いろいろ削ぎ落とした必要最低限の基礎知識の紹介。

キーワード:
サーバー ヘッダー IPアドレス IPv4 IPv6 DHCP DNS ドメイン名 キャッシュ ポート番号

↑この辺りの語句を目/耳にしたことはあるけどよく分からない・・・という人には是非、読んでいただきたい内容！

ネットワークとは

クライアントとサーバーのデータのやりとりのこと。

• クライアント: サービスを受けるコンピュータ（CLIやGUIで操作）
• サーバー: サービスを提供するコンピュータ（CLIで操作）

            http://hoge.com/
      ____                     ____
     /   /  --------------->  |=   |
____/___/   <===============  |____|
クライアント                      サーバー
               ページの情報

リクエストとレスポンス

クライアントからサーバーへの通信をリクエスト（上の例のhttp://hoge.com/）
サーバーからクライアントへの通信をレスポンス（上の例のページの情報）
という。

このリクエストとレスポンスの繰り返しでネットワークは成り立っている。

                リクエスト
      ____                     ____
     /   /  --------------->  |=   |
____/___/   <===============  |____|
クライアント                      サーバー
                レスポンス

データ

データにはヘッダーとトレーラーが付与されている。

• ヘッダー: データの送受信に必要な情報
• トレーラー: データが壊れずに届いたかを確認するために必要な情報

               ┌─ JSON {...} など
 ______________⊥_______________
| ヘッダー | データの中身 | トレーラー |
 ‾‾‾T‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾
    ├─ 自分の
    │   ├─ IPアドレス
    │   └─ ポート番号
    ├─ 相手の
    │   ├─ IPアドレス
    │   └─ ポート番号
    └─ 次の経由地の
        └─ MACアドレス

• IPアドレス: コンピュータを特定するための識別子
• ポート番号: アプリを特定するための識別子
• MACアドレス: 機器を特定するための識別子（製造時に付けられる物理アドレス）
• JSON: よく使われるデータ形式（{key: value}のように表される）

郵便物をマンションの一室に届けるイメージで！

郵便物（データ）をマンション（コンピュータ）の一室（アプリ）に届けるイメージで考えると分かりやすい。

              データの中身      トレーラー
                ______       _______
              /__//__/|─────┤ 納品書 |
             /‾‾//‾‾/‖|      ‾‾‾‾‾‾‾
  ヘッダー    |‾‾‾‖‾‾‾|‖|
 _______    |   ‖   |‖/
|  荷札  ├───|___‖___|/
 ‾‾‾T‾‾‾       小包
    ├─ 自分の
    │   ├─ IPアドレス: 住所
    │   └─ ポート番号: 部屋番号
    ├─ 相手の
    │   ├─ IPアドレス: 住所
    │   └─ ポート番号: 部屋番号
    └─ 次の経由地の
        └─ MACアドレス: 郵便局の住所など

IPアドレスとDHCP

110.67.242.89

IPアドレス*は32ビットのデータで、表記の際は8ビット毎に.（ドット）で区切り、10進数に変換する。ちなみに110.67.242.89を32ビットのデータに戻すと01101110010000111111001001011001となり、人間には分かりにくい💦。

*: これはIPv4の話。IPv4では2^32 = 4294967296 ~ 約43億通りのIPアドレスを表現できるが、インターネットの普及に伴い、インターネットに接続する機器が増加したため、IPアドレスが足りなくなってしまった。そこで登場したのがIPv6である。IPv6ではIPアドレスは128ビットのデータで、表記の際は16ビット毎に:（コロン）で区切り、16進数に変換する。IPv6では2^128 = 340282366920938463463374607431768211456通りのIPアドレスを表現できる。桁の単位すら分からない。毎秒１兆個のIPアドレスを消費したとしても、使い切るのに宇宙の歴史（約200億年）の5億倍以上の時間がかかるというのだから安心だ。（参考: ２の１２８乗）

Q. IPアドレスは、いつ、誰が決めるの・・・？
A. DHCPによって動的かつ一意に割り当てられる。

             IPアドレスください
      ____                     ____    （アドレスプールから選ぶ）
     /   /  --------------->  |=   ├───────────┘
____/___/   <===============  |____|
クライアント                    DHCPサーバー（ルーター）
            君のIPアドレス、コレね
             110.67.242.89

※割り当てられるIPアドレスは期限付き。（割り当てたのに使われていないIPアドレスがあるともったいないため。）

• DHCP: IPアドレスを動的かつ一意に割り当てるプロトコル

ドメイン名とDNS

実は上の例のhttp://hoge.com/でのサーバーとの通信の図は「厳密には」間違っている。

            http://hoge.com/
      ____                     ____
     /   /  --------------->  |=   |
____/___/   <===============  |____|
クライアント                      サーバー
               ページの情報

http://hoge.com/はドメイン名といって、IPアドレスを人間に分かりやすくしたものである。そのため、通信の際にはhttp://hoge.com/をIPアドレスに変換してからサーバーと通信する必要がある。この「ドメイン名をIPアドレスに変換する仕組み」のことをDNSという。

我々がドメイン名をWebブラウザアプリのアドレスバーに入力するだけでページの情報が返ってくる（これを名前解決という。）のはこのDNSのおかげである。よく使われる名前解決としてhttp://localhost/が挙げられる。

            http://hoge.com/
      ____                     ____
     /   /  --------------->  |=   |
____/___/               ====  |____|
クライアント              //     DNSサーバー
                     //
                    //  この「ドメイン名」は「125.10.0.8」やな
\キャッシュとして保存/   //  いちいち聞かれると大変やから
      ____        //   保存しといてや
     /   /       //
____/___/   <====
クライアント

• DNS: ドメイン名をIPアドレスに変換するプロトコル
• キャッシュ: 1度尋ねたドメイン名とIPアドレスの対応関係はキャッシュとして保存される。

ポート番号

http://localhost:8000/
                 ‾‾‾‾ この部分

Q. そもそも何のためにあるの・・・？
A.
通信が、どのアプリからどのアプリへの通信なのかを特定するため。
クライアントは1つのコンピュータでWebブラウザアプリやメールアプリを使用する。この場合、IPアドレスが変わらないため、ポート番号によってどのアプリなのかを区別する必要がある。

Q. ポート番号は、いつ、誰が決めるの・・・？
A.

• クライアント側: 動的に割り当てられる。（動的/プライベートポート番号）
• サーバー側: 種類によって決まっている（ウェルノウンポート番号）

ポート番号の種類

代表的なウェルノウンポート番号

参考

TCP/IPの4つのレイヤー

• TCP: 確実にデータをやり取りする仕組み。「確認応答」「再送」「シーケンス番号」から成る。
• UDP: 高速にデータをやり取りする仕組み。動画のリアルタイム配信等に用いられる。
• イーサネット（LAN）: 有線のネットワークで使われるプロトコル。
  • 凸 ← こういう端子がついている機器はイーサネット（LAN）に対応している。
  • 無線LANではIEEE 802.11というプロトコルが使われる。

IPに含まれる
IPアドレス（CIDER表記）
ルーター（ルーティング ゲートウェイ）
踏み台サーバー
等についてはTBE。