トランスポート層のプロトコル

問い

TCP と UDP のどちらを使うかは、何を基準に決まるか。

到達と順序の保証が必要かどうかで決まる。TCP は確認応答と再送で保証を得る。 UDP は保証を持たず、ヘッダは 8 オクテットと TCP の 20 オクテットより小さい。

IP アドレスがホストを特定するのに、なぜポート番号が必要なのか。

1 台のホストの上で複数のアプリケーションが同時に通信するため。IP アドレスは「どのホストか」までしか特定できず、その中のどのアプリケーションへ渡すかはポート番号が決める。

一行要約

トランスポート層はポート番号でアプリケーションを識別し、信頼性を確保する TCP と、配送と重複防止を保証しない UDP がある。

図

観点	TCP	UDP
接続	コネクション型（3 ウェイハンドシェイクで確立）	コネクションレス
配送の保証	再送によって全セグメントの配送を確保する	保証しない
順序	全オクテットにシーケンス番号が付く	保証しない
重複の検出	累積的な確認応答の機構によって検出できる	保証しない
流量の調整	受信側が広告するウィンドウに従う	（根拠にした記録に無い）
経路の混雑への対処	輻輳制御あり（RFC 5681）	（根拠にした記録に無い）
ヘッダ長（オプション除く）	20 オクテット	8 オクテット
アプリケーションの識別	ポート番号	ポート番号

詳細説明

RFC 1122 は Transport Layer を「アプリケーションのために端点どうしの通信サービスを提供する層」と位置づけ、コネクション型の TCP とコネクションレスの UDP を挙げている。どちらもポート番号を使ってアプリケーションを識別する。 RFC 9293 は、TCP がポート番号によってアプリケーションサービスを識別し、ホスト間の別々の流れを多重化すると述べている。

TCP が信頼性を得る仕組み

TCP は通信に先立ってコネクションを確立する。RFC 9293 によれば、この同期は「双方が自分の初期シーケンス番号を送り、相手からその確認応答を受け取る」ことを必要とする。

データについては、TCP コネクション上で送られるすべてのオクテットにシーケンス番号が付く。確認応答は累積的で、シーケンス番号 X の確認応答は「X を含まない、そこまでのすべてのオクテットを受け取った」ことを示す。そして TCP は再送によって全セグメントの配送を確保する。

流量の調整には 2 つの別な仕組みがある。1 つは受信側が「自分が受け取れる量」を広告するウィンドウで、もう 1 つは送信側が経路の混雑を推定する輻輳ウィンドウである。RFC 5681 は、送信側が「確認済みの最大シーケンス番号に cwnd と rwnd の小さい方を足した値」を超えるデータを送ってはならないと定めている。つまり送信側は自分の混雑推定と相手の受け取り能力の、厳しい方に従う。

UDP が保証しないこと

RFC 768 は UDP を「トランザクション指向であり、配送と重複防止は保証されない」と述べている。順序の保証もなく、順序付きで信頼できる配送が必要なアプリケーションは TCP を使うべきだとしている。ヘッダは送信元ポート、宛先ポート、長さ、チェックサムの 4 つで、合計 8 オクテットである。

混同注意

ネットワーク層のプロトコルとの違い

観点	トランスポート層のプロトコル（このノート）	ネットワーク層のプロトコル
届ける相手	ホストの中のアプリケーション	ホスト
宛先の指定	ポート番号	IP アドレス
到達と順序の保証	選んだプロトコル（TCP / UDP）による	なし