データグラムは、パケット交換ネットワークで送信されるデータユニットです。IP パケットはデータグラムの一種です。どちらにも、送信元から送信先までのルーティングに必要な情報に関するデータが含まれています。ただし、一部のデータグラムは UDP（ユーザー・データグラム・プロトコル）を介して生成されます。
パケットの概要と配信方法
ここでは、インターネットプロトコル（IP）について解説します。最初は IP パケットについて解説します。次に、パケットがアドレス指定される仕組みについて解説し、最後にネーミングについて解説します。これは、名前がアドレスに変換されるメカニズムです。Web プロトコルのプレゼンテーションは、既にご覧いただいていることと思います。
以前に Web プロトコル、HTTP、HTTPS について解説した際に、Web プロトコルには要求メッセージと応答メッセージが含まれることを説明しました。これらのメッセージがインターネット上を移動するためには、メッセージを封筒に入れて、封筒にアドレスを明記する必要があります。 このプロセスは、お馴染みの郵便に例えることができます。妹に手紙を送るとき、手紙の上部に「To Joanna」と宛名を書いただけでは、郵便局に出せません。手紙を封筒に入れ、封筒に宛先を明記しなくてはなりません。インターネットの世界では、これらの封筒をパケットと呼びます。パケットがアドレス指定される仕組みについては、このあと解説します。また、パケットのサイズには上限があるので、メッセージが長い場合は複数のパケットに分割する必要があります。
この仕組みについては、また例を挙げて解説します。アドレスバーにアドレスを入力したり、リンクをクリックしたりして開始したときをイメージしてください。このとき、ブラウザーは暗号化された要求メッセージを Web サーバーに送信します。ここで、暗号化された要求メッセージが送信されるステップを詳しく解説します。
まず、新しいパケットを作成して、アドレスを指定する必要があります。この例では、送信先が Apple Web サーバーで、送信元が私のノート PC です。もちろん、実際のインターネットアドレスはこのようなものではありません。後ほど詳しく説明します。これで、暗号化された要求メッセージをパケットに含めることができます。その後、パケットを送信先の「Apple Web サーバー」に送信できます。
Apple Web サーバーでは、パケットを受信すると、メッセージをパケットから取り出して、復号化と読み取りを行います。
暗号化された応答でも、まったく同じプロセスが実行されます。この例では、暗号化された応答が大きすぎて 1 つのパケットに収まらないため、2 つに分割されています。
IP はネットワーク層プロトコルであるということがポイントです。IP の役割は、パケットのデータをインターネット経由で送信元から送信先まで転送することです。
- IP がパケットのアドレス指定方法を指定します。
- IP が最大パケットサイズを指定します。
- ただし、IP がパケットの中身を指定したり制限したりすることはありません。これは重要なポイントです。
IP パケットの中身には、次のようなものがあります。
Web 要求／応答メッセージ
- ボイスオーバー IP（VoIP）
- リアルタイムストリーミング
- 電子メールメッセージ
- ドメイン・ネーム・システム（DNS）の要求／応答メッセージ
これらはすべて、アプリケーション層プロトコルの例です。
階層化は、通信プロトコルの重要な概念です。アプリケーションエンドポイントでは、アプリケーションプロトコルを伝達および解釈します。たとえば、
- Web ブラウザーと Web サーバーでは、HTTP や HTTPS を伝達および解釈
- 電子メールリーダーやサーバーでは、SMTP（シンプル・メール・トランスファー・プロトコル）と呼ばれる電子メール転送プロトコルを伝達および解釈
しかし、ルーターなどのネットワーク要素では、これらのプロトコルを伝達および解釈する必要がありません。 インターネットプロトコルさえ伝達および解釈できればよいのです。アプリケーションはパケットの内部を確認し、ネットワーク要素は外部を確認します。もう一度、郵便の例で見てましょう。妹に手紙を出す場合、自分達だけがわかる秘密の言語で手紙を書いても、手紙を封筒に入れ、封筒に宛先を明記すれば、郵便局員はその手紙を問題なく配達できます。妹と私は封筒の中を見ますが、郵便局員は外側しか見ません。
このような階層の分離は、大きなイノベーションをもたらしました。この時点で、数千ものアプリケーション層プロトコルが存在し、リンク層プロトコルも数多く存在しています。リンク層は、イーサネット、Wi-Fi、携帯電話などの物理接続と考えてください。ただし、ネットワーク層プロトコルは 1 つだけです。これが IP です。
新しいアプリケーションは、IP 上で簡単に階層化できます。新しいアプリケーションプロトコルは誰でも作成できます。メッセージを IP パケットに含めることさえできれば、インターネット上で機能します。ルーターなどのネットワーク要素を変更する必要はありません。WWW（ワールド・ワイド・ウェブ）が良い例です。IP とインターネットが誕生したとき、WWW はまだありませんでした。その後、Tim Berners-Lee 氏によって WWW が考案されましたが、その際、新たに発明された要求／応答メッセージを IP パケットに含める必要がありました。IP やインターネットを変更する必要はなく、すべてうまくいきました。
同様に、新たなリンクテクノロジーは下に階層化することができます。誰でも新たなリンクテクノロジーを考案できます。IP パケットを運ぶことさえできれば、インターネットの一部となって、どんなアプリケーションでも運ぶことができます。例としては、Wi-Fi や IPoAC が挙げられます。
IPoAC をご存じですか？「IP over Avian Carrier（鳥類キャリアによる IP）」の略です。これは実際にあった規格案で、その日付が注目されてしまいましたが、実は重要なポイントを示しています。もし伝書鳩に IP パケットを運ばせることができれば、伝書鳩で WWW アプリケーションを実行できるかもしれません。確かに遅いですが、機能はするでしょう。
インターネットはかつて「情報スーパーハイウェイ」と呼ばれていました。名前のとおり、分散コンピューターネットワークで、コンピューター同士が超高速で通信する仕組みのことです。この通信は、今も昔も変わらず、さまざまなタスク用に特別にフォーマットされたメッセージがベースとなっています。メッセージは「データのパケット」で、Web ページの表示など、タスクの実行に必要な情報が含まれています。
インターネットは「パケット交換網」です。この言葉のとおり、ネットワーク機器がデータパケットを処理する仕組みを表しています。ネットワーク接続間の通信で使用されるパケットは、送信できるデータ量が限られるため、小さく分割されるのが一般的です。各パケットは、唯一のネットワーク層プロトコルである インターネットプロトコル（IP）を使用して送信されます。IP の役割は、パケットのデータをインターネット経由で送信元から送信先に転送することです。IP を使用するパケットは、IP パケットと呼ばれます。参考までに IP パケットのサイズを説明すると、パケットの最小サイズは 21 バイト、最大サイズは 65,535 バイトです。IP パケットは、同一の送信先に対してさまざまなパスを使用して、ルーティングを最適化できます。
IP が指定する内容
インターネットプロトコル（IP）はネットワーク層であり、IP パケットに関する次の内容を指定します。
- パケットのアドレス指定方法
- パケットの最大サイズ
ただし、IP がパケットの中身を指定したり制限したりすることはありません。
IP パケットの中身
IP パケットは、実際の手紙に例えることができます。友人に手紙を送る場合、手紙を封筒に入れて、その封筒に宛先を書けば、正しい相手に送ることができます。Web サイトに送信される IP パケットには、次の要素が含まれます。
- Web 要求／応答メッセージ
- ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル（VoIP）
- リアルタイムストリーミング
- 電子メールメッセージ
- ドメイン・ネーム・システム（DNS）の要求／応答メッセージ
上記はすべてアプリケーション層のプロトコルですが、IP はネットワーク層です。
IP パケット通信
HTTPS（セキュアバージョンの Web プロトコル HTTP） 関連の用語集ページ では、HTTPS プロトコルの要求／応答フローにより、クライアント（ブラウザー）と Web サーバー間で情報がどのように転送されるかを解説しました。IP パケットは、HTTPS フローのステップ 2 および 3 で登場します。
HTTPS フローのステップ 2
HTTPS 要求／応答フローのステップ 2 から、次のプロセスが行われます。
ブラウザーが Web サーバーに要求を送信します。まず、この要求が暗号化され、IP パケットが作成されます。その後、暗号化されたメッセージが IP パケットに含められます。
次に、このパケットが送信先（Web サーバー）に送信されます。
HTTPS フローのステップ 3
クライアントからの IP パケットが Web サーバーに到達すると、中のメッセージが復号化され、読み取られます。応答メッセージが生成され、暗号化されてから IP パケットに含められ、クライアントに返されます。暗号化された応答が大きすぎて 1 つのパケットに収まらない場合は、複数の小さいパケットに分割されます。
IP パケットの中身
IP パケットは、ヘッダーとペイロードで構成されます。
- ペイロード：パケットに含まれる実際のデータ（テキスト、画像など）です。友人に送る実際の手紙に相当します。
- ヘッダー：手紙を入れる封筒に相当します。パケットヘッダーや IP ヘッダーは、パケットの先頭にあります。パケット送信者の送信元 IP アドレスや送信先 IP アドレス、ブラウザー、暗号化情報、パケット長などの識別子が含まれます。
- トレーラー：「トレーラー」は IP パケットの末尾に配置され、パケットの終了をデバイスに通知します。CRC（周期的冗長検査）では、デバイスが分割パケットをすべて受信していることを確認します。
ネットワーク層プロトコルとアプリケーション層プロトコル
階層化は、通信プロトコルの重要な概念です。アプリケーションエンドポイントでは、アプリケーションプロトコルを伝達および解釈します。たとえば、Web ブラウザーおよびサーバーは HTTP や HTTPS で通信し、電子メールリーダーおよびサーバーは電子メール転送プロトコル（簡易メール転送プロトコル、SMTP）で通信します。
ただしネットワークプロトコルは 1 つだけで、それが IP です。数千ものアプリケーション層プロトコルや、多数のリンク層プロトコル（イーサネット、Wi-Fi、セルラーなど）は、この 1 つのネットワークプロトコルで通信します。この階層の分離は、標準化された IP バックボーンと共に、イノベーションをもたらしました。ネットワーク層が 1 つであることで、アプリケーションの開発が容易になり、IP の上で簡単に階層化できるようになります。 IP パケットに含まれるメッセージをアプリケーションがサポートすれば、インターネット上で機能します。つまり、システム全体が共生的に機能することになります。ルーターなどのネットワーク要素を変更する必要はありません。
World Wide Web（WWW）は、このイノベーションの一例です。IP とインターネットが誕生したとき、WWW はまだ存在しませんでした。Tim Berners-Lee 氏がこの階層分離を利用して WWW を構築しました。要求／応答メッセージを IP パケットに含めることができたためです。IP やインターネットを変更する必要はなく、すべてうまくいきました。
Akama、パケット、クラウドコンピューティング
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よくある質問（FAQ）
IP パケットは、インターネットプロトコル（IP）を使用して、ネットワーク上のコンピューター間でデータを転送します。IP パケットには、ペイロードやヘッダーが含まれます。ペイロードには、テキスト、画像、動画などの情報が含まれます。また、送信元と送信先のアドレスや、パケットのサイズも含まれます。IP パケットのサイズには上限があるため、パケットを複数のユニットに分割してデータを転送する場合があります。
はい。IP パケットの転送が中断されると、パケット損失が生じます。パケット損失が生じる原因には、ネットワーク輻輳、DDoS 攻撃、ソフトウェアの脆弱性のほか、誤設定などの要因が挙げられます。
Akamai が選ばれる理由
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