ネットワーク

1. ネットワーク方式と構成機器

LANとWANの違い、無線LANの決まりごと、ハブやルータの役割、そして回線速度からデータの転送時間を計算する方法が分かるようになります。

複数のコンピュータや機器をつないで、データをやり取りできるようにした仕組みをネットワークといいます。つなぐ範囲によって呼び名が変わり、同じ建物や同じ敷地内など限られた範囲をつなぐものをLAN（ローカルエリアネットワーク＝構内通信網）、本社と支社のように離れた拠点どうしを電気通信事業者の回線を借りてつなぐものをWAN（ワイドエリアネットワーク＝広域通信網）といいます。世界中のネットワークを相互に接続したものがインターネットで、家庭や会社をインターネットにつなぐ接続サービスを提供する事業者をISP（インターネットサービスプロバイダ）、光ファイバなどの回線そのものを提供する事業者を回線事業者といいます。

LANのつなぎ方には、LANケーブルを使う有線LANと、電波を使う無線LANがあります。有線LANで広く使われている規格がイーサネットです。無線LANの規格はIEEE802.11のシリーズとして定められており、この規格に適合していると認められた製品にはWi-Fiというブランド名が付けられます。無線LANでは、電波を出す親機であるアクセスポイントにSSIDという名前（最大32文字）を付け、利用者はそのSSIDを選んで接続します。電波は壁や距離で弱くなるため、複数のアクセスポイントを網の目のように連携させて広い範囲をカバーするメッシュWi-Fiという方式もあります。無線は電波が届く範囲なら誰でも受信できてしまうので、WPA2やWPA3といった暗号化の設定が欠かせません。

ネットワークを組み立てる機器にはそれぞれ役割があります。パソコンをLANにつなぐ部品がNIC（LANアダプタ）で、製造時に世界で重複しないMACアドレスが割り当てられています。信号を増幅して届く距離を延ばすのがリピータ、受け取った信号をすべてのポートに流すのがリピータハブです。これに対しスイッチングハブ（L2スイッチ）は、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データを流すため、無駄な通信が減ります。さらにルータは、IPアドレスを見て異なるネットワークどうしをつなぎ、相手までの経路を選んでデータを送り出します。通信手順そのものが違うネットワークどうしを変換してつなぐ機器はゲートウェイと呼ばれます。

ネットワークでは、送りたいデータをそのまま一続きで流すのではなく、パケットと呼ばれる小さなかたまりに分割し、宛先などの情報を付けて送ります。これをパケット交換方式といいます。1本の回線を多数の利用者で分け合って効率よく使えること、途中で一部が壊れてもその部分だけ送り直せばよいことが利点です。

屋外のモバイル通信も試験範囲です。5Gは第5世代の移動通信システムで、高速大容量・低遅延・多数同時接続を特徴とします。LPWAは省電力で広い範囲に届く通信方式で、速度は遅いものの電池が長持ちするためIoT機器の見守りや検針に向きます。スマートフォンを中継役にしてパソコンなどをインターネットにつなぐ機能がテザリング、複数の周波数帯をまとめて使い通信を高速化する技術がキャリアアグリゲーションです。自社では通信設備を持たず、通信事業者から設備を借りて携帯電話サービスを提供する事業者をMVNO（仮想移動体通信事業者）といいます。また、ネットワークの構成や経路をソフトウェアで柔軟に設定・変更できるようにする技術をSDNといいます。

回線速度と転送時間の計算は頻出です。回線速度はbps（ビット/秒）で表され、1バイト＝8ビットなので、バイト単位のデータ量は8倍してビットに直します。また回線は表示どおりの速度が丸ごと使えるわけではなく、実際に使える割合を伝送効率といいます。基本の式は「転送時間＝データ量（ビット）÷（回線速度×伝送効率）」です。単位の1Mバイトを1,000,000バイトとするか1,024×1,024バイトとするかで答えが変わるため、必ず問題文の指定に従って計算します。

用語

LAN

同じ建物や敷地内など、限られた範囲にある機器をつないだネットワーク。会社の一つのフロアや家庭内のネットワークがこれにあたる。構内通信網ともいう。

WAN

電気通信事業者の回線を利用して、本社と支社のように地理的に離れたLANどうしをつないだネットワーク。広域通信網ともいう。

ISP

インターネットサービスプロバイダの略。利用者の回線をインターネットに接続する事業者。接続に必要なIPアドレスの割り当てやメールアドレスの提供も行う。

IEEE802.11

無線LANの通信方法を定めた規格の集まり。この規格に適合し相互接続が確認された製品にはWi-Fiというブランド名が使われる。

SSID

無線LANのアクセスポイントに付ける、最大32文字のネットワーク名。近くに複数の電波があるとき、利用者はこの名前を選んで接続先を指定する。

アクセスポイント

無線LANの親機。電波で機器とやり取りし、そのデータを有線LAN側へ受け渡す。無線の入口と出口の役割を持つ。

NIC（LANアダプタ）

コンピュータをLANに接続するための部品。製造時に世界で重複しない48ビットのMACアドレスが割り当てられている。

スイッチングハブ

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データを流すハブ。全ポートに流すリピータハブより無駄な通信が少ない。L2スイッチともいう。

ルータ

異なるネットワークどうしをつなぐ機器。パケットの宛先IPアドレスを見て、どの経路へ送れば相手に届くかを判断して転送する。

ゲートウェイ

通信手順（プロトコル）そのものが異なるネットワークどうしを、変換しながらつなぐ機器や仕組み。OSI基本参照モデルの上位層まで見て中継する。

パケット交換方式

データをパケットという小さなかたまりに分けて送る方式。1本の回線を多数の利用者で分け合え、壊れた部分だけ送り直せる。

伝送効率

回線の表示速度のうち、実際にデータの送信に使える割合。制御用の情報や再送などで目減りするため、転送時間の計算では回線速度に掛けて使う。

LPWA

省電力で広い範囲に届く無線通信方式。通信速度は遅いが電池が数年もつため、離れた場所のセンサなどIoT機器の通信に使われる。

テザリング

スマートフォンなどを中継役にして、パソコンやタブレットを携帯電話回線経由でインターネットに接続する機能。

MVNO

自社では通信設備を持たず、携帯電話事業者から設備を借りて通信サービスを提供する事業者。設備投資が不要なため低価格のサービスを出しやすい。

SDN

ネットワークの構成や通信経路を、機器を一つずつ設定するのではなくソフトウェアからまとめて制御できるようにする技術。

例題

出典・根拠：IPA「ITパスポート試験」シラバス Ver.6.5 大分類9：技術要素　中分類22：ネットワーク（ネットワーク方式）／無線LAN規格 IEEE 802.11

2. 通信プロトコルとIPアドレス

機器どうしが会話するための共通ルールであるプロトコルと、住所にあたるIPアドレスの仕組み、そしてOSI基本参照モデルの7層が分かるようになります。

違うメーカーのコンピュータどうしでも通信できるのは、やり取りの手順があらかじめ共通のルールとして決められているからです。このルールをプロトコル（通信規約）といいます。インターネットで標準的に使われているプロトコルの集まりがTCP/IPです。このうちIPは、パケットに宛先と送り主のIPアドレスを付けて、相手のネットワークまで届ける役割を持ちます。TCPは、届いたパケットの抜けや順番の乱れを確認して送り直させ、データを確実に相手へ渡す役割を持ちます。速さを優先し確認を省くUDPというプロトコルもあり、音声や映像の配信に使われます。

IPアドレスはネットワーク上の住所にあたる番号です。従来から使われているIPv4は32ビットで、192.168.1.10 のように0〜255の数字4つで表します。接続する機器が増えて足りなくなったため、128ビットに拡張したIPv6が使われるようになりました。IPアドレスにはインターネット上で重複しないように割り当てられるグローバルIPアドレスと、組織内のLANの中だけで自由に使えるプライベートIPアドレスがあります。プライベートIPアドレスの機器がインターネットと通信するときは、ルータなどがグローバルIPアドレスに置き換えます。この変換の仕組みがNATです。

IPアドレスとよく比較されるのがMACアドレスです。MACアドレスはNICに製造時に割り当てられる48ビットの番号で、原則として変わりません。一方IPアドレスは、どのネットワークにつないだかによって変わります。MACアドレスは同じネットワークの中で隣の機器へ渡すときに使い、IPアドレスは離れたネットワークまでの経路選びに使う、と覚えると整理できます。

人がIPアドレスの数字を覚えるのは大変なので、www.example.co.jp のような分かりやすい名前（ドメイン名を含むホスト名）が使われます。この名前をIPアドレスに変換する仕組みがDNSです。これに対しDHCPは、ネットワークにつないだ機器へIPアドレス・サブネットマスク・デフォルトゲートウェイなどの設定を自動で配る仕組みです。名前を住所に変換するのがDNS、住所そのものを配るのがDHCPという違いを押さえましょう。ほかに、機器の時計を正しい時刻に合わせるNTPもあります。Webページの場所を示す文字列がURLで、通信方法、サーバ名、ファイルの場所を組み合わせて書きます。

1台のサーバは複数のサービスを同時に提供できます。どのサービス宛ての通信かを見分けるための番号がポート番号です。代表的なものにHTTPの80番、HTTPSの443番、SMTPの25番、POP3の110番があります。HTTPはWebページをやり取りするプロトコルで、これに暗号化を組み合わせて盗聴や改ざんを防ぐのがHTTPSです。ファイルを転送するFTP、メールを送るSMTP、メールを受け取るPOP3やIMAP4も、それぞれ役割が決まっています。

通信の役割を7つの階層に整理して考える国際的な指針がOSI基本参照モデルです。下から順に、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、セション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層と並びます。ネットワーク機器がどの層まで見て動くかもこのモデルで説明され、リピータやリピータハブは物理層、ブリッジやスイッチングハブはデータリンク層、ルータはネットワーク層、ゲートウェイはトランスポート層より上位まで扱います。

用語

プロトコル

通信をするときの手順や形式について、あらかじめ決めておく共通のルール。これがそろっていれば、違うメーカーの機器どうしでも通信できる。

TCP/IP

インターネットで標準的に使われるプロトコルの集まり。IPが相手のネットワークまで届ける役割、TCPが抜けや順序を直して確実に渡す役割を担う。

IPアドレス

ネットワーク上の機器を識別する住所にあたる番号。IPv4は32ビットで0〜255の数字4つ、IPv6は128ビットで表す。

グローバルIPアドレス

インターネット上で重複しないように管理・割り当てされるIPアドレス。インターネットと直接通信する機器にはこれが必要になる。

プライベートIPアドレス

組織内のLANの中だけで自由に割り当ててよいIPアドレス。範囲はRFC 1918で定められており、そのままではインターネット上で通信できない。

NAT

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスを相互に変換する仕組み。少ないグローバルIPアドレスで、社内の多くの機器がインターネットを利用できる。

MACアドレス

NIC（LANアダプタ）に製造時に割り当てられる48ビットの識別番号。世界で重複せず、原則として変わらない点がIPアドレスと異なる。

DNS

www.example.co.jp のようなドメイン名を含む名前と、IPアドレスを相互に変換する仕組み。これが動かないと、名前でWebサイトへつながらなくなる。

DHCP

ネットワークに接続した機器へ、IPアドレスやサブネットマスク、デフォルトゲートウェイなどの設定を自動的に配る仕組み。手作業の設定ミスを防げる。

ポート番号

1台のサーバが提供する複数のサービスのうち、どれ宛ての通信かを見分ける番号。HTTPは80番、HTTPSは443番などが決められている。

HTTPS

Webサーバとブラウザのやり取りであるHTTPに暗号化を組み合わせ、通信内容の盗聴や改ざんを防ぐプロトコル。URLはhttps://で始まる。

デフォルトゲートウェイ

自分のネットワークの外へ出るときに、まずデータを渡す出口の機器（多くはルータ）のIPアドレス。これが誤っていると外部と通信できない。

OSI基本参照モデル

通信の役割を7つの階層に分けて整理した国際的な指針。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、セション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層。

NTP

ネットワークを通じて機器の時計を正しい時刻に合わせるプロトコル。記録の時刻をそろえるため、ログの調査や認証の仕組みで重要になる。

例題

出典・根拠：IPA「ITパスポート試験」シラバス Ver.6.5 大分類9：技術要素　中分類22：ネットワーク（通信プロトコル）／OSI基本参照モデル ISO／IEC 7498-1、プライベートアドレス RFC 1918

3. ネットワークの応用とインターネットサービス

電子メールが届く仕組みとTo・Cc・Bccの使い分け、Webの仕組み、VPNやIP電話といったネットワーク活用の技術が分かるようになります。

電子メールは、送る側と受け取る側で使うプロトコルが違います。送信者のメールソフトから自分のメールサーバへ送るとき、またメールサーバどうしが受け渡すときに使うのがSMTPです。届いたメールを自分の端末で読むときに使うのがPOP3とIMAP4で、POP3はメールを端末にダウンロードして手元で管理し、IMAP4はメールをサーバに置いたまま読みます。パソコンとスマートフォンなど複数の端末から同じ状態で読みたい場合はIMAP4が向いています。メールアドレスは「利用者名＠ドメイン名」の形で、＠より後ろがどのメールサーバかを表します。

宛先の欄は3種類あります。Toは用件の主たる相手、Ccは参考として内容を知らせたい相手で、どちらもアドレスが他の受信者に見えます。Bccに入れたアドレスは他の受信者には表示されません。取引先など互いに面識のない多数の相手へ一斉送信するときにToやCcを使うと、アドレスが全員に知られて情報漏えいになるため、必ずBccを使います。決まったメンバー全員へ一つのアドレスで配信できる仕組みがメーリングリストです。写真や文書はファイルを添付して送れますが、容量が大きいと相手のメールボックスを圧迫するため、オンラインストレージのリンクを共有する方法もよく使われます。

Webは、ブラウザがWebサーバにHTTPやHTTPSで要求を出し、返ってきたHTMLなどのファイルを表示する仕組みです。Webサーバがブラウザに一時的に保存させ、次の訪問時に送り返させる小さなデータをcookieといい、ログイン状態の維持や買い物かごの保持に使われます。専門知識がなくてもWebページを作成・更新・管理できる仕組みがCMS、キーワードから目的のページを探す仕組みが検索エンジンです。検索結果の上位に表示されやすくなるようページを工夫することをSEO（検索エンジン最適化）といいます。サイトの更新情報を決まった形式で配信し、まとめて読めるようにする仕組みがRSSです。

ネットワークはさまざまなサービスの土台になっています。音声をデジタルデータに変えIPネットワークで送る技術がVoIPで、これを使った電話がIP電話です。映像と音声をやり取りするWeb会議、予定表や掲示板を共有して共同作業を助けるグループウェア、インターネット上にファイルを保存して複数の端末や人と共有するオンラインストレージ、利用者どうしがつながり情報を発信するSNSも広く使われます。インターネットのような公衆の回線の上に、暗号化と認証によって仮想的な専用線を作り、拠点間や在宅勤務者と社内ネットワークを安全につなぐ技術がVPNです。

つながらないというトラブルでは、いきなり結論を決めつけず範囲を絞り込むことが大切です。1台だけつながらないなら、その端末のケーブルや無線の接続、IPアドレスなどの設定を確認します。社内の全員がつながらないなら、共通して使っている機器（ルータやスイッチ）や回線、ISP側の障害を疑います。特定のサイトだけ見えないなら、そのサイト側の問題やDNSの不調を疑います。このように、症状が及ぶ範囲から原因のある場所を推測していきます。

用語

SMTP

電子メールを送るためのプロトコル。送信者のメールソフトから自分のメールサーバへ送るとき、メールサーバどうしが受け渡すときに使われる。

POP3

メールサーバから自分の端末へメールを取り出して読むためのプロトコル。受信後は端末側で管理するため、その端末でしか読めなくなることがある。

IMAP4

メールをサーバに置いたまま読むためのプロトコル。既読やフォルダ分けの状態もサーバで管理されるので、複数の端末から同じ状態で読める。

Bcc

メールの宛先欄の一つ。ここに入れたアドレスは他の受信者に表示されない。面識のない多数の相手へ一斉送信するときに使い、アドレスの漏えいを防ぐ。

Cc

メールの宛先欄の一つ。参考として内容を知らせたい相手を入れる。アドレスは他の受信者にも見える。対応の主担当はToに入れる。

メーリングリスト

登録したメンバー全員へ、一つのアドレス宛てに送るだけでメールを配信できる仕組み。部署やプロジェクトの連絡に使われる。

cookie

Webサーバがブラウザに保存させ、次のアクセス時に送り返させる小さなデータ。ログイン状態の維持や買い物かごの保持に使われる。

CMS

コンテンツ管理システム。HTMLの専門知識がなくても、入力画面からWebページの作成・更新・管理ができる仕組み。

SEO

検索エンジン最適化。検索結果の上位に自社のページが表示されやすくなるよう、内容や構成を工夫する取組み。

RSS

Webサイトの更新情報（見出し・日付・リンクなど）を決まった形式で配信する仕組み。専用のソフトで複数サイトの更新をまとめて確認できる。

VoIP

音声をデジタルデータに変換し、IPネットワークでやり取りする技術。これを利用した電話がIP電話で、通話料を抑えやすい。

VPN

インターネットなどの公衆の回線の上に、暗号化と認証によって仮想的な専用線を作る技術。拠点間や在宅勤務者と社内ネットワークを安全につなぐ。

オンラインストレージ

インターネット上にファイルを保存できるサービス。複数の端末や複数の人でファイルを共有でき、大きな添付ファイルの代わりにも使われる。

グループウェア

予定表、掲示板、文書共有、ワークフローなどを備え、組織内の情報共有と共同作業を支援するソフトウェア。

例題

出典・根拠：IPA「ITパスポート試験」シラバス Ver.6.5 大分類9：技術要素　中分類22：ネットワーク（ネットワーク応用）

演習：この章の問題を解く

ランダム出題の演習ツールです（JavaScript が有効な場合に動きます）。上の「確認問題」はそのままでもすべて読めます。