TCP/IPで通信するための仕組み

可変長サブネットマスクとCIDR

可変長サブネットマスク

サブネット毎に、サビネットマスクの長さを変えることができる技術。サブネットマスクの長さを自由に変えられるようになると、サブネット毎に接続するコンピュータ数を柔軟に決める事ができる。

CIDR

複数のネットワークへの転送を１つの転送ルールで済ませる技術。

ルーターB (192.168.0.0/22宛は全部、ルーターAに渡すよ)
↓
ルーターA
↓            
192.168.**0**.0/24,    192.168.**1**.0/24,    192.168.**2**.0/24     

/24はサブネットマスクのビット数を表しており、CIDR記法と呼ぶ。

MACアドレスを使った情報転送

MACアドレスとは、イーサネットなどのネットワークハードウェアに１つずつ割り当てられているアドレス。物理アドレスとも呼ばれる。

昔と現在とでMACアドレスの使い方は異なる。

古いイーサネットでのMACアドレスの使い方

全てのコンピュータに同じデータを送り、MACアドレスが自分宛ての場合のみ受信、そうでなければスルーする。

現在のイーサネットでのMACアドレスの使い方

どのポートにどのMACアドレスの機器がつながれているかをMACアドレステーブルに保存しておき、その機器だけに送る。

ARPが必要なわけ

ARPとは、ネットワーク内に同じIPアドレスのコンピュータが存在するかを確認するためのプロトコル。

パケットを相手に送る時、その相手が同じネットワーク内に存在したらその相手のMACアドレスが知りたいです。相手が同じネットワーク内にいる場合は、IPアドレスからMACアドレスを導きだし、別のネットワーク内に相手がいる場合は、パケットを次のルータに引き渡す必要がある。これらの操作をするためのプロトコルがARPである。

ARPの動作

ARPにはブロードキャストが使われる。これはARPリクエストとARPリプライから成る。

ARPリクエスト

ネットワークに対して、送り先のIPと同じIPを持つコンピュータがあるかをネットワーク内に対して聞く事。

ARPリプライ

ARPリクエストに対して、送り先と同じIPを持つコンピュータから、自分自身のMACアドレスの情報を含めて、送信元に送りかえる事。

これにより、送信元は送信先のMACアドレスを特定することができる。

ルーティングとデフォルトゲートウェイ

ルーティングとは、ルーターによるパケットの転送の事。ルーティングは何をどこへ転送すればいいかを定めた転送ルールに従って行われている。そのための重要な要素がルーティングテーブルである。

ルーティングテーブルとは、宛先のネットワークとそのネットワークに対する配送方法が登録されている。

デフォルトゲートウェイ

送り先が分からない時にとりあえず送っておく先。

スタティックルーティングとダイナミックルーティング

ルーティングテーブルは、ネットワークの構成が変わった時にその情報を更新する必要がある。 この時、ルーティングテーブルを更新するスタイルが２つある。

スタティックルーティング

ネットワーク接続が更新するたびに、関連するルーターなどのルーティングテーブルを手動で修正する方法。小さな規模のネットワークでは手軽にできるので有効。

ダイナミックルーティング

ネットワークの構成が変わる度に、自動でルーティングテーブルを更新する。大規模ネットワークに有効。

DHCPサーバー

新たにネットワークにコンピュータを接続する場合、IPアドレスやサブネットマスク、DNSサーバーのIPアドレスなどを逐一設定する必要がある。DHCPサーバーを用いることでこれらの設定を自動で行う事ができる。

DHCPサーバーの動作の流れ

**① DHCPディスカバー**
新たに接続したいコンピュータ(クライアント)からDHCPサーバーに対して、IPアドレスを付けて下さいと呼びかける事
↓
**② DHCPオファー**
DHCPサーバーからクライアントに対して、IPアドレスの候補が送られる
↓
**③ DHCPリクエスト**
クライアントからDHCPサーバーに対して、候補を使用することを伝える
↓
**④ DHCPアック**
DHCPサーバーからクライアントへ、設定情報の使用を開始を承諾したことを知らせる。

NATとNAPT

企業や家庭内で通信する際はプライベートIPアドレスを使用するが、インターネットと通信する時には、グローバルIPアドレスが必要になる。この時、アドレス交換という方法用いてグローバルIPアドレスを使えるようにしている。アドレス交換の方法はNATとNAPTの２つ存在する。 グローバルIPアドレスは、ネットワーとネットワークを繋ぐルータが持っている。

NAT

NATとは、ルータに複数のグローバルIPアドレスを保持しておき、LAN内のコンピュータがインターネットに接続しようとした時に、複数あるグローバルIPアドレス内のどれかを使用して通信を行う方法。 NATの場合、同時にインターネットに接続できるコンピュータの数はルーターが持っているグローバルIPアドレス数に依存する。

NAPT

NAPTとは、IPアドレスを変換する際にポート番号も変換することで、１つグローバルIPを複数のコンピュータで共有できる仕組み。