IT初心者のための基本情報ではじめるネットワーク入門～ネットワーク分野 1

矢沢久雄
2022-11-02 更新

この連載は、これから IT の勉強をはじめる人を対象としたものです。基本情報技術者試験の出題分野ごとに、仕組み、主要な用語、および過去問題を紹介します。受験対策としてだけでなく、 IT の基礎知識を幅広く得るために、ぜひお読みください。

今回は、ネットワーク分野その 1 としてネットワーク全般を取り上げます。

1 ネットワークが必要な理由
2 ネットワークの仕組み
3 ネットワークの主要な用語
4 ネットワークの過去問題

ネットワークが必要な理由

皆さんにお読みいただいているこの記事は、メールで依頼を受けて、 Web 会議で打合せをして、原稿をストレージサービスにアップして提出して、そして、編集された記事が Web で公開されています。原稿の提出から公開までに要する時間は、多くの場合に半日程度です。公開された記事は、内容が古くならない限り、だれでも、いつでも、どこでも、読むことができます。

これらは、どれも、ネットワークを使って実現されていることです。

もしも、ネットワークがなかったらどうなるでしょう。電話で依頼を受けて、出版社の会議室に出向いて打合せをして、原稿を記憶媒体にコピーして郵送で提出して、そして、編集された記事が雑誌として書店で販売されることになります。原稿の提出から公開までに要する時間は、多くの場合に 1 か月程度です。公開された記事は、雑誌が書店に置かれている期間だけに、書店で雑誌を購入した人だけが、読むことができます。

両者を比較すれば、ネットワークが必要な理由は明らかです。

ネットワークによって、情報の伝達が効率化され、より多くの人に、より長い期間、利用してもらえるようになるのです。ネットワークは、情報の提供者にも利用者にも、多くの便宜を提供してくれます。

ネットワークの仕組み

インターネットの「ネット」は、「通信網」という意味ですが、「インター」の意味をご存じでしょうか？

「国際的な（インターナショナル）」だと思っている人が多いと思いますが、実は「間の」という意味です。インターネットは、ネットワークとネットワークの間をつないだものなのです。

この場合のネットワークとは、会社内や家庭内の小規模なネットワークである LAN （ Local Area Network ）を意味しています。 LAN と LAN の間は、ルータという中継装置でつなぐことができます。複数の LAN と LAN の間をつないだ大規模なネットワークを WAN （ Wide Area Network ）と呼びます。インターネットは、世界規模の WAN です。

図 1 に示したように、インターネットのイメージは、雲の絵で示されることがよくあります。この雲の中にあるのは、インターネットへの接続サービスを提供する数多くのプロバイダの通信網です。この通信網もルータでつながれています。これが、私たちが普段利用しているネットワークの全体の仕組みです。

ネットワークの主要な用語

基本情報技術者試験のシラバス（情報処理技術者試験における知識・技能の細目）に示されたネットワークの分野は、

ネットワーク方式
データ通信と制御
通信プロトコル
ネットワーク管理
ネットワーク応用

という項目に分けられています。

以下は、それぞれの項目における主要な用語です。赤色で示した用語は、この記事の中で説明しています。

ネットワーク方式: LAN 、 WAN 、無線 LAN 、 SSID 、 bps 、 IPv4 、 IPv6 、グローバル IP アドレス、プライベート IP アドレス、 NAT
データ通信と制御: OSI 基本参照モデル、リピータ、ブリッジ、ルータ、ゲートウェイ、プロキシサーバ
OSI 基本参照モデルに関しては、次回の連載で詳しく説明します。
通信プロトコル: イーサネット、 MAC アドレス、 Wi-Fi 、 IP 、 TCP 、 UDP 、パケット、ヘッダー、 IP アドレス、サブネットマスク、 CIDR 、ポート番号、 HTTP 、 SMTP 、 POP3 、 FTP 、 NTP 、 DNS 、 DHCP 、 ICMP 、 ARP
ネットワーク管理: ping 、 ifconfig 、 arp 、netstat
ネットワーク応用: MIME 、 HTTP 、 HTTP over TLS（ HTTPS ）、 cookie 、 URL 、セッション ID 、 VPN

ネットワークの過去問題

ネットワークの分野の過去問題を 3 問ほど紹介しましょう。

ネットワーク方式に関する問題

最初は、ネットワーク方式に関する問題です。

問 33　平成 29 年度秋期

IPv4 において，インターネット接続用ルータの NAT 機能の説明として，適切なものはどれか。

ア: インターネットへのアクセスをキャッシュしておくことによって，その後に同じ IP アドレスの Web サイトへアクセスする場合，表示を高速化できる機能である。
イ: 通信中の IP パケットを検査して，インターネットからの攻撃や侵入を検知する機能である。
ウ: 特定の端末宛ての IP パケットだけを通過させる機能である。
エ: プライベート IP アドレスとグローバル IP アドレスを相互に変換する機能である。

IPv4 の問題を解決する IPv6

ネットワークに接続された通信機器（パソコン、サーバ、ルータなど）をホストと呼びます。インターネットでは、ホストの識別番号として IP アドレスが使われています。

従来から使われている IP アドレスの規格は、全体を 32 ビットで表す IPv4 （ IP version 4 ）です。 32 ビットで表せるのは、約 43 億通りのアドレスですが、それでは、世界の人口の約 80 億人に対して、まったく足りません。

そこで、新たに、全体を 128 ビットで表す IPv6 （ IP version 6 ）という規格が作られました。 128 ビットで表せるのは、

約 3.4 × 10³⁸ 通りのアドレス

なので、足りなくなることはないでしょう。現在は、 IPv4 から IPv6 への移行時期であり、両者が併用されています。

IPv4 の問題を解決する NAT

IPv6 が登場する前から、ビット数を増やすこととは別の方法で、 IPv4 の IP アドレスの不足を解決する方法が使われています。それが、この問題のテーマとなっている NAT （ Network Address Translation ）です。

NAT は、 32 ビットの IP アドレスの範囲を、

会社内や家庭内の LAN の中でだけ使えるプライベート IP アドレス
インターネットで使えるグローバル IP アドレス

2 つに分けて、両者を相互変換する機能です。 LAN が異なれば、同じプライベート IP アドレスを使えるので、 IP アドレスの不足を解決できるというわけです。

プライベート IP アドレスとグローバル IP アドレスの関係は、電話に例えれば、内線番号と外線番号のようなものです。会社（ LAN ）には、 1 つだけ外線番号（グローバル IP アドレス）があり、複数の内線番号（プライベート IP アドレス）があります。会社が異なれば、同じ内線番号（プライベート IP アドレス）が使えます。これによって、外線番号（グローバル IP アドレス）の不足を解消できます。

小規模な LAN の場合は、インターネット接続用のルータが NAT の機能を持っています。

LAN （社内）からインターネット（社外）に送信する場合: ルータが差出人のプライベート IP アドレス（内線番号）をグローバル IP アドレス（外線番号）に変換します。
インターネット（社外）からLAN（社内）に受信する場合: ルータが宛先のグローバル IP アドレス（外線番号）をプライベート IP アドレス（内線番号）に変換します。

以上のことから、正解は、選択肢エです。

通信プロトコルに関する問題

次に紹介するのは、通信プロトコルに関する問題です。

通信プロトコルとは、通信における規約のことです。送信者と受信者が同じ規約を守ることで、データの受け渡しが可能になります。

よく使われるプロトコルには、

Web ページを閲覧する HTTP （ Hyper Text Transfer Protocol ）
メールを転送する SMTP （ Simple Mail Transfer Protocol ）
メールを受信する POP3 （ Post Office Protocol version 3 ）
ファイルを転送する FTP （ File Transfer Protocol ）

などがあります。

問 39　平成 21 年度春期

図の環境で利用される ① ～ ③ のプロトコルの組合せとして，適切なものはどれか。

	①	②	③
ア	POP3	POP3	SMTP
イ	POP3	SMTP	POP3
ウ	SMTP	POP3	SMTP
エ	SMTP	SMTP	SMTP

この問題は、メールに関するプロトコルを答えるものです。選択肢にあるのは、 SMTP と POP3 だけです。

メールクライアントからメールサーバへメールを送信するプロトコルは、 SMTP です。
メールクライアントがメールサーバからメールを受信するプロトコルは、 POP3 です。
メールサーバ（自社または契約しているプロバイダのメールサーバ）と他社のメールサーバの間は、送信も受信も SMTP です。

SMTP は、メールクライアントから見れば送信プロトコルですが、メールサーバの間では送信と受信の両方なので、転送プロトコルと呼ばれます。

以上のことから、正解は、選択肢ウです。

SMTP 、 POP3 の詳しい解説記事

基本情報でわかる SMTP / POP3 「ITエンジニア視点で見れば役割がわかる」

同時実行制御に関する問題

最後に紹介するのは、ネットワーク管理に関する問題です。

問題文に示された ICMP（ Internet Control Message Protocol ）とは、インターネットの基本プロトコルである IP （ Internet Protocol ）において、誤りの通知や通信情報の通知を行うプロトコルです。

選択肢に示された
arp
echo
ipconfig
ping
は、 OS が提供するネットワーク管理コマンド（小さなプログラム）です。これらの中で、 ICMP で通信相手との接続性を確認するコマンドを答えます。

問 34　平成 26 年度春期

IP ネットワークにおいて， ICMP のエコー要求，エコー応答，到達不能メッセージなどによって，通信相手との接続性を確認するコマンドはどれか。

ア　arp
イ　echo
ウ　ipconfig
エ　ping

それぞれのコマンドには、以下に示した機能があります。

arp コマンド: arp テーブル ^＊の内容を確認する。
echo コマンド: 画面表示を ON /OFF する。
ipconfig コマンド: ネットワークに接続するための設定を確認する。
ping コマンド: ICMP で通信相手との接続性を確認する。

Windows では、コマンドプロンプト（ Windows キー + r > cmd と入力すると起動）のウインドウの中でネットワーク管理コマンドを実行します。

たとえば、 ICMP で通信相手との接続性を確認する ping コマンドを実行する場合は、 ping の後にスペースで区切って、通信相手の IP アドレスまたはドメイン名を指定します。

図 2 は、 SE プラスの Web サーバのドメイン名（ www.seplus.jp ）を指定して ping コマンドを実行したところです。

図 2　 ping コマンドの実行結果の例

横スクロールできます

C:\>ping www.seplus.jp

www.seplus.jp [110.232.196.233]に ping を送信しています 32 バイトのデータ:
110.232.196.233 からの応答: バイト数 =32 時間 =8ms TTL=245
110.232.196.233 からの応答: バイト数 =32 時間 =8ms TTL=245
110.232.196.233 からの応答: バイト数 =32 時間 =8ms TTL=245
110.232.196.233 からの応答: バイト数 =32 時間 =8ms TTL=245

110.232.196.233 の ping 統計:
    パケット数: 送信 = 4、受信 = 4、損失 = 0 (0% の損失)、
ラウンド トリップの概算時間 (ミリ秒):
    最小 = 8ms、最大 = 8ms、平均 = 8ms

ping コマンドは、通信相手に「応答せよ」という要求を 4 回送ります。ここでは、 4 回とも応答が得られているので、問題なく接続されていることを確認できます。

以上のことから、正解は、選択肢エです。

なお、選択肢ウの ipconfig は、 Windows におけるコマンド名であり、 Unix 系の OS では ifconfig という名前です。試験のシラバスには、 ifconfig の方が示されています。

今回は「ネットワーク」その 1 として「ネットワーク」が必要な理由、仕組み、主要な用語、および過去問題を紹介しました。

次回は、「ネットワーク」その 2 として「 OSI 基本参照モデル」の分野を取り上げます。

それでは、またお会いしましょう！