ネットワークとサーバのイメージ

TCP/IPとは?

TCP/IPとは、インターネットを含む多くのコンピュータネットワークにおいて、世界標準的に利用されている通信プロトコルのことです。TCP/IPはインターネット・プロトコル・スイートとも呼ばれ、World Wide Webの発明と共にコンピュータ及びコンピュータネットワークに革命をもたらしたことがきっかけで現在でも標準的に利用されている通信規則です。インターネットを利用する際は異なるハードウェアやOSであっても通信が確立していなければネットワークは繋がりません。従ってTCP/IPは機器やOSが異なっても共通のプロトコルを用いて通信を成立させるものです。
例を上げると、私たちがインターネットでWebページを見るときに利用するプロトコルは、TCP(Transmission Control Protocol)とIP(Internet Protocol)を利用しています。
TCPとは通信プロトコルのひとつで簡単に説明すると「送ったデータが相手に届いたか、その都度確認しながら通信するやり方」や「正確な信号を送信する通信の規格を定めたもの」と言えます。わかりやすく言うと、エラーが起きてもクライアント側は繰り返しサーバにリクエストを送信し、サーバ側は正常に受け取って確実にレスポンスを返します。この一連の流れをセッションと呼びHTTPではリクエストとレスポンスで完結されます。詳しくは「HTTPリクエストとレスポンス」を御覧ください。
IPとはIPアドレスと呼ばれる数値を付与しその数字を用いて通信先の指定及び呼び出しを行いネットワーク通信を行うことです。IPアドレスにはIPv4とIPv6が存在し記述の仕方が異なります。
詳しくは「IPアドレス」のページを御覧ください。

PCとサーバの通信イメージ

パソコン(PC)とサーバのIPアドレスを用いた通信イメージ

TCP/IPプロトコル通信のネットワークアーキテクチャを図解で解説

TCP/IPは4層に分かれた通信方法を定義しています。1層のネットワークインターフェイス層は主にLANなどで用いられる通信方法です。2層のインターネット層はIPアドレスを用いた通信方法です。3層のトランスポート層はTCPとUDPで通信の品質が変わります。4層のアプリケーション層ではメールやWebページ閲覧など利用するアプリケーションによって通信方法は変わり多数存在します。

TCP/IP階層構造の図解

TCP/IP階層別の名称とプロトコル

名称 規格(プロトコル) 主な利用例
4層 アプリケーション層 HTTP,HTTPS,SMTP,POP3,
IMAP4,DHCP,DNSなど
Webサイト閲覧、メール、ファイル転送など
3層 トランスポート層 TCP,UDP,NetWare/IPなど TCP/UDP
(データを適切なアプリケーションへ振り分け)
2層 インターネット層 IP,ARP,RARP,ICMPなど ルーティング、エンドツーエンド通信
1層 ネットワーク
インターフェイス層
Ethernet LAN

TCP/IPの各階層の説明と覚え方

TCP/IPの階層は、上から「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イス層」の4層に分かれています。TCP/IPは4つの階層のプロトコルが正常に機能して初めて通信ができます。覚え方は上の層が人間が利用するアプリケーションに関係すること、中間層がアプリケーション通信をする際の補助的な役割を果たすもの、下層が電気信号などの物理的な信号に対して送られる暗号のようなものとして分けて考えると理解しやすいです。

アプリケーション層(4層)

アプリケーション層はアプリケーションで扱うデータのフォーマットや手順を決める役割を担います。アプリケーションは基本的には人間が扱うため、文字や画像など人間が認識できるようにデータを表現します。主なプロトコルは「HTTP」「SMTP」「POP3」「IMAP4」「DHCP」「DNS」などです。HTTPはWebブラウザで利用し、SMTP、POP3は電子メールソフトで利用します。DHCP、DNSはアプリケーション通信を行うための準備のプロトコルとして補うことを担います。

アプリケーション層(4層)図解

トランスポート層(3層)

私達はパソコンやスマートフォンでネットワークを介した複数のアプリケーションを使っていますが、その裏ではトランスポート層が活躍しています。トランスポート層の役割は、データを適切なアプリケーションに振り分けることです。最下層からトランスポート層まで正しく機能すると、送信元と宛先のアプリケーション間でデータの送受信ができるようになります。主なプロトコルはTCPとUDPに分けられます。TCPは送信中にデータが破損してしまったり損失してしまっても、これらを検出してデータの再送を行い確実に通信をしてくれます。例を上げるとWebサイトのWebページを閲覧したりメールの送受信を行うなどインターネットで実行する通信方法の殆どがTCPを利用しています。UDPは身近な機能を用いて相手にデータを送信する方法です。正確性は無いのですが、素早くデータを送信する際に適した方法です。例を上げると、Web会議や動画サイトの映像と音声の通信方法で、リアルタイムに通信をする方法です。従ってデータ通信にエラーが生じた際は、繰り返し再生するのではなく、映像の乱れや音声が途切れたりすることが生じ、リアルタイムに映像と音声が流れる仕組みです。

トランスポート層(3層)図解

インターネット層(2層)

インターネット層は複数のネットワーク間のデータ転送を行う役割を持っています。ネットワークは1つのネットワークにあらゆる機器が接続されているわけではなく、たくさんのネットワークが存在し、そこに色々な機器を接続していることで実現しています。多数のネットワーク同士を接続してデータ転送を行っているのは「ルータ」です。ルータによるネットワーク間のデータ転送を指して「ルーティング」と呼びます。また、ネットワーク間のデータ転送を指して「エンドツーエンド通信」と呼びます。具体的なプロトコルは「IP」「ICMP」「ARP」などで主に「IP」を用い、ICMPはエラーレポートや診断機能で、ARPはIPアドレスからMACアドレスを求める為などの補佐的なプロトコルです。

インターネット層(2層)図解

離れたネットワークに接続されているPC間の通信=エンドツーエンド通信

ネットワークインターフェイス層(1層)

ネットワークインターフェイス層の役割は、同一のネットワーク内でデータを転送することです。技術的な観点から言えば、1つのネットワークは、ルータやレイヤ3スイッチで区切られる範囲、またはレイヤ2スイッチで構成する範囲です。例えばパソコンからレイヤー2スイッチにデータ転送を行ったり、サーバからハブやルータにデータ転送を行う際は「0」「1」の「2進法」で実行します。このデジタルデータを電気信号などの物理的な信号に変換して、伝送媒体で伝えていきます。具体的なプロトコルは、有線の「Ethernet(イーサーネット)」や無線LAN(Wi-Fi)、PPPなどが挙げられます。すべて統一する必要はなく例えば、有線のイーサネットと無線LANのWi-Fiを組み合わせたローカルネットワーク構築も可能です。

ネットワークインターフェイス層(1層)図解

社内ネットワークの同一ネットワーク内の通信方法の例

TCP/IPのソケット通信をポート番号、
IPパケット、DNSを用いて、わかりやすく解説

プログラム開発のイメージ

Webアプリケーションやスマートフォンアプリを作る際は、
様々なプログラム言語と技術を用いて開発します。

TCP/IPのソケット通信とは、ソケットインターネットとも呼ばれ、主にプログラムの世界とTCP/IP世界を結ぶ特別な出入り口のことを意味し、TCP/IPのトランスポート層を指します。Webアプリケーションやスマートフォンアプリケーションを制作する際はプログラム言語を用いて開発します。またソケット通信の原理は、プログラムで実行される処理を各項目に分けて組み込む形で設計をしていきます。
コンピュータには通信機能が存在しますので、出入り口であるソケットに向かってプログラムで命令文を記述すれば、コンピュータ同士がどのようにデータを送信するかなど、意識することなく通信機能を制御することができるため、ソケット通信を用いてアプリケーション開発を実行します。

TCPとUDPではポート番号が異なる

TCPとUDP

そもそもTCPとUDPではソケット通信の方法も大きく変わります。TCPはコネクション型の通信方法でUDPはデータダイヤグラム型の通信方法です。その他にも違いがありますので以下の比較表を御覧ください。

TCP UDP
通信方法 コネクション型 データダイヤグラム型
特徴 確実性重視 即時性重視
信頼性 髙い 低い
利用速度 低速 高速
利用例 Webサイト閲覧、メールなど
一般的にインターネットを利用する方法
IP電話、映像配信、Web会議など
リアルタイム性を重視する方法

プロトコルによるポート番号の違い

ホスト(サーバやネットワーク機器)で動作しているアプリケーションへデータを振り分けるには、それぞれのアプリケーションを識別できなければいけません。そこで用いられるのが「ポート番号」です。ポート番号とは、TCP/IPのアプリケーションを識別するための識別番号でTCPヘッダーまたはUDPヘッダーに指定されます。ポート番号は16ビットの数値なので、0~65535の範囲で指定されます。

ポート番号の範囲
ポート番号の範囲 意味
ウェルノウンポート 0〜1023 サーバアプリケーション用に予約されているポート番号
登録済みポート 1024〜49151 よく利用されるアプリケーションのサーバ側ポート番号
ダイナミック/
プライベートポート
49152〜65535 クライアントアプリケーション用のポート番号
主なウェルノンポート番号
プロトコル TCP UDP
HTTP 80
HTTPS 443
SMTP 25
POP3 110
IMAP4 143
FTP 20/21
DHCP 67/68

TCPとUDPの通信処理(コネクション指向型とコネクションレス型の違い)

TCPとUDPでは通信の処理の工程が変わります。TCP(コネクション指向型)では、相手を確認し接続をしてから通信をするため、確実に送信ができ相手に届きます。1度の通信でエラーが生じてしまった場合は、接続できるまで繰り返し接続をするため、エラーを解消する時間はかかりますが確実に送信し相手が受け取ることが可能です。
UDP(コネクションレス型)では、通信相手を確認すること無く送信をするため、相手が確実に受信できているとは限りません。その変わり素早く送信したい時に利用するため、速度重視の際に利用される通信方法です。

TCPとUDPの通信処理の違い

ソケットはプログラムから通信機能を利用するための仕組みで、通信に先立って用意し、通信を終了するときに破棄する機能です。

TCP UDP
通信処理 コネクション指向型 コネクションレス型
特徴
  • ・これから通信を始めることを確認し合ったあとで始める方式
  • ・通信を開始する時点から通信相手に届くことが保証される
  • ・通信終了時も、通信相手との間で通信終了を
     確認し合ってから終える
  • ・事前の確認なしで、いつでも通信相手に情報を送ることができる方式
  • ・通信相手の準備が整っていないと、送った情報を
     受け取って貰えない可能性がある
  • ・通信終了時も、確認し合うことはない

IPプロトコルのパケット

データの呼び方には色々あり、TCP/IPの階層別に名称が異なります。

TCP/IP階層 代表的なプロトコル TCP UDP
アプリケーション層(4層) HTTP,DNS メッセージ
トランスポート層(3層) TCP,UDP セグメント データグラム
インターネット層(2層) IP パケット データグラム
ネットワークインターフェイス層(1層) Ethernet フレーム

IPパケットとはTCPとIPによる通信を行う際にインターネット層でIPを用いる際に取り扱われるデータの名称です。このように呼び方の違いがあることで、ネットワーク通信を考えるときにどの階層に注目しているのかが明確になります。以下の図ではTCP/IP階層ごとにデータの呼び方例を記載しますのでご参考ください。

各階層に沿ったデータ名称

データの呼称が明確にあるわけではありませんが「階層に注目をしデータを呼び方を使い分けることがある」ことを目安に考えることが必要です

IPアドレスとは?

IPプロトコルにはIPアドレスを用いた通信方法が実行されます。IPアドレス(Internet Protocal Adress)とは、IPと呼ばれるプロトコルを使うネットワークにおいて、各コンピュータを識別するために、コンピュータへ付与する番号の列です。

TCP/IPアプリケーション層プロトコルのDNS

DNS(Domen Name Service)とは、ユーザがURLなどのアプリケーションのアドレスを指定すると、ホスト名に対応するIPアドレスを自動的に求める役割をすることです。ホスト名からIPアドレスを求めることを「名前解決」と呼び、DNSは最もよく利用されている名前解決の方法です。DNSはレジストリ・レジストラと呼ばれる世界的にドメインとIPアドレスを管理している組織によって運用されています。例えば、自身のホームページ(ブログなど)を開設し公開をした場合は、ドメインを取得しIPアドレスと紐付いた書面を見たことがあると思います。ドメインを取得する際は申し込んだときにサービス提供側で全て設定をしてもらえるので、利用者からは確認をするだけで、ドメインを利用したURLを利用することができます。IPアドレスによるDNSの名前解決はルートドメインから階層を辿って問い合わせを行い、ホームページなどを表示させ、繰り返し問い合わせを行います。このことを「回帰問い合わせ」と呼んでいますが、毎回ルートドメインから問い合わせを行うことは、通信に時間がかかってしまうため効率がよくありません。そこで、「DNSサーバ」や「DNSリゾルバ(アプリケーションを利用するユーザやホスト名を指定すると、自動的にDNSに対応するIPアドレスを問い合わせること)」は問い合わせた情報をしばらくの間キャッシュに保存します。どのくらいの期間キャッシュに保存するかは設定次第ですが、過去の問い合わせ結果のキャッシュが残っていれば、ルートから辿らずに名前解決が出来ます。

DNSの仕組み

DNSサーバは主にレジストリ(各ドメイン情報を持つデータベースを管理している機関)に登録されているレジストラと契約をしている代理店とドメインを取得するためにユーザが利用します。代理店がDNSサーバを保有しているのではなく、レジストリに登録されているレジストラが保有しています。

アプリケーションとは?

アプリケーションとは人間がコンピュータを利用しやすいようにプログラムで応用をして機能を持たせたものです。プログラムを書いてアプリケーション開発をするには、プログラミングと開発手法が重要です。アプリケーション開発にはアジャイル開発の手法が近年主流になっており、アプリケーションセキュリティにおける取り組みも、大きく変化してきました。

TCP/IPとOSI参照モデルの階層の違いを比較

TCP/IPとOSI参照モデルでは通信に対する概念が異なるため区切られている層が異なります。OSI参照モデルに合わせた考え方では、主に領域に着目するとネットワークの役割が理解しやすいです。OSI参照モデルは主にネットワークエンジニアがシステムのネットワークを理解するために用いる為、細かい階層構造に分けられ定義がされています。OSI参照モデルとTCP/IPと合わせて見ることで、定義されているネットワークアーキテクチャの階層構造の違いが見えるとともに理解が深まります。

TCP/IPとOSI参照モデルの関係図

TCP/IPとOSI参照モデルの関係図

OSI参照モデルとは?

OSI参照モデルとは、コンピュータネットワークに求められる機能(通信機能)を7階層の構造に分割し定義したものです。TCP/IPとの違いを図解で解説するとともに、OSI参照モデルの各層の通信の規則や定義などを説明します。

システム監視との関連性

アイティーエムの主軸サービスであるMSP事業のシステム運用監視サービス(MSL)は、サーバやネットワーク機器の監視やシステム全体の運用・監視など、24時間365日体制で統合的にお客さまのシステム環境をサポートするサービスです。システム監視ルートは、パブリッククラウド環境の場合にはインターネット経由で、オンプレミス環境の場合には専用線(L2回線)やインターネットVPNでというように、お客さまご利用のシステム環境に合わせて、対応いたします。

当社のインターネット接続で用いる監視回線パックメニュー

パブリッククラウド環境で構成されているシステムは一般的に利用されているブロードバンド回線によるインターネット接続が可能です。しかしパブリッククラウドのシステムは監視対象に「グローバルIPアドレス」が「付与されているか」「付与されていないか」により監視回線が変わります。詳しくは以下を見ていきましょう。

監視回線パックメニュー

パック名 接続形態 内容
GlobalAgent-Line パブリッククラウド接続 インターネット回線経由にて
暗号化通信による監視となります
※ リモートオペレーション不可※1
GlobalProxy-Line パブリッククラウド接続 インターネット回線経由にて
暗号化通信による監視となります。
Proxyサーバ構築/管理費を
含みます。※2
※ リモートオペレーション可
  • ※1:GlobalAgent-Lineで監視を行う場合、監視対象にグローバルIPの付与が必要となります。
    監視対象にグローバルIPアドレスが付与されていないノードがある場合、またはリモートオペレーション対応(障害1次対応/二次対応)が必要な場合には
    GlobalProxy-Lineの契約が必要となります。
  • ※2:Proxyサーバのリソース利用料金はお客様負担となります。

パブリッククラウド接続(GlobalAgent-Line)

インターネット接続による暗号化通信で監視を行います。お客さまのシステム環境の監視対象に「グローバルIPアドレスが付与されている場合」はこちらの監視回線をご利用になられます。

GlobalAgent-Lineのイメージ図

GlobalAgent-Lineで接続をする例です。「エージェント方式」で対象となるシステムのサーバや機器に当社監視センターが接続をし監視を行います。

パブリッククラウド接続(GlobalProxy-Line)

インターネット接続による暗号化通信で監視を行います。お客さまのシステム環境の監視対象に「グローバルIPアドレスが付与されていない場合」はこちらの監視回線をご利用頂くことになります。「GlobalAgent-Line」との違いは、代理のサーバ(Proxyサーバ)をお客さまのシステム環境に構築しProxyサーバ経由で監視を行います。

GlobalProxy-Lineのイメージ図

インターネットに接続されているサーバA〜Dを監視する例です。監視対象のサーバA〜DにはグローバルIPアドレスが付与されていないため「Proxyサーバ」が必要になり
裏側から接続をし監視を行います。Proxyサーバ経由で監視を行うため「プロキシ方式」と呼ばれます。

オンプレミス環境やデータセンターやプライベートクラウド環境で利用する監視回線

企業のセキュリティポリシー上インターネット接続ができないシステム環境の監視には閉域網で接続する監視回線があります。企業の機密情報や顧客の個人情報などセンシティブなデータを取り扱う場合はオンプレミス環境やデータセンターやプライベートクラウド環境を利用しシステム環境が構成されている場合があります。当社では、そのようなシステム環境の監視に対して閉域網を提供しております。詳しくは下のボタンより次のページで詳細をご覧ください。

監視項目との関連性

当社の監視項目は類似した項目をグルーピングし分類しています。監視項目には対象となる機器やサーバに対して通信を行うため、IPアドレスを利用し設定することも行います。それに伴い対象となるサーバや機器が正常に動作しているか確認をする「死活監視」や、インターネット経由で対象となるWebサイトやWebアプリケーションを監視し正常に動作しているか確認をする「Global外形監視」などリモート(遠隔)で監視を行うために、IPアドレスを用いて対象となるサーバや機器に対して通信を確立させます。その他の監視項目に沿った監視グループの詳細は次のページをご覧ください。

システム運用監視サービス

アイティーエムのシステム運用監視サービス(MSL)は上記のように、様々な環境に適応した監視回線でお客様のシステムを監視します。24時間365日体制のカスタマーエンジニアにより、通知アラートを迅速にキャッチし、システムの状況を正確に確認いたします。日々のシステム運用はもちろんのこと、障害発生時の対応においても、効率よくオペレーションが行える監視サービスを実現しています。特に自社のオンプレミス環境に構築されたシステムを監視してほしい、開発エンジニアやアプリケーションエンジニアを本業に専念させたい、クラウド環境に構築したシステムの不具合や障害に備えてユーザが安心して利用できるサービスを提供したい、というニーズには最適なサービスです。

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関連サービス

システム運用監視サービス

Management Service Library(MSL)

当社の中核サービスであるMSP事業のシステム運用監視サービス(MSL)は、サーバやネットワーク機器の監視やシステム全体の運用・監視など、24時間365日体制で統合的にお客さまのシステム環境をサポートするサービスです。ハイブリッド環境でシステムを運用されているお客さまや、AWS、Microsoft Azure、Google Cloud Platformなど、お客さまご利用のシステム環境に合わせて、監視サービスのみのご提供から運用サポートを含めたフルマネージドサービスまで、お客さまのご要望に応じて、ご選択いただけます。

システム運用監視パッケージ

Managed Live

メニューや設定項目をパッケージ化することで、ITシステムや運用監視に不慣れな企業様においても導入時及び導入後の負荷を大幅に低減するとともに、費用対効果の高い価格を実現しました。