【初心者向け】TCP通信の基本とURIの仕組み

基本情報技術者試験

Posted at 2025-04-09

インターネットの世界では様々なコンピュータが通信していますが、その裏側ではどのようなことが起きているのでしょうか？今回は、Web通信の基盤となるTCPと、Webアドレスの仕組みであるURIについて初心者向けに解説します。

TCPとは？

TCP（Transmission Control Protocol）は、インターネット上でデータを確実に送受信するための約束事（プロトコル）です。WebサイトやメールなどのサービスはこのTCPの上で動いています。

TCPの主な特徴：

信頼性が高い（データの欠損や順序の入れ替わりを防ぐ）
双方向通信が可能
接続確立→データ転送→接続終了という流れがある

TCPの接続確立（3ウェイハンドシェイク）

TCPで通信を始める前に、「本当に相手と通信できますか？」と確認し合う儀式があります。これを「3ウェイハンドシェイク」と呼びます。

Step 1: SYNパケットの送信

クライアント（あなたのブラウザなど）がサーバーに「通信したいです！」と言う最初の挨拶です。

クライアント → SYN → サーバー

SYNパケットに含まれる情報：

「私はあなたと通信を始めたいです」という意思表示
初期シーケンス番号（データの順番を管理するための番号）

これは人間の会話でいうと「もしもし、聞こえますか？」のようなものです。

Step 2: SYN+ACKパケットの送信

サーバーがクライアントに「はい、通信できますよ！こちらも準備OKです」と返事します。

クライアント ← SYN+ACK ← サーバー

SYN+ACKパケットに含まれる情報：

「あなたの通信要求を受け取りました（ACK）」
「私もあなたと通信を始めたいです（SYN）」
サーバーの初期シーケンス番号

人間の会話では「はい、聞こえていますよ。こちらの声は聞こえますか？」のような意味です。

Step 3: ACKパケットの送信

クライアントがサーバーに「はい、あなたの声も聞こえています！これで会話を始められますね」と最終確認します。

クライアント → ACK → サーバー

ACKパケットに含まれる情報：

「あなたの準備完了の返事を受け取りました」

これで3ウェイハンドシェイクが完了し、本格的なデータのやり取りが始まります。

TCPとHTTPの関係

HTTPはTCPの上で動作するプロトコルです。関係を簡単に図で表すと：

アプリケーション層：HTTPプロトコル（Webブラウジング）
↓
トランスポート層：TCPプロトコル（信頼性のある通信）
↓
インターネット層：IPプロトコル（パケットの配送）
↓
ネットワークインターフェース層：イーサネットなど（物理的な通信）

HTTPリクエストが送られるまでの流れ

Webサイトにアクセスするときの裏側の流れを見てみましょう：

DNS解決: www.example.com → 93.184.216.34 のようにドメイン名をIPアドレスに変換
TCPコネクション確立:
- クライアント → SYN → サーバー
- クライアント ← SYN+ACK ← サーバー
- クライアント → ACK → サーバー

HTTPリクエスト送信:

GET / HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 ...

HTTPレスポンス受信:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
...

<!DOCTYPE html>
<html>...

TCPコネクション終了 (データのやり取りが終わったら)

URIとは？

URI（Uniform Resource Identifier）は、インターネット上のリソース（Webページ、画像、APIなど）を識別するための文字列です。URLはURIの一種で、特にリソースの「場所」を示します。

URIの構造

一般的なURIの構造は以下のようになっています：

scheme://authority/path?query#fragment

例: https://www.example.com:443/search?q=tcp&lang=ja#results

scheme: https （通信プロトコル）
authority: www.example.com:443 （ホスト名とポート番号）
path: /search （リソースのパス）
query: q=tcp&lang=ja （クエリパラメータ）
fragment: results （ページ内の特定部分を指定）

リクエストURI

HTTPリクエストでは、URI全体ではなく「リクエストURI」という部分だけを使用することがあります。これは主にパスとクエリ部分を指します。

例えば、以下のようなHTTPリクエスト：

GET /search?q=tcp&lang=ja HTTP/1.1
Host: www.example.com

ここでの /search?q=tcp&lang=ja がリクエストURIです。

サーバー側では、このリクエストURIを解析して適切なリソースを返します。例えば：

/search → 検索ページを表示
q=tcp → 「tcp」というキーワードで検索
lang=ja → 日本語の結果を表示

パーセントエンコーディング（URLエンコーディング）

URIには使用できない文字があります。例えば、日本語や空白、特殊記号などです。これらの文字は「パーセントエンコーディング」という方法で変換されます。

主な変換例：

空白 → %20
日本語「あ」 → %E3%81%82
+ → %2B
? → %3F
& → %26
= → %3D

例えば、「TCP 通信」という検索キーワードは：

https://www.example.com/search?q=TCP%20%E9%80%9A%E4%BF%A1

のようにエンコードされます。

なぜ必要？

URIは ASCII文字のみで構成される必要がある
特殊文字（&や=など）がクエリパラメータの区切りと混同されるのを防ぐ
異なるシステム間で統一的に解釈できるようにする

まとめ

TCP：信頼性の高いデータ通信の仕組み。SYN, ACK, SYN+ACKといったパケットを使って接続を確立する「3ウェイハンドシェイク」が特徴。
TCPとHTTP：HTTPはTCPの上で動作するプロトコル。Webページを表示する前にTCP接続が確立される。
URI：インターネット上のリソースを一意に識別する文字列。scheme, authority, path, query, fragmentなどの部分から構成される。
リクエストURI：HTTPリクエストで使用されるURI部分。主にパスとクエリパラメータを含む。
パーセントエンコーディング：URIで使用できない文字を%記号と16進数で表現する方法。

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