すべてのモノがネットワークにつながるIoT時代、IT技術者ならネットワークに関する基本的な知識は不可欠だ。そこで本特集では日経NETWORKの過去記事を再編集。全12回で基本的なネットワーク技術を分かりやすく解説する。

 コンピューター同士の通信は、それぞれのコンピューターが複数のプロトコルや規格に沿ったデータ処理を行うことで実現している。LANにつながったパソコンでは、「TCP」「UDP」「IP」「イーサネット」といったプロトコルや規格が使われている。

 本特集では、これらのプロトコルのしくみをそれぞれ見てきた。今回は、それぞれがどのように連携して動作しているのかを見ていこう。

機能ごとに階層を定義した構造

 プロトコル同士の関係は、下図のような階層構造で見るとわかりやすい。

階層化されたプロトコルがそれぞれの役割を担って通信が実現できている
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 機能ごとに階層を決め、それぞれの層に該当するプロトコルが属する。環境や用途に応じて各層のプロトコルを使い分けるイメージになっている。この例では、LANにつながったパソコンで使うプロトコルを示した。

 アプリケーションがデータを送出する際は、トランスポート層に属するプロトコルでデータを処理する。この層には、TCPとUDPがある。TCPを使うかUDPを使うかは、アプリケーション側が通信の目的や用途によって使い分ける。通信相手に対して、なるべく確実にデータを渡すならTCPを、とにかく高速にデータを渡すならUDPを選ぶ。

 TCPやUDPによって処理されたデータは、次にネットワーク層に属するIP、そしてデータリンク層に属するイーサネットが順に処理していく。最後に、物理層でLANアダプタによって電気信号に変換され、データはケーブルに送り出される。

 このとき、TCPからIPを飛び越えて直接イーサネットにデータを渡したり、TCPで処理したデータを次にUDPが処理したりといったことは起きない。各層に属するプロトコルがそれぞれの役割を全うし、次の層にデータを受け渡すことで通信を実現している。

 また、ここではパソコンで使われるプロトコルを例に挙げたが、例えばルーターなどのネットワーク機器を介して、イーサネット以外のデジタル専用線などのネットワークにつながっている場合は、そのネットワークに接続するためのプロトコルが使われる。

 なおプロトコルの階層構造は、図のようにケーブルに近い層から順にレイヤー1、レイヤー2、…と呼ぶ。ネットワーク機器の中には、「レイヤー2スイッチ」や「レイヤー3スイッチ」と呼ばれるものがある。これらは、レイヤー2なら図に挙げたデータリンク層を、レイヤー3ならネットワーク層を指している。詳しくは、次回以降に解説する。

 プロトコルの階層構造では、レイヤー1からレイヤー7までの7層で構成された「OSI 参照モデル」という考え方もよく使われる。図と比較すると、通信アプリケーションが処理する内容を、セッション層(レイヤー5)、プレゼンテーション層(レイヤー6)、アプリケーション層(レイヤー7)と三つの階層に分けている。

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