2-1. ネットワーク基礎

このセクションで学ぶこと

ネットワークをレイヤーで分けて考える理由
OSI参照モデルと TCP/IP の対応関係
IP アドレス、DNS、ポートの役割
ブラウザからサーバーまで通信が届く流れ

1. ネットワークとは何か

ネットワークとは、複数のコンピュータがデータをやり取りするための仕組み である。

1台のPCの中だけで処理が完結するなら、CPU・メモリ・ストレージの知識だけでもある程度は進められる。
しかし実際の業務では、ブラウザ、API サーバー、データベース、外部サービスが互いに通信する。

自分のPC
   │
   ├─ ブラウザでURLを開く
   │
   ▼
ルーター / 社内ネットワーク
   │
   ▼
インターネット
   │
   ▼
Webサーバー / APIサーバー

このとき、送られるデータは大きな塊のまま移動するのではなく、扱いやすい単位に分けられて運ばれる。
この単位を パケット と呼ぶ。

なぜネットワーク知識が必要なのか

初心者がつまずきやすいエラーの多くは、実は「コードが悪い」のではなく、通信相手に届いていないことが原因である。

URL は正しいか
名前解決（DNS）はできているか
相手のIPに届くか
正しいポートに接続しているか
HTTP の返答は何だったか

これらを切り分けるために、ネットワークの土台を知る必要がある。

2. レイヤーで考える理由

ネットワークを理解しにくくしている理由の1つは、1回の通信の中に複数の役割が同時に含まれているからである。

たとえば https://example.com を開くときには、少なくとも次のことが起きている。

どのアプリのルールで会話するか（HTTP など）
どの順番で安全に届けるか（TCP など）
どの機械に送るか（IP）
今つながっているネットワーク上でどう流すか（Ethernet / Wi-Fi）

これを整理するために、ネットワークは**層（レイヤー）**に分けて考える。

OSI参照モデルと TCP/IP

実務でよく出るのは TCP/IP モデルだが、学習では OSI 参照モデルも合わせて知っておくと整理しやすい。

OSI参照モデル	TCP/IP の対応	役割	例
第7〜5層アプリケーション / プレゼンテーション / セッション	アプリケーション層	アプリ同士の会話ルール	HTTP, DNS, TLS
第4層トランスポート	トランスポート層	どの順で、どの相手アプリに届けるか	TCP, UDP
第3層ネットワーク	インターネット層	どの機械に送るか	IP, ICMP
第2〜1層データリンク / 物理	ネットワークインタフェース層	同じネットワーク内でどう運ぶか	Ethernet, Wi-Fi

アプリケーション層   HTTP / DNS
        ↓
トランスポート層     TCP / UDP
        ↓
インターネット層     IP
        ↓
ネットワークIF層     Ethernet / Wi-Fi

レイヤーで分けると何がうれしいか

役割ごとに切り分けて考えられる
どこで問題が起きているか調べやすい
下の層が同じなら、上のルールだけ差し替えられる

たとえば HTTP と DNS はまったく別の用途だが、どちらも IP の上で動いている。
このように、上の層は下の層を土台として再利用する ことで、複雑な通信を組み立てている。

3. IPアドレスとルーティング

ネットワーク上で通信相手の機械を識別するための番号が IP アドレス である。

IPアドレスの役割

どの機械に届けるか を示す
人の名前ではなく、ネットワーク上の宛先を表す
同じネットワークでも機械ごとに異なる

送信元PC                宛先サーバー
192.168.1.10   ───→    93.184.216.34

ここで使っている IP アドレスは、通信の考え方を説明するための例である。

この章で扱う IP アドレスの見え方

この章では、192.168.1.10 のように ドット区切りの数字で表す IP アドレス を中心に扱う。
初学者の段階では、まず「宛先の機械は数字で識別される」と理解できれば十分である。

プライベートIPとグローバルIP

種類	例	使われ方
プライベートIP	`192.168.1.10`, `10.0.0.5`	家庭や社内ネットワークの中で使う
グローバルIP	`8.8.8.8`, `93.184.216.34`	インターネット上で到達先として使う

なぜ分けるのかというと、世界中の機械に対して一意な番号をそのまま各PCへ配るのは管理が難しいからである。
そのため、ローカルネットワークの中ではプライベートIPを使い、外へ出るときにルーターが中継する。

ルーティング

IP アドレスがあっても、送信元から宛先まで1本の線でつながっているとは限らない。
途中の ルーター が「次にどこへ送るか」を判断しながら、少しずつ目的地へ近づけていく。

PC
 ↓
家庭用ルーター
 ↓
社内/ISP のルーター
 ↓
インターネット上のルーター群
 ↓
宛先サーバー

ここで大切なのは、送信側が最初から全経路を知っている必要はない、という点である。
各ルーターが次の送り先を判断することで、最終的に宛先まで届く。

4. DNS とは何か

人間は 93.184.216.34 のような数字より、example.com のような名前の方が覚えやすい。
この「名前」と「IP アドレス」を対応付ける仕組みが DNS（Domain Name System） である。

DNS の役割

ドメイン名から IP アドレスを調べる
人間に読みやすい名前を使えるようにする
IP が変わっても、名前を変えずに運用しやすくする

example.com
   │  DNSに問い合わせる
   ▼
93.184.216.34

ここで使っている対応関係も説明用の一例であり、実際に返る IP アドレスは環境や時期によって変わることがある。

DNS の問い合わせの流れ

実際には、ブラウザが毎回いきなり遠くの DNS サーバーへ聞きに行くわけではない。

ブラウザ
   ↓
OS / ブラウザのキャッシュ
   ↓
社内や家庭の DNS リゾルバ
   ↓
権威DNSサーバー
   ↓
IPアドレスが返る

キャッシュがある理由

同じ名前を何度も問い合わせるたびに毎回遠くまで聞きに行くと、遅くて負荷も高い。
そのため DNS にはキャッシュがあり、しばらくの間は前回の結果を再利用する。

ただしキャッシュは便利な一方で、古い情報が残ると「名前は同じなのに古い宛先へ行く」こともある。
そのため、名前解決のトラブルではキャッシュの影響も疑う。

5. ポートとは何か

IP アドレスは「どの機械か」を表すが、1台の機械の中では複数のサービスが同時に動いている。
その中で どのアプリケーションに届けるか を識別する番号が ポート番号 である。

IP とポートの違い

項目	役割	例
IPアドレス	宛先の機械を識別する	`192.168.1.10`
ポート番号	宛先の機械の中のサービスを識別する	`80`, `443`, `3306`

93.184.216.34:443
│             └─ どのサービスか
└───────────── どの機械か

よく見るポート番号

ポート	代表的な用途
`80`	HTTP
`443`	HTTPS
`22`	SSH
`25`	SMTP
`3306`	MySQL
`5432`	PostgreSQL

なぜポートが必要なのか

もしポートがなければ、1台のサーバーで Web サーバーと DB サーバーを同時に動かしても、どちらに届ければよいか区別できない。
つまりポートは、1台の機械の中の受付番号のような役割を持つ。

6. ブラウザからサーバーまでの全体像

ここまでの知識を使うと、https://example.com を開くときの流れは次のように整理できる。

1. ブラウザに https://example.com を入力する
2. DNS で example.com の IP アドレスを調べる
3. 宛先 IP の 443 番ポートへ接続する
4. HTTP を TLS で保護した HTTPS のルールでリクエストを送る
5. サーバーがレスポンスを返す

このとき、初心者が混同しやすい点は次の通りである。

example.com は名前であり、DNS で IP に変換される
443 は HTTPS の代表的なポート番号である
実際に通信する相手は「名前」ではなく「IP + ポート」である

つまり、URL を開くという一見単純な操作の中でも、名前解決、宛先特定、サービス特定、アプリケーション通信 が連続して起きている。

7. 手元で観察するときのコマンド

ネットワークは見えないので、コマンドで観察できると理解しやすい。

`ping`

ping 127.0.0.1
ping localhost

127.0.0.1 は自分自身を表すループバックアドレス
localhost は自分自身を表す名前
表示されるアドレスは環境で多少違っても、ここでは「自分自身を指す」と理解できればよい
「相手に届くか」「名前がどこへ解決されるか」を観察できる

`nslookup`

nslookup example.com

DNS に問い合わせて、名前から IP アドレスを調べる
返る IP が複数ある場合もある
環境によって返り値が少し違っても問題ない

ここで重要なのは、数字を暗記することではなく、何を調べるコマンドなのか を理解することである。

まとめ

キーワード	説明
パケット	ネットワーク上で運ばれるデータの単位
OSI参照モデル	通信を役割ごとに層で分けて考えるためのモデル
TCP/IP	実務でよく使われるネットワークの実用的なモデル
IPアドレス	宛先の機械を識別する番号
DNS	ドメイン名を IP アドレスへ変換する仕組み
ルーター	次にどこへ送るか判断する機器
ポート番号	1台の機械の中のサービスを識別する番号
`127.0.0.1`	自分自身を表すループバックアドレス

次のステップ

演習問題に取り組んで理解を確認しよう。

理解できたら 2-2. Webの仕組みへ進もう。