カテゴリー: インターネット技術

今や、パソコンだけでなく、スマートフォンやタブレットもインターネットにつながっています。でもインターネットは、組織が自前のLANを構築して繋げているだけなので、インターネット全体を管理している組織は存在しません。

管理している組織はありませんが、ガイドラインはあります。また相手があることですので、手順やルールが決められています。

このページではインターネットを代表する通信手順であるTCP/IPについてわかりやすく説明します。TCP/IPが理解できると、インターネットの概要は理解できます。

TCP/IPは何ができるのか？

TCP/IPはTCPとIPの組み合わせです。インターネットを構成するプロトコルの中でも、TCPとIPは一番重要なプロトコルです。さらにUDPというプロトコルもあります。UDPについては後述します。

TCPとIPを使うことで、通信したパソコンやスマートフォンやタブレットはIPアドレスとTCPのポート番号を指定することで通信することができます。例えば、Webサイトを見ようとして、Google ChromeなどのブラウザにURLを入力してWebサイトを開くと思います。

具体的にはこのサイトのトップページを見ようとして、https://singomemo.com/のURLをブラウザのアドレスバーに入力する状況を想像してみてください。

ブラウザはWebサーバからWebサイトのコンテンツを受け取ると下のように表示します。

パソコンやスマートフォンの機械が処理するのであっと言う間ですが、実際には次の順番で処理します。

2でTCPとIPのプロトコルを使います。このようにTCPとIPを使うとネットワークに繋がっているWebやDNS、YouTubeなどのサービスを提供するサーバと接続して情報を送ったり受けたりできます。

IPとは何か

インターネットに接続してデータを送受信する時に、IPというプロトコルを共通で使います。IPで決められている送受信先はパソコンやスマートフォンのネットワーク接続のためのインターフェース（ネットワークインターフェースカード略して「NIC」と呼びます）までです。

NICまで到達したデータはパソコンやスマートフォンに取り込まれ情報としてデータを処理します。データの処理というと難しいですが、Webサイトを表示したり、音声としてスピーカから鳴らしたり、ネットワークを通して受け取ったデータを出力することです。

TCPとは何か

IPが、インターネットで使うIPアドレスとIPアドレスの間で、データ送受信を行います。ただし、データの送受信時の紛失など、受信側がデータを正しく受信できるかは保証していません。なぜデータ送受信時の紛失を保証しないかというと、TCP/IP登場時のコンピュータの処理能力では、通信速度を出せなかったためです。またIPはすべてのネットワークに同じ通信手順を提供する役割だけ持つことにしてデータの送達保証は上位層にゆだねることにしました。

例えば、ファイルコピーなどデータを送信する時にデータの欠損があると受信側は送信元のデータを正しく扱えません。このような時はTCPが送達を担保する仕組みを提供します。逆に送達を担保する必要が無い場合もあります。

送達を保証しない方が良い場合は、例えば電話通信やストリーミングなど、データ送受信の保証ではなく、リアルタイムにデータを送達できることの方が大事な場合があります。こちらはUDPが担当します。

さらに、TCPやUDPはIPの上位層に位置しています。さらに上位にはアプリケーションがあり、アプリケーションのマルチタスクの通信手順を提供します。IPが送信元と送信先への通信の手順を提供するだけでした。

TCPとIPを組み合わせて何ができるのか

TCPとIPを組み合わせると、IP通信のデータ送受信し、TCPでデータの損失を再送により保証しつつ、複数の通信制御を行います。下の図にWeb閲覧とメール受信の通信イメージを記します。

サーバ側について、WebサーバはTCPの80番ポートでWebサイトの情報を提供します。メール受信サーバはTCPの110番ポートでPOP3プロトコルで受信したメールを提供します。

もう少しTCPとIPの役割を、実際の通信のイメージをプロトコルスタック(階層構造)を使って説明します。

答えは時代の流れにあります。複雑になりすぎるからです。一社が一つの製品で作ると時間もかかるし、変更にも時間がかかる。世界を一つに統一するのが難しいのは、国が分かれていることからもわかります。ソフトウェアで言うとオブジェクト指向も同じ考えた方で、「分業して作りましょう。ただデータの受け渡しは決めておきますね。」ということになります。

インターネットを支えるプロトコル

ここからはTCP/IP以外のプロトコルを簡単に紹介します。

アプリケーション層

アプリケーションは具体的にはGoogle Chromeなどのブラウザが使うHTTPやHTTPSというプロトコル、メール送受信で使うSMTPやPOP3、IMAPというプロトコルがまとめています。下の層の何を使うかも併せて下の表にまとめます。

アプリケーション名	主に使うアプリケーションプロトコル	使う下層のプロトコル
ブラウザ(Chrome等)	HTTP, HTTPS,	TCP
メール(Outlook等)	SMTP, POP3, IMAP	TCP
IP電話	SIP(制御用), RTP（通話用）	TCP(制御用), UDP(通話用)
名前解決	DNS	TCP, UDP

LINEも説明したかったのですが、高機能なためわかりにくくなります。ここでは比較的わかりやすいWebブラウザ、メールソフト、IP電話について説明しました。

DNSについてはDNSとは何か？をご覧ください。

ネットワークインターフェース層

ネットワークインターフェースで、一番身近になったのは無線です。スマートフォンが出始めてから急速に普及しました。無線と言っても、3G、4G、無線LANを総称しています。

次に有線LANをご存じではないでしょうか。一般的なものは下の図のようなUTPケーブルです。よく見ると8本の導線が一列に並んでいます。最長でも100mまでしかデータを送れません。

ひと昔前であれば電話線もADSLとしてインターネットに使われていました。

他にはあまり見かけないと思いますが光ケーブルも使います。

まとめ

TCP/IPは聞いたことがあってもあまり知らないことが多いのではないでしょうか。インターネットを使う分にはそれほど知っているべき知識でもないですし、インフラ技術者が主に知っておくべき知識としてまとめました。

これからIT技術を理解したい人にとっても入り口になれば幸いです。