Webブラウザで検索ボタンをクリックしてから、検索結果が表示されるまで

以下では、「Webブラウザで検索ボタンをクリックしてから、検索結果が表示されるまで」の全体的な流れをまとめながら、ユーザー側 → ハブ/スイッチ → ルーター → プロバイダー網 → ファイアウォール → キャッシュサーバー → サーバー側 のルートを通るパケットのイメージも含めて、TCP 3ウェイハンドシェイク や TLS(HTTPS)ハンドシェイク の詳細を交えて説明します。

┌───────────────────┐
│   [User's PC]     │  
│  (Webブラウザ)     │  
└───────────┬───────┘
            │
     (LAN内の通信: イーサネット or Wi-Fi)
            │
┌───────────┴─────────┐
│ [Hub/Switch] (LAN)  │  
└───────────┬─────────┘
            │
┌───────────┴─────────┐
│  [Router] NAT機能    │  
│ (ホームゲートウェイ)   │  
└───────────┬─────────┘
            │
     (プロバイダーとの回線: 光, CATV等)
            │
┌───────────┴─────────┐
│   [ISP/プロバイダ]    │  
│   各種ルータ・設備    │  
└───────────┬─────────┘
            │
   (インターネットの各ルータを通過)
            │
┌───────────┴─────────┐
│ [Firewall/CDN/LB]   │  
│ (サーバ側 or 中継)    │  ← TCPハンドシェイク, TLSハンドシェイクを中継  
└───────────┬─────────┘
            │
┌───────────┴───────┐
│    [Webサーバ]     │  ← TCP & TLSの終点  
│  (検索処理を実施)   │  
└───────────────────┘

全体像：ユーザーPC →（LAN機器）→（ISP/プロバイダー）→（インターネット）→ サーバ

1. ユーザーが検索ボタンを押す
2. LAN内のハブ/スイッチを通過
3. ルーター（ホームゲートウェイ）でNATなどが行われる
4. プロバイダー網やインターネット上のファイアウォール/ルーターを経由
5. CDNやキャッシュサーバー等を挟む場合もあり
6. 最終的にサーバーに到達
7. サーバーからのレスポンスが同様の経路を逆向きに通ってユーザーに返ってくる

これらはTCP/IPの各層（物理層・データリンク層・ネットワーク層・トランスポート層など）で行われる処理を順番に踏んでいます。

以下、順を追って詳しく見ていきます。

1. 検索ボタンをクリック → リクエスト準備

1. 検索キーワード入力 & ボタンクリック
   • ユーザーがPCのブラウザで検索ワードを入力し、「検索」ボタンをクリック。
   • ブラウザはクリックイベントをフックして、フォーム送信やAjaxなどでHTTPリクエスト（GET/POST）を生成します。
2. DNS問い合わせ
   • 「www.example.com」などのドメインに対応する IPアドレス が不明なら、ブラウザやOSがDNSサーバーに問い合わせを行います。
   • キャッシュにIPが残っている場合は省略されます。

2. LAN内 (ハブ/スイッチ, ルーター) → プロバイダー網

1. ハブ/スイッチを経由（同一LAN内）
   • ユーザーPCがイーサネット(有線)やWi-Fi(無線LAN)を通じてルーターに通信を送ります。
   • 家庭やオフィスLANでは、ハブやスイッチが複数のデバイスをつなぎ、PCからのデータフレーム(イーサネットフレーム)をルーターのMACアドレスへ転送。
2. ルーター（ホームゲートウェイ）でNAT処理
   • ルーター（ブロードバンドルーター, ホームゲートウェイ）は、PCのプライベートIPアドレスを、ISP(インターネット接続サービスを提供する事業者)と接続するグローバルIPアドレスに変換（NAT）して、外部ネットワークへ送出。
   • ルーターは自宅・オフィス内の複数端末の通信をポート番号などで区別し、外部との通信を仲介します。
3. プロバイダー網(ISP)を経由
   • ルーターから出たIPパケットはプロバイダー(ISP)の回線を通り、プロバイダーのルーター/スイッチを順次経由しインターネットへ向かいます。
   • 特に携帯網(4G/5G)は除外すると、通常の光回線やCATVなどの固定回線を通ると考えてよいでしょう。
   • ISP側でもファイアウォールやトラフィック制御が行われている場合があります。

3. ファイアウォール, キャッシュサーバーを経由（インターネット側）

1. 中継ルーター/ファイアウォール
   • インターネット上には多くのルーターがあり、BGP等のルーティングプロトコルで経路が決定されます。
   • 途中でファイアウォールやACL(アクセス制御リスト)があり、不正パケットを遮断することもあります。
2. CDN/キャッシュサーバー
   • Webコンテンツや画像などを高速に配信するため、CDN（Content Delivery Network）などのキャッシュサーバーが間に入ることがあります。
   • ただし検索結果のように動的に生成されるページでは、キャッシュが効かずサーバーまで到達する可能性が高いです。
3. サーバーのファイアウォール/ロードバランサ
   • サーバー側のネットワークにもファイアウォールやロードバランサ(LB)が存在し、パケットを振り分ける・制限することがあります。

4. TCPハンドシェイク（3ウェイハンドシェイク）

上記のルーターやファイアウォールを経由し、最終的にサーバー(グローバルIP:443など)との通信を開始します。HTTPSの場合でもまずはTCPによるコネクションが必要です。これが3ウェイハンドシェイクです。

1. クライアント → サーバ: SYN
   • ブラウザ(PC)がサーバーのIP:443に対し、「接続開始」を示すSYNフラグ付きパケットを送る。
   • このパケットは途中のすべてのルーター、ファイアウォールを通過し、最終的にサーバーまで届く。
2. サーバ → クライアント: SYN + ACK
   • サーバはSYNを受け取り、許可するならSYN+ACKを返す。
   • 途中のネットワーク機器がTCPステートフルインスペクションをしている場合も、このSYN+ACKを許可すれば、クライアントに到達する。
3. クライアント → サーバ: ACK
   • クライアントがACKを返し、TCPコネクションが確立。
   • この間、各機器はIPアドレスやポート番号を見て、パケットの行き先を判断します。NATやファイアウォールが正しく設定されていれば通信が通ります。

5. TLS（HTTPS）ハンドシェイク

TCPコネクション確立後、ポート443などでTLSハンドシェイクが行われます。ここでは一般的な TLS 1.2 のフローを簡単に解説します。（TLS 1.3だと少し往復が減り高速化します）

1. Client Hello
   • クライアントはTLSバージョン、暗号スイート一覧、ランダムデータなどを送り、暗号化の準備を要求。
   • これもすべて中継ルーターやファイアウォール、LB を通過し、サーバーに到達。
2. Server Hello
   • サーバーは対応可能な暗号スイートを決定し、同じくランダム値を返す。また、証明書(サーバ証明書)を送る。
   • クライアントは受け取った証明書を検証（認証局の信頼チェーンやCN/ドメイン名確認）。
3. 鍵交換・共通鍵生成
   • RSA/ECDHE等で鍵交換をし、お互いが同じセッション鍵を共有。
4. Finishedメッセージ
   • 双方が握手完了を確認し、以降はTLSで暗号化された通信になる。
   • ファイアウォールがHTTPSの中身を復号しない場合、TLSハンドシェイクのパケットは通りますが、暗号化の詳細を検査はできない（いわゆるSSLインスペクションがない限り）。

6. HTTPリクエスト → サーバ処理 → レスポンス (続き)

1. サーバ側で検索処理
   • Webサーバーやアプリケーションサーバがリクエストを受け取り、DB検索や検索エンジンを呼び出す。
2. レスポンス返却
   • 処理結果をHTMLなどに整形してHTTPSで返送。
   • 途中でCDNやキャッシュサーバーが利用される場合もあるが、動的検索結果なのでキャッシュされないか、もしくは短期間だけキャッシュされる設定の可能性。

7. ブラウザで検索結果が表示

• HTML/CSS/JSの受信 & レンダリング
  • ブラウザがHTMLを解析して画面を組み立て、必要に応じてCSSやJS、画像などを追加取得する（これらのリクエストも同じルートでHTTPSを利用）。
• ユーザーが結果を閲覧
  • 検索ボタンを押してから数秒以内に結果が表示されますが、この間にTCPハンドシェイク + TLSハンドシェイク + HTTPリクエスト/レスポンスという多段階の処理が行われています。

まとめ

1. LAN内部（ハブ/スイッチ → ルーター）
   • ユーザーPCのリクエストがイーサネット/Wi-Fiを通り、ルーターでNAT処理されて外部へ出ていく。
2. プロバイダー網 → インターネット
   • ISPの設備を経由し、インターネット中継ルーターやファイアウォールを通過、必要に応じてCDN/キャッシュサーバーも経由。
3. TCP 3ウェイハンドシェイク
   • クライアントが SYN → サーバが SYN+ACK → クライアントが ACK、でTCPコネクション確立。
4. TLSハンドシェイク（HTTPS）
   • Client Hello / Server Hello / 鍵交換 / Finished 等のやり取りで暗号化チャネルを確立。
   • サーバ証明書の検証や共通鍵生成。
5. HTTPリクエスト/レスポンス
   • 暗号化された通信路(HTTPS)で検索クエリなどを送信。
   • サーバで処理された結果がレスポンスとして戻る。
6. ブラウザで検索結果レンダリング
   • HTML/CSS/JSを処理し、画面表示を更新。

ユーザーから見れば「検索ボタンをクリック → 数秒で結果表示」ですが、実際にはルーターやファイアウォール、キャッシュサーバーなどのネットワーク機器を経由し、TCP 3ウェイハンドシェイク + TLSハンドシェイクを行い、最終的に暗号化されたHTTP通信でやり取りしているのです。これらの手順が高速に処理されることで、快適なWeb閲覧が可能になっています。