[初心者向け]プロトコルとは? | OSI参照モデルとTCP/IPについて解説

プロトコルは、ネットワーク通信においてデータを正確にやり取りするための”約束事”や”ルール”の集合を指します。
通信が成立するためには、送り手と受け手が共通のルールを理解している必要があり、プロトコルはその役割を担います。
本記事では、プロトコルの基本的な概念や種類、OSI参照モデルやTCP/IPといった代表的な仕組みについて解説します。

プロトコルとは

プロトコルは、ネットワーク通信においてデータを正確にやり取りするための”約束事”や”ルール”の集合を指します。
通信が成立するためには、送り手と受け手が共通のルールを理解している必要があり、プロトコルはその役割を担います。

アナログ世界のヒトの活動でのプロトコルは、言語です。
日本人同士では、日本語で会話できますが、日本人とその他の言語圏の方の母国語同士で
は、言語がことなるため、会話が成り立ちません。
プロトコルは、お互いが認識できる言語や文法でやりとりする仕組みです。

ネットワーク通信を例にとると、プロトコルはデータの送信元と受信先がどのようにやり取りするかを決めるルールです。
プロトコルの規定で必要な決まりごとの例を紹介します。

データの形式

どのような形でデータを送るかを規定する必要があります。
送受信したデータが、文字列か数値かでも扱い方が異なるので、プロトコルで規定します。

通信手順

送信と応答のタイミングや順序を規定する必要があります。
ネットワーク通信ができるコンピュータの間で、どちらがサーバー/クライアントであるか、どのような手続きを行うかをプロトコルで規定します。

エラーチェック

データの破損や予期せぬ事態が発生した場合のエラー処理について、プロトロルで規定します。

例として、普段私たちがウェブを利用する際には、HTTP(HyperText Transfer Protocol)というプロトコルが使われています。

プロトコルの種類

プロトコルにはさまざまな種類があり、それぞれ役割や目的が異なります。
主なプロトコルを紹介します。

プロトコル	利用方法
HTTP/HTTPS	ウェブページの表示やデータ送受信のためのプロトコル
FTP(File Transfer Protocol)	ファイルの転送に用いられる
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)	メールの送信を管理するプロトコル
DNS(Domain Name System)	ドメイン名とIPアドレスを対応させる
IP(Internet Protocol)	データをインターネット上で転送するためのアドレス指定

OSI参照モデルとは

OSI(Open Systems Interconnection)参照モデルは、ネットワーク通信のプロセスを7つの階層(レイヤー)に分けたモデルです。
各レイヤーに分けて役割が定義されており、プロトコルが規定されています。

レイヤー	利用方法	プロトコル例
アプリケーション層	ユーザーが直接操作する部分	HTTP/HTTPS DNS SMTP POP3
プレゼンテーション層	データ形式の変換	HTML JSON CSV
セッション層	ネットワークのセッションを管理	NFS SMB
トランスポート層	データの信頼性やエラーチェック	TCP UDP
ネットワーク層	ネットワーク間でのデータ転送	IP ARP
データリンク層	同一ネットワーク内でのデータ転送	PPP Ethernet
物理層	ケーブルや電波などの物理的なデータ転送	Bluetooth NFC

OSI参照モデルは学習用の理論体系です。
実際の通信プロトコルの基礎を理解する上で非常に役立ちます。

TCP/IPとは

TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)は、インターネットで最も広く使われているプロトコル群で、4つの階層に分かれています。

レイヤー	利用方法	プロトコル例
アプリケーション層	ユーザーが利用する通信プロトコル	HTTP/HTTPS DNS SMTP POP3
トランスポート層	データの信頼性を保証	TCP UDP
インターネット層	パケットのアドレス指定と転送	IP ARP
ネットワークインターフェース層	ハードウェア間の通信を担う	Bluetooth NFC PPP Ethernet

TCPは、信頼性の高い通信を保証するため、データの分割や再送を管理します。
UDP(User Datagram Protocol)は、信頼性より速度を重視した通信に適しています。

OSI参照モデルとTCP/IPの違いと利用方法

OSI参照モデルとTCP/IPは、レイヤーの区切り方が異なるので違ったように見えますが、対応する層があるので、比較してみます。

OSI参照モデル	TCP/IP	処理領域
アプリケーション層	アプリケーション層	アプリケーション
プレゼンテーション層
セッション層
トランスポート層	トランスポート層	OS
ネットワーク層	インターネット層
データリンク層	ネットワークインターフェース層	デバイス ドライバ NIC
物理層

プログラミングや設計時に、レイヤーで分けて機能を考えることで、対象外レイヤーのことは考えることがなくなります。
レイヤーを意識して、プログラミングや設計ができると良いです。

まとめ

プロトコルやOSI参照モデル、TCP/IPについて紹介しました。

プロトコルは、ネットワーク通信のルールを規定しています。
プロトコルの種類やOSI参照モデル、TCP/IPのような通信モデルを理解することで、ネットワーク通信の基本的な仕組みを理解することができます。
各モデルを理解していれば、効率的なシステム設計やトラブルシューティングを行う際に役立ちます。