OSI参照モデルは、複雑な通信処理を7つの階層へ分けて整理する考え方です。 各階層の役割を分けることで、仕組みの理解や障害切り分けがしやすくなります。

IPはネットワーク層で扱われます。ルーターは宛先IPアドレスとルーティングテーブルを確認し、パケットを次のネットワークへ転送します。

TCP/IPモデルのインターネット層では、IPなどが働きます。TCPはトランスポート層、HTTPはアプリケーション層、Ethernetはネットワークインターフェース層に対応します。

送信側では、上位層のデータへ下位層の情報を順番に付加します。代表的には、アプリケーションデータがTCPセグメント、IPパケット、Ethernetフレームの順に包まれます。これをカプセル化と呼びます。

Ethernetフレームのヘッダーには、同じLAN区間で次の機器へ届けるための送信元MACアドレスと宛先MACアドレスなどが含まれます。

宛先IPアドレスが異なるネットワークにある場合、PCはまずデフォルトゲートウェイへフレームを渡します。そのため、最初のフレームの宛先MACアドレスはルーターのLAN側インターフェースのMACアドレスになります。

ARPは、同じLAN上で通信する相手やデフォルトゲートウェイについて、IPv4アドレスからMACアドレスを調べるために使われます。

要求時点では相手のMACアドレスが分からないため、ARP要求はLAN全体へブロードキャストします。該当するIPv4アドレスを持つ機器は、通常、要求元へユニキャストでARP応答を返します。

pingでは、一般にICMP Echo Requestを送り、相手からICMP Echo Replyが返るかを確認します。ICMPは到達性確認やエラー通知などに使われます。

ping成功で確認できるのは、主にICMPによる到達性です。WebアプリケーションやTCPポート、HTTPS証明書が正常かどうかまでは保証できません。

TCPは通信前に接続を確立し、データの順序確認、確認応答、再送制御などを行います。その分、UDPより処理が多くなりますが、信頼性の高い通信を実現できます。

UDPはTCPのような接続確立や標準的な再送制御を行わないため、処理が比較的軽い方式です。リアルタイム性を重視する通信などで利用されます。ただし、用途や上位プロトコルによって信頼性を補う場合もあります。

クライアントがSYNを送り、サーバーがSYN/ACKを返し、最後にクライアントがACKを返します。この3回のやり取りで、双方が送受信可能であることを確認して接続を確立します。

SYNに対するSYN/ACKなどが返らない場合、経路上のフィルタリング、宛先機器の停止、対象ポートでサービスが待ち受けていないことなどが考えられます。ARPが成功しても、その先のTCP接続成功までは保証されません。

一般的な流れを簡略化すると、まず名前解決でWebサーバーのIPアドレスを調べ、ARPで同一LAN上の次の転送先のMACアドレスを確認します。その後、必要に応じてTCP接続を確立し、Webデータを要求して応答を受け取ります。実際にはキャッシュやHTTPSなどにより処理が増減します。