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3-J-2【通信プロトコル】代表的なネットワークアーキテクチャと通信プロトコル

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ネットワークアーキテクチャは、コンピュータネットワークの設計を理解するための枠組みです。OSI基本参照モデルとTCP/IP階層モデルは、ネットワーク通信を階層的に整理し、各層で何が行われるべきかを定義します。また、情報の発信者と受信者がデータをやり取りする際には、通信プロトコルが必要です。この記事では、これらのアーキテクチャと通信プロトコルについて詳しく解説します。

1. OSI基本参照モデル

1.1 OSI基本参照モデルの概要

OSI（Open Systems Interconnection）基本参照モデルは、ISO（国際標準化機構）が策定した7層構造のネットワークアーキテクチャです。このモデルは、通信の各段階を7つの層に分け、それぞれの層の機能を明確に定義しています。各層は、下層から上層へとデータを処理し、送受信します。

1.2 各層の基本的な機能

  1. 物理層（Physical Layer）

    • 主に通信媒体を通じてビットを伝送する役割を担います。ケーブル、電気信号、光信号などの物理的な伝送を担当します。

  2. データリンク層（Data Link Layer）

    • 隣接する機器間でエラーのないデータ転送を提供します。MACアドレスを使用して、デバイス間のデータの転送を管理します。

  3. ネットワーク層（Network Layer）

    • パケットのルーティング、転送、および最適な経路選択を行います。IPアドレスを使用して、異なるネットワーク間のデータ転送を管理します。

  4. トランスポート層（Transport Layer）

    • データのエンドツーエンドでの伝送を管理します。TCP（Transmission Control Protocol）やUDP（User Datagram Protocol）などのプロトコルを使用します。

  5. セッション層（Session Layer）

    • 通信セッションの管理と制御を行います。セッションの確立、維持、終了を担当します。

  6. プレゼンテーション層（Presentation Layer）

    • データの形式を変換し、アプリケーションが理解できる形式にします。暗号化や圧縮なども行います。

  7. アプリケーション層（Application Layer）

    • 最も上位に位置し、ユーザーと直接やり取りする部分です。HTTPやFTPなど、実際のアプリケーションサービスが提供されます。

2. TCP/IP階層モデル

2.1 TCP/IP階層モデルの概要

TCP/IP階層モデルは、インターネットで使用される標準的な4層のアーキテクチャです。OSIモデルに比べて簡潔であり、インターネット通信の基盤として広く利用されています。各層は、データの伝送からアプリケーションのやり取りまでを管理します。

2.2 各層の基本的な機能

  • ネットワークインタフェース層（Network Interface Layer）

    • 物理的な通信路を介してデータを転送します。OSIの物理層およびデータリンク層に相当します。

  • インターネット層（Internet Layer）

    • IPアドレスを使用して、異なるネットワーク間でパケットのルーティングを行います。IP（Internet Protocol）とICMP（Internet Control Message Protocol）などのプロトコルが使用されます。

  • トランスポート層（Transport Layer）

    • データをエンドツーエンドで伝送し、エラー修正や流量制御を行います。TCPやUDPがこの層で動作します。

  • アプリケーション層（Application Layer）

    • ユーザーとアプリケーションが利用するサービスを提供します。HTTP、FTP、SMTPなどが代表的なプロトコルです。

3. 通信プロトコル

3.1 通信プロトコルの役割

通信プロトコルは、ネットワーク上でデータをやり取りするための規則や手順を定めたものです。情報を発信側から受信側に正確に伝達するために、両者は共通のプロトコルに従って通信を行います。

3.2 代表的な通信プロトコル

  • TCP/IP：インターネットをはじめとするコンピュータネットワークで最も広く使われているプロトコルスイートで、IPとTCPが中心です。

  • UDP：データ転送の際にエラー修正を行わないプロトコルで、リアルタイム通信などで使用されます。

  • HTTP：Web通信の基本プロトコルで、HTTPS（セキュアなHTTP）は暗号化通信を提供します。

  • SMTP、POP、IMAP：メール通信で使用されるプロトコルです。SMTPはメールの送信に使用され、POPやIMAPはメールの受信に使用されます。

  • FTP：ファイル転送を行うためのプロトコルです。

  • NTP：ネットワークの時刻同期を行うためのプロトコルです。

  • DHCP：IPアドレスの自動割り当てを行うプロトコルです。

サマリー

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