ネットワークの仕組みとプロトコル｜パケット交換・TCP/IPの4階層・通信速度の計算

公開 2026年11月8日

スマートフォンでWebページを見るとき、データは世界中のネットワークを経由して届きます。この記事では、インターネットでデータが届く仕組みと、そのための約束ごと（プロトコル）を整理します。共通テストでは、仕組みを問う知識問題のほか、通信にかかる時間の計算も出ます。

LANとWAN、インターネット

用語	意味	例
LAN（構内ネットワーク）	家庭・学校・会社など、限られた範囲のネットワーク	家庭のWi-Fi、校内ネットワーク
WAN（広域ネットワーク）	離れた場所のLANどうしを結ぶ、広い範囲のネットワーク	通信事業者の回線
インターネット	世界中のネットワークを相互に接続した、ネットワークのネットワーク	—

家庭のLANは、ISP（インターネットサービスプロバイダ）を通じてインターネットに接続しています。

回線交換とパケット交換

方式	仕組み	特徴
回線交換	通信の間、相手との回線を占有する	固定電話。通信中は安定しているが、回線を効率よく使えない
パケット交換	データを小さなパケットに分けて送る	インターネット。1本の回線を多くの人で共有でき、効率がよい

パケットには、データの一部のほかに、宛先や送信元のIPアドレス、何番目のパケットかなどの情報（ヘッダ）が付いています。パケットは別々の経路を通ることもあり、受信側でヘッダの番号をもとに元の順番に組み立て直します。一部のパケットが届かなければ、その部分だけを送り直せばよいのも利点です。

プロトコルとTCP/IP

**プロトコル**は、通信のための約束ごとです。インターネットでは、役割ごとに4つの階層に分けたプロトコル群 TCP/IP が使われています。

階層	役割	主なプロトコル
アプリケーション層	アプリケーションごとのやり取りの決まり	HTTP・HTTPS（Web）、SMTP・POP・IMAP（メール）、DNS
トランスポート層	データを確実に、または速く届ける	TCP、UDP
インターネット層	IPアドレスをもとに、宛先まで届ける	IP
ネットワークインタフェース層	隣の機器まで、電気信号や電波で届ける	イーサネット、Wi-Fi

階層に分けておくと、ある層の方式を変えても（例えば有線LANを無線LANに替えても）、ほかの層はそのまま使えます。

TCPとUDP

	TCP	UDP
特徴	届いたかを確認し、届かなければ送り直す。順番も整える	確認をせず、そのまま送る
長所	確実に届く	速い、遅れが少ない
向いているもの	Webページ、メール、ファイル	動画のライブ配信、通話、オンラインゲーム

通話やライブ配信では、少しデータが欠けるより、遅れる方が困るのでUDPが使われます。

ネットワークの機器

機器	働き
ルータ	宛先のIPアドレスを見て、パケットを次にどのネットワークへ送るかを決めて転送する（ルーティング）
スイッチ（スイッチングハブ）	LANの中で、つながっている機器どうしの通信を中継する
無線LANアクセスポイント	Wi-Fiの電波で、スマートフォンなどをLANにつなぐ

Webとメールの仕組み

Web

ブラウザ（クライアント）がWebサーバにページを要求し、サーバがデータを返します。このやり取りの決まりが HTTP、通信を暗号化したものが HTTPS です。

URL https://www.example.co.jp/news/index.html は、次のように分けられます。

部分	意味
https	使うプロトコル
www.example.co.jp	Webサーバのドメイン名
/news/index.html	サーバの中のファイルの場所（パス）

メール

プロトコル	役割
SMTP	メールを送信する。メールサーバどうしの転送にも使う
POP	メールをサーバから自分の端末にダウンロードして読む
IMAP	メールをサーバに置いたまま読む。複数の端末で同じメールを見られる

送信側のメールサーバは、宛先のドメイン名からDNSで受信側のサーバを探してメールを転送し、受信側のサーバが宛先のユーザ名を確かめます。2026年の本試験第1問問4 では、宛先の書き間違いを、どちらのサーバが最初に検出するかが問われました（「IPアドレスとDNS」）。

クライアントサーバ方式とピアツーピア方式

方式	仕組み
クライアントサーバ方式	サービスを提供するサーバに、利用者のクライアントが要求を送る（Web、メール）
ピアツーピア（P2P）方式	サーバを介さず、端末どうしが対等に直接データをやり取りする

通信速度と転送時間

通信速度は、1秒間に送れるビット数 bps（bits per second）で表します。1Mbps は1秒間に100万ビット（10⁶ビット）です。

転送時間＝データ量（ビット） ÷ 通信速度（bps）

例： 200MBのファイルを、100Mbpsの回線で送る。伝送効率（実際に使える割合）は80%とする。

データ量をビットにする：200MB × 8 ＝ 1,600Mビット
実際の速度：100Mbps × 0.8 ＝ 80Mbps
転送時間：1,600 ÷ 80 ＝ 20秒

バイト（B）とビット（b）の変換（×8）を忘れないことが最大のポイントです。

誤りの検出：パリティビット

通信中に雑音などでビットが変わってしまうことがあります。これを見つける方法の一つがパリティビットです。

例（偶数パリティ）： データの中の1の個数が偶数になるように、末尾に1ビットを付け加える。

データ 1011001（1が4個）→ パリティは 0 → 送るのは 10110010
データ 1011000（1が3個）→ パリティは 1 → 送るのは 10110001

受信側で1の個数が奇数になっていれば、どこかのビットが変わったと分かります。ただし、2ビット同時に変わると1の個数は偶数のままなので、検出できません。番号の入力ミスを見つけるチェックディジットと同じ考え方です。

共通テストでの出題

2025年の本試験第1問問1 b：IPv6が使われるようになった理由（インターネットに直接つながる機器の増加）。
2026年の本試験第1問問4：メールの配送と、IPアドレスを特定する仕組み（DNS）。
計算：データの転送時間、パケットの数、パリティビットの付け方。

よくある間違い

ビットとバイトの混同：通信速度はビット、ファイルの大きさはバイトで表すことが多いので、8倍の変換が必要です。
「パケット交換は回線を占有する」：回線を占有するのは回線交換です。
「TCPの方が常に優れている」：遅れが困る用途ではUDPが適しています。

まとめ

インターネットはパケット交換方式。データを小さなパケットに分け、ヘッダの情報で宛先に届ける
TCP/IPは4階層。HTTPやSMTPはアプリケーション層、TCP・UDPはトランスポート層、IPはインターネット層
ルータは宛先IPアドレスを見てパケットを転送する
転送時間＝データ量（ビット）÷ 通信速度。バイトは8倍してビットにする