TCP/IPとは何ですか？

TCP/IP、すなわちトランスミッションコントロールプロトコル/インターネットプロトコルは、インターネット上のネットワークデバイスを相互接続するために使用される通信プロトコルのスイートです。この記事では、TCP/IPモデルの4つの層—アプリケーション層、トランスポート層、インターネット層、リンク層—と、それらがインターネット通信において果たす役割について探ります。

ネットワークプロトコルとTCP/IP

コンピュータネットワークは、情報を送信し共有するために2つ以上のコンピューティングデバイスを接続するシステムです。コンピューティングデバイスには、携帯電話からサーバーまであらゆるものが含まれます。これらのデバイスは光ファイバーなどの物理的なワイヤを使用して接続されますが、無線で接続されることもあります。しかし、異なるデバイス間で通信を可能にするためには、通信基準を確立するためのプロトコルが必要です。そのため、コンピュータネットワークプロトコルが開発されました：それは、異なるネットワークデバイス間の通信とデータ交換のルールを指定し、データ形式、伝送順序、エラー処理などの特定の側面を定義します。コンピュータネットワークプロトコルは、異なるメーカーによって製造されたコンピュータ機器が相互に通信できるようにし、グローバルな相互運用性を実現します。ネットワーク技術の進展に伴い、ネットワークプロトコルも常に進化し更新され、高速、より高いセキュリティ、より信頼性のある通信のニーズに応えています。

コンピュータネットワークプロトコルは通常、ネットワークアーキテクチャの階層構造に従って分類されます。一般的なネットワークアーキテクチャには、OSI（オープンシステム相互接続）参照モデルとTCP/IP（トランスミッションコントロールプロトコル/インターネットプロトコル）モデルがあります。

TCP/IPは、インターネット上でコンピュータやその他のデバイスがデータを送受信するために使用されるデータリンクプロトコルです。TCP/IPはトランスミッションコントロールプロトコル/インターネットプロトコルの略であり、インターネットに接続されたデバイスがネットワークを通じて相互に通信することを可能にします。

TCP/IPとは何か、どのように機能するのか？

TCP/IPプロトコルスイートは、デバイス間のデータ伝送を調整し、送信された情報が到着時に正確で変更されないことを保証します。

ネットワークを横断する各通信の完全性を保証するために、TCP/IPモデルはデータを個別のパケットに分割し、その後、目的地で元のメッセージに再構築されます。このデータを小さな単位に分けるアプローチは、全データセットを一度に送信する代替手段に比べて精度を高めます。

メッセージがパケットに分割されると、これらのユニットは、特定の経路で混雑が発生した場合に、異なる経路をたどることがあります。これは、同じ住所にいくつかの誕生日カードを郵便サービスで送るのに似ています。カードはあなたの家から出発しますが、それぞれ別の郵便受けに投函され、目的地の住居に到達する前にさまざまなルートを通過する可能性があります。

TCP/IPモデルのレイヤー

TCP/IPフレームワークは、ネットワークアクセス層、インターネット層、トランスポート層、およびアプリケーション層の4つの異なる層で構成されています。各層は特定の機能を持ち、データの円滑な交換を確保するために上下の層と相互作用します。

ネットワークアクセス層: この層はリンク層またはデータリンク層とも呼ばれ、隣接ノード間の通信リンクを確立、維持、終了する責任があります。データをフレームにカプセル化し、イーサネット、Wi-Fiなどの物理メディアを介して送信します。
インターネット層: この層は、異なるネットワーク間でデータパケットを送信する責任があります。その基盤となるプロトコルはインターネットプロトコル（IP）であり、IPv4とIPv6の2つの主要なバージョンを持っています。インターネット層は、データパケットがソースから宛先までの最も効率的なルートを特定するために重要なルーティングプロトコルも含んでいます。
トランスポート層: この層の基本的な責任は、起点と目的地間のエンドツーエンド接続を開始、維持、終了することです。トランスポート層は、トランスミッションコントロールプロトコル（TCP）とユーザーデータグラムプロトコル（UDP）の2つの主要なトランスポートプロトコルを提供します。TCPは信頼性のある接続指向の伝送サービスを提供し、UDPは非保証の接続レス伝送サービスを提供します。
アプリケーション層: モデルの頂点に位置するこの層は、ユーザーに直接サービスを提供します。HTTP（ウェブブラウジング用）、FTP（ファイル転送用）、SMTP（メール送信用）など、さまざまなアプリケーションで使用されるプロトコルを含みます。アプリケーション層プロトコルは、ソケットを利用してトランスポート層とインターフェースします。

TCP/IPモデルはどのように機能するか？

インターネット上でメッセージ、写真、ファイルなどのデータを送信するとき、TCP/IPモデルはその情報を4層のプロセスを使用してパケットに分割します。最初にデータは特定の順序でこれらの層を横断し、次に受取人の端で再構築フェーズ中に逆方向に移動します。

The image illustrates the process of data transmission over the internet using the TCP/IP model. It shows how data is segmented into packets and transmitted in a specific order across four layers. The process includes segmenting the data at the source, transmitting it through the network, and then reassembling it at the destination. This visual representation helps understand the sequential flow of data through the TCP/IP model, ensuring efficient and reliable data transmission.

TCP/IPモデルは、プロセス全体の標準化により効果的です。標準化がなければ、通信は混沌としてしまい、全体の速度が妨げられるでしょう—高速インターネットサービスは効率に依存しています。世界的な標準として、TCP/IPモデルはインターネットを通じてデータを送信する最も効率的な方法の1つを代表しています。

TCPとIP

TCPとIPは両方ともインターネットプロトコルスイート（IPS）の重要なプロトコルですが、それぞれ異なる目的を持っています。

IPは、ネットワーク上のデバイス間でデータパケットをルーティングするためのパケットスイッチングプロトコルです。インターネット通信のための基本的な通信メカニズムを提供し、デバイスにユニークなIPアドレスを割り当て、パケットが正しい宛先に配信されることを保証します。

一方、TCPは接続指向のプロトコルであり、IPの上に信頼性のあるエンドツーエンド通信サービスを提供します。2つのデバイス間に仮想回路を確立し、データパケットが正しい順序で、エラーなしで、受信確認と共に配信されることを保証します。

要約すると、IPはパケットの配信を担当し、TCPはデータの信頼できる配信を担当します。これらは共にインターネット通信の基盤を形成しています。

TCP/IPモデルとOSIモデルの違い

OSIモデルとは何か？

OSIモデルは、インターネット上でデータを送信するもう1つの方法です。OSIモデルとTCP/IPモデルの最大の違いは、OSIモデルには7つの層があるのに対し、TCP/IPモデルには5つの層があることです。どちらのモデルもデータを輸送しますが、送信方法はわずかに異なるため、時にはTCP/IPがOSIよりも使用されます。OSIモデルには以下の層があります：

物理層: OSIモデルの最下層で、デバイス間の物理データ接続を担当します。
データリンク層: メッセージのノード間配送がエラーなく行われることを保証します。
ネットワーク層: この層ではデータにアドレスが付けられ、ネットワーク内でのソースから宛先への移動に関するルーティング指示を受け取ります。
トランスポート層: 目的地に向かう途中で、ネットワーク上の異なるポイント間での信頼できるメッセージ配送を担当します。
セッション層: この層はセッションの確立、管理、および終了を支援します。
プレゼンテーション層: データの暗号化および復号化を担当し、アプリケーション層がアクセスできる形に変換します。
アプリケーション層: この層では、アプリケーション（例えば、インターネットブラウザ）がデータを受け取り、ユーザーがそれと対話できるようになります。

TCP/IPモデルとOSIモデルの類似点

両方のモデルは層状のアーキテクチャに基づいています。
プロトコルは層ごとに定義されています。
両方のモデルは、生データをパケットに変換し、目的地ノードに到達するのを助けます。
各モデルには特定の機能を持つ異なる層があります。これにより、障害が発生した場合に問題を特定できます。
OSIモデルの物理層とデータリンク層は、TCP/IPモデルのネットワークアクセス層に対応しています。
OSIモデルのアプリケーション、プレゼンテーション、セッション層は、TCP/IPモデルのアプリケーション層に対応しています。
両方のモデルにはネットワーク層とトランスポート層があります。

TCP/IPモデルとOSIモデルの違い

二つのモデルの最も顕著な違いは、OSIモデルがさまざまな機能を別々の層に分けているのに対し、TCP/IPモデルはそれらを単一の層にまとめている点です。これは特に、アプリケーション層とネットワークアクセス層において明らかであり、これらはOSIモデルで定義された複数の層を包含しています。

この違いは、TCP/IPモデルを使用する際に問題のトラブルシューティングやパフォーマンスの最適化を行う際に課題を引き起こす可能性があります。それに対し、OSIモデルは問題解決へのよりターゲットを絞ったアプローチを許可します。たとえば、データが期待通りに送信されない理由を特定するために、アプリケーション層、プレゼンテーション層、またはセッション層に集中することができます。

The image contrasts the OSI Model and the TCP/IP Model, highlighting their different layers. The OSI Model consists of seven layers: Application

TCP/IPは安全か？

TCP/IPは、インターネット上でのデータ交換のために設計されたオープンで接続指向の通信プロトコルです。

元々のTCP/IPプロトコルはエンドツーエンドの暗号化や認証を提供していません。これは、追加のセキュリティメカニズムを使用しない限り、TCP/IPを介して送信されるデータが暗号化されておらず、中間者によって容易に傍受され、表示される可能性があることを意味します。

TCP/IPのセキュリティを強化するために、SSL/TLS（セキュアソケットレイヤー/トランスポートレイヤーセキュリティ）のような複数のセキュリティプロトコルが開発されました。これらのプロトコルは、TCP/IPの上に暗号化、認証、および整合性保護を提供します。たとえば、ブラウザでHTTPSウェブサイトにアクセスする際、ブラウザとウェブサイト間の通信はSSL/TLSを通じて暗号化されています。

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