【通信プロトコルとは何か?】通信方式の種類〜TCP/IP階層モデル

【通信プロトコルとは何か?】通信方式の種類〜TCP/IP階層モデル
ハテオ君
ネットワークの勉強をしている時に通信プロトコルとゆう単語がよく出てくるんだけど、どおゆう意味なのかさっぱりわからない。誰かわかりやすいように教えてくれないかな?

この悩み解決します。

本日の対象者

  • 通信プロトコルの基礎知識を知りたい方
  • データ通信方式の種類と仕組みを知りたい方
  • TCP/IP階層モデルについて知りたい方

本記事内容

本記事内容

  • 通信プロトコルの概要と必要性
  • データ通信方式の種類と特徴
  • 通信プロトコルの階層(TCP/IP階層モデル)

 

前置き

ネットワークに関しての勉強をしている方は、ITの専門用語などが数多く出てきて全く理解できないことが多々あると思います。

その中でもよく登場するのが通信プロトコルです!

ネットワークに関しては、この通信プロトコルが重要な役割になっています。

なので、ネットワークを理解する上では通信プロトコルの知識は必須ですので今回の内容を参考にしていただければと思います。

黄島 成
元中卒の私が誰でも理解できるように解説していきます。
それでは行って参りましょう

 

通信プロトコルの概要と必要性

 

通信プロコトルとは?

通信プロトコルとは、ネットワークを使用する上での『ルール』や『お約束事』になります。

具体的には、ンピュータ同士が通信を行うための規格(ルール)のことをプロトコルと呼びます。

私たちが普段から使っているインターネットや電子メールには、現実世界と同様に『ルール』が存在します。

このルールに沿って私たちはインターネットや電子メールを『安心』『便利』に使えています。

  • 現実世界のルール=法律や言語
  • ネットワークのルール=プロトコル

つまり、現実世界でルールがあるようにネットワーク上でもルールがある。このネットワークのルールが通信プロトコル

 

通信プロトコルの必要性

通信プロトコルの必要性は、世界中のコンピューター同士とデータ通信を行えるようにするために存在する。

世界中のコンピュータとデータのやり取りをする時はネットワーク接続が必要です。しかし、ネットワーク接続だけではデータのやり取りはできません。

例えば、外国人と会話する場合

  • 相手は『英語』
  • 自分は『日本語』

この状態ではまともにコミュニケーションが取れないです。

IT機器も同じように、様々な種類やメーカーがあります。

メーカーごとに通信のルールが違うと、同じメーカーとしか通信が出来なく、異なる機器同士データを送信することが不可能です。

この問題を解決するために、
「〇〇通信をする時には、〇〇なルールにそってやりましょうね」と事前にルール(通信プロトコル)が決まっている。

このおかげで異なる種類の機器でも、理解できる共通のルール(プロトコル)を定めることによって、データ通信を行う事が可能になる。

つまり、異なる機器同士でもスムーズにデータ通信を行うようにするために必要な世界共通の『通信規格(プロトコル)』が存在する。

 

データ通信方式の種類と特徴

ネットワーク上では、どのようにやりとりが行われていて、どのような仕組みになっているのかを解説していきます。

データの通信方式の種類は主に以下2つ

  • 回線交換方式
  • パケット交換方式
黄島 成
順番に解説していきます。

 

データ通信方式①:回線交換方式

回線方式とは、1体1でしかデータ通信ができない通信方式です。

具体的には、通信が始まってから終わるまで繋がりっぱなしも状態となります。

回線交換方式の特徴は以下通り

  • データ送信前に通信経路の確保
  • データ送信が完了するまでの経路を専有
  • 1対1で占有

電話をするときなどに、回線交換方式が良く使われています。

例えば、誰かと電話をしている時に、別の人から掛かってきた電話を受け取ることはできないですよね。

もし相手が電話している状態の場合は、「話し中」になってしまい通話をすることができないです。

つまり、通信を1対1で占有している状態が回線方式となる。

しかし、インターネットは世界の数多くのユーザーが利用しているため、この『回線交換方式』では非常に効率が悪いです。

そこで登場するのが、パケット交換方式!

 

データ通信方式②:パケット交換方式

パケット交換方式とは、ネットワーク上で主に使われる通信方式です。

具体的には、通信を行うデータを『パケット』と言われる単位に細かく分割してデータを送る通信方式です。

パケット交換方式の特徴としては以下通り

  • 同じ経路を通る必要がない
  • 自由に経路を選択できる
  • 送信先を1つのデータで合致できる
  • 多くのユーザーとの同時に送受信が可能

ネットワーク上のデータ通信は、主にパケット交換方式で行われています。

packet(パケット)を日本語にすると『小包』になります。段ボールの箱で例えると分かりやすいです。

データをパケット単位に小さく分割することで、同時により多くのユーザーとのデータの送受信をスムーズに行う事が出来るようになる。

例えば、Webページを閲覧する場合

データの流れ

  • Webページ閲覧するためには、約1MBくらいのデータ通信が発生
  • その1MBのダータをパケット約8000個に分割
  • 約8000個のパケットに分けられたデータが自分の所に届きWebページの閲覧が可能

回線交換方式では、1体1で回線を繋いでいる状態だったが、このパケット交換方式では1度データ通信を行えば後は回線が解放されている状態となる。

そのおかげで、多くのユーザーとの同時Webページの閲覧が可能になります。

つまりパケット交換方式では、データをパケット毎に分けて送ることで、通信に隙間ができるためその隙間を利用して多くのユーザーとの同時送受信が可能。

 

回線交換方式とパケット交換方式の違い

回線交換方式とパケット交換方式の違いは以下通り

  • 回線交換方式は、電話回線で利用され、1体1でしか通信できなく、混雑すると繋がらない。
  • パケット交換方式は、インターネット回線で利用され、多数対多数で通信ができ、混雑しても遅くはなるが繋がる

 

通信プロトコルの階層(TCP/IP階層モデル)

通信プロトコルの代表的なものでは、TCP/IPの階層モデルというものが存在する。ネットワーク通信できるコンピュータ、携帯、テレビなどの通信規約としてよく使われます。

TCP/IPでは、4つの階層に分けてネットワーク上で通信を行っています。

具体的には、各階層で役割が違い、各階層を役割分担をしてデータの送信をしています。

各階層に分ける理由としては、

  • 複数のbネットワーク上の通信を単純化できる
  • 各階層が他階層から独立したものとして扱うことができる
  • 各階層の変更が他の階層に影響されない

となっています。下記図がTCP/IPの階層モデルのデータの流れです。

 

階層は上記図の4つで層構成されています。

  • 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
  • ネットワークインターフェース層
黄島 成
順に各階層の役割を解説していきます。

 

階層①:アプリケーション層

アプリケーション層では、アプリケーションが通信機能を使用する際の決まり事が定められている。

Webサイト、電子メールがアプリケーション層に該当します。

アプリケーション層に該当する通信プロトコルでは、『HTTP、SMTP、POP3、FTP』の3つが挙げれる。

  • HTTP=Webページのアクセスの規約
  • SMTP、POP3=電子メールの送受信の規約
  • FTP=ファイル送信の規約

アプリケーション層の通信プロトコルは、各種類ごとで異なります。

 

階層②:トランスポート層

トランスポート層では、データを送信するための決まり事が定められている。

具体的には、データをどのポート番号に送信するかがトランスポート層の役割になっています。

ポート番号とは、どのアプリケーションでデータの処理をするかを定めるための番号のこと。

トランスポート層に該当する通信プロトコルは主に以下2つ

  • TCP=正確性重視
  • UDP=速度重視

上記2つどちらを使用するかはアプリケーション層によって決められる。

 

階層③:インターネット層

インターネット層は、インターネット通信に関する決まり事が定められている。

具体的には、インターネット内でデータ転送する必要のある送信元のIPアドレスと送信先のIPアドレスが必要となります。

インターネット層に該当する通信プロトコルは主に以下2つ

  • IP
  • ICMP

 

階層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、同じネットワーク内でも『通信、機器』毎に関する決まり事が定められている。

具体的には、同じネットワークに接続された複数のコンピュータの中から送信対象のコンピュータを選ぶ機能とデータを電気信号に変更する機能になります。

インターネット層に該当する通信プロトコルは主に以下2つ

  • イーサネット
  • PPP

 

まとめ

上記内容で通信プロトコルの基礎知識は以上となります。

それでは今回の内容をまとめていきましょう!

まとめ

  • プロトコルは、ルール。通信プロトコルは、ネットワーク通信を行う上での決まり事。
  • 必要性は、異なるIT機器とでもスムーズにデータのやり取りを行うため
  • 通信方式は、『回線交換方式』よ『パケット交換方式』で行われている
  • インターネットでは、TCP/IPの通信プロトコルが使用されている

最後に

ネットワークは利用している方が多いため、様々な決まり事が定められており、決まり事によって様々な役割をコンピュータが処理しています。

データがどのように送信されて、どのように処理されているのかを理解しておくことはIT業界で活躍する上では必須です。

完璧に覚えておくことはむずかしので、要点だけでも覚えておきましょう!

黄島 成
閲読ありがとうございました!

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