TCP/IPとは？4階層モデルと通信の仕組みを図解でわかりやすく解説

前の記事では、ネットワーク通信を7つの階層に分けて整理する OSI参照モデルについて学びました。

OSI参照モデルによって、 「L2ではMACアドレス」 「L3ではIPアドレス」 「L4ではTCP・UDP」 というように、ネットワーク技術を役割ごとに整理できます。

しかし、実際のインターネット通信を学習すると、 OSI参照モデルと並んで必ず登場するのが TCP/IP（TCP/IPモデル）です。

名前だけを見ると 「TCPとIPという2つのプロトコルだけの話？」 と思うかもしれませんが、TCP/IPはもっと広い意味で使われます。

この記事では、TCP/IPとは何なのか、 OSI参照モデルとの関係から実際のWeb通信まで、 初学者でも通信全体をイメージできるように整理します。

TCP/IPとは？

TCP/IPとは、 インターネットをはじめとする現在のネットワーク通信で広く利用されている プロトコル群と、その通信体系 を表す言葉です。

TCP/IPという名前は、 代表的なプロトコルである TCP（Transmission Control Protocol）と IP（Internet Protocol） に由来します。

ただし、TCP/IPで使われるプロトコルはTCPとIPだけではありません。

Web通信のHTTPやHTTPS、名前解決で使うDNS、 通信制御を行うTCP・UDP、宛先へデータを届けるIPなど、 複数のプロトコルが協力してネットワーク通信を実現しています。

そもそもプロトコルとは？

TCP/IPを理解するうえで重要なのが プロトコル（Protocol）という言葉です。

プロトコルとは、 コンピューター同士が通信するための決まり・ルール です。

人同士の会話でも、一方が日本語、もう一方がまったく理解できない言語だけを使っていれば、 スムーズに情報をやり取りできません。

ネットワーク通信でも同じように、 通信する機器同士が共通のルールを利用する必要があります。

TCP/IPモデルは4つの階層で通信を整理する

TCP/IPモデルでは、 ネットワーク通信に必要な機能を 4つの階層に分けて考えます。

TCP/IPモデル4階層の役割を詳しく見てみよう

アプリケーション層：ユーザーに近い通信を担当する

アプリケーション層は、 TCP/IPモデルの中で最もユーザーに近い層です。

Webサイトを見る、メールを送る、サーバーへSSH接続する、 ドメイン名からIPアドレスを調べるなど、 アプリケーションが利用するネットワーク機能 を扱います。

トランスポート層：アプリケーション間の通信を制御する

トランスポート層では、 通信する端末・アプリケーション間の データ転送を制御します。

代表的なプロトコルが TCPとUDPです。

ポート番号もトランスポート層で重要

IPアドレスだけでは、 通信先のコンピューターまでは特定できても、 そのコンピューター上の どのサービスへ通信したいのか までは特定できません。

そこでTCPやUDPでは ポート番号を利用して、 通信先のサービスを識別します。

インターネット層：データを宛先まで届ける

インターネット層では、 異なるネットワークを越えてデータを目的地まで届ける 役割を扱います。

ここで中心となるプロトコルが IP（Internet Protocol）です。

IPアドレスによって通信相手を識別し、 ルーターなどが宛先ネットワークへ パケットを転送していきます。

ネットワークインターフェース層：実際のネットワーク上で転送する

TCP/IPモデルの最下層が ネットワークインターフェース層です。

Ethernetなどを利用して、 実際のネットワーク上でデータを転送します。

Ethernetでは、 IPアドレスだけではなく MACアドレス という識別情報も重要になります。

MACアドレスについては、 次々回ではなくこの記事の次のレッスンで詳しく学習します。

OSI参照モデルとTCP/IPモデルの違い

前の記事で学習したOSI参照モデルは7階層でしたが、 TCP/IPモデルでは4階層にまとめられています。

Webサイトを見るときTCP/IPの各層は何をしている？

ここまでの内容を、 Webサイトへアクセスする場合でまとめてみましょう。

重要なのは、 どれか一つのプロトコルだけで通信しているわけではない ということです。

HTTP・TCP・IP・Ethernetなどが、 それぞれ異なる役割を担当しながら協力することで 通信が成立します。

送信するときは各層の情報が順番に付加される

アプリケーションが作成したデータは、 TCP/IPモデルの各階層を下へ進みながら、 通信に必要な情報が付加されます。

このように、 各階層で必要な情報を付加していく処理を カプセル化と呼びます。

受信側では逆に、 下位層から上位層へ情報を確認・取り外しながら アプリケーションへデータを渡していきます。

ここで実際に確認しよう：TCP/IP通信を組み立ててみよう

Webサイトへアクセスするとき、 TCP/IPモデルのどの層で何が使われるのか確認してみましょう。

下の階層をクリックすると、 その階層の役割と代表的な情報が表示されます。

確認問題：TCP/IPの基本を理解できたか確認しよう

最後に3問の確認問題へ挑戦してみましょう。

TCP/IPを理解したら、実際のLAN内通信へ進もう

TCP/IPモデルによって、 Web通信ではHTTP・TCP・IP・Ethernetなどが 階層ごとに役割を分担していることが分かりました。

ここからは、それぞれの階層をさらに詳しく学んでいきます。

まず注目するのが、 TCP/IPモデルの最下層にあたる ネットワークインターフェース層です。

LAN内でEthernet通信を行うとき、 非常に重要になる情報が MACアドレスです。

まとめ

今回は、TCP/IPとTCP/IPモデルの基本について解説しました。