ネットワークの層とプロトコル

全部を一度に決めると手が付けられないので、ネットワークは層に分けてある。下の層は上の層の中身を気にしない。これが効いていて、Wi-Fi でも有線でも同じ HTTP が使える。

• アプリケーション層 … 何をやりとりするか（HTTP・DNS・SMTP）
• トランスポート層 … 相手のどの窓口に、確実に届けるか（TCP・UDP）
• インターネット層 … どの機械に届けるか（IP）
• ネットワークインタフェース層 … 目の前の線や電波にどう流すか（イーサネット・Wi-Fi）

試験では OSI 基本参照モデル という7層の分け方も出てくる。下から 物理・データリンク・ネットワーク・トランスポート・セッション・プレゼンテーション・アプリケーション だよ。

どの機械に届けるかを決めるのが IP アドレス。192.168.0.10 のように4つの数で書く（IPv4）。

このアドレスは前半がネットワークの住所、後半が家の番号に分かれている。どこで区切るかを決めるのが サブネットマスク で、255.255.255.0 のように書く。/24 と書くのも同じ意味で、前から24ビットがネットワークの住所という宣言だよ。

大事なのは、区切りの後ろが全部 0 のものと全部 1 のものは機械に割り振れないこと。前者はネットワークそのものを指す名前、後者はそのネットワーク全員へ配るための宛先として予約されている。

IP アドレスで建物までは分かる。でも1台の機械の中では、Web サーバもメールサーバも同時に動いている。どの窓口に用があるのかを指すのが ポート番号 だよ。

よく使う番号は決まっていて、HTTP は 80、HTTPS は 443。こういう番号を ウェルノウンポート と呼ぶ。

覚えておきたいのは行きと帰りで送信元と宛先が入れかわること。ブラウザ側は空いている番号を勝手に1つ使い（50001 など）、そこから 80 番へ話しかける。サーバはその逆に、80 番から 50001 へ返す。返すときに番号を作り直したりしない。

トランスポート層には性格の違う2つがある。

TCP は届いたことを確かめながら送る。抜けたら送り直し、順番が入れかわったら並べ直す。だから確実だけれど、そのぶん手間がかかる。Web もメールもファイル転送も TCP だよ。

UDP は投げるだけ。確認しないので抜けることもあるが、待たされない。音声通話や動画の生配信のように、少し欠けても止まるほうが困る用途で使う。

「信頼性よりリアルタイム性」という言い方が出てきたら UDP のことだよ。

人は manabiya.example.com と覚えるけれど、届けるのに要るのは IP アドレス。この名前とアドレスの対応を答えてくれるのが DNS だよ。

電話帳と同じ働き。ブラウザはページを取りに行く前に、まず DNS に「この名前のアドレスは？」と聞いている。

似た役割の名前と混ざりやすいので、並べて覚えよう。

• DNS … 名前 ⇄ IP アドレス
• DHCP … つないだ機械に、空いている IP アドレスを貸し出す
• NAT … 社内の私用アドレスを、外向けのアドレスに書き換える

ブラウザとサーバのやりとりの決めごとが HTTP。「これをください」「はいどうぞ」を文字で書いて送り合っている。

HTTPS はその通信を暗号化したもの。ここで大事なのは、暗号化のほかにもう1つできることがある点だよ。サーバ証明書で、相手が本当にそのサーバかを確かめられる。

これが HTTPS だけの特徴。cookie でのセッション管理も、ID とパスワードでの認証も、ブラウザのキャッシュも、HTTP でもできる。混同しやすいところだよ。

メールは送るときと受け取るときで別のプロトコルを使う。送るのが SMTP、受け取るのが POP や IMAP だよ。

メール本文の頭には ヘッダ がついていて、From To Date Subject などが並ぶ。もともとメールは文字しか送れなかったので、画像や音声を運べるようにヘッダを拡張した決めごとが MIME だよ。添付ファイルはこれで実現している。

ヘッダで1つだけ特別なのが Bcc。ほかの受信者に見せない宛先なので、転送の途中で削除される。見えたままだと Bcc の意味がなくなるからだね。

ネットワークをつなぐ機器は、どの層まで見て中継するかで名前が変わる。ここは層の理解がそのまま問われるところだよ。

• リピータ … 弱った信号を増幅して距離をのばすだけ（物理層）
• ブリッジ … MAC アドレスを見てフレームを中継する（データリンク層）
• ルータ … IP アドレスを見て、どの道へ送るかを決める（ネットワーク層）
• ゲートウェイ … トランスポート層より上が違うネットワークどうしをつなぎ、プロトコルを変換する

ブリッジは IP を見ない、ルータは MAC で中継しない。ここを入れかえた選択肢が定番だよ。

つながらないとき、どこまで届いているかを調べる道具がある。

• ping … 相手に「いる？」と聞いて返事を待つ。疎通確認の定番
• arp … 同じ LAN の相手の MAC アドレスを調べる（IP アドレスは分かっている前提）
• ipconfig … 自分のアドレス設定を見る
• netstat … いまつながっている通信の一覧を見る

もう1つ、Web の言葉で CGI を押さえておこう。Web サーバが外部のプログラムを動かして、その結果をブラウザに返すための仕組みだよ。ページを毎回作って返せるのはこれのおかげ。