TCP/IPプロトコル「インターネット層」のIPアドレスをもう少し詳しく。

IPアドレスは、インターネット層のIPプロトコルが最終的にデータのやりとりをするPCなどの機器を特定するための識別子です。
TCP/IPに参加している機器はIPアドレスが付けられます。
クライアントは1台につき1つのIPアドレスを付けるのが一般的です。
サーバーやネッワーク機器などは、複数のIPアドレスが付けられることもあります。

IPプロトコルがつくるデータグラムのヘッダには、自分のIPアドレスと通信相手のIPアドレスの情報が含まれています。
IPプロトコルは、通信相手のIPアドレスの情報を参照し、「どのネットワークを経由していくか」ということを決定することがルーティングを行います。

IPアドレスには、べージョンがあり、現在普及している「IPv4」
IPv4は、現在普及している全32ビットのIPアドレスを使用した通信方式のことです。
「192.168.0.1」
のように表記します。

アドレス資源を32ビットで管理しているため、識別できるコンピュータの最大数は42億9496万7296台です。
IPv4のIPアドレス約43億個なので、アドレス資源の枯渇が問題になりました。
2010年8月時点で、残り5%ということろまできています。（IPv4枯渇時計）

そこで、IPアドレスを128ビットで管理する「IPv6」に移行を進めています。
IPv6の表記は
「2031:0000:130F:0000:0204:76ff:fe9c:c041」
のようにします。

IPv6では、約340澗（340兆の1兆倍の1兆倍）個のアドレスが使えるようになります。（2の128乗）
「澗」という単位までいってしまいます。
これから、枯渇の心配はなさそうですね。（うまく普及がすすんでいないようですが・・・）

IPv6の普及状況

ポート番号の種類

ポート番号は0～65535番まであります。

0～1023番は「ウェルノウンポート番号（the Well Known Ports）」
1024～49151番は「予約済みポート番号（the Registered Ports）」
49152～65535番は「動的・プライベートポート番号（the Dynamic and / or Private Ports）」

各範囲のポート番号の役割

ウェルノウンポート番号は、特定の用途に使用するポート番号としてICANNの一部であるIANAという組織が管理しています。

予約済みポート番号は、サービスやアプリケーションごとに割り当てられたポート番号です。IANAが登録を受け付けています。

動的・プライベートポート番号は、自由に使えるポート番号です。クライアントはこの範囲のポート番号を使います。
クライアント側はこの範囲を使います。
「ポート解放」をするのも、動的・プライベートポート番号の49152～65535番を使います。

主なウェルノウンポート番号

「○番のポートを解放してください。」ってなんだろう？って思ったことある人いませんか？
P2Pソフトを使っていた人は、ポート解放をしていたと思いますが、ポートってなんでしょうか？

ポートとは

アプリケーション層のソフトウェアとトランスポート層（TCPとUDP）でデータをやりとりするための仮想的な通路の出入口ことです。
いろいろな出入口（ポート）がたくさんあるので、番号をつけて識別しています。

ネットでメールやウェブ閲覧などを同時に行えるのも、ポートが複数存在しているからです。
例えば、SMTP（メール）は25番だったり、HTTP（ウェブ）は80番といったふうに割り振られています。
（主なポート番号はこちらを参照）

プログラムでポートを用いて通信するには、一般にソケットと呼ばれる仕組みを使います。
ソケットとは、通信の端点のことで、2台のコンピュータが通信しているとき、その通信路の両端、すなわちそれぞれのコンピュータにソケットが存在します。

「トランスポート層」の働きはこちらを参照してください。

サーバーとのデータのやり取りを考えてみましょう。
クライアント側からの要求（データ）をサーバーに送るときにTCPセグメントで、ヘッダを付け加えます。
（この一連の流れは『TCP/IP「各レイヤの動き・カプセル化」』を参照）
このヘッダには、ポート番号の情報を宛先として加えています。
サーバーは、ヘッダをみて、どのポート番号に要求されたデータを送ればよいのかを判断しています。

普段何気なくインターネットを楽しんでいたりしますが、ネットワークだけみても裏では多くの処理がされているのですね。

TCP/IPがどのように働いているのか、各レイヤごとにみてみよう。

「メールを送信」を例にしてみていきます。

各レイヤの動き

ユーザーがメーラーを使ってメールを作成します。
一般的なメーラーはアプリケーション層のプロトコルSMTPに対応していますので、SMTPの決まりごとに沿って「メール」に必要な情報をヘッダとして付けます。
下位のレイヤに渡されます。

アプリケーション層（SMTP）からトランスポート層（TCP）に渡され処理が行われます。
データを分割し、メール受信側のTCPが処理できるように必要な情報をヘッダに付けます。
このとき、「TCPセグメント」と呼ばれます。

さらに、下位のレイヤに渡されます。

トランスポート層（TCP）からインターネット層（IP）に渡され処理が行われます。
データを分割し、必要な情報をヘッダに付けます。
このとき、「IPデータグラム」と呼ばれます。

さらに、下位のレイヤに渡されます。

ネットワークインターフェイス層（イーサネット）で受け取ったIPデータグラムを処理が行われます。
イーサネットでは、ヘッダとトレーラが付けられます。
このとき「フレーム」と呼ばれます。
電気信号に変換されてネットワークへと送られます。

受信側は、この手順と逆にネットワークインターフェイス層から上位レイヤへ処理が行われます。

ヘッダには、データの宛先や送信元情報、エラーチェック情報といった管理用のデータが格納されます。

セグメント、データグラム、フレームなどの呼び分けは以下を参照してください。
TCP/IPの各層における一般的な呼び方

カプセル化

各レイヤで作成した「セグメント」や「データグラム」などは、ヘッダと本体データを1つのかたまりとして扱われ、上位層のデータを順々に下位層の情報で包み込んでいきます。
これを「カプセル化」と呼びます。

携帯電話が普及して「パケット」って名称は一般的になってきました。
「パケット」にも、細かく各階層（レイヤ）で呼び方が違うこと知っていますか？

TCP/IPとOSI参照モデルでも、パケットの呼び方が違います。
OSI参照モデルでは「PDU」と呼んでいます。

TCP/IP内でも、レイヤごとに作るパケットを呼び分けることもあります。
それぞれのレイヤごとに固有の呼び名があるのです。

また、「IPパケット」や「TCPパケット」とプロトコル名を最初に加える呼び方も使われたりします。

「パケット」にも、いろいろと呼び方が違っていたりしますが、「違う呼び方で呼ぶことがあるんだ。」程度に覚えておけばあまりこだわる必要はないかもしれません。

クリエイティブコモンズが良く分からないので、調べてみた。
以下6項目があり、すべて原作者クレジット表記が必要。

• Creative Commons 3.0 Attribution

原著作者クレジット表記が必要。商用利用OK。改変OK。
ただ「Creative Commons」や「Creative Commons Licenses 3.0」と表記されているものは、Creative Commons 3.0 Attributionとして扱っても問題ない。

• Attribution-NoDerivs

原著作者クレジット表記が必要。商用利用OK。改変NG。

• Attribution-NonCommercial-NoDerivs

原著作者クレジット表記が必要。商用利用NG。改変NG。

• Attribution-NonCommercial

原著作者クレジット表記が必要。商用利用NG。改変OK。

• Attribution-NonCommercial-ShareAlike

原著作者クレジット表記が必要。商用利用NG。改変OK。
ただし、改変し頒布する創作物はライセンス体系を同じにする必要がある。
この場合は「Creative Commons 3.0 Attribution-NonCommercial-ShareAlike」としなければならない。

• Attribution-ShareAlike

原著作者クレジット表記が必要。商用利用OK。改変OK。
ただし、改変し頒布する創作物はライセンス体系を同じにする必要がある。
この場合は「Creative Commons 3.0 Attribution-ShareAlike」としなければならない。

未だに何がどうだったかわからなくなるので、メモでした。

クリエイティブ・コモンズ・ライセンスとは

ネットワークでデータをやり取りするときは、どの相手とデータをやり取りするのか特定する必要があります。
TCP/IPの各レイヤは、相手を特定するために識別子をつける仕組みを持っています。
レイヤによって識別方法が違います。

ネットワークインターフェイス層

ネットワークインターフェイス層のイーサネットは、MACアドレスを使って直接データをやり取りするPCなどを特定します。

インターネット層

インターネット層のIPプロトコルは、IPアドレスで相手を特定します。

トランスポート層

トランスポート層のTCPとUDPは、アプリケーション層を担当するソフトウェアとの間に階層的な通路を作りデータを受け渡します。
何本もある仮想的な通路を識別するためにポート番号を使っています。

1回のデータのやりとりに3つの識別子

各レイヤで別々の識別子を使うので、1回のデータのやりとりに、3つの識別子を使っています。

アプリケーション層

データをやり取りする相手のIPアドレスとポート番号は、アプリケーション層のソフトウェアが自動的に指定します。
MACアドレスは、IPアドレスと対応させるためのプロトコル「ARP」を使います。

TCP/IPの4つのレイヤの解説

• 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
• ネットワークインターフェイス層

TCP/IPプロトコル「アプリケーション層」に属するプロトコル「HTTP」
（Hypertext Transfer Protocol）

ブラウザ（クライアント）がウェブサーバーにデータを要求すると、サーバーが要求されたデータを送るシンプルなものです。
HTTPを使用します。

ウェブサーバを構築するには「Apache」や「IIS」などウェブサーバーソフトを使います。

クライアントからサーバーに要求するデータをHTTPリクエストといいます。
HTTPリクエストのヘッダにはメソッド、URI、データ形式などが含まれています。

メソッドとは「何をするか」を表すコマンドで「GET」「POST」などがあります。
GETの場合は、URIで指定したファイルをサーバーがクライアントに送ります。
POSTの場合は、クライアントからサーバーにデータを送ります。

「GET」のHTTPリクエストを受け取ったサーバーは、HTTPリクエストで指定されたデータにヘッダを付加しHTTPレスポンスをクライアントに送ります。

HTTPリクエストを送り、HTTPレスポンスを返す。

TCP/IPのネットワークインターフェイス層の役割について。

OSI参照モデルでの、第1層「物理層」、第2層「データリンク層」にあたります。

ケーブルや端子の形状、信号の形式など物理的な決まり事を定めています。
さらに、機器間のデータのやり取りに関する決まり事も定めています。

なので、TCP/IPのネットワークインターフェイス層をデータリンク層と物理層に分けて考えることもあります。

ネットワークインターフェイス層の代表的なプロトコル

「イーサネット（Ethenet）」
「PPP」
などがあります。

「イーサネット（Ethernet）」は、イメージ的にケーブルなどの物理的な決まり事のように思えるかもしれませんが、データを処理する役割もあります。
データを処理する役割を「イーサネットプロトコル」と呼ぶこともあります。

「PPP」は、PCなどの機器が1対1で接続されている回線でデータのやり取りをするためのプロトコルです。
電話回線を使ってインターネット接続を行うときに使われました。
現在は、イーサネットが家庭にも普及しているため、使われなくなりました。

しかしパスワード認証機能があるので、会員の認証するときに使われます。
イーサネットとセットで使うPPPoE（PPP over Ethernet）というプロトコルが開発されました。
PPPoEを使えば、イーサネットを利用したネットワークでユーザー認証を行うことができます。
ADSLやFTTHで使われています。

TCP/IPの4つのレイヤの解説

• 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
• ネットワークインターフェイス層

TCP/IPのインターネット層の役割について。

OSI参照モデルでは、第3層「ネットワーク層」にあたります。

データをやり取りする相手との通信に関する決まり事を定めています。
インターネット層はIP・トランスポート層はTCPとTCP/IPプロトコル群の基盤となるプロトコルです。

IPとルーティング

データをやり取りするには、「IPアドレス」が必要になります。
IPアドレスは、相手がどの場所に存在するのかを示す住所のようなものです。

IPアドレスがわかれば、次に「どのルートでデータを送るか」を決めます。
「ルーティング」と呼びます。

IPの役割は、主に「IPアドレスの管理」と「ルーティング」になります。

インターネット層のプロトコル

ネットワーク層には、IPプロトコル以外にも、ARP、RARP、ICMPなどもあります。

ARP（Address Resolution Protoco）プロトコルとは、IPアドレスから物理層のネットワーク・アドレス（MACアドレス）を求めるために利用されるプロトコル。
RARP（Reverse Address Resolution Protocol）プロトコルとは、ARPとは逆の意味でMACアドレスからIPアドレスを取得するためのプロトコル。
ICMP（Internet Control Message Protocol）プロトコルとは、IPプロトコルがエラーした場合に対処するためのプロトコル。

[ping]コマンドには、ICMPプロトコルが使われています。

TCP/IPの4つのレイヤの解説

• 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
• ネットワークインターフェイス層