この記事で伝えたいこと

nc で手入力したHTTPリクエストが、TCP上でどう運ばれるかを観測ベースで理解する
SYN/SYN-ACK/ACK（接続確立）やRST（接続拒否）を切り分けられるようにする
「TCPクライアント」と「HTTPクライアント」の役割差を、実パケットで説明できる状態を目指す

想定読者

localhost:8080 の通信をレイヤーごとに理解したい人
Wiresharkを使い始めたばかりで、どこを見ればよいか迷う人
障害切り分けの基礎（200/404/RST）を実験で掴みたい人

完成イメージ

使用技術

Java 17（ServerSocket, Socket）
Wireshark（lo0観測）
nc（netcat）

実装

1. 最小HTTPサーバーを起動する

まずは任意の作業ディレクトリに src/Main.java を置いて起動する。
このサンプルは「接続直後には返さず、HTTPリクエスト行とヘッダー終端を読んでから返す」構成。

src/Main.java（そのまま使用可）:

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int port = 8080;

        try (ServerSocket server = new ServerSocket(port)) {
            System.out.println("Server listening on port " + port);
            while (true) {
                try (Socket client = server.accept()) {
                    System.out.println("Accepted: " + client.getRemoteSocketAddress());

                    BufferedReader reader = new BufferedReader(
                        new InputStreamReader(client.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8)
                    );

                    String requestLine = reader.readLine();
                    if (requestLine == null || requestLine.isEmpty()) {
                        continue;
                    }

                    String line;
                    while ((line = reader.readLine()) != null && !line.isEmpty()) {
                    }

                    String[] parts = requestLine.split(" ");
                    String method = parts.length > 0 ? parts[0] : "";
                    String path = parts.length > 1 ? parts[1] : "";
                    System.out.println("method=" + method + ", path=" + path);

                    String status;
                    String responseBody;
                    if ("GET".equals(method) && "/hello".equals(path)) {
                        status = "200 OK";
                        responseBody = "Hello World";
                    } else {
                        status = "404 Not Found";
                        responseBody = "Not Found";
                    }

                    byte[] bodyBytes = responseBody.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
                    String headers =
                        "HTTP/1.1 " + status + "\r\n" +
                        "Content-Type: text/plain; charset=UTF-8\r\n" +
                        "Content-Length: " + bodyBytes.length + "\r\n" +
                        "Connection: close\r\n" +
                        "\r\n";

                    OutputStream out = client.getOutputStream();
                    out.write(headers.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                    out.write(bodyBytes);
                    out.flush();
                } catch (IOException e) {
                    System.err.println("Failed to handle client: " + e.getMessage());
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("Failed to start server: " + e.getMessage());
        }
    }
}

javac src/Main.java
java -cp src Main

ポイント:

GET /hello は 200 OK
それ以外（例: POST /hello, GET /notfound）は 404 Not Found

このコードでしていること（ブロックごと）:

1.待受ポートの準備

int port = 8080;
try (ServerSocket server = new ServerSocket(port)) {

8080で待受ソケットを作る。
ここでサーバープロセスは接続待ち状態に入る。

2.接続ごとの処理ループ

while (true) {
    try (Socket client = server.accept()) {

accept()は接続要求が来るまで待つ（ブロック）。
接続成立後、そのクライアント専用Socketを受け取る。

3.受信ストリームを読みやすい形に変換

BufferedReader reader = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(client.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8)
);

ソケットの生バイト入力をUTF-8文字列として読めるようにする。
readLine()でHTTPの1行ずつを読める状態を作る。

4.リクエスト行を読む

String requestLine = reader.readLine();
if (requestLine == null || requestLine.isEmpty()) {
    continue;
}

例: GET /hello HTTP/1.1 を受信する。
空入力や切断時は次の接続へ進む。

5.ヘッダー終端まで読み進める

String line;
while ((line = reader.readLine()) != null && !line.isEmpty()) {
}

空行（CRLF CRLF）まで読み進める。
これでHTTPヘッダーの読み取り範囲を確定する。

6.method/pathを取り出す

String[] parts = requestLine.split(" ");
String method = parts.length > 0 ? parts[0] : "";
String path = parts.length > 1 ? parts[1] : "";
System.out.println("method=" + method + ", path=" + path);

リクエスト行を空白で分割して、メソッドとパスを取り出す。
ログ出力して受信内容を確認する。

7.ルーティングしてレスポンス内容を決める

if ("GET".equals(method) && "/hello".equals(path)) {
    status = "200 OK";
    responseBody = "Hello World";
} else {
    status = "404 Not Found";
    responseBody = "Not Found";
}

GET /hello のみ成功レスポンス。
それ以外は404に分岐する。

8.HTTPレスポンスを組み立てる

byte[] bodyBytes = responseBody.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
String headers =
    "HTTP/1.1 " + status + "\r\n" +
    "Content-Type: text/plain; charset=UTF-8\r\n" +
    "Content-Length: " + bodyBytes.length + "\r\n" +
    "Connection: close\r\n" +
    "\r\n";

ステータス行・ヘッダー・本文長を作る。
Content-Lengthは本文バイト数と一致させる。

9.クライアントへ送信する

OutputStream out = client.getOutputStream();
out.write(headers.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
out.write(bodyBytes);
out.flush();

ヘッダーと本文を順に送信する。
flush()でバッファを即時送信する。

2. Wiresharkでキャプチャする

インターフェース: Loopback: lo0
表示フィルタ: tcp.port == 8080

注意:

localhost / 127.0.0.1 通信は lo0 に出る
Wi-Fi: en0 を見ていると今回の通信は基本的に見えない

3. `nc` でHTTPを手入力する

nc 127.0.0.1 8080

入力（最後に空行必須）:

GET /hello HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Connection: close

レスポンス例:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain; charset=UTF-8
Content-Length: 11
Connection: close

Hello World

3.5 3-way handshake（接続確立）を確認する

nc 127.0.0.1 8080 を実行した直後、HTTPが流れる前にTCP接続確立が行われる。

順序:

SYN（クライアント -> サーバー）
- 接続開始要求
SYN, ACK（サーバー -> クライアント）
- 要求を受け取ったことと、サーバー側も接続可能であることを通知
ACK（クライアント -> サーバー）
- 応答を受け取ったことを伝えて接続確立

この3ステップが成立して初めて、HTTPリクエスト（GET /hello HTTP/1.1）が流れる。

4. 正常系パケットを対応づける

典型的な並び:

SYN（クライアント -> サーバー）
SYN, ACK（サーバー -> クライアント）
ACK（接続確立完了）
PSH, ACK（HTTPリクエスト送信）
HTTP/1.1 200 OK（HTTPレスポンス）
FIN, ACK 往復（接続終了）

補足:

Follow TCP Stream で、送受信HTTPテキストを1本で確認できる

5. 404系を確認する

同様に接続して以下を送る:

GET /notfound HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Connection: close

期待結果:

HTTP/1.1 404 Not Found
サーバーログ: method=GET, path=/notfound

6. 接続拒否（RST）を確認する

サーバー停止後に実行:

nc 127.0.0.1 8080

Wiresharkでの典型:

SYN
RST, ACK

意味:

8080 で待ち受けプロセスがいないため、接続を即時拒否
3-way handshake は成立しない

レイヤー整理（短く）

TCP（L4）: 接続・順序保証・再送
HTTP（L7）: リクエスト/レスポンスの意味
今回の nc はTCPクライアント。HTTP文字列はユーザーが手入力している
つまり、TCP接続（3-way handshake）が成立してから、HTTPメッセージ（文字列）がTCPコネクション上を流れるようになる。

まとめ

今回の実験で確認できるのは次の3点。

HTTPはTCPの上で動く（接続確立後にHTTPが流れる）
正常終了（FIN）と接続拒否（RST）は明確に見分けられる
nc + Wireshark で、アプリ挙動とネットワーク挙動を対応づけて説明できる