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プロトコルスタックまたはネットワークスタックは、コンピュータネットワークプロトコルスイートまたはプロトコルファミリーの実装です。これらの用語は互換的に使用されることもありますが、厳密に言えば、スイートは通信プロトコルの定義であり、スタックはそれらのソフトウェア実装です。 [ 1 ]
スイート内の個々のプロトコルは、多くの場合、単一の目的を念頭に置いて設計されます。このモジュール化により、設計と評価が簡素化されます。各プロトコルモジュールは通常、他の2つのモジュールと通信するため、プロトコルスタックのレイヤーとして一般的に考えられます。最下位のプロトコルは常に通信ハードウェアとの低レベルのやり取りを扱います。上位レイヤーごとに機能が追加されます。ユーザーアプリケーションは通常、最上位レイヤーのみを扱います。[ 2 ]
T ~ ~ ~ T [A] [B]_____[C]
3台のコンピュータA、B、Cを想像してみてください。AとBはどちらも無線機器を備えており、適切なネットワークプロトコル（ IEEE 802.11など）を使用して電波を介して通信できます。BとCはケーブルで接続されており、データ交換にケーブルを使用しています（ここでも、例えばポイントツーポイントプロトコルなどのプロトコルを使用します）。しかし、これらの2つのプロトコルはどちらもAからCへ情報を転送することはできません。なぜなら、これらのコンピュータは概念的に異なるネットワーク上にあるからです。両者を接続するには、ネットワーク間プロトコルが必要です。
2つのプロトコルを組み合わせて、有線と無線伝送の両方を網羅する強力な第3のプロトコルを形成することも可能だが、その場合、考えられるプロトコルの組み合わせごとに異なるスーパープロトコルが必要となる。基本プロトコルはそのままにしておき、それらの上に構築できるプロトコルを設計する方が簡単である（インターネットプロトコルはその一例である）。こうすることで、2つのプロトコルからなる2つのスタックが形成される。ネットワーク間プロトコルは、それぞれの基本プロトコルとより単純な言語で通信するが、基本プロトコル同士は直接通信しない。
コンピュータAからCへデータ チャンクを送信するよう要求すると、上位プロトコルがこれを受け取ります。上位プロトコルは (何らかの方法で) C がBを経由して到達可能であることを認識します。そのため、無線プロトコルにデータ パケットをBに送信するよう指示します。このコンピュータでは、下位レイヤーのハンドラがパケットをインターネットワーク プロトコルに渡します。インターネットワーク プロトコルは、Bが最終宛先ではないことを認識すると、再び下位レベルの関数を呼び出します。今度は、ケーブル プロトコルを使用してデータをCに送信します。そこで、受信したパケットは再び上位プロトコルに渡され、上位プロトコルは ( Cが宛先であるため) それをC上の上位プロトコルまたはアプリケーションに渡します。
実際の実装では、プロトコルスタックはメディア、トランスポート、アプリケーションの 3 つの主要なセクションに分けられることがよくあります。特定のオペレーティングシステムまたはプラットフォームには、メディア層とトランスポート層の間、およびトランスポート層とアプリケーションの間の 2 つの明確に定義されたソフトウェア インターフェイスがあります。メディアからトランスポートへのインターフェイスは、トランスポート プロトコル ソフトウェアが特定のメディアとハードウェア タイプをどのように使用するかを定義し、デバイス ドライバに関連付けられています。たとえば、このインターフェイス レベルでは、TCP/IPトランスポート ソフトウェアがネットワーク インターフェイス コントローラとどのように通信するかを定義します。これらのインターフェイスの例としては、Microsoft WindowsおよびDOS環境のODIとNDISがあります。アプリケーションからトランスポートへのインターフェイスは、アプリケーション プログラムがトランスポート層をどのように使用するかを定義します。たとえば、このインターフェイス レベルでは、Web ブラウザープログラムが TCP/IP トランスポート ソフトウェアとどのように通信するかを定義します。これらのインターフェイスの例としては、Unix ライクな環境のBerkeley ソケットと System V STREAMS、およびMicrosoft Windows のWinsock があります。
共通プロトコルスタックに基づく相互運用性の多くのコミュニティの重要な特徴は、デビッド・クラーク[ 3 ]によって造語されたスパニングレイヤーです。
特定のプロトコルは、下位レイヤーにおける相違点を解消することを目的として設計されており、下位レイヤーでは共通の合意は必要ありません。代わりに、このレイヤーは、下位で使用されるさまざまなサービスやテクノロジー間で変換を可能にする定義を提供します。したがって、やや抽象的に言えば、このようなレイヤーの上層部では共通標準が相互運用性に貢献し、下位レイヤーでは変換が使用されます。本稿では、このようなレイヤーをスパニングレイヤーと呼びます。実際には、真の相互運用性は、効果的なスパニングレイヤーの定義と使用によって実現されます。しかし、スパニングレイヤーの構築方法は多岐にわたります。
インターネットプロトコルスタックにおいて、インターネットプロトコルスイートは、レイヤ3におけるデータグラムのグローバルルーティングのためのベストエフォート型サービスを定義する、スパニングレイヤを構成します。インターネットは、このスパニングレイヤに基づいた相互運用コミュニティです。
[プロトコルスタックとは]連携して動作するネットワークプロトコル層の集合です。7つのプロトコル層を定義するOSI参照モデルはスタックと呼ばれることが多く、インターネット上の通信を定義するTCP/IPプロトコルの集合も同様です。
層は OSI モデルの最上位層であり、データベース アクセス、電子メール、ファイル転送など、ユーザー アプリケーションを直接サポートするサービスを提供します。
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