ITパスポート テクノロジ系 完全解説
テクノロジ系は、ITパスポート試験（iパス）の3分野のひとつで、全体の約35%を占める重要分野です。 コンピュータの仕組み（2進数・CPU・メモリ）から、ネットワーク（TCP/IP・DNS）、セキュリティ（暗号化・認証）、 データベース（SQL・正規化）まで、IT技術の基礎が幅広く問われます。 このページでは頻出テーマを体系的に整理し、例題付きで解説します。
1. 2進数・補数・論理演算
コンピュータは0と1だけで情報を表現します。試験では2進数と10進数の相互変換、2の補数による負の数の表現、 AND・OR・NOT・XORなどの論理演算が頻出です。
2進数と10進数の変換
- 2進数→10進数：各桁を2の累乗で掛けて合計する。例：1011₂ = 8+0+2+1 = 11₁₀
- 10進数→2進数：2で繰り返し割り算し、余りを下から並べる。例：13÷2=6余1、6÷2=3余0、3÷2=1余1、1÷2=0余1 → 1101₂
- 16進数：4桁の2進数を1桁の16進数に対応させる（0〜9、A〜F）。プログラムのアドレス表記などに使われる
2の補数（負の数の表現）
コンピュータでは負の数を「2の補数」で表現します。2の補数は「ビットを反転して1を加える」ことで求めます。 例：8ビットで−1を表すと、1を2の補数変換すると 11111111₂（0xFF）になります。 符号付き8ビット整数の表現範囲は −128〜127 です。
論理演算
| 演算 | 記号 | 結果 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| AND（論理積） | A・B | 両方1のとき1 | マスク処理（特定ビットの抽出）に使う |
| OR（論理和） | A+B | どちらか1のとき1 | ビットのセット（1に変える）に使う |
| NOT（否定） | Ā | 0→1、1→0 | ビット反転 |
| XOR（排他的論理和） | A⊕B | 異なるとき1 | 暗号化・誤り検出に利用 |
2. ハードウェア（CPU・メモリ・ストレージ・RAID）
コンピュータの主要構成要素とその役割・性能指標を理解しましょう。試験では各装置の名称と機能の組み合わせが問われます。
CPU（中央処理装置）
- クロック周波数：CPUが1秒間に処理するサイクル数。GHz（ギガヘルツ）で表す。高いほど高速
- コア数：CPU内の処理ユニット数。マルチコアにより並列処理が可能
- キャッシュメモリ：CPU内部または近傍に置かれる超高速メモリ。L1・L2・L3の階層がある
- MIPS：1秒間に実行できる命令数の単位（Million Instructions Per Second）
メモリの種類
| 種類 | 特徴 | 代表例 |
|---|---|---|
| RAM（主記憶） | 電源OFF で消える揮発性。CPUが直接アクセスする | DDR5 SDRAM |
| ROM | 読み取り専用。電源OFFでも保持する不揮発性 | BIOS/UEFI格納用 |
| キャッシュメモリ | CPU近傍の超高速メモリ。頻繁に使うデータを一時格納 | L1/L2/L3キャッシュ |
| フラッシュメモリ | 電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ | SSD・USBメモリ |
ストレージとRAID
- HDD：磁気ディスク。大容量・低コストだが機械的な衝撃に弱い
- SSD：フラッシュメモリ使用。高速・耐衝撃性高いが単価はHDDより高い
| RAID レベル | 方式 | 特徴 |
|---|---|---|
| RAID 0（ストライピング） | データを複数ディスクに分散書き込み | 高速だが冗長性なし（1台故障で全滅） |
| RAID 1（ミラーリング） | 同じデータを2台に書き込む | 1台故障しても継続可。容量は半分 |
| RAID 5 | パリティ情報を分散配置 | 1台故障まで耐えられる。最低3台必要 |
3. OS・ソフトウェア（仮想記憶・スケジューリング・ファイル管理）
OSはハードウェアとアプリケーションの橋渡し役です。試験では仮想記憶・プロセス管理・ファイルシステムが頻出です。
仮想記憶（バーチャルメモリ）
ハードディスクの一部をメモリとして使用することで、実際の物理メモリより大きなメモリ空間を実現する技術です。 「ページング」方式では、メモリとディスク間でページ（固定長ブロック）単位でデータを入れ替えます。 ページ不在（ページフォルト）が頻発すると「スラッシング」が起きて性能が著しく低下します。
プロセス管理とスケジューリング
- マルチタスク：複数のプロセスを見かけ上同時に実行する仕組み。CPUを短時間ずつ切り替えて割り当てる
- ラウンドロビン：各プロセスに均等な時間を割り当てるスケジューリング方式
- 優先度スケジューリング：優先度の高いプロセスを優先して実行する方式
- デッドロック：複数プロセスが互いに相手の資源の解放を待ち、処理が進まなくなる状態
ファイル管理
- ディレクトリ（フォルダ）：ファイルをツリー構造で管理する入れ物
- 絶対パス：ルートディレクトリから始まるファイルのパス。例：/home/user/file.txt
- 相対パス：現在のディレクトリを基準にしたパス。例：../data/file.txt
- 拡張子：ファイルの種類を示すファイル名末尾の文字列。例：.txt、.jpg、.pdf
4. ネットワーク（TCP/IP・IPアドレス・DNS・HTTP）
インターネットの仕組みはiパス試験の最頻出テーマのひとつです。 TCP/IPの階層モデル、IPアドレスの構造、各プロトコルの役割を正確に覚えましょう。
TCP/IP 階層モデル
| 層 | 名称 | 主なプロトコル |
|---|---|---|
| 第4層 | アプリケーション層 | HTTP・HTTPS・FTP・SMTP・POP3・DNS・DHCP |
| 第3層 | トランスポート層 | TCP（信頼性あり）・UDP（速度優先） |
| 第2層 | インターネット層 | IP・ICMP（pingで使用）・ARP |
| 第1層 | ネットワークインタフェース層 | Ethernet・Wi-Fi |
IPアドレスとサブネット
- IPv4：32ビットの数値を8ビットずつ区切り、10進数で表記。例：192.168.1.1
- IPv6：128ビット。アドレス枯渇問題を解決するため普及が進む
- グローバルIPアドレス：インターネット上で一意のアドレス（プロバイダから割り当て）
- プライベートIPアドレス：組織内LANで使用。例：192.168.x.x、10.x.x.x
- NAT/NAPT（IPマスカレード）：プライベートIPとグローバルIPを変換する技術
- サブネットマスク：IPアドレスのネットワーク部とホスト部を区別するビットマスク
主なプロトコルの役割
| プロトコル | 役割 | ポート番号 |
|---|---|---|
| HTTP | WebページのデータをやりとりするプロトコL | 80 |
| HTTPS | HTTP + TLS/SSL（暗号化） | 443 |
| DNS | ドメイン名をIPアドレスに変換（名前解決） | 53 |
| SMTP | メール送信 | 25（587） |
| POP3 | メール受信（サーバから削除） | 110 |
| IMAP | メール受信（サーバに残す） | 143 |
| DHCP | IPアドレスを自動的に割り当てる | 67/68 |
| FTP | ファイル転送 | 21 |
ネットワーク機器
- ルータ：異なるネットワーク間でパケットを転送。IPアドレスで経路を決定
- スイッチ（L2スイッチ）：MACアドレスでLAN内の転送先を制御
- アクセスポイント：有線LANとWi-Fi（無線LAN）を接続する機器
- ファイアウォール：パケットフィルタリングにより不正な通信を遮断
5. セキュリティ（暗号・認証・マルウェア・不正アクセス）
iパス試験のセキュリティ分野では、暗号化の方式、認証技術、代表的な攻撃手法が頻出です。 用語と概念を正確に対応させましょう。
暗号化の方式
| 方式 | 鍵の特徴 | 代表例 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 共通鍵暗号（対称暗号） | 暗号化と復号で同じ鍵 | AES・DES | 高速だが鍵配送問題がある |
| 公開鍵暗号（非対称暗号） | 公開鍵（暗号化）と秘密鍵（復号）の対 | RSA | 鍵配送問題を解決。共通鍵より低速 |
| ハイブリッド暗号 | 共通鍵を公開鍵暗号で安全に共有 | TLS/SSL | 両方の利点を組み合わせる |
デジタル署名とPKI
- デジタル署名：秘密鍵で署名し、公開鍵で検証する。送信者の本人確認・改ざん検知に使う
- デジタル証明書：公開鍵とその所有者情報をCA（認証局）が保証したもの
- PKI（公開鍵基盤）：デジタル証明書を管理する仕組み全体
- ハッシュ関数：任意長のデータを固定長の値に変換。SHA-256など。改ざん検知に使う
主な認証技術
- 多要素認証（MFA）：知識（パスワード）・所持（スマートフォン）・生体（指紋）のうち2つ以上を組み合わせる
- 二段階認証：2回の認証ステップを行う。多要素認証と類似するが厳密には別概念
- シングルサインオン（SSO）：一度の認証で複数のシステムにアクセスできる仕組み
主なマルウェアと攻撃手法
| 名称 | 説明 |
|---|---|
| ウイルス | 他のファイルに寄生して増殖するプログラム |
| ワーム | 自己増殖してネットワーク経由で拡散するマルウェア。ホストファイル不要 |
| トロイの木馬 | 正常なソフトを装い、裏で悪意ある動作をするプログラム |
| ランサムウェア | ファイルを暗号化し、復号と引き換えに金銭を要求する |
| フィッシング | 本物を装った偽サイト・偽メールでID・パスワードを詐取する |
| SQLインジェクション | 入力フォームに不正なSQL文を埋め込み、DBを不正操作する攻撃 |
| DoS攻撃・DDoS攻撃 | 大量のリクエストを送りサーバをダウンさせる。DDoSは踏み台を多数使用 |
| XSS（クロスサイトスクリプティング） | Webページに悪意あるスクリプトを埋め込む攻撃 |
| ソーシャルエンジニアリング | 技術的手段ではなく、人間の心理を利用して情報を詐取する手法 |
6. データベース（正規化・SQL・ACID）
データベース分野では、リレーショナルデータベース（RDB）の概念・正規化・SQL・ACID特性が頻出です。
リレーショナルデータベースの基本用語
- テーブル（表）：行（レコード）と列（フィールド/属性）で構成されるデータの集合
- 主キー（Primary Key）：レコードを一意に識別する列。NULLは許可されない
- 外部キー（Foreign Key）：他のテーブルの主キーを参照する列。テーブル間の関連を表す
- インデックス（索引）：検索を高速化するためのデータ構造
正規化
データの重複や更新異常を防ぐためにテーブル構造を整理することを「正規化」といいます。
| 正規形 | 条件 |
|---|---|
| 第1正規形（1NF） | 各セルが単一の値を持つ（繰り返しグループを排除） |
| 第2正規形（2NF） | 第1NF + 主キーの一部に依存する部分関数従属を排除 |
| 第3正規形（3NF） | 第2NF + 主キー以外の列への推移的関数従属を排除 |
SQL の基本
- SELECT：データを取り出す。WHERE句で条件を指定、ORDER BY で並び替え
- INSERT：新しいデータを追加する
- UPDATE：既存データを更新する
- DELETE：データを削除する
- JOIN：複数テーブルを結合する。INNER JOIN・LEFT JOIN など
- GROUP BY：列の値でグループ化。COUNT・SUM・AVG などの集計関数と組み合わせる
ACID特性
データベーストランザクション（一連の処理をひとまとまりとして扱う）が守るべき4つの特性です。
| 特性 | 英語 | 説明 |
|---|---|---|
| 原子性 | Atomicity | トランザクションの処理はすべて成功するか、すべて失敗（ロールバック）するか |
| 一貫性 | Consistency | トランザクション前後でデータの整合性が保たれる |
| 独立性（隔離性） | Isolation | 複数のトランザクションが同時実行されても互いに影響しない |
| 永続性 | Durability | コミットされたデータは障害が起きても失われない |
7. 例題で確認
ア. DNS イ. DHCP ウ. HTTP エ. FTP
8. よくある質問
Q. TCPとUDPの違いを簡単に教えてください。
A. TCP（Transmission Control Protocol）は「信頼性重視」で、送達確認・順序制御・再送制御を行います。Webページ（HTTP）やメール（SMTP）など確実な転送が必要な場面で使います。UDP（User Datagram Protocol）は「速度重視」で確認なしに送信します。動画配信・音声通話・DNS（速度優先の場面）などで使われます。試験では「確認応答を行うのはTCP」という点が問われます。
Q. RAID 0・RAID 1・RAID 5の違いが覚えられません。
A. 数字で覚えるより「目的」で理解しましょう。RAID 0（ストライピング）＝「速度向上のみ」冗長性なし。RAID 1（ミラーリング）＝「完全な複製」1台故障しても継続。RAID 5＝「パリティで効率的に冗長化」1台故障まで耐えられ、容量効率も良い。試験では「RAID 1は容量効率が悪い（半分になる）」「RAID 5は最低3台必要」がよく問われます。
Q. SQLインジェクションの対策は何ですか？
A. 最も重要な対策は「プリペアドステートメント（バインド変数）」の使用です。入力値をSQL文の一部として解釈させないようにします。その他、入力値のバリデーション（検証）・エスケープ処理・WAF（Webアプリケーションファイアウォール）の導入なども有効です。試験では「根本的対策はプリペアドステートメント」という点が問われます。