TCP/IP

TCP/IPの概要と仕組み

TCP/IPは、インターネットをはじめとする多くのネットワークで使用される通信プロトコルの基本です。TCP/IPは、Transmission Control Protocol（TCP）とInternet Protocol（IP）の略で、データ通信の標準として広く採用されています。本記事では、TCP/IPの概要とその仕組みについて解説します。

TCP/IPの概要

TCP/IPは、ネットワーク通信を実現するためのプロトコルの集まりです。これらのプロトコルは、異なる種類のネットワークが互いに通信できるようにするためのルールを提供します。TCP/IPは、4つの階層に分かれており、それぞれの階層が特定の機能を担っています。

1. アプリケーション層

アプリケーション層は、ユーザーが直接使用するネットワークサービスを提供します。代表的なプロトコルには、HTTP（ウェブブラウジング）、SMTP（電子メール）、FTP（ファイル転送）などがあります。

2. トランスポート層

トランスポート層は、データの送受信の信頼性を確保します。この層では、TCPとUDPというプロトコルが使用されます。

• TCP：コネクション指向のプロトコルで、データの信頼性と順序性を保証します。
• UDP：コネクションレスのプロトコルで、低遅延と少ないオーバーヘッドが特徴です。

3. インターネット層

インターネット層は、データパケットを適切な経路で送信先に届ける役割を担います。この層の主なプロトコルはIPです。

• IP：データパケットのアドレッシングとルーティングを行います。

4. 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層は、データの物理的な送受信を扱います。この層には、EthernetやWi-Fiなどのプロトコルが含まれます。

TCP/IPの仕組み

データの送信と受信

TCP/IPプロトコルは、データの送信と受信を以下のように行います。

1. データの生成：アプリケーション層でデータが生成されます。例えば、ウェブブラウザでウェブページをリクエストする場合、HTTPプロトコルが使用されます。
2. トランスポート層での処理：トランスポート層でデータはセグメントに分割されます。TCPの場合、各セグメントにはシーケンス番号が付けられ、信頼性を確保するために確認応答（ACK）が使用されます。
3. インターネット層での処理：インターネット層でセグメントはパケットにカプセル化されます。IPアドレスを使用して、データパケットが送信先までルーティングされます。
4. ネットワークインターフェース層での送信：ネットワークインターフェース層でパケットがフレームにカプセル化され、物理的なネットワークを通じて送信されます。

受信側では、このプロセスが逆に行われ、最終的にアプリケーション層でデータが復元されます。

TCPとUDPの違い

TCPとUDPは、トランスポート層で使用される主要なプロトコルです。それぞれの特徴と使い分けを理解することが重要です。

• TCP：
  • コネクション指向：データを送信する前に接続を確立します。
  • 信頼性：データが正しく届くことを保証します（確認応答、再送制御）。
  • 順序性：データが送信された順序で届くことを保証します。
  • 例：ウェブブラウジング、電子メール、ファイル転送など。
• UDP：
  • コネクションレス：接続を確立せずにデータを送信します。
  • 低オーバーヘッド：TCPに比べてヘッダ情報が少ないため、遅延が少なく高速です。
  • 信頼性と順序性の保証はありません。
  • 例：ストリーミング、オンラインゲーム、DNSクエリなど。

まとめ

TCP/IPは、インターネットやその他のネットワークでデータ通信を実現するための基本的なプロトコルです。TCP/IPプロトコルスイートは、4つの階層に分かれており、それぞれの階層が異なる機能を提供します。TCPは信頼性と順序性を重視し、UDPは低遅延と効率を重視します。これらのプロトコルの理解は、ネットワーク技術者やプログラマーにとって不可欠です。