TCP／IP

Study

送受信／ルーティング

TCP/IP*1の標準化団体 †

• インターネットやLANで使われるプロトコル
  • 通信プロトコル
    • ネットワークを介して複数のコンピュータ間でデータのやり取り
    • 伝送路・パケットの構成・処理の方法を取り決める

ISOC*2 †

• インターネットの普及

IAB*3 †

• インターネット技術の標準化
  • 重要なタスクフォースに、下の2つの機関がある

IETF*4 †

• 色々なインターネット技術使用の標準化国際機関
• RFC*5
  • インターネットでその標準化された技術が文書に掲載されて管理され、公開される
  • TCP/IPが絶えず技術的に発展してる所以

IRTF*6 †

• 長期的な技術革新

ISO*7 †

• 国際標準化機関
  • OSI*8参照モデルとして通信プロトコルを標準化

通信機能の階層化 †

• TCP/IPでの階層を基にして，OSI参照モデルでの階層化をまとめる
  • TCP/IPが4層で，それを細かく7層にしたのがOSIというようなイメージ
  • 実際にはTCP/IPがデファクトスタンダード（よく使われるもの）として用いられている
• それぞれの階層で必要なプロトコルが違う
  • それぞれでのアプリケーションをまとめて「プロトコル・スタック」と呼ぶ

ネットワーク インタフェース層 †

• イーサネット
  • MACアドレス宛に送信されるパケット
  • BASEの前の数字が通信速度を示す(Mbps)
  • BASEの後のの文字は到達距離や種類を示す（T:ツイスト）
  • Ethernet
    • 10BASE5(2)：同軸ケーブル
    • 10BASE-T：ツイストペア
  • Fast Ethernet
    • 100BASE-TX：ツイストペア
    • 100Mbpsからの通信
  • Gigabit Ethernet
    • 1000BASE-T：ツイストペア
    • 1000BASE-SX(LX)：光ファイバ
    • 10GBASE-LX4：光ファイバ
    • 1000BASEは1Gbps，10GBASEは10Gbps

• LAN
  • VLAN*9
  • 無線LAN
  • CSMA/CA*10
    • 衝突を避けるために他の機器が電波を出してないか確認する

物理層 （第１層） †

• OSI参照モデルでの第1層
  • コネクタケーブル
    • 電気的・機械的な接続条件や手順
• 通信回線自体についてのレイヤ
  • 電話線
  • 同軸ケーブル
    • 非常に劣化しにくいので長距離に届く
    • 網状のシールドで守られてるから
  • ツイストペアケーブル
  • 光ファイバー
  • 無線
• 通信制御機器（ネットワーキングデバイス）
  • リピータ（増幅器）
  • ハブ

データリンク層（第2層） †

• OSI参照モデルでの第2層
  • ネットワークには直接的に接続されていない機器間のつながり
  • 同一のサブネットワークの中継に関する仕組み
• コンピュータ間のつながりについてのレイヤ
  • Ethernet（LANの形式）
  • IEEE*11802.11b
  • PPP*12
    • WAN*13において1対1でつながる為の規格
    • 2点間なので，エンドのMACアドレスまではいらない
  • PPPoE*14
    • イーサネットにコネクション管理や認証などの機能を追加
    • ユーザの管理がラク
• 通信制御機器
  • ブリッジ
  • スイッチ（スイッチングハブ）

インターネット層 †

ネットワーク層（第3層） †

• OSI参照モデルでの第3層
  • ネットワーク上の経路や中継作業についてのレイヤ
  • 通信制御機器はルータ
• IP*15
  • 送受信／ルーティングを参照
• ICMP*16
  • IPパケットのデータ部分に入っている
    • IPには、障害対策の技術は含まれていない
  • エラーや制御のメッセージ通知
    • 特にルータなんかは必須の仕組み
    • エラーの内容に合わせて対処して再送したり
  • ICMPの要素
    • タイプ：どんな状況なのか
    • コード：その状況の、どのパターンなのか
  • コマンドプロンプトのメッセージなんかはこれを利用している
    • コマンドプロンプトについてはコマンドプロンプト参照
  • pingコマンド
    • 宛先の機器と通信出来るかを調べる
  • traceroute（transrt）コマンド
    • 経路を調べるコマンド
    • IPパケット内のTTLを増やしていって、時間超過せずにちゃんとエコー応答が返るまでを調べてる
• ARP*17
  • IPアドレスに対応するイーサネットMACアドレスを調べる

トランスポート層 †

• 受け取ったデータを適切なプログラムに受け渡す仕組み
  • データグラム
    • トランスポート層でのデータの名称
    • ヘッダに発信元・送信先ポート番号を指定するフィールドがある

• ポート番号
  • Well-known ports
    • 0〜1023番
    • 基本的な上位プロトコル
    • HTTPやPOPなど
  • 登録済みポート
    • 1024〜49252番
    • ベンダ固有のアプリケーションに割り当てる
  • プライベートポート
    • 419152〜65535番
    • システムにより動的に利用される

トランスポート層（第4層） †

• OSI参照モデルでの第4層
  • プログラム（プロセス）間のデータの受け渡し
  • IPアドレスに加えて、適切なポートを通してパケットが送られるかを管理
    • ポート番号を付加することによってどのアプリケーションかを明確化する
• ネットワーク通信における転送の信頼性についてのレイヤ
• TCP
  • ちゃんと遅れるかACK応答を確認して通信する

• 3wayハンドシェーク
  • 送信側：SYNメッセージの送信でコネクション確立要求
  • 受信側：ACK+SYNメッセージ
  • 送信側：最後のACKメッセージ
• 4wayハンドシェーク（切断時）
  • 送信側：FIN+ACK
  • 受信側：ACK
  • 受信側：FIN+ACK
  • 送信側：ACK
• ウィンドウサイズ
  • 受信できる量を通知する事で転送効率を上げる
  • ひとまとまりに送るパケット群の最初の番号を「シーケンス番号」として付加する
  • 受信者側は、ACKに次に送って欲しいパケット群の最初の番号を付加する
• 高速再転送
  • 受信側はパケットの抜けに気付いたら、抜ける直前のパケットのACKを3回連続で送る
  • 送信者は、それが再送要求の合図だと認識して送りなおす
  • 通常は、ACKが一定時間返ってこないと再送しないので、無駄な時間をかけなくて済むようになる
• 選択的肯定応答 SACK*18
  • パケットが途中抜けてると、そこの部分だけ受信者から再送要求を出す

• UDP
  • 単純にポート番号宛の目的のプログラムにデータを受け渡すのみ
    • アプリケーションレベルで、返信が返ってこなければやり直すだけ
    • ヘッダは8Byteと決まっている（必要最小限の情報）
  • 通信の保証はアプリケーションレベルでまかなえば良い
  • コネクションを確立しなくても良いため、ブロードキャスト・マルチキャストに適する
    • 複数の相手と同時にコネクションは確立出来ないから

アプリケーション層 †

セッション層（第5層） †

• OSI参照モデルでの第5層
  • 通信の流れを管理するための仕組み
• 実際にコンピュータ同士がつながるかどうかについてのレイヤ

プレゼンテーション層（第6層） †

• OSI参照モデルでの第6層
  • アプリケーションに依存しないデータの表示
• 送受信するデータの形についてのレイヤ（相互変換）
  • SMTP
  • FTP
  • Telnet

アプリケーション層（第7層） †

• OSI参照モデルでの第7層
  • アプリケーションがデータ通信を利用するための仕組み
• 実際用いるアプリケーションでやり取りする際のレイヤ
  • HTTP
  • SMTP
  • FTP
  • Telnet