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第4回　1週間でCCNAの基礎を学ぶ第4日目 (土井ゆうか氏) 2016年8月

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こんにちは。土井ゆうか（ドイユウカ）と申します。
このコラムでは、2010年3月に初版が発行され、現在は、2015年5月に第1版第10刷が発行されている、株式会社ソキウス・ジャパン編著の「1週間でCCNAの基礎が学べる本」を用いて、初心者の私が学んだことをまとめて参ります。コラムの中のページ表記は、この書籍のページを示します。

今回は、「ネットワーク層の役割」と「トランスポート層の役割」について学んでいきましょう。

1．ネットワーク層の役割
2．トランスポート層の役割

1．ネットワーク層の役割

1-1　ネットワーク層で動作するルータ（P.122)
1-2　ルーティング（P.126）
1-3 スタティックルーティングとダイナミックルーティング(P.139)

1-1　ネットワーク層で動作するルータ（P.122)

■ルータの役割

これまで、第1層で動作するハブ、第2層で動作するスイッチについて取り上げてきました。今回はいよいよ、TCP/IP通信の主役ともいえるルータについて学んでいきます。IPネットワークでは、同じネットワークアドレスを持つノードの範囲を「同一のネットワーク」と考え、違うネットワークのノード同士は直接通信できません。では、違うネットワークのノードと通信したい場合どうすればよいのでしょうか。

ここで登場するのが、第3層で動作する機器、ルータです。

ルータの特徴の一つに、様々な種類のインターフェイスを持つ事が挙げられます。ルータでは、イーサネットインターフェイス（イーサネット、ファストイーサネット、ギガビットイーサネット）の他、シリアルインターフェイスやBRIインターフェイスといったWAN接続で使用されるインターフェイスも備えることができます。こうしてルータは、LANにもWANにも対応することができるのです。

■デフォルトゲートウェイ

コンピュータが異なるネットワークのノードと通信する場合、まず自分のネットワークのルータにデータを送り、そこから他のネットワークに転送してもらうことになります。このルータのIPアドレスをデフォルトゲートウェイといい、外部のネットワークと通信する際の出入り口になります。

1-2　ルーティング（P.126）

TCP/IP通信では、宛先IPアドレスに正しくデータを送信することが要求されます。そのための技術をルーティングと言います。ルータは、データを受け取り、次のネットワークの渡す作業をしますが、受け取ったデータを次に誰にリレーするかの情報をまとめたものを持っており、これをルーティングテーブルといいます。個々の経路情報をエントリと呼びますが、宛先アドレスがルーティングテーブルのエントリにマッチしないパケットは破棄されます。

ルーティングを考える場合は、双方向、つまり、データを送信する方向のルーティングと、逆方向のルーティングの両方ができるようにする必要があります。

また、インターネットのような莫大なネットワークが使用されている環境では、全てのネットワークをエントリに追加するのは現実的ではありません。そこで、宛先ネットワークを0.0.0.0、サブネットマスクを/0に設定した、デフォルトルートを用いて、パケットを送る先のエントリがない場合にパケットを託し中継します。

ルーティングには、ロンゲストマッチ（最長一致）と呼ばれるルールが定められ、より多くの桁数がマッチしたエントリにデータが転送されます。

詳細は、P.130 「ルーティングテーブルの構築」、P.133「デフォルトルート」及びP.137「ロンゲストマッチ」をご参照ください。

1-3 スタティックルーティングとダイナミックルーティング(P.139)

ルーティングは、スタティックルーティングとダイナミックルーティングに大別できます。前者は、管理者が手動で設定するルーティングです。この方法で設定したルートをスタティックルートといいます。後者は、ルータにルーティングプロトコルを設定すると、あとはルータ同士が情報を交換して自動的にルーティングテーブルを作成してくれるルーティングです。

スタティックルーティングには、余分な帯域を消費しない、また、運用管理しやすいといったメリットがあります。一方、ダイナミックルーティングには、トラブル時に自動的に経路変更される、設定の手間がかからないといったメリットがあります。

代表的なルーティングプロトコルには、RIP、OSPF、EIGRPなどがあります。

RIPはもっとも基本的なルーティングプロトコルで、小中規模のネットワークで使用されます。距離（ディスタンス）と方向（ベクター）をもとに最適ルートを考えます（ディスタンスベクター型）。

OSPFは大規模ネットワークにも対応しています。インターフェイスの状態（リンクステート）をやりとりして、ネットワークのデータベースを作成し、そこで最適ルートを判断します。OSPFは、コンバージェンス（ルータ間で経路情報が十分に行き渡り、全ルータが最新の経路をすべて認識している状態になること）が速いという特徴があります。

EIGRPはシスコ独自のルーティングプロトコルです。基本はディスタンスベクター型ですが、リンクステート側の長所を取り入れているため（拡張ディスタンスベクター型）最適なルートを選択しやすくなります。

2．トランスポート層の役割（P.143）

2-1 コネクション型通信とコネクションレス型通信(P.143)
2-2　TCP(P.146)
2-3 ポート番号(P.154)
2-4 UDP(P.157)

2-1 コネクション型通信とコネクションレス型通信(P.143)

トランスポート層では、上位の層で動作するアプリケーションに対して通信を確実に（「信頼性」）、かつ、時間通りに（「効率性」）届けることを保障します。

通信を行う際に、信頼性を重視する手続きを行うのがコネクション型の通信、手続きを省略し、効率よく通信を行うのがコネクションレス型の通信です。

コネクション型の通信では、データを受信したら「届きました」という確認応答（ACK：Acknowledgment）を返すルールになっています。もし送信元に確認応答が返ってこなければ、もう一度同じデータを送ります。コネクション型通信を行うプロトコルの例としては、TCPがあります。

一方、コネクションレス型の通信では、確認応答は返しません。コネクションレス応答では、確認応答やデータの再送をしない分、信頼性は下がりますが、
コネクション型通信に比べ効率よく通信できます。コネクションレス型通信を行うプロトコルの例としては、UDPがあります。

2-2　TCP(P.146)

TCPは、RFC793で既定されたコネクション型のプロトコルで信頼性を実現します。具体的には、TCPのヘッダ部には、シーケンス番号と確認応答（ACK）番号などが含まれ、これらを使用して確実にデータを送信します。

シーケンス番号とは、このデータが何番目のデータかを送信元が送信先へ通知するための番号です。送信先ではこの番号により、届かなかったデータの再送要求をしたり、順番が入れ替わったデータを元の順に戻したりすることができます。また、確認応答（ACK）番号は、送信先が送信元へどこからどこまでのデータを受信したかを通知する番号です。

この他、ヘッダ情報の重要な部分としては、コードビットがあります。コードビットでよく使用されるのはSYN（ビット数1の場合、コネクションの確立要求）、ACK（ビット数1の場合、確認応答番号フィールドが有効）、FIN（ビット数1の場合、コネクションの切断要求）の3つです。

TCPを使用した通信を行う場合、まず最初にスリーウェイハンドシェイクと呼ばれる3方向のメッセージ交換が行われます。

詳細はP.148 及び以下のURL内のPDFをご参照ください。

TCP - Three-way handshake
https://learningnetwork.cisco.com/docs/DOC-26792

2-3 ポート番号(P.154)

トランスポート層の重要な役割として、ポート番号による上位層プロトコルの識別があります。ポート番号フィールドでは、0から65535番までが利用できますが、1から1023番ポートまではウェルノウンポート（Well-known）と呼ばれ、サーバ上のアプリケーションを識別するポート番号として使用されています。

予約されているウェルノウンポート番号は、以下にて確認することができます。

Service Name and Transport Protocol Port Number Registry
http://www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/service-names-port-numbers.xhtml

なお、1025番以降のポートは、ランダムポートと呼ばれており、クライアント側で送信元ポート番号として使用します。

PC内部では、アプリケーションごとに異なるデータの処理を行う必要があるので、ソケットと呼ばれるアプリケーションとIPアドレスとポート番号を関連づけた情報を持っています。