インターネットやメール、クラウドサービスなどの通信を正確かつ安全に行うために欠かせないのが「プロトコル」です。プロトコルは、コンピューター同士がデータをやり取りする際の共通ルールであり、円滑な通信のために必要な技術です。
本記事では、プロトコルの基本的な仕組みや種類について紹介します。また、Web開発でプロトコルを理解しておくべき理由も解説しているので、ぜひ参考にしてみてください。
プロトコルとは
IT分野で「プロトコル」といわれる場合は、主に通信プロトコルを指すのが一般的です。
通信プロトコルとは、コンピューター同士がデータを正しくやり取りするために定められた手順や規約のことです。
機械同士をつなぐための共通言語のような役割を持っています。この仕組みにより、異なるメーカーや種類のコンピューター同士でも円滑に通信を行うことが可能です。
プロトコルスタックとは
プロトコルスタックとは、複数のプロトコルが階層的に組み合わさって動作する仕組みです。各階層は独自の役割を持ち、上下の層と連携しながらデータ通信を成立させます。
この構造により、複雑な通信処理を分担し、効率的かつ柔軟にネットワークを運用可能です。現在はTCP/IPプロトコルスタックが主流であり、多くの通信はこの仕組みを基盤に行われています。
プロトコルが必要な理由
プロトコルが必要とされる理由は、複数のコンピューターが相互に通信する時代になったためです。かつてはコンピューターがそれぞれ独立して動作していましたが、現在ではネットワークを通じて情報を共有することが当たり前になっています。
そこで、異なるメーカーやコンピューターでも安定して接続・通信できるようにするために共通のルールであるプロトコルが必要となりました。プロトコルの登場により、世界中のコンピューターやサービスがスムーズにやり取りできるようになったのです。
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プロトコルの仕組み
プロトコルは以下のような仕組みで動作しています。
- 接続方法を確立させる
- データを送受信する
- エラーの検出
これらのプロトコルの仕組みについて、手順ごとに詳しく見ていきましょう。
①接続方法を確立させる
まずは、お互いの機器がつながる準備をします。この段階で相手とのやり取りのルールを決め、正しくデータを送れる状態にします。
②データを送受信する
準備ができたら、情報のやり取りがスタートします。データはパケットに分割され、受信側に送られます。
③エラーの検出
受信側では、届いたデータにエラーがないかを確認します。問題が見つかった場合は、送信側に再送を要求します。データの送受信が終われば、通信は終了です。
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プロトコルの種類
プロトコルには、さまざまな種類があります。よく使われるプロトコルの一例を以下にまとめてみました。
| プロトコル | 説明 |
| IP | IPアドレスを用いて通信先の相手を特定するのに使われるプロトコル。IPを使って接続された情報通信網がインターネット。 |
| FTP | サイバー間でファイルのやり取りができるプロトコル。Webサイトの更新などに使われる。 |
| SMTP | メールの送信に使われるプロトコル。宛先や本文、件名などを相手のメールサーバーに送信する。 |
| POP | メールを受信するためのプロトコル。サーバーに届いたメールをパソコンやスマートフォンなどの端末にダウンロードして閲覧できるようにする。 |
| IMAP | メールを受信するためのプロトコル。メールをダウンロードするのではなく、デバイスから直接サーバーにアクセスして閲覧できる。 |
| HTTP | Webページを閲覧する際に必要なプロトコル。ハイパーメディアの転送に使われるプロトコルで、「http://」から始まるURLのものが該当する。 |
| HTTPS | HTTPに暗号化の仕組みを付与してセキュリティを強化したプロトコル。機密情報や個人情報の改ざんや盗聴から守りながら通信ができる。 |
| TCP | データを高い信頼性で転送するためのコネクション型と呼ばれるプロトコル。パケットの損失や順序の乱れに対する再送機能を持つ。 |
| UDP | 動画の再生やDNSのルックアップなどに使われるプロトコル。データを高速に転送できるため、リアルタイム性や速度が求められるケースで利用される。 |
| NTP | 時刻情報を同期するために使われるプロトコル。NTPサーバーとコンピューターがインターネットを通じて時刻情報を共有する。 |
| DHCP | インターネットへアクセスするために使われるプロトコル。IPv4アドレスやDNSサーバーなどの情報を自動的に付与できる。 |
| ARP | IPアドレスからMACアドレス情報を取得できるプロトコル。物理的なMACアドレスとIPアドレスの紐付けができる。 |
| RARP | MACアドレスからIPアドレスを取得できるプロトコル。IPアドレスを設定できない機器に使われる。 |
| PPP | 2点間を接続してデータを送受信するプロトコル。ダイヤルアップ接続やDSLなどのシリアル通信で採用される。 |
| Ethernet | 有線LANでやり取りする際に使われる通信規格。オフィスや家庭に小規模なネットワークを構築して、高速かつ安定した通信を実現する。 |
| Wi-Fi | アメリカの「Wi-Fi Alliance」に認定された製品が使用するプロトコル。LANケーブルがなくても無線で通信ができる。 |
このように、プロトコルには通信の目的や方法によって多くの種類があり、適切に使い分けを行いながら通信を行なっています。
TCP/IPとは
TCP/IPとは、インターネットで使用される世界基準のプロトコル群です。現在のインターネット通信の標準となっています。
TCPとIPというプロトコルから構成されており、以下のように通信の役割が段階別に分類されています。
| モデル | 説明 | 主なプロトコル |
| アプリケーション層 | ユーザーが利用するアプリケーション同士が円滑に通信できるように、各サービスに適したプロトコルを定める層。異なる環境の端末間でも共通の形式でデータを送受信できるようにし、メールやWebなどの通信を可能にする。ユーザー体験に直結する大切な層。 | HTTP、SMTP、DNSなど |
| トランスポート層 | データを正しいアプリケーションに分け、通信の信頼性を確保する役割を持つ。ポート番号によってアプリケーション層のプロトコルを識別している。性能や信頼性に関わる層。 | UDP、TCP |
| インターネット層 | 複数のネットワークを経由してデータを目的地まで届ける役割を持っている。ルーターを介して接続されたネットワーク間でコンピューター同士が適切に通信できるように制御する。 | IP |
| ネットワークインターフェース層 | 同一ネットワーク内での通信を実現する役割を持っている。物理的な接続や信号の仕様を定め、ハードウェア間のデータ送受信を可能にする。 | Ethernet |
これらの層によって、異なるデバイスでも効率的なデータの送受信を可能としています。
Web開発でプロトコルの理解が必要な理由
Web開発を行ううえで、プロトコルの理解が大切といわれるのは以下の理由からです。
- エラーの原因を特定できる
- システムの安全性を高められる
- 外部のAPIとの連携がスムーズになる
これらの理由について見ていきましょう。
①エラーの原因を特定できる
プロトコルは安定した通信に必要な知識です。Web開発中に起こるエラーには、通信ルールが守られていないことが原因である場合があります。
プロトコルの知識があれば、送信形式が正しいかや、レスポンス解釈に誤りがないかを確認できるため、このようなエラーにも適切な対処が可能です。
②システムの安全性を高められる
プロトコルの知識は、システムを安全に運用するうえでも欠かせません。例えば、HTTPSは、通信の暗号化によって、通信内容の盗聴や改ざんから守ってくれます。
暗号化プロトコルや認証プロトコルの仕組みを理解していれば、セキュリティ対策をより効果的に実施できます。
③外部のAPIとの連携がスムーズになる
近年のWeb開発では、外部APIを活用することも珍しくありません。プロトコルの基本を理解していると、そんな外部APIとの連携もスムーズに行えます。
その結果、APIの仕様書をスムーズに読み解いたり、正しく実装したりできるようになるでしょう。
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プロトコルについてのまとめ
今回は、プロトコルについて解説しました。プロトコルとは、コンピューター同士が通信を行うために定められた手順や規約のことです。
この仕組みがあることで、メーカーや機種の異なる機器同士でも問題なくデータをやり取りできます。プロトコルの仕組みをしっかり理解しておくことで、信頼性の高い開発ができるようになるでしょう。
