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TCP / IPとは？階層構造を説明 / TCPとUDPの違い
TCP / IPとは？
TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) は、コンピューターやネットワーク機器が互いに通信するためのルールのセットです。インターネットや企業内ネットワークなど、さまざまなネットワークで使用されています。TCP / IPは、データを送るための標準的な手順を提供します。
TCP / IPは、2つの主要なプロトコルから成り立っています。1つは「TCP」、もう1つは「IP」です。
TCP (Transmission Control Protocol)
TCPは、データを確実に送るためのルールです。主に次のことを行います。
- データを小さなパケットに分けて送ります。
- 受け取ったパケットを正しい順番に並べ替えます。
- 送信中にエラーが発生した場合、再送信します。
これにより、データが正確に、順序通りに届くことが保証されます。
IP (Internet Protocol)
IPは、ネットワーク内でデータを送るための道を決めるルールです。主に次のことを行います。
- ネットワーク内の各デバイスに一意な番号（IPアドレス）を付け、データがどこに送られるかを決定します。
- 送信されたデータを目的のデバイスへと転送します。
IPは、データをどこに送るかを決めますが、データが正しく届くかどうかはTCPが担当します。
まとめ
TCP / IPは、異なる機器やソフトウェアが通信できるようにするための共通のルールを提供します。このプロトコルはインターネットの基盤でもあり、さまざまなアプリケーションやサービスがこのルールに基づいて動作しています。
TCP / IPの4つの階層 (レイヤー)
TCP/IPは、ネットワーク通信のためのルール (プロトコル) のセットで、通信を効率的かつ信頼性を持って行うために、異なる役割を持つ4つの層 (レイヤー) に分かれています。これにより、各層で特定の作業を行い、他の層のことを意識せずに通信ができます。
4つのレイヤー
- アプリケーション層 (Application Layer)
- これは、ユーザーが使うアプリケーションとネットワークをつなぐ役割を担っています。
- 例えば、ウェブサイトを見るための「HTTP」や、ファイルを送るための「FTP」、メールを送るための「SMTP」などのプロトコルがここに含まれます。
- トランスポート層 (Transport Layer)
- この層は、2台のコンピュータ (エンドツーエンド) の間で通信を確立し、維持します。
- 「TCP」と「UDP」が代表的なプロトコルです。TCPは信頼性が高く、データの順番や正確さを保証しますが、UDPは高速ですが信頼性が低いです。
- インターネット層 (Internet Layer)
- この層は、ネットワーク上でデータを転送する役割を果たします。主に、データが正しい場所に届くように「ルーティング」を行います。
- 「IP (インターネットプロトコル) 」がここに含まれ、ネットワーク上でデバイスを一意に識別するための「IPアドレス」が使用されます。
- ネットワークインターフェース層 (Network Interface Layer)
- これは、実際の物理的なネットワークでデータを送ったり受け取ったりするためのルールを定めています。
- この層では、EthernetやWi-Fiなど、ネットワークのハードウェア技術が関わります。
まとめ
TCP / IPは、異なるコンピュータやネットワーク技術が効率的に連携できるように、これらの4つの層に分けて通信を行います。それぞれの層が特定の役割を果たすことで、ネットワーク上でデータがスムーズかつ正確に送受信されます。
アプリケーション層の機能について
アプリケーション層は、TCP / IPモデルの中で一番上にあり、ユーザーがインターネットやネットワークを使うための橋渡しをします。この層では、実際に使うアプリケーションやサービスが動作し、それらを使ってデータを送受信するためのルール (プロトコル) が決まっています。
主な機能
- 通信の提供
アプリケーション層は、異なるネットワークデバイス間で通信をできるようにします。これにより、例えばウェブサイトを閲覧したり、リモートサーバーとデータのやり取りをしたりできます。
- データ転送の管理
ファイルを送ったり受け取ったり、電子メールを送受信したり、ウェブページを表示したりするためのデータ転送を管理します。具体的なプロトコルには、ファイル転送の「FTP」や、メールの送信に使う「SMTP」、ウェブページの表示に使う「HTTP」などがあります。
- リモートアクセス
遠くにあるコンピューターやシステムを操作したり管理したりするためのプロトコルがここに含まれます。例として「Telnet」や「SSH (Secure Shell)」があります。
- ウェブ通信
ウェブブラウジングやウェブアプリケーションの通信に必要なプロトコルもこの層にあります。ウェブサイトを表示するための「HTTP」や、セキュリティを強化した「HTTPS」が該当します。
- ドメイン名の解決
「www.example.com」のようなドメイン名を、ネットワーク上で通信に使うIPアドレス (例えば「192.168.0.1」) に変換するための機能もアプリケーション層で行います。これは「DNS」というシステムが担当しています。
- 電子メッセージング
ユーザー間で電子メールやメッセージをやり取りするためのプロトコルもアプリケーション層に含まれます。例えば、メールの送信に使われる「SMTP」や、メールの受信に使う「POP3」や「IMAP」などがあります。
まとめ
アプリケーション層は、ネットワークを通じてユーザーがさまざまなことをできるようにするためのルールを提供します。これにより、インターネット上でウェブページを見たり、メールを送ったり、リモートでコンピューターを操作したりといった多くの活動が可能になります。
TCPとUDP
TCP (Transmission Control Protocol)とUDP (User Datagram Protocol)は、トランスポート層で動作する2つの主要なプロトコルです。これらは、コンピューターネットワーク上でのデータ転送を担当し、異なる特性を持っています。
TCP (Transmission Control Protocol)
コネクション指向プロトコルとは、通信を始める前に「コネクション (接続) 」を確立し、その接続を通じてデータをやり取りする仕組みです。TCPは、まさにこのコネクション指向のプロトコルです。
ここでは、TCPがどのように動作するのかをわかりやすく説明します。
信頼性のあるデータ転送
TCPは、データが相手に確実に届くように工夫しています。もし途中でデータが失われたり、順番が狂ったりした場合、TCPはそのデータを再送して、受け取る順番も正しくなるようにします。これにより、データが間違いなく順番通りに届くことが保証されます。
ストリーム指向
TCPでは、データは「ストリーム」として扱われます。つまり、データの塊に境界はなく、連続したデータの流れのように扱います。これにより、アプリケーションはデータを続けて送信することができ、効率的な通信が可能になります。
遅延があるが信頼性が重要なアプリケーションに適している
TCPは信頼性が高い分、通信に少し時間がかかる (遅延が発生する) ことがあります。そのため、特にウェブブラウジングやファイル転送、電子メールなど、データが確実に届くことが重要な場面で使われます。
信頼性が求められるけれど、多少の遅延は許容される場面に向いているプロトコルです。
UDP (User Datagram Protocol)
コネクションレスプロトコルとは、データを送る前に接続を確立することなく、すぐにデータを送信する仕組みです。UDP (User Datagram Protocol) は、このコネクションレスプロトコルの代表的な例です。
ここでは、UDPがどのように動作するかをわかりやすく説明します。
信頼性が低いが高速
UDPでは、送ったデータが必ず相手に届く保証はありません。もしデータが途中で失われたり、順番が入れ替わったりしても、再送や順序の修正は行われません。その分、無駄な処理が少なく、データの送信が非常に速く行えます。信頼性よりも速さが求められる場合に適しています。
データグラム指向
UDPでは、データを「データグラム」という単位で送ります。データグラムは、それぞれ独立した単位として送受信され、順番や再送の調整は行われません。つまり、一度送ったデータはそのまま相手に届くことを期待する形です。
遅延が許容され、リアルタイム性が求められるアプリケーションに最適
UDPは、少しのデータの欠落や順番の違いを気にせず、速くデータを送れるため、リアルタイム性が求められる用途に最適です。例えば、音声通話やビデオストリーミング、オンラインゲームなどでは、データが多少失われても問題にならない代わりに、遅延なく速くデータを送ることが重要です。
どちらを使用するかは、アプリケーションの要件によります。TCPは信頼性が重要なアプリケーションに適していますが、その信頼性には通信の遅延が伴います。一方で、UDPは信頼性が低いが高速で、遅延が許容されるシナリオに適しています。
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