TCP/IPの4階層の概要

OSIモデルが優れた学習用の地図である一方、実際にインターネットを動かしているのはTCP/IPモデルです。TCP/IPはより実用的で、7つではなく4つの層だけで構成されています。ネットワークの機能を、実際のプロトコルの動作に合った、より広いカテゴリーにまとめています。TCP/IPを学ぶと、メールから動画ストリーミングまで、あらゆる接続の背後にあるモデルがわかります。

TCP/IPモデルには、リンク層、インターネット層、トランスポート層、アプリケーション層の4つの層があります。それぞれは、OSIでより細かく分けられている役割をまとめたものです。層が少ないため、実際のプロトコルに適用しやすいシンプルなモデルになっています。データを送信するときはこの4つの層を下へ進み、受信するときは上へ戻ります。

リンク層はTCP/IPモデルの最下層です。物理的な送信や、ハードウェアアドレスを使って次の機器へフレームを届ける処理など、ローカルネットワークを担当します。OSIでいう物理層とデータリンク層を統合したものです。EthernetとWi-Fiはこの層で動作します。リンク層が扱うのは、広域なインターネット全体ではなく、1つのローカルな区間でデータを移動させることだけです。

インターネット層は、OSIのネットワーク層に対応し、論理的なIPアドレスを使ってネットワーク間でパケットを転送します。主なプロトコルはIP（Internet Protocol）で、アドレス指定とルーティングを処理します。この層によってインターネットは世界規模になります。パケットはこの層を通じて、複数のネットワークを越え、遠く離れたサーバーまで到達できます。ルーターはインターネット層で動作します。

トランスポート層は、OSIの対応する層と同様に、アプリケーション間のエンドツーエンドのデータ配送を管理します。信頼性が高く順序どおりの配送にはTCPを、高速で軽量な転送にはUDPを使用し、データを正しいプログラムへ届けるためにポート番号を使います。この層は、接続で正確さと速度のどちらを優先するかを決め、異なるアプリケーションの通信を分離して管理します。

アプリケーション層は最上位に位置し、プログラムが使用するHTTP、DNS、SMTP、FTPなどのプロトコルを提供します。OSIのセッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層を1つに統合した層です。ユーザーに最も近いこの層で、Webページ、メール、ファイル転送などの要求が行われます。ユーザーが目にするものはすべて、ここから始まります。

一般的なプロトコルはTCP/IPの各層に明確に対応します。EthernetとWi-Fiはリンク層、IPはインターネット層、TCPとUDPはトランスポート層、HTTP、DNS、SMTPはアプリケーション層で動作します。TCP/IPという名称自体が、最も重要な2つのプロトコル、つまりトランスポート層のTCPとインターネット層のIPを示しています。この2つはプロトコルスイートの中心です。

データを送信するとき、データはアプリケーション層から始まり、トランスポート層、インターネット層、リンク層へと下へ進みます。その際、各層が自分の情報を追加します。受信側では、データは同じ4つの層を上へ進み、各層が自分の情報を取り除きます。両端でこの一貫した「下へ進み、上へ戻る」流れが繰り返されることで、すべてのTCP/IP通信が成り立っています。

インターネットが成長した時期に、TCP/IPは実用的で柔軟性があり、自由に利用できたため標準になりました。4つの層が実際のプロトコルにOSIの7つの層よりよく対応しているため、実装も容易です。インターネット上のすべての機器がTCP/IPスイートを使用しています。OSIは今も学習用の基準ですが、実際に世界の通信を支えているのはTCP/IPです。

4つの層を知っていれば、ネットワーク上のどのような問題も位置付けられます。問題は、ケーブルの不良（リンク層）、到達できないアドレス（インターネット層）、ブロックされたポート（トランスポート層）、それとも動作しないWebサービス（アプリケーション層）でしょうか。問題をTCP/IPの層に対応付けると、原因をすばやく絞り込めます。この実用的なモデルは、技術者が日々ネットワークについて考えを整理するために使っているものです。

TCP/IPモデルは、リンク（ローカル配送）、インターネット（IPアドレス指定とルーティング）、トランスポート（TCP/UDPとポート）、アプリケーション（HTTP、DNS、SMTPなど）の4つの層で構成されます。送信時はデータがこれらの層を下へ流れ、受信時は上へ流れます。これはインターネットを実際に動かしているモデルであり、ネットワークについて考える際に使う実用的な枠組みです。

TCP/IPモデルにはいくつの層がありますか？

TCP/IPモデルは、インターネットを実際に動かしている実用的なモデルで、4つの層から成ります。リンク（ローカルでのフレーム配送とハードウェアアドレス）、インターネット（IPアドレス指定とルーティング）、トランスポート（TCP/UDPとポート）、アプリケーション（HTTP、DNS、SMTP、FTP）です。データは送信時に下へ流れ、受信時に上へ流れます。TCP/IPは実用性と柔軟性によって標準となり、OSIは学習用の基準として残っています。