【応用情報】『ARP(Adress Resolution Protocol)』を超分かりやすく【新感覚Study】

ARP

アバンタイトル

IT分野は範囲がとても広いです。そのため、過去問を解いていると１ページに何個も理解できない単語が出てきます。それを一気に理解しようとするのはとても骨が折れるし、やる気も続きません。

しかし、そんな時は１周まわって１つのことに徹底集中してみるのはどうでしょうか？覚えなきゃいけないことが沢山あると、終わりが見えずモチベーションが続きません。

でも、「今日はこの１つをマスターしよう！」と１つにフォーカスすればゴールが見えて、集中力も続くようになります。また、一点集中型なので理解力も深まり応用も効くようになります。

ということで、当サイトでは１点集中をコンセプトに解説を展開しています。勉強法が定まっていなかったり悩んでいる方は是非、続きをご覧になってみてはいかかでしょうか？

はじめに

今回も中二病心ちゅうにびょうごころを刺激するワードを取り扱います。それがARP（Adress Resolution Protocol）です。

今回学ぶこのフレーズに対しては、「難しそー」とか「役に立つの？」といった思考は一旦おいといて「ただかっこいいから知りたい！」というシンプルな思考でStudyしていってほしいです。

そのためにこの記事では、初心者にも超分かりやすく解説していきます。ただの試験対策、ただの退屈な勉強、という感覚ではなく、「人前でこのフレーズを言ってる自分を想像したらカッコよかったから」とか、そういう軽い気持ちでStudyしていきましょう！また、この記事はIT経験者でなくても、だれでも読み進められる構成になっているので、最後まで楽に進めます。そして、読み終わった頃には、「あれ？知らぬ間に理解が深まっているぞ」ということに気づくでしょう。それでは、一緒に学んでいきましょう！そして、「勉強しなきゃ！」という義務感ではなく「かっこいいから知りたい！」という単純な理由で楽しみながらStudyしていきましょう！

【ここで扱う疑問】

  1. ARPの基本概念は？
  2. 結局、超分かりやすく言うと？
  3. ARPを使うタイミングっていつ？いまいち、必要性がわかりません
  4. ネットワーク層ってなに？
  5. データリンク層ってなに？

ARPの基本概念は？

クエスチョン question

ARP（Address Resolution Protocol）は、コンピューターネットワークにおいて、IPアドレスから物理アドレス（MACアドレス）を取得するためのプロトコルです。具体的には、ARPは次のような役割を果たします：

  • IPアドレスからMACアドレスの解決:
    • コンピューターが他のデバイスにデータを送信する際、宛先のIPアドレスを持っていますが、実際にデータを送るにはそのデバイスのMACアドレスが必要です。ARPはこのIPアドレスを元に、対応するMACアドレスを解決します。
    • コンピューターが他のデバイスにデータを送信する際、宛先のIPアドレスを持っていますが、実際にデータを送るにはそのデバイスのMACアドレスが必要です。ARPはこのIPアドレスを元に、対応するMACアドレスを解決します。
  • ARPキャッシュの利用:
    • 解決したIPアドレスとMACアドレスの組み合わせは、ARPキャッシュとして一定期間保持されます。これにより、再度同じ宛先に対して通信する際には、ARPリクエストを送信することなく、ARPキャッシュから直接MACアドレスを取得できます。これにより通信の効率が向上します。
    • 解決したIPアドレスとMACアドレスの組み合わせは、ARPキャッシュとして一定期間保持されます。これにより、再度同じ宛先に対して通信する際には、ARPリクエストを送信することなく、ARPキャッシュから直接MACアドレスを取得できます。これにより通信の効率が向上します。
  • ARPの動作例:
    1. ARPはブロードキャスト（ネットワーク上の全てのデバイスに対して送信される特定のメッセージ）を使用して、ネットワーク内の他のデバイスに「このIPアドレスのMACアドレスは誰か？」と問い合わせます。

    2. 該当するデバイスがそのIPアドレスを持っている場合、そのデバイスはARPリクエストに対して自身のMACアドレスを含んだARPリプライを送信します。

    3. ARPリクエストとリプライのやり取りにより、IPアドレスとMACアドレスの解決が行われます。

このように、ARPはネットワーク上でデータを正しく配信するために必要不可欠な役割を果たしています。

結局、超分かりやすく言うと？

クエスチョン question

先ほどは、長々と教科書的な説明をしました。ここでは、結局ARPってなんなの？ということを端的に説明します。

ARP（Address Resolution Protocol）は、コンピューターネットワークで使われるプロトコルで、IPアドレス（例えば、ウェブサイトの住所のようなもの）からMACアドレス（デバイスの固有の識別番号）を見つけ出すための手段です。つまり、コンピューターがデータを送る際、相手の住所（IPアドレス）を知っていても、実際に手紙を届けるには相手の本名（MACアドレス）が必要なんですね。それを見つけるのがARPの役割です。

ARPを使うタイミングっていつ？いまいち、必要性がわかりません

クエスチョン question

そもそもIPアドレスは、一意性があります。だとしたら、IPアドレスだけで宛先まで届けられるんじゃないの？と思いますよね。そしたら、わざわざMACアドレスを導出するARPって使う必要なくなりませんか？こんな疑問をここでは解決していきましょう！

Answer

IPアドレスだけで通信ができる場合もありますが、一般的なコンピューターネットワークでは、MACアドレスが必要な理由がいくつかあります：

  1. ネットワーク層とデータリンク層の分離:
    • コンピューターネットワークの仕組みでは、IPアドレスはネットワーク層で使われ、通信の中継や経路の決定に使われます。一方、MACアドレスはデータリンク層で使われ、物理的なデバイス間の直接通信に必要です。
  2. ローカルネットワーク内での必要性:
    • 特に同じローカルネットワーク内のデバイス間の通信では、MACアドレスが重要です。IPアドレスだけでは、データを具体的なデバイスに届けることができません。
  3. ARPの役割:
    • ARPはIPアドレスからMACアドレスを解決するために使われます。ARPを通じて、IPアドレスを持つデバイスのMACアドレスを知ることができます。これにより、正確にデータを送信先のデバイスに届けることができます。

したがって、IPアドレスはネットワーク層で経路を決定する際に使われ、デバイス間の直接的な通信にはMACアドレス（データリンク層）が必要です。これはネットワークプロトコルの仕様に基づいており、それに従わなければ正しく通信できません。

要するに..
IPアドレスは全体的な経路を決定するときに使われるもの。で、MACアドレスはデバイス間の直接的な通信に使われるもの。このようにそれぞれのアドレスは用途が違う。で、それはプロトコルとかでもそうやって決められているから、その前提に従わないとデータは送れない。

つまりは、IPアドレスはデバイス間の直接的な通信にはプロトコル上、関与できないってことです。だから結局、IPアドレスだけじゃなくてMACアドレスも必要になるよってことです。

まとめ

ポート番号 summary

ARP（Address Resolution Protocol）は、IPアドレスから MACアドレスを導くものですよってことです。 で、それっていうのは、なんで2つのアドレスが必要になるかっていうと、 それぞれの階層によってプロトコルで役割とかが決まっているから、 IPアドレスだけでは下の階層を担当できないよ！ MACアドレスだけでは上の階層を担当できないよ！っていう、 プロトコル上でそういう前提があるから、2つのアドレスが必要ってことです。 で、その2つのアドレスが必要なときに、IPアドレスから MACアドレスを導くのがARPですよってことです。

おまけ：用語解説

おまけ
ネットワーク層

ネットワーク層は、コンピューターネットワークにおいて、データを送信元から宛先へ効率的に伝送するための層です。主に次のような役割を持っています：

  1. 論理的な経路選択:
    • ネットワーク層は、通信するデバイス間の論理的な経路を選択します。この層では、データをパケット（小さなデータの塊）に分割し、それぞれに送信元と宛先のIPアドレスを割り当てます。
  2. ルーティング:
    • ネットワーク層では、ルーターと呼ばれるデバイスがパケットの宛先IPアドレスを基に最適な経路を選択し、データを転送します。この過程をルーティングと呼びます。
  3. 複数のネットワーク間の通信:
    • ネットワーク層は、異なる物理的なネットワーク（例えば、イーサネットや無線LANなど）を横断して通信を可能にします。IPアドレスを使用して、異なるネットワーク間でデータを転送することができます。

ネットワーク層は、OSI（Open Systems Interconnection）モデルやTCP/IPモデルにおいて、通信プロトコルの一部として定義されています。この層の主な役割は、データの送受信のための論理的な手続きを提供し、効率的で信頼性の高いネットワーク通信を実現することです。

要するに...
ネットワーク層っていうのは、全体的な経路選択を担当する層。で、その時に使うのがIPアドレスだよってことです。

データリンク層は、コンピューターネットワークにおいて物理的なデバイス間の直接的な通信を可能にする層です。具体的には、次のような役割を持っています：

  1. フレームの構築:
    • データリンク層は、上位から送られてくるデータをフレームと呼ばれる小さな単位に分割し、物理層での伝送に適した形式に整形します。フレームにはヘッダーやトレーラーが含まれ、それによってデータの送信元と宛先の物理アドレス（MACアドレス）が識別されます。
  2. 物理アドレスの使用:
    • データリンク層では、物理アドレス（MACアドレス）が使用されます。MACアドレスはネットワーク上のデバイスごとに固有の識別子であり、データを正確に特定のデバイスに送信するために重要です。
  3. エラー検出と修正:
    • データリンク層では、送信されたデータにエラーが生じた場合にそれを検出し、必要に応じて再送などの処理を行います。これにより、通信の信頼性を確保します。
  4. メディアアクセス制御:
    • データリンク層は、同じ物理的なメディア（ケーブルや無線など）を複数のデバイスが共有する場合に、それらが衝突せずにデータを送受信するための手順を規定します。例えば、EthernetではCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）が利用されます。

データリンク層はOSIモデルやTCP/IPモデルにおいて、物理層とネットワーク層の間に位置しています。物理層が物理的なデータの伝送を担当するのに対し、データリンク層はその上でデータを論理的に管理し、ネットワーク上での正確な通信を実現します。

要するに…
データリンク層は、デバイス間の直接的な通信を担当する層。で、その際に使うのがMACアドレスだよってことです。

おわりに

goal

本日はここまでです。今日はARP（Address Resolution Protocol）をStudy＆マスターしてきました！ただカッコいいからという理由だけの方が、意外と集中して向き合うことができたのではないでしょうか？

そうなんです！「勉強しなきゃ！知識つけなきゃ！」のように勉強を義務にしてしまうと長く続きません。だからこそ、私たちは楽しんで知識を身に着けていきましょう！そんなことをやってるうちに気づいたらスペシャリストになっているかもしれません！

これからも、今日みたいに「the勉強するぞ！」という意気込みではなく、ヌルっと気づいたら知識が増えてた！みたいな軽い感覚でStudyを一緒にしていきましょう！

本日はここで、終わります。ありがとうございました。またお会いしましょう！では、さらばじゃ！

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