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合格ノート.
基本情報技術者試験
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体系学習

ネットワークの仕組みを最初から理解する

Webサイトを見るまでの流れをたどりながら、LAN・ルータ・IPアドレス・DNS・TCP/IP・HTTP/HTTPSの役割とつながりを理解する。

対象資格:ITパスポート / 基本情報技術者試験
目安時間:15分

このページで理解できること

  • LANとインターネットがどのようにつながるかを説明できる
  • IPアドレス・MACアドレス・ドメイン名の役割を区別できる
  • DNSが名前解決で果たす役割を説明できる
  • ルータとデフォルトゲートウェイの役割を説明できる
  • TCP/IPとHTTP/HTTPSの関係を階層の違いとして理解できる
  • Webサイトを開くまでの通信を順番に説明できる

基本情報技術者試験:ITパスポート範囲に加え、サブネット、デフォルトゲートウェイ、ARP、TCP/UDP、ポート番号、階層モデルまでつなげて理解する。

ネットワーク用語は一つずつ暗記すると混同しやすくなります。このページでは、ブラウザにURLを入力してWebページが表示されるまでを追いながら、それぞれの用語が通信のどこで働くのかを整理します。

まずは全体の流れ

Webサイトを開くとき、概略として次の処理が行われます。

  1. URLを入力する

    ブラウザはURLから、接続先を表すドメイン名などを読み取ります。

  2. DNSでIPアドレスを調べる

    人が覚えやすいドメイン名を、通信で利用するIPアドレスに対応付けます。

  3. LANから外部ネットワークへ送る

    宛先が自分のLANの外にある場合、端末は通常、デフォルトゲートウェイとして設定されたルータへデータを渡します。

  4. ルータが宛先方向へ中継する

    複数のネットワークをまたぎながら、IPアドレスを手掛かりにデータが宛先へ転送されます。

  5. 通信方法に従ってデータをやり取りする

    WebではHTTPまたはHTTPSを使って要求と応答をやり取りします。多くの通信ではTCPが使われますが、HTTP/3ではQUICがUDP上で利用されます。

  6. Webページを受け取って表示する

    サーバから返されたHTMLなどのデータをブラウザが受け取り、画面に表示します。

1. LAN・WAN・ルータは「ネットワークをつなぐ」ための言葉

まず、自分の端末がどのネットワークにいて、外部へどう出ていくのかを整理します。

LANは、家庭・学校・会社など比較的限られた範囲のネットワークです。自宅のWi-Fiに接続したPCやスマートフォンも、家庭内LANの一部と考えられます。

WANは、地理的に離れたLANなどを結ぶ広域のネットワークです。インターネットは多数のネットワークが相互接続された巨大なネットワークです。

ルータは異なるネットワーク同士を接続し、宛先IPアドレスなどを基にデータを次にどこへ送るか判断します。家庭では、端末から見た外部ネットワークへの出口として動作することが一般的です。

  • LAN = 限られた範囲のネットワーク
  • WAN = 離れた拠点などを結ぶ広域ネットワーク
  • ルータ = 異なるネットワーク間でパケットを中継する装置

2. IPアドレス・MACアドレス・ドメイン名は役割が違う

どれも通信相手を扱うときに登場しますが、同じものではありません。

IPアドレスは、IPネットワーク上で通信相手を識別し、データを宛先へ届けるために使われるアドレスです。IPv4とIPv6があります。

MACアドレスは、主に同一LAN内などデータリンク層で機器のネットワークインタフェースを識別するために使われます。IPアドレスとMACアドレスは用途と働く範囲が異なります。

ドメイン名は、人が扱いやすい名前です。WebアクセスではDNSを利用して、ドメイン名から対応するIPアドレスを調べます。

2. IPアドレス・MACアドレス・ドメイン名は役割が違うの比較表
項目主な役割イメージ
IPアドレスIPネットワーク上の通信先を識別し、経路選択に使うネットワーク上の宛先
MACアドレス主に同一LAN内の通信でインタフェースを識別する同じリンク内での宛先
ドメイン名人が扱いやすい名前で接続先を表す名前

3. DNSは「名前」と「IPアドレス」をつなぐ

ブラウザがドメイン名だけを見て、そのまま世界中のサーバへ通信しているわけではありません。

DNSは、ドメイン名とIPアドレスなどの情報を対応付ける仕組みです。Webサイトへアクセスするときは、必要に応じてDNSによる名前解決が行われます。

例えば、ブラウザにドメイン名を含むURLを入力すると、DNSを利用して接続先のIPアドレスを得て、そのIPアドレスを使って通信を進めます。

DNSは『通信そのものを運ぶ仕組み』ではなく、『通信先を見つけるための情報を得る仕組み』と考えると整理しやすくなります。

  • ドメイン名 = 人が扱いやすい名前
  • DNS = 名前解決を行う仕組み
  • IPアドレス = 実際のIP通信で宛先として利用される

4. TCP/IPとHTTP/HTTPSは同じ種類の言葉ではない

通信には複数の役割があり、それぞれを異なるプロトコルが担当します。

TCP/IPは、インターネットを含むコンピュータネットワークで使われるプロトコル群や、その階層的な考え方を指します。

IPは主に宛先までパケットを届けるための仕組みを担当します。TCPは、順序制御や再送などを使って信頼性のある通信を実現します。

HTTPはWeb上で要求と応答をやり取りするためのアプリケーション層のプロトコルです。HTTPSはHTTPの通信をTLSで保護し、盗聴や改ざんなどへの対策を行います。

つまり、IP・TCP・HTTPは競合するものではなく、異なる役割を分担しながら通信を成立させます。

  1. アプリケーション層

    HTTP / HTTPS / DNS など

    利用目的に応じた通信

  2. トランスポート層

    TCP / UDP

    端末上の通信相手や転送特性を扱う

  3. インターネット層

    IP

    ネットワークを越えて宛先へ届ける

  4. ネットワークインタフェース層

    Ethernet / Wi-Fi など

    実際のリンク上でデータを運ぶ

5. DHCPはネットワーク設定を自動化する

端末がネットワークを利用するには、IPアドレスなどの設定が必要です。

DHCPは、端末にIPアドレスなどのネットワーク設定を自動的に割り当てるためのプロトコルです。

家庭や学校のネットワークでWi-Fiへ接続しただけで通信できる場合、利用者が毎回IPアドレスを手入力しなくてもよいように、DHCPが使われていることがあります。

DHCPとDNSは名前が似ていますが役割は異なります。DHCPは主に端末のネットワーク設定を配布し、DNSは名前解決を行います。

5. DHCPはネットワーク設定を自動化するの比較表
仕組み役割
DHCPIPアドレスなどのネットワーク設定を自動配布する
DNSドメイン名からIPアドレスなどを調べる

FE深掘り

6. FEではサブネットとデフォルトゲートウェイまでつなげる

FEでは、単語の意味だけでなく『宛先が同じネットワークか、別のネットワークか』という判断も重要です。

サブネットマスクは、IPアドレスのうちネットワークを表す部分と端末を表す部分を判断するために使われます。

端末は宛先が同じネットワーク内かどうかを判断し、外部ネットワーク宛てであれば通常はデフォルトゲートウェイへ送ります。

IPv4のLANでは、同一リンク上で宛先にフレームを届けるため、ARPによってIPv4アドレスに対応するMACアドレスを調べる場面があります。

  • サブネットマスク = ネットワーク部を判断する材料
  • デフォルトゲートウェイ = 外部ネットワークへ出るときの基本的な送り先
  • ARP = IPv4でIPアドレスに対応するMACアドレスを求める仕組み

FE深掘り

7. FEではTCPとUDP、ポート番号も整理する

IPだけでは、端末上のどのアプリケーションへデータを渡すかまでは決まりません。

TCPはコネクションを確立し、順序制御・再送制御などによって信頼性のあるデータ転送を行います。

UDPはTCPより制御が簡素で、再送や順序保証をプロトコル自体では行いません。そのため、低遅延や単純なやり取りを重視する用途などで利用されます。

ポート番号は、同じIPアドレスを持つ端末上で通信先となるアプリケーションやサービスを識別するために使われます。

Web通信ではTCPが広く使われますが、HTTP/3はQUICを利用し、QUICはUDP上で動作します。そのため『HTTPは必ずTCP』と固定して覚えないことが重要です。

7. FEではTCPとUDP、ポート番号も整理するの比較表
項目TCPUDP
接続コネクション型コネクションレス型
信頼性制御順序制御・再送などを行うプロトコル自体ではTCPのような保証を行わない
特徴信頼性を重視オーバーヘッドを抑えやすい

基本情報ではここまでつなげる

  • IPアドレスとサブネットマスクから同一ネットワークかを考えられる
  • デフォルトゲートウェイを使う場面を説明できる
  • ARPの役割を説明できる
  • TCPとUDPの性質を比較できる
  • ポート番号の役割を説明できる
  • TCP/IP階層モデル上で代表的なプロトコルを分類できる

最後に一本の流れへ戻す

  • URLからドメイン名を読み取る
  • DNSで接続先のIPアドレスを調べる
  • 必要に応じてLAN内の仕組みを使い、外部宛てならルータへ送る
  • ルータがIPを基に別のネットワークへ中継する
  • TCPやUDPなどのトランスポート層の仕組みを利用する
  • HTTP/HTTPSなどのアプリケーション層プロトコルでデータをやり取りする
  • ブラウザが受信したデータを画面に表示する

用語を単独で覚えるのではなく、『通信のどの場面で、何のために使うか』を思い出せるようにすると、似た用語を区別しやすくなります。

重要用語

理解度チェック

ドメイン名から対応するIPアドレスを調べる仕組みとして最も適切なものはどれか。
異なるネットワーク同士を接続し、IPアドレスなどを基にパケットを中継する装置はどれか。
IPアドレスとMACアドレスの説明として最も適切なものはどれか。
DHCPの主な役割として最も適切なものはどれか。
HTTPSについて最も適切な説明はどれか。
TCPの特徴として最も適切なものはどれか。
端末から見て宛先が自分とは別のネットワークにある場合、通常まず利用される送り先として最も適切なものはどれか。
ポート番号の主な役割として最も適切なものはどれか。