この記事のポイント
- TCPによってアプリケーション間での信頼性のあるデータの転送を行うことができる
- TCPによるデータ転送の流れは次の通り
- TCPコネクションの確立
- アプリケーション間のデータの送受信
- TCPコネクションの切断
確実にアプリケーションのデータを転送する
TCP
TCPとは？
TCPとは、信頼性のあるアプリケーション間のデータ転送を行うためのプロトコルです。TCP を利用すれば、アプリケーションプロトコルには信頼性を確保するための仕組みを入れておく必要がありません。
TCPによるデータ転送の手順
TCPによるアプリケーション間のデータ転送は次のように行われます。
- TCPコネクションの確立
- アプリケーション間のデータの送受信
- TCPコネクションの切断
まず、データを送受信するアプリケーション間の通信が正常に行うことが可能かどうかを確認します。この確認のプロセスは3ウェイハンドシェイク（コネクションの確立）と呼ばれます。
次に、アプリケーションが扱うデータをTCPで送信するためには、アプリケーションのデータにアプリケーションプロトコルのヘッダとTCPヘッダを付加する必要があります。これをTCPセグメントと表現することがあります。このときアプリケーションのデータサイズが大きければ分割して、複数のTCPセグメントとして転送します。どのように分割したかはTCPヘッダに記述されて、宛先で順番通りにもとのデータに組み立てられるようにしています。また、データを受け取ったらその確認を行います。データの受信確認のことをACKと呼んでいます。もし、一部のデネットワーータがきちんと届いていなければデータを再送します。また、ネットワークの混雑を検出すると、データの送信速度を抑えます。このようなデータの転送の仕組みをフロー制御と呼びます。
最後に、アプリケーションのデータの転送がすべて終了したら、TCOコネクションを切断します。
TCPでデータを分割する
次の項目のポイント
- 転送したいアプリケーションのデータにTCPヘッダを付加してTCPセグメントとして転送する
- 必要ならばTCPでデータを分割できる
- TCPでデータを分割するサイズをMSSと呼ぶ
シーケンス番号、ACK番号
TCPヘッダフォーマット
TCPで転送したいアプリケーションのデータにはTCPヘッダを付加して、TCPセグメントとします。TCPヘッダのフォーマットは下の表のように決められています。
TCPヘッダフォーマット
TCPヘッダ内で重要な部分のみを簡単に解説します。最も大切なのはポート番号です。ポート番号によって適切なプリケーションプロトコルヘデータを振り分けることができるからです。
そして、信頼性のあるデータの転送をするためにシーケンス番号やACK番号があります。シーケンス番号は、「シーケンス（順序）」という名前の通りTCPで転送するデータの順序をあらわしています。データを分割しているときには、シーケンス番号でどのようにデータを分割しているかがわかります。ACK番号はデータを正しく受信したことを確認するために利用します。
データの分割の仕組み
TCPにはデータの分割機能もあります。TCPでアプリケーションのデータを分割する単位をMSS（Maximum Segment Size）と呼びます。MSSを超えるサイズのデータはMSSごとに分割して送信します。MSSの標準的なサイズは1460バイトです。
Webアクセスの際のWebサーバアプリゲーションから Web サイトのデータを送信する場合について、TCPで分割する様子を考えます。アプリケションプロトコルとしてHTTPを利用するのでWebサイトのデータにHTTPヘッダが付加されます。これがTCPにとってのデータです。MSSごとに分割してそれぞれにTCPヘッダを付加して複数のTCPセグメントとします。もとのデータをどのように分割しているかは、TCPヘッダ内のシーケンス番号を見るとわかります。
Webサイトのデータ分割の例
Webサイトのデータ分割の例
アプリケーションへのデータの振り分けだけを行う
次の項目のポイント
- UDPはアプリケーションへのデータを振り分けるためだけに利用するプロトコル
- IP電話の音声データのようなリアルタイムのデータ転送を行うときにUDPを利用する
UDP
UDPとは？
UDPはPCやサーバなどに届いたデータを適切なアプリケーションに振り分けるためだけの機能を持っているプロトコルです。TCPのような確認はいっさい行いません。
UDPでアプリケーションのデータを送受信するには、UDPヘッダを付加します。UDPヘッダとアプリケーションのデータを合わせてUDPデータグラムと呼ぶことがあります。
UDPヘッダフォーマットは、TCPヘッダフォーマットに比べると極めてシンプルです。
UDPヘッダフォーマット
UDPを利用する例
UDPでは相手のアプリケーションが動作しているかどうかの確認などせずに、いきなりUDPデータグラムを送りつけて、アプリケーションのデータを送信します。このような性質上、TCPに比べると、余計な処理をしないので、データの転送効率がよいというメリットがあります。その反面、信頼性が高くないというデメリットがあります。UDPの場合は送信したUDPデータグラムが相手のアプリケーションまできちんと届くかどうかはわかりません。もし、データが届いたかどうかを確認する必要があるならば、アプリケーションでそのような仕組みをつくりこみます。
また、UDPには大きなサイズのデータを分割する機能もありません。そのため、転送するべきアプリケーションのデータのサイズが大きいときには、アプリケーション側で適切なサイズに分割しなければいけません。
UDPを利用する典型的なアプリケーションはIP電話です。IP電話の音声データは、IP電話で細かく分割します。IP電話の設定によって異なりますが、1秒間の音声データは50個に分割されるような設定が一般的です。つまり、音声データは1個あたり20ミリ秒分です。IP電話で細かく分割した音声データにUDPヘッダを付加して転送します。
IP電話の音声データの転送
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