【基本情報技術者】ネットワークについて

基本情報技術者
この記事は約19分で読めます。

こんにちは。お昼もやる気！元気！白川秋！です。

ネットワークもデータベース並みに分量が多いのですが、がんばっていきましょー！

スポンサーリンク

基本情報技術者～ネットワーク～

回線

ネットワークとは、複数のコンピュータを回線でつないだシステムです。

回線とは

回線（または伝送路）とは、データが通る線のことです。基本情報技術者試験では、「回線を通るデータの速さ」を問う計算問題が出題されます。例として過去問を挙げてみます。

問題
10Mバイトのデータを 100,000 ビット/秒の回線を使って転送するとき、転送時間は何秒か。ここで、回線の伝送効率を50％とし、1Mバイト＝106バイトとする。

平成30年度

この問題を解くには、次の6つの用語を理解しておかなくてはなりません。

用語説明
データの単位ビットやバイト、キロ（ｋ）、メガ（Ｍ）などの単位。
データ量その回線でやり取りされるデータの量。上記の過去問のデータ量は「10Mバイト」。
回線速度その回線でデータをやり取りできる最大の速さ。単位はbps。上記の過去問の回線速度は「100,000ビット/秒」。
伝送速度その回線でデータをやり取りする実際の速さ。単位はbps。上記の過去問の場合「回線の伝送効率を50％」という解説があることから、この回線の伝送速度は「100,000 ✕ 50％ ＝ 50,000ビット/秒」になる。
伝送効率回線速度に対する伝送速度の割合。回線利用率とも呼ばれる。
伝送時間その回線で指定のデータ量を伝送するときに必要な時間。転送時間とも呼ばれる。

伝送効率

伝送効率とは、回線速度に対する伝送速度の割合です。「回線利用率」とも呼ばれます。
伝送効率は、次の式になります。

伝送時間

伝送時間とは、その回線で指定のデータ量を伝送するのに必要な時間です。「転送時間」とも呼ばれます。
伝送時間は、次の式になります。

上記の過去問では、この伝送時間が問われています。解答を書いてみます。

解答
公式より、

伝送時間 ＝ データ量 ÷ 伝送速度
　　　　 ＝ 10Mバイト ÷ 50,000ビット/秒
　　　　 ＝ 10 ✕ 106 ✕ 8ビット ÷ 50,000ビット/秒
　　　　 ＝ 1,600秒

従って、解は「1,600秒」となります。

伝送方式

伝送方式には「回線交換方式」と「パケット交換方式」があります。基本情報技術者試験では、「パケットとは何か？」ということが問われます。

  • 回線交換方式
    回線交換方式とは、通信回線を占有して情報をやり取りする方式です。通信回線を占有するので、データの渋滞が起こらず、伝送時間が遅れることがありません。
    通信速度を保証しなければならないインターネットサービスなどは、この方式を取っています。
  • パケット交換方式
    パケット交換方式とは、データをパケット単位に分割して、複数の回線を使って情報をやり取りする方式です。パケットとは、データを小分けにして、それぞれにヘッダー情報を付けた単位です。

アナログ信号をデジタル信号に変換する仕組み

  • 回線と信号
    回線には、アナログ回線とデジタル回線の2つがあります。
    • アナログ回線とアナログ信号
      アナログ回線とは、アナログ信号を送るための線です。例えば、音波などがアナログ信号にあたります。
    • デジタル回線とデジタル信号
      デジタル回線とは、デジタル信号を送るための線です。コンピュータが扱う信号がデジタル信号です。
  • D/A変換器
    D/A変換器とは、デジタル信号をアナログ信号に変換する装置です。「D」は「デジタル」、「A」は「アナログ」を意味します。同様に、A/D変換器は、アナログ信号をデジタル信号に変換する装置です。

データの転送途中の誤りを見つける仕組み

転送途中のデータは、身近な電化製品から発せられる電磁波などの影響で、値が変化することがあります。そんな誤りを見つけ、正しいデータに直す技術が、後述するパリティチェック方式や、CRC方式です。

  • ビット誤り
    ビットは「0」か「1」かが電圧によって決まります。データの伝送中に電圧が変化して、ビットの「0」と「1」が入れ替わることがあります。これを「ビット誤り」と呼びます。

パリティチェック方式

パリティチェック方式（奇偶検査方式）とは、送信するビット列に検査用のビットを付け加えて送る方式です。ビット列の末尾に付け加える検査用のビットのことを「パリティビット」といいます。パリティチェックには2種類の方法があります。

方式説明
奇数パリティビット列の「1」の総数が奇数になるように、ビット列の末尾に「0」か「1」を加える。
例）1001000 → 10010001
偶数パリティビット列の「1」の総数が偶数になるように、ビット列の末尾に「0」か「1」を加える。
例）1001000 → 10010000
  • パリティチェック方式の弱点
    一見すると優れたビット誤りの検出方式とも思えるのですが、1箇所での誤りの場合はいいのですが、2箇所でズレが生じた場合、結果は正しいとなってしまうという欠点があります。
    そのため、現在では、よりビット誤りの検出に優れたCRC方式が主流となっています。

CRC方式

CRC方式（Cyclic Redunancy Check）とは、データをあらかじめ与えられた多項式で割り算した、その余りをチェックデータとしてデータに付け加えた送る方式です。
受信側でも同じ式で計算を行い、計算結果がチェックデータと一致すれば誤りがないということになります。

小休止！お試しトライ！過去問①

問1 伝送時間

問題
1.5Mビット/秒の伝送路を用いて12Mバイトのデータを転送するのに必要な伝送時間は何秒か。ここで、伝送路の伝送効率を50％とする。

平成30年度

ア．16　　　イ．32　　　ウ．64　　　エ．128

解答
伝送時間を求める公式に当てはめて解きます。

伝送時間 ＝ データ量 ÷ 伝送速度
　　　　 ＝ 12Mバイト ÷ (1.5Mビット/秒 ✕ 50％)
　　　　 ＝ 12 ✕ 106 ✕ 8ビット ÷ (3/2 ✕ 1/2 ✕ 106ビット/秒)
　　　　 ＝ 12 ✕ 4/3 ✕ 8（秒）
　　　　 ＝ 128秒

従って、解はエ．となります。

問2 伝送効率

問題
10Mビット/秒の回線で接続された端末間で、平均1Mバイトのファイルを、10秒ごとに転送するときの回線利用率は何％か。ここで、ファイル転送時には、転送量の20％が制御情報として付加されるものとし、1Mビット＝106ビットとする。

令和元年度

ア．1.2　　　　イ．6.4　　　　ウ．8.0　　　　エ．9.6

解答
データ量を求めた後、伝送時間を求める公式で伝送速度を求め、最後に伝送効率を求める公式で伝送効率を求めていきます。

データ量 ＝ 1Mバイト ✕ 120％
　　　　 ＝ 1.2Mバイト

伝送速度 ＝ 1.2Mバイト ÷ 10秒
　　　　 ＝ 0.12Mバイト/秒
　　　　 ＝ 0.96Mビット/秒

伝送効率 ＝ 0.96Mビット/秒 ÷ 10Mビット/秒
　　　　 ＝ 9.6％

従って、解はエ．となります。

LANとWAN

ネットワークを道路に例えるならば、LANは家の中の廊下、WANは家の外の道路といえます。

ネットワークの種類

LAN（Local Area Network）とは、社内や家庭内といった狭い範囲のコンピュータで構成される小規模なネットワークのことです。
WAN（Wide Area Network）とは、大規模な（広範囲の）ネットワークのことです。

LANとWANの境目はどこかというと、「ネットワークの規模」ではなく、「電気通信事業者が設置した通信回線を使うかどうか」というところにあります。
電気通信事業者が設置した通信回線をWANと呼びます。

  • 無線LAN
    無線LANとは、無線でコンピュータ同士をつなぐLANです。この説明を聞いて「Wi-Fi」が頭に浮かんだ方もいらっしゃるかも知れませんが、Wi-Fiは無線LANの規格のひとつです。
    無線LANには「コンピュータ同士が直接通信する方法」と「アクセスポイントを経由して通信するう方法」の2つがあります。前者はアドホックと呼ばれます。

IPアドレス

インターネット上で通信を行うには「IPアドレス」を用いて、通信相手のコンピュータの場所を特定する必要があります。

インターネットとIPアドレス

呼び方例
現実の世界住所東京都千代田区千代田2-1-x
ネットワークの世界IPアドレス13.112.248.159

IPアドレスにはグローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスがありますが、グローバルIPアドレスに重複があっては困るので、アメリカにある「ICANNアイキャン」という監理団体が管理をしています。

ポート番号とMACアドレス

IPアドレㇲが世界で唯一の値であるというのであれば、IPアドレスだけで通信が行えそうですが、実際の通信には「ポート番号」と「MACアドレス」が必要になります。

  • ポート番号
    ポート番号とは、Webなら80や8080、メールなら110や587など、アプリケーションソフトウェアごとに割り当てられる「情報の出入り口」の番号のことです。
  • MACアドレス
    MACアドレスとは、ネットワーク機器ごとに割り当てられている固有の宛先です。
    IPアドレスが最終的な通信相手を特定するのに対し、MACアドレスは次の通信相手を特定する番号となります。
    例えるならば、MACアドレスは乗り換え駅の名前で、IPアドレスは最終目的地の名前といえるでしょう。
  • MACアドレスを構成するコード
    基本情報技術者試験では「MACアドレスを構成するコード」について聞かれることがあります。
種類説明
ベンダーIDネットワーク機器メーカーに割り当てられたコード。
固有製造番号各メーカーが自社の製品に割り当てた一意のコード。

MACアドレスは48ビットで構成され、ベンダーIDが前半24ビット、固有製造番号が後半24ビットとなっています。

MACアドレスは、通常次のように、16進数で表されることが多いです。

ネットワーク部とホスト部

IPアドレスは、ネットワーク部とホスト部という2つのパートで構成されています。どこまでがネットワーク部になるのかは、サブネットマスクによって決まります。

サブネットマスク

サブネットマスクとは、ネットワーク部とホスト部を区別するための番号です。32桁のIPアドレスのうち、どこからどこまでがネットワーク部でどこからどこまでがホスト部なのかは、サブネットマスクによって決まります。

サブネットマスクでは、ネットワーク部を「1」、ホスト部を「0」で表します。

この例では、上位28ビットがネットワーク部で、下位4ビットがホスト部となります。

  • サブネットマスクとコンピュータの数
    上の例の場合、下位4ビットで表せる数は、24個＝16個です。従って、このネットワークに接続できるコンピューターは理論上で16台となります（実際は、2つ少ない14台となります）。

アドレスプレフィックス表記法

アドレスプレフィックス表記法とは、IPアドレスに含まれるネットワーク部の桁数を表す方法です。

10.170.70.19/28

この例では、IPアドレスが「10.170.70.19」で、上位28ビットがネットワーク部、残りの下位4ビットがホスト部になるという意味になります。

ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス

理論上のネットワークにつなげる台数より、実際にネットワークにつなげる台数が2台すくないという説明を上で致しましたが、IPアドレスの中に、特別な動きをするものが2つあるということが理由です。

種類説明
ネットワークアドレスホスト部がすべて「0」のIPアドレス。LANを識別する番号として使われる
ブロードキャストアドレスホスト部がすべて「1」のIPアドレス。同一ネットワーク内のすべてのホストにデータを送信するときに使われる

小休止！お試しトライ！過去問②

問1 アドレスプレフィックス表記法

問題
192.168.0.0/23（サブネットマスク255.255.254.0）のIPv4ネットワークにおいて、ホストとして使用できるアドレスの個数の上限はどれか。

平成31年度

ア．23　　　イ．24　　　ウ．254　　　エ．510

解答
192.168.0.0を2進数で表します。サブネットマスクも表します。

11000000 10101000 00000000 00000000
11111111 11111111 11111110 00000000

32 - 23 = 9 なので、29個 = 512個となるのですが、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスの2つはホストとして利用できないため、

512 - 2 = 510

従って、解はエ．となります。

グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス

IPv6

いままで勉強してきたIPv4のIPアドレスは、2の32乗個で、つまり約43億個のアドレスが使用できるということになります。しかし、現在では携帯電話だけでも80億台あると言われ、IPの枯渇問題が進んでいます。
そこで、IPv4に変わる次世代のIPアドレスということでIPv6が生まれました。

  • IPv6のアドレス総数の表記法
    IPv6は、128桁の2進数（128ビット）で構成されるので、その数は2の128乗にもなります（340兆の1兆倍の1兆倍）。この数は、地球上に転がっている石の数よりも多いと言われています。
    そんなIPv6の表記法は次のようになります。

    例）
    [IPv4] 13.112.248.159
    [IPv6] 2001:0DB8:013D:2002:48FF:FE9A:A2C7:385C

    [IPv4]は「．（ピリオド）」で区切って表現しますが、[IPv6]は「：（コロン）」で区切って表現します。

グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス

IPv4に話を戻します。IPv4のアドレスは次の2つに分類されます。

種類説明
グローバルIPアドレスインターネットに接続するコンピュータに割り当てられる、世界で唯一のIPアドレス。（ICANNが管理する）
プライベートIPアドレスインターネットに直接接続しないコンピューターに割り当てられる、LAN内だけで使用するIPアドレス。
  • グローバルIPアドレスを取得する方法
    プライベートIPアドレスをもつコンピュータがどのようにしてグローバルIPアドレスを取得するのかといいますと、「ルーター」に割り当てられているグローバルIPアドレスを借りることで実現しています。
    プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスへ変換する技術を「NAT（Network Address Translation）」といいます。

NAPT

NAPTナプト（Network Address Port Translation）とは、「複数のプライベートIPアドレスを、1つのグローバルIPアドレスに変換する技術」です。
NATは、「1つのプライベートIPアドレスを、1つのグローバルIPアドレスに変換」することしかできません。

DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）とは、IPアドレスをコンピュータに自動的に割り当てるプロトコルです。

  • DHCPの役割
    LAN内の複数あるコンピュータに、ひとつひとつネットワーク管理者がプライベートIPアドレスを設定していくのは大変な作業になります。そこで、そういったIPアドレスをコンピュータに自動的に割り当てる処理をDHCPにさせると作業が効率的に進みます。
    また、DHCPは、LAN内にある他のコンピュータのIPアドレスを自動的に調査し、値が重複しないようにIPアドレスを管理してくれます。

ドメイン名

IPアドレスとドメイン名

IPアドレスは「13.112.248.159」や「192.168.1.1」のように、規則性がないため、人間が覚えづらいという特性があります。それを補うために登場したのがドメイン名です。

13.112.248.159 ←(対応付ける)→www.example.co.jp

ドメイン名はIPアドレスと1対1の関係にあります。このためドメイン名も唯一の文字列である必要があるため、これもICANNで管理されています。

DNS

コンピュータが理解するIPアドレスと、人間が理解するドメイン名の橋渡しをするシステムがDNS（Domain Name System）です。
DNSはドメイン名をIPアドレスに変換したり、IPアドレスをドメイン名に変換するシステムです。

URL

URL（Uniform Resource Locator）とは、ドメイン名やIPアドレスによって特定されたコンピュータの、さらに深部のデータ（フォルダやファイル）までを直接指定するための記法です。ドメイン名の後に「/（スラッシュ）」を記述して指定します。

例）
htps://www.example.co.jp/abc.html

小休止！お試しトライ！過去問③

問1 IPv6

問題
IPv6のIPアドレスは何ビットか。

平成27年度

ア．32　　　イ．64　　　ウ．128　　　エ．256

解答
これは、IPv6のIPアドレスを思い浮かべれば解けます。
次のようなIPv6のIPアドレスがあるとします。

1234:2234:3234:4234:5234:6234:7234:8234

4ビット✕4の塊が8つでIPv6のIPアドレスとなりますので、

4ビット ✕ 4 ✕ 8つ ＝ 16 ✕ 8 ＝ 128 ビット

従って、解はウ．となります。

問2 NAPT

問題
プライベートIPアドレスをもつ複数の端末が、一つのグローバルIPアドレスを使ってインターネット接続を利用する仕組みを実現するものはどれか。

平成28年度

ア．DHCP　　　　イ．DNS　　　　ウ．NAPT　　　　エ．RADIUS

解答
ア．から順に説明をしていきます。

ア．IPアドレスを各コンピュータに自動的に振り分けるプロトコル
イ．ドメイン名をIPアドレスに変換するシステム
ウ．複数のプライベートIPアドレスを1つのグローバルIPアドレスに変換する技術
エ．ネットワーク上でユーザーの認証などを行う通信プロトコル

従って、解はウ．となります。

通信プロトコル

通信プロトコルとは

通信プロトコルとは、コンピュータ同士が通信を行うときに決められた「ルール」のことです。
なお、通信プロトコルは1種類だけではありません。用途ごとに複数の通信プロトコルが用意されています。

OSI基本参照モデルとTCP/IP

OSI基本参照モデルとは、通信プロトコルやネットワーク機器が持つべき機能を7つの層にして表現したものです。

コンピュータ同士が通信を行う際に必要となるネットワーク機器のルールを各社バラバラに取り決めては、標準化が行えず困ってしまいます。そこで、ISO（国際標準化機構）が「OSI基本参照モデル」というルールを定めたのです。このことにより、メーカーがどこであるかを気にせず通信が行えるようになりました。

実際のインターネットでは、OSI基本参照モデルを簡略化した「TCP/IP」というモデルを元に通信が行われています。上図のネットワーク機器については、基本情報技術者試験でよく聞かれますので、合わせて覚えておきましょう。

4つのネットワーク機器

リピータ、ブリッジ、ルーター、ゲートウェイ、それぞれいずれも「LANとLANをつなぐ機器」ではありますが、役割や対応する層が異なります。基本情報技術者試験では、各ネットワーク機器の役割とその機器がどの階層に対応するのかという2つがよく出題される傾向にあります。

  • （１）リピータ
    OSI基本参照モデルの「物理層」でデータの中継をする装置です。
    リピータの役割は、長いケーブルを通って弱くなった信号を増幅・整形することです。
    • リピータハブ
      リピータは1対1のLANをつなぐ装置です。一方、複数のLANをつなぐ装置をリピータハブと呼びます。
  • （２）ブリッジ
    OSI基本参照モデルの「データリンク層」でデータを中継する装置です。
    ブリッジの役割は、データのMACアドレスを見て、データを別のLANに渡すべきかどうかを判断することです。
    • リピータは、流れてきたすべてのデータを中継する
    • ブリッジは、流れてきたデータによって中継の可否を判断する（同じLAN内へ送られるデータは中継せず、異なるLANへ送られるデータのみを中継する）
    • ブリッジとレイヤー2スイッチ
      ブリッジは1対1のLANをつなぐ装置です。一方、複数のLANをつないで、OSI基本参照モデルの第2層でデータを中継する装置をレイヤー2スイッチ、もしくはスイッチングハブと呼びます。
  • （３）ルーター
    OSI基本参照モデルの「ネットワーク層」でデータを中継する装置です。
    ルーターの役割は、データのIPアドレスを見てルーティングを行うことです。ルーティングとは、送信元から宛先のコンピュータまでの経路を選択することです。これを経路選択ともいいます。
    • ブリッジは、中継したデータをそのブリッジに接続しているすべてのLANに送る
    • ルーターは、中継したデータをルーティング機能（経路選択機能）によって、指定されたLANだけに送る
    • ルーターとレイヤー3スイッチ
      レイヤー2スイッチにルーティング機能を足したものをレイヤー3スイッチと呼びます。OSI基本参照モデルの第2層に加え、第3層のデータも中継することを意味します。
  • （４）ゲートウェイ
    OSI基本参照モデルの「トランスポート層」以上（第4～7層）でデータを中継する装置です。
    ゲートウェイの役割は、プロトコルの異なるネットワークを接続することです。OSI基本参照モデルのLANと「メーカー固有のプロトコルで構成されているLAN」を接続します。

NTP

通信プロトコルにはさまざまありますが、基本情報技術者試験で特に出るのがこのNTPです。
NTP（Network Time Protocol）とは、コンピュータの時刻を合わせるためのプロトコルです。

インターネット応用

電子メール

電子メールは誰もが触れたことのあるサービスではないでしょうか。しかし、その詳細なルールについては、意外と知らない方おいるはずです。電子メールの宛先を記入する欄の種類とルールについて以下い示します。

名称説明
To（宛先）電子メールを送る相手を記入する欄。この欄に記入されているメールアドレスは、メールを受け取った全員が確認できる。
Cc電子メールを共有する相手を記入する欄。この欄に記入されているメールアドレスは、メールを受け取った全員が確認できる。
Bcc他の受信者に知られずに、電子メールを共有する相手を記入する欄。この欄に記入されているメールアドレスは、メールの送信者以外は確認できない。

MIME

MIMEマイム（Multipurpose Internet Mail Extensions）とは、電子メールで文字以外の画像、音声、動画など、さまざまな形式のデータを転送するための規格です。

  • S/MIMEとは
    MIMEを拡張した規格にS/MIMEエスマイムがあります。S/MIMEとは、電子メールを暗号化する規格です。
    S/MIMEでは電子メールを公開鍵暗号方式で暗号化し、それにデジタル署名を付けて送信を行います。このようにすることで、電子メールの盗聴やなりすましの防止、改ざんの検知を行うことができます。

小休止！お試しトライ！過去問④

問1 通信プロトコル

問題
LANにおいて、伝送距離を延長するために伝送路の途中でデータの信号波形を増幅・整形して、物理層での中継を行う装置はどれか。

平成26年度

ア．スイッチングハブ（レイヤー2スイッチ）
イ．ブリッジ
ウ．リピータ
エ．ルーター

解答
ア．から順に見ていきます。

ア．データリンク層で、MACアドレスを見て、複数のLANをつないで中継を行う装置
イ．データリンク層で、MACアドレスを見て、1対1でLANをつないで中継を行う装置
ウ．物理層で、信号波形の増幅と整形をして、中継を行う装置
エ．ネットワーク層で、IPアドレスを見て、指定されたLANへ中継を行う装置

従って、解はウ．となります。

最後に

「ネットワーク」の項目も、前項の「データベース」に引き続き、かなり分量がありましたね。ネットワークについては、インターネットを利用している方々にとっては耳慣れた言葉も多かったのではないでしょうか。
ちなみに、テキストを読まないと完全な学習は行えませんので、ぜひ下で紹介している本をご購入いただけたらと思います。

こちらが参考にさせていただいているテキストです。

【令和７年度】 いちばんやさしい 基本情報技術者 絶対合格の教科書＋出る順問題集 (絶対合格の教科書シリーズ)
著:高橋 京介
¥1,782 （2025/06/01 10:58時点 | Amazon調べ）
Amazon
＼楽天ポイント4倍セール！／
楽天市場
＼ポイント5%還元！／
Yahooショッピング
メルカリ
白川秋
白川秋

ではでは、参考までに

Post Views: 81

コメント

タイトルとURLをコピーしました