サイバーセキュリティ　-ネットワーク基礎-

# ネットワークの基礎とサイバーセキュリティへの応用

サイバーセキュリティを学ぶ上で避けて通れないのが「ネットワーク」の理解です。
なぜなら、すべての攻撃や防御はネットワーク（通信）の上で成り立っているからです。
この記事では、ネットワークの基本構造から始めて、サイバーセキュリティに直結する概念（IPアドレス、OSIモデル、パケット、ファイアウォールなど）を順を追って解説します。

## 1. ネットワークとは？
ネットワークとは、複数のデバイス（PC、スマートフォン、サーバーなど）が相互に通信し、情報をやり取りできる仕組みです。

### なぜ必要なのか？
- メールの送受信、Webサイトの閲覧、クラウド利用など、すべてはネットワーク通信に依存しています
- サイバー攻撃の大半はネットワーク経由で行われます（例：マルウェアのダウンロード、DoS攻撃）

### よく使われるネットワーク構成
- スター型: すべてのデバイスが中央のスイッチに接続されている
- バス型: 単一のケーブルに全デバイスが接続
- リング型: ループ状に接続

## 2. スイッチとルーターの違い
<table>
  <thead>
    <tr>
      <th>機器</th> <th>役割</th>
    </tr>
  </thead>
  <tr>
    <td> スイッチ </td> <td>LAN内のデバイス同士をMACアドレスで接続・通信</td>
  </tr>
  <tr>
    <td> ルーター </td> <td>異なるネットワーク間をIPアドレスでつなぎ、経路選択</td>
  </tr>
</table>
これらを理解することで、ネットワーク構成や侵入経路の設計・分析が可能になります。

### 3. IPアドレスとMACアドレス

### IPアドレス
- インターネットやLAN上でデバイスを識別する番号
- プライベートIP：家庭や社内LANで使用
- パブリックIP：インターネット上で一意に識別

### MACアドレス
- 各ネットワークカードに割り当てられた物理アドレス
- IPが「住所」なら、MACは「名前札」のようなもの

### なぜ重要？
- 攻撃者はMACアドレスを偽装（スプーフィング）して不正アクセスを試みる
- 防御側はIPとMACの整合性を見て異常を検出する

## 4. OSI参照モデル（7階層）
OSIモデルは、通信を「何を・どこで処理するか」によって7つの階層に分けたものです。

<table>
  <thead>
    <tr>
      <th>層</th> <th>名称</th><th>主な役割</th>
    </tr>
  </thead>
  <tr>
    <td> 7 </td> <td>アプリケーション層</td><td>ブラウザやメールなど、ユーザーと通信をつなぐ</td>
  </tr>
  <tr>
    <td> 6 </td> <td>プレゼンテーション層</td><td>暗号化や圧縮など、データの整形</td>
  </tr>
    <tr>
    <td>5 </td> <td>セッション層</td><td>通信の開始・維持・終了の制御</td>
  </tr>
    <tr>
    <td> 4 </td> <td>トランスポート層</td><td>TCP/UDPによるデータの信頼性確保</td>
  </tr>
    <tr>
    <td> 3 </td> <td>ネットワーク層</td><td>IPアドレスで経路選択</td>
  </tr>
    <tr>
    <td> 2 </td> <td>データリンク層</td><td>MACアドレスで通信</td>
  </tr>
    <tr>
    <td> 1 </td> <td>物理層</td><td>ケーブルや電気信号など物理的な伝送</td>
  </tr>
</table>

#### なぜ順番に理解すべきか？
OSIモデルでは、送信時には上から下へ、受信時には下から上へ通信が処理されます。つまり、ユーザーが操作するアプリケーション層からデータが下層へ渡され、物理層を通じて送信されます。受信側では、物理層から上位層へとデータが順に処理されていきます。

このように各階層の役割を理解することで、「どこで攻撃が行われるのか」「どこで防御を行うべきか」が明確になります。

## 5. パケットとフレーム

通信の単位を理解することで、パケットキャプチャ（通信内容の監視・解析）などの技術が理解しやすくなります。
- パケット：ネットワーク層で扱う。IP情報を含む
- フレーム：データリンク層で扱う。MACアドレス情報を含む
- カプセル化：上位のデータに必要な制御情報を「包む」ことで下位層へ引き渡す

## 6. TCPとUDP

<table>
  <thead>
    <tr>
      <th>プロトコル</th> <th>特徴</th><th>使われる場面</th>
    </tr>
  </thead>
  <tr>
    <td> TCP </td> <td>信頼性重視、3ウェイハンドシェイクあり</td><td>Web、メール、FTPなど</td>
  </tr>
  <tr>
    <td> UDP </td> <td>軽量・高速、信頼性なし</td><td>動画、VoIP、DNSなど</td>
  </tr>
</table>

セキュリティの観点では、TCPは攻撃対象のポートが見つかりやすく、UDPは検知されにくいが改ざんにも弱いなどの違いがある。

## 7. ポート番号とサービス
ポート番号で「どのサービスか」が判別される
#### よく使われる例：
- 80 (HTTP)
- 443 (HTTPS)
- 22 (SSH)
- 21 (FTP)

攻撃者は特定ポートを狙ってスキャンするため、防御側は使用していないポートを閉じるのが鉄則。

### 8. ファイアウォール・ポートフォワーディング・VPN
#### ファイアウォール
- トラフィックを「許可・拒否」するネットワークの門番
- Stateless（単体パケットを評価）とStateful（通信の状態を見て判断）がある

#### ポートフォワーディング
- 外部からの接続を内部ネットワークの特定デバイスへ誘導
- 自宅サーバーなどを公開する場合に使用

#### VPN（仮想プライベートネットワーク）
- 離れた場所のネットワークを、暗号化された「仮想LAN」として接続
- 公共Wi-Fi利用時などに安全性を高める手段として有効

## まとめ：なぜこれがサイバーセキュリティに重要か？

ネットワークの仕組みを知らずして、攻撃の仕組みも防御の考え方も理解できません。以下の理由から、上記の順番で理解を進めることが重要です：

1. 基礎構造（ネットワーク、スイッチ/ルーター）を理解することで、通信の土台が見える
2. **アドレスの役割（IP、MAC）**を知ることで、なりすましや偽装を理解できる
3. OSIモデルを通じて各階層の役割を分解すれば、どこで攻撃が起きるかが見える
4. **パケットの構造やプロトコルの違い（TCP/UDP）**を理解すれば、通信解析や防御がしやすくなる
5. ポートとサービスの関係がわかれば、リスクのある開放ポートを見極められる
6. ファイアウォールやVPNといった防御手段を効果的に使えるようになる

こうした知識を積み上げることが、セキュリティ技術者・ホワイトハッカーの第一歩となります。