この記事の内容について

　Web系エンジニアになるための必須知識の1つである「Web技術の仕組み」について、初学者でもわかりやすいと定評のある書籍「イラスト図解式この一冊で全部わかるWeb技術の基本」の要点を自分なりにまとめて、理解力の向上に努めていきます。
　私はまだエンジニア歴1年未満の初学者なので、間違い等があればご指摘いただけると幸いです。

Web技術の基本 (1) 〜 (7)

Web技術の基本(1) 〜Web技術とは〜
Web技術の基本(2) 〜Webとネットワーク技術〜
Web技術の基本(3) 〜HTTPでやりとりする仕組み〜
Web技術の基本(5) 〜Webアプリケーションの基本〜
Web技術の基本(6) Webのセキュリティと認証

1. Webを実現するコンピューターネットワーク

クライアントとサーバー

サーバーとは

ネットワーク上で情報やサービスを提供する役割を持つコンピューターのこと
例: Webサイトを提供しているもの

クライアントとは

サーバーから提供された情報やサービスを利用する役割を持つコンピューターのこと
例: Webサイトを表示するスマートフォンやパソコンに搭載されているWebブラウザなど

インターネットとは

　インターネットとは、自宅や会社、学校など小さな範囲のネットワークが1つ1つお互いに接続し、世界中のネットワークと繋がった環境のこと。
　インターネットに接続するためのサービスはインターネットサービスプロバイダーが提供している。

インターネットサービスプロバイダー

　インターネットサービスプロバイダーは、単に「プロバイダー」や「ISP」と略されることが多く、各国に複数のプロバイダーが存在する。スマートフォンやパソコンはプロバイダーと接続し、プロバイダーはプロバイダー同士で接続し合うことで世界中が1つのネットワークとして形成される。

2. インターネットの標準プロトコル

プロトコルとは

　プロトコルとはネットワークに接続された機器同士が通信をするときの、あらかじめ決められた共通のルールや手順のこといい、お互いに同じプロトコルを利用することにより、データのやりとりを可能としている。
　プロトコルは狼煙で例えられることが多い。「敵の襲来があったとき、狼煙を使って合図を送る」との取り決めがお互いに認識できていれば、情報の伝達を行うことができる。

TCP/IPとは

　TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) とはインターネットにおけるさまざまなサービスを実現するためのプロトコルの集まりのこと。
　スマートフォンやパソコン、サーバーといったコンピューターはすべて TCP/IP に対応している。一昔まではコンピューターに搭載される OS や機種ごとに独自のプロトコルが利用されていたため、同じ機器同士でないとお互いに接続ができなかった。

3. TCP/IP

TCP/IP は役割ごとに、以下の4つの階層(レイヤー)に分かれる。

アプリケーション層(レイヤー4)
→ アプリケーションごとのやりとりを規定 (HTTP、SMTP、FTPなど)
トランスポート層(レイヤー3)
→ データの分割や品質保証を規定 (TCP、UDP)
インターネット層(レイヤー2)
→ ネットワーク間の通信を規定 (IP、ICMP)
ネットワークインターフェイス層(レイヤー1)
→ コネクタ形状や周波数といったハードウェアに関する規定

アプリケーション層の機能

　アプリケーション層ではWebブラウザやメールソフトなどのアプリケーションごとのやりとりを規定しており、クライアントとサーバー間のサービスの要求と応答で成り立っている。
　またアプリケーション層では、扱うデータをネットワークで転送するのに適したデータ形式に変換したり、受け取ったデータを人間が理解できるように変換する役割も持っている。

TCP と UDP

　アプリケーション層のやりとりに応じて実際にデータの転送処理をしているのがトランスポート層に位置する TCP(Transmission Control Protocol) や UDP(User Datagram Protocol) といったプロトコルがある。

TCP と UDP の違い

　TCP はWebサイトやメールなどデータ損失が起きると困るようなアプリケーションで利用され、UDP は信頼性が低いものの、通信の手続きが簡略化されているぶん、効率よく通信ができるため、動画ストリーミングなどで利用されている。

4. IP アドレスとポート番号

IP アドレス

　インターネットに接続されたコンピューターを特定し、データの行き先を管理するために利用されているものを IP アドレスという。IP アドレスは世界中でたった1つだけであり、IP アドレスは世界中で利用できる「住所」のようなものである。

ポート番号

　IP アドレスは接続したいコンピューターを指定できるが、コンピューターが提供するサービスまでは指定できない。Web サービスやメールサービスといったコンピューターが提供するサービスを指定するためのものをポート番号という。
　ポート番号は「0〜65535」までの数字で、範囲によって用途が決められている。一般的に Web サーバー (HTTP) であれば80番といったようにポート番号が決まっており、ポート番号によってサービスを識別できる。

5. URLとドメイン

URLの構文

URLはスキーム名、ホスト名(ドメイン名)、ポート番号、パス名などで構成される。

スキーム名
→ プロトコルを指定する。
ホスト名 (ドメイン名)
→ 接続先のサーバーを指定する。(IP アドレスでの指定も可能)
ポート番号
→ 接続先のサーバーのポート番号を指定する。省略可能で、通常は指定しない。
パス名
→ 接続先のサーバー上のディレクトリやファイルを指定する。

ドメイン

　数字で表記される IP アドレスは私たちにとって覚えにくく扱いにくいため、IP アドレスの別名として利用されるものをドメインと呼ぶ。
　ドメインはグローバル IP アドレスと同様に一意であり、世界中で同じドメインは1つとして存在しない。

6. DNS

　コンピューターへ接続するためには IP アドレスが必要となる。そのため、ドメインを利用してコンピューターへ接続する際は、ドメインをIPアドレスへと変換する必要がある。

ドメインと IP アドレスの変換

　ドメインを IP アドレスへと変換する仕組みを DNS(Domain Name System) といい、DNS のサービスを提供するサーバーを DNS サーバーという。
　DNS はドメインと IP アドレスが紐付いて管理されているため、 DNS を利用することでドメインから IP アドレスを知ることができる。

7. HTTP

クライアントとサーバー間のやりとり

Webサイトの閲覧は5つのステップで行われる。

Webブラウザのアドレス欄に、閲覧したいWebサイトのURLを入力
WebブラウザによりWebサーバーに対してデータを要求
Webサーバーは、Webブラウザからの要求内容を解析し、データを用意
WebサーバーよりWebブラウザへデータを応答
Webサーバーより受け取ったデータをWebブラウザが解析し、Webページとして表示

　上記の2と4のステップがWebコンテンツの送受信の部分であり、この際に HTTP が利用される。 HTTP はあくまでもデータのやりとり(要求と応答)のみを取り決めており、Webサイトを閲覧する際は HTTP だけでなく、IP や TCP といったさまざまなプロトコルを組み合わせて利用されている。

Web技術の基本 (2) Webとネットワーク技術