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私たちが毎日使っているインターネットやメール、SNS はすべて ネットワーク の上で動いています。ネットワークとは、複数のコンピュータやスマートフォンなどの機器を通信回線で接続し、データをやり取りできるようにした仕組みです。
郵便に例えると、手紙を送るには「住所」「郵便番号」「配達ルール」が必要ですよね。ネットワークも同じで、通信相手を特定する アドレス 、データを届けるための プロトコル（通信規約） 、そしてデータの経路を決める ルーティング が不可欠です。
このセクションでは、ネットワークの分類（LAN・WAN）、通信の階層モデル（OSI 参照モデル・TCP/IP）、そしてネットワーク上の住所にあたる IP アドレス を学びます。
ネットワークは規模によって大きく2つに分類されます。
| 分類 | 正式名称 | 範囲 | 例 |
|---|---|---|---|
| LAN（ラン） | Local Area Network | 建物内・フロア内など限られた範囲 | オフィスのネットワーク、家庭内 Wi-Fi |
| WAN（ワン） | Wide Area Network | 地理的に離れた拠点間を接続 | 東京本社と大阪支社を結ぶ回線、インターネット |
LAN は自社で構築・管理できますが、WAN は通信事業者（NTT など）の回線サービスを利用するのが一般的です。
| トポロジ | 形状 | 特徴 |
|---|---|---|
| スター型 | 中央のハブに各端末を接続 | 現在の LAN の主流。1台の故障が他に影響しにくい |
| バス型 | 1本のケーブルに各端末を接続 | 構造が単純だが、ケーブル断で全体に影響 |
| リング型 | 環状に各端末を接続 | トークンパッシング方式で衝突を回避 |
現在のオフィスや家庭の LAN はほぼ スター型 です。中央にスイッチングハブを置き、各端末を LAN ケーブル（イーサネット）で接続します。
国際標準化機構（ISO）が定めた、ネットワーク通信を 7つの階層 に分けたモデルです。各層が独立した役割を持つことで、ある層の技術を変更しても他の層に影響しない設計になっています。
郵便の例えで考えると、「手紙を書く人」「封筒に入れる人」「郵便番号で仕分ける人」「トラックで運ぶ人」のように、それぞれが自分の役割だけに集中する仕組みです。
| 層 | 名称 | 役割 | 代表的なプロトコル/規格 |
|---|---|---|---|
| 第7層 | アプリケーション層 | ユーザーが利用するサービスを提供 | HTTP, SMTP, FTP, DNS |
| 第6層 | プレゼンテーション層 | データ形式の変換、圧縮、暗号化 | JPEG, MPEG, SSL/TLS |
| 第5層 | セション層 | 通信セションの確立・維持・終了 | NetBIOS, RPC |
| 第4層 | トランスポート層 | エンドツーエンドの信頼性確保 | TCP, UDP |
| 第3層 | ネットワーク層 | 異なるネットワーク間の経路選択 | IP, ICMP, ARP |
| 第2層 | データリンク層 | 同一ネットワーク内の隣接機器間通信 | Ethernet, PPP |
| 第1層 | 物理層 | ビット列を電気/光信号に変換 | RS-232C, IEEE 802.11 |
覚え方のコツ: 上位3層（7〜5）は「アプリ寄り」、下位3層（3〜1）は「ハード寄り」、第4層が「橋渡し」と捉えると整理しやすいです。
OSI 参照モデルは理論的な標準ですが、実際のインターネットで使われているのは TCP/IP プロトコル体系です。TCP/IP は OSI の7層を 4層 に簡略化しています。
| TCP/IP 層 | 対応する OSI 層 | 役割 | 代表的なプロトコル |
|---|---|---|---|
| アプリケーション層 | 第7〜5層 | ユーザー向けサービスの提供 | HTTP, SMTP, DNS, FTP |
| トランスポート層 | 第4層 | 通信の信頼性制御 | TCP, UDP |
| インターネット層 | 第3層 | IPアドレスによる経路選択 | IP, ICMP, ARP |
| ネットワークインターフェース層 | 第2〜1層 | 物理的な通信媒体の制御 | Ethernet, Wi-Fi |
トランスポート層の代表的なプロトコルである TCP と UDP は、FE 試験で頻出の比較ポイントです。
| 項目 | TCP（Transmission Control Protocol） | UDP（User Datagram Protocol） |
|---|---|---|
| 接続方式 | コネクション型（通信前に接続確立） | コネクションレス型（接続確立なし） |
| 信頼性 | 高い（到着確認・再送制御あり） | 低い（到着確認なし） |
| 速度 | 遅い（確認処理のオーバーヘッド） | 速い（確認処理なし） |
| 順序制御 | あり（順番通りにデータを届ける） | なし |
| 用途 | Web閲覧、メール、ファイル転送 | 動画配信、音声通話、DNS問い合わせ |
TCP の3ウェイハンドシェイク は、通信開始時に送信側と受信側が3回のやり取りで接続を確立する手順です。
電話に例えると、「もしもし（SYN）」→「はい、こちらも聞こえています（SYN+ACK）」→「こちらも聞こえました（ACK）」という確認のやり取りです。
ネットワーク上の各機器を識別するための番号で、いわば ネットワーク上の住所 です。
32ビット の数値を8ビットずつ4つに区切り、10進数で表記します。
例: 192.168.1.100
IPv4 アドレスは ネットワーク部 と ホスト部 の2つに分かれます。
| クラス | 先頭ビット | ネットワーク部 | ホスト部 | アドレス範囲 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0 | 8ビット | 24ビット | 0.0.0.0 〜 127.255.255.255 | 大規模ネットワーク |
| B | 10 | 16ビット | 16ビット | 128.0.0.0 〜 191.255.255.255 | 中規模ネットワーク |
| C | 110 | 24ビット | 8ビット | 192.0.0.0 〜 223.255.255.255 | 小規模ネットワーク |
| 種類 | 用途 | 範囲 |
|---|---|---|
| プライベート IP | 組織内部で自由に使用可能 | 10.0.0.0〜10.255.255.255, 172.16.0.0〜172.31.255.255, 192.168.0.0〜192.168.255.255 |
| グローバル IP | インターネット上で一意に割り当て | プライベート IP 以外 |
IP アドレスのどこまでがネットワーク部で、どこからがホスト部かを示すのが サブネットマスク です。
サブネットマスクはネットワーク部のビットを 1 、ホスト部のビットを 0 で表します。
例: 192.168.1.100 / 255.255.255.0 の場合
| 第1オクテット | 第2オクテット | 第3オクテット | 第4オクテット | |
|---|---|---|---|---|
| IP アドレス | 192 | 168 | 1 | 100 |
| サブネットマスク | 255 | 255 | 255 | 0 |
| ネットワーク部 | 192 | 168 | 1 | — |
| ホスト部 | — | — | — | 100 |
ネットワークアドレス（ホスト部が全て0）= 192.168.1.0 ブロードキャストアドレス（ホスト部が全て1）= 192.168.1.255 利用可能なホスト数 = 2⁸ - 2 = 254台（ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを除く）
サブネットマスクのネットワーク部のビット数を「/（スラッシュ）」のあとに書く表記法です。
例: 192.168.1.0/24 は サブネットマスク 255.255.255.0 と同じ意味です。
問題: 192.168.1.0/26 のネットワークに接続できるホスト数は？
解答:
IPv4 のアドレス枯渇問題を解決するために策定された次世代プロトコルです。アドレス長は 128ビット で、約340澗（3.4 × 10³⁸）個のアドレスが使えます。16進数をコロン区切りで8グループに分けて表記します。
例: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
ポイント
ネットワークは LAN （限られた範囲）と WAN （広域）に分類される。OSI 参照モデルは通信を7層に分けた国際標準で、実際のインターネットでは TCP/IP （4層）が使われる。TCP はコネクション型で信頼性が高く、UDP はコネクションレス型で高速。IP アドレスは ネットワーク部 と ホスト部 に分かれ、 サブネットマスク で境界を決める。利用可能なホスト数 = 2のホスト部ビット数乗 - 2。IPv4 は32ビット（約43億個）、IPv6 は128ビット。 プライベート IP は組織内用、 グローバル IP はインターネット上で一意。
用語
ネットワークを構成するには、コンピュータ同士を物理的・論理的につなぐ 機器 と、データを正しくやり取りするための プロトコル（通信規約） が必要です。
日常の例でいうと、道路（回線）の上を車（データ）が走りますが、交差点には信号機（ルータ）があり、駐車場の入口には案内係（スイッチ）がいるようなものです。さらに、宛先を調べる住所録（DNS）や、自動で住所を割り振る仕組み（DHCP）といったサービスも必要です。
このセクションでは、ネットワーク機器の種類と役割、そして主要なプロトコルを体系的に学びます。
信号を 増幅・再生 して中継する装置です。長距離のケーブル伝送で弱くなった信号を元の強さに戻します。現在は単体のリピータはほとんど使われず、リピータハブがこの機能を担います。
複数の端末を接続する集線装置です。受信したデータを 全てのポートに転送 します（フラッディング）。そのため、不要なデータも全端末に届き、通信効率が悪くなります。
MAC アドレス を学習し、宛先の端末が接続されているポートにだけデータを転送します。リピータハブと異なり、不要なポートにはデータを送らないため通信効率が高いです。
| 機器 | 動作層 | 識別情報 | 転送方法 |
|---|---|---|---|
| リピータハブ | 第1層 | なし | 全ポートに転送 |
| スイッチングハブ（L2スイッチ） | 第2層 | MACアドレス | 宛先ポートのみ転送 |
| ルータ | 第3層 | IPアドレス | 最適経路に転送 |
| L3スイッチ | 第3層 | IPアドレス | ルータと同等だがハードウェア処理で高速 |
IP アドレス をもとに、異なるネットワーク間でデータを 最適な経路 で転送（ルーティング）する装置です。
郵便の仕分けセンターに例えると、「この手紙は東京行きだからこのトラックへ」「大阪行きはあちらのトラックへ」と振り分ける役割です。
ルーティングテーブル に「どのネットワーク宛のデータを、どのインターフェースから、どの次のルータへ送るか」を記録しています。
| ルーティング方式 | 説明 |
|---|---|
| スタティックルーティング | 管理者が手動で経路を設定。小規模向き |
| ダイナミックルーティング | ルータ同士が自動で経路情報を交換。大規模向き |
代表的なルーティングプロトコル:
ネットワークに接続した端末に IP アドレスを自動的に割り当てる プロトコルです。家庭の Wi-Fi ルータも DHCP サーバの機能を持っており、スマートフォンやパソコンをつなぐと自動で IP アドレスが設定されます。
DHCP の動作手順（DORA）:
DHCP が割り当てる情報: IP アドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイ、DNS サーバのアドレスなど。
ドメイン名 （例: www.example.com）を IP アドレス （例: 93.184.216.34）に変換する仕組みです。人間にとって覚えやすいドメイン名を、コンピュータが理解できる IP アドレスに「翻訳」する電話帳のような役割です。
名前解決の流れ:
この階層的な問い合わせを 再帰問い合わせ と 反復問い合わせ で行います。また、一度問い合わせた結果は キャッシュ に保存され、次回以降は高速に応答できます。
組織内のプライベート IP アドレスとインターネット上のグローバル IP アドレスを相互に変換する技術です。
プライベート IP アドレスとグローバル IP アドレスを 1対1 で変換します。同時にインターネットに接続できる端末数はグローバル IP の数に制限されます。
IP アドレスに加えて ポート番号 も変換することで、1つのグローバル IP を 複数の端末で共有 できます。家庭のルータはほとんどがこの方式を使っています。
| 方式 | 変換対象 | 同時接続数 |
|---|---|---|
| NAT | IPアドレスのみ | グローバルIP数まで |
| NAPT | IPアドレス＋ポート番号 | 1つのグローバルIPで複数台 |
NAPT の動作例:
ルータがポート番号で「どの端末からの通信か」を区別します。
HTTP（HyperText Transfer Protocol） は Web ページの閲覧に使われるプロトコルです。 HTTPS は HTTP に SSL/TLS による暗号化を加えたもので、通信内容を第三者に盗み見られることを防ぎます。
| プロトコル | ポート番号 | 暗号化 |
|---|---|---|
| HTTP | 80 | なし |
| HTTPS | 443 | あり（SSL/TLS） |
| プロトコル | 役割 | ポート番号 | 方向 |
|---|---|---|---|
| SMTP | メール送信・サーバ間転送 | 25 | 送信 |
| POP3 | メール受信（サーバからダウンロード） | 110 | 受信 |
| IMAP | メール受信（サーバ上で管理） | 143 | 受信 |
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol） はメールを送信するためのプロトコルです。ユーザーがメールを送信する場合も、メールサーバ同士がメールを転送する場合も SMTP を使います。
POP3 と IMAP の違い:
| プロトコル | 役割 | ポート番号 |
|---|---|---|
| FTP | ファイル転送 | 20（データ）/ 21（制御） |
| SSH | 暗号化されたリモートログイン | 22 |
| Telnet | リモートログイン（暗号化なし） | 23 |
| DNS | ドメイン名とIPアドレスの変換 | 53 |
| NTP | 時刻同期 | 123 |
| SNMP | ネットワーク機器の監視・管理 | 161/162 |
ポート番号 は、1台のコンピュータ上で動作する複数のサービスを区別するための番号です。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。
| 範囲 | 名称 | 用途 |
|---|---|---|
| 0〜1023 | ウェルノウンポート | HTTP(80), HTTPS(443) など標準サービス |
| 1024〜49151 | 登録ポート | ベンダーが登録したサービス |
| 49152〜65535 | 動的/プライベートポート | 一時的な通信に自動割り当て |
スイッチングハブ上で 物理的な接続に関係なく 、論理的にネットワークを分割する技術です。たとえば、同じフロアにいる営業部と開発部を異なる VLAN に分けることで、セキュリティを確保しつつ柔軟なネットワーク構成が可能になります。
ポイント
ネットワーク機器は OSI の動作層で区別する。 リピータハブ （第1層）は全ポートに転送、 スイッチングハブ （第2層）は MAC アドレスで宛先ポートのみに転送、 ルータ （第3層）は IP アドレスで最適経路に転送する。 DHCP は IP アドレスの自動割り当て、 DNS はドメイン名から IP アドレスへの名前解決を行う。 NAT は IP アドレスを1対1変換、 NAPT はポート番号も変換して1つのグローバル IP を複数台で共有する。メール送信は SMTP 、受信は POP3 （ダウンロード型）または IMAP （サーバ管理型）。主要なポート番号（HTTP:80, HTTPS:443, SMTP:25, DNS:53 など）は暗記が必要。
用語
FE 試験のネットワーク分野では、 伝送速度 や 伝送時間 の計算問題が頻出です。「ファイルを送信するのに何秒かかるか」「回線をどれだけ効率よく使えているか」といった実践的な問題が出題されます。
日常の例でいうと、「100km 先の目的地に時速50km の車で行くと何時間かかるか」と同じ考え方です。距離（データ量）÷ 速度（伝送速度）= 時間（伝送時間）という基本の式を、ネットワークの単位に当てはめるだけです。
このセクションでは、伝送速度・伝送時間の計算、回線利用率、トラフィック計算、そして無線 LAN 規格を学びます。
| 用語 | 単位 | 意味 |
|---|---|---|
| 伝送速度（帯域幅） | bps（bits per second） | 1秒間に送れるビット数 |
| データ量 | ビット（bit）またはバイト（Byte） | 送信するデータの大きさ |
| 伝送時間 | 秒（s） | データの送信にかかる時間 |
重要な単位変換:
伝送時間（秒）= データ量（ビット）/ 伝送速度（bps）
問題: 10 MB のファイルを 100 Mbps の回線で送信すると何秒かかるか？
解答:
実際の通信では、データ本体のほかに ヘッダ や 誤り制御 などのオーバーヘッドが付加されます。そのため、回線の最大速度（理論値）を全てデータ伝送に使えるわけではありません。この実効的な伝送能力の割合を 伝送効率 と呼びます。
実効伝送速度 = 伝送速度 × 伝送効率
問題: 5 MB のファイルを 20 Mbps の回線で送信する。伝送効率が 80% のとき、伝送時間は何秒か？
解答:
問題: 1,000 Byte のデータを送信する。フレームにはデータ部のほかに 24 Byte のヘッダが付加される。伝送速度が 10 Mbps のとき、1フレームの伝送時間は何マイクロ秒か？
解答:
回線の最大能力に対して、実際にどれだけ使っているかの割合を 回線利用率 と呼びます。
回線利用率 = 実際のトラフィック量 / 回線の最大伝送能力
問題: 100 Mbps の回線を使って、平均 40 Mbps のトラフィックが流れている。回線利用率は何 % か？
解答:
問題: ある拠点間で1日あたり 500 MB のデータを転送する必要がある。業務時間は8時間で、回線利用率を 50% 以下に抑えたい。最低限必要な回線速度は何 Mbps か？
解答:
このように、必要なデータ転送量から逆算して回線を設計する考え方が重要です。
トラフィック とは、ネットワーク上を流れるデータの量や通信量のことです。ネットワーク設計では、ピーク時のトラフィックを見積もって十分な回線容量を確保する必要があります。
問題: あるオフィスに 50台 の端末があり、各端末は1時間あたり平均 200 KB のデータを送信する。全端末の合計トラフィック（bps）はいくらか？
解答:
データが送信元から宛先に届くまでの遅延には複数の要因があります。
| 遅延の種類 | 内容 |
|---|---|
| 伝送遅延 | データをビット列として回線に送り出す時間。データ量/伝送速度 |
| 伝搬遅延 | 信号が物理的に伝わる時間。距離/信号速度 |
| 処理遅延 | ルータなどの機器がパケットを処理する時間 |
| キューイング遅延 | 機器の待ち行列で順番を待つ時間 |
RTT（Round Trip Time: 往復遅延時間） は、データを送信してから応答が返ってくるまでの時間です。伝搬遅延の2倍（往復分）に加え、処理遅延なども含みます。
ケーブルを使わずに電波でデータを通信する LAN を 無線 LAN と呼びます。IEEE 802.11 シリーズとして規格化されています。
| 規格 | 周波数帯 | 最大伝送速度 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| IEEE 802.11a | 5 GHz | 54 Mbps | 障害物に弱いが電波干渉が少ない |
| IEEE 802.11b | 2.4 GHz | 11 Mbps | 障害物に強いが電子レンジ等と干渉 |
| IEEE 802.11g | 2.4 GHz | 54 Mbps | 11bと互換性あり |
| IEEE 802.11n（Wi-Fi 4） | 2.4 / 5 GHz | 600 Mbps | MIMO対応。デュアルバンド |
| IEEE 802.11ac（Wi-Fi 5） | 5 GHz | 6.9 Gbps | 高速。MU-MIMO対応 |
| IEEE 802.11ax（Wi-Fi 6） | 2.4 / 5 GHz | 9.6 Gbps | 多数端末の同時通信に強い。OFDMA対応 |
| 周波数帯 | 利点 | 欠点 |
|---|---|---|
| 2.4 GHz | 障害物を回り込みやすい（到達距離が長い） | 電子レンジ・Bluetooth等と干渉しやすい |
| 5 GHz | 電波干渉が少ない（チャネル数が多い） | 障害物に弱い（到達距離が短い） |
| 規格 | 暗号方式 | 安全性 |
|---|---|---|
| WEP | RC4 | 脆弱（解読可能で使用非推奨） |
| WPA | TKIP | WEPより改善だが脆弱性あり |
| WPA2 | AES（CCMP） | 現在広く使用。十分な強度 |
| WPA3 | AES（SAE） | 最新規格。さらに安全性向上 |
問題: 200 km 離れた拠点間で 1 MB のファイルを送信する。回線速度は 10 Mbps、信号の伝搬速度は 200,000 km/秒。伝送時間と伝搬遅延の合計は何秒か？
解答:
この例では伝搬遅延は伝送遅延に比べて非常に小さいことがわかります。ただし、データ量が小さく回線速度が速い場合は、伝搬遅延の影響が相対的に大きくなります。
問題: 1台のサーバが 500 kbps のトラフィックを常時発生させる。10 Mbps の回線の利用率を 80% 以下に保つには、最大何台のサーバを接続できるか？
解答:
ポイント
伝送時間 = データ量（ビット）/ 伝送速度（bps）が基本公式。バイトからビットへの変換（×8）を忘れないこと。 伝送効率 を考慮する場合は実効伝送速度 = 伝送速度 × 効率で計算する。 回線利用率 = 実トラフィック / 最大帯域で、設計時は余裕を持たせる。伝送遅延（データ送出時間）と伝搬遅延（信号の物理的な移動時間）は別物。無線 LAN は IEEE 802.11 シリーズで、 2.4 GHz は障害物に強く干渉しやすい、 5 GHz は干渉に強く障害物に弱い。セキュリティは WPA2 （AES）以上を使用すべきで、WEP は脆弱で使用非推奨。
用語