本稿は TCP/IP に関する記事です。TCP/IP は、現在のインターネット・社内 LAN で広く使われている通信プロトコルの体系 (プロトコルスイート) です。OSI 参照モデルの 7 階層を 4 階層に圧縮した実装寄りのモデルで、Web・メール・名前解決・SSH などのほぼすべての通信がこの体系の上で動いています。
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TCP/IPの基本
| 項目 | 内容 |
|---|
| 呼び方 | TCP/IP / インターネットプロトコルスイート / DoD モデル |
| 標準化 | IETF (Internet Engineering Task Force) / RFC |
| 主な対象 | インターネット・LAN・WAN・クラウド |
| 階層数 | 4 層 (実装重視のため OSI 7 層より少ない) |
OSI モデルとの対応
| OSI 参照モデル | TCP/IP (4階層) | 主なプロトコル |
|---|
| 7 アプリケーション | アプリケーション層 (第4層) | HTTP、HTTPS、DNS、SMTP、SSH、FTP、SNMP、NTP |
| 6 プレゼンテーション |
| 5 セッション |
| 4 トランスポート | トランスポート層 (第3層) | TCP、UDP、QUIC |
| 3 ネットワーク | インターネット層 (第2層) | IPv4、IPv6、ICMP、ARP |
| 2 データリンク | ネットワークインタフェース層 (第1層) | Ethernet、Wi-Fi (802.11)、PPP |
| 1 物理 |
OSI モデルの詳細は OSI 参照モデル を参照してください。
各層の役割
| 層 | 役割 | PDU |
|---|
| アプリケーション層 | アプリ間のやり取り (HTTP リクエスト等) | メッセージ / データ |
| トランスポート層 | 端点間の信頼性 (TCP) または軽量 (UDP)。ポート番号で識別 | セグメント / データグラム |
| インターネット層 | 異ネットワーク間のルーティング (IPアドレス) | パケット (IP データグラム) |
| ネットワークインタフェース層 | 同一セグメントでのフレーム伝送 (MAC アドレス) | フレーム / ビット |
各層が扱うデータの単位 (PDU) は データの単位 PDU を参照。
TCPとUDPの違い
| 項目 | TCP | UDP |
|---|
| コネクション | あり (3-way handshake) | なし |
| 信頼性 | 順序保証・再送・フロー制御 | ベストエフォート |
| 速度 | ヘッダ大きく低速気味 | 軽量・高速 |
| 用途 | HTTP、SSH、メール、SQL | DNS、DHCP、NTP、SNMP、リアルタイム動画/音声 |
IPv4 / IPv6 の比較
| 項目 | IPv4 | IPv6 |
|---|
| アドレス長 | 32 bit (約 43 億) | 128 bit (実質無限) |
| 表記 | 192.0.2.1 (4 オクテット) | 2001:db8::1 (16 進) |
| NAT 必要性 | 必須に近い | 原則不要 (端末ごとにグローバル可) |
| ヘッダ | 可変・複雑 | 固定 (40 バイト)・拡張ヘッダ |
| 近距離プロトコル | ARP | NDP (Neighbor Discovery Protocol) |
TCP/IP上の代表プロトコルとポート
| プロトコル | 用途 | ポート |
|---|
| HTTP | Web | 80 |
| HTTPS | Web (TLS) | 443 |
| DNS | 名前解決 | 53 |
| SMTP | メール送信 | 25 / 587 / 465 |
| POP3 / IMAP | メール受信 | 110 / 143 (TLS 995/993) |
| FTP | ファイル転送 | 20/21 |
| SSH | 暗号化リモート | 22 |
| DHCP | IP 配布 | 67/68 |
| NTP | 時刻同期 | 123 |
トラブルシュートの定石 (層の下から上へ)
- 物理 / リンク: ケーブル抜け・LED ・MAC アドレス・ARP テーブル
- IP: IP 設定・経路 (
ip route)・ping / traceroute
- トランスポート: ポート開放 (
ss / nc / nmap)・FW・SG
- アプリ: HTTP ステータス・DNS 結果・TLS 証明書・WAF
注意点
- TCP/IP は実装の集合であり、機器・OS ごとに微妙な差がある
- HTTP/3 は UDP + QUIC ベース。「TCP の Web」という固定観念から脱却が必要
- クラウド (AWS / Azure / GCP) のセキュリティグループは TCP/IP のポート単位制御がベース
- IPv6 移行は徐々に進行中。デュアルスタックでの運用が現実解
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