UDPヘッダーとは？4つのフィールドとIPv4・IPv6のチェックサムを解説

はじめに

UDPは、通信前の接続確立や再送制御を行わず、データをUDPデータグラム単位で送るトランスポート層のプロトコルです。UDPデータグラムの先頭には、宛先となるアプリケーションやデータの長さ、誤りの検出に必要な情報をまとめたUDPヘッダーが付きます。

UDPヘッダーは固定8バイトで、送信元ポート番号、宛先ポート番号、Length、Checksumの4つのフィールドから構成されます。この記事では、各フィールドの役割と、疑似ヘッダーを含めて計算するチェックサム、IPv4とIPv6で異なる扱いを解説します。

UDPヘッダーは、UDPでデータを送るために必要な制御情報を格納する部分です。各フィールドは16ビットで、合計は64ビット、つまり8バイトになります。UDPの基本的な役割やTCPとの違いは、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で解説しています。

0～15ビット	16～31ビット
送信元ポート番号	宛先ポート番号
Length	Checksum

基本のUDPヘッダーは、この4フィールドからなる固定8バイトの構造です。UDPで送るデータは、ヘッダーの後ろに続きます。

送信元ポート番号は、送信したアプリケーションのポート番号を表します。受信側が応答を返す場合は、通常、この番号を応答先のポートとして利用します。

このフィールドを使用しない場合、仕様上は0を設定できます。ただし、0は「返信が不要」という意味を直接表す値ではなく、送信元ポート番号を指定していないことを表します。現在のUDP利用指針では、送信元ポート番号に0を使わないことが推奨されています。

宛先ポート番号は、受信側でデータを渡すアプリケーションを識別するための番号です。同じ端末で複数のアプリケーションが通信していても、宛先ポート番号によって渡し先を区別できます。

実際の通信は、IPアドレス、ポート番号、UDPというプロトコルの組み合わせで識別されます。そのため、宛先ポート番号だけで通信相手の端末まで特定するわけではありません。

ポート番号の3つの範囲や、IPアドレスと組み合わせて通信を識別する仕組みは、ポート番号とは？3つの範囲と通信を識別する仕組みを解説で詳しく解説しています。

Lengthは、UDPヘッダーとUDPデータを合わせた長さをバイト単位で表します。通常のUDPデータグラムではヘッダーだけで8バイトあるため、Lengthの最小値は8です。

例えば、UDPで20バイトのデータを送る場合、Lengthはヘッダー8バイトとデータ20バイトを合わせた28になります。Lengthはチェックサムの対象範囲そのものを示すフィールドではなく、UDPデータグラム全体の長さを示すフィールドです。

Checksumは、UDPヘッダーとデータが通信途中で壊れていないかを検出するための16ビットの値です。計算にはUDPヘッダーとデータだけでなく、IPヘッダーの一部から作る疑似ヘッダーも使用します。

チェックサムは誤りを検出するための仕組みであり、暗号化や改ざん防止を行うものではありません。また、チェックサムが一致しても、データが絶対に正しいことを保証するわけではありません。

UDPチェックサムは、次の3つを対象に計算します。

UDPヘッダー内のChecksumフィールドは、計算時には0として扱います。データの長さが16ビット単位にそろわない場合は、計算上だけ末尾へ0を補います。この0は、実際のUDPデータとして送信されません。

疑似ヘッダーは、チェックサム計算のために使用する仮想的な情報です。UDPヘッダーの一部として送信されるわけではありません。

疑似ヘッダーには、送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、UDPを示すプロトコル番号またはNext Header、UDPの長さが含まれます。これらを計算に含めることで、UDPヘッダーやデータの破損に加え、宛先IPアドレスなどの誤りによる誤配送も検出対象に含められます。

送信側では、概ね次の手順でチェックサムを計算します。

受信側は、受信したChecksumを0にせず、疑似ヘッダー、UDPヘッダー、UDPデータを同じ方法で合計します。破損がなければ計算結果は16ビットすべてが1になり、異なる結果なら通信途中でデータや関連情報が壊れた可能性があります。

最終的にChecksumフィールドへ設定する値が0になる場合は、16ビットすべてが1の値であるFFFFを格納します。

IPv4では、Checksumがすべて0なら「チェックサムを生成していない」ことを表します。計算結果が0のときにFFFFへ置き換えることで、未計算を表す全0と区別します。

UDPヘッダーの構造はIPv4でもIPv6でも同じですが、Checksumを省略できるかどうかが異なります。