午前問題対策（ネットワーク）

プロトコル

プロトコルスタック

OSI基本参照モデル（7階層モデル）		TCP/IP		ハードウェア
第7層	応用層（アプリケーション層）	アプリケーション層	DHCP,DNS,FTP, IMAP,SMTP,SNMP, TELENET,POP3	ゲートウェイ
第6層	プレゼンテーション層
第5層	セション層
第4層	トランスポート層	トランスポート層	TCP,UDP
第3層	ネットワーク層	インターネット層	IP	ルータ
第2層	データリンク層	ネットワークインタフェース層	ATM,FDDI,PPP, イーサネット,トークンリング	ブリッジスイッチングハブ
第1層	物理層	ネットワークインタフェース層	ATM,FDDI,PPP, イーサネット,トークンリング	リピータ

OSI基本参照モデル第7層（アプリケーション層）
- DHCP
  - TCP/IP環境でクライアントからの要求によってアドレスグループから動的に IP アドレスを割り当てることで、IP アドレスの管理が効率化できるプロトコル
  - グローバルIPアドレスであっても使用できるIPアドレスであれば配布できる
  - 複数のDHCPサーバを同一サブネットワーク上に配置することができる
  - 割り当てるIPアドレスには有効期限を設定することができる
  - ユーザ認証機能はないが、MACアドレスを指定する事で、接続できるコンピュータを制限することができる
  - DHCPを用いるネットワーク構成で、ネットワークにルータが用いられている場合リレーエージェントが必要になる
  - クライアントによっては、DHCPサーバの提供する設定情報の一部のみを使用する場合がある
  - IPアドレスが設定されていないコンピュータがIPアドレスをDHCPサーバから取得するための動作
    - 最初の問い合わせでは自分のIPアドレスとして0.0.0.0を使用する
    - ブロードキャストアドレス(255.255.255.255)に対してDHCPDISCOVER要求を出し、その応答によってDHCPサーバを知ることになる
- HTTP
  - Webサーバとクライアント(Webブラウザなど)がHTML文書などのデータを送受信するのに使われるプロトコル
  - プロキシサーバ経由でインターネットにアクセスすると、ホストとプロキシサーバ間、プロキシサーバとWebサーバ間にHTTPのセッションが確立する
  - HTTPS
    - HTTPをベースにしたプロトコル
    - 電子証明書によるサーバ認証を実現できる
  - DHTML（ Dynamic HTML ）
    「入力データの検査」のようなHTMLだけでは実現できない動作をクライアント側（ブラウザ上）で行うことができる
  - cookie（クッキー）
    - Webサーバに対するアクセスがどのPCからのものであるかを識別するために、Webサーバの指示によってブラウザにユーザ情報などを保存する仕組みで、Webサーバとブラウザの通信で使用される
    - HTTP通信におけるステートレス問題を解消するために開発された
    - ユーザIDなどのユーザ識別情報を管理するクッキーは、クライアントの再起動後も利用するものなので、クライアントのハードディスクに記録する
    - コネクション間でパラメータの引き渡しのために利用できる
    - 暗号化の機能はないため盗聴などの危険がある
    - secureパラメータによりSSLと組み合わせることができる
    - ブラウザの種類によってはcookieに対応していない場合もある
    - ブラウザ上でcookieの有効/無効を切り替えることができる
    - 有効期限を設定したcookieは永続的cookieと呼ばれる
- TELNET
  - TCP/IPネットワークで利用されるプロトコルで、ホストにリモートログインし、遠隔操作ができる仮想端末機能を提供する
  - パスワード、パスワード認証後の通信は平文で行われる
    - パスワードにワンタイムパスワードを使用することができる
    - 通信内容はSSLやSSHポートフォワーディングによる暗号通信を行うことができる
- SMTP
  インターネット上のメールサーバ間で電子メールを転送するときに使用されるプロトコル
  利用者のパソコンから電子メールを送信するときや、メールサーバ間で電子メールを転送するときに使われる
  メールの転送のみを行うプロトコルのため、メールの本文を受信することはできない
- POP3
  電子メールシステムで使用されるプロトコル
  メールサーバのメールボックスからメールを取り出すときに使用するプロトコル
- SNMP
  - TCP/IPネットワークにおいて、ルータやコンピュータ、端末など、ネットワークに接続された通信機器をネットワーク経由で監視・制御するためのプロトコル
  - LANのネットワーク利用率の把握、ハードウェアが稼働しているかの監視、サーバのメモリやCPUの利用率が一定以上になったら警告する機能がある
  - UDPを用いて実装されている
  - SNMPエージェントは、管理情報をMIBと呼ばれるデータベースを持っている
  - MIBを持っていない機器をエージェントとして管理することはできない
  - SNMPマネージャはSNMPエージェントのMIBの管理項目を事前に保持しておく必要がある
  - MIBでは管理項目にユニークなOIDを割り当て、それを階層構造で管理している
  - 標準MIBはTCP/IPネットワークに接続される機器が標準的に保持するべきMIBとして定義されている
  - 拡張MIBは機器ベンダにより規定される
  - trap：異常や事象の発生をエージェントからマネージャに知らせるために使用するメッセージタイプ
  - MRTG( Multi Router Traffic Grapher )
    SNMPを使用してネットワーク利用率、ホスト間でやりとりされたパケット、CPUの使用率、ディスクの空き容量などの情報を収集しグラフ化する
    暗号化パケットの比率は収集できない
- FTP
  - TCP/IPネットワークにおいて、TCPを使用するアプリケーション
  - 1台のクライアントと1台のサーバ間でのFTPを用いたファイル転送では、データ転送用と制御用の二つのコネクションを用いてデータ転送を行うため、データ転送中でも制御コマンドを送信することが可能
  - activeモード
    TCP20番ポートを使用してデータ転送用コネクションを確立する
  - passiveモード
    コネクションを確立するたびに任意のポートを使用する
  - chroot環境：ログインしたユーザのホームディレクトリがルートディレクトリとして参照される
- NTP
  TCP/IP環境（インターネット）において複数のノードにおける時刻の同期を図るためのプロトコル
  - SNTP(Simple NTP)
    NTPから一部の機能を省略したもの
- IMAP4
  - 電子メールシステムにおいて、利用者端末がサーバから電子メールを受信するために使用するプロトコルで、選択したメールだけを利用者端末へ転送する機能、サーバ上のメールを検索する機能、メールのヘッダだけを取り出す機能などを持つ
- DNS
  - インターネット上のDNSサーバは階層化されており、ある名前の問い合わせが解決できない場合は、上位のDNSサーバに問い合わせて結果を得ることができる
  - ダイナミックDNS(DNS UPDATE)
    PCのIPアドレスが変わっても、そのPCには同じホスト名でアクセスできる
- SIP
  VoIPにおいて、ユーザエージェント間のセッションの確立、変更、切断を行うプロトコル
OSI基本参照モデル第6層（プレゼンテーション層）
- MIME
  インターネットにおける電子メールの規約で、メッセージヘッダの拡張を行い、テキストだけでなく、音声、画像などのマルチメディア情報も扱えるようにしたもの
  あて先（To）フィールド中に日本語の文字を用いる場合にはMIMEの機能が必要となる
OSI基本参照モデル第5層（セション層）
アプリケーションプロセス間での会話を構成し、同期をとり、また、データ交換を管理するために必要な手段を提供する
OSI基本参照モデル第4層（トランスポート層）
伝送をつかさどる各種通信網の品質の差を補完し、透過的なデータ転送を行う
- TCP
  - IPの上位プロトコルとして、コネクションレスのデータグラム通信を実現し、信頼性のための確認応答や順序制御などの機能を持つプロトコル
  - TCPセッション処理
    サーバに処理途中のTCPヘッダなどのセッション情報を保存しておいて、クライアントから受信したACKに含まれる確認応答番号とセッション情報を比較することで正しいセッションであることを確認する
  - ヘッダフィールドに含まれる情報
    シーケンス番号
    あて先ポート番号
  - TCP/IPのネットワークにおいて、TCPのコネクションを識別するために、あて先IPアドレス、あて先TCPポート番号、送信元IPアドレス、送信元TCPポート番号が必要となる
  - TCPのフロー制御
    確認応答がない場合は再送処理によってデータ回復を行う
  - 全二重のストリームサービスであり、データ転送の前に双方の間でコネクションを確立しなければならない
  - TCPのデータ転送
    順序信号は送信データストリーム中のセグメントのオクテット位置を示し、0～2^31-1の値をとる
  - ウインドウサイズ
    - TCPを使用したデータ転送におけるネットワークのフロー制御の一つ
    - 受信ノードからの確認応答を待たずに、連続して送信することが可能なオクテット数（メッセージ）の最大値
    - 応答確認のあったブロック数だけウインドウをずらすことによって、複数のデータをまとめて送ることができる
  - SYNクッキー
    - サーバが生成するシーケンス番号に、TCPヘッダの内容をハッシュした値などの該当するセッションに関する情報を埋め込むことでセッションの正当性を確認する
    - クライアントからSYNを受けた段階ではTCPソケットをオープンしない。その後のACKの中に含まれる確認応答番号を計算し、正しいセッションである事を確認するか、アプリケーションデータが来てからコネクションメモリを展開する
    - SYNアタックの中でも、特にSYN、SYN-ACK、ACKまで完了していながらアプリケーションレベルのデータを一向に送信してこないような”コネクション完了型”のアタックに対しては、SYNクッキーによる防御法が有効
- UDP
  - コネクションレス型のプロトコル
  - IPの上位プロトコルとして、コネクションレスのデータグラム通信を実現し、信頼性のための確認応答や順序制御などの機能を持たないプロトコル
  - ポート番号を使用してアプリケーションやサービスを識別する
  - チェックサムを用いて、データの破損を確認することができる
  - ヘッダフィールドはシーケンス番号をもたないため、正しい順序でパケットが再構成される保証がない
- RSVP
  IPネットワークにおいて、ホスト間通信の伝送帯域を管理するためのプロトコル
  ネットワーク資源の予約を行い、ノード間でのマルチメディア情報のリアルタイム通信を実現する

OSI基本参照モデル第3層（ネットワーク層）
通信の経路選択機能や中継機能を果たす
一つまたは複数の通信網を中継し、エンドシステム間のデータ転送を行う
エンドシステム間のデータ伝送を実現するために、ルーティングや中継などを行う

IPv4

IPアドレスは32ビットであり、クラスA、クラスB及びクラスCのアドレスフィールドは、ネットワークアドレス部とホストアドレス部とに分かれる

クラス	開始ビット	ネットワーク部	ホスト部
A	0	7ビット	24ビット
B	10	14ビット	16ビット
C	110	21ビット	8ビット
D	1110	マルチキャストグループID

サブネットワーク
- IPアドレスのネットワーク部とホスト部を識別するための数値で、ネットワーク部に「1」、ホスト部に「0」を並べた形式で表現する
- ホストアドレス部の情報を分割し、複数のより小さいネットワークを形成するために使用する
- ネットワークアドレスとホストアドレスの規定のうち、ホストアドレスのフィールドをさらに分割して使用する
  クラスCのIPアドレスで、サブネットマスクを255.255.255.252としたとき、同一サブネット内で設定可能なホストアドレスの数は2個
生存時間（TTL）：IPv4のIPヘッダに含まれる
マルチキャスト
マルチキャストアドレスには、クラスDのアドレス（224.0.0.0 ～ 239.255.255.255）を使用し、送信者はこの範囲を宛先として送信し、受信者はマルチキャストグループのメンバーであることをマルチキャストサーバに登録する
ブロードキャストアドレス
サブネットワークのホスト部がすべて1のアドレスで、サブネットワーク内のすべてのホストを示すアドレス
リミテッドブロードキャスト
宛先IPアドレス255.255.255.255
同一LANセグメント上へのブロードキャストに使用する
このパケットはルータで破棄されるため、ほかのネットワークへは転送されない
ループバックアドレス
自分自身を表す仮想的なIPアドレス
127.0.0.1 ～ 127.255.255.254の範囲
同一ネットワーク内のホストのループバックIPアドレスは同一である必要はない

IPv6
- アドレス空間として128ビットを割り当てられている
- インターネットの急速な普及によって起きるIPアドレス不足の解消が可能となった
- IPv4のネットワーク環境においては、IPv6パケットをIPv4パケットでカプセル化して送信することができる
  IPv4でIPv6パケットをカプセル化して送ることを示すために、プロトコル識別子にIPv6のペイロードタイプを指定する
- IPレベルのセキュリティ機能(IPsec)である認証と改ざん検出機能がサポート必須となり、パケットを暗号化したり送信元を認証したりすることができる
- 同一LANセグメント内でIPv4による通信とIPv6による通信を混在させることができる
- 上位64ビットはプリフィックスと呼ばれネットワークの識別子として使われる
IPv6の設定方法
- 手動設定
- ステートフルアドレス自動設定(DHCPv6)
  DHCPv6サーバから自動的にIPv6アドレスを取得する
- ステートレスアドレス自動設定
  ルータから渡されるネットワークアドレスと自身のNICのMACアドレスを元にIPv6アドレスを生成する
IPマスカレード機能
ダイヤルアップルータやブロードバンドルータは、プライベートIPアドレスおよびそのポート番号と、グローバルIPアドレスおよびそのポート番号を管理している
IPマルチキャスト
TCP/IPネットワークにおいて、コンサート中継の配信などのように、多数の通信相手に同じ情報を効率的に配信するための方法
IPアドレスの決め方
ISPに申請して取得する
IPv4からIPv6への移行
IPアドレス（ネットワーク層）を使用するものについて変更が必要となる
- 変更が必要なもの
  - ホスト
  - ルータ
- 変更が不要なもの
  - LANケーブル（物理層）
  - リピータハブ（物理層）
  - スイッチングハブ（データリンク層）

IPsec(IP Securitu Protocol)
- インターネットVPNを実現するために用いられるネットワーク層(IP層)のトンネリングプロトコル技術で、ESP(Encapsulating Security Payload：暗号ペイロード)や、AH(Authentication Header：認証ヘッダ)、IKE（Internet Key Exchange：自動鍵交換）などのプロトコルを含む
- メッセージの暗号化とともに、パケットの改ざんの検出も行うことができる
- 暗号パケットを交換する前に、暗号化の方式や鍵の交換方法などを自動的にネゴシエーションすることができる
- トランスポートモード
  ゲートウェイ間の通信経路上だけではなく、発信側システムと受信側システムとの間の全経路上でメッセージが暗号化される
  カプセル化する部分をユーザが選択することはできない
  トンネルモードとトランスポートモードでは、カプセル化する部分が異なる
  IPパケットのデータ部分のみをカプセル化し、IPヘッダはそのまま使用する
- トンネルモード
  IPパケットを新しいIPヘッダでカプセル化し、送信元ゲートウェイにおいてカプセル化と暗号化を行い、送信先ゲートウェイにおいて脱カプセル化と復号の処理を行う
  元のヘッダまで含めて暗号化される
- AH
  データの暗号化は行わず、SPI、シーケンス番号、認証データを用い、完全性の確保と認証を行う
- ESPトンネルモードの電文中では、オリジナルIPヘッダからESPトレーラまでが暗号化されている
  [トンネル用IPヘッダ][ESPヘッダ][オリジナルIPヘッダ][TCPヘッダ][データ][ESPトレーラ][ESP認証データ]
ICMP
- TCP/IPで接続されたコンピュータやネットワーク機器間で、互いの状態を確認するために用いられるプロトコルで、pingで使われる
  - ping
    TCP/IPネットワークにおいて、ネットワークの疎通確認に使われるもの
- 送信元ホストへのIPパケット送信エラー報告などの制御メッセージを通知する
- DMZ上のコンピュータがインターネットからのpingに応答しないようにファイアウォールのセキュリティルールを定める場合には通過禁止対象となる
ARP（Address Resolution Protocol）
IPアドレスからMACアドレスを得るプロトコル
RARP（Reverse Address Resolution Protocol）
MACアドレスからIPアドレスを求めるプロトコル
電源オフ時にIPアドレスを保持することができない装置が、電源オン時に自装置のMACアドレスから自装置に割り当てられているIPアドレスを知るために用いるデータリンク層のプロトコルで、ブロードキャストを利用する
BGP
インターネットにおいてAS(Autonomous System：自律システム)間の経路情報に用いられる
- BGP-4
  IPネットワークのルーティングプロトコル
  自律システム：単一のルーティングポリシーによって管理されるネットワーク
  自律システム間を接続するルーティングプロトコルとして規定され、経路が変化したときだけその差分を送信する
RIP(Routing Information Protocol)
ネットワーク内でルータなどの制御機器が経路情報を相互に交換するためのプロトコル
- RIP2
  認証機構のないRIPに認証機構を追加したもので、更新情報のメッセージごとに認証ができる
OSPF
経路選択方式は、エリアの概念を取り入れたリンク状態方式

OSI基本参照モデル第2層（データリンク層）
- PPP
  - 電話回線を通じてコンピュータをネットワークに接続するダイヤルアップ接続でよく使われる2点間を接続する通信プロトコルで認証機能や圧縮機能をもつが暗号化機能は持たない
  - LCPとNCPからより構成される
    - LCP
      通信を確立するために通信速度やデータサイズを決め、通信確率後に通信状況の監視を行う
    - NCP
      よりネットワークアドレスの割り当て、IPCPによりIPアドレスの割り当てを行う
      NCPはルーティングテーブルの交換は行わない
  - CHAP
    PPPのリンク確立後、一定の周期でチャレンジメッセージを送り、それに対して相手がハッシュ関数による計算で得た値を送信することでユーザ認証を繰り返すプロトコル
  - PPPoE
    シリアル回線で使用するデータリンクのコネクション確立やデータ転送を、LAN上で実現するプロトコル
- SLIP
  WANを介して二つのノードをダイヤルアップ接続するときに使用されるプロトコルで、リンク制御やエラー処理機能を持つもの
- イーサネット（IEEE 802.3）
  CSMA/CD方式によるLANのアクセス方式の標準
  - トークンリング方式のLAN
    データを送信するノードは、まず送信権を獲得しなければならない
  - 広域イーサネット
    通信事業者が提供する網のうち、LANで使用するインタフェースをそのままユーザ網インタフェースとし、ユーザごとに閉域性を確保したもの
OSI基本参照モデル第1層（物理層）
- V.24
  端末とアナログモデム間の制御信号の規定など、物理層のインタフェースを規定している規格
その他
- NAPT（ Network Address and Port Translation ； IPマスカレード）
  - TCP、UDPのポート番号を識別し、プライベートアドレスとグローバルアドレスの対応関係を管理することによって、プライベートアドレスを使用するLANの複数の端末が、ひとつのグローバルアドレスを共用してインターネットにアクセスする仕組み
  - LAN側のアクセスを区別するためにIPアドレスとMACアドレスの組み合わせを用いる
  - ダイヤルアップルータやブロードバンドルータが、IPマスカレード機能（NATP）を実現するために管理している情報
    プライベートIPアドレス及びそのポート番号と、グローバルIPアドレス及びそのポート番号との対応
  - PCがNAPT（IPマスカレード）機能を有効にしているルータを経由してインターネットに接続されているとき、PCからインターネットに送出されるパケットのTCPとIPヘッダのうち、送信元のポート番号と送信元のIPアドレスがルータを経由する際に書き換えられる
- OSI基本参照モデルにおける管理機能
  - 会計管理
    ネットワーク資源の使用状況に関する情報を収集、蓄積し、利用者ごとに集計することを目的としたもの
- MTU(Maximum Transfer Unit)
  - データリンク層の最大データ転送単位
  - ネットワークで送信可能なパケットの最大サイズ
  - プロトコルごとに決められており、その範囲内で変更可能
    例）イーサネット1500バイト、FDDI4352バイト
  - フラグメント化されたパケットの再構成にはIPヘッダを用いる
- MSS(Maximum Segment Size)
  MTUからIPヘッダとTCPヘッダを取り除いたもの
  TCPのデータ転送単位
- ルーティングプロトコル
  必要な情報の収集を行い、ダイナミックルーティングを実現する
- コリジョンセグメント
  - コリジョンが発生する同一の転送経路の範囲
  - 送信しようとするホストが多いほどコリジョンが発生する可能性が大きくなる
  - ルータ、スイッチングハブによっていコリジョンセグメントを分割することができる
  - コリジョン
    同一経路上の複数のノードからほぼ同時にパケットを送信し、伝送媒体上で衝突して正しく送信できない状態の事