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主なネットワーク層（インターネット層）のプロトコル
IP（Internet Protocol）
IP（インターネットプロトコル）とは、インターネット上で通信するためには欠かせないプロトコルのことで、具体的には「IPアドレス」を使い、パケットがネットワークを経由して正しい宛先に到達できるようにします。
インターネットを通過するデータは、パケットと呼ばれる小さな断片に分割されます。IPの情報は各パケットに付加され、その情報からルータは適切な場所にパケットを転送します。
IPアドレスとは、インターネット上の住所のことで、インターネットに接続するすべてのコンピュータには、IPアドレスが割り当てられています。
私たちが住む住宅には、住所が割り当てられており、その情報を使って宅配物を届けています。
インターネット上の通信も同じで、IPで定義されているIPアドレスを使い、遠く離れた場所にあるコンピュータとの通信を可能にしています。
ICMP（Internet Control Message Protocol）
ICMP（インターネット制御通知プロトコル）とは、TCP/IPの主要プロトコルである「IP」を補助する役割のプロトコルで、具体的には「IP」を使った通信において、発生した各種エラー情報の検知などをおこないます。
IPは、コネクションレス型（一方的に送る）のプロトコルです。そのため、IPパケットの転送に失敗しても、その失敗を検知できません。
ICMPはIPをフォローする役割を持っており、通信エラーが発生した場合は、その場所からパケットの送信元に対してICMPによってエラー情報が通知されます。その結果、パケットの送信元はエラーを検知できます。
IPsec（Security Architecture for Internet Protocol）
IPsec（アイピーセック）は、IPパケット単位で安全な暗号通信をおこなうプロトコルです。
IPレベルの通信を暗号化するため、上位層が暗号化に対応していない場合でも、安全な通信を提供します。
次の図は、IPsecのイメージ例です。
IPsec対応ルータなどの間にSA（Security Association）という単方向コネクションを確立することで、セキュア（安全）な通信を確立します。
SAは、単方向であるため、双方向通信をおこなう場合には、送信用と受信用の2つのSAを確立する必要があります。
ARP（Address Resolution Protocol）/RARP（Reverse Address Resolution Protocol）
APR（アドレス解決プロトコル）は、IPアドレスからMACアドレスを取得するためのプロトコル、RARP（逆アドレス解決プロトコル）はARPとは逆で、MACアドレスからIPアドレスを取得するためのプロトコルです。
インターネット上で通信するためには、インターネット上の住所である「IPアドレス」と、コンピュータの識別番号である「MACアドレス」が必要です。
ルータはIPアドレスで目的のコンピュータがいるネットワークへとパケットを転送します。それに対してMACアドレスは、隣接するコンピュータ間の通信を可能にしています。
ARPはIPアドレスからMACアドレスを取得するとき、RARPは逆でMACアドレスからIPアドレスを取得するときに使用します。
※本記事では、L3（ネットワーク層）で定義していますが、ARPとRARPはデータリンク層とネットワーク層の橋渡しをおこなっているプロトコルのため、文献によってはL2（データリンク層）やL2.5で定義されています。