TCP/IP の概要
内容
概要
ネットワークが発明されてから 20 年、イーサネット、トークン リング、Fiber Distributed Data Interface（FDDI）、X.25、フレーム リレー、スイッチド マルチメガビット データサービス（SMDS）、統合デジタル通信網サービス（ISDN）、そして最近では非同期転送モード（ATM）が導入され、その多様性は拡大を続けています。 インターネット プロトコルは、この多様な LAN および WAN テクノロジーを相互接続する方法として最も実績があります。
インターネット プロトコル スイートには、伝送制御プロトコル（TCP）やインターネット プロトコル（IP）などの低レベルの仕様だけではなく、電子メール、端末エミュレーション、ファイル転送といった一般的なアプリケーションの仕様も含まれています。図 1 に、TCP/IP プロトコル スイートと OSI 参照モデルの対比を示します。図 2 は、いくつかの重要なインターネット プロトコルと、それらの OSI 参照モデルとの関係を示しています。OSI 参照モデルと各階層の役割の詳細については、『インターネットワーキングの基礎』に関するドキュメントを参照してください。
インターネット プロトコルは、現在使用されている最も広く実装されたマルチベンダー プロトコル スイートです。少なくとも、インターネット プロトコル スイートの部分的なサポートは、ほとんどすべてのコンピュータ ベンダーで利用できます。
TCP/IP テクノロジー
この項では、TCP、IP、関連プロトコル、およびこれらのプロトコルが動作する環境の技術的側面について説明します。このドキュメントは主にルーティング（レイヤ 3 機能）に重点を置いているため、TCP（レイヤ 4 プロトコル）については比較的簡単な説明になります。
TCP
TCP は、非構造化バイト ストリームとしてデータを送信するコネクション型のトランスポート プロトコルです。TCP では、シーケンス番号と確認応答メッセージを使用することで、宛先ノードに送信されたパケットの配信情報が送信側ノードに提供されます。送信元から宛先への転送中にデータが失われた場合、タイムアウト状態になるか、正常に配信が完了するまで、TCP はデータを再送信できます。TCP は重複メッセージを認識することもでき、該当するメッセージを適切に破棄します。送信側コンピュータの転送速度が速すぎて受信側コンピュータが対応できない場合、TCP はフロー制御メカニズムを使用してデータ転送速度を下げることができます。TCP は、サポートする上位層プロトコルとアプリケーションに配信情報を伝えることもできます。これらすべての特性により、TCP はエンドツーエンドの信頼性の高いトランスポート プロトコルとされています。TCP の仕様は、RFC 793 で規定されています。 
詳細については、「インターネット プロトコル」の「TCP」の項を参照してください。
IP
IP は、インターネット スイートにおける主要なレイヤ 3 プロトコルです。インターネットワーク ルーティングに加えて、IP は最大データ単位サイズが異なるネットワークを介した転送に対して、データグラムと呼ばれる情報単位のエラー レポート、フラグメンテーション、リアセンブルを提供します。IP はインターネット プロトコル スイートの中核を担っています。
注：特定のない限り、このセクションのIPはIPv4を指します。
IP アドレスはグローバルに一意な 32 ビットの数値で、ネットワーク インフォメーション センターによって割り当てられます。グローバルに一意なアドレスによって、世界中のあらゆる IP ネットワークが相互に通信できます。
IP アドレスは 2 つの部分に分かれています。前半部分はネットワーク アドレス、後半部分はホスト アドレスを指します。
IP アドレス空間はさまざまなネットワーク クラスから構成されています。クラス A ネットワークは、ネットワーク アドレス フィールドが 8 ビットのみであるため、主に少数の大規模ネットワークでの使用を対象としています。クラス B ネットワークはネットワーク アドレス フィールドに 16 ビットが割り当てられ、クラス C ネットワークは 24 ビットが割り当てられています。ただし、クラス C ネットワークはホスト フィールドが 8 ビットのみであるため、ネットワークあたりのホスト数が制限要因となる場合があります。3 つのすべてのクラスで、左端のビットはネットワーク クラスを示します。IP アドレスはドット付き 10 進表記で表されます。たとえば、34.0.0.1。図3は、クラスA、B、およびCのIPネットワークのアドレス形式を示しています。
図 3：クラス A、B、C の IP ネットワークのアドレス形式 
IP ネットワークは、サブネットワークまたは「サブネット」と呼ばれる、さらに小さい単位に分割することもできます。 サブネットによってネットワークをより柔軟に管理できます。たとえば、クラス A アドレスが割り当てられたネットワークで、すべてのノードがクラス A アドレスを使用しているとします。さらに、このネットワークのアドレスをドット付き10進表記で34.0.0.0と仮定します（アドレスのホストフィールドのゼロはすべてネットワーク全体を指定します）。 管理者はサブネット化によってネットワークを分割できます。具体的には、図 4 に示すように、アドレスのホスト部からビットを「借り」てサブネット フィールドとして使用します。
図 4：ビットを「借りる」 
ネットワーク管理者がサブネット化による 8 ビットの使用を選択した場合、クラス A IP アドレスの 2 番目のオクテットはサブネット番号を示します。この例では、アドレス 34.1.0.0 はネットワークが 34 でサブネットが 1、アドレス 34.2.0.0 はネットワークが 34 でサブネットが 2 になります。
サブネット アドレス用に借りることができるビット数は決まっていません。アドレスのネットワーク部とサブネット部を示すために使用するビット数を指定するために、IP はサブネット マスクを提供します。サブネット マスクは、IP アドレスと同じ形式および表記法を使用します。サブネット マスクでは、ホスト フィールドを指定するビット以外がすべて 1 になります。たとえば、クラスAアドレス34.0.0.0に8ビットのサブネット化を指定するサブネットマスクは255.255.0.0です。クラスAアドレス34.0.0.0に16ビットのサブネット化を指定するサブネットマスクは255.255.255.0です。両方のサブネットマスクはネットワークを通じて必要に応じて渡されます。
図 5：サブネット マスク 
従来、ネットワーク番号が同一のサブネットはすべて、同じサブネット マスクを使用していました。つまり、ネットワーク マネージャはネットワーク内のすべてのサブネットに対して 1 つの 8 ビット マスクを選択します。これは、ネットワーク管理者とルーティング プロトコルの両方にとって管理しやすい方法です。しかし、この方法は一部のネットワークでアドレス空間を浪費します。ホスト数の多いサブネットもあれば、少ないサブネットもありますが、いずれの場合もサブネット番号全体を使用します。シリアル回線は、1 つのシリアル回線サブネットで 2 台のホストしか接続できないため、この最も顕著な例です。
IP サブネットの拡大に伴い、管理者はアドレス空間をより効率的に使用する方法を模索してきました。その成果の 1 つが可変長サブネット マスク（VLSM）と呼ばれる技法です。 VLSM を使用すると、ネットワーク管理者はホスト数の少ないネットワークで長いマスクを使用し、ホスト数の多いサブネットには短いマスクを使用できます。ただし、この技法はマスクをすべて同じサイズにする場合よりも複雑で、アドレスを慎重に割り当てる必要があります。
当然のことですが、VLSM を使用するには、ネットワーク管理者は VLSM をサポートしているルーティング プロトコルを使用する必要があります。シスコ ルータは、Open Shortest Path First（OSPF）、Integrated Intermediate System to Intermediate System（Integrated IS-IS）、Enhanced Interior Gateway Routing Protocol（Enhanced IGRP）、およびスタティックルーティングを使用した VLSM をサポートしています。IP のアドレッシングとサブネット化の詳細については、『IP のアドレッシングとサブネット化（新規ユーザ向け）』を参照してください。
IEEE 802 LAN などの一部のメディアでは、インターネット プロトコル スイートに含まれる、Address Resolution Protocol（ARP）および Reverse Address Resolution Protocol（RARP）の 2 つを使用することで、IP アドレスが動的に検出されます。ARP はブロードキャスト メッセージを使用して、特定のネットワーク層アドレスに対応するハードウェア（MAC 層）アドレスを特定します。ARP は十分に汎用的で、ほとんどどのようなタイプの基本メディア アクセス メカニズムでも IP を使用できます。RARP はブロードキャスト メッセージを使用して、特定のハードウェア アドレスに関連付けられたネットワーク層アドレスを特定します。ディスクレス ノードでは一般的にブート時にネットワーク層アドレスが特定されていないため、RARP が特に重要です。
IP 環境でのルーティング
「インターネット」は相互接続されたネットワークのグループです。一方で、インターネットは、ほとんどの研究施設や大学、および世界中のその他多くの組織間での通信を可能にするネットワークの集合体でもあります。インターネット内のルータは階層的に編成されます。一部のルータは、同一の管理権限と制御の下で特定のネットワーク グループを介して情報を移動するために使用されます（このようなエンティティを自律システムと呼びます）。 自律システム内の情報交換に使用されるルータは内部ルータと呼ばれ、この情報交換にはさまざまな内部ゲートウェイ プロトコル（IGP）が使用されます。自律システム間で情報を移動するルータは外部ルータと呼ばれ、外部ゲートウェイ プロトコル（EGP）または Border Gateway Protocol（BGP）を使用します。 図 6 にインターネット アーキテクチャを示します。
図 6：インターネット アーキテクチャの縮図 
IP で使用されるルーティング プロトコルは、本質的にダイナミックなものです。ダイナミック ルーティングでは、ルーティング デバイスのソフトウェアがルートを計算する必要があります。ダイナミック ルーティング アルゴリズムは、ネットワークの変化に対応して自動的に最適なルートを選択します。ダイナミック ルーティングとは対照的に、スタティック ルーティングでは、ネットワーク管理者がルートを確立する必要があります。スタティック ルートは、ネットワーク管理者が変更しない限り変わることはありません。
IP ルーティング テーブルは、宛先アドレスとネクスト ホップのペアで構成されます。次に示すシスコ ルータのルーティング テーブルの例では、最初のエントリが「ネットワーク 34.1.0.0（ネットワーク 34 上のサブネット 1）に到達するための次の送信先はアドレス 54.34.23.12 のノードである」という意味に解釈されます。
R6-2500# show ip route Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static route Gateway of last resort is not set 34.0.0.0/16 is subnetted, 1 subnets O 34.1.0.0 [110/65] via 54.34.23.12, 00:00:51, Serial0 54.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets C 54.34.23.0 is directly connected, Serial0 R6-2500#
以上のように、IP ルーティングでは IP データグラムが一度に 1 つのルータ ホップによってインターネットワークを移動することが指定されます。ルーティング開始時にルート全体が特定されるのではなく、データを受け取った各ノードで、データグラム内の宛先アドレスがそのノードのルーティング テーブル エントリと照合され、次のルータ ホップが決まります。ルーティング プロセスで各ノードが関与するのは、内部情報に基づいたパケットの転送のみです。ルーティングに異常が発生しても、IP は送信元にエラー レポートを返しません。これはインターネット制御メッセージ プロトコル（ICMP）という別のインターネット プロトコルが行います。
ICMP は IP インターネットワーク内でさまざまタスクを実行します。ICMP が作成された主な目的（送信元へのルーティング障害の報告）以外にも、ICMP はインターネットを介したノードの到達可能性をテストする方法（ICMP エコー メッセージおよび Reply メッセージ）、ルーティング効率を向上させる方法（ICMP Redirect メッセージ）、データグラムに割り当てられたインターネット滞在時間を超過したことを送信元に通知する方法（ICMP Time Exceeded メッセージ）などの便利なメッセージを提供します。全般的に、ICMP は IP 実装に不可欠であり、特にルータでの役割は重要です。詳細については、「関連情報」を参照してください。
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