【初心者用】CCNA学習#4

公開日: 2023/6/5

今回から、何回かにわけてネットワーク層について、まとめていきたいと思います。

1. OSIとTCP/IP

OSI ⇔普及しませんでした。
TCP/IP ⇔インターネットの発展とともに普及していきます。

インターネットとは、TCP・IPで出来ていると理解しましょう。

10. プロトコル

・上位のプロトコルを表す番号。とのプロトコルがどの番号かはIANA(現ICANN)という組織によって定義されました。

11. デフォルトゲートウェイ

外のネットワークとの出入口となる機器(ルータ)といいます。

補足:ルータのポートはそれぞれのポートを一つのノードとしてIPアドレスを設定することができます。

12. ARP(Address Resolution Protocolo)

IPアドレスに紐づくMACアドレス(レイヤ2アドレス)を調べるためのプロトコル。

このIPアドレスからMACアドレスを調べる一連の処理はアドレス解決(Address Resoulution)とよばれます。

ブロードキャストでネット枠内の全ノードに「このIPアドレスは誰の?」という通信を行い、自分と認識したノードにMACアドレスを返送させるという仕組みになります。

フレームの宛先MACアドレスを決定するために必要になります。


・何度もブロードキャストされることを防ぐためにARPテーブルが用いられます。

13. ARPリクエストとリプライ

つながっているすべてのノードに「このIPアドレスは誰の?」という通信を行います。

これをARPリクエストとよび、「私のだよ〜」とういう返事をARPリプライと呼びます。

ARPリクエストは各ノードに負担をかけるので、情報をARPテーブルに保存していきます。

ARPテーブルに保存されている情報をARPキャッシュと呼びます。

※これは一定時間で削除されていきます。

14. ネットワークを跨いだARPの動作

・ネットワークを跨いだ、宛先に送信する場合は、デフォルトゲートウェイ(ルータのポート)のMACアドレスをARP(アドレス解決)で所得し、宛先MACアドレスとして送信します。

・ルータはネットワーク間のパケット転送を行う際、送信元MACアドレスを自身のMACアドレスに、宛先MACアドレスをARPで所得したMACアドレスに書き換えて送信します。

・IPアドレスはネットワークkを跨いでも変わることはありません。

15. ARPコマンド

・ARPテーブルの表示:arp-a ※windowsの場合
           show ip arp ※Cisco IOSの場合

・ARPテーブルの即時クリア:arp-d ※windowsの場合
                           clear arp-cache ※Cisco IOSの場合

16. ICMP(Internet Control Message Protocol)

エラー通知や問い合わせ情報を転送するためのプロトコルになります。

ベストエフォート型のため通信状況やエラーの確認を行わないIPを補う役割をにない、IPとセットで用いられます。


・ICMPはインターネット層のプロトコルであり、IPの上位に位置付けられます。

17. ping

・pingは特定のノードと通信できるかを確認する際に用いられたコマンドの一種。

・エコー要求(タイプ8)を発信し、対象のノードからエコー応答(タイプ0)が帰ってきたら接続OKと判断します。

・通常一回のpingで複数のエコー要求を送ります。

18. traceroute

・tracerouteは特定のノードまでの経路情報を所得するためのコマンドの一種になります。

・コマンドはOSによって異なり、windowsだと「tracert」Cisco IOSだと「traceroute」で実行可能になります。

・TTLはルータによって1つずつ減らされるが、0になると該当ルータから送信元にエラー通知が行われます。

19. まとめ

今回はTCP/IPプロトコルスタックについてまとめました。

前回のOSI参照モデルと非常に似ている内容になります。

現在のインターネットではTCP/IPプロトコルスタックで出来ている事を理解しましょう。

IP ARP ICMPがTCP/IPの代表的なプロトコルになります。

一つ一つの内容を復習し、理解しましょう。

2. TCP/IP プロトコルスタック

・TCP/IPプロトコルスタックはインターネットの標準のプロトコル=デファクトスタンダード(事実上の標準)な通信プロトコルの事をいいます。
RFC(インターネットに関する技術仕様を公開している文書)にて標準化されています。

・TCPとIPという2つのプロトコルを中心に、4つのレイヤで構成されています。


①リンク層(ネットインターフェイス層)
②インターネット層
③トランスポート層
④アプリケーション層

今回は主に「インターネット層」のお話になります。
※OSI参照モデルで言うと、ネットワーク層のお話です。


ここで活躍する代表的なプロトコル
IP ARP ICMP についてまとめていきたいと思います。

3. カプセル化・非カプセル化

TCP/IPにおけるPDU
トランスポート層⇔TCPセグメント(UDPの場合はUDPデータグラム)
インターネット層⇔パケット
リンク層⇔フレーム

上記になることを覚えておきましょう!

4. IP

・(Internet protocolol)はネットワーク層・インターネット層で中心的な役割を担うプロトコルになります。
IPアドレスを使用してエンドツーエンドの通信を可能にします。

・IPアドレスは広いネットワークの世界における住所のようなもので、世界中で重複しないように設定されています。
MACアドレスとちがい、個々のノードに付与されるIPアドレスは状況によって変化します。   

5. コネクションレス型

・送りっぱなしで正しく届いたかどうかは関知しない。
ベストエフォート型

・保証はしないが、最善は尽くすという通信タイプ

・信頼性を高めるための簡単な仕組みは提供しています。
データ回復機能なし

・データを破棄したら、破棄しっぱなし   

・IPアドレスにはバージョンが存在し、最も普及しているのが、IPv4は割り振ることができるアドレスに限界がきており、そのため現在IPv6の普及が進められています。

・IPv4において、IPアドレスは32ビット持ち、ネットワークのアドレスを表すネットワーク部と個々のノードのアドレスを表すホスト型で構成されています。

6. IPヘッダ(IPv4)の詳細

・IPヘッダ(IPv4)はエンドツーエンドの通信で肝となる「送信元IPアドレス」「宛先IPアドレス」だけでなく、データの送信過程において必要になる情報をフィールドとして多数持ちます。

・IPヘッダを構成するフィールドのうち、軸となるものは全部20バイトで定義されています。
テストやデバッグなどの特殊な状況は「オプション設定」として最大40バイトIPヘッダに情報を定義することができます。

7. フラグメンテーション

送信データがMTUを超えている場合は、データはMTUに収まるサイズへと分割してから、送信されます。これをフラグメンテーション(断片化)といいます。

断片化することはフラグメント処理と言います。

※フラグメンテーションはすべてのノードで分割・再構築を行うので、現在は使われていません。

8. 生存時間(TTL:Time To Live)

パケットの生存時間。

正確にはルーターを中継できる回数になります。

ルータはパケットを中継するたびにフィールド内の数値を1減らして、0になると中継して中止して破棄します。

データがネットワーク上を永遠に転送され続けるといったトラブルを防止します。

9. サービスタイプ(Tos:Type Of Service)

主にQos(Quality of Service:パケット送信優先度に応じた最適な通信を行うための仕組み)実施のための制御情報を管理しています。

「パケットの送信や破棄の優先度」といったQoSに関する情報に加え、「輻輳へと対処に関する情報」も管理しています。