インターネットはどのように機能するのでしょうか?

重要なポイント

インターネットはまだ若いテクノロジーですが、今ではインターネットなしの生活を想像するのは困難です。エンジニアは毎年、インターネットと統合するためのデバイスをさらに多く作成しています。このネットワークのネットワークは地球を横断し、宇宙にまで広がります。しかし、何が機能するのでしょうか?

インターネットを理解するには、インターネットを 2 つの主要コンポーネントからなるシステムとして見ると役立ちます。これらのコンポーネントの最初のものはハードウェアです。これには、毎秒テラビットの情報を伝送するケーブルから、目の前にあるコンピューターに至るまで、あらゆるものが含まれます。

インターネットをサポートする他のタイプのハードウェアには、ルーター、サーバー、携帯電話の塔、衛星、ラジオ、スマートフォン、その他のデバイスが含まれます。これらすべてのデバイスが一緒になってネットワークのネットワークを作成します。インターネットは柔軟なシステムです。世界中のネットワークに要素が参加したり離脱したりするにつれて、少しずつ変化します。これらの要素の中には、かなり静的なままで、インターネットのバックボーンを構成するものもあります。その他はより周辺的なものです。

これらの要素は接続です。一部はエンドポイントです。これを読むために使用しているコンピューター、スマートフォン、またはその他のデバイスはエンドポイントとしてカウントされる場合があります。これらのエンドポイントをクライアントと呼びます。私たちがインターネット上で探している情報を保存するマシンがサーバーです。他の要素は、トラフィックのルートに沿った接続ポイントとして機能するノードです。そして、ケーブルや光ファイバーの場合のように物理的な伝送路もあれば、衛星、携帯電話、4G タワー、無線機からの無線信号であることもあります。

これらすべてのハードウェアは、インターネットの 2 番目のコンポーネントであるプロトコルがなければネットワークを構築できません。プロトコルは、マシンがタスクを完了するために従う一連のルールです。インターネットに接続されているすべてのマシンが従う必要がある共通のプロトコル セットがなければ、デバイス間の通信は行われません。さまざまなマシンは相互に理解できなくなり、意味のある方法で情報を送信することさえできなくなります。プロトコルは、マシンがデータを送信するために使用する方法と共通言語の両方を提供します。

次のページでは、プロトコルとインターネット上で情報がどのように移動するかを詳しく見ていきます。

プロトコルの問題

おそらく、インターネット上のいくつかのプロトコルについて聞いたことがあるでしょう。たとえば、ハイパーテキスト転送プロトコルは、ブラウザを通じて Web サイトを表示するために使用されます。これは、Web アドレスの先頭にある http を表します。 FTP サーバーを使用したことがある場合は、ファイル転送プロトコルを利用したことがあるでしょう。このようなプロトコルやその他多数のプロトコルは、すべてのデバイスがインターネットの一部として動作する必要があるフレームワークを作成します。

最も重要なプロトコルの 2 つは、伝送制御プロトコル (TCP)とインターネット プロトコル (IP)です。私たちはこの 2 つを一緒にグループ化することがよくあります。インターネット プロトコルに関するほとんどの議論では、これらが TCP/IP としてリストされているのを目にします。

これらのプロトコルは何をするのでしょうか?最も基本的なレベルでは、これらのプロトコルは、情報がインターネットを通過する方法に関するルールを確立します。これらのルールがなければ、他のコンピュータが保持する情報にアクセスするには、他のコンピュータに直接接続する必要があります。また、自分のコンピュータとターゲット コンピュータの両方が共通言語を理解できる必要もあります。

おそらくIP アドレスについて聞いたことがあるでしょう。これらのアドレスはインターネット プロトコルに従います。インターネットに接続されている各デバイスにはIP アドレスがあります。このようにして、あるマシンが大規模なネットワークを通じて別のマシンを見つけることができます。

現在、私たちのほとんどが使用している IP のバージョンは IPv4 であり、32 ビット アドレス システムに基づいています。このシステムには大きな問題が 1 つあります。それは、アドレスが不足していることです。そのため、インターネット エンジニアリング タスク フォース (IETF) は 1991 年に、需要を満たすのに十分なアドレスを作成するには新しいバージョンの IP を開発する必要があると決定しました。その結果、128 ビットのアドレス システムである IPv6 が誕生しました。これは、予見可能な将来におけるインターネット アクセスの需要の高まりに対応するのに十分なアドレスです 。

メッセージを送信したり、別のコンピューターから情報を取得したりする場合、TCP/IP プロトコルを使用して送信が可能になります。リクエストはネットワーク経由で送信され、途中でドメイン ネーム サーバー (DNS)にアクセスしてターゲット サーバーを見つけます。 DNS はリクエストを正しい方向に向けます。ターゲット サーバーがリクエストを受信すると、コンピューターに応答を送り返すことができます。データはまったく異なる経路を通ってユーザーに戻ってくる可能性があります。データ転送に対するこの柔軟なアプローチは、インターネットをこれほど強力なツールにしている理由の一部です。

情報がインターネット上をどのように移動するかを詳しく見てみましょう。

パケット、パケット、パケットは誰が持っていますか?

この記事を取得するには、コンピュータが記事のファイルを含むWeb サーバーに接続する必要がありました。これを、データがインターネット上でどのように移動するかを示す例として使用します。

まず、Web ブラウザを開いて当社の Web サイトに接続します。これを行うと、コンピュータはインターネット接続を介してインターネット サービス プロバイダ (ISP)に電子リクエストを送信します。 ISP は、インターネット上のチェーンのさらに上のサーバーにリクエストをルーティングします。最終的に、リクエストはドメイン ネーム サーバー(DNS) に到達します。

このサーバーは、入力したドメイン名 (www.computerbasic.click など) に一致するものを探します。一致するものが見つかった場合、リクエストは適切なサーバーの IP アドレスに送信されます。一致するものが見つからない場合は、チェーンのさらに上位にある、より多くの情報を持つサーバーにリクエストを送信します。

リクエストは最終的に Web サーバーに届きます。私たちのサーバーは、要求されたファイルを一連のパケットで送信することで応答します。パケットは、1,000 ～ 1,500 バイトの範囲のファイルの一部です。パケットにはヘッダーとフッターがあり、パケットの内容と、その情報が他のパケットとどのように適合してファイル全体を作成するかをコンピューターに伝えます。各パケットはネットワークを遡ってコンピュータに到達します。パケットは必ずしもすべて同じパスを通過するわけではありません。パケットは通常、最も抵抗の少ないパスを通過します。

それは重要な機能です。パケットは宛先に到達するまでに複数のパスを通過できるため、情報がインターネット上の混雑したエリアを迂回して送信される可能性があります。実際、一部の接続が残っている限り、インターネットのセクション全体がダウンし、情報があるセクションから別のセクションに移動する可能性はありますが、通常より時間がかかる可能性があります。

パケットが受信されると、デバイスはプロトコルのルールに従ってパケットを配置します。ジグソーパズルを組み立てていくような感じですね。その結果、この記事が表示されることになります。

これは他の種類のファイルにも当てはまります。電子メールを送信すると、インターネット上でズームする前にパケットに分割されます。インターネット経由の電話でも、Voice over Internet Protocol ( VoIP ) を使用して会話をパケットに変換します。これらのプロトコルについては、Vinton Cerf 氏や Robert Kahn 氏のようなネットワークの先駆者に感謝することができます。彼らの初期の取り組みは、スケーラブルで堅牢なシステムの構築に役立ちました。

これがインターネットの仕組みを簡単に説明したものです。さまざまなデバイスやプロトコルを詳しく見てみると、全体像がこれまでに示した概要よりもはるかに複雑であることがわかります。これは魅力的なテーマです。次のページのリンクをたどって詳細をご覧ください。