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■ その116「DLNAの仕組み」
[2007/03/26]
■ その115「ドメインとActive Directory」
[2007/03/19]
■ その114「ワークグループができること」
[2007/03/12]
■ その113「WPSの仕組み」
[2007/03/05]
■ その112「Gopherの生い立ちと現在」
[2007/02/26]
■ その111「Wikiの使われ方」
[2007/02/19]
■ その110「文字コードとは」
[2007/02/05]
■ その109「IISの生い立ち」
[2007/01/29]
■ その108「NASの登場と一般への普及」
[2007/01/22]
■ その107「HomePNAのいろいろ」
[2007/01/15]
■ その106「Ogg Vorbisの成り立ち」
[2006/12/25]
■ その105「MIDIの原理とSMFの構造」
[2006/12/18]
■ その104「AIFFの構造」
[2006/12/11]
■ その103「WAVの構造と現状」
[2006/12/04]
■ その102「WMAの歴史」
[2006/11/27]
■ その101「AACの特徴」
[2006/11/20]
■ その100「MP3/MPEG Audioの仕組み」
[2006/11/13]
■ その99「HSDPAの仕組み」
[2006/11/06]
■ その98「H.264・MPEG-4 AVCの特徴」
[2006/10/30]
■ その97「IEEE 802.16e（モバイルWiMAX）の特徴」
[2006/10/23]
■ その96「TIFFの特徴」
[2006/10/16]
■ その95「PNGの現状と今後」
[2006/10/02]
■ その94「GIFの構造」
[2006/09/25]
■ その93「10GBASEの種類（2）」
[2006/09/11]
■ その92「10GBASEの種類」
[2006/09/04]
■ その91「GbEのいろいろ」
[2006/08/28]
■ その90「JPEGの特徴」
[2006/08/21]
■ その89「DivXの広がり」
[2006/08/07]
■ その88「MPEGの仕組み」
[2006/07/31]
■ その87「WMVのこれまで」
[2006/07/24]
■ その86「AVIの生い立ちとそのコーデック」
[2006/07/10]
■ その85「QuickTimeの変遷」
[2006/07/03]
■ その84「Realのこれまでと今後」
[2006/06/26]
■ その83「ShareとWinny」
[2006/06/19]
■ その82「DOCSISの仕組み」
[2006/06/12]
■ その81「SQLインジェクションの流れ」
[2006/06/05]
■ その80「RSSの動作」
[2006/05/29]
■ その79「Skypeの仕組み」
[2006/05/22]
■ その78「BitTorrentの特徴と今後」
[2006/05/15]
■ その77「Winnyの仕組みと現状」
[2006/05/08]
■ その76「WinMXの特徴」
[2006/04/24]
■ その75「Gnutellaの歴史と構造」
[2006/04/17]
■ その74「Napsterの歴史」
[2006/04/10]
■ その73「P2Pのいろいろ」
[2006/04/03]
■ その72「IEEE 802.11nの動向」
[2006/03/27]
■ その71「ActiveX Scriptingの動作」
[2006/03/20]
■ その70「Ajaxの仕組み」
[2006/03/13]
■ その69「DHTMLの動作」
[2006/03/06]
■ その68「Scriptの定義」
[2006/02/27]
■ その67「JavaScriptの仕組み」
[2006/02/20]
■ その66「Javaの動作」
[2006/02/13]
■ その65「RFCのプロセス」
[2006/02/06]
■ その64「ActiveX DocumentとActiveX Controlの違いと共通点」
[2006/01/30]
■ その63「ActiveX Controlの機能」
[2006/01/23]
■ その62「ActiveXを構成するもの」
[2006/01/16]
■ その61「Cookieの仕組みと用途」
[2005/12/26]
■ その60「malwareとその分類」
[2005/12/19]
■ その59「rootkitの動作」
[2005/12/12]
■ その58「CSSの役割」
[2005/12/05]
■ その57「HTMLの変遷」
[2005/11/28]
■ その56「PONとその種類」
[2005/11/21]
■ その55「FWAの仕組み」
[2005/11/14]
■ その54「DoSとDDoS」
[2005/11/07]
■ その53「SNMPとMIBの動作」
[2005/10/03]
■ その52「Jumbo Frameとフレームサイズ」
[2005/09/12]
■ その51「WPA2の仕組み」
[2005/09/05]
■ その50「WPAとWPA-PSKの違い」
[2005/08/29]
■ その49「WPAの仕組み」
[2005/08/22]
■ その48「WebDAVの動作」
[2005/08/08]
■ その47「OFDMAの仕組みとOFDMとの違い」
[2005/08/01]
■ その46「OFDMの仕組み」
[2005/07/25]
■ その45「WiMAXの特徴」
[2005/07/11]
■ その44「Wi-Fiの役割」
[2005/07/04]
■ その43「FTPの目的と動作」
[2005/06/27]
■ その42「UPnPの動作」
[2005/06/20]
■ その41「ネットマスクの仕組み」
[2005/06/13]
■ その40「ARPの機能」
[2005/06/06]
■ その39「DNSの原理」
[2005/05/30]
■ その38「デフォルトゲートウェイの役割」
[2005/05/23]
■ その37「MACアドレスの仕組み」
[2005/05/16]
■ その36「スイッチとその進化」
[2005/05/09]
■ その35「ルータによるメリット」
[2005/04/25]
■ その34「ブリッジの原理」
[2005/04/18]
■ その33「リピータの機能」
[2005/04/11]
■ その32「IPアドレスのクラス」
[2005/04/04]
■ その31「ブロードキャスト/マルチキャスト/ユニキャスト」
[2005/03/28]
■ その30「SMTP AUTHと認証の種類」
[2005/03/14]
■ その29「Submissionポートとスパムメール対策」
[2005/03/07]
■ その28「Outbound Port25 Blockingとは」
[2005/02/28]
■ その27「PGPの仕組み」
[2005/02/21]
■ その26「PKIと認証局」
[2005/02/14]
■ その25「公開鍵暗号方式とは」
[2005/02/07]
■ その24「共通鍵暗号とは」
[2005/01/31]
■ その23「SSHの仕組みと応用」
[2005/01/24]
■ その22「SSLの役割」
[2005/01/17]
■ その21「POP3とIMAP4の違い」
[2004/12/27]
■ その20「POP3の役割と機能」
[2004/12/20]
■ その19「SMTPの機能と問題点」
[2004/12/13]
■ その18「SPIとパケットフィルタリング」
[2004/12/06]
■ その17「LANの概念とその広がり」
[2004/11/29]
■ その16「SIPの役割」
[2004/11/15]
■ その15「プロキシの利用」
[2004/11/08]
■ その14「VoIPの仕組み」
[2004/11/01]
■ その13「イーサネットとは」
[2004/10/25]
■ その12「IP/TCP/UDP/ICMPとは」
[2004/10/18]
■ その11「DHCPの役割」
[2004/10/04]
■ その10「MIMOとは」
[2004/09/27]
■ その9「DMZとその効果」
[2004/09/13]
■ その8「ファイアウォールとは」
[2004/09/06]
■ その7「NATとNAPTの違いとIPマスカレード」
[2004/08/30]
■ その6「VPNとVPNパススルーの仕組み」
[2004/08/23]
■ その5「無線LANの問題とWEP」
[2004/08/09]
■ その4「IEEE 802.11a/b/gって何を意味しているの？」
[2004/08/02]
■ その3「ダイナミックDNSって？」
[2004/07/26]
■ その2「グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス」
[2004/07/12]
■ その1「PPPoEって何だろう？」
[2004/07/05]

その12「IP/TCP/UDP/ICMPとは」


■ IP/TCP/UDP/ICMPとは

　これらは、インターネットで利用されている「TCP/IPプロトコル」と呼ばれる転送プロトコルの構成要素です。IPとは、ネットワーク層に属し、データの伝達を行なうためのもの。TCPはトランスポート層に属し、1対1の通信におけるメッセージの信頼性を確保するためのもの、UDPは同じくトランスポート層に属しますが、こちらは1対多の通信を提供するものです。最後にICMPですが、これは通信制御のために利用される特殊なプロトコルです。


■ プロトコルの階層構造

　ネットワークの世界では、「プロトコルの階層構造」と呼ばれるものがよく利用されます。例えば、誰かと電話をしたいと思ったときに、自分で電話を製造して、電話線を引き、交換機を据え付けるのは馬鹿馬鹿しいわけで、すでにある回線を使って電話するのが普通でしょう。同じことがネットワークの世界でも言えます。何かと通信したいと思ったときに、必要となるすべての処理を自分で行なうのは非常に面倒なわけで、そこで役割分担を決めて自分に必要ないことはしない、という仕組みが整っています。

　電話の例で言えば、電話機が壊れたり、電話回線が切れたという場合には電話会社に対応を任せておけば良いわけですし、電話番号を押したときにそれがどういう仕組みで電話局に伝わって、回線が繋がるかなんて心配をする必要もありません。ネットワークも、同じ程度に簡単に利用できる仕組みが整っています。

　図1はこれを模式化したものです。WebブラウザとWebサーバーが通信する、という例をとってみると、ネットワークの世界ではこれを7つの層（レイヤ）に分けて考えます。1番下は物理層と呼ばれ、イーサネットケーブルやイーサネットカードを使った物理的な結線を指します。電話の例で言えば、糸電話ならば線を結んで叫べば伝わりますが、ネットワークでは電気信号を使っている以上「どんなデータを流すと、どのように相手に受け取られるか」を誰かが管理しなければなりません。これをやるのが第2層のデータリンク層です。


図1：ネットワークの階層構造

　データリンク層で最低限の通信はできるようになりましたが、1対1接続ならばともかく、複数のマシンが接続されている状況では宛て先を管理しないと、困ったことになります。言ってみれば電話番号の管理が必要なわけで、これを司るのが第3層のネットワーク層です。宛て先が決まったら、次は相手にどう届けるかの管理です。

　相手がいなければ留守電に残すのか、時間をおいてかけなおすのか、などといった処理ですが、これを行なうのが第4層のトランスポート層となります。その上にある第5層（セッション層）、第6層（プレゼンテーション層）、第7層（アプリケーション層）はそれぞれセッション（相手と確実に通信する仮想的な経路）の管理、データ表現の管理、実際のサービス（この例ならWebブラウザとWebサーバー）の実行がそれぞれ行なわれることになりますが、インターネットの世界ではこれが入り乱れており、必ずしも明確に「第5層はここで実施している」というような区分けができていません。もっとも、今回のテーマでは、この部分はあまり重要ではないので割愛します。

　さて、図1を見ていただくと、第3層にIP Stack、第4層にTCP Stackという部分が来ているのがわかるかと思います。ここでわかるように、IPとはネットワーク層（宛先管理）を司るもの、TCPとはトランスポート層（伝達保証）をそれぞれ行なうものです。


■ IPレイヤの機能

　さて、個別にもう少し説明していきましょう。まずはIPレイヤについてです。IPとはInternet Protocolの略で、文字通りインターネットで利用することを前提にしたプロトコルとなります。具体的に言えば、例えばBroadband Watchにアクセスする場合、“210.173.173.66”というアドレスを入力することでアクセスできるわけですが、こうしたアドレスの管理を行なっているのがIPレイヤです。

　つまり、IPアドレスを渡されたら、そのアドレスにもとづいて相手までメッセージを届ける、というのがIPレイヤの仕事になります。こう書くと割と単純に思えますが、実際は結構面倒な作業です。例えば、インターネットは網状の接続を許しています。ということは、相手に繋がるまでの経路が複数あることになり、「どの経路を使って繋ぐのが1番良いか」の判断が必要です。この作業を「ルーティング」と呼びますが、このルーティングもIPレイヤの作業となっています。



■ TCPレイヤの機能

　IPレイヤは、IPアドレスに基づく転送を司っているわけですが、このIPレイヤでは「相手に確実にデータが届く」という保証がなされていません。要するに投げっぱなしなわけです。そこで、相手に確実にメッセージを受け渡すメカニズムを用意しなければなりません。

　これを提供してくれるのがTCPレイヤになります。TCPとはTransmission Control Protocolの略で、大まかに言えば「信頼性」を提供してくれます。IPレイヤでは「相手にデータが届く保証がない」という話をしましたが、例えばそれは不意の回線ダウンだったり、信号にノイズが乗ってデータが破壊されていたり、あるいは相手が別の処理で忙しい状態でデータを取り漏らしたなんてケースもあるでしょう。こうした状況にあっても相手と確実に通信を行なうようにするために、TCPレイヤでは以下のような機能を提供してくれます。

・データを適当なサイズに分割し、データが巨大すぎて通信が失敗することを防ぐ
・送信にあたってタイマーを利用し、一定時間内に応答がなければ再送する形で通信失敗をカバーする
・分割したデータが複数経路を通る過程で、送った順にパケットが届かないことがありえるので、これを並べ替える
・サムチェックを利用したエラー検出を行ない、通信中にデータが化けてしまった場合にこれを検出する
・こちらが送り出すスピードで相手が受け取れない場合に備えてフロー制御を行なう

　これにより、上位層はエラー検出や再送といったことを考えずにデータの送受信に専念できるわけです。


■ UDPレイヤの機能

　通常はTCPとIPを組み合わせて通信するため、TCP/IPという一体化した呼ばれ方をされていますが、TCPと同じ第4層に属する、UDPというレイヤもあります。UDPとはUser Datagram Protocolの略ですが、TCPとは対照的な構造になっています。TCPは1対1の通信、つまり特定の相手に対して通信の信頼性を保証するプロトコルですが、UDPは1対多の通信に用いられるもので、その代わり通信の信頼性は保証されません。

　従って、仮に信頼性が必要となる場合、4層以上のレイヤで到達確認や再送、エラー検出/訂正など、TCPが提供してきた機能を実装する必要があります。これだけ見ると、「なんでこんなプロトコルが用意されたのか？」と疑問に思われる人もいるかもしれませんが、ちゃんと利用価値はあります。

　例えばLAN経由で動画のストリーム配信をする場合、途中で多少データが化けてもすぐ次の画像が来るわけですから、いちいち誤り訂正などをしなくても事実上問題なかったりします。また、1対多の通信が可能なので、データを1回送り出せば全ての受信先に届くことになり、トラフィック軽減の効果もあります。付け加えるならば、TCPは信頼性の確保のために、データを1回送るだけでも双方で何回か通信しあう必要があり、回線や双方の処理に負荷がかかる重いプロトコルです。

　ところがUDPの場合、全ての相手にきちんとデータが届いたかを確認したり再送したりしたら意味がないので、このあたりを全て省いた結果、軽いプロトコルとなっています。こうした特長があるため、TCPに劣らずUDPも広く使われています。



■ ICMPプロトコル

　最後にICMP（Internet Control Message Protocol）についても説明しておきます。普段これを目にすることはあまりないと思いますが、ブロードバンドルータでファイアウォールやポートフォワードの設定時にいきなり登場して「なんじゃこりゃ？」と思われた方もおられるでしょう。

　ICMPはTCP/UDPやIPと異なり、図1の7階層構造の中には直接含まれません。つまり、データの送受信には直接関係ないものです。にもかかわらず、これが重要なのはIPレイヤの動作に欠かすことができない、通信制御のために利用されているからです。

　ICMPを使う1番有名な動作はpingでしょう。“ping ホスト名|IPアドレス”というコマンドを実行すると、指定した相手がネットワークに繋がっているかどうかの判断や、通信時間がどの程度かかっているかの測定が可能ですが、ここで使われているのがICMPです。

　IPレイヤは、このICMPを使ってルーティングの制御を行なっているほか、エラーの確認や通知などにもこのICMPが利用されます。パケットの構造から言えば、ICMPはTCP/UDP同様に第4層に位置します。しかし、上述の通りデータ送受信そのものとは無関係であり、その目的がネットワーク制御にあることから、ICMPをIPの拡張とみなして第3層に分類する考え方も、一方で存在しているようです。





びび（右）：
ブロードバンド用語を習得すべく、日々学習中の小学生。何とか自力 で学ぼうとはしているが、結局はワーズに助け船をだしてもらっている。

ワーズ（左）：
言葉がキツくなるときもあるが、基本的には面倒見の良いお姉さんタイプ。びびとは家も近いこともあり、昔から何かと世話を焼いている。びびからは「ワーズさん」と呼ばれ、慕われている。


2004/10/18 10:48
槻ノ木 隆
　国内某メーカーのネットワーク関係「エンジニア」から「元エンジニア」に限りなく近いところに流れてきてしまった。ここ２年ほどは、企画とか教育、営業に近いことばかりやっており、まもなく肩書きは「退役エンジニア」になると思われる。（イラスト：Mikebow）
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