プロトコルとTCP/IP
メーカーもOSも違う世界中のコンピュータが通信できるのは、共通の「約束事」に従っているからです。この約束事をプロトコル（通信規約）と呼びます。インターネットを支えるプロトコルの集まりがTCP/IPです。この講義では、TCP/IPの階層構造と、IPアドレス・DNSの仕組みを学びます。
プロトコルと階層化
通信には「データをどんな形式にするか」「どうやって相手に届けるか」「エラーをどう処理するか」など多くの約束が必要です。TCP/IPではこれらを役割ごとに4つの階層に分けています。
・アプリケーション層：サービスごとの決まり。Web閲覧のHTTP/HTTPS、メール送信のSMTP、メール受信のPOP/IMAPなど。
・トランスポート層：データを確実に届ける役割。TCPは届いたかを確認し、欠けたパケットを再送し、順序を整える。
・インターネット層：IPが宛先のアドレスを管理し、パケットの経路を決めて運ぶ。
・ネットワークインタフェース層：ケーブルや電波など物理的な伝送を担当（イーサネット、Wi-Fiなど）。
階層化しておくと、たとえば無線を有線に変えても上の層はそのまま使えるなど、各層を独立に改良・交換できる利点があります。
IPアドレス
ネットワーク上の機器を識別する番号がIPアドレスです。広く使われているIPv4は32ビットで、「192.168.1.1」のように8ビットずつ4つに区切って表記します。表せるアドレスは232＝約43億個ですが、インターネットの普及で不足したため、128ビットのIPv6（約3.4×1038個）への移行が進んでいます。また、インターネット上で一意なグローバルIPアドレスと、家庭や学校のLAN内だけで通用するプライベートIPアドレスの区別があります。
DNS — 名前とアドレスの対応表
人間にとって「192.0.2.44」のような数字の列は覚えにくいため、「example.com」のようなドメイン名が使われます。ドメイン名とIPアドレスを対応づけて変換する仕組みがDNS（Domain Name System）です。ブラウザにURLを入力すると、まずDNSサーバに問い合わせてIPアドレスを取得し、そのアドレスに向けて通信が始まります。
① DNSサーバに「example.comのIPアドレスは？」と問い合わせ、IPアドレスを得る。
② TCPで相手サーバと接続を確立する。
③ HTTP(S)で「このページをください」と要求（リクエスト）を送る。
④ サーバがページのデータを応答（レスポンス）として返し、ブラウザが表示する。
この間、データはパケットに分割され、IPによって経路を運ばれ、TCPによって抜けなく順序どおりに組み立てられています。
- プロトコル＝通信の約束事。TCP/IPはインターネットの標準プロトコル群。
- 4階層: アプリケーション（HTTP・SMTPなど）／トランスポート（TCP）／インターネット（IP）／ネットワークインタフェース。
- TCPは「確実に・順序どおり」、IPは「宛先へ運ぶ」が役割。
- IPv4は32ビットで約43億個。不足のためIPv6（128ビット）へ移行中。
- DNSはドメイン名とIPアドレスを変換する「インターネットの電話帳」。
練習問題
- IPv4のIPアドレスは何ビットで、およそ何個のアドレスを表せるか答えなさい。
- DNSの役割を説明しなさい。
- TCPとIPの役割の違いを説明しなさい。
解答・解説
- 解答：32ビット、約43億個
解説：2の32乗＝約42.9億。アドレス不足のため128ビットのIPv6への移行が進んでいる。 - 解答：ドメイン名（example.comなど）とIPアドレスを対応づけ、相互に変換する仕組み。
解説：人間が覚えやすい名前と、機械が使う数値アドレスの橋渡しをする。URLを開くとき最初にDNSへの問い合わせが行われる。 - 解答：IPはIPアドレスをもとにパケットを宛先まで運ぶ（経路制御）役割。TCPはパケットが届いたか確認し、失われたものを再送し、順序を整えて確実にデータを届ける役割。
解説：「運ぶのがIP、品質を保証するのがTCP」と整理するとよい。