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TCP/IPとは｜通信プロトコル体系と4階層モデルの基礎

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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TCPUDP
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、SQLDNS、DHCP、NTP、SNMP、リアルタイム動画/音声

IPv4 / IPv6 の比較

項目IPv4IPv6
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ARPNDP (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
HTTPWeb80
HTTPSWeb (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
DHCPIP 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)

  1. 物理 / リンク: ケーブル抜け・LED ・MAC アドレス・ARP テーブル
  2. IP: IP 設定・経路 (ip route)・ping / traceroute
  3. トランスポート: ポート開放 (ss / nc / nmap)・FW・SG
  4. 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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2026-09-06 15:28:14 atom 281

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