【初心者向け】インターネットの構成要素・繋がる仕組み徹底解説！

インターネットは今や当たり前の存在で、インターネット無しでは生活できないという人も少なくないでしょう。一方、インターネットが繋がる仕組みまでは知らないのではないでしょうか。

この記事ではインターネットに必要な構成要素や繋がる仕組みを解説します。自発的に調べないと中々学ぶ機会もありませんが、知っていれば役立つ場面もあります。例えば光回線の契約時や回線・WEBサービスの障害時に「あの辺りの事だなぁ」とすんなり理解できます。

専門的な知識を完璧に理解する必要はありませんが、ある程度は知っておいても損はしません。この記事を通して基本的な知識を学んでいきましょう。

インターネットとは -膨大なコンピュータが接続された巨大ネットワーク-

インターネットとは、世界中の膨大な数のコンピュータが接続された巨大ネットワークのことです。このネットワークを通じて、世界中の人々が情報を共有し、コミュニケーションを取ることができます。

インターネットには大量の情報があり、何百億ものWEBページ、画像、動画、音楽、ファイルが保存されています。また、電子メール、ソーシャルメディア、オンラインショッピング、オンラインバンキングなど、さまざまなサービスも提供されています。

現在では、インターネットは我々の生活に欠かせないものであり、情報収集やコミュニケーションだけでなく、ビジネスや教育、エンターテインメントなどの分野でも重要な役割を果たしています。

インターネットの構成要素

結論としては、インターネットは主に下記構成要素から構築されています。

この記事では上記構成要素や動作について説明します。

構成要素①：サーバー（WEBサービスを提供するコンピュータ）

インターネット上のサービスは、サーバーと言うコンピュータにより提供されています。サーバーとは特定の目的のために設計されたコンピュータであり、高性能なPCだと思ってください。

• 普通のコンピュータ → PC
• 高性能コンピュータ → サーバー

サーバーは世界中に設置されており、例えばYahoo ニュースの情報を表示するサーバーやYouTubeの動画を配信するサーバー、Twitterのタイムラインを流すサーバー等WEBサービスは全てサーバーが提供していると言って良いでしょう。

構成要素②：ネットワーク機器（スイッチやルーター等）

『インターネット＝巨大なネットワーク』であり、当然サーバーに辿り着くためのネットワーク機器が必要です。ネットワーク機器と一口に言っても種類はたくさんありますが、ここでは代表として、スイッチとルーターについて解説します。

スイッチ

スイッチは、ネットワーク上の複数のデバイスを接続する機器で、正確ににはスイッチングハブと言います。例えば自宅でデスクトップPC、NAS、ゲーム機等々有線LANデバイスがたくさんあるとポート数が足りなくなります。そんな時にスイッチがあればポート数を稼ぐことができる訳です。

上記は自宅の例でしたが、サーバー側（企業側の設備）も同じです。サービスによっては大量のサーバーが必要です。複数のサーバーをネットワークに接続するにもスイッチが利用されます。

ざっくり纏めると『スイッチ＝ポートがたくさんある機器』という理解でOKです。PCにせよ、サーバーにせよ、その他のデバイスにせよ有線LANデバイスを複数接続する際はスイッチを利用します。

ルーター

一般的にネットワークは1つの巨大な塊としてある訳ではなく、中で細かく分割されています。例えば自宅内のネットワークとGoogleのネットワークが別々になっている…というのは何となく想像できますよね。実際にはその途中の経路も細かいネットワークに分割されており、何回もネットワークを飛び越えて通信しています。

この『ネットワークを飛び越える役割』を持っているのがルーターです。スイッチは複数デバイスを接続するだけで、ネットワークを飛び越える機能は持っていません。つまりルーターがないと自宅ネットワークから一歩も外に出れず、当然インターネットも利用できません。

実際にはルーターは世界中にあり、通信を転送しています。自宅ネットワークの観点で言えば内部ネットワーク（自宅）と外部ネットワーク（回線側）の橋渡し役として覚えておけばOKです。

構成要素③：アクセス回線（自宅周辺の回線）

インターネットは物理的には自宅からWEBサービスを提供しているサーバーまでのネットワークを指します。一方、自宅回線が直接インターネットに繋がっている訳ではありません。具体的にはアクセス回線とISPに分かれます。ざっくり言うと

• アクセス回線＝自宅周辺の回線のこと
• ISP＝アクセス回線の先でインターネットへ接続してくれる会社のこと

と2段階に分かれています。

アクセス回線は自宅～最寄りの局舎までのケーブルのことです。局舎とはアクセス回線を提供している通信事業者（例えばNTT東日本／NTT西日本など）のビルのことです。局舎内には周辺エリアのアクセス回線を集約する装置が設置されています。

一昔前はインターネットを利用するためにはアクセス回線とISPを別々に契約する必要がありました
※例えばフレッツ光とSo-netを別々に契約等々。

一方最近では例えばドコモ光のように1契約でアクセス回線＋ISPセットで契約可能なプランが多く利用者はあまり意識する必要がなくなっています。

アクセス回線は主に下記3種類あります。

光回線

光回線は光ファイバーケーブルで接続する方式で、高速・大容量通信が可能な回線です。現在最も主流な方式でありフレッツ光、NURO光等、有名なアクセス回線の殆どは光回線です。

大体のエリアでは十分普及している一方、離島など一部地域ではまだ光ファイバーケーブルが敷設されておらず光回線を利用できないユーザーが居るケースもあります。

ADSL回線

ADSL回線は、電話回線を使ってインターネットに接続する方式です。光回線と比較すると低速で、最大で下り50Mbps、上り5Mbpsとなっています。一方、電話線がある地域（≒日本全国）で利用可能、低価格、といったメリットがあります。

ADSL回線は既にサービス終了済みorサービス終了日確定済みのサービスです。例えばNTT東日本、NTT西日本のフレッツ・ADSLの場合

• フレッツ光提供済みエリア
  • 2023/1/31に終了
• 2022/2/1～2023/1/31にフレッツ光提供開始エリア
  • 2025/1/31に終了

とアナウンスされています。

今から新規でADSL回線を申し込むことは無いですが、確実に現在のアクセス回線の基礎を築いた存在ではあります。

CATV回線

CATV回線はケーブルテレビ（例えばJ:COM）の回線を利用してインターネットに接続する方式です。一般的には

• 回線速度そのものはそこまで高速ではない
• 一方、相対的に利用者が少ないのであまり混み合ってない
• 料金は安い

等々言われることが多いです。一方、ケーブルテレビ回線の敷設エリア限定となり、一般的な光回線よりもエリアは狭くなります。

上記の通り、回線の引き込み方の違いはありますが、『アクセス回線＝自宅の回線』という理解で良いでしょう。

構成要素④：ISP（回線とインターネットとの接続）

ISP（Internet Service Provider）はアクセス回線とインターネットの接続サービスを提供する企業のことです。単にプロバイダーとも言います。

アクセス回線だけでは自宅～通信事業者の局舎までしか行けません。インターネットはその先にあり、インターネットの世界に繋いでくれるのがISPという訳です。

有名なISPとしては例えばOCN、ぷらら、@nifty等々あります。アクセス回線は広範囲に光ファイバーケーブルを敷設する必要があり参入障壁が高いですが、ISPはそこまでではなく、多くの企業がISP事業に参入しています。

最近は光コラボ等の仕組みに代表される通り、アクセス回線＋ISPがセットで契約可能でISPを意識せずにインターネットが利用可能ですが、裏ではこのような仕組みで接続されています。

また、ISPは単純なインターネットへの接続だけでなく、事業者ごとに様々な付加サービスを提供しています。下記はその一例です。

• メールアドレスの提供
• 迷惑メール対策
• アンチウイルスソフトの提供
• 映像、音楽等のコンテンツ配信
• VPN接続
• IP電話
• クラウドストレージ

もちろん通信の安定性や料金の違いはありますが、上記のような付加サービスによって契約を検討する場合もあります。

構成要素⑤：IPアドレス（インターネット上の住所）

住所が無いと通信はできない

インターネット利用 ＝ サーバーと端末の通信

ということです。この時サーバーと端末はお互いをどうやって認識しているのでしょうか？

通信で必要になるのがIPアドレスです。IPアドレスはインターネット上の住所だと思ってください。現実世界で手紙を送る時に

• 相手の住所
• 自分の住所

を書きますよね。それと同じでネットワークの世界でも

• 宛先IPアドレス
• 送信元IPアドレス

を使ってデータのやり取りをします。

全てのWEBサービスには一意のIPアドレスがあり、例えばYahooとGoogleも別々のIPアドレスが振られています。

IPアドレスは例えば下記のような形で表記されます。

192.168.0.1

“.”で区切られた4つの数字で表現され約43億個あります。もちろん有線LANに接続したあなたのPCもWi-Fi接続したあなたのスマホにも上記のようなIPアドレスは振られています。逆にIPアドレスがないとインターネットは利用不可となります。

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレス

上記の通りIPアドレスの数は43億個ですが、現実的な個数としては足りません。世界の人口は約70億人なので実は1人1IPアドレスすら貰えないのです。さらに各WEBサービス側でも複数のIPアドレスが必要なので、新規ユーザーはもうインターネットに接続できない・・・とはなっていません。何故でしょうか？

ざっくり下記のような仕組みです。順番に見ていきましょう。

• IPアドレスを『自宅用IPアドレス』『インターネット用IPアドレス』に分ける
• 自宅用IPアドレス⇔インターネット用IPアドレスを変換して通信する

まず、IPアドレス全体の範囲は

0.0.0.0～255.255.255.255
（↑これが約43億個）

です。これを『自宅用IPアドレス』と『インターネット用IPアドレス』に分けます。

一般的に自宅用IPアドレスは下記範囲にすると決まっています（インターネット用IPアドレスはこれ以外のIPアドレス）。

• 10.0.0.0 ～ 10.255.255.255
• 172.16.0.0 ～ 172.31.255.255
• 192.168.0.0 ～ 192.168.255.255

この、自宅用IPアドレスのことをプライベートIPアドレス、インターネット用IPアドレスのことをグローバルIPアドレスと呼びます。

つまり自宅ネットワークのPCやスマホは必ずプライベートIPアドレスを振って接続することになります。しかしそうなると一点問題が起きます。プライベートIPアドレスはどの家庭でも利用可能なIPアドレスなので、隣の家の人とIPアドレスが重複する可能性があります。IPアドレスはインターネット上の住所なので必ず一意の値である必要があります。現実世界でも同じ住所の家が複数あったら手紙も正しい宛先に届かないですしね。

この問題はどうやって解決しているのでしょうか？

IPアドレスを変換して通信する（NAT）

結論としては、プライベートIPアドレス⇔グローバルIPアドレスを変換してインターネットへアクセスしています。具体的には自宅のルーターがインターネットへデータを転送する時に送信元端末のIPアドレスをルーターが持っているグローバルIPアドレスへ変換して外に出ていきます。

インターネット側（ルーターの外側）から見ると自宅端末のプライベートIPアドレスは見えません。ルーターのグローバルIPアドレスから通信してきたように見えます。このように変換される前提のため、例えプライベートIPアドレスがお隣さんと重複しても通信できるという訳です。

このようにIPアドレスを変換する仕組みをNAT（Network Address Translation）と言います。NATはインターネットアクセスには必須技術です。

当初の話に戻り『IPアドレス43億個しかないのに問題にならないの？』に関しては下記ロジックで解決しています。

構成要素⑥：DNS（サーバーのIPアドレスを教えてくれる人）

インターネットはIPアドレスで通信していることが分かりました。例えばある時期に調べたYahooのIPアドレスは183.79.219.252ですが、このIPアドレスを打ち込んでYahooにアクセスしていますか？実際そんな人は居ないと思います。

WEBブラウザでは下記のようにhttps://www.yahoo.co.jp/という名前でアクセスしているはずです。

実際、IPアドレスは人間から見ればただの数字の羅列なので分かりにくいですが、yahoo.co.jpという名前ならパッと見でYahooであることが分かるので便利です。一方、コンピュータにとって必要なのはIPアドレスです。yahooの文字列には意味がなくIPアドレスが分からないと通信できません。

• 人間 → 名前を知りたい
• コンピュータ → IPアドレスを知りたい

上記のような名前とIPアドレスの間を取り持ってくれるのがDNS（Domain Name System）です。インターネット上のDNSサーバーに聞きに行くことでIPアドレスを教えてくれます。具体的な動作は下記の通りです。

www.yahoo.co.jpに相当する文字列（名前）をFQDN（Fully Qualified Domain Name）、FQDNを問い合わせIPアドレスを得る一連の動作を名前解決と言います。

端末が最初からアクセス先のIPアドレス情報を持っていればDNSサーバーに聞く必要はありません。しかしインターネット上のアドレス情報は膨大で、手元の端末で全アドレス情報を把握するのは非現実的です。そのため上記DNSサーバーのように、インターネット上にIPアドレスを教えてくれる人が居るという訳です。

インターネットアクセスの仕組み解説まとめ

ここまでの話を基に自宅の端末がインターネットへアクセスする時の動作を再確認（＋補足）します。

(1)端末を自宅ネットワークに接続する（DHCP）

PC、スマホ等の端末を自宅のネットワークに接続します。大抵の端末はIPアドレスを自動的に取得する設定になっています。このIPアドレスを自動取得する仕組みをDHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）と言います。DHCPにより利用者が意識せず必要なIPアドレスがセットされます。また、DNSサーバーのIPアドレスもDHCPが教えてくれるので問い合わせ先もこの時に分かります。

一般的にDHCPはルーターの機能です（例外もある）。家庭用機種だと大抵DHCPが初期設定されており、『とりあえず繋げばインターネットが使える』状態になっています。

(2)WEBブラウザを開いてYahooのブックマークを押す

端末のWEBブラウザを開いたらインターネットへアクセスする準備は万端です。今回は例としてYahooのブックマークを押してみます。WEBブラウザのURL欄には「https://www.yahoo.co.jp/」と表示されています。

(3)端末はDNSサーバーにIPアドレスを問い合わせる

端末はwww.yahoo.co.jpのIPアドレスを知らないのでDNSサーバーに問い合わせます。このDNSサーバーのIPアドレスはDHCPで自動的に設定されたアドレスです。

なお、DNSサーバーもインターネット上にあるので

• ルーターのNAT
• アクセス回線、ISPを経由

等々既に『インターネットの通信』はこの瞬間から流れています。人間目線で言えば目的はYahooへのアクセスですが、裏ではインターネットを利用するためにインターネットと通信しているという訳です。

(4)端末はDNSサーバーから教えてもらったIPアドレスにアクセスする

DNSサーバーに聞いた所、www.yahoo.co.jpのIPアドレスは183.79.219.252だと分かりました。端末は183.79.219.252に向かって通信します。

DNSサーバへの問合せ時と同じですが、この時の通信もNATされYahooのサーバーへ辿り着きます。

(5)Yahooサーバーは端末の要求に応答する（トップページの情報を渡す）

Yahooのサーバーは「YAHOO JAPANトップページの情報くれ」と要求されたので、該当のデータを返します。送信元IPアドレスにそのまま返しますが、このIPアドレスはルーターのグローバルIPアドレスであり、Yahooのサーバーからすると直接端末が見えている訳ではなく、ルーターのIPアドレスと通信しているように見えます。

(6)端末は受け取ったYahooトップページの情報をWEBブラウザ上に表示する

Yahooのサーバーから受け取ったデータをそのまま見ても人間が理解できる状態ではありません。人間にとって分かりやすく表示するのはWEBブラウザの役目です。WEBブラウザによっていつも見慣れているYahooのトップページが表示されニュースやショッピング等のリンクへアクセスできるようになります。

このように各ネットワーク機器やサーバー、回線が１つとなってインターネットの機能を提供しています。逆にどれかが欠けても通信は成立せず障害となってしまうのです。

NURO光は超高速の光回線

NURO光は他社ではほとんど採用されていないG-PONという仕組みを使った高速回線です。そのため、一般的な光回線は大抵1Gbpsなのに対し、NURO光は2倍の2Gbpsの速度を誇ります。

追加料金は不要で、いわゆる『普通のプラン』で2Gbpsであり速度的にも料金的にも大きなアドバンテージがあります。

また、通常の2Gbpsプランに+500円するだけで10Gbpsプランに変更可能です。一般ユーザーにとってもヘビーユーザーにとっても魅力的な光回線であり、

• 高画質な動画視聴
• オンラインゲーム
• 在宅勤務（大容量ファイルの送受信）

等々あらゆるシーンで快適な通信速度を提供します。

新規契約を検討中の人も今の回線に不満がある人もNURO光は候補の1つになる回線です。もちろん良い面も悪い面もあり十分理解した上で検討しましょう。詳しくは下記の記事をチェックです。

まとめ

この記事ではインターネットの構成要素とその仕組みについて纏めました。

数十年前であれば、自宅でインターネットを利用するにもネットワークの知識が多少は必要で、中々苦労したものです。現在では利用者が意識せずとも繋がる仕組みや、設定代行サービスの普及により、専門的な知識はそこまで問われません。

一方、ざっくりとでも仕組みを理解しておくと役に立ちます。例えば急にインターネットに繋がらなくなった場合に、どこをチェックするべきか自分で考えることができます。通信事業者の公式ホームページ等にもチェックポイントはありますが、あくまで知識が無い人向けのため限定的な内容で、結局は問い合わせが必要になるケースもあります。

一方ある程度ベースの知識や通信経路か分かれば、チェックすべきポイントも分かり解決が早くなるかもしれません。興味が無いと調べない内容かもしれませんが、そういった実利もあるので、この記事で興味が湧いたら個々の内容を深掘りしても良いでしょう。

最後まで読んで頂きありがとうございました。