ＬＡＮ技術研究室（ＬＡＮに関心がある人のために情報を提供しているサイト）

昔からＵＮＩＸというＯＳ（オペレーティングシステム）がありまして、その仲間にはNetBSDやFreeBSDなどのＢＳＤ系ＵＮＩＸがあります。
ＢＳＤとは、Berkeley Software Distributionの略です。
このＢＳＤ系ＵＮＩＸを起源とし、コンピュータネットワークの機能を提供するＡＰＩをソケットと言います。
ＡＰＩは、Application Program Interfaceの略で、アプリケーション・プログラム・インターフェイスのことです。
８０年代にＢＳＤ系ＵＮＩＸにソケットが導入されました。
最初は、単なるプロセス間通信の仕組みを提供するものでしたが、やがてネットワークを挟んだプロセス間通信へと発展しました。
ソケットの実体は、主にＣ言語によるアプリケーションソフトウェアの開発でノード間または同一ノード内のプロセス間通信、主にＴＣＰ／ＩＰのコンピュータネットワークに関するライブラリを示します。
ソフトウェア開発者はこれを利用してＣ言語でネットワークアプリケーションソフトウェアを開発します。
ソケットは、ＢＳＤソケット、バークレーソケットなどとも呼ばれています。
バークレーソケットでは、２つのEnd Point（端点）を繋ぎ、この端点間の通信を行うためのＡＰＩを提供します。
このような概念は、家電製品をケーブルでコンセントに繋ぐことに似ています。
そのため、この端点をソケットと呼びます。
一つのソケットは、２つのプロセス間で行われる通信の一方の端点に相当します。
このバークレーソケットをMicrosoft®のWindows®に移植し、拡張したものをWinSockと言います。
WinSockは、ウィンソックと読み、Windows®でＴＣＰ／ＩＰなどのネットワークプログラムを作成したい場合に使用されます。
バークレーソケットのようなネットワークアプリケーションソフトを開発した場合、ＬＡＮのような環境があると簡単に開発したソフトのテストができます。
当サイト（ＬＡＮ技術研究室）の管理人である私（ケロ丸）は、昔からソケットにはお世話になっています。
これを使用してよくネットワークアプリケーションソフトを開発してきました。
多くの人がいつも使用しているブラウザ、Ｗｅｂサーバー、電子メールソフト、メールサーバーなどのプログラムは、すべてこのソケットライブラリを使用して開発されています。
このライブラリに含まれるＡＰＩ関数を使用することで、ＬＡＮやインターネットで使用するプログラムを作成できます。
プログラム言語は、主に前述のＣ言語ですが、ＪａｖａやＰｅｒｌなどでも使用することが可能です。
このソケットを使用してＬＡＮやインターネット用のプログラムが作成できるということはわかりましたが、ソケットとプロトコルとの関係があまりはっきりしないのをネットワーク初心者のころに感じたのは、私（ケロ丸）だけではないと思いますが、皆さんはいかがでしょうか。
そこで、わかりやすくこの関係について説明したいと思います。
最近では、ネットワークアプリケーションプログラムを作成する場合、プロトコルにＴＣＰ／ＩＰを使用する場合が多くなりました。
そのため、ＴＣＰ／ＩＰのプロトコルスタックを表で示してから、ソケットとプロトコルの関係について説明します。

ＴＣＰ／ＩＰ階層モデル

階層	階層名称	利用対象
レイヤ５	アプリケーション層	電子メールやＷｅｂなどＯＳＩ参照モデルのセション層以上全部
レイヤ４	トランスポート層	ＯＳＩ参照モデルのトランスポート層に対応し、接続指向（ＴＣＰ）や非接続指向（ＵＤＰ）の通信を行う。
レイヤ３	ネットワーク層	ＯＳＩ参照モデルのネットワーク層に対応し、ＩＰパケットという単位でデータを転送する。
レイヤ２	インターフェイス層	ＯＳＩ参照モデルでは対応する階層がなく、上位のＩＰがリンク層に依存しないで通信ができるように共通化したインターフェイスを提供
レイヤ１	リンク層	ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層と物理層の機能とほぼ同じであり、イーサーネットやＡＴＭなどがあてはまる。

プロトコルは、上の表で示したように階層構造になっていて、下から積み上げられています。
上の表で示したプロトコルの階層モデルは、ＴＣＰ／ＩＰ階層モデルですが、他にＯＳＩ参照モデルというものもあります。
後者の方がむしろよく見かけます。
ＯＳＩ参照モデルに関しては、以下のページで詳しく説明しています。

プロトコルの基礎

上の表で示したように、各レイヤ（階層）と様々なプロトコルが対応しています。
そして、だいたいプロトコルごとにヘッダーがあります。
例えば、上記のＴＣＰ／ＩＰ階層モデルのリンク層に位置するイーサーネットではＭＡＣヘッダー、ネットワーク層に位置するＩＰヘッダー、トランスポート層に位置するＴＣＰヘッダーなどがあります。
どのプロトコルを使用するかによって、様々なプロトコルの組み合わせパターンが異なってきます。
また、これらの抽象的なプロトコルという概念をソフトウェアの集合体で具体的に実現する必要があります。
抽象的なＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックのイメージをソケットがネットワークを通して他のノードと通信ができるプログラムという具現化したものになるように手を貸してくれます。
そこで、このようなソフトウェアの集合体は、プロトコル階層構造に従って、下から積み上げたような構造を成しています。
実際に、西洋の皿を積み上げる器具（スタック）のように、下からこれらのソフトウェアを積み上げていきます。
このようなソフトウェアの構造をプロトコルスタックと呼びます。
一つ一つのお皿にヘッダーが書かれていて、どんどん積み重ねていきます。
一番下は、ＭＡＣヘッダーが書かれたお皿、その上にＩＰヘッダーが書かれたお皿、その上にＴＣＰヘッダーが書かれたお皿、...というように積み上げてく感じになります。
一枚、二枚、三枚、四枚、...T_T
これでは、番町皿屋敷じゃわい。(^_^;
全部積み上がったら、パケットとしてＬＡＮなどのネットワークに投げてしまいます。
プロトコルスタックは、ＯＳや通信の目的によっても内容が変わります。
つまり、貨物列車の荷物の入れ替えのように積み上げるプロトコルに対応するソフトウェアを入れ替える必要があります。
ここまでの説明で、ソケットとプロトコルの関係について少しでもお分かり頂けましたでしょうか。
ソケットは、プロトコルと１対１で対応しているわけではありません。
ソケットと呼ばれる一方の端点を作成する場合は、バークレーソケットでもWinSockでもsocketというＡＰＩ関数を使用します。
その際、この関数の引数で前述のプロトコルスタックのどのレイヤの上に独自のプロトコルを実装するかをプログラム作成者が決めることができます。
例えば、前述のブラウザやＷｅｂサーバーのようにＨＴＴＰというプロトコルを実装したいのなら、上記のＴＣＰ／ＩＰ階層モデルのＴＣＰというトランスポート層のプロトコルの上に実装する必要があります。
socket関数では、この関数の引数で接続指向か非接続指向かを指定したり、もっと下位のプロトコルを指定したりすることができます。
ＴＣＰの場合接続指向を指定します。
接続指向のことをstream（ストリーム）と呼ぶ場合もあり、非接続指向のことをdatagram（データグラム）と呼ぶ場合もあります。
また、下位のプロトコルを指定する場合は、例えばＩＰというネットワーク層のプロトコルの上に独自のプロトコルを実装することもできます。
他には、バークレーソケットの場合、ＴＣＰ／ＩＰ階層モデルのリンク層の上に独自のプロトコルを実装することも可能です。
例えば、ＡＲＰというアドレスの解決に使われるプロトコルがありますが、これを送受信できるプログラムを自分で作成することもできます。
この場合、ＭＡＣヘッダーを記述したフレームにＡＲＰ関連の必要項目に値を設定して送信します。
ただし、WinSockでは、そのバージョンにもよりますが、ＩＰ以上にしか実装できません。
バークレーソケットでもWinSockでもsocket以外に多数のＡＰＩ関数があります。
ＬＡＮで実験できそうないろいろ役立つツールを御自分で作ってみてはいかがでしょうか。
自分のＬＡＮを監視するツールでも作って、インターネットからの不正アクセスがないかどうかを調査したり、ＬＡＮの負荷を測定したり、様々な用途に使えるかもしれません。
こういったプログラムを作ってみるのも楽しいものです。(^_^)

ページトップへ
ネットワークソフトウェアの構造［メニュー］へ戻る
ＬＡＮ技術者の必須知識［メニュー］へ戻る
サイトマップ（ＬＡＮ技術研究室の案内図）
ネットワーク技術用語集へ行く
ＬＡＮ技術研究室のトップページへ

© 2008 Toyozi Masuda All rights reserved.