TCP/IPとは
TCP/IPは、インターネットを含む現在のコンピュータネットワークにおいて、標準的に利用されている通信プロトコルの体系のことです。
正式名称をTransmission Control Protocol / Internet Protocolと呼び、役割の異なる複数のプロトコルを階層状に組み合わせることで、異機種間での円滑なデータ通信を実現しています。
1970年代に米国国防総省のプロジェクトとして開発され、その柔軟性と堅牢性から世界中のネットワークのデファクトスタンダードとして定着しました。
TCP/IPの階層モデル
TCP/IPは、通信に必要な機能を4つの階層（レイヤ）に分割して定義しています。これはOSI参照モデルの7階層をより実用的に統合・簡略化したものと考えることができます。
1. アプリケーション層
ユーザーが操作するアプリケーションに直接サービスを提供する階層です。HTTP、SMTP、FTP、DNSなどのプロトコルがこの層に位置し、データの意味ややり取りの手順を規定します。
2. トランスポート層
通信の信頼性を制御する階層です。代表的なプロトコルであるTCPは、データの欠落を確認し、必要に応じて再送を行うことで、確実なデータ伝送を保証します。一方、UDPは信頼性よりも速度を重視する通信に用いられます。
3. インターネット層
ネットワーク間でのデータ転送（ルーティング）を担当する階層です。IP（Internet Protocol）がこの役割を担い、IPアドレスに基づいて目的地までの最適な経路を選択し、パケットを配送します。
4. ネットワークインターフェース層
物理的なネットワーク媒体（イーサネット、無線LAN、光ファイバーなど）を介して、隣接する機器間で電気信号などのやり取りを行う階層です。
データのカプセル化とパケット伝送
TCP/IPによる通信では、送信側の各階層で制御情報（ヘッダー）が付加されるカプセル化が行われます。逆に受信側では、下位層から順にヘッダーが取り除かれる非カプセル化が行われます。
例えば、TCPセグメントのサイズを
、IPヘッダーのサイズを
とした場合、ネットワーク層に渡されるパケットのサイズ
は以下のように表されます。
この構造により、各階層は上位または下位の階層がどのような技術で実装されているかを意識することなく、自身の役割を遂行できます。
主要な構成要素の役割
TCP（Transmission Control Protocol）
コネクション型プロトコルであり、3ウェイ・ハンドシェイクによって通信路を確立します。シーケンス番号を用いた順序制御や、ウィンドウ制御による流量調整を行い、高い信頼性を提供します。
IP（Internet Protocol）
コネクションレス型プロトコルであり、ベストエフォート方式（最善を尽くすが到達は保証しない）でパケットを運びます。現代では広く普及しているIPv4に加え、アドレス枯渇問題に対応したIPv6への移行が進んでいます。
TCP/IPの利点と特徴
- 相互運用性：特定のハードウェアやOSに依存しないため、世界中のあらゆる機器と通信が可能です。
- 階層設計の柔軟性：物理層の技術（例：通信ケーブルからWi-Fiへの変更）が変わっても、上位のアプリケーション層は影響を受けずに動作を継続できます。
- 分散管理：中央集権的な制御を必要とせず、各ノードが独立してルーティングを行うことで、一部の経路が断絶しても迂回して通信を維持できる堅牢性を備えています。
TCP/IPは単なる技術規格の集合体ではなく、現代社会を支える情報の流通網を構築するための共通言語としての役割を果たしています。
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