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2019年07月14日

【パケットとは】パケットの流れるフローを解説!ネットワークを理解しよう!

こんにちは。KATUOです。

今回は「ブラウザからwebサーバーまでにパケットの流れるフローを1つ1つ理解する」というテーマで記事を書いていこうと思います。

 

パケットについて

パケットとは

コンピューターでの通信で、データを小さく一定のサイズに分割して送ることを「パケット通信」と言い、その分割されたひとつひとつのデータのことを「パケット」と言います。 もともと「小包」という意味であることから、この名前で呼ばれています。

出典:「NTT 西日本 公式ホームページ」

https://flets-w.com/user/point-otoku/knowledge/other/other08.html

 

まとめると、1つデータがあってそれを細かく分けた時の単位のことをパケットと言います。インターネット通信において、送信するときは一度データを分解して、受信元で分解されたデータを再び組み立てるという考えが主流です。

 

今回紹介するパケットのフローの流れ

では次は今回の本題である、ブラウザからwebサーバーまでのパケットの流れを解説していきます。順番としては

 

・クライアント側

・クライアント側LAN

・インターネット

・Webサーバー側LAN

・Webサーバー

 

の上から下の流れにそって各自解説していこうと思います。

パケットの流れ (クライアント側)

ブラウザ

ユーザーからURLを受け取り、そのURLを解析します。これによってHTTPメッセージが作成され、socketライブラリにこのHTTPメッセージを渡します。

Socket ライブラリ

HTTPデータをTCP/IPソフトに投げる仲介役としての仕事を行います。

TCPソフト

インターネットで標準的に利用されている通信プロトコル。TCP(Transmission Control Protocol)とIP(Internet Protocol)という2つのプロトコルで構成されている。ネットワーク間プロトコルのIPは、目的地までデータを運送する役目を果たし、伝道制御プロトコルのTCPは、届けられたデータをもとの順番通りに並び替えて1つのファイルにする役目を果たす。

出典:「大塚商会」

https://www.otsuka-shokai.co.jp/words/tcp-ip.html

 

TCPとIPは

 

TCP:データを分解・組み立てを行うプロトコル

IP:目的地までデータを搬送するプロトコル

 

と考えて良さそうです。今回ですと、TCPは送信データ(HTTPデータ)をパケットの長さに合わせて分割します。分割した際にTCPヘッダーと呼ばれるものをパケットに付加します。このパケットをIPに渡します。

IPソフト

TCPヘッダーが付加されたパケットに対して、さらにIPヘッダーと呼ばれるものを付加します。先ほど説明した通り、IPは目的地までデータを送信するために用いられるものであり、このIPヘッダーには目的地の情報を含んだデータが格納されます。またIPヘッダーの他にMACヘッダーと呼ばれるものもIPヘッダーと一緒に付加してLANドライバーに渡します。

LANドライバ

IPソフトから送信パケットを受け取ります。LANアダプタに渡す仲介役を担います。一般的にはLANアダプタを制御するためのハードウエアとして認識されているようです。

LANアダプタ

ネットワークアダプタとは、コンピュータに他のコンピュータへ接続する機能を追加するための拡張カードのことである。様々な呼びかたがあり、NIC(Network interface Card)やネットワークカード、LANカード、LANアダプター、LANボードとも呼ばれる。

出典:「IT用語辞典バイナリ」

https://www.weblio.jp/content/LANアダプター

 

簡単にまとめると、インターネットに接続するため変換器です。LANドライバから送信パケットを受け取ります。LANアダプタの役割としては「イーサネット」が送信可能になるタイミングを見計らって、送信パケットを電気信号に変更します。この電気信号はツイストペアケーブルに渡されます。

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パケットの流れ (クライアント側LAN)

ツイストペアケーブル

ツイストペアケーブル(Twisted pair cable、ツイステッドペアケーブル)は、撚り対線(よりついせん)とも言い、電線を2本対で撚り合わせたケーブルである。単なる平行線よりノイズの影響を受けにくい。TPケーブルと言う場合もある。

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

https://ja.wikipedia.org/wiki/ツイストペアケーブル

 

簡単にまとめると電気信号を通すケーブルです。だたそれだけです。

リピータハブ

リピータハブとは、イーサネット(10BASE-T)で利用されるハブのひとつで、1つのホストから受信したデータをそのまま他の端末すべてに送信するハブのことである。

出典:「IT用語辞典バイナリ」

https://www.weblio.jp/content/リピータハブ

 

このリピータハブとという装置は拡声器のようなもので、送られてきたデータを複製し、他の端末に一斉配信する機能を持ちます。今回ですとツイストペアケーブルから送られてきた電気信号を全ポートにばら撒きます。

スイッチングハブ

スイッチングハブは、レイヤ2(データリンク層)のMACアドレスに基づき、複数のLANにおいて信号を中継し転送できる。スイッチングハブは、個々のポートに接続されているノードのMACアドレスを参照する機能があり、MACアドレスで指定されたポートにのみ信号を伝送するため、効率が向上しネットワーク内の負荷を軽減できる。

出典:「電気設備の知識と技術」

https://electric-facilities.jp/denki5/hub.html

 

まとめると、信号を中継する機能を持ち、ポート毎に設定されているMACアドレスを参照する機能を持つことから、効率的なネットワークの接続を可能にしてくれる装置です。今回ですと、リピータハブから送られてきた電気信号を解析します。パケットの宛先MACアドレスと、スイッチングハブが保有するアドレステーブルの内容を照らし合わせ、出力するべきポートを判断します。またそのポートにパケットを送ります。

ルータ(ADSLモデム一体型)

スイッチングハブから送られてきたパケットを宛先IPアドレスと保有する経路表から出力するべきポートを特定します。そのポート(ADSLに経由する)にパケットを渡します。

ADSLモデム

ADSLモデムは、 ADSL回線をコンピュータに接続する時に必要となる信号変換機です。電話回線を通じて送られてくるADSL信号をEthernet(10BASE-T)の信号に変換したり、またその逆を行います。

出典:「ADSL・モバイル通信サービス」

http://www.eaccess.net/service/about/modem.html

 

まず、ADSLというのは電話回線を用いたインターネットの通信方法のことを指します。日本はもともと電話回線がほとんどの自宅に繋がっていたので、一般家庭にインターネットが導入されたときにこの電話回線を利用されたことから普及が広まりました。ADSLモデムというのは上の文章にも書いてありますが、電気信号などををADSL信号に変換する変換器です。今回のですと、ルータから流れてきたパケットを「ATM(Asynchronous Transfer Mode)セル」に分割します。またこの分割した「ATMセル」を電気信号に変換します。この電気信号を電柱の電話線を経由させて電話局のDSLAMに向けて送信します。

 

パケットの流れ (インターネット)

DSLAM

電話局に設置されています。別名局用集合モデムとも呼ばれます。ADSLモデムから受け取った電気信号を「ATMセル」変形します。その後この「ATMセル」をブロード
バンド・アクセス・サーバーに送ります。この辺はNTTやKDDIに就職する友達は嫌という程、勉強させられるのではないでしょうか?笑

ブロードバンド・アクセス・サーバー

「ATMセル」をパケットの形に変形します。このブロードバンド・アクセス・サーバーは一種のルーターのような働きをします。ここでは宛先IPアドレスを調べて、パケットを中継します。つまり、ここからインターネット中核部分にバケットが突入していきます。

インターネット中核部分

インターネット中核部分には数多くのルーターが設置されています。これらルーターが宛先IPアドレスを元に順次中継を繰り返して、最終的にはサーバー側のファイヤーウオールにたどり着きます。

 

パケットの流れ (Webサーバー側LAN)

ファイヤーウォール

インターネットを経由して、送られてきたパケットはようやくここでサーバー側にたどり着きます。このファイヤーウォールは空港の検問のようななもので、パケットを審査します。ここで不審なパケットが混じっていた場合はそのパケットを遮断し、そうでなければキャッシュサーバーに渡します。

キャッシュサーバー

ユーザーがリクエストしたページがキャッシュサーバー内に保存されていた場合、キャッシュサーバーがそのページの情報をユーザーに返します。保存されていない場合はwebサーバーに向けてパケットを送信します。

 

パケットの流れ (Webサーバー)

TCP/IPソフト

LANアダプタ、LANドライバを介して、TCP/IPにパケットが送られてきます。ここではIPヘッダとTCPヘッダを検査します。以上がなければ、パケットをHTTPメッセージに変換・復元します。この復元されたHTTPメッセージはsocketライブラリに送られます。

Socketライブラリ

SocketライブラリはHTTPメッセージをwebサーバーに転送する機能を持ちます。

Webサーバー

Socketライブラリから受け取ったHTTPメッセージを解析します。HTTPメッセージには依頼内容が含まれており、依頼内容に基づいたデータを確保して、ユーザーに送ります。

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最後まで読んで頂き、ありがとうございました。
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プロフィール

@KATUO

現在都内私立大学に通う大学4年生。大学では電気電子工学を専攻。大学2年の夏頃に、プログラマーの長期インターン募集の広告が目に止まり、独学でプログラミングの学習を開始。現在は「ToC向け大規模サービスを運営するメガベンチャー」と「AIスタートアップ」でインターンで修行中。2020年4月からwebエンジニアとして社会人生活スタート。

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