トランスポート層とは

トランスポート層

トランスポート層とは、TCP/IPモデルの第４層に当たり、アプリケーションに応じた通信制御を行います。第３階層のネットワーク層（IP）が、目的のノードにデータを送り届けるだけですが、トランスポート層では、アプリケーションに応じた通信制御を行います。

トランスポート層では、アプリケーションデータにトランスポートヘッダを付けてネットワーク層に渡します。尚、このデータの単位はセグメントと呼ばれ、ネットワーク層ではIPヘッダを付けてパケットと呼ばれる単位となります。

トランスポート層のプロトコルは、TCP（Transmission Control Protocol）とUDP（User Datagram Protocol）の２つです。TCPには信頼性、UDPには即時性（リアルタイム性）という特徴があり、アプリケーションの特性により使い分けられます。

TCPとUDPの特徴をまとめると以下になります。

TCPは、Webブラウザやメール、ファイル転送など信頼性が求められるアプリケーションに使用されます。TCPではデータを送る前に仮想的な通信路（コネクション）を作り、その中でデータをやり取りします。

TCPのセグメント構成は以下になります。

各フィールドの役割りは以下になります。

名称	サイズ	機能
送信元ポート	２byte	サービスを要求する側（クライアント）のランダムポート
宛先ポート	２byte	サービスを提供する側（サーバ）のポート、サービスに応じた番号がRFCで定められている
シーケンス番号	４byte	送信したデータの順序を示す、前回の自分のシーケンス番号にデータサイズを加えた値、初期値はランダムな値
確認応答番号	４byte	受信側が送信側から来ることを期待する次のバイトの番号、相手から受信したシーケンス番号にデータサイズを加えた値
データオフセット	４bit	TCPヘッダのサイズ
コントロールフラグ	１byte	URG、ACK、PSH、RST、SYN、FINの6つのビットで構成
ウィンドウサイズ	２byte	受信側が一度に受信することができるデータ量
チェックサム	２byte	TCPヘッダとデータ部分のエラーチェックのための値
緊急データポインタ	２byte	コントロールフラグのURGの値が 1 である場合にのみ使用されるフィールド、緊急データの開始位置を示す情報が入る
データ	－	アプリケーションデータ

コントロールフラグの各ビットの説明は以下になります。

ビット	名称	内容
URG	緊急フラグ	「１」の場合、緊急を要するデータであることを示す
ACK	確認応答フラグ	「１」の場合、確認応答時間フィールドが有効であることを示す
PSH	プッシュフラグ	「１」の場合、TCPで受信したデータを上位のアプリケーション層にすぐに渡す必要がある「０」の場合、受信バッファにバッファリングできる
RST	リセットフラグ	「１」の場合、コネクションが強制的に切断される
SYN	同期フラグ	コネクション確立時に「１」が設定される
FIN	送信終了フラグ	「１」の場合、送信するデータがないことを示す、コネクションを切断するときに利用する

TCPでは、通信を始める前にコネクションの確立を行います。このプロセスを、３ウェイハンドシェイクと呼ばれています。

項	フラグ等	内容
①	SYN＝１、シーケンス番号＝ａ ACK＝０、確認応答番号＝０	クライアントからサーバへ、コネクションの確立要求
②	SYN＝１、シーケンス番号＝ｂ ACK＝１、確認応答番号＝ａ＋１	サーバからクライアントへ、確認応答とコネクションの確立要求
③	SYN＝０、シーケンス番号＝ａ＋１ ACK＝１、確認応答番号＝ｂ＋１	クライアントからサーバへ、確認応答

通信終了時も、手順を踏んで双方が終了を確認してからコネクションが切断されます。

UDPは、音声通話や動画配信、名前解決やDHCPなど、即時性が求められるアプリケーションに使用されます。余計な手順を省いているため即時性が上がりますが、反面送りっぱなしのため信頼性はありません。

UDPのセグメント構成は以下になります。

各フィールドの役割りは以下になります。

名称	サイズ	機能
送信元ポート	２byte	サービスを要求する側（クライアント）のランダムポート
宛先ポート	２byte	サービスを提供する側（サーバ）のポート、サービスに応じた番号がRFCで定められている
パケット長	２byte	UDPヘッダとデータ部分を合わせたサイズ
チェックサム	２byte	TCPヘッダとデータ部分のエラーチェックのための値
データ	－	アプリケーションデータ