高校情報I IPアドレスとDNS—宛先を特定してWebへ届くまでの役割を区別する｜武蔵野個別指導塾

名前解決の失敗とWebの応答の失敗を比べ、DNSから得るアドレスとサーバから届くページの違いを整理します。

よくあるのは、ブラウザでページを開く流れを説明するとき、DNSがWebの本文を返すと考える場面です。名前を調べた後にも、目的のサーバへ要求を送り、応答を受け取る段階があります。範囲表と授業ノートを見ながら、それぞれのやり取りで何を求め、何が返るのかを追ってみましょう。

ここで扱うのは、IPアドレスとドメイン名の役割、DNSによる名前解決、Webの要求と応答です。アドレスを細かい網に分割する計算や、特定のアドレス値の暗記には進みません。例に出る名前や記号は、役割を区別するために作った学習用のものです。

問題文のどこに注目するか

定期テストでは、まず用語と役割の対応が問われます。たとえば「名前から通信先のアドレスを調べる仕組み」と「ページの内容を求める通信」を区別する型です。どちらもブラウザから始まるため、返されるものまで同じだと思わないことがポイントです。

次に、複数の通信を順序に並べる型があります。名前を使ってアクセスし、事前に結果を持っていないという条件なら、名前解決の後に得た宛先へWebの要求を送る流れを考えます。問題文が途中の結果を与えている場合は、その結果を使えるところから追います。

もう1つは、表示できなかった状況から、わかることとわからないことを分ける型です。名前解決で応答がない場合と、名前解決の後にWebサーバからエラーが返った場合では、止まった場所が違います。結果だけを見て原因を1つに決めず、記録に書かれた範囲を根拠に答えましょう。

名前と宛先と内容の関係

IPアドレスは、ネットワーク上で通信の宛先などを識別するために使うアドレスです。ドメイン名は、人が名前として扱いやすい文字列です。ドメイン名とIPアドレスは同じ表記ではなく、名前から対応するアドレスを調べることを名前解決といいます。

DNSは、この名前解決を支える仕組みです。利用者側がDNSに名前を問い合わせ、対応するIPアドレスの情報を得られれば、その情報を使って通信先を指定できます。DNSの役割を「ページの本文を運ぶこと」と覚えると、その後の要求と応答が見えなくなります。

図1のように、名前を調べる相手と、ページの内容を要求する相手を分けて考えます。図は役割の整理であり、途中の機器や複数のDNSサーバ間のやり取りを省いたものです。

図1のDNSから戻るのはアドレスの情報で、Webサーバから戻るのは要求への応答です。Webサーバは、ブラウザなどからの要求に応じて、ページのデータやエラーを返します。エラーも応答なので、応答があったことと、希望したページを取得できたことは同じではありません。

名前とアドレスの関係は常に1対1とは限りません。1つの名前に複数のアドレスが対応する場合もありますし、異なる名前が同じアドレスを指す場合もあります。問題に対応表があるときは、その表を前提として読み、名前の数とサーバの数を勝手に等しいとしないようにします。

ブラウザが以前に調べた結果を利用することもあります。そのため、ページを開くたびに必ず新しいDNS問い合わせが発生すると断定はできません。順序問題では、保存済みの結果を使わないという条件があるか、すでにアドレスが与えられているかに注目します。

基本例題：掲示ページへ進む

ある端末のブラウザで、掲示ページのドメイン名「keiji.example」を指定します。この例では名前解決の結果は保存されておらず、DNSはアドレスAを返します。ブラウザはアドレスAのWebサーバにページを要求し、そのサーバはページのデータを返します。DNSへの問い合わせからデータの受信までを、相手と内容を明記して順に答えてください。名前とAは学習用の記号です。

図2のように、何が返るかを矢印に沿って確認します。ここでは問い合わせや通信が途中で失敗しない条件です。

1行ずつ追うと、次の順になります。

1. ブラウザ側からDNSへ、keiji.exampleに対応するアドレスを問い合わせます。
2. DNSからブラウザ側へ、アドレスAの情報が返ります。
3. ブラウザからアドレスAのWebサーバへ、掲示ページを要求します。
4. Webサーバからブラウザへ、要求に対応するページのデータが返ります。

答えを元の条件に戻すと、DNSに尋ねた対象は名前であり、DNSから受け取ったAが次の通信先に使われています。ページのデータは最後にWebサーバから返るので、DNSの返答と混ざりません。図2の上下の往復は、それぞれ別の目的を持つ通信です。

記述で「DNSにアクセスしてページを受け取る」とだけ書くと、名前解決の後の相手が抜けます。代わりに「DNSから得たアドレスを使ってWebサーバに要求する」と書けば、情報の受け渡しが見えます。要求と応答の向きを矢印で書き添えると、自分でも途中を点検しやすくなります。

条件を比べる例題：同じ画面にならない理由

資料ページを開く2台の端末PとQを考えます。両端末とも保存済みの名前解決結果は使わず、名前から調べます。PではDNSがアドレスBを返し、BのWebサーバは要求されたページのデータを返しました。QではDNSへの問い合わせが時間内に応答を受け取れず、ブラウザはアドレスを得られませんでした。この条件で、それぞれについて、名前解決とWebの要求がどこまで進んだか答えてください。Qでは別の方法でアドレスを取得しないものとします。

Pでは、DNSからBを得たので名前解決は成功しています。続いてBに要求を送り、ページのデータを受信しています。答えは「名前解決後にWebの要求とページの受信まで進んだ」です。

Qでは、時間内にDNSの応答を受け取れず、アドレスを得られていません。問題の条件では他の取得方法もないため、その名前に対応するWebサーバへの要求に進めません。答えは「名前解決の段階で止まり、Webの要求には進まない」です。

ただし、時間切れという記録から、DNSにその名前の登録が存在しないとまでは言えません。問い合わせや応答の途中で通信できなかった可能性なども残るからです。逆に、DNSが「その名前に対応する情報がない」と応答した場合は、時間切れとは異なり、問い合わせへの応答を受け取っています。それでも目的のアドレスが得られなければ、提示された手順では次の要求先を決められません。

さらに、名前解決に成功しても、Webサーバが応答しない場合や、要求したページが見つからないと応答する場合があります。前者は応答を受け取れない場合、後者はエラーという応答を受け取る場合です。どちらもページの本文を取得できない点は同じですが、記録から言えることは違います。

誤答を直す：返答の中身に線を引く

先ほどの掲示ページの例で、「DNSがアドレスAとページの本文を返し、Webサーバは使わない」と答えたとします。原因は、名前解決の返答とWebの応答を、どちらも「アクセスした結果」としてまとめてしまったことです。相手を抜いたまま覚えると、図の矢印を逆にたどる誤りも起きます。

図3のように、DNSの返答をアドレスA、Webサーバの返答をページのデータに直します。要求を送る相手も、DNSとWebサーバに分けて書きます。

図3で直した後は、アドレスAを受け取っただけでページが表示されたと判断しません。Aを使って要求を送り、その応答がページのデータだったところまで確認します。もしWebサーバからエラーが返れば、名前解決の成功とページ取得の失敗を両方記述できます。

別の誤答として「画面が表示されないのだからDNSが必ず故障している」という決めつけもあります。原因は、同じ画面上の結果に複数の経路があることを見落とす点です。名前解決の結果、Webへの要求、応答の有無を順に確認し、記録のない部分は推測として区別しましょう。

練習問題

次の問題はそれぞれ独立しています。示した記録以外の結果を推測せず、答えは文章で書いてください。

問1

図書案内のドメイン名を指定した端末は、保存済みの結果を使わずDNSに問い合わせました。DNSはアドレスCを返し、端末はCのWebサーバに案内ページを要求しました。サーバはページのデータを返しました。DNSとWebサーバがそれぞれ返したものと、その順序を答えてください。

問2

展示案内を開こうとした端末は、保存済みの結果を使わずDNSに問い合わせました。DNSは、問い合わせた名前に対応する情報がないと応答しました。別の方法でアドレスを取得しないとき、Webサーバにページを要求できるか答え、理由を述べてください。また、DNSからの応答が時間内に届かなかった場合との違いも述べてください。

問3

催しのページについて、DNSはアドレスDを返しました。端末がDのWebサーバに要求を送ると、サーバはページが見つからないというエラーを返しました。名前解決とページ取得の成否をそれぞれ答え、エラーがどの相手からの応答かを述べてください。

問4

講座のページを開く端末には、その名前に対応する利用可能なアドレスEが保存されていました。端末は保存されたEを使い、Webサーバに要求しましたが、時間内に応答を受け取れませんでした。この記録から、新たなDNS問い合わせが必ず行われたと言えるか、またページのデータを受信できたと言えるかを、それぞれ理由とともに答えてください。

練習の答えとたどり方

問1の答え

先にDNSがアドレスCを返し、続いてCのWebサーバが案内ページのデータを返します。名前からCを得た後、Cを宛先として要求したという条件に戻すと、2つの返答の役割と順序が一致します。DNSが返すのは案内文そのものではありません。

問2の答え

提示された手順ではWebサーバにページを要求できません。DNSの応答から目的のアドレスを得られず、別の取得方法もないため、要求の宛先を決められないからです。情報がないという応答を受け取った点は、時間内に応答が届かなかった場合と異なります。どちらもこの条件ではアドレスを得られないものの、応答の有無を同じにしてはいけません。

問3の答え

名前解決は成功し、目的のページの取得は失敗しています。DNSからDを得ているため、次の要求先を決められました。エラーはDのWebサーバからの応答です。応答を受け取っていても、その内容がページのデータとは限らないことを、この記録に戻して確かめます。

問4の答え

新たなDNS問い合わせが必ず行われたとは言えません。記録では保存されたEを使っているため、少なくともその要求先を決めるために新たな問い合わせが必要だったとは言えないからです。また、時間内にWebサーバから応答を受け取っていないので、その時間内にページのデータを受信できたとも言えません。名前解決の問い合わせの有無と、Webの応答の有無は別々に判断します。

覚えておくこと

• ドメイン名からアドレスの情報を調べるのが名前解決です。
• DNSの返答とWebサーバの応答は、相手も内容も区別します。
• 名前解決の成功後も、Webの要求や応答が失敗する場合があります。
• 保存済みの結果を使う条件と、応答がない条件を読み落とさないようにします。

答えの途中を点検する

用語を覚えていても、通信相手を伏せた説明では、どこで話が入れ替わったか見えません。ノートの図に「誰へ」「何を尋ねる」「何が返る」を書き込み、アドレスとページのデータに別の印を付けてみましょう。名前解決が終わった位置と、Webの応答を受け取った位置を指せるかが、つまずきを見分ける手がかりです。

個別指導で確かめるなら、まず本人に成功時の矢印を説明してもらい、次にDNSの時間切れとWebのエラーを同じ図に書き足します。どこまで進めるか、記録だけでは何を断定できないかを言葉にすると、暗記した用語が通信の流れにつながります。宛先を得る段階と内容を受け取る段階を分ければ、失敗の位置も説明できます。