーションなどで利用するポート

通常アプリケーションは、このポート番号のWKSの部分において通信の最初のネゴシエーションが行われ、実際の通信用のDynamic PortをOSに分けてもらい、実際のアプリ間での通信は、この割り振られたDynamicPortで行われる手順がおおい。

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