トランスポート層とは？役割とTCP・UDPの違いを分かりやすく解説

はじめに

Webサイトの閲覧やメール送信では、IPによって宛先の端末までデータを届けるだけでは不十分です。受信したデータを、ブラウザ、メールソフト、DNSサーバーなど、適切なアプリケーションへ渡す必要があります。

この役割を担うのがトランスポート層です。この記事では、トランスポート層が担当する範囲と、代表的なプロトコルであるTCPとUDPの違い、用途に応じた使い分けを解説します。

トランスポート層は、通信するアプリケーション間でデータを受け渡す層です。OSI参照モデルでは第4層、TCP/IPモデルではトランスポート層に位置し、代表的なプロトコルとしてTCPとUDPがあります。

ネットワーク層のIPは、宛先IPアドレスを基にパケットを送信先のネットワークインターフェースまで転送します。一方、トランスポート層はポート番号を使い、受信したデータをどのアプリケーションへ渡すかを区別します。

トランスポート層の基本的な役割は、IPで届いたデータを適切なアプリケーションへ渡し、アプリケーション間の通信を支えることです。

ポート番号は、同じ端末で同時に動作する複数のアプリケーションや通信を区別するために使われます。実際の通信は、送信元と宛先のIPアドレス、送信元と宛先のポート番号、TCPかUDPかという情報の組み合わせで区別されます。

また、信頼性、到着順序、流量調整、ネットワーク混雑への対応などをどこまで提供するかは、使用するトランスポートプロトコルによって異なります。TCPはこれらの制御を多く備え、UDPは必要最小限のデータグラム転送を提供します。

TCP（Transmission Control Protocol）は、コネクション型のプロトコルです。通信を始める前に接続状態を確立し、アプリケーションへ信頼性のある順序どおりのバイトストリームを提供します。

TCPでは、シーケンス番号と確認応答を使ってデータの到着状況を管理します。損失を検出した場合は送信側が再送し、順番が入れ替わったデータは受信側で並べ直します。さらに、受信側の処理能力に合わせるフロー制御と、ネットワークの混雑を抑える輻輳制御を備えています。

このため、内容の欠損や順序の入れ替わりを避けたい通信に適しています。HTTP/1.1やHTTP/2によるWeb通信、メール、ファイル転送などが代表例です。

UDP（User Datagram Protocol）は、通信前の接続確立を行わず、データグラム単位で送信するコネクションレス型のプロトコルです。UDP自体は、データの到着、到着順序、重複しないこと、再送を保証しません。

制御機能が少ないため、ヘッダーと処理が比較的単純で、アプリケーションが送信のタイミングや再送方法を決めやすい特徴があります。ただし、UDPを使えば常にTCPより高速になるわけではありません。通信品質は、アプリケーションの実装、ネットワーク状況、送信量などにも左右されます。

UDPは、一般的なDNSの問い合わせ、音声・映像のリアルタイム通信、オンラインゲームなどで利用されます。信頼性や順序制御が必要な場合は、アプリケーションやUDP上の別プロトコルで補います。また、インターネットで利用する場合は、送信量を無制限に増やさず、混雑への対応を考える必要があります。