インターネットプロトコルとは?

インターネットプロトコル(IP)は、インターネット上のデータのアドレス指定とルーティングに関する一連の要件です。IPは、TCPおよびUDPを含むいくつかのトランスポートプロトコルで使用できます。

学習目的

この記事を読み終えると、以下のことができるようになります。

  • インターネットプロトコル(IP)を定義する
  • データが適切な場所に届くようにするためにIPがどのように使用されるかを説明する
  • TCP/IPとUDP/IPの違いを調べる

記事のリンクをコピーする

インターネットプロトコル(IP)とは?

インターネットプロトコル(IP)は、データパケットがネットワークを経由して正しい宛先に到達できるように、データパケットをルーティングおよびアドレス指定するためのプロトコル、つまりルールセットです。インターネットを通過するデータは、パケットと呼ばれる小さな断片に分割されます。IP情報は各パケットに添付され、この情報はルーターがパケットを適切な場所に送信するのに役立ちます。インターネットに接続するすべてのデバイスまたはドメイン IPアドレスが割り当てられ、パケットが接続されたIPアドレスに向けられると、データが必要な場所に到着します。

パケットが宛先に到着すると、IPと組み合わせて使用されるトランスポートプロトコルに応じて、パケットの処理が異なります。最も一般的なトランスポートプロトコルはTCPとUDPです。

ネットワークプロトコルとは?

ネットワークでは、プロトコルとは、2つ以上のデバイスが相互に通信して理解できるように、特定のアクションを実行してデータをフォーマットする標準化された方法です。

プロトコルが必要な理由を理解するために、手紙を郵送する手順を考えてみてください。封筒には、郵便番号、都道府県、市町村、番地、名前の順に住所が書かれています。もし、郵便ポストに投入された封筒に、まず番地、次に市町村、などの順番で書かれていたら、郵便局は配達しません。郵便システムが機能するために、住所を書き込むための合意されたプロトコルがあります。同様に、すべてのIPデータパケットは特定の情報を特定の順序で提示する必要があり、すべてのIPアドレスは標準化された形式に従います。

IPアドレスとは? IPアドレス付けの仕組みとは?

IPアドレスは、インターネットに接続するデバイスまたはドメインに割り当てられた一意の識別子です。各IPアドレスは、「192.168.1.1」などの一連の文字です。人間が読み取れるドメイン名をIPアドレスに変換するDNSリゾルバーを介して、ユーザーはこの複雑な一連の文字を記憶せずにWebサイトにアクセスできます。各IPパケットには、パケットを送信するデバイスまたはドメインのIPアドレスと目的の受信者のIPアドレスの両方が含まれます。これは、宛先アドレスと返信アドレスの両方がメールに含まれるのと同様です。

IPv4とIPv6

IPの4番目のバージョン(略してIPv4)は1983年に導入されました。自動車のナンバープレートの番号の順列に限りがあり、定期的に再編成する必要があるのと同様に、利用可能なIPv4アドレスの供給は枯渇しました。IPv6アドレスにはより多くの文字があるため、順列が多くなります。ただし、IPv6はまだ完全には採用されておらず、ほとんどのドメインとデバイスにはまだIPv4アドレスがあります。IPv4およびIPv6の詳細については、「私のIPアドレスは?」を参照してください。

IPパケットとは?

IPパケットは、送信される前にデータの各パケットにIPヘッダーを追加することにより作成されます。IPヘッダーは一連のビット(1と0)であり、送信元や受信先のIPアドレスなど、パケットに関するいくつかの情報を記録します。IPヘッダーは以下も報告します。

  • ヘッダー長
  • パケット長
  • Time to Live (TTL) 、パケットが破棄されるまでにできるネットワークホップの数
  • 使用されているトランスポートプロトコル(TCP、UDPなど)

合計で14個の情報フィールドがIPv4ヘッダーにありますが、そのうちの1つはオプションです。

IPルーティングの仕組みとは?

インターネットは、それぞれがIPアドレスの特定のブロックを担当する相互接続された大規模ネットワークで構成されています。これらの大規模なネットワークは、自律システム(AS)として知られています。 BGPを含むさまざまなルーティングプロトコルは、宛先IPアドレスに基づいてAS間でパケットをルーティングするのに役立ちます。ルーターには、目的の宛先にできるだけ早く到達するためにパケットが通過するべきASを示すルーティングテーブルがあります。パケットは、ターゲットIPアドレスの担当である主張するASに到達するまでASからASへと移動します。担当ASは内部でパケットを宛先にルーティングします。

パケットは必要に応じて同じ場所に向かうのに異なるルーティングをたどることができます。ちょうど合意済みの目的地に向かって運転している人々のグループがそこに着くために異なる道路を通ることができるのと同様です。

TCP/IPとは?

伝送制御プロトコル(TCP)はトランスポートプロトコルです。つまり、データの送受信方法を指示します。TCPヘッダーは、 TCP/IPを使用する各パケットのデータ部分に含まれています。データを送信する前に、TCPは受信者との接続を開きます。TCPは、送信が開始されると、すべてのパケットが順番に到着するようにします。TCPを介して、受信者は到着した各パケットの受信を確認します。受信確認がされない場合、欠落しているパケットが再度送信されます。

TCPは速度ではなく信頼性のために設計されています。TCPはすべてのパケットを順番に到着させる必要があるため、一部のパケットが欠落している場合、TCP/IPを介したデータの読み込みに時間がかかる可能性があります。

TCPとIPは元々一緒に使用するように設計されており、これらはしばしばTCP/IPスイートと呼ばれます。ただし、IPでは他のトランスポートプロトコルを使用できます。

UDP/IPとは?

ユーザーデータグラムプロトコル、UDPは、別の広く使用されているトランスポートプロトコルです。TCPよりも高速ですが、信頼性も低くなります。UDPは、すべてのパケットが順番どおりに配信されることを確認しません。また、送信を開始または受信する前に接続を確立しません。

UDP/IPは通常、音声や動画をストリーミングするために使用されます。これらは、パケットをドロップする(つまり、データの欠落)のリスクより、伝送をリアルタイムに保つ必要性のほうが上回る使用例であるためです。たとえば、ユーザーがオンラインで動画を見ているとき、動画のすべてのフレームにすべてのピクセルが存在する必要はありません。ユーザーは、データのすべてのビットが配信されるのを待つのではなく、通常の速度で動画を再生したいと考えています。

ネットワーク層について