ヘッダーとペイロード

パケットには、ラベルの付いた小包のように、2つの部分があります。

• ペイロードは、運ばれている実際のデータです。写真の一部などがこれにあたります。
• ヘッダーはラベルです。誰が送ったのか、どこへ向かっているのか、順番を示す数が何かなどが書かれています。

ルーターはヘッダーを読んで、パケットを次にどこへ送るかを決めます。ペイロードを見る必要はまったくありません。ヘッダーには通常、次のようなフィールドが含まれています。

• 送信元アドレス：パケットがどこから来たか。
• 宛先アドレス：パケットがどこへ向かっているか。
• シーケンス番号：メッセージのどの部分なのか（TCPによって追加、ワールド 5）。
• 生存時間（TTL）：失われたパケットが永遠にさまよわないようにするカウンター（ワールド 2）。
• チェックサム：破損を見つけるための小さな数（次のレッスン）。

層と包み方。 データの送信は複数の仕事に分かれていて、それぞれの仕事を層が担当します。単純なTCP/IPモデルには、上から下へ次の4つの層があります。

• アプリケーション：プログラム独自の言語です。Webで使うHTTPや、名前に使うDNSなどがあります。
• トランスポート：データを分割して管理します。TCPまたはUDPを使い、データがどのプログラム宛てなのかを示すためにポート番号を使います。
• インターネット：パケットにアドレスを付け、ネットワークをまたいで経路を決めます。これはインターネットプロトコルであるIPです。
• リンク：Wi-FiやEthernetケーブルを使い、1つの区間でパケットを移動させます。

データが層を下っていくとき、各層はそれぞれのヘッダーを追加します。手紙をエンベロープに入れ、そのエンベロープを箱に入れ、さらに箱を郵便袋に入れるようなものです。これをカプセル化と呼びます。受信側では、反対の順番で層を開きます。そのため、1つのパケットには、ポート番号、IPアドレス、ハードウェアアドレスが一緒に入っています。

パケットに書かれた住所：IP。 IPv4アドレスは32ビットで、0から255までの4つの数をドットで区切って書きます。たとえば192.0.2.42です。それぞれの数は8ビット（1バイト）で保存されます。32ビットでは2³² = 4,294,967,296個のアドレスを使えます。これは約43億個です。1980年代には、それで十分だと思われていました。しかし、世界中のすべてのスマートフォン、ノートパソコン、センサーに使うには足りません。

そこで、2つの方法が役立ちました：

• IPv6は128ビットを使うため、約3.4 × 10³⁸個のアドレスを使えます。アドレスはコロンで区切った16進数で書きます。たとえば2001:db8::42です。0が続く部分は、ダブルコロンで短く書けます。
• プライベートアドレスとNAT。 いくつかの範囲は、家庭や会社の中で使うために予約されており、インターネット上に送られることはありません：10.0.0.0から10.255.255.255、172.16.0.0から172.31.255.255、192.168.0.0から192.168.255.255。ルーターは、NAT（ネットワークアドレス変換）という仕組みを使って、すべての機器で1つのパブリックアドレスを共有します。これが、何百万もの家庭が同時に192.168.1.xを使える理由です。

2種類のアドレス。 デバイスには、ネットワーク機器を識別する、00:1A:2B:3C:4D:5Eのような6組の16進数からなるMACアドレスもあります。違いを覚えるには、IPアドレスはデバイスが今ネットワーク上のどこにあるかを示し、MACアドレスはデバイスがどのハードウェアなのかを示す、と考えるとよいでしょう。IPはパケットをインターネット上で運び、MACアドレスはローカルネットワーク上の最後の経路で使われます。ポートはまた別のもので、0から65,535までの数で、デバイス上のどのプログラムにデータを届けるかを示します。ポートについてはワールド5で学びます。

まとめると、パケットの移動は、複数のホップからなる一連の経路です。各ホップではリンク層がその1回の移動に使うハードウェアアドレスを使用しますが、IPアドレスは最初から最後まで変わりません。