【ネットワーク基礎】プロトコルの種類（TCP・UDP）
はじめに
これまでTCP/IPモデルにおける各層ごとの役割を見てきました。データは各層でヘッダーという制御情報を追加していき加工されていきます（カプセル化）。
そんな中、トランスポート層において、インターネット通信で使われる主要なプロトコルである TCP（Transmission Control Protocol） と UDP（User Datagram Protocol） は、それぞれ異なる特徴を持っています。
データを確実に届けたいのか、とにかく早く届けたいのか、その目的によって適切なプロトコルを選択する必要があります。
そこで今回は、TCPとUDPの基本的な違いについて、ざっくりまとめていきます。
TCPの特徴
コネクション型
送信元と送信先がお互いに確認をとってからデータを送信する形式をとっています。
・信頼性が高く、データが確実に届く
・確認作業が多く、速度はやや遅め
・データの到達を保証を保証する（再送機能あり）
→ パケット（データの塊）が届かなかった場合、自動的に再送されます。
・データの順序制御
→ 送信した順番でデータを組み立てる（例：Webページの正しい表示）
・輻輳（ふくそう）制御
→ ネットワークが混雑したら送信速度を調整します。
TCPにおける接続確立のプロセス（3wayハンドシェイク）
TCP通信では、データ送信前に信頼性の高い通信路を確立するため、3ウェイハンドシェイクと呼ばれる手順を実行します。
なお、クライアントとサーバーで使用されるSYN・ACKはTCPヘッダーの制御フラグ（ビット、ONとOFFの信号）のことです。
TCPは、フラグとパラメータ（seq, ack, winなど、通信の詳細を決める数値）の組み合わせで、「接続確立→データ転送」を制御しています。
① SYN（同期要求）
クライアント → サーバーに対して接続要求を行ないます。
この段階では、相手に対して「これから接続したいんですけど！」と接続開始の合図を持ちかけます。
② SYN-ACK（同期応答）
サーバー → クライアントに対して返答と自分自身のパラメータを相手に伝えます。
③ ACK（確認応答）
クライアント → サーバーに対しACK（サーバーのシーケンス番号+1）を送信することで、接続が完了したことを最終確認します
この3ステップにより、双方向での通信路が確立されます。
コネクション確立後、ストリーム型通信を開始
まず3ウェイハンドシェイクで接続を確立します。
データは「バイトストリーム」として扱われ、必要に応じてパケット化されます。
アプリケーションから渡されたデータはMSS（Maximum Segment Size）に合わせて適切なサイズのセグメント（TCPパケット）に分割して送信するため、まとめて送信することはありません。
UDPの特徴
コネクションレス型
UDPでは、TCPのように送信先に対して接続要求を行なうことはありません。
確実性よりもデータが届くスピードを重視しています。そのため、リアルタイム性が求められる場面で使用される傾向にあります。
・低遅延
→ 接続確認や再送処理がないため
・軽量
→ ヘッダー情報が少なく、ネットワーク負荷が小さい。
TCPとUDPの違い まとめ
| 特徴 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 信頼性 | 高い（データが確実に届く） | 低い（データが欠ける可能性あり） |
| 速度 | やや遅い（確認作業が多い） | 高速（確認作業なし） |
| 接続方式 | コネクション型（通信前に接続確立） | コネクションレス型（いきなり送信） |
| 順序制御 | データの順番を保証 | 順不同で届く可能性あり |
| 主な用途 | Web閲覧（HTTP） メール（SMTP） ファイル転送（FTP） |
動画配信 オンラインゲーム VoIP（音声通話） |
まとめ
今回は、TCPとUDPの違いについて、ざっくりまとめていきました。
データ送信において何を優先するかによって、選択するプロトコルが違ってくることが理解できたと思います。通信の信頼性を重視するのか、通信のスピードを重視するのか、その目的に応じて、最適なプロトコルを選択することが重要になります。
その他、よりくわしく知りたい方は以下のURLより理解を深めることができると思いますので、ご参照ください。
最後までお読みいただき、ありがとうございました。
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