TCP/IPの基本！インターネット層・ネットワークインターフェース層編

X (Twitter) Facebook Pinterest LinkedIn Email

インターネットでは、データのやり取りを行うために、プロトコルが重要な役割を果たしています。その中でも、TCP/IPは、インターネットの基盤となるプロトコルスタックとして、広く使用されています。TCP/IPの基本的な構造は、インターネット層、トランスポート層、アプリケーション層、ネットワークインターフェース層の4層で構成されています。この記事では、TCP/IPの基本を解説するシリーズの最初の記事として、インターネット層とネットワークインターフェース層について詳しく説明します。インターネット層には、IPアドレスやルーティングなどの機能があり、ネットワークインターフェース層には、データ送信のための基本的な機能があります。これら2層の基礎知識を理解することで、TCP/IPの全体像を把握し、ネットワーク構築やトラブルシューティングに役立ちます。

TCP/IPの基本！インターネット層・ネットワークインターフェース層編

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) は、コンピュータ間の通信を可能にするプロトコル群です。この記事では、インターネット層（Network Layer）とネットワークインターフェース層（Link Layer）について説明します。

インターネット層の概要

ネットワークインターフェース層の概要

インターネット層のアドレッシング

インターネット層では、IPアドレスを使用してパケットをルーティングします。IPアドレスは、32ビットまたは128ビットの数字で構成されます。 IPv4（Internet Protocol version 4）：32ビット IPv6（Internet Protocol version 6）：128ビット

TCPでデータが届く仕組みを解説！

ネットワークインターフェース層のアドレッシング

ネットワークインターフェース層では、MACアドレスを使用してデータを転送します。MACアドレスは、48ビットまたは64ビットの数字で構成されます。 Ethernet：48ビット Wi-Fi：48ビット

TCP/IPのモデル

層	プロトコル	説明
アプリケーション層	FTP	ファイル転送プロトコル
トランスポート層	TCP	転送制御プロトコル
インターネット層	IP	インターネットプロトコル
ネットワークインターフェース層	Ethernet	有線LANの標準プロトコル

IPアドレスやMACアドレスは、TCP/IPを使用したネットワーク通信の基本です。この記事では、これらのアドレッシングについて詳しく解説しました。

TCP/IPのネットワークインターフェース層とは？

TCP/IPのネットワークインターフェース層とは、コンピューターネットワークでデータを送受信する際に使用される、プロトコルのスタックの最も基本的な層です。この層は、物理的なネットワークインターフェースとデータリンク層とのインターフェースを担当し、データの送受信を可能にします。

Telloドローンを操作＆プログラミング！

TCP/IPのネットワークインターフェース層の主な機能

TCP/IPのネットワークインターフェース層の主な機能は以下の通りです。

MACアドレスの管理: この層は、ネットワークインターフェースに割り当てられたMACアドレスを管理し、データの送受信時に使用します。
フレームの生成: この層は、データをフレームに変換し、物理的なネットワークインターフェースに送信します。
エラーの検出と訂正: この層は、受信したフレームにエラーが存在するかどうかを検出し、エラーが存在する場合は dataを再送信します。

TCP/IPのネットワークインターフェース層のプロトコル

TCP/IPのネットワークインターフェース層で使用される主なプロトコルは以下の通りです。

ARP (Address Resolution Protocol): このプロトコルは、IPアドレスからMACアドレスを取得するために使用されます。
RARP (Reverse Address Resolution Protocol): このプロトコルは、MACアドレスからIPアドレスを取得するために使用されます。
ICMP (Internet Control Message Protocol): このプロトコルは、エラー通知や経路探索などのネットワーク管理機能を提供します。

TCP/IPのネットワークインターフェース層の利点

TCP/IPのネットワークインターフェース層の利点は以下の通りです。

相互接続性: TCP/IPのネットワークインターフェース層は、異なるネットワークデバイス間の相互接続性を実現します。
ネットワーク管理: この層は、ネットワーク管理機能を提供し、ネットワークの安定性と可用性を向上させます。
スケーラビリティ: TCP/IPのネットワークインターフェース層は、大規模なネットワークにも適応し、スケーラビリティが高いです。

ネットワークインタフェース層とは何ですか？

ネットワークインターフェース層とは、OSI基本参照モデル（Open Systems Interconnection Basic Reference Model）の7層模型における、最下位の第1層を指します。この層は、コンピュータネットワークにおいて、物理的なネットワークデバイスやネットワークカードなどのハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントの間でデータの送受信を制御するプロトコルを規定しています。

Tensorflow2で3D U-Netを実装する方法

ネットワークインターフェース層の主な機能

ネットワークインターフェース層は、ネットワークケーブルや無線LANなどの物理的なネットワークに接続されたデバイス間のデータ転送を可能にするために、以下のような機能を提供しています。

ビットエラーコントロール：送信データにエラーが発生しないように、送信データをチェックする機能。
フレーミング：データをフレーム（パケット）に分割し、各フレームにヘッダーとトレーラーを付加する機能。
フロー制御：送信データの量を調節し、ネットワークの飽和を防ぐ機能。

ネットワークインターフェース層のプロトコル

ネットワークインターフェース層で使用される主なプロトコルは、以下の通りです。

イーサネット（IEEE 802.3）：ローカルエリアネットワーク（LAN）で使用されるプロトコル。
IEEE 802.11：無線LAN（WLAN）で使用されるプロトコル。
PPP（Point-to-Point Protocol）：ポイントツーポイント接続で使用されるプロトコル。

ネットワークインターフェース層のデータ送受信プロセス

ネットワークインターフェース層で実行されるデータ送受信プロセスは、以下の通りです。

フレーミング：データをフレーム（パケット）に分割し、各フレームにヘッダーとトレーラーを付加する。
エラー検出：送信データにエラーが発生しないように、送信データをチェックする。
データ送信：フレーミングされたデータを物理的なネットワークに送信する。

インターネットの4つの層は？

インターネットの4つの層とは、インターネットを構成するさまざまな層を分類したものです。この層は、アプリケーション層、トランスポート層、インターネット層、リンク層の4つに分けられます。

Tensor、Numpy、PIL imageの相互変換【PyTorch】

アプリケーション層とは？

アプリケーション層は、インターネットで使用されるさまざまなサービスを提供する層です。この層では、HTTP、FTP、SMTPなどのプロトコルを使用して、データを送受信します。例えば、WebブラウザでWebサイトを閲覧するときは、HTTPプロトコルを使用して、Webサーバーからデータを受け取ります。アプリケーション層の主要な機能は、以下の通りです。

HTTP：Webブラウザ и Webサーバー間のコミュニケーションを担当します。
FTP：ファイルの転送を担当します。
SMTP：メールの送信を担当します。

トランスポート層とは？

トランスポート層は、アプリケーション層とインターネット層の間でデータを送受信する層です。この層では、TCP（Transmission Control Protocol）とUDP（User Datagram Protocol）の2つの主要なプロトコルを使用します。TCPは、データの送信を確実に行うために、エラー検出と再送の機能を提供します。一方、UDPは、リアルタイム性を優先し、エラー検出や再送を行いません。トランスポート層の主要な機能は、以下の通りです。

TCP：データの送信を確実に行うために、エラー検出と再送の機能を提供します。
UDP：リアルタイム性を優先し、エラー検出や再送を行いません。

インターネット層とリンク層とは？

インターネット層は、パケットをルーティングする層です。この層では、IP（Internet Protocol）を使用して、パケットを送信先のネットワークまで届けます。IPは、パケットのルーティングとアドレス指定の機能を提供します。リンク層は、物理的なネットワークでのパケットの送受信を担当します。この層では、EthernetやWi-Fiなどのプロトコルを使用します。リンク層の主要な機能は、以下の通りです。

IP：パケットのルーティングとアドレス指定の機能を提供します。
Ethernet：有線LANでのパケットの送受信を担当します。
Wi-Fi：無線LANでのパケットの送受信を担当します。

ネットワークの4階層モデルとは？

ネットワークの4階層モデルとは、コンピュータネットワークを構築、運用する際に用いられる概念フレームワークの一つです。4つの階層に分けられたモデルで、ネットワーク上でのデータの流れを階層的に理解することができます。

Tera Termおすすめ設定！作業効率をアップ

階層構造とその役割

ネットワークの4階層モデルは、以下の4つの階層で構成されます。

アプリケーション層：HTTP、FTPなどのアプリケーションプロトコルが動作する層
トランスポート層：TCP、UDPなどのトランスポートプロトコルが動作する層
ネットワーク層：IPなどのネットワークプロトコルが動作する層
データリンク層：イーサネットなどのデータリンクプロトコルが動作する層

データの流れとエンキャプセレーション

ネットワークの4階層モデルでは、各階層でデータをエンキャプセレーション（capsulate）して、下位層に渡します。この処理により、階層間でのデータのやりとりが可能になります。たとえば、アプリケーション層のデータはトランスポート層でTCPヘッダが付加され、ネットワーク層でIPヘッダが付加され、データリンク層でイーサネットヘッダが付加されます。

階層間の関係性と設計

ネットワークの4階層モデルは、ネットワークの構築、運用に際して非常に有効な概念フレームワークです。たとえば、ネットワークの構築時に、各階層の設計を明確にすることで、ネットワークの全体像を把握することができます。また、トラブルシューティング時には、各階層の関連性を理解することで、トラブルの原因を特定することができます。

よくある質問

TCP/IPとは何か？

TCP/IPとは、コンピュータがインターネットで通信するためのプロトコルをまとめたものです。 Transmission Control Protocol と Internet Protocol の頭文字を取ったものです。TCP/IPは、インターネットで利用される基本的なプロトコルであり、コンピュータ同士が相互に通信できるようにするための仕組みです。TCPは、信頼性の高いデータ通信を実現するためのプロトコルであり、IPは、データを目的のコンピュータに到達させるためのプロトコルです。

インターネット層とは何か？

インターネット層は、TCP/IPのモデルにおける3番目の層です。Internet Protocol の頭文字を取ったものです。この層では、ルーティングと đíchのホストへのパケットの転送が行われます。インターネット層では、IPアドレスを使用してパケットの転送が行われます。IPアドレスはコンピュータの固有の識別子であり、インターネット上でコンピュータを特定するために使用されます。

ネットワークインターフェース層とは何か？

ネットワークインターフェース層は、TCP/IPのモデルにおける4番目の層です。この層では、コンピュータがネットワークに接続されるための処理が行われます。ネットワークインターフェース層では、 MACアドレス を使用してパケットの転送が行われます。MACアドレスは、コンピュータのローカルネットワークの識別子であり、コンピュータがローカルネットワーク内でデータを送受信するために使用されます。

TCP/IPの利点は何か？

TCP/IPの利点は、多数のコンピュータが異なるネットワークを経由して通信できるようにすることです。TCP/IPは、異なるベンダやプラットフォームのコンピュータが相互に通信できるようにするため、オープンスタンダードと呼ばれています。さらに、TCP/IPは信頼性の高いデータ通信を実現するため、 ファイル転送、電子メールなどのアプリケーション に適しています。