ネットワークの基礎編 のバックアップ(No.8)

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目次 †

概要 †

イーサネット上のネットワーク サーバ †

• イーサネット上でネットワーク基盤として機能するネットワーク サーバ。

• これらのネットワーク基盤として機能するネットワーク サーバの機能により、
  • IPアドレスの付与（など設定 の配布）
  • NetBIOS名・FQDN名の名前解決
  • ネットワーク リソースのグループ化、検索、認証（アクセス許可）

などの自動化が図られ、ネットワーク、ネットワーク中の
リソース（ファイル サーバ等）の使い易さ・管理のし易さが向上する。

IPアドレスの、動的割り当て †

DHCP †

• DHCPサーバはクライアントに動的にIPアドレスを割り当てるサーバ。
• ルータを跨ぐ場合は、クライアントが存在するネットワーク内に中継機能を追加する必要がある。

名前解決のためのサーバ †

現在のイーサネットではTCP/IPプロトコルが標準的に使われており、
ネットワーク上でコンピュータやネットワーク機器につけられた名前は、
IPアドレスに変換され通信が実行される。これを名前解決と言う。

DNSサーバ †

• FQDN名をIPアドレスに変換する。
• NetBIOS名・ホスト名が対象の場合は利用できない。

WINSサーバ †

• NetBIOS名をIPアドレスに変換する。
• FQDN名・ホスト名が対象の場合は利用できない。

• 非WINS環境では、
  NetBIOS名の名前解決はWINSサーバではなく、
  NetBIOSブロードキャストにより行われる。

• ルータを跨ぐ場合は、クライアントが存在するネットワーク内に中継機能を追加する必要がある。

名前解決のためのファイル（クライアント） †

• lmhostsファイル
  NetBIOS名をIPアドレスに変換する。

• hostsファイル
  ホスト名・FQDN名をIPアドレスに変換する。

ネットワーク資源管理のサーバ †

• ネットワーク リソースをグループ化するサーバについて纏める。
• ネットワーク リソースのグループ化の仕組みには、ワークグループとドメインがある。

ワークグループ環境 †

• NetBIOSのブラウジング機能を使用した、ネットワーク資源のグループ化の基本的な仕組み。

• ブラウジング機能
  • 同一ネットワーク内の同一ワーク グループに属するホストの一覧を集中管理し、
    ワーク グループ内のホストにこのホスト一覧を展開する機能。
  • ブラウジング機能を提供するサーバは、ネットワーク中のホストから自動的に選定される。

ドメイン環境 †

DNSサーバ、ディレクトリ サービス、LDAPサーバ、KDCサーバの機能を有する
Active Directory（以下、ADと略す）のドメイン コントローラ（以下、DCと略す）
に管理された、より高度なネットワーク資源のグループ化の仕組み。

ネットワーク資源 †

ファイルサーバ †

プリンタサーバ †

アドレス †

• IPアドレスとMACアドレスの違いの1つに、ルーティング機能の有無がある。
• MACアドレスに対応するルーティング機能は存在しないため、
  MACアドレスを使用するイーサネットなどのネットワークで通信可能な範囲は、
  OSI参照モデルの第2層のブロードキャストで名前解決できる範囲となる。

IPアドレス †

概要 †

ここでは、

• IPアドレスと
• IPルーティング
• IPアドレス割り当てに関連するネットワーク構成
• ネットワーク アドレスとIPアドレスの割り当て
• 動的割り当て、静的割り当て
• MACアドレスとの関連

など、IPアドレスの基礎について説明する。

IPアドレスとルーティング †

• ブロードキャストで名前解決するようなネットワークでは、ネットワーク上に接続するノード数が増えてくると、
  名前解決のためのブロードキャストによるトラフィックの負担が大きくなり、ネットワークが飽和し易くなる。

• これらの問題は、IPアドレスとルータを導入し、ネットワークを分割することで解決される。
  • ルータは、必要なネットワークにだけパケットを送ったり、離れた場所にあるネットワーク同士を接続したりできるので、
    トラフィックを軽減した状態で、分割されたネットワーク上のノード同士が通信できる。

予約済みIPアドレス †

予約済みのIPアドレスについて説明する。
これらのIPアドレスは、通常、ホストのIPアドレスとして利用できないので注意する。

• オール0（0.0.0.0）
  BootPプロトコルプロトコルやDHCPプロトコルなどを使って
  TCP/IPの設定を行う際に、自分自身を表すためのアドレスとして使用するIPアドレス。

• APIPA用のLINKLOCALアドレス
  • DHCPのAPIPA機能で使用される。
  • 外部と接続されていないローカルな単一のネットワークだけで利用できるIPアドレスで、
    「169.254.1.0/16～169.254.254.255/16」の範囲が予約されている。
  • DHCPサーバからDHCPクライアントにIPアドレスが割り当てられなかった場合に、
    DHCPクライアントが自動的にLINKLOCALアドレスを割り当てる。

• ネットワーク アドレス（ホスト部がオール0）
  ホスト部を全て0に設定したIPアドレス。ネットワーク アドレスを表す。

• ローカル ループバック アドレス（127.xxx.xxx.xxx）
  • 自分自身を指すIPアドレス。
  • ローカル ループバック アドレスを使用した通信はNICを経由しないため、NICがないPCでも利用可能である。
    同一マシン内のプロセス間通信などで利用できる。

• リミテッド ブロードキャスト（255.255.255.255）
  • UDPで使用できる。
  • ローカル ネットワークにいる、すべてのホストを対象とするOSI参照モデルの第3層のブロードキャストに使用するIPアドレス。
  • また、OSI参照モデルの第2層のブロードキャストに使用するMACアドレスは、FF:FF:FF:FF:FF:FF である。

• ディレクティッド ブロードキャスト（ネットワーク アドレス ＋ オール１）
  • UDPで使用できる。
  • 他のネットワークへ向けられたOSI参照モデルの第3層のブロードキャストに使用するIPアドレス。
  • 対象のネットワークまでルータによってパケットが運ばれてから、ルータによってローカル ネットワークにブロードキャストされる。

• マルチキャスト アドレス（224.0.0.0～239.255.255.255）
  • UDPで使用できる。
  • マルチキャストに使用するIPアドレス。
  • クラスDのアドレスがマルチキャスト アドレスとして予約されている。
  • RFCにより規定されているマルチキャスト アドレス（グループ）を以下に示す。

    #	マルチキャスト アドレス（グループ）	用途
    1	224.0.0.0	予約
    2	224.0.0.1	同一サブネット上の全ノード
    3	224.0.0.2	同一サブネット上の全ルータ
    4	224.0.0.4	ルーティング プロトコル	DVMRP
    5	224.0.0.5		OSPF
    6	224.0.0.6		OSPF version2
    7	224.0.0.9		RIP version2

• マルチキャスト アドレスに対応するMACアドレスもある
  • このMACアドレスは、マルチキャスト受信者に設定されたホストのNICに自動的に追加される。
  • これについては本ドキュメントでは割愛する。

IPアドレスの割当 †

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレス †

• プライベートIPアドレス
  プライベートIPアドレスは各組織内だけで
  自由に使うことが許可されたIPアドレスで、以下の範囲が利用できる。

• グローバルIPアドレス
  • プライベートIPアドレスと重複しないIPアドレスの範囲を、公的な機関
    （IANAおよびその依頼を受けた組織）によってプロバイダなどに割り当てられる。
  • そのIPアドレスが重複しないようにプロバイダのユーザに付与される。
  • グローバルIPアドレスの割り当てを、以下の例で説明する。
    • BBルータと家庭内LAN
    • 企業などで構築する非武装セグメント（DMZ）

DHCPサーバによるIPアドレスの動的割り当て †

IPアドレスの割り当て方法には、

• 「静的割り当て」と「動的割り当て」がある。
• 動的割り当てをするには、DHCPサーバが必要になる。

• IPアドレスの動的割り当ての仕組み
  IPアドレスの割り当ての仕組みについて以下説明する。
  • DHCPサーバ
    • DHCPサーバは、UDPポート67番でIPアドレスの動的割り当て要求（ブロードキャスト）を受信し、
      DHCPクライアントにIPアドレスを動的に割り当てるシステムである。
    • DHCPクライアントは、UDPポート68番で応答（ユニキャスト）を受信する。

• DHCPリレー エージェント
  • DHCPクライアントからDHCPサーバに送信されるIPアドレスの動的割り当て要求は、ローカル ネットワークにブロードキャストされる。
  • このため、DHCPサーバが他のネットワークにある場合はDHCPサーバとの通信ができない。
  • これを解決にするには、DHCPリレー エージェントをローカル ネットワークに導入し、
    IPアドレスの動的割り当てのブロードキャストを中継、DHCPサーバでのIPアドレスの割り当てを代行する。

• IPアドレスを要求する際のシーケンス
  • DHCPクライアントがDHCPプロトコルを使用してIPアドレスを要求する際のシーケンスを、以下に示す。

#ref(): File not found: "DHCP_protocol.png" at page "ネットワークの基礎編"

• DHCPサーバからの「肯定（OFFER）」コマンドの応答が複数ある場合、
  DHCPクライアントは、適当な「肯定（OFFER）」コマンドを選択し、
  そのDHCPサーバを使う旨を、「要求（REQUEST）コマンド」を使って返信する。
  この仕組みはDHCPサーバの冗長化などにも利用されている。

• WindowsでのDHCPクライアントの設定
  • DHCPの有効化
    • DHCPを有効にすることで、ネットワーク内のDHCPサーバを使用することができるようになる。
    • 設定方法 「Windows IPアドレスを自動的に取得する」などでググる。

• 代替構成
  
  • DHCPを有効にしている場合、「代替構成」を設定できる。
  • 代替の構成は、DHCP クライアントがDHCPサーバを発見できない場合に有効になる。
  • 既定値は、[自動プライベートIPアドレス]で、この場合、APIPAのIPアドレスが付与される。
  • 設定方法 「Windows 代替の構成」などでググる。

IPアドレスの静的割り当て †

「静的割り当て」は、クライアントに直接IPアドレスを指定する方法である。

• WindowsでのIPアドレスの静的割り当て
  「Windows 次のIPアドレスを使う」などでググる。

割当られたIPアドレスの確認（ipconfigコマンド） †

ネットワーク アドレス †

• IPアドレスを構成するビット列のうち、
  個々の組織が管理するネットワーク(サブネット)を識別するのに使われる部分。
• ネットワーク アドレスとIPアドレスの割り当てについて方法について説明する。

クラスフル アドレッシング（FLSM） †

• ネットワーク アドレスを決定する際に、
  既定の「アドレス クラス」と「ネット マスク」（ナチュラル マスク）
  を使用するアドレッシング方法を、「クラスフル アドレッシング」（FLSM）と言う。
• 「クラスフル アドレッシング」では、それぞれのネットワークに何台のホストを接続するかによって、どの「アドレス クラス」を使用するかを選択する。
  • 「ネット マスク」（ナチュラル マスク）は「アドレス クラス」に対応したものを適用する。
  • クラスD、クラスEというアドレスもあるが、これは通常のホストが使用するIPアドレスではない。
    クラスDはマルチキャスト アドレス、クラスEは実験用アドレスに予約されている。

クラスレス アドレッシング（VLSM or CIDR） †

• 「クラスフル アドレッシング」の場合、ネットワークにネットワーク アドレスを割り当てる場合など、
  実際に必要となるIPアドレスの数より多すぎたり少なすぎたりすることがある。
  （実際にISPに割り当てるクラスBネットワークが不足する事態になった。）

• このため、ユーザ自身が自由に「ネットワーク アドレス」と「サブネット マスク」を決定する
  「クラスレス アドレッシング」というアドレッシング方法が用意されている。

• このようなアドレッシング方法に「クラスレス アドレッシング」（VLSM or CIDR ）がある。

• VLSM
  組織内のネットワークの細かなホストビットの割り当てに使用される。

• CIDR
  現在のインターネットでは、必要なグローバルIPアドレス数に合わせてサブネット マスクを決定する「CIDR」が使用されている。
  • インターネット上のAS（自律システム）間のルーティング情報の集約による、
    「ルーティング性能向上」、「ルーティング情報の管理の簡素化」のために使用される。
  • AS（自律システム）とは、各組織、企業やプロバイダが保有・運用する、インターネットに繋がる
    ひとつ（時に複数）のルーティング ポリシー配下にあるIPネットワークやルータの集合のことを言う。
    

MACアドレス †

• MACアドレスは、ネットワーク機器固有の物理アドレスであり、通常はNICのROMに固定値で割り当てられている。

• 48ビットの符号で、
  • 上位24ビットはIEEEがベンダー（製造者）毎に管理・割り当てを行っており、
  • 下位24ビットは各ベンダーが独自に重複しないように割り当てている。

• この仕組みにより、原則として、MACアドレスは重複しないようになっている。

ARPテーブルの確認の作成 †

• ルーティング機能のないイーサネットなどのネットワークでは、内部的にはIPアドレスではなくMACアドレスを使って通信相手を特定している。
• そのため、イーサネットで通信するためには、IPアドレスだけでなく送信先のMACアドレスを知る必要がある。
• ただし、現在のWindowsネットワークではホストのアドレスにIPアドレスが使用される。
  そこで必要になるのがIPアドレスとMACアドレスの対応表であり、これを作成するのが ARPプロトコルである。

• ARPプロトコルにより、
  • お互いのホストはIPアドレスとMACアドレスの対応表（ARPテーブル）を作成できる。
  • 以降、このARPテーブルを使用して通信する。

ARPテーブルの確認（arpコマンド） †

• 「arp -a」コマンドを使用してクライアント マシンのARPテーブルの内容を確認することができる。
  • 以下、「arp -a」コマンドの実行例である。

    Interface: xxx.xxx.xxx.xxx --- 0x10003               → ローカル ホスト
    Internet Address      Physical Address      Type
    yyy.yyy.yyy.yyy       zz-zz-zz-zz-zz-zz     dynamic  → 通信先のホスト

• ARPテーブルのエントリの寿命
  • また、通常はARPテーブルに記録されるエントリには寿命があり、一定時間が経つと、そのエントリは自動的に消滅する。
  • Windowsシステムではデフォルトでは10分（600秒） となっている。
  • この設定を変更する場合は、以下のレジストリエントリにキャッシュのタイム アウト値を設定する。

    HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

    ARPcashlife(DWORD)
    • ArpCacheLife?
      https://technet.microsoft.com/en-us/library/cc957524.aspx

ネットワーク構成 †

ルータによるネットワークの分割・接続 †

• ルータは、以下を目的に導入される。
  • リモート ネットワークとの接続
  • ブロードキャスト トラフィック負荷増大の回避のためのネットワーク分割
  • ルーティング情報の分割（or 集約）のためのネットワーク分割（or 集約）
  • 一般的には、イーサネットの１ネットワーク セグメントを１ネットワーク アドレスに対応させる。
    そして、それぞれのネットワーク セグメントをルータで接続して、全体的なネットワークを構築する。

ルータのインターフェイス †

ルータには、以下のインターフェイスがある。

• イーサネット用のインターフェイス
• シリアルポートのインターフェイス

ネットワークの分割・接続 †

• イーサネットのネットワークを分割・接続する場合
  イーサネット用のインターフェイスを使用する。

• WANを経由してネットワークを接続する場合
  以下の様な、DCE（データ回線終端装置）をシリアルポートのインターフェイスに接続する。
  • モデム
  • DSU（ISDNなどの加入者回線終端装置）
  • TA（インターフェイス変換を行う通信機器）などの

スイッチ（スイッチング ハブ・L2スイッチ）によるイーサネットの構成 †

スイッチの目的 †

スイッチ（スイッチング ハブ・L2スイッチ）は、以下の目的で導入される。

• 速度の違うイーサネット（同一ネットワーク）の接続
• MACアドレス フィルタ機能によるコリジョン ドメイン の分割
• VLAN機能によるイーサネットのセグメントに分割

スイッチを使用したイーサネットを構成 †

• 基本的にはスイッチがツリー状になるように構成する。
• また、スイッチの接続では、絶対にループ構造を作ってはいけない

• スイッチの基本的な接続方法

• カスケード
  • 既存のスイッチのポートに別のスイッチのカスケード ポートを接続する方法である。
  • 簡単な拡張方法であるが、信号の減衰や遅延があるため最大で何段のカスケード接続が可能かは
    規格によって定められている（10BASE-Tで4段、100BASE-TXで2段など）。

• スタック
  
  • 複数のスイッチを積み上げることによってポート数を増やす方法である。
  • スタックは、カスケードよりも接続の段数が多くなっている。

VLAN †

VLANの構成 †

• ネットワークをL2スイッチの機能により、仮想的なネットワークを構成し端末をグループ化できる。これをVLANと呼ぶ。

• 「アクセス リンク」
  
  • VLAN に対応したL2スイッチの「アクセス リンク」ポートでは、VLANの識別ために以下の情報を使用する。
    • 「L2スイッチのポート」
      ポート ベースVLAN（スタティックVLAN）
    • 「送信元MACアドレス、IPサブネット アドレス、プロトコル タイプ」
      ポリシー ベースVLAN（ダイナミックVLAN）
  • このため、下図に示すようにL2スイッチを跨がないVLANでは、「暗黙的なタグ」（所謂「タグ無しパケット」）を使用できる。

• 「トランク リンク」
  • VLAN に対応したL2スイッチの「トランク リンク」ポートでは、VLANの識別ために「明示的なタグ」（所謂「タグ付きパケット」）を使用する。
  • 下図に示すようにL2スイッチを跨ぐVLANでは、「トランク リンク」を使用する必要がある。

• L2スイッチ上でイーサネット フレームにタグ付けすることを「フレーム タギング」と呼ぶ。
  タギング方式には以下がある。
  • ISL（Cisco独自の方式）と
  • IEEE802.1q（標準化された方式）

• タグ付けされたフレームは、
  • 宛先スイッチまでフォワーディングされ、
  • 最終的には宛先スイッチ上でタグを削除する。
  • このため、ノード間でタグを意識する必要はない。

VLANネットワークの接続 †

• 其々のVLANネットワークを接続する場合、ルータに接続する必要がある。
• また、ネットワークを跨いだVLANは構築できないので注意する。

• アクセス リンクの場合
  • アクセス リンクの場合、VLANの数だけルータとスイッチにアクセス リンクを作成し、それぞれ個別のケーブルで接続する。
  • ただし、スイッチに、ルータと接続するポートをトランク リンクとして設定し、
    ルータのインターフェイスをサブ インターフェイス に分割すれば、１つの物理的な接続で済む。

• トランク リンクの場合
  トランク リンクの場合、トランク リンクに対応した１つのポートに接続する。

ルーティング †

ルータによるルーティング †

ルータを導入し離れた場所にあるネットワーク同士を接続した場合、
各ネットワークはツリーではなく、蜘蛛の巣のように相互に接続される。

そのため、あるノードから別のノードへの経路は、一本だけでなく複数存在することになる。

ルーティング テーブルの作成 †

• このためルータは、インターフェイスから受信したIPパケットを
  「ルーティング テーブル」の情報を基に適切なルートへ転送する。

この動作をIPフォワードという。

• また、ルーティング機能、ルーティング テーブルの作成方法は、
  ルータの使用するルーティング プロトコルにより異なる。

ルーティング テーブルの確認（route printコマンド） †

ICMPプロトコルを使用したルーティングの確認 †

• IPネットワークでは、
  あるノードから別のノードへの経路は一本だけでなく複数存在するため、
  経路上のルータなどが故障した際、どこに原因があるか調査が必要になる。

• この場合、ICMPプロトコルを利用した
  pingコマンド、pathpingコマンド、tracertコマンド
  などのコマンドを使用することでルーティングを調査できる。

ICMPメッセージの一覧 †

• IPルーティングを調査するために使用する
  ICMPメッセージの一覧は次のとおりである。

  タイプ	機能	区分
  		調査	制御	エラー
  1	エコー応答（echo reply）	○	－	－
  2	エコー要求（echo request）	○	－	－
  3	タイムスタンプ要求（timestamp request）	○	－	－
  4	タイムスタンプ応答（timestamp reply）	○	－	－
  5	情報要求（information request）	○	－	－
  6	情報応答（information reply）	○	－	－
  7	アドレス マスク要求（address mask request）	○	－	－
  8	アドレス マスク応答（address mask reply）	○	－	－
  9	送信元抑制（source quench）	－	○	－
  10	経路変更要求（redirect）	－	○	－
  11	あて先不達（destination unreachable）	－	－	○
  12	時間超過（time exceeded）	－	－	○
  13	パラメータ異常（parameter problem）	－	－	○

• ただし、すべてのノードが、すべての種類のICMPメッセージをサポートしているわけではなく、
  非ルータのノードでは、限定的ないくつかのICMPメッセージしかサポートされていない。

• また、ICMPメッセージから、
  ある程度はルーティングに関する障害原因を把握できるが、実際は物理的に問題を調査すべきである。

• 例えば、以下のように、それぞれの機器を実際に調査しなければ推測の域を出ない。
  • NICの障害なのか、ルータの障害なのか？
  • ネットワークのルーティングが双方向で設定されていないのか？

代表的なICMPメッセージの説明 †

• エコー要求・応答（調査）
  • エコーは、データ パケットを２つのTCP/IPノード間で送受信するメッセージで、
    ノードの動作状態を調査するためには欠かせない機能である。

• エコー要求
  • エコー要求相手のノードに届くと、そのデータがそのままエコー応答として元のノードへと送り返される。
    

• エコー応答
  • エコー応答にはアプリケーションは介在せず、TCP/IPのプロトコル スタックにより処理される。
  • TCP/IPをサポートしているノードは必ずこのエコー応答の機能を実装する。

• タイムスタンプ要求・応答（調査）
  タイムスタンプ要求・タイムスタンプ応答は、レスポンスタイムの計測に用いられる。

• 経路変更要求（制御）
  • 現在のルーティングではムダにパケットを中継するなど、
    IPパケットの送信先が適切でないことがルータ上で判断された場合、
    当該するルータは正しいルータにIPフォワードすると共に送信元に経路変更要求メッセージを返す。
  • 送信元は、この経路変更要求メッセージからルーティング テーブルを変更する。
  • これにより、以降無駄なトラフィックが抑えられる。
  • 参考
    • Ciscoテクニカル ノーツ > ICMPリダイレクトはいつ送信されるか
      http://www.cisco.com/cisco/web/support/JP/100/1007/1007865_43-j.html

• あて先不達（エラー）
  • 何らかの理由で、あて先となるサービスへパケットを送ることができない場合に
    ルーティングの途中のルータや、ターゲット ホストから送信元に対して返信されるメッセージ。
  • メッセージには、エラーの要因を表す数値がセットされるため、エラーの要因を把握できる。

• 時間超過（エラー）
  • ルーティングの途中で時間（回数）が超過してしまった場合に、
    IPパケットの送信元に対して返信されるメッセージである。

• このメッセージが生成される要因は2つある。
  • 要因1
    ルータにフォワードされるうちに、IPヘッダ中のTTL が0になってしまった場合。
    TTLはパケットの有効期間を表す値で、ルータなどを1回経由されるたびに値が1減少する。

• 要因2
  ルーティングの途中でIPパケットのフラグメンテーションが行われた場合、
  IPパケット全体を再構成するために、すべてのフラグメントがそろうまで
  一定時間待つ必要があるが、この待機がタイムアウトした場合。

TCP、UDPプロトコル †

• TCP、UDPプロトコルについて説明する。
• 現在のWindowsネットワークでは、TCP、UDPプロトコルが標準的に使われている。
• 一般的なサービスやそのクライアント アプリケーションが使用するTCP、UDPのポート番号の一覧は、
  「%windir%\system32\drivers\etc\services」に記述されている。

概要 †

UDPプロトコル †

• UDPは、IPアドレスを使用する「データグラム型通信」である。
  • 「データグラム型通信」は高速で、
  • １対１の通信機能（ユニキャスト）だけではなく
  • １対多の通信機能（ブロードキャスト、マルチキャスト）を提供できる。

• また、ステートレスなサービスを実装しやすいという特徴があるが、
  データが相手に届いたことが保証されないという欠点がある。

TCPプロトコル †

• TCPは、IPアドレスを使用する「コネクション指向の通信」である。
  • 「コネクション指向の通信」は、初めに通信する者同士がデータ送受信のための通信路（コネクション）を確保する。
  • 以後、このコネクションを使ってデータが正しく相手に届くことを保証し、通信が完了後にコネクションを閉じる 。

• TCP/IPのプロトコル スタック（トランスポート層）までの保証になるため、
  • トランザクション処理のような、アプリケーションがストレージに結果を書き込むまでの信頼性は保障されない。
  • 通信媒体上のエラーでデータが相手に届かなかったりデータにエラーがあったりすると、再送処理を行って正しいデータが相手に届くように努力する。
    • 一般的には、データを受けた側では必ず確認応答（以下、ACKと略す）を返信して、
      データの送受信が正しく処理されたことを相互に確認する。
    • これによって、エラーのない信頼性のある通信を実現している。
      そして、どうしてもデータを送信できなければアプリケーションに送信失敗という結果を返す。

TCPとUDPの比較 †

以下の表に、

• UDP: データグラム型通信
• TCP: コネクション指向の通信

の特徴をまとめた。

TCPプロトコルの伝送制御 †

TCPプロトコルの伝送制御方法について簡単に説明する。

• TCPでは、信頼性のある通信を実現するために、
  「相手にデータが届いたことをACKから必ず確認する」という手法を採用している。

• ACKにはアプリケーションは介在せず、TCP/IPのプロトコル スタックにより処理される。
• このような仕組みになっているため、上位アプリケーションはTCPプロトコルにおける伝送制御を意識することなく、
  信頼性のある「コネクション指向の通信」を利用することができる。

• また、TCPでは効率の悪い「コネクション指向の通信」の転送方法を改善するために「ウィンドウ制御」という方式を採用している。

ウィンドウ制御 †

• この方式により、TCPパケットを（ACKの確認なしで）連続して送信することができるようになり、効率よく（ネットワークの帯域幅いっぱいまで）回線を利用できる。

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• また、「ウィンドウ制御」では「シーケンス番号」と「ウィンドウ サイズ」（送受信用のバッファ）が重要な役割を果たす。
  • 「シーケンス番号」は「ウィンドウ サイズ」上のデータの位置を表し、パケットの到着順が前後しても問題無いように使用される。
  • また、「ウィンドウ サイズ」はデータの流れを許可したり禁止したりすることに使用される

• 「ウィンドウ制御」における「シーケンス番号」と「ウィンドウ サイズ」の役割は、下記のページを参考にできる。

• [参考]：@IT > 連載 > 基礎から学ぶWindowsネットワーク
  第14回 信頼性のある通信を実現するTCPプロトコル（その1）
  2.シーケンス番号とウィンドウ制御
  http://www.atmarkit.co.jp/fwin2k/network/baswinlan014/baswinlan014_03.html

TCPコネクションの状態 †

TCPプロトコルは「コネクション指向の通信」のプロトコルであり、このコネクションには種々の状態が存在する。

• TCPコネクションの状態の種類
  • TCPコネクションには下記の状態がある。
  • これは、現時点の状態がTCPコネクションの
    「オープン」 ⇒ 「通信経路の確保」 ⇒ 「クローズ」
    といったシーケンス中の何処にあるかを示すものである。

• 状態の状態遷移図
  • 次に、この状態の状態遷移図を示す。
  • ただし、コネクション終了要求（FIN）が重複し、
    FIN_WAIT_１の状態で先に相手からのFINを受け取った時の状態遷移は割愛した。

• TCPコネクションのオープン処理
  • TCPでコネクションを確立するためには、
    3つのTCPパケット（SYN、ACK / SYN、ACK）の送受信を行う。
  • これを「3ウェイ ハンドシェイク」という。

#ref(): File not found: "TCP_Open.png" at page "ネットワークの基礎編"

• TCPコネクションのクローズ処理
  クローズ処理では、TCPコネクションの両端のアプリケーションがそれぞれクローズを宣言するため、
  4つのTCPパケット（FIN*2、FIN ACK*2）を送受信することにより、TCPコネクションが終了する。

#ref(): File not found: "TCP_Close.png" at page "ネットワークの基礎編"

TCP,UDPの状態の確認（netstatコマンド） †

クライアントとサーバー †

• 一般的には
  • パッシブ オープン側がサーバ
  • アクティブ オープン側がクライアント

• しかし、TCP/IPは、本質的にはクライアント・サーバを区別しない。
  • コネクション確立後は、プログラムからクライアント・サーバを区別しないで、
    ソケットのストリーム バッファにデータを書き込むだけでデータの送受信が可能となる。
  • 余談：FTP（アクティブ モード）など、クライアント側がパッシブ オープンするというプロトコルもある。
    • クライアント側がパッシブ オープンし、
    • サーバ側が（クライアント側のリスニング ポートに対して）アクティブ オープンする。

TCPのチューニング †

参考 †

イーサネット †

イーサネットという表現は元々10MbpsタイプのLAN規格の名称だったが、
現在はFast Ethernet（100Mbps）/ Gigabit Ethernet（1Gbps）を含んだ総称としての意味合いが強まっている。

以下、代表的なイーサネットについて列挙する。

10BASE-2 †

細い同軸ケーブルを利用したバス型
（10Mbps、最大伝送距離185m、最大接続機器数30台）

10BASE-5 †

太い同軸ケーブルを利用したバス型
（通信速度10Mbps、最大伝送距離500m、最大接続機器数100台）

10BASE-T †

TPケーブルを利用したスター型
（通信速度10Mbps、最大伝送距離100m、ハブ多段接続3段）

100BASE-TX †

TPケーブル (UTPカテゴリー5)を利用したスター型
（通信速度100Mbps、最大伝送距離100m、ハブ段接続2段）

1000BASE-T †

TPケーブル (UTPカテゴリー5)を利用したスター型
（通信速度1Gbps、最大伝送距離100m）

名前 †

NetBIOS名 †

NetBIOSにてホストを識別する名前

ホスト名 †

TCP/IPで、hostsファイルに記載したホストを識別する名前

FQDN名 †

TCP/IPで、ドメイン名、サブドメイン名、ホスト名を省略せずにすべて指定した記述形式

ネットワーク構成の例 †

BBルータと家庭内LAN †

• IPアドレスの付与方法

• BBルータのグローバルIPアドレス
  光ファイバ プロバイダ（FTTH）からPPPのNCPで割り当てられる。

• 家庭内LANのプライベートIPアドレス
  BBルータのDHCPサーバ機能で動的に割り当てる。
  若しくは、ユーザにより、静的に割り当てる。

• BBルータと家庭内LANの例
  

• 補足説明
  • 家庭LAN（B）上のホストから、家庭LAN（A）上のホストにアクセスするには、家庭LAN（A）上のホストに静的にプライベートIPアドレスを割り当て、BBルータのNAT / 静的IPマスカレードなどの機能により家庭LAN（A）のBBルータに割り当てられたグローバルIPアドレス・ポート番号を、家庭LAN（A）上のホストのプライベートIPアドレス・ポート番号に変換する方法がある。
  • DDNSサービスを使用して、BBルータのIPアドレスに対するFQDN名を登録しておくことで、IPアドレスではなくFQDN名を使用したアクセスが可能になる（注：PPP接続確立の度に、NCPで割り当てられるグローバルIPアドレスが変わるので、DDNSサービスを利用する場合は常時接続にしておくか接続のたびにDDNSのレコードを更新する必要がある）。

企業などで構築する非武装セグメント（DMZ） †

以前は、企業のネットワークを接続するのにフレームリレーが
使われることが多かったが、現在は、IP-VPNや広域Ethernetが主流になっている。

• DMZは
  • パブリック ネットワークとしてもプライベート ネットワークとしても構築できる。
  • ここでは、パブリック ネットワークとして構築する方法について説明する。

• IPアドレスの付与方法
  • DMZ上のホストのグローバルIPアドレス
    DMZ（パブリック ネットワーク）のネットワーク アドレスは
    「CIDR」方式で決定され、ホストにグローバルIPアドレスが割り当てられる。
  • LAN上のホストのプライベートIPアドレス
    任意の方法でネットワーク アドレス、ホスト アドレスを設定できる。

• 「三脚境界」の非武装セグメント（DMZ）の例
  
  

• DMZは、ルータの構成オプションを通じて作られる。
  • 各ネットワーク（WAN、DMZ、LAN）はルータにお互い異なるポートを使って連結される。
  • DMZの構築には、「三脚境界」（中小規模）や「フロント ファイア ウォール / バックエンド ファイア ウォール」（大規模）などの手法がある。

プロトコル †

NetBIOSプロトコル †

BootPプロトコル †

• RFC 951で定義された。
• ネットワークに接続されたクライアントが、
  サーバから下記のような情報を自動的に取得するためのプロトコル。
  • IPアドレス
  • ホスト名
  • サブネット マスク等

• 主に
  • OSがブートする際に用いられる。
  • 現在ではDHCPプロトコルがBootPプロトコルの上位互換プロトコルとなっており、
    BootPプロトコルは徐々に使用されなくなってきている。

ARPプロトコル †

• ARPプロトコルは、与えられたIPアドレスからMACアドレスを求めるためのプロトコルで、
  ARP要求により送信先のIPアドレスと送信元のIPアドレスとMACアドレスが、
  OSI参照モデルの第2層のブロードキャストで送信される。

• IPアドレスが一致するホストはARP応答によりMACアドレスをユニキャストで返す。

• ARPは、第2層のブロードキャストを直接使用するため、
  • ネットワーク モニタを使用してイーサネット内のパケットを監視した場合、ネットワーク モニタによっては、
    ARPプロトコルのブロードキャストに送信元と送信先のIPアドレスが表示される
    （第3層のブロードキャストでは、フローキャスト用のIPアドレスが表示される）。
  • このため、一見してTCP/IPのユニキャストをしているように見えてしまうので、注意する。

ICMPプロトコル †

ICMPプロトコルとは、

• TCP/IPが動作するために必要な補助的な役割を果たし、
• TCP/IPネットワークが円滑に稼働するためには欠かせない重要なプロトコルである。

ルーティング プロトコル †

NCPプロトコル †

• 同期式・非同期式ポイントツーポイントのシリアルリンク上で、各種プロトコルを伝送するための標準プロトコルであるPPPプロトコルでは、LCPとNCPという2つのプロトコルを使用している。
• LCPでPAPやCHAPを使ってユーザを認証し、NCPでネットワーク層のプロトコルに対応した制御、ネットワーク アドレスの割り当てや、パケットの圧縮をしてPPP接続が確立する。

SMBプロトコル †

• SMB: Server Message Block
• 主にMicrosoft社が開発したプロトコル
  

• SMB
  • SMBはNetBIOSを経由する。
  • このため、使用するプロトコルがNBTの場合、
    NetBIOSのネームサービス、データグラム サービス、セッション サービスで使用する
    UDPポートの137・138番、TCPポートの137・139番を使用する。
    

• CIFS
  • Sambaでも利用可能な標準仕様をCIFSと呼ぶ（トランスポートに依存しない）。
  • CIFSに対応したSMBをMicrosoft Direct Hosting of SMB（Microsoft-DS）と呼ぶ。

• Direct Hosting of SMB
  • Direct Hosting of SMBはNBT の仕様に関係のないTCP・UDPポートの445番を使用する。
  • また、NetBIOSを経由しないため、「NetBIOS名」を使わずに
    「ホスト名」・「FQDN名」や、「IP アドレス」でサーバのアドレスを指定することもできる。
  • Windows 2000以降のマシンのデフォルトではDirect Hosting of SMBを使用する。

• SMBとDirect Hosting of SMB
  • プロトコルスタック
    

• 使用するポート

  #	プロトコル	使用するポート
  1	SMB	137/tcp・udp、138/udp、139/tcp（NBTで使用するポート）
  2	Direct Hosting of SMB	445/tcp・udp

• これらのプロトコルは
  • ファイル・プリンタ共有サービス
  • 名前付きパイプ
  • メールスロット機能

などが利用する。

• 参考
  • ＠IT
    • Windowsネットワークの基礎：
      第7回　ファイル共有プロトコルSMBの概要
      http://www.atmarkit.co.jp/ait/articles/1507/02/news026.html
    • その知識、ホントに正しい？ Windowsにまつわる都市伝説（23）：
      ファイル共有プロトコル、SMBとCIFSの違いを正しく理解できていますか？（前編）
      http://www.atmarkit.co.jp/ait/articles/1501/19/news092.html
    • Windows Server 2012クラウドジェネレーション：
      第9回　強化されたファイル共有プロトコルSMB 3.0の概要 - ＠IT
      http://www.atmarkit.co.jp/ait/articles/1304/25/news118.html
    • Tech TIPS：Windowsのポート445（ダイレクト・ホスティングSMBサービス）に注意
      http://www.atmarkit.co.jp/fwin2k/win2ktips/088directhostedsmb/088directhostedsmb.html

その他 †

ブロードキャスト †

マルチキャスト †

マルチキャスト送信者は、ネットワーク上にいる、
すべてのマルチキャスト受信者に対して同時に同じデータを送信する。

• マルチキャスト送信者
  送信する「マルチキャスト アドレス（グループ）」に「join」していなくてもデータの送信が可能である。

• マルチキャスト受信者
  • 「マルチキャスト アドレス（グループ）」（224.0.0.x、[x = 0...255]）
    と呼ばれるグループに「join」することにより、マルチキャスト データを受け取ることができる。
  • データを受け取る必要がなくなった受信者は、グループから「leave」する。

NAT / 静的IPマスカレード †

• パケットに付いている宛先IPアドレス・ポート番号を、別の宛先IPアドレス・ポート番号に変換する技術。
• 主にパブリック ネットワーク（WAN）経由で、プライベート ネットワーク（LAN）上のホストへアクセスするために利用される。

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Tags: :通信技術, :Windows

     

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