基礎知識

ネットワークの基礎とは。IPアドレス・DNS・通信の仕組みを解説

ネットワークは、すべてのシステムの土台にあります。普段は意識されませんが、止まると何もかもが止まります。この記事では、最低限知っておくべき仕組みを順に説明します。

IPアドレスとは

ネットワーク上の機器には、それぞれ住所にあたる番号が割り当てられます。これがIPアドレスです。

形式は 192.168.1.10 のように、数字を区切った形です。この番号があることで、どの機器に向けてデータを送るかが決まります。

大きく2種類あります。

グローバルIPは、インターネット上で一意の番号です。世界中から到達できます。

プライベートIPは、社内や家庭内でのみ通用する番号です。同じ番号が別の組織でも使われています。

この区別が、社内システムと外部公開システムの違いを生みます。プライベートIPしか持たない機器には、外部から直接アクセスできません。

DNSの役割

人間は数字の羅列を覚えられません。そこで、名前と番号を対応づける仕組みが必要になります。これがDNSです。

example.com と入力すると、DNSがその名前に対応するIPアドレスを返します。ブラウザはその番号に向けて通信します。

電話帳と同じ役割です。名前から番号を引く。

実務でDNSが問題になる場面は多くあります。サイトを新しいサーバーに移したのに古い方が表示される、設定を変えたのに反映されない。これらは、DNSの情報が各所に一時保存されているためです。

反映には時間がかかるという性質を知っておくと、切り替え作業の計画が立てやすくなります。

TCPとUDPの違い

データを送る方式には、2つの種類があります。

TCP。確実に届けることを重視します。データが届いたかを確認し、届いていなければ送り直します。順序も保証されます。Webの通信、メール、ファイル転送はこちらです。

UDP。速さを重視します。届いたかの確認をせず、送りっぱなしにします。多少欠けても構わない代わりに、遅延が小さくなります。音声通話、動画配信、オンラインゲームで使われます。

用途で使い分けられていると理解すれば十分です。ファイルの一部が欠けたら困りますが、通話音声の一瞬の途切れは許容できます。

ポート番号とは

IPアドレスが建物の住所なら、ポート番号は部屋番号にあたります。

1台のサーバーは、複数の機能を同時に提供できます。Webサイトの配信、メールの送受信、データベースへの接続。どの機能への通信かを、ポート番号で区別します。

よく使われる番号は決まっています。80がHTTP、443がHTTPS、22が遠隔操作用の接続。

実務上の意味は、通信の制限に関わることです。ファイアウォールでは「このポートは通す、それ以外は塞ぐ」という設定を行います。接続できない原因の多くは、ポートが塞がれていることです。

社内と外部の境界

企業のネットワークには、内側と外側の境界があります。

境界を守るのがファイアウォールです。許可された通信だけを通し、それ以外を遮断します。

外部から社内へ安全に接続する仕組みがVPNです。通信を暗号化し、社外にいながら社内にいるのと同じ状態を作ります。

ただし、この境界を前提とした考え方は変わりつつあります。クラウドの利用が広がり、社外で働く形が一般化したためです。「内側は安全」という前提を置かない設計が、近年の主流になっています。

この考え方については、セキュリティの領域で詳しく扱われます。

つながらないときの確認順序

障害時の切り分けには、順序があります。下の層から確認するのが原則です。

• ①物理的な接続／ケーブル、電源、無線の接続状態
• ②IPアドレス／正しく割り当てられているか
• ③名前解決／DNSが機能しているか。IPアドレス直接なら通じるか
• ④経路／途中で止まっていないか
• ⑤ポート／該当の通信が許可されているか
• ⑥アプリケーション／ここまで問題なければ、上位の問題

上から順に確認すると、原因の特定が速くなります。いきなりアプリケーションを疑うと、遠回りになります。

この順序は、開発者にとっても有用です。「動かない」と言われたとき、どこを疑うかの指針になります。

なぜ知っておく必要があるか

ネットワークは専門領域ですが、他の職種でも基礎知識が要ります。

開発者にとって。接続できない、遅い、たまに失敗する。これらの原因はネットワークにあることが多く、切り分けができないと解決に時間がかかります。

クラウドを使う場合。クラウド上でも、ネットワークの設計は必要です。仮想的なネットワークを構成し、通信を制御します。概念は物理的なネットワークと同じです。

セキュリティを考える場合。どこから何が届くのか。通信の流れを理解していないと、守るべき箇所が分かりません。

目に見えないため学びにくい領域ですが、基礎を押さえておく価値は大きいと考えます。

層で考える

ネットワークを理解する枠組みとして、層に分ける考え方があります。

下から順に、物理的な配線、機器同士の通信、経路の選択、通信の制御、アプリケーションという段階です。

この分け方の利点は、問題の切り分けができることです。「つながらない」という現象に対し、どの層で止まっているかを順に確認できます。

また、各層は独立して置き換えられます。無線に変えても上位の仕組みは変わらず、アプリケーションを変えても配線は同じです。

厳密な用語を覚える必要はありません。下の層から順に確認するという発想を持っているだけで、実務では役に立ちます。

クラウド上のネットワーク

クラウドを使う場合も、ネットワークの設計は必要です。

仮想的なネットワークを構成します。アドレスの範囲を決め、区画に分け、通信を制御する。物理的な機器がないだけで、概念は同じです。

外部に公開する区画と、内部だけの区画を分けるのが基本的な構成です。データベースは外部から直接アクセスできない場所に置きます。

通信の制御は、機器ではなく設定で行います。どの範囲からどのポートへの通信を許可するか。設定の誤りが事故につながる領域です。

自社の設備とクラウドを接続する構成も一般的です。専用の接続や暗号化された通信路を使います。両方を理解している人材が求められるのは、この構成が広く使われているためです。