この記事では、ネットワーク通信において重要な役割を果たす「トランスポートレイヤー」について、初めて聞く方にもわかりやすく説明します。
Table of Contents
トランスポートレイヤーとは？
トランスポートレイヤーは、ネットワーク通信においてデータを正確に送受信するためのプロトコルが含まれる層です。主にTCP（Transmission Control Protocol）とUDP（User Datagram Protocol）という2つのプロトコルが使われています。
わかりやすい具体的な例1
トランスポートレイヤーは、郵便で手紙を送るのに似ています。手紙（データ）が正しい住所（IPアドレス）に届くように、トランスポートレイヤーは手紙をしっかりと封筒に入れて、正確に配達されるように手配します。TCPを使えば、手紙が無事に届いたかどうかの確認を受け取ることができますが、UDPでは確認せずに送るだけになります。
わかりやすい具体的な例2
トランスポートレイヤーは、電話での会話のようにも例えられます。TCPは、相手が「もしもし」と言った後に「もしもし」と応答することで、通信が確立されていることを確認しながら会話を進めるのに対し、UDPは応答を待たずに一方的に話し続けるイメージです。このように、TCPは信頼性の高い通信を確保しますが、UDPは迅速さを重視します。
トランスポートレイヤーはどのように考案されたのか
トランスポートレイヤーは、インターネットの黎明期において、データを確実に届ける必要性から考案されました。通信技術が進化する中で、信頼性の高いデータ転送を実現するためにTCPが開発され、その後、より迅速なデータ転送が求められる用途に対応するためにUDPが追加されました。
考案した人の紹介
トランスポートレイヤーの基盤となるTCP/IPプロトコルは、1970年代にヴィント・サーフ氏とロバート・カーン氏によって考案されました。彼らはインターネットの父と称され、現在のインターネットの礎を築いた功績で広く知られています。
考案された背景
トランスポートレイヤーは、初期のインターネットで発生していたデータ転送の信頼性問題を解決するために開発されました。当時は、データが途中で失われたり、誤った順序で届くことが頻繁にありました。そこで、確実にデータが届き、順序も維持されるTCPが設計されました。その後、音声やビデオストリーミングの需要が増加する中で、データの速度が重視され、UDPが登場しました。
トランスポートレイヤーを学ぶ上でつまづくポイント
多くの人がトランスポートレイヤーでつまづくのは、TCPとUDPの違いや、それぞれがどのような場面で適しているかを理解するところです。TCPは信頼性が高いが遅延が大きく、UDPは信頼性が低いが遅延が少ないという特徴があり、どちらを選ぶかは用途次第です。
トランスポートレイヤーの構造
トランスポートレイヤーは、主にヘッダー情報とデータペイロードで構成されています。ヘッダーには、データがどのアプリケーションに向けられているかを示すポート番号や、エラー検出のためのチェックサムが含まれます。これにより、データが正確に、かつ適切なアプリケーションに届けられるようになります。
トランスポートレイヤーを利用する場面
トランスポートレイヤーは、ウェブサイトの閲覧、電子メールの送受信、オンラインゲームなど、インターネットを介したほとんどの通信で利用されています。
利用するケース1
ウェブブラウザでウェブページを表示する際、TCPが使用されます。TCPは、ウェブサーバーからのデータを確実に受け取るため、エラー訂正やデータの再送を行いながら通信を行います。
利用するケース2
オンラインゲームやVoIP（インターネット電話）では、UDPが使用されることが一般的です。これらのアプリケーションでは、通信の速度が重視され、多少のデータ損失が発生しても問題がないため、UDPが適しています。
さらに賢くなる豆知識
TCPとUDPの違いを理解することで、ネットワークトラブルシューティングの際に役立ちます。例えば、ゲームのラグが発生している場合、UDPのパケットが損失している可能性があり、その場合にはネットワークの帯域幅やルータの設定を確認する必要があります。
あわせてこれも押さえよう！
- TLS（トランスポートレイヤーセキュリティ）
- ポート番号
- スループット
- フロー制御
- エラー検出と訂正
TLSは、トランスポートレイヤー上で動作する暗号化プロトコルで、データの機密性と完全性を保護します。
ポート番号は、特定のアプリケーションにデータを送信するために使用される識別子です。
スループットは、一定時間内にどれだけのデータが転送されるかを示す指標で、トランスポートレイヤーの性能に影響します。
フロー制御は、送信者と受信者の間でデータ転送のペースを調整する機能で、TCPで使用されます。
エラー検出と訂正は、データが正確に伝達されるようにするためのメカニズムで、TCPで重要な役割を果たします。
まとめ
トランスポートレイヤーの理解を深めることで、ネットワーク通信の信頼性や効率性を高めることができます。これにより、仕事や日常生活でのインターネット利用がよりスムーズになり、ネットワーク関連のトラブルに対処する力も養われます。
