インターネットの仕組み

４．インターネットの仕組み

1)インターネットモデル

　ＷＡＮ（Wide Area Network)とは、広域に展開されているコンピュータ・ネットワークという意味だが、ＬＡＮとＬＡＮがネットワークされた地域ネットワーク、さらに地域ネットワークどうしが結びついて全国的規模や世界的規模に展開されているような状態のことを意味して使われる。その最大のものがインターネットであり、世界中の異なる組織が運営する数多くのネットワークに自由にアクセスができ、かつ、その全体をあたかも単一のネットワークであるかのように利用することができる。この仕組みはインターネットモデルといわれるもので、以下に見ておくことにしたい22) 。
　このモデルでは、同一組織によって管理運営されるＬＡＮのことを自律システムと言う。前述のようにＬＡＮの中は複雑な構造を持っているので、これをモコモコとした雲の絵で表現する。これらの自律システムはルータを介して接続される。(図7.6，7.7）
[図7-6&7]

　無数の自律システムの雲と、その接点となる数多くのルータを協調して動作させているのが、前述したＴＣＰ／ＩＰプロトコル群の働きであるが、ここでは、その中心的な役割を果たす、ＩＰ（Internet Protocol)について見てみることにする。
　インターネットに接続された全ての自律システム（ＬＡＮ）には、ネットワーク・アドレスという固有の番号がふられており、それぞれのネットワーク内のコンピュータにはホスト・アドレスという固有の番号がついている。それぞれネットワーク部、ホスト部と呼ぶ２つのアドレス番号の組み合わせで、そのコンピュータのインターネット世界における固有の住所が決まる。これをＩＰアドレスといい、32ビットの固定長である（後述）。
　インターネットではデータのパケットのことをデータグラムと呼ぶ。これに送り元と行き先となるホストのＩＰアドレスを付与したのがＩＰデータグラムである。ＩＰは、このＩＰデータグラムの伝送経路を、下記のような方法で確立している。
　いま、ある自律システムからＩＰデータグラムが発信されると、インターネット内の全てのルータは、これを次々と目指す自律システムへと転送する。これらのルータは、インターネットのどこにどの自律システムが接続されているかを知っている。従って、ユーザはその転送経路を関知することなく、送り先のＩＰアドレスの指定だけで、その目的地へとデータを送ることができる。
　インターネットの全てのルータが、なぜこれほど広範なネットワーク世界を知りつくし、データグラムを目的のホストへと転送できるのか。実はルータはこれを自動的に日々コツコツと学習しているのである。というのも、ルータはまず、ある一定時間ごとに自分のネットワーク・アドレスを隣接する全てのルータに通知する。これを受け取ったルータは、それをまた自分の隣接するすべてのルータに通知する。この情報が行き渡ると、ルータは、終点となるアドレスと、そこへデータグラムを届けるためにリレーすべき隣りのルータのアドレスとが対になった表（経路表）の形で記憶する。ルータがＩＰデータグラムを受信すると、その行き先のＩＰアドレスをこの経路表に照合し、次にリレーすべき隣のルータを選び、これを転送するのである。この方式だと、ルータはネットワーク全体の状況は知らなくても、受け取ったＩＰデータグラムを次にどのルータに送ればよいかということだけを知っていればよい。
　このような処理の繰り返しで、データグラムは幾つものルータを通過しながら（言ってみれば、たらい回しにされながら）、最後には目的のホストへと到達できるのである。実際のインターネットでは障害や工事は日常的に発生しており、新規に加盟してくる自律システムも多いので、こうした知識は常に更新され、障害箇所を避けて転送できるような経路制御も行なわれなければならない。このような経路情報の自動的管理方法を動的経路管理と呼んでおり、膨大な数の自律システムやルータが、あたかも単一のネットワークのように動いて見える秘密である。これに対して、マニュアル操作によって経路を指定する方法を静的経路管理と呼び、セキュリティを考慮して特定の経路に制限したり、インターネットの末端のネットワークに対して伝送するなど、経路選択の必要がない場合に用いられる23) 。
　
2)ＩＰアドレスとドメイン名

　ＩＰアドレスは、前述のように、ネットワーク部とホスト部が組み合わされた数字で、全体の長さは32ビットに固定されている。つまり１または０の数字が32桁続く数字である。これを８ビットずつピリオドで区切って、それぞれの数字は10進法で読む。つまり、32 桁の２進数を４つに区切って、

　　　00000100 . 00000011 . 00000010 . 00000001

と表記されるＩＰアドレスの例では、10進数表記で、

　　　4.3.2.1

という、３つのピリオドでつながれた４つの数字で表わす。実際には、

　　　133.58.12.3

などといった具合になる。
　インターネットの利用で先発した研究機関や政府機関などの大規模ネットワークでは、このうち最初の８ビットをネットワーク・アドレスの割り当てに使った。これは１ビット目が０で始まる８ビットの数字をネットワーク部として使うもので、２ビット目以下の７ビットの数字をネットワーク・アドレスとして使うことができる。(図7.8）
[図7-8]

　つまり、２の７乗＝128 の数字があるが、全部が０または１となる数は除くことになっているので、結局ここに 126 のネットワークが割り当て可能となる。これをクラスＡという。クラスＡでは、32ビットのうち、残る24ビットの数字がホスト部に使えるので、それぞれのネットワーク内には、最大 1,677万 7,214台分ものホスト・アドレスを割り当てることができる。
　クラスＢでは次の８ビットも加え、最初の２ビットが10で始まる16ビットをネットワーク部に使う。つまり３ビット目以下の14ビットの数字により、16,383のネットワーク・アドレスが割り当てできる。残る16ビットのホスト部により、それぞれのネットワーク内の最大ホスト数は65,534台となる。
　これがクラスＣとなると、さらに次の８ビットも加え、最初の３ビットが 110で始まる 24ビットをネットワーク部に使う。つまり４ビット目以下の21ビットの数字によって、 209万7,151 のネットワークがアドレスの割り当てを得られるが、残る８ビットのホスト部では、ネットワーク内の最大ホスト数は 254台までに限られることになる24) 。
　実際には、これからインターネットに接続しようとする日本の大学では、クラスＣしか取得できないという状況である。これ１本では最大ホスト数が 254台なので、学内で必要なホスト・アドレスは確保できないことになる。そこで、新規加盟の大学ではクラスＣを数本（16本とか32本とか）束ねて取得している。どちらにしても、こんなことでは割り当て可能な全てのＩＰアドレスが、いずれ枯渇してしまうのは時間の問題である25) 。
　そこで将来的には、桁数を拡張するなど、新しい世代のインターネットのあり方を考えていく必要があり、すでにその研究開発が始まっている。言いかえれば、いかにインターネットの成長が爆発的で、膨大な数のユーザを巻き込んでいきつつあるかということでもあろう26) 。
　ところで、ＩＰアドレスのような数字の羅列を覚えるのは不便なので、略号をつなげた形のドメイン（Domain＝範域）名というものが使われることが多い。これは、アメリカ、イギリス以外の国では２文字の国コードをトップ・ドメインとし（日本はjp）、その左に、下位ドメインである組織属性と組織名称をピリオドで区切ってつなげる。つまり日本では、

　〈組織名称〉. 〈組織属性〉. jp

という形のドメイン名となり、組織属性は、大学関係組織はac、企業営利団体はco、政府関係組織はgo、などのコードも決まっている。そこで例えば、

　　　 tuis.ac.jp

と表記すれば、日本の－大学の－東京情報大学（略称tuis) を指すドメイン名となる。インターネットのユーザは、電子メールをやりとりするためのメールアドレスを持っている。これは、自分の名前と、その所属部署を＠マークでつなげ、ドメイン名の左に表記するのが一般的で、例えば、

　　　 kensuke@rsch.tuis.ac.jp

などといった具合になる27) 。最近では、電話番号やファックス番号とともに、このメールアドレスを名刺に刷るユーザも増えてきた。こうした覚えやすい宛先で電子メールのやりとりができるのも、ＤＮＳ（Domain Name System) という、ドメイン名とＩＰアドレスを対応させて管理しているデータベース・システムが用意されているからである。
　ＩＰアドレスやドメイン名は、インターネットの世界においては固有の番号や名前でなければいけない。現在、世界に３ケ所あるＮＩＣ（Network Information Center）が、これを管理している。アメリカではスタンフォード研究所（ＳＲＩ）のインターＮＩＣ、ヨーロッパではＲＩＰＥ（Reseaux IP Europe)、日本では東京大学大型計算機センターにあるＪＰＮＩＣ（Japan Network Information Center）がその役割を担う。
　インターネットへ接続したいユーザは、これらＮＩＣに申請してＩＰアドレスとドメイン名を取得した上で、自分の所属するＬＡＮにルータを設けて、バックボーンとなるネットワーク（日本でいえばＳＩＮＥＴなど）につなぎこむことになる。ドメイン名の変更や廃止の際も、同様にＮＩＣへ申し出る必要がある28) 。

3)インターネット・アーキテクチャ

　以上、コンピュータ・ネットワークの仕組みの一端を、ＬＡＮやインターネットの実際から見てきたが、ここで、そもそもコンピュータどうしがコミュニケーションするとはどういうことなのか、その概念について少し把握しておくことにしたい。
　これには、人間が普通に行っているコミュニケーションの手順を分解して考えてみるとわかりやすい。例えばＡさんがＢさんに手紙を出すとする。Ａさんは自分の気持ちを紙に書き、封をして切手を貼ってポストに投函する。郵便局員がこれを回収し、郵便車などで幾つかの郵便局を中継してＢさんの家の郵便受に届ける。Ｂさんは封筒を明け、手紙を読んでその意味するところを理解する。この、手紙を書く（読む）－封筒に入れる（開封する）－ポストに投函する（郵便受に届く）－郵便局に届く（配達する）という各手順は図 7.9のような階層的な構造で描くことができる。
[図7-9]

　大事なことは、それぞれの階層では、その上下の階層との間でとり交わす手順だけを理解していればよいということである。例えばＡさんは手紙をポストに入れた後、これがどのような方法でＢさんに届けられるかを意識する必要はなく、郵便局員は、ポストから手紙を回収したり局と局の間を運搬するだけで、手紙に何が書かれているかを知る必要はない。このように、各階層ごとに決まった手順だけを実行すれば、ＡさんとＢさんの手紙によるコミュニケーションは成立するのである。
　こうした考え方で、コンピュータのコミュニケーションを階層化して描いたのが、ネットワーク・アーキテクチャであり、それぞれの階層を上下する手順がプロトコルなのである29) 。
　前述したＯＳＩ（開放型システム間相互接続）では、このアーキテクチャを７階層で描いたＯＳＩ参照モデルというものを発表している。７階層のそれぞれの機能は図7.10に示す通りである30) 。

[図7-10]

　インターネットの場合はどうか。ここでインターネット・アーキテクチャ、すなわちＴＣＰ／ＩＰのネットワーク・アーキテクチャというものを見てみると、下から順に、 1ネットワーク・インタフェイス層、 2インターネット層、 3トランスポート層、 4アプリケーション層、の４層で説明されることが多い31) 。(図7.11）
[図7-11,12]

　このうち、 1のネットワーク・インタフェイス層は、インターネットの足まわりとなるもので、手紙でいえば郵便局の車、電話でいえば電話線などに相当し、物理的なデータ転送の機能を担う仕組みのことである。前述したイーサネットやＦＤＤＩなどのＬＡＮ、専用線や公衆パケット交換網などの既存のネットワークは、このネットワーク・インタフェイス層の伝送方法のことをいっていたわけである。インターネットでは、この層については何を使っても構わない（規定がない）。
　 2のインターネット層は、インターネットの中心的役割を果たすＩＰによって、ＩＰデータグラムを転送し、目的となるホスト・コンピュータまで届けるための階層である。図 7.12に見られるとおり、ＩＰデータグラムを中継するだけのゲートウェイでは、ここまでの階層だけで転送処理を行っている。下位階層であるネットワーク層で使用されているさまざまな通信媒体やプロトコルの違いは、このインターネット層のＩＰ以外の多数のプロトコルを動員して吸収してしまい、ネットワーク全体をＩＰによって扱うことができるようにしているのである。
　 3のトランスポート層には、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol)、またはＵＤＰ（User Datagram Protocol）というプロトコルが定義されており、ＩＰによって目的のホストに届いたデータグラムを、エラー訂正処理などを施しながら正しく復元し、ホスト内部の応用ソフトウェア（アプリケーション）に手渡すまでの役割をはたす。
　 4のアプリケーション層において、はじめてインターネットのユーザに、直接的なサービスを提供するための応用プロトコルが定義されている。これには、ＴＥＬＮＥＴ（リモート・ログイン）、ＦＴＰ（ファイル転送）、ＳＭＴＰ（電子メール）などがある。

　以上をまとめると、インターネットは、 1物理的な伝送方法として、イーサネットやＦＤＤＩ、専用線などの既設のネットワークの足回りを使い（ネットワーク・インタフェイス層）、 2それぞれの伝送方法の相違を吸収しつつ、ＩＰが目的のホストへとデータを届け（インターネット層）、 3さらにＴＣＰ（またはＵＤＰ）がホスト内部のアプリケーションへ届けて（トランスポート層）、 4ユーザがさまざまなインターネットの機能を利用できるようにする（アプリケーション層）、という４階層があるということになる32) 。
　実際にはユーザは、ＴＣＰやＩＰの目に見えない働きを意識する必要はなく、アプリケーション層における具体的な機能（上記のＴＥＬＮＥＴ、ＦＴＰ、ＳＭＴＰをはじめ、ＷＡＩＳ、Ｇｏｐｈｅｒなど、インターネットには便利な機能が数多くある）が使えればそれで良い。その利用法については第８章で述べることとする。
ＴＣＰ／ＩＰは、ＯＳＩ参照モデルの登場以前から実用化されていたので、それぞれの階層は、必ずしもＯＳＩ参照モデルとはきちんと対応しないのであるが、実際にはこれでも十分な機能をはたし得ることはインターネットが証明している33) 。ＯＳＩは、より将来的なコンピュータ・ネットワークの発展のための理論的モデルを示しているわけである。ただ最近では、ＯＳＩの標準化仕様を実装した機器も徐々に登場し、ＴＣＰ／ＩＰとも組み合わされて利用されはじめている。ＯＳＩとＴＣＰ／ＩＰは、理論と実践で補い合うような面を見せながら、今後も進化していくものと考えられる。