ネットワークの全体図 — 登場する機器を先に押さえる

概要 — まず全体をつかむ

初級では「機器のバケツリレー」で全体をつかみました。中級では、何が流れ、どう宛先が決まるかの共通言語を押さえます(各機器の詳細は個別記事で)。

詳細 — 1段階ずつ追う

流れるのは「パケット」

アニメーション『ネットワークに登場する機器の全体図』を開く
宅内機器(統合されがち)インターネットこの先、相手のサーバへ(Webの流れへ ▶)電磁波電磁波端末(スマホ・PC)通信の出発点NIC信号に変換有線LANケーブル・光無線(Wi-Fi)電磁波ルーターゲートウェイ(GW)ONU(光終端)外への有線ルート電柱→局舎モバイル(4G・5G)電磁波→基地局→キャリア網各機器をクリックすると、その解説へ移動します

通信では、データをまとめてではなく、小さなパケット(※1)に分けて送ります。各パケットの先頭(ヘッダ)には宛先IPと送信元IPが付き、途中の機器はそれを見て次へ転送します(返信もできる)。分けて送るので、混雑に強く、失った分だけ再送できます。

登場人物メモ:

  • ※1 パケット — 小さく区切られたデータの1単位
  • ※2 IPアドレス — ネット上の住所。宛先の指定に使う
この部分をもっと深く(上級
アニメーション『ネットワークに登場する機器の全体図』を開く
宅内機器(統合されがち)インターネットこの先、相手のサーバへ(Webの流れへ ▶)電磁波電磁波端末(スマホ・PC)通信の出発点NIC信号に変換有線LANケーブル・光無線(Wi-Fi)電磁波ルーターゲートウェイ(GW)ONU(光終端)外への有線ルート電柱→局舎モバイル(4G・5G)電磁波→基地局→キャリア網各機器をクリックすると、その解説へ移動します

ネットワークは役割ごとのの積み重ねです。代表的な整理が OSI 7層 と、実際に使われる TCP/IP 4層。各機器は「どの層で働くか」で位置づけられます。

  • 物理層 — 信号(ケーブル・電波・NIC)
  • L2 データリンク — MACアドレスで同一ネットワーク内を転送(スイッチ・ARP)
  • L3 ネットワーク — IPアドレスで異なるネット間を中継(ルーター)
  • L4 トランスポート — ポートとTCP/UDP(L4ロードバランサ・ファイアウォール)
  • L7 アプリケーション — HTTP・DNSなど(L7LB・WAF)
やさしく言うと(初級
アニメーション『ネットワークに登場する機器の全体図』を開く
宅内機器(統合されがち)インターネットこの先、相手のサーバへ(Webの流れへ ▶)電磁波電磁波端末(スマホ・PC)通信の出発点NIC信号に変換有線LANケーブル・光無線(Wi-Fi)電磁波ルーターゲートウェイ(GW)ONU(光終端)外への有線ルート電柱→局舎モバイル(4G・5G)電磁波→基地局→キャリア網各機器をクリックすると、その解説へ移動します

左の端末から出たデータが、いくつもの機器を通ってインターネットへ出ていきます。各機器をクリックすると、その解説へ移動します(このあと1つずつ作っていきます)。

宛先と中継の仕組み

  1. 相手の名前(ドメイン)を、DNSで住所(IPアドレス)に変換
  2. データをパケットに分け、宛先IPを付ける
  3. 途中の機器(ルーターなど)が、宛先を見て次の機器へ転送(ホップ)
  4. 相手に届いたら、パケットを組み立て直して元のデータに戻す

「住所を見て、次へ、また次へ」とバケツリレーで運ばれます。

この部分をもっと深く(上級
  1. アプリのデータに、TCPがヘッダを付ける(セグメント)
  2. それをIPが包む(パケット。宛先IP)
  3. さらにイーサネットが包む(フレーム。宛先MAC)
  4. 最後にビットとして物理的に送られる
  5. 受信側は、逆順に開いて(非カプセル化)アプリへ渡す

途中の機器は、自分の層のヘッダだけを見て仕事をします。ルーターはIP(L3)まで、スイッチはMAC(L2)まで。

やさしく言うと(初級
  1. 端末(スマホ・PC ※1) から通信が始まる
  2. 端末の中の NIC(※2) が、データを電気や電波の信号に変える
  3. 家では、有線(LANケーブル)無線(Wi-Fi) でつなぐ
  4. 宅内機器(ルーター・GW・ONU ※3) を通って、家の外へ出る
  5. 電柱・地下の回線を通り、プロバイダの局舎を経て インターネット
  6. インターネットを渡って、相手のサーバに届く(その先は「Webの流れ」)

登場人物メモ:

  • ※1 端末 — 通信の出発点。手元のスマホ・PC
  • ※2 NIC — 端末の中で通信を担う部品(信号への変換係)
  • ※3 宅内機器 — ルーター・GW・ONU。役割が近く、1台にまとまっていることも多い

層で分けて考える

ネットワークは、役割ごとので整理すると見通しがよくなります(この体系では機器ごとに分けていますが、内部ではこう重なっています)。

アニメーション『カプセル化(層ごとに包む)』を開く
下の層へ行くほど、ヘッダで包まれる(入れ子)内側=上の層(アプリ)/外側=下の層(イーサ)。同じデータが層ごとに包み直される。④ イーサ層 / フレーム③ IP層 / パケット② TCP層 / セグメント① アプリ層 / データイーサヘッダIPヘッダTCPヘッダFCS送信:アプリ → TCP → IP → イーサ と下るほど、各層がヘッダで包む(カプセル化)受信:イーサ → IP → TCP → アプリ と上るほど、各層がヘッダをはがす(非カプセル化)
  • 物理/信号 — ケーブル・電波(有線・無線・NIC)
  • 住所と中継 — IPアドレスで宛先を決め、ルーターが中継
  • 相手アプリの特定IPで機器を、ポート番号でアプリ(Webは80/443など)を指定する
  • 約束事 — TCP/IP・HTTPなどの取り決め(プロトコル)

同じ住所と中継の上でも、運び方は2種類あります。

  • TCP — 届いたか確認して再送・順序保証(Web・メールなど確実さ重視)
  • UDP — 確認を省いて速さ優先(通話・動画配信・ゲームなど)
アニメーション『IPアドレスとポート番号』を開く
届いたパケット宛先IP203.0.113.5宛先ポート443宛先IP → 建物宛先ポート443 → この窓口🏢 サーバ(1台)= 1つのIPアドレス203.0.113.580HTTP(Web・平文)443HTTPS(Web・暗号化)25SMTP(メール)22SSH(遠隔操作)同じ窓口でも「運び方」は2種類TCP 確実に届ける(再送・順序保証)UDP 速さ優先(確認を省く:通話・動画)

「家のネット」も「モバイル」も、この積み重ねの上で、途中の道が違うだけです。

この部分をもっと深く(上級
  • L1/L2 — 信号・MACの問題(ケーブル・スイッチ・ARP)
  • L3 — 到達性(pingが通るか、経路・IP設定)
  • L4 — ポート・接続(そのポートが開いているか、ファイアウォール)
  • L7 — 名前解決・アプリ(DNS・証明書・HTTP)

「pingは通るのに名前で繋がらない」=L3はOKでL7(DNS)の問題、のように層で分けると原因の見当がつきます

やさしく言うと(初級

インターネットへの出方は、大きく2つあります。

  • 家のネット — 有線/無線 → 宅内機器 → 電柱の回線 → インターネット
  • モバイル(4G/5G) — 端末から電磁波で基地局へ → キャリア網 → インターネット

同じスマホでも、「家のWi-Fi」と「モバイル回線」では通る道が違うのです。

⚠️ 切り分けの視点

  • 物理層 — ケーブル抜け・電波弱・NIC不良(そもそも信号が届かない)
  • 住所・中継 — IPが取れていない(DHCP)、経路の問題
  • 名前解決 — DNSが引けない(IPで直接なら繋がるのに、名前だと繋がらない)
  • その先 — 相手のサーバ側の問題(ここからはWebの話)
この部分をもっと深く(上級
  • MTUの不一致 — L3のIPパケットが経路のMTU(L2フレームで運べる上限)を超え、フラグメント(分割)される。PMTUD失敗だと詰まることも
  • ARPスプーフィング — L2の住所を偽り、通信を横取り
  • NAT越え — L3/L4のアドレス変換が、P2Pなどの通信を妨げる
  • 層の思い込み — 「暗号化(TLS,L7)してるから安全」でも、L3の宛先やタイミングは見える
やさしく言うと(初級
  • その端末だけ繋がらない — 端末や、Wi-Fi/有線の接続
  • 家全体が繋がらない — 宅内機器(ルーター・ONU)や、外の回線
  • Wi-Fiは繋がるがネットに出られない — 宅内機器から先(外への回線・プロバイダ)

「どこまで届いているか」を切り分けると、原因の見当がつきます。

理解度チェック

そのまま解けます(成績は保存されません)。無料アカウントを作ると、学習の記録と進捗の山登りが始まります。

1. データを小さな単位に区切って送る、その1つ1つを何と呼ぶ?

2. 「宛先はIPアドレスで決め、途中は機器が中継する」——この宛先の役割に近いのは?

3. パケットの先頭(ヘッダ)に付いて、どこへ・どこから送るかを示すのは?

4. IPアドレスで「機器」を特定した上で、「その機器のどのアプリか」を指定するのは?

5. 届いたか確認して、失った分を再送し、順序も保証する運び方はどれ?

6. 通話・動画配信・オンラインゲームなど、速さを優先する用途で使われやすいのは?

7. 途中の機器(ルーターなど)がパケットを次の機器へ渡していく1回1回を何と呼ぶ?(カタカナ)

8. 名前(ドメイン)をIPアドレスに変換する仕組みを、英字3文字で答えてください。