Web通信の通り道と役割

ブラウザでWebサイトを開くと、手元のコンピューターからWebサーバーへ要求が送られます。 Webサーバーが返したページのデータも、ルーターやアクセスポイントを通ってブラウザへ届きます。

このページでは、最初にデータが通る機器を確認します。 そのあとで、機器やソフトウェアがデータを正しく受け渡すための決まりを学びます。

ブラウザからWebサーバーまでの通り道

Wi-Fiを使う場合、手元のコンピューターが送ったデータは、まずアクセスポイントへ届きます。 アクセスポイントは、Wi-Fiでつながる機器を自宅や職場のネットワークへ接続します。

自宅や職場の外へ出るデータは、ルーターへ渡されます。 ルーターは、異なるネットワークの間でデータを次の行き先へ渡す機器です。 インターネット上では複数のルーターがデータを受け渡し、Webサーバーがあるネットワークまで運びます。

LAN、WAN、インターネットの関係

自宅、学校、会社の一つの拠点など、限られた範囲で機器をつなぐネットワークをLAN（Local Area Network）と呼びます。 手元のPCとアクセスポイントは、同じLANにつながっています。

離れたLAN同士をつなぐ広いネットワークをWAN（Wide Area Network）と呼びます。 通信事業者の回線や、会社の拠点間ネットワークが例です。

インターネットは、家庭、会社、学校、通信事業者、クラウド事業者などが管理する多数のネットワークを相互につないだものです。 一つの会社が管理する一個のWANではなく、管理者の異なるネットワーク同士が接続されています。

ブラウザとWebサーバーは、利用者へ見せる内容を扱います。 途中のアクセスポイントやルーターは、その内容を画面に表示せず、データを次へ渡します。

データを受け渡すための決まり

別々に作られたブラウザ、OS、ルーター、Webサーバーが通信するには、データの並べ方や処理の順序を揃える必要があります。 たとえば、宛先をデータのどこへ書くか、受信したデータをどのプログラムへ渡すか、要求と返事をどう表すかを決めておきます。

通信する機器やソフトウェアが共有する、このような決まりをプロトコルと呼びます。 一回のWeb通信では、異なる役割を持つ複数のプロトコルを組み合わせます。

Webサーバーへ送るHTTPの要求をTCPで運ぶ場合、ブラウザはHTTPのデータをOSへ渡します。 OSはTCPとIPの処理を行い、ネットワークへ送ります。 ルーターはIPの宛先を使って、データを次のネットワークへ渡します。

受信側では、WebサーバーのOSがTCPとIPを処理します。 OSは受信したHTTPのデータを、待ち受けているWebサーバーのプログラムへ渡します。

通信の役割を層に分ける

Webサイトを開けない原因には、Wi-Fiが切れている、宛先までの経路がない、Webサーバーが要求を受け付けていない、といった違いがあります。 原因によって、確認する機器やソフトウェアも変わります。

通信に必要な役割を上下に分けたものを層（レイヤー）と呼びます。 上の層は利用者やアプリに近い処理を担当し、下の層はデータを信号として送る処理に近づきます。

OSI参照モデルは、通信の役割を七つの層に分けて説明するためのモデルです。 インターネットの説明では、役割を四つほどにまとめたTCP/IPモデルも使われます。

送信するときは各層の情報が加わる

ブラウザはHTTPの要求を作り、OSへ送信を依頼します。 送信側のOSは、TCPのポート番号やIPのアドレスなど、データを運ぶために必要な情報を加えます。 同じネットワークへ送るための情報も加え、ネットワークインターフェースへ渡します。

受信側のOSは外側の情報から順に読みます。 最後に、HTTPの要求を待ち受けているWebサーバーへデータを渡します。

各層が、自分の役割に必要な情報を加える処理をカプセル化と呼びます。 ルーターはIPの情報を使うため、通常はHTTPに書かれたURLを読まずにデータを転送できます。

宛先を指定する四つの情報

通信相手を指定する情報は、使う場所によって異なります。

https://example.com:443/docsというURLでは、example.comがホスト名、443がポート番号、/docsがWebサーバーへ要求する場所です。 ブラウザはDNSを使い、ホスト名に対応するIPアドレスを調べます。

IPアドレスはネットワークインターフェースに設定されます。 コンピューターを別のネットワークへつなぐと、IPアドレスが変わることがあります。

次は、同じLANへ直接送るか、ルーターへ送るかを判断する

このページでは、LANの外へ送るデータをルーターへ渡すところまで確認しました。 次のIPアドレスとルーティングでは、PCが自分と宛先のIPアドレスを比べ、同じLANへ直接送るか、LANの出口にあるルーターへ送るかを決める仕組みを学びます。