インターネットやイントラネットなどのネットワーク通信において、最も一般的なプロトコルがTCP/IPです。
TCP/IPは、ネットワーク上でデータが目的地まで正確に到達するために欠かせない存在です。
ネットワークモデルの一種であるOSI参照モデルと同様に、TCP/IPも階層構造によって整理されています。
今回は、ネットワークを学習するための基礎の一つであるTCP/IPについて解説します。
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目次
TCP/IPとは
ネットワークを学ぶ上で必要不可欠なTCP/IPとは、どのようなものでしょうか。
TCP/IPとはどのようなもの？
TCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）は、インターネットやイントラネットなど現在のコンピューターネットワークで最も幅広く利用されているプロトコルです。
以下のような特徴があります。
- 規格がオープンで誰でも無償で利用できる。
- データをひとまとめにして送る「パケット」という仕組みを採用している。
- 複雑な処理を端末で行い、ネットワークはシンプルに保つエンドツーエンド方式である。
- 非常にシンプルな仕組みとなっている。
従来、ネットワーク上の通信の仕組みは、NetBIOS/NetBEUI、 AppleTalkなど各社によってさまざまでした。
TCP/IPは上記のような強みを持ち、現在はデータを送信するためのプロトコルにおける主流となっています。
TCP/IP階層モデルと通信
TCP/IPは、4層の階層構造から成り立っています。
ここでは、階層モデルと通信の仕組みについて解説します。
TCP/IPの階層モデル
ネットワークについて学習された方の中には、ネットワークの階層モデルとしてOSI参照モデルをイメージする方も多いでしょう。
TCP/IPは、OSI参照モデルに比べて古い規格ですが、同じように階層構造からなっています。
OSI参照モデルについては、こちらの記事で詳しく解説しています。
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TCP/IPの階層構造は、以下のような4階層から構成されています。
また、それぞれの階層で扱うプロトコルが決まっています。
| 階層 | モデル名称 | 関わるプログラム | プロトコル | |
|---|---|---|---|---|
| 4 | アプリケーション層 | アプリケーション | HTTPS,SMTP,POP3など | |
| 3 | トランスポート層 | OS | TCP, UDP | |
| 2 | インターネット層 | IP | ||
| 1 | ネットワークインターフェース層 | ドライバー | イーサネット, PPPなど |
アプリケーション層（階層4）
アプリケーション層とは、通信によってやりとりされるデータを、画像や文字など人間が認識できる形に変換するものです。
主に、メールやWebなどの各種アプリケーションに関係するSMTPやHTTPSなどのプロトコルが使われます。
アプリケーション層に関係するプログラムは、アプリケーションです。
トランスポート層（階層3）
トランスポート層では、データが宛先まで正しく送信されるように、異なるプログラム同士のデータのやり取りを行います。
ここで使われるのがTCP(Transmission Control Protocol / 双方向通信プロトコル)とUDP（User Datagram Protocol / コネクションレス型通信）です。
TCPは、データを送信するたびに通信するコンピュータ同士で送受信の確認が行われるため、通信の信頼性が高いプロトコルです。
Webやメール、ファイル共有など、信頼性を必要とするデータで使用されます。
UDPは、送信のたびにコンピュータ同士での送受信の確認を行わず、速くデータを送信することに特化したプロトコルです。
IP電話などデータの信頼性よりも即時性を重視する場合に使用されます。
トランスポート層に関係するプログラムは、OSです。
インターネット層（階層2）
インターネット層では、ネットワーク機器を活用した機器間の接続の確立を行っています。
ここで利用されるのがIP（Internet Protocol）です。
IPは、トランスポート層から送られたデータに「IPヘッダ」を付け加えて、データをひとまとめにして送るための「パケット」を作ります。
パケットに加工されたデータは、ネットワークを経由して世界中に届けられます。
IPが通信相手のコンピュータを識別するために使用しているのが「IPアドレス」です。
IPアドレスについては、こちらの記事で詳しく解説しています。
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インターネット層もトランスポート層と同様に、OSが関係します。
ネットワークインターフェース層（階層1）
ネットワークインターフェース層では、物理的な接続を行うことで、ネットワークにおけるリンクの確立が行われています。
トランスポート層に関係するプログラムは、デバイスドライバです。
ネットワークインターフェース層に分類されるイーサネットについては、こちらの記事で詳しく解説しています。
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TCP/IP通信の仕組み
TCP/IPにおける通信の流れは、以下のようになっています。
- 送信側でデータがカプセル化され、IPヘッダ等をつけて送信データが作られる。
- 送信
- さまざまなネットワーク機器上でヘッダー情報をもとに転送
- データ受信後、階層を下からたどって処理を行う
TCP/IPとOSI参照モデルとの違い
TCP/IPと同じように階層構造を持つネットワークモデルであるOSI参照モデル。
同じネットワークモデルである両者にはどのような違いがあるのでしょうか。
TCP/IPとOSI参照モデルは何が違う？
まず両者の階層構造を図で比較すると以下のようになります。
| OSI参照モデル | TCP/IP | プロトコル | ||
|---|---|---|---|---|
| 階層 | モデル名称 | 階層 | モデル名称 | |
| 7 | アプリケーション層 | 4層 | アプリケーション層 | HTTPS,SMTP,POP3など |
| 6 | プレゼンテーション層 | |||
| 5 | セッション層 | |||
| 4 | トランスポート層 | 3層 | トランスポート層 | TCP, UDP |
| 3 | ネットワーク層 | 2層 | インターネット層 | IP |
| 2 | データリンク層 | 1層 | ネットワークインターフェース層 | イーサネット, PPPなど |
| 1 | 物理層 | |||
これを踏まえて、両者の違いを考えると以下であると言えるでしょう。
TCP/IP
TCP/IPは、通信プロトコルの区分に基づいた4つの階層構造を取っています。
プロトコル群で区分けされています。
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ネットワークシステムの概念に基づく分け方で7階層からなっています。
機器同士の物理的な接続から、アプリケーション間のデータのやり取りまで網羅されています。
まとめ
現在のコンピューターネットワークで最も幅広く利用されているTCP/IPは、ネットワークを学ぶ上で不可欠であると言えます。
今回解説したようにTCP/IPは、プロトコル別のグループとして以下の4つの階層構造に分けられます。
- ネットワークインターフェース層：Ethernet、PPPなど
- インターネット層：IP
- トランスポート層：TCP、UDP
- アプリケーション層：HTTPS, SMTP
実際の通信では、今回解説したようにこれらの階層を適切に使用しながら宛先に正しくデータを送り、利用者が使えるように変換を行っています。
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