TCP/IPの違いとは?階層別に図付きで分かりやすく解説!

TCP/IPとは?分かりやすく解説!ネットワーク
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こんにちは!IT解決コラム編集部です。

本記事では、インターネット関連でよく目にする「TCP/IP」について、わかりやすく解説します。

インターネット関連で調べていると、度々「TCP/IP」という用語を目にしているものの、難しそうだから読み飛ばした…という経験ありませんか?

本記事では、「TCP/IP」とはどのようなものかについて解説していきます。

この記事の要点
●TCP/IPは、全世界で広く使われている通信プロトコル
●TCPとIPという2つのプロトコルを中心として位置付ける複数のプロトコルの総称を指す

●TCP/IPではインターネット通信を4つの階層に分け、それぞれに専用プロトコルが存在する


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1.TCP/IPとは?仕組みを解説

TCP/IPのイメージ図

TCP/IPを説明する前に、まずは「プロトコル」について説明する必要があります。

インターネットに接続する際、あらゆるコンピューター同士が同じように通信できるように、通信するデータ形式や信号の送受信方法などを統一する必要があり、それぞれの通信ルールを「プロトコル」といいます。

例えばパソコンでWEBサイトを閲覧するにしても、パソコンから有線LAN、光回線、WEBサイトのデータが格納されたサーバに至るまで、それぞれの規格に適した信号に変換する必要があり、それを可能にするために多くのプロトコルが必要となります。

TCP/IPは、TCP(伝送制御プロトコル)とIP(インターネットプロトコル)の2つのプロトコルを中心として位置付ける複数のプロトコルの総称を指します。それぞれの説明は後述します。


2.TCP/IPでのデータ受信の流れ

TCP/IPでインターネット通信を行う場合、通信データは、送信元から発信されて端末で受信するまで、役割に応じて次の4つの段階(階層)を経ることになり、それぞれに専用のプロトコルが存在します。

それぞれのプロトコルで、「ヘッダー」と呼ばれる付加情報をデータに追加して次の階層へ送ったり、前の階層から送られてきたデータの付加情報を読み取ることで、正しくデータが伝送されるようになっています。

TCP/IPでのデータ受信の流れ

①アプリケーション層

アプリケーション層はWEBサイトやメールなど、具体的な通信サービスを提供する階層です。
代表的なプロトコルとして、WEBサイトの場合は「HTTP」、メールの場合は「SMTP」などがあります。

例えば、HTTPは、端末からのWEBサイト閲覧リクエストに応じて、HTMLファイルなど必要なデータを端末に送信する機能があります。

SMTPは、メールの宛先の端末に向けて、メールのデータを送信する機能があります。

②トランスポート層

通信データの誤りや順序を制御し、送信先にデータを正しく届ける役割を担う階層です。
代表的なプロトコルとして上述の「TCP」と「UDP」があります。

TCP

TCPは、通信するコンピューター同士で都度データが間違いや損失なく正確に届いているかを確認しあい、間違いがあれば正確に届くまでデータを再送することで、通信速度は遅いものの、確実かつ信頼性の高い通信を実現するプロトコルです。WEBサイトやメールなどで使われています。

UDP

UDPは、データが正確に届いていなくてもデータ再送を行わず、信頼性は低いものの高速な通信を提供するプロトコルです。
UDPは動画配信やオンライン会議などで使われています。

③インターネット層

データの通信経路を定義することで、異なるネットワーク間で通信できるようにする役割を担う階層です。代表的なプロトコルとしては「IP」があります。

IPは、通信データを「パケット」という小さなデータ単位に分割し、コンピューターのインターネット上の住所である「IPアドレス」を指定してデータを送受信する通信プロトコルで、現在は第4世代の「IPv4」と第6世代の「IPv6」が主に使われています。

④ネットワークインターフェース層

ネットワーク機器や端末などの物理的に接続された機器間の通信方法を規定する階層です。

代表的なプロトコルとしては、有線LANケーブルで使われる「イーサネット」や、無線LANで使われる「Wi-Fi」、電話回線等では「PPP」と呼ばれる通信プロトコルがあります。

以上のように、一連の階層のプロトコルによって適切な形で通信することで、私たちは快適にインターネットを使うことができています。


3.TCPは通信速度が遅くなりやすい

上述のとおり、TCPはデータが正しく届いているかを確認し、損失がある場合は正しく届くまで再送することで、正確なデータ伝送ができるというメリットがあり、WEBサイトの閲覧やメール送受信などあらゆる利用シーンで活用されています。

一方で、TCPを用いた通信の場合、多くのユーザーが同時に大容量のデータ通信を行いアクセスが集中する「輻輳(ふくそう)」という現象が発生すると、通信速度が遅くなる場合があります。

輻輳が発生するメカニズムについては、下記の記事でも取り上げたので併せてご覧ください。

オフィスのWi-Fiが遅い原因「輻輳(ふくそう)」のメカニズムと解決法
Wi-Fiの電波が届いているのにつながらない…という悩みありませんか?それは「輻輳」が原因かもしれません。「輻輳」とはなにか?や、防止する方法について解説していきます。

この輻輳が発生すると、パケット(通信データ)がネットワークの処理上限を超えて渋滞し、適切に伝送されず消失する「パケットロス」という現象が発生します。

そうすると、TCPではパケットが正常に届くまで再送するように設計されているため、渋滞しているネットワークに何度も同じパケットが再送され、さらに渋滞が深刻化することになります。

以上のような原因により、通信速度が遅くなる場合があります。

無線LANの渋滞を避けよう

そこで、TCPのプロトコルでは、パケット再送を制御して輻輳状態を軽減する「輻輳制御」をすることが非常に重要になります。

とくに、無線LANを使った通信は、電波を経由するためパケットロスや遅延が発生しやすい性質があり、無線LANに適した輻輳制御を行うことが理想的です。

輻輳によってオフィスの通信が遅いなどでお困りの方に向けて、独自のTCPアルゴリズムにより通信速度を最大約350%にすることができる「Tbridge」という装置をご紹介します。

無線LANを自動最適化するソリューション「Tbridge」

4.Tbridge(ティーブリッジ)のご紹介

「Tbridge」は、無線LANの状況を「把握→改善→安定化」するサイクルを自動的に繰り返すことで、「速度が遅い」「よく切れる」「つながらない」といった問題を解決し、安定的な無線LANの運用管理を可能にする無線LAN最適化ソリューションです。

無線LAN(Wi-Fi)の課題を自動で解決するシステム「Tbridge」
Tbridgeは、オフィス・マンション・ホテルなどの無線LANの遅い・すぐ切れる・つながらないといった課題を自動で解決し最適化するシステムです。遅い原因を分析し、把握・改善・安定化を自動で実行することで、ハイパフォーマンス稼働をサポート致します。

機能① 無線LANの問題を可視化

「Tbridge」は、無線LANの状況をリアルタイムで数値化・グラフ化するため、現在ネットワーク内でどのような問題が発生しているかを瞬時に把握することができます。

Tbridgeの管理画面イメージ
Tbridgeの管理画面イメージ

機能② 独自アルゴリズムでデータ転送を高速化

「Tbridge」は、無線通信に特化した独自のTCPアルゴリズムにより、通信データ(パケット)の送信量自体を自動でコントロールし、ネットワーク輻輳を回避することができます。

これによりパケットロス/再転送/遅延を改善し、最大約350%のデータ転送速度を実現します。

 独自アルゴリズムでデータ転送を高速化

機能③ トラフィック制御

Tbridgeは、データ通信を自動調整することにより、容量の大きなデータ通信を行う端末による帯域幅の独占を防止し、安定した通信トラフィックを実現します。

以上の3つの機能で、Tbridgeはこれまでになかったアプローチでネットワーク輻輳の根本的な問題解決に貢献します。

また、Tbridgeはルーターとスイッチングハブ・アクセスポイントの間に接続するだけで利用でき、ネットワーク構成の変更が不要なので、スピーディに導入することができます。

この革新的な機能は特許取得済み(第6145190号)ですので、他社にはない強み「Tbridge」にはあります。

Tbridgeは2024年でリリース10周年を迎えました

オフィスでの効果も十分に発揮しますが、学校などの教育機関でも大きくサポートをしてくれます。

1人1台環境に対応した校内LANを実現し、授業運営を円滑にすることから、学校や自治体などのユーザーにも評価されており、これまでの累計出荷台数は2000台以上、国内の約10%の自治体の教育委員会(約170自治体、約2000校)で利用されています。

「なぜ通信速度が遅いの…?」とお困りでしたら、ぜひ「Tbridge」を試してみてください!

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