トランスポート層とポート番号

信頼性と速度がきれいに逆になっていることが、この表の要点です。

④ なぜ逆になるのか

TCPは、1つデータを送るたびに「届きましたか」「届きました」というやり取りをします。この確認のぶん、時間がかかります。

UDPは、確認をしません。送りっぱなしです。そのぶん速いのですが、届かなくても分かりません。

⑤ 使い分けの理由を考える

電子メールがTCPである理由

メールの本文が一部欠けて届いたら、意味が変わってしまいます。多少遅れても、完全に届くことが絶対条件です。

IP電話やストリーミング配信がUDPである理由

音声や動画は、一瞬途切れても会話や視聴は続けられます。むしろ、欠けたぶんを再送していたら、そのぶん遅れが積み重なり、会話がかみ合わなくなります。

何が許されないかが正反対だから、選ぶプロトコルも正反対になる——これがTCPとUDPの使い分けの本質です。

⑥ 第3節とのつながり

IPはコネクションレス型で、到着確認を行いませんでした。その信頼性の確保をトランスポート層のプロトコルに任せていると学びました。

IPが確認機能を持たないからこそ、この選択ができるわけです。もしIPが必ず確認を行っていたら、UDPのような速い通信は不可能でした。役割を分けておくことで、選択の余地が生まれる——階層モデルの利点がここに現れています。

⑦ 名前から意味を引く

TCPには「Control」があり、UDPにはない——この違いが、そのまま性質の違いを表しています。

⑧ ウェルノウンポート番号との対応

次のテーマで学びますが、プロトコルによってTCPを使うかUDPを使うかが決まっています。

確実さが要るものはTCP、速さと軽さが要るものはUDPという原則で、ほぼ説明がつきます。

1つのアプリケーションの中で、用途ごとに使い分けているわけです。

なぜWeb会議で音声が途切れるのか

UDPを使っているため、回線が混雑するとパケットが失われ、そのまま欠落します。再送しないので、音が飛んだり、映像が乱れたりします。

「不安定だから悪い技術」なのではなく、遅れを避けるためにあえて欠落を受け入れている設計です。もしTCPを使えば、欠落はなくなりますが、代わりに音声が何秒も遅れて会話にならなくなります。

IP電話の品質を上げるには

2つ目は、第7章で学ぶネットワークの品質制御にあたります。UDPのパケットは再送されないからこそ、最初から失わないようにするという考え方です。

確認してみましょう

> 次の記述の正誤を判定せよ。

> a　TCPはコネクション型のプロトコルであり、通信に先立って相手先と仮想的な専用通信路を確立する。

> b　UDPは、データの到着確認や誤り訂正を行うため、信頼性の高い通信を実現できる。

> c　IP電話やストリーミング配信にはUDPが用いられる。

解答　a：○　b：×　c：○

• b：×……データの到着確認や誤り訂正を行うのはTCPです。UDPは通信の確認や再送制御を行いません。

④ ウェルノウンポート番号

TCP/IPネットワーク上で共通的に使用する標準プロトコルには、事前にポート番号が割り当てられており、これをウェルノウンポート番号（Well Known Port Number）とよびます。

⑤ ポート番号の範囲

ポート番号は、［0〜65535］番まであります。なお、［0〜1023］番がウェルノウンポート番号に該当します。

ウェルノウンポート番号を使うのは、クライアントサーバのサーバ側のみです。クライアント側のアプリケーションは、1024以上で使われていないポート番号を動的に割り当てます。

⑥ なぜサーバ側だけが固定なのか

サーバは、いつ誰が来るか分からない相手を待ち受けています。だから「Webサーバは必ず80番で待っている」と決まっていなければ、クライアントはどこに接続すればよいか分かりません。

一方クライアントは、自分から接続しに行く側です。自分の番号は、そのときに空いているものを使えば足ります。

⑦ 実際のやり取り

クライアントのポート番号が異なることで、2つの通信を同時に行っても混ざりません。メールの応答は50000番へ、Webページの応答は50010番へ返ってくるからです。

⑧ 覚えやすい対応の作り方

9つの番号を丸暗記するのは大変なので、まとまりで覚えるのが効率的です。

とくに80番（HTTP）と443番（HTTPS）、25番（SMTP）と110番（POP）は頻出なので、確実に押さえてください。

⑨ FTPが2つ持っている理由

FTPだけが20番と21番の2つを使います。

指示を出す経路と、ファイルを流す経路を分けているわけです。試験で問われることは多くありませんが、「なぜ2つあるのか」を知っていると記憶に残りやすくなります。

⑩ セキュリティとの関係

第6章で学ぶファイアウォールは、ポート番号を見て通すか遮断するかを判断します。

必要なポートだけを開けて、他は閉じる——これがファイアウォール設計の基本です。第2章で学んだ最小権限の原則と同じ考え方が、ネットワークにも適用されます。

この章で学んだ3つのプロトコルが、それぞれ1つずつを担当していることが分かります。

④ 一連の流れ

例：ある企業のホームページへアクセスする場合

① DHCPによるIPアドレス割当

DHCPサーバから送信元IPアドレスが割り当てられます。

このとき、あわせて次の情報も取得します。

• DNSサーバのIPアドレス
• IPアドレスのリース期限
• ルータのIPアドレス（デフォルトゲートウェイ）

これで送信元IPアドレスと送信元MACアドレスがそろいました。

② DNSによる宛先IPアドレスの取得

宛先のドメイン名（例：www.tac-school.co.jp）を指定しDNSより接続したい宛先IPアドレスを取得します。

これで宛先IPアドレスがそろいました。

③ ARPによる宛先MACアドレスの取得

宛先IPアドレスを取得後、ARPにより宛先MACアドレスを問合せます。

これで宛先MACアドレスがそろい、4つすべてが集まりました。

④ データの転送

宛先IPアドレスおよび宛先MACアドレスを入手しデータを転送します。

⑤ 順番には意味がある

この順番は入れ替えられません。

DNS → ARP の順番が決まっているのがポイントです。ARPは「このIPアドレスのMACアドレスは？」と聞くので、先にIPアドレスを知っている必要があります。

⑥ IPアドレスとMACアドレスの役割の違い（再確認）

第3節でも触れましたが、ここで改めて確認します。

ルータXを中継して送信する場合、IPアドレスは変わらずAだが、MACアドレスは次の中継先であるzを指定します。

IPアドレスは最終目的地を指し続け、MACアドレスは区間ごとに書き換わります。

⑦ なぜこうなるのか

MACアドレスは同じLAN内でしか通用しないので、ネットワークをまたぐたびに書き換える必要があるのです。

リレー競走にたとえると、IPアドレスはゴールの位置、MACアドレスは次の走者です。ゴールは変わりませんが、バトンを渡す相手は区間ごとに変わります。