ネットワークのしくみ 1：全体像 ― 場所を知らなくても届く理由

間にあるのは、ルーターがつながった網

あなたの PC と相手のサーバーのあいだには、何があるのでしょうか。

インターネットは、1本の太いケーブルではありません。家のネットワーク、会社のネットワーク、プロバイダのネットワーク、データセンターのネットワーク……といった無数の小さなネットワークが、ルーターという機械でつながれた網です。

図の楕円の1つ1つがルーターです。ルーターは、複数のネットワークの境目に立って、データを別のネットワークへ渡す役目をしています。

インターネット（internet）という名前自体が「ネットワーク（net）のあいだ（inter）」という意味です。ネットワークをつないだネットワーク、それがインターネットです。

全体の地図を持っている機械は、どこにもない

ここで大事な事実があります。この網の全体の地図を持っている機械は、どこにもありません。

インターネットにつながる機械は何十億台もあり、ネットワークの数も数十万あります。しかも、毎秒どこかで新しい機械がつながり、どこかのケーブルが切れ、どこかの経路が変わっています。これを1か所で全部把握し、「この PC からあのサーバーへはこの道」と決めてくれる中央の管理者は存在しません。

では、誰も全体を知らないのに、どうやって正しい道を通るのでしょうか。

各ルーターが知っているのは「次にどこへ渡すか」だけ

答えの核心はこれです。

各ルーターは、全体の道筋を知りません。知っているのは、「この宛先なら、自分の隣のうち誰に渡せば近づくか」だけです。

図のルーター A は、データ（小包）を受け取ると、宛先を見て、自分の道しるべ（表）を確かめます。そこには「相手の方面なら D へ渡せ」と書いてあります。A は D に渡します。A がやるのはそこまでです。D の先がどうなっているかは、A は知りませんし、気にもしません。

この道しるべの表をルーティングテーブルと呼びます。6本目で詳しく見ます。

受け取ったルーターも、同じことを繰り返す

小包を受け取った D も、同じことをします。宛先を見て、自分の表を確かめます。D の表には「相手の方面なら F へ」と書いてあります。D は F に渡します。

ここで大事なのは、D は A から何の指示も受けていないことです。A は「D の次は F に渡してね」とは言っていません。D は自分の表だけを見て、自分で次を決めています。

この「1区間ずつ、受け取った機械が自分で次を決める」やり方を、ホップバイホップと呼びます。1区間を1ホップと数えます。

バケツリレーのように、隣へ隣へ渡っていく

これを繰り返すと、小包は A → D → F → I → K と進み、最後に相手に着きます。図の赤い線がその道です。

どのルーターも全経路は知りません。それでも、それぞれが「近づく方向」へ正しく1歩進めているので、全体としては相手にたどり着きます。バケツリレーの一人一人が、火事の場所を知らなくても、「右の人へ渡す」だけで水が届くのと同じです。

これが、冒頭の疑問「場所も知らない相手に、なぜ届くのか」への答えの骨組みです。

ただし、これだけではまだ疑問が残ります。「ルーターの表に書く『相手の方面』とは何か」「隣に渡すとは、具体的に何をしているのか」「表は誰が書いているのか」。このシリーズの残りで、1つずつ答えていきます。

郵便も同じやり方で届いている

このやり方は、実は郵便と同じです。

大阪から東京の渋谷の家へ手紙を出すとします。大阪の郵便局は、渋谷のその家がどこにあるかを知りません。知っている必要もありません。住所の「東京都」だけを見て、「東京行き」の袋に入れます。

東京の局は「渋谷区」を見て渋谷の局へ回し、渋谷の局は「〇丁目」を見て担当の配達員に回し、配達員が最後に番地を見て家に届けます。

どの局も、住所の一部を見て「次の局」を決めているだけです。全国のすべての家の場所を知っている局はありません。それでも手紙は届きます。

インターネットのルーターも、これと同じことをしています。

IPアドレスも、住所のように「まとまり」で書かれている

郵便のやり方が成り立つのは、住所が「都道府県 → 市区町村 → 丁目 → 番地」というまとまり（階層）で書かれているからです。

IP アドレスも同じように、まとまりで書かれています。203.0.113.10 なら、前半の 203.0.113 が「どのネットワークか」（町名にあたる）、後半の .10 が「そのネットワークの中のどの機械か」（番地にあたる）を表します。

これのおかげで、遠くのルーターは、個々の機械を覚えなくて済みます。「203.0.113 で始まる宛先は、右の方面」と1行覚えておけば、そのネットワークの中にある何百台の機械にも届けられます。

前半と後半の区切りがどこにあるのか、同じネットワークかどうかをどう判定するのかは、4本目で詳しく見ます。

では、道しるべは誰が書いているのか

ここまでで、「各ルーターの表に従って隣へ渡せば届く」ことが分かりました。では、その表（道しるべ）は誰が書いているのでしょうか。

小さな家のネットワークなら、人が手で書くこともできます。でも、インターネットの規模では不可能です。しかも、どこかのケーブルが切れたら、すぐに別の道へ書き換えなければなりません。

そこで、ルーター同士が隣と話し合って、自動で表を書き換えています。「あのネットワークへは、うち経由で行けるよ」「その道は今切れたよ」といった情報を、隣のルーターと交換し続けているのです。この話し合いの決まりをルーティングプロトコルと呼びます。

会社の中で使われる OSPF、インターネット全体をつなぐ BGP などがあります。7本目で詳しく見ます。

届け方は2種類：同じネットワーク内か、外か

小包を届けるとき、機械はまず「相手は同じネットワークの中か、外か」を考えます。

同じネットワークの中なら、ルーターは要りません。同じ家の中で家族に物を渡すように、直接渡します。このとき仲介するのがスイッチです（3本目）。

外のネットワークなら、自分では届けられません。そのネットワークの出口にいるルーター（デフォルトゲートウェイ）に渡して、あとは任せます。そこから先が、ここまで見てきたバケツリレーです（4〜6本目）。

「同じネットワークか」を判定するのに使うのが、前のページで見た IP アドレスの前半（ネットワークの部分）です。

宛先は2つ書かれている：最終の宛先と、次の区間の宛先

小包には、宛先が2種類書かれています。ここがネットワークでいちばん混乱しやすいところなので、先に骨組みだけ示しておきます。

郵便でたとえると、IP アドレスは封筒に書いた宛名で、MAC アドレスは局から局へ運ぶときに付ける伝票です。宛名は最後まで同じですが、伝票は「大阪局 → 東京局」「東京局 → 渋谷局」と区間ごとに新しく付け替えます。

なぜ2種類も要るのか、どうやって付け替えるのかは、3本目と5本目で詳しく見ます。

このシリーズの道のり

全8本の並びは次のとおりです。

どの作品も単独で読めるように書いていますが、順に読むと、1つの疑問が少しずつ解けていくように並べています。