はじめに

こんにちは！SIerに入社して１年目の新人エンジニアです。日々の業務で当たり前のように使われている用語で「えっ、それって何？」と思ったものを調べて、自分なりにまとめていきます。

今回は「HTTP通信の流れ」について。

目次

TCP/IPモデルってそもそも何？
HTTP通信の基本的な流れ
カプセル化と脱カプセル化って何？
クライアント側のカプセル化
サーバー側の脱カプセル化
HTTPレスポンスの流れ
まとめ
参考資料

TCP/IPモデルってそもそも何？

調べてみて最初に混乱したのが「OSI参照モデル」と「TCP/IPモデル」という似ているけど違う概念でした。今回はより実用的なTCP/IPモデルで説明します。

TCP/IPモデルは4つの層で構成されています

ネットワークインターフェース層（物理層＋データリンク層）：物理的な接続と、LANなどの物理ネットワーク内での通信を担当
インターネット層：異なるネットワーク間でのデータ配送を担当（IPがここで活躍）
トランスポート層：端末間のデータ転送を制御（TCPやUDPがここに属する）
アプリケーション層：ユーザーが使用するアプリケーションの通信を担当（HTTPはここ）

これらの層が連携して通信を実現しているんですね！

HTTP通信の基本的な流れ

HTTP通信は、クライアント（例えばブラウザ）からサーバーへのリクエストと、サーバーからクライアントへのレスポンスから成り立っています。

ざっくりとした流れはこんな感じ

ユーザーがブラウザでURLを入力
ブラウザがHTTPリクエストを作成
リクエストデータが各層を通過して、徐々に必要な情報が追加される（カプセル化）
ネットワークを通じてサーバーにデータが届く
サーバー側で各層を逆に通過しながら、追加された情報が解析・除去される（脱カプセル化）
サーバーアプリケーションがリクエストを処理
レスポンスが同様のプロセスを逆に辿ってクライアントに戻る

カプセル化と脱カプセル化って何？

カプセル化：上位層から下位層へデータが渡される際に、各層で必要なヘッダー情報が追加されていく過程
脱カプセル化：下位層から上位層へデータが渡される際に、各層でヘッダー情報が解析・除去されていく過程

郵便物に例えると、最初に手紙（データ）を書いて、封筒に入れて（HTTPヘッダー）、宛先を書いて（TCPヘッダー）、郵便番号を追加して（IPヘッダー）、最後に配達方法の指示を書く（イーサネットヘッダー）みたいな感じです！

クライアント側のカプセル化

クライアントからサーバーへのHTTPリクエストが、各層でどのようにカプセル化されていくのか見ていきましょう。

アプリケーション層

ここでは、ユーザーがブラウザでWebページを表示しようとしている場面を想像してください。

ユーザーが「https://example.com」と入力
ブラウザがHTTPリクエストを作成します：

GET / HTTP/1.1
Host: example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 ...
Accept: text/html,application/xhtml+xml,...

この時点でのデータ構造は

[HTTPヘッダー][HTTPデータ(空の場合もある)]

トランスポート層

アプリケーション層からデータを受け取ったトランスポート層（TCP）では：

宛先ポート（HTTPなら80番、HTTPSなら443番）と送信元ポートを決定
データの分割（必要な場合）とシーケンス番号の割り当て
TCPヘッダーを追加

TCPヘッダーには以下の情報が含まれます

送信元ポート番号（例: 51234）
宛先ポート番号（例: 443）
シーケンス番号
確認応答番号
コントロールフラグ（SYN, ACK, FIN など）
ウィンドウサイズ

この時点でのデータ構造は

[TCPヘッダー][HTTPヘッダー][HTTPデータ]

インターネット層

トランスポート層からデータを受け取ったインターネット層（IP）では

送信元IPアドレスと宛先IPアドレスを決定
- 宛先IPはDNS解決で得られたexample.comのIPアドレス
- 送信元IPはクライアントのIPアドレス
IPヘッダーを追加

IPヘッダーには以下の情報が含まれます

プロトコルバージョン（IPv4/IPv6）
送信元IPアドレス
宛先IPアドレス
データ長
TTL（Time To Live）

この時点でのデータ構造は

[IPヘッダー][TCPヘッダー][HTTPヘッダー][HTTPデータ]

ネットワークインターフェース層

インターネット層からデータを受け取ったネットワークインターフェース層では

MACアドレス（物理アドレス）の解決（ARP）
- 次のルーターのMACアドレスを取得
イーサネットフレームのヘッダーとフッターを追加

イーサネットヘッダーには以下の情報が含まれます：

送信元MACアドレス
宛先MACアドレス
イーサタイプ（例: IPv4, IPv6, ARP）

最終的なデータ構造は

[イーサネットヘッダー][IPヘッダー][TCPヘッダー][HTTPヘッダー][HTTPデータ][イーサネットフッター]

この形でデータはクライアントから物理的なネットワークを通ってルーターへ、そしてインターネットを経由して最終的にサーバーに届きます。

サーバー側の脱カプセル化

サーバーにデータが届くと、クライアント側と逆の流れで各層を上っていきます。

ネットワークインターフェース層：
- イーサネットヘッダーとフッターを確認・除去
- MACアドレスを確認（自分宛てか確認）
- IPパケットを抽出してインターネット層へ渡す
インターネット層：
- IPヘッダーを確認・除去
- IPアドレスを確認（自分宛てか確認）
- トランスポート層のデータを抽出して渡す
トランスポート層：
- TCPヘッダーを確認・除去
- ポート番号を確認（正しいサービス宛てか確認）
- データを結合（分割されていた場合）
- アプリケーション層にデータを渡す
アプリケーション層：
- HTTPヘッダーを解析
- リクエストを処理（Webサーバーが対応するリソースを探す）
- レスポンスを生成

HTTPレスポンスの流れ

レスポンスは基本的にリクエストと逆の流れをたどります：

サーバーアプリケーションがHTTPレスポンスを作成
アプリケーション層からトランスポート層へと下りながらカプセル化
物理的なネットワークを通じてクライアントへ
クライアント側で脱カプセル化
ブラウザがHTTPレスポンスを処理してWebページを表示

まとめ

HTTP通信は、一見シンプルな「リクエスト→レスポンス」の流れに見えますが、実際には複数のネットワーク層で様々な処理が行われていました。各層がそれぞれの役割を果たし、ヘッダー情報の追加（カプセル化）と解析・除去（脱カプセル化）を行うことで、インターネット上の異なるコンピュータ間での通信を実現しているようです。

参考資料