1-8 主要プロトコル概観

1. ホストの通信を支える主要プロトコル

第 1 章で扱った IP・TCP・UDP・ポート番号は通信の土台にあたる。だが実際にホストが通信を始め、相手まで届け、用件を済ませるには、土台の周辺で動く補助的なプロトコル群が欠かせない。アドレスの自動取得、宛先名の解決、経路異常の通知、目的データの転送を、それぞれ別のプロトコルが分担している。

本節では ARP・DHCP・DNS・ICMP・HTTP / HTTPS の 5 プロトコルを並列に概観する。詳細は後続章に譲り、「どの層で」「何を解決するか」に絞る。

2. ARP（Address Resolution Protocol）

ARP は、同一セグメント内で「ある IP アドレスを持つ機器の MAC アドレスは何か」を問い合わせるプロトコルである。L2 と L3 の橋渡しとして機能し、IP パケットを Ethernet フレームに載せる際に利用される。

送信ホストはブロードキャストで該当 IP の所有者を問い合わせ、当該機器がユニキャストで MAC を返答する。得られた対応関係は ARP テーブル にキャッシュされる。詳細は 4-8 で扱う。

3. DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）

DHCP は、ホスト起動時に 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 サーバなどの構成情報を 自動取得 するプロトコルである。手作業の負担を取り除き、大規模環境でも一貫したアドレス管理を可能にする。

クライアントは Discover、Offer、Request、ACK の 4 段階で構成情報を受け取る。割り当てには リース期間 があり、満了前の更新要求で継続利用される。アプリケーション層に属するが、UDP（67 / 68 番）を用いる。

4. DNS（Domain Name System）

DNS は、example.com のようなドメイン名を IP アドレスに変換する 名前解決 のプロトコルである。人間が記憶しやすい名前と、機器が用いる数値アドレスを橋渡しする。

解決は、ルート・TLD・権威サーバといった階層的に分散したサーバ群を再帰的に辿る形で進む。多くのクライアントは直接これらを辿らず、最寄りの キャッシュ DNS サーバ に問い合わせる。基本は UDP 53 番、応答が大きい場合は TCP に切り替わる。

5. ICMP（Internet Control Message Protocol）

ICMP は、IP と並んで L3 で動作する 制御・通知 のプロトコルである。ユーザーデータの転送ではなく、宛先到達不能・TTL 超過・リダイレクトといったネットワーク状態をホストやルーター間で伝える。

疎通確認に用いる ping は ICMP の Echo Request / Echo Reply を、経路追跡に用いる traceroute は TTL を段階的に増やしながら ICMP 応答を観測する仕組みを利用する。いずれも障害切り分けの最初の一手となる。

6. HTTP と HTTPS

HTTP（HyperText Transfer Protocol）は、Web ブラウザとサーバ間でリソースをやり取りするアプリケーション層プロトコルである。リクエストとレスポンスを 1 組とするテキストベースの通信モデルを採り、TCP の 80 番ポートを用いる。

HTTPS は HTTP を TLS で暗号化したものである。443 番ポートを用い、盗聴・改ざん・なりすましを防ぐ。証明書による真正性確認も TLS が担い、現在の Web 通信ではほぼ標準である。

7. 第 1 章のまとめと次章の内容

第 1 章では、ネットワークの輪郭から出発し、機器の役割、層構造（OSI と TCP/IP）、カプセル化、ホストとサービスを識別する IP アドレスとポート番号を順に扱ってきた。本節ではその土台の上で動く 5 プロトコルを並列に俯瞰し、章全体の見取り図を描き出した。

続く第 2 章「L2 編」では視点を一段引き下げ、Ethernet を用いた LAN 内部の通信を扱う。MAC アドレスによるフレーム転送、VLAN による論理分割、Trunk による複数 VLAN の収容、STP によるループ回避まで、スイッチが担う仕組みを掘り下げていく。