ネットワーク

1. ネットワーク方式と構成機器

LANの仕組みと、ハブ・スイッチ・ルータがそれぞれどの層で何を見ているのかが分かります。

ネットワークは、つながる範囲で二つに分けて考えます。一つの建物や事業所の中など、自分たちで敷設して管理できる範囲がLAN（構内通信網）です。これに対し、離れた拠点どうしを通信事業者の回線を借りてつなぐ広い範囲がWAN（広域通信網）です。LANは自前なので速度も構成も自由に決められますが、WANは事業者のサービス品目と料金の範囲で決まります。

有線LANの標準がイーサネット（IEEE802.3）です。1000BASE-Tのように「速度BASE-媒体」の形で規格名が付き、1000BASE-Tなら1Gビット/秒・ツイストペアケーブル、1000BASE-SXなら光ファイバを指します。初期のイーサネットは1本の伝送路を全員で共有していたため、送信前に回線が空いているか聞き、空いていれば送り、それでも衝突（コリジョン）したら検出してランダムな時間待って送り直すCSMA/CDという方式を使いました。現在のスイッチングハブによる全二重通信では送信と受信の経路が分かれるので衝突自体が起こらず、CSMA/CDは実質的に使われませんが、試験ではイーサネットのアクセス制御方式として問われます。

無線LAN（IEEE802.11）では、電波は送信中に自分の信号が大きすぎて他局の信号を聞き取れないため、衝突を「検出」できません。そこで、回線が空いていても少し待ってから送り、受信側からACKが返ってこなければ衝突したとみなして送り直すCSMA/CAという回避型の方式を使います。規格は802.11b（2.4GHz帯・11Mビット/秒）、802.11a（5GHz帯・54Mビット/秒）、802.11g（2.4GHz帯・54Mビット/秒）、802.11n（2.4/5GHz帯・MIMOで最大600Mビット/秒）、802.11ac（5GHz帯のみ・最大約6.9Gビット/秒）、802.11ax（Wi-Fi 6、2.4/5GHz帯・OFDMAで最大約9.6Gビット/秒）と進んできました。2.4GHz帯は電子レンジやBluetoothと干渉しやすく、隣接するアクセスポイントとはチャネル（使う周波数の区画）をずらす必要があります。アクセスポイントは自分の名前としてSSIDを電波に乗せ、端末はこれを選んで接続します。

ネットワーク機器は「どの層の情報を見て中継するか」で区別すると整理できます。リピータとリピータハブは物理層で信号を増幅・整形して全ポートにそのまま流すだけなので、つないだ全体が一つの衝突領域（コリジョンドメイン）になります。ブリッジとL2スイッチ（スイッチングハブ）はデータリンク層のMACアドレスを見て、宛先がつながっているポートにだけ転送するので、ポートごとに衝突領域が分かれます。ただしブロードキャストは全ポートに流れるため、ブロードキャストドメインは分かれません。ルータとL3スイッチはネットワーク層のIPアドレスを見て別のネットワークへ中継するので、ここでブロードキャストドメインが分かれます。トランスポート層より上位で、プロトコルそのものを変換して橋渡しする装置がゲートウェイです。パソコン側でネットワークに接続する部品がNIC（ネットワークインタフェースカード）で、製造時にMACアドレスが割り当てられています。

L2スイッチでは、物理的な配線とは無関係に、ポートやMACアドレスの単位でネットワークを論理的に分けるVLANが使えます。同じフロアのスイッチにつながっていても、VLANが違えばブロードキャストは届かず、行き来するにはルータやL3スイッチによる中継が必要です。部署ごとに通信を分けたいときに、配線をやり直さずに実現できるのが利点です。また、IEEE802.3af/at/btのPoEを使うと、LANケーブルで通信と給電を同時に行えるため、天井のアクセスポイントやIPカメラに電源工事なしで電力を供給できます。

通信のきまりごとを層に分けて整理したものがOSI基本参照モデルで、下から物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、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の7層です。実際のインターネットで使われているTCP/IPは4階層で、ネットワークインタフェース層（OSIの第1〜2層）、インターネット層（第3層）、トランスポート層（第4層）、アプリケーション層（第5〜7層）に対応します。送信側では上の層から順にヘッダを付けていき（カプセル化）、受信側では下の層から順にヘッダを外して上へ渡します。

回線の使い方には、通信の間じゅう通信路を占有する回線交換方式と、データを小さなパケットに区切って宛先情報を付け、空いている回線を次々に共有しながら送るパケット交換方式があります。インターネットは後者で、回線を効率よく使える反面、混み具合によって遅延が変わります。さらに近年は、機器ごとに設定していた経路制御の頭脳部分（制御プレーン）を機器の転送部分（データプレーン）から切り離し、ソフトウェアから集中制御するSDNという考え方が広がっています。SDNの代表的な実装がOpenFlowで、ネットワーク構成の変更をプログラムで一括して行えます。

用語

LANとWAN

LANは建物や事業所など自分で管理できる範囲の構内通信網、WANは通信事業者の回線を借りて離れた拠点をつなぐ広域通信網。速度や構成を自由に決められるのはLANのほうである。

CSMA/CD

有線イーサネットのアクセス制御方式。送信前に回線が空いているか調べ、衝突したら検出してランダムな時間待って再送する。全二重のスイッチング環境では衝突が起こらないため実質使われない。

CSMA/CA

無線LANのアクセス制御方式。電波では衝突を検出できないため、空いていても待ち時間を置いてから送信し、ACKが返らなければ衝突したとみなして再送する衝突回避型の方式。

SSID

無線LANのアクセスポイントに付ける最大32文字の識別名。端末はこの名前を選んで接続する。同じSSIDを複数のアクセスポイントに設定すると、移動しながら接続を引き継げる。

コリジョンドメイン

信号の衝突が影響し合う範囲。リピータハブでつないだ全体が一つの範囲になるが、L2スイッチはポートごとに分ける。ルータやL3スイッチはブロードキャストドメインも分ける。

L2スイッチ

データリンク層のMACアドレスを見て、宛先の機器がつながっているポートにだけフレームを転送する装置。スイッチングハブとも呼ぶ。ブロードキャストは全ポートに転送する。

L3スイッチ

ネットワーク層のIPアドレスを見て中継する機能をスイッチに持たせた装置。ルータと同じ働きをハードウェア処理で高速に行うが、WAN回線向けの機能はルータのほうが豊富である。

ゲートウェイ

トランスポート層より上位の層でプロトコルそのものを変換し、方式の違うネットワークどうしを橋渡しする装置。単に「デフォルトゲートウェイ」というときは外部へ出るルータを指す。

VLAN

物理的な配線とは無関係に、ポートやMACアドレスの単位でLANを論理的に分割する機能。VLANが違えばブロードキャストは届かず、行き来にはルータやL3スイッチによる中継が必要になる。

PoE

IEEE802.3af/at/btで規格化された、LANケーブルで通信と給電を同時に行う仕組み。電源が取りにくい天井のアクセスポイントやIPカメラに、電源工事なしで電力を供給できる。

OSI基本参照モデル

通信機能を下から物理・データリンク・ネットワーク・トランスポート・セッション・プレゼンテーション・アプリケーションの7層に分けて整理したモデル。層ごとに役割を切り分けて考える。

カプセル化

送信側で上位層のデータに各層のヘッダを順に付けていくこと。受信側は下位層から順にヘッダを外して上位層へ渡す。層ごとに独立して機能を差し替えられるようになる。

パケット交換方式

データを小さなパケットに区切り、宛先情報を付けて空いている回線を共有しながら送る方式。回線を占有する回線交換方式より効率がよいが、混雑によって遅延が変動する。

SDN

ネットワーク機器の経路制御を行う制御プレーンを転送部分から切り離し、ソフトウェアから集中制御する考え方。代表的な実装にOpenFlowがあり、構成変更をプログラムで一括して行える。

ルーティングプロトコル

ルータどうしが経路情報を交換して経路表を自動で作る手順。組織内ではホップ数を使うRIPやコストを使うOSPF、組織（AS）どうしの接続にはBGPが使われる。

例題

出典・根拠：IPA 基本情報技術者試験 シラバス Ver.9.2 大分類3：技術要素　中分類10：ネットワーク（ネットワーク方式・通信プロトコル）

2. IPアドレスとサブネット

CIDR表記からネットワークアドレス・ブロードキャストアドレス・収容できる台数を自分で計算できるようになります。

IPv4アドレスは32ビットで、8ビットずつ4つに区切って10進数で書きます（例: 192.168.10.35）。32ビットは前半のネットワーク部と後半のホスト部に分かれ、どこまでがネットワーク部かを示すのがサブネットマスクです。サブネットマスクは、ネットワーク部のビットをすべて1、ホスト部をすべて0にした32ビットの値で、1が続く個数を「/24」のように書く方法をCIDR表記（プレフィックス長）といいます。かつてはアドレスの先頭ビットで区切り位置が決まるクラスA〜Cという分け方でしたが、アドレスの無駄が大きいため、現在は任意の位置で区切るCIDRが使われます。

計算の土台になるのは次の3つです。第一に、ホスト部のビット数をnとすると、そのネットワークに含まれるアドレスの総数は2のn乗個です。第二に、そのうちホスト部が全部0のものはネットワークそのものを表すネットワークアドレス、全部1のものは同じネットワーク全員あてのブロードキャストアドレスなので、機器に割り当てられる台数は2のn乗から2を引いた個数になります。第三に、あるIPアドレスのネットワークアドレスは、IPアドレスとサブネットマスクのビットごとの論理積（AND）で求められます。/24なら第4オクテットだけがホスト部なのでn=8、総数256個、使える台数254台です。

区切りがオクテットの途中に来る場合は、その1オクテットだけを見て考えると早く解けます。プレフィックス長が/26なら、第4オクテットのうち上位2ビットがネットワーク部、下位6ビットがホスト部なので、マスクは11000000（10進で192）、区切りは0、64、128、192の64個おきです。つまり192.168.10.100は192.168.10.64〜192.168.10.127の範囲に入り、ネットワークアドレスは192.168.10.64、ブロードキャストアドレスは192.168.10.127、使えるのは.65〜.126の62台です。この「1オクテット内の区切り幅＝256からマスクの値を引いた数」という見方が、そのままブロードキャストアドレスの計算にも使えます。

大きなネットワークを分けることをサブネット分割といいます。プレフィックス長を1ビット伸ばすとネットワークは2つに、2ビット伸ばすと4つに増え、その分ホスト部が短くなって収容台数は半分ずつ減ります。たとえば192.168.1.0/24を/27に分けると、伸ばしたビット数は3なので2の3乗＝8個のサブネットができ、それぞれのホスト部は5ビットなので使えるのは2の5乗−2＝30台ずつです。逆に「500台収容したい」と言われたら、2のn乗−2が500以上になる最小のnを探してn=9、つまり32−9＝23で/23（510台）と決めます。

組織の内部だけで自由に使ってよいアドレスがプライベートIPアドレスで、10.0.0.0〜10.255.255.255（10.0.0.0/8）、172.16.0.0〜172.31.255.255（172.16.0.0/12）、192.168.0.0〜192.168.255.255（192.168.0.0/16）の3つの範囲が決められています。これらはインターネット上では通用しないので、外部と通信するときは境界のルータでグローバルIPアドレスに変換します。1対1で入れ替えるのがNAT、ポート番号も一緒に書き換えて1つのグローバルアドレスを多数の端末で共有するのがNAPT（IPマスカレード）です。NAPTでは戻ってきたパケットをポート番号で見分けて内部の端末に振り分けます。

IPv4のアドレス枯渇に対する本命の答えがIPv6です。アドレス長は128ビットで、16ビットずつ8つに区切って16進数でコロン区切りに書きます。ヘッダを簡素にして中継処理を軽くし、IPsecによる暗号化への対応、ルータからの情報を使ってアドレスを自動で決めるアドレス自動設定などが取り込まれました。ブロードキャストは廃止され、代わりにマルチキャストとエニーキャストを使います。

同じネットワーク内で相手に届けるには、IPアドレスから相手のMACアドレスを知る必要があります。これを行うのがARPで、「このIPアドレスの人はMACアドレスを教えてほしい」とブロードキャストで尋ね、本人がユニキャストで答えます。宛先が別のネットワークなら、パケットはまずデフォルトゲートウェイ（自分のネットワークの出口のルータ）に渡され、ルータが経路表に従って次のルータへ中継していきます。経路表を人が書くのがスタティックルーティング、ルータどうしが情報交換して自動で作るのがダイナミックルーティングで、後者には最小ホップ数で選ぶRIP、回線速度などのコストで選ぶOSPF、組織（AS）どうしをつなぐBGPがあります。

IPアドレス   192.168.10.100  第4オクテット  100 = 01100100 サブネットマスク /26 = 255.255.255.192  第4オクテット  192 = 11000000 AND をとる（ネットワークアドレス）  01100100  11000000  --------  01000000 = 64   → 192.168.10.64 ホスト部を全部1にする（ブロードキャストアドレス）  01111111 = 127  → 192.168.10.127 割当て可能な範囲 192.168.10.65 〜 192.168.10.126（62台）

用語

サブネットマスク

IPアドレスのどこまでがネットワーク部かを示す32ビットの値。ネットワーク部を1、ホスト部を0で表す。IPアドレスとの論理積（AND）でネットワークアドレスが求められる。

CIDR表記

サブネットマスクの1が続く個数（プレフィックス長）を「192.168.1.0/24」のようにスラッシュに続けて書く方法。クラスにとらわれず任意の位置でネットワーク部を区切れる。

ネットワークアドレス

ホスト部のビットがすべて0のアドレス。そのネットワーク自体を指す番号で、個々の機器には割り当てられない。経路表ではこの値とマスクの組で宛先ネットワークを表す。

ブロードキャストアドレス

ホスト部のビットがすべて1のアドレス。同じネットワーク内の全機器あてを意味する。ネットワークアドレスと合わせて2個は機器に割り当てられないため、収容台数は2のn乗−2となる。

サブネット分割

プレフィックス長を伸ばして一つのネットワークを複数に分けること。kビット伸ばすと2のk乗個のサブネットができ、1サブネットあたりの収容台数はその分だけ減る。

プライベートIPアドレス

組織内で自由に使えるアドレス。10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16の3範囲が定められている。インターネットでは通用しないので変換が必要になる。

NAT

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスを1対1で相互に変換する仕組み。同時に外部と通信できる端末数は、用意したグローバルアドレスの個数までに限られる。

NAPT

IPアドレスに加えてポート番号も書き換えることで、1つのグローバルIPアドレスを多数の端末で共有する仕組み。IPマスカレードとも呼ばれ、戻りのパケットはポート番号で振り分ける。

IPv6

128ビットのアドレスを持つ次世代のIP。16ビットごとに16進数でコロン区切りに書く。ヘッダの簡素化、IPsec対応、アドレス自動設定が特徴で、ブロードキャストは廃止された。

ARP

同一ネットワーク内で、IPアドレスから対応するMACアドレスを問い合わせるプロトコル。要求はブロードキャスト、応答はユニキャストで行われ、結果は一定時間キャッシュされる。

デフォルトゲートウェイ

経路表に載っていない宛先あてのパケットを託す出口のルータ。自分と同じネットワーク内のIPアドレスを指定する必要があり、ここが誤っていると外部と通信できない。

スタティックルーティング

経路表を管理者が手作業で設定する方式。構成が固定された小規模ネットワークに向き、回線障害が起きても自動では迂回しない。自動で経路を学習するのがダイナミックルーティング。

RIPとOSPF

組織内で使うルーティングプロトコル。RIPはホップ数が最小の経路を選ぶディスタンスベクタ型で最大15ホップ。OSPFは回線速度などのコストで選ぶリンクステート型で、大規模構成に向く。

BGP

AS（自律システム）と呼ばれる組織単位のネットワークどうしを結ぶ経路制御プロトコル。通過するASの並びを情報として交換し、インターネットの基幹の経路制御に使われている。

例題

出典・根拠：IPA 基本情報技術者試験 シラバス Ver.9.2 大分類3：技術要素　中分類10：ネットワーク（通信プロトコル）／RFC1918（プライベートアドレス）／RFC4632（CIDR）

3. トランスポート層と伝送性能

TCPとUDPの使い分けと、伝送時間・伝送効率・回線利用率の計算のやり方が身につきます。

トランスポート層は、届いたデータを「どの通信のどのアプリケーションあてか」まで見分け、必要なら品質を保証する層です。ここには性格の違う2つのプロトコルがあります。TCPはコネクション型で、通信を始める前にSYN、SYN＋ACK、ACKという3ウェイハンドシェイクで相手と合意を取り、送ったデータには確認応答（ACK）を求め、届かなければ再送し、順番が入れ替わっても並べ直します。UDPはコネクションレス型で、確認も再送も順序制御もせず、ヘッダも8バイトと小さいまま投げっぱなしにします。その代わり手続きの分の待ちがなく、ブロードキャストやマルチキャストにも使えるので、DNSの問合せ、DHCP、NTP、音声や映像のリアルタイム配信のように、少しの欠落より速さが大事な通信で使われます。

TCPには流れを調整する仕組みもあります。受信側がまだ処理していないのに送りすぎると溢れるので、受信側が「今これだけ受け取れる」という窓の大きさ（ウィンドウサイズ）を伝え、送信側はその範囲内なら確認応答を待たずに続けて送れます。これがスライディングウィンドウによるフロー制御で、1つ送るたびに応答を待つ方式より効率が上がります。さらに、ネットワークの混雑を検知して送る量を絞る輻輳制御も備えています。

伝送路の誤りは、電気的な雑音などで0と1が入れ替わることで起こります。1ビットの誤りを検出できるパリティチェック、連続した誤り（バースト誤り）に強く、データリンク層で広く使われるCRC（巡回冗長検査）、誤りの位置まで特定して訂正できるハミング符号などがあり、誤りを見つけたら送り直してもらう方式をARQ（自動再送要求）といいます。また、1本の伝送路に複数の通信をまとめて載せる多重化には、時間で区切る時分割多重（TDM）、周波数で分ける周波数分割多重（FDM）、光の波長で分ける波長分割多重（WDM）があります。

性能の計算はどれも「ビットにそろえてから割る」だけです。1バイト＝8ビットなのでファイルの大きさは8倍してビットに直し、回線速度で割れば理屈上の時間が出ます。実際には制御情報や再送があるため、有効に使えるのは一部だけです。この割合が伝送効率で、実効速度＝回線速度×伝送効率、伝送時間＝データ量（ビット）÷実効速度、となります。逆に、実際に流したデータ量を回線速度と時間で割ると回線利用率が求められます。試験では1Mビット/秒＝10の6乗ビット/秒のように単位の前提が必ず書かれるので、1000系か1024系かを読み落とさないことが大切です。

パケットに分けて送ると、1つ1つにヘッダが付くぶん送る量が増えます。データ1,000バイトを、1パケットに載せられるデータが200バイト、ヘッダが20バイトという条件で送ると、パケットは5個、実際に流れるのは5×（200＋20）＝1,100バイトになり、伝送効率は1,000÷1,100＝約90.9％です。パケットを小さくすると誤り時の再送は軽くなりますが、ヘッダの割合が増えて効率は落ちるという関係があります。

遠くのサーバとやり取りするときは、回線速度だけでなく往復にかかる伝播遅延も効いてきます。世界中の利用者に同じコンテンツを配るときに、あらかじめ各地のキャッシュサーバに複製を置き、利用者に近いところから配信して遅延と本体サーバの負荷を減らす仕組みがCDN（コンテンツデリバリネットワーク）です。

拠点間を安く安全につなぐにはVPNを使います。インターネットVPNは公衆のインターネット上に暗号化したトンネルを作る方式で、ネットワーク層で暗号化と認証を行うIPsecを使うIPsec-VPNと、ブラウザのSSL/TLSをそのまま利用して個々の端末から社内システムへ接続するSSL-VPNがあります。一方、通信事業者の閉域網を使って安全性と品質を確保するのがIP-VPNで、インターネットを通らないぶん品質が安定します。

用語

TCP

コネクション型のトランスポート層プロトコル。3ウェイハンドシェイクで接続を確立し、確認応答・再送・順序制御・フロー制御・輻輳制御によって、データが確実に順番どおり届くことを保証する。

UDP

コネクションレス型のトランスポート層プロトコル。確認応答も再送も順序制御も行わず、ヘッダも8バイトと小さい。遅延を嫌う音声・映像や、DNS・DHCP・NTPなどの短い通信で使われる。

3ウェイハンドシェイク

TCPが通信を始めるときに行う3回のやり取り。SYN、SYN＋ACK、ACKの順に交換して、双方の送信開始位置と受信準備を確認してからデータ転送に入る。

スライディングウィンドウ

受信側が伝えたウィンドウサイズの範囲内なら、確認応答を待たずに続けてデータを送れるTCPのフロー制御方式。1つずつ応答を待つ方式に比べて回線を効率よく使える。

伝送効率

回線速度のうち、実際にデータの送信に使える割合。制御情報や再送、待ち時間の分だけ100％より小さくなる。実効速度は回線速度に伝送効率を掛けて求める。

回線利用率

回線の能力に対して実際にどれだけ使われたかの割合。ある時間に流れたデータ量（ビット）を、回線速度と経過時間の積で割って求める。

CRC

巡回冗長検査。データを多項式とみなした割り算の余りを検査符号として付け、受信側で同じ計算をして誤りを検出する。連続して起こるバースト誤りに強く、データリンク層で広く使われる。

パリティチェック

1が奇数個か偶数個かをそろえる1ビットの検査符号を付けて誤りを検出する方式。1ビットの誤りは検出できるが位置は分からず、2ビット同時に誤ると検出できない。

ハミング符号

複数の検査ビットを付けることで、1ビットの誤りであれば位置を特定して訂正できる符号。誤りを見つけて再送を求めるだけの検出方式と違い、その場で復元できる点が異なる。

多重化

1本の伝送路に複数の通信をまとめて載せる技術。時間を細かく区切って割り当てる時分割多重、周波数帯を分ける周波数分割多重、光の波長を分ける波長分割多重がある。

CDN

コンテンツデリバリネットワーク。各地に置いたキャッシュサーバに複製を配置し、利用者に近い場所から配信することで、応答の遅延と本体サーバの負荷をともに減らす仕組み。

IPsec

ネットワーク層でパケットの暗号化と認証を行うプロトコル群。IPパケット全体を包み直すトンネルモードを使うと、拠点間を結ぶVPNをアプリケーションを変えずに構築できる。

SSL-VPN

ブラウザなどが備えるSSL/TLSをそのまま使って社内システムへ安全に接続する方式。専用のソフトを入れなくても使えることが多く、在宅勤務など個々の端末からの接続に向く。

例題

出典・根拠：IPA 基本情報技術者試験 シラバス Ver.9.2 大分類3：技術要素　中分類10：ネットワーク（通信プロトコル・伝送）／RFC793（TCP）／RFC768（UDP）

4. アプリケーション層とネットワーク応用

DNS・Web・電子メールの仕組みと、モバイル通信やトラブルシューティングの道具が分かります。

アプリケーション層のプロトコルは、相手のIPアドレスに加えてポート番号で見分けられます。ポート番号は16ビットの数で、サーバ側で待ち受ける代表的な番号が0〜1023のウェルノウンポートとして決められています。HTTPは80番、HTTPSは443番、SMTPは25番、POP3は110番、IMAP4は143番、DNSは53番、FTPは制御に21番・データ転送に20番、SSHは22番です。クライアント側は空いている番号を一時的に使い、この組合せでどの通信への応答かを見分けます。

人が使うドメイン名とIPアドレスを対応づけるのがDNSです。名前からIPアドレスを求めるのが正引き、IPアドレスから名前を求めるのが逆引きです。利用者側で問合せを代行するのがリゾルバ（DNSキャッシュサーバ）で、答えを知らなければルートDNSサーバから順にたどり、そのドメインの情報を正式に持つ権威DNSサーバから答えをもらって、一定時間（TTL）キャッシュしてから利用者に返します。DNSが引けないと、通信そのものはできる状態でも「名前解決できません」となって使えません。

Webの通信はHTTPで行います。クライアントがリクエストを送り、サーバがステータスコードとともにレスポンスを返す形で、HTTPは本来やり取りの前後関係を覚えません。そこで、サーバがブラウザに小さなデータを保存させて次のリクエストに付けさせるcookieを使い、これでセッションIDを持ち回ってログイン状態を保ちます。HTTPSはHTTPの通信をSSL/TLSで暗号化したもので、サーバ証明書によって接続先の正当性も確認できます。組織の出口に置いて代理でアクセスし、内容をキャッシュしたり、アクセス先を制限したり、内部のIPアドレスを隠したりする装置がプロキシサーバです。

電子メールは、送信と受信で使うプロトコルが違うのが要点です。送信者から送信メールサーバへ、そして送信メールサーバから受信側のメールサーバへの配送はどちらもSMTPが担います。受信者が自分あてのメールをメールサーバから取り出すときはPOP3かIMAP4を使います。POP3は原則としてメールを手元にダウンロードして管理する方式、IMAP4はサーバ上にメールを置いたまま読む方式で、複数の端末から同じ状態で読みたい場合はIMAP4が向きます。日本語や添付ファイルなど、本来ASCII文字しか運べないメールで多様なデータを扱えるようにする拡張がMIMEで、これに暗号化とデジタル署名を加えたものがS/MIMEです。

差出人のなりすまし対策として、送信ドメイン認証が使われます。SPFは、そのドメインのメールを送ってよい送信元サーバのIPアドレスをDNSに公開しておき、受信側が実際の送信元と突き合わせる仕組みです。DKIMは、送信側がメールに電子署名を付け、受信側がDNSで公開鍵を取得して検証する仕組みです。DMARCは、SPFやDKIMの検証に失敗したメールをどう扱うか（何もしない・隔離する・拒否する）というドメイン所有者の方針をDNSで公開し、結果の報告も受け取れるようにするものです。

音声を扱うIP電話はVoIPの技術で成り立っています。音声をディジタル化して小さなパケットに分け、RTPで運び、SIPで呼の開始と終了を制御します。パケット交換なので、遅延そのものに加えて、到着間隔がばらつくゆらぎ（ジッタ）が音質に影響します。移動体通信では、高速大容量・低遅延・多数同時接続を特徴とする5G、複数の周波数帯を束ねて速度を上げるキャリアアグリゲーション、通信速度は低いが低消費電力で広い範囲をカバーしIoT機器に向くLPWAなどが押さえどころです。自社で無線設備を持たず、通信事業者の設備を借りてサービスを提供する事業者をMVNOといいます。

つながらないときは、下の層から順に切り分けます。ipconfig（UNIX系ではifconfigやip）で自分のIPアドレス・サブネットマスク・デフォルトゲートウェイの設定を確認し、pingでICMPのエコー要求を送って相手までの到達性と応答時間を調べます。デフォルトゲートウェイには届くのに外部に届かないときは、tracerouteやtracertで経路上のどのルータまで到達しているかをたどります。IPアドレス指定なら通じるのに名前では通じない場合はDNSの問題なので、nslookupやdigで名前解決だけを試します。機器の状態を集中的に監視するにはSNMPを使い、時刻をそろえるにはNTPを使います。

用語

ウェルノウンポート

0〜1023に割り当てられた、サーバ側で待ち受ける代表的なポート番号。HTTPの80番、HTTPSの443番、SMTPの25番、DNSの53番などがあり、クライアント側は空き番号を一時的に使う。

DNSの正引きと逆引き

ドメイン名からIPアドレスを求めるのが正引き、IPアドレスからドメイン名を求めるのが逆引き。逆引きは送信元の確認やログの解析に使われる。

権威DNSサーバ

自分が管理するドメインの情報を正式に持ち、問合せに対して正式な回答を返すサーバ。これに対し、利用者に代わって問い合わせて結果を一定時間キャッシュするのがリゾルバである。

cookie

Webサーバがブラウザに保存させる小さなデータ。次のリクエストで自動的に送り返されるので、状態を覚えないHTTPでもセッションIDを持ち回ってログイン状態を保てる。

プロキシサーバ

内部の端末に代わって外部へアクセスする中継サーバ。応答をキャッシュして通信量を減らす、アクセス先を制限する、内部のIPアドレスを隠すといった役割を持つ。

SMTP

電子メールを送るためのプロトコル。送信者からメールサーバへの送信と、メールサーバ間の転送の両方で使われる。受信者がメールを取り出すのには使わない。

POP3とIMAP4

メールサーバから自分あてのメールを受け取るプロトコル。POP3は手元にダウンロードして管理し、IMAP4はサーバ上に置いたまま読む。複数端末で同じ状態を見たいならIMAP4が向く。

MIMEとS/MIME

MIMEは日本語や添付ファイルなどをメールで扱えるようにする拡張。S/MIMEはそれに公開鍵暗号による暗号化とデジタル署名を加え、盗聴と改ざん・なりすましを防ぐ。

SPF

そのドメインのメールを送ってよい送信元サーバのIPアドレスをDNSに公開し、受信側が実際の送信元と突き合わせる送信ドメイン認証。電子署名は使わない。

DKIM

送信側がメールに電子署名を付け、受信側がDNSから取得した公開鍵で検証する送信ドメイン認証。なりすましだけでなく、途中での改ざんの検知にも役立つ。

DMARC

SPFやDKIMの検証に失敗したメールを、受信側にどう扱ってほしいか（何もしない・隔離・拒否）という方針をDNSで公開する仕組み。認証結果のレポートも受け取れる。

VoIP

音声をディジタル化してIPパケットで運ぶ技術。音声データはRTPで運び、呼の接続や切断はSIPで制御する。遅延と、到着間隔のばらつきであるゆらぎが音質を左右する。

LPWA

低消費電力で広い範囲をカバーする無線通信の総称。通信速度は低いが電池で長期間動くため、大量のセンサを広域に置くIoTの用途に適する。

MVNO

自社では無線通信設備を持たず、移動体通信事業者の設備を借りて自社ブランドで通信サービスを提供する事業者。設備投資を抑えた料金設定ができる。

pingとtraceroute

pingはICMPのエコー要求と応答で相手までの到達性と応答時間を調べる。tracerouteは経路上のルータを順に表示し、どこで通信が止まっているかを特定するのに使う。

例題

出典・根拠：IPA 基本情報技術者試験 シラバス Ver.9.2 大分類3：技術要素　中分類10：ネットワーク（通信プロトコル・ネットワーク応用）／RFC5321（SMTP）／RFC7208（SPF）

演習：この章の問題を解く

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