【図解】TCP/IPとは？仕組みをわかりやすく徹底解説！

はじめに

インターネットで私たちが使うWebサイトやメール、SNSは、裏側でデータ通信が正しく行われることで成り立っています。その仕組みを支えているのがTCP/IPモデルです。

TCP/IPモデルは、世界中の機器が共通ルールに従ってやり取りできるように定められた通信のルールです。その仕組みを理解することで、トラブル発生時の問題を切り分けやすくなり、新しい技術への理解もスムーズになります。その結果、エンジニアとしての信頼性や応用力が高まります。

この記事では、TCP/IPモデルの構造と4つの階層、それぞれの役割について初心者向けにわかりやすく解説します。

TCP/IPモデルとは

TCP/IPモデルは、ネットワーク上でコンピュータ同士がデータをやり取りするための通信ルール（プロトコル）です。

正式には「インターネット・プロトコル・スイート」と呼ばれ、現在ではほとんどのネットワーク機器やアプリケーションがこの仕組みに対応しています。

TCP/IPモデルは通信を4つの階層に分け、それぞれが異なる役割を担当します。階層化することで、複雑な仕組みを整理し、効率よくデータを送受信できるようになっています。

プロトコルとは

プロトコルとは、コンピュータ同士が正しく通信するための「決まりごと」や「約束事」のことです。

たとえば、私たちが会話をするときにも「言葉のルール（日本語・英語など）」があるように、コンピュータの世界でも情報を正確にやり取りするには共通のルールが必要です。

TCP/IPは、こうしたプロトコルの集合体であり、複数のプロトコルが役割を分担しながら通信を支えているのが特徴です。

▼プロトコルについては、以下の記事でさらに詳しく解説しています。

プロトコルとは？初心者でもわかる通信ルールの基本をやさしく解説！

https://envader.plus/article/539

TCP/IPの階層とプロトコル

インターネットを流れるデータは、いくつかの段階に分けて処理されています。これを整理したものがTCP/IPの4階層モデルです。

通信の役割を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ース層の4つに分けています。それぞれの層は独立して役割を持ち、複雑な通信をシンプルに整理し、効率よく処理できる仕組みになっています。

これから4階層それぞれの概要を順番に確認していきましょう。

アプリケーション層

アプリケーション層は、ユーザーが利用するアプリケーションに合わせてデータの形式や、やり取りの手順を決める役割を担います。

文字や画像、音声といった情報を、人が認識できる形に変換し、Webブラウザやメールソフトなどで扱えるようにするのがこの層の特徴です。

この層で利用される代表的なプロトコルには、以下のようなものがあります。

• HTTP / HTTPS：Webサイトの閲覧
• SMTP：メールの送信
• POP3 / IMAP：メールを受信
• FTP / SFTP：ファイルの転送

アプリケーション層があることで、私たちは仕組みを意識せずにWebやメールなどのサービスを利用できるようになっています。

トランスポート層

トランスポート層は、アプリケーション層から受け取ったデータを分割して送り、相手から受け取ったデータを正しく組み立てる役割を担います。

送信時には、大きなデータを小さな単位（セグメント）に分けて番号をつけ、順番に相手へ届けます。受信時には、その番号を確認しながら並べ直し、欠けている部分があれば再送を要求して正しい形に戻します。

このとき利用される代表的なプロトコルが「TCP」と「UDP」です。

• TCP（Transmission Control Protocol）

  信頼性を重視し、データが確実に届くように制御します。送信後に応答を確認し、不足や順番の乱れがあれば修正します。Webブラウジングやメールの送受信など、正確さが求められる通信で利用されます。

• UDP（User Datagram Protocol）

  届いたかの確認は行わず、とにかく高速にデータを送ります。動画配信やオンラインゲーム、音声通話（VoIP）など、多少の欠損よりもリアルタイム性が重要な通信に利用されます。

このように、トランスポート層では通信の性質に応じて最適な方法を選べる仕組みになっています。

▼TCPとUDPについて、以下の記事で詳しく解説しています。2つのプロトコルの違いから、実際の用途などを知りたい方はご覧ください。

TCPとUDPの違い｜用途を実際の使用例を交えて解説

https://envader.plus/article/208

インターネット層

インターネット層は、複数のネットワーク間でデータを転送し、目的地まで届ける役割を持っています。送り先の住所にあたるIPアドレスを参照し、データをルーター経由で転送し、最終的に宛先のコンピュータに届けます。

この層の代表的なプロトコルは以下です。

• IP（Internet Protocol）

  通信相手を特定するための住所（IPアドレス）を扱う基本プロトコルです。

• ICMP（Internet Control Message Protocol）

  ネットワークの状態を確認するための制御用プロトコルです。

• ARP（Address Resolution Protocol）

  IPアドレスからMACアドレスを調べるためのプロトコルです。

インターネット層は「どこに届けるか」を決める層であり、ルーターなどのネットワーク機器もこの層で動作します。

▼ARPとRARPについては以下の記事で詳しく解説しています。

ネットワークの基本 ARPとRARPについて

https://envader.plus/article/205

ネットワークインターフェース層

ネットワークインターフェース層は、物理的なネットワーク接続とデータの送受信を担当する層です。送信時には、アプリケーションからきたデータを電気信号や電波に変換してネットワーク上に伝送し、受信時には信号をデータに戻して上の層に渡します。

この層では、次のようなさまざまな物理媒体が使われます。

• Ethernet：有線LANの標準規格
• Wi-Fi（IEEE 802.11）：無線LANの標準規格
• PPP（Point to Point Protocol）：ダイヤルアップや一部の専用線で利用される接続規格

また、同じネットワーク内でどの機器と通信するかを判断するためにMACアドレスを利用します。インターネット全体ではなく、ローカルネットワーク内でのやり取りを担当する点が特徴です。

---

ここまで紹介したとおり、TCP/IPモデルは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ース層の4つで構成されています。

それぞれが役割を分担することで、Web閲覧やメール、動画配信など、日常的に使っているサービスがスムーズに動いています。

▼さらに理解を深めたい方は、以下の記事も参考にしてください。通信の仕組みやHTTPの動きがより具体的にイメージできるようになります。

• 初心者向け！図解で説明する通信のカプセル化

  https://envader.plus/article/512

• 初学者向け！HTTP通信について知ろう

  https://envader.plus/article/506

• 初学者向け！HTTP通信についてもっと深く知ろう

  https://envader.plus/article/513

次に、ネットワークの仕組みを説明するときによく登場するOSI参照モデルとの違いを確認してみましょう。

TCP/IPモデルとOSI参照モデルの違い

ネットワーク通信の仕組みを整理して理解するために、TCP/IPモデルとOSI参照モデルという2つの考え方があります。どちらも「通信を階層に分けて役割を整理するモデル」ですが、その目的や構造には違いがあります。

OSI参照モデル：理論的に整理された7階層

OSI参照モデルは、ネットワーク通信をより細かく定義するために作られた7層構造を持ち、各層での役割がより明確に分かれています。

7層構造により、データがネットワークを通じてどのように移動するかを詳細に理解できます。各層が独立しているため、問題が発生した場合、特定の層に焦点を当ててトラブルシューティングが可能です。

どちらを学ぶべきか？現場での使われ方

TCP/IPモデルは、実際のネットワーク設計や運用に直結するため、現場でよく使用されます。一方、OSI参照モデルは、通信プロトコルの学習やトラブルシューティングのフレームワークとして役立ちます。

初心者には、まずはTCP/IPモデルを理解することが推奨されますが、より深くネットワークを理解するためにOSI参照モデルも学んでおくと役立つでしょう。

▼2つのモデルについては、以下の記事で詳しく解説しています。さらに理解を深めたい方はぜひご覧ください。

• TCP/IPモデルとOSI参照モデルの違いと実際の利用シーン

  https://envader.plus/article/451

• 【初心者必見】OSI参照モデル アプセトネデブで覚えよう

  https://envader.plus/article/38

まとめ

この記事では、ネットワーク通信の基本となるTCP/IPモデルを初心者向けに解説しました。最後に大切な部分を振り返りましょう。

TCP/IPモデルは、ネットワーク上でコンピュータ同士がデータをやり取りするための通信ルール（プロトコル）です。通信を次の4つの階層に分け、効率よくデータを送受信できるようになっています。

• アプリケーション層

  ユーザーが利用するアプリケーションに合わせて、データの形式ややり取りの手順を決めます。

• トランスポート層

  アプリケーション層から受け取ったデータを分割して送り、相手から受け取ったデータを正しい形に組み立てます。

• インターネット層

  送り先の住所にあたるIPアドレスを参照して、複数のネットワーク間でデータを転送し、目的地まで届けます。

• ネットワークインターフェース層

  データを電気信号や電波に変換してネットワーク上に伝送し、受信時には信号をデータに戻して上位層に渡します。

ネットワークの基本を理解しておくと、トラブル対応や新しい技術の習得にも役立ち、エンジニアとしての強みにつながります。少しずつ理解を深め、ネットワークの知識を深めていってください。

参考資料

以下のリンクは、この記事で解説した手順や概念に関連する参考資料です。より詳しく学びたい方は、ぜひご覧ください。

• Wikipedia - インターネット・プロトコル・スイート

  https://ja.wikipedia.org/wiki/インターネット・プロトコル・スイート

• Wikipedia - 通信プロトコル

  https://ja.wikipedia.org/wiki/通信プロトコル

• アイティーエム - TCP/IPとは？通信プロトコルの階層モデルを図解で解説

  https://www.itmanage.co.jp/column/tcp-ip-protocol/

• ネットワークエンジニアとして - TCP/IP

  https://www.infraexpert.com/study/tcpip.html

• IT用語辞典 - TCP/IP 【Transmission Control Protocol/Internet Protocol】

  https://e-words.jp/w/TCP-IP.html

• イラスト図解式 この一冊で全部わかるネットワークの基本

  著者：福永 勇二

  定価：1,848円／192頁／ISBN：978-4-7973-8667-7

  発売日：2016年3月29日／発行元：SBクリエイティブ

  https://www.sbcr.jp/product/4797386677/