ネットワークアーキテクチャとプロトコル
このドメインで問われること
カプセル化の階層構造と、TCP/IP の各プロトコルが「なぜそのフィールドを持つのか」を、障害時の挙動まで含めて説明できるかが試される。用語の暗記ではなく、MTU・ウィンドウ・アドレス解決の相互作用を理解しているかが見られる。
階層とカプセル化
- OSI 7階層と TCP/IP 4階層の対応を押さえる。L2 フレーム → L3 パケット → L4 セグメントの順にカプセル化される。
- ヘッダ長の目安: Ethernet は 14 バイト（802.1Q タグ付きで 18）、IPv4 は 20〜60、TCP は 20〜60。
- アドレス解決は IPv4 が ARP、IPv6 が NDP（NS/NA/RS/RA）。SLAAC は RA のプレフィックスとインタフェース ID の結合でアドレスを作る。
TCP の挙動
- 3ウェイハンドシェイクで MSS とウィンドウスケールを交換する。MSS は L4 ペイロードの最大長であり、MTU とは階層が違う。IPv4/TCP なら MSS = MTU − 40。
- PMTUD は DF ビットと ICMP（IPv4 は Fragmentation Needed、IPv6 は Packet Too Big）で経路上の最小 MTU を学習する。ICMP を遮断すると PMTU ブラックホールになる。
- 帯域遅延積（BDP）がウィンドウ上限を超えるとスループットが頭打ちになる。
実例（計算で示す）
1Gbps・RTT 40ms の経路では BDP = 1e9 × 0.04 ÷ 8 = 5MB。ウィンドウスケールなしの最大 64KB では 64KB ÷ 0.04s ≒ 1.6MB/s（約 12.8Mbps）しか出ない。だからウィンドウスケーリングが必要、と筋道を立てて説明する。
失点しやすい罠
- IPv6 の中間ルータはフラグメンテーションせず破棄して ICMPv6 を返す。IPv4 はルータでの分割があり得る。
- UDP は再送も順序保証もしない。QUIC は UDP 上で再送と暗号化を実装する。
- ARP はブロードキャスト、NDP はマルチキャスト（要請ノード）であり、L2 ブロードキャストの扱いが異なる。