TCP/UDPとポート — 通信の届け方と入口 - コンピュータサイエンスの基礎

IPアドレスで通信相手の機器までは指定できます。しかし、1台のサーバーではWebサーバー、SSH、データベースなど複数のプログラムが同時に動いています。

そこで必要になるのが ポート番号 です。そして、データをどう届けるかを決める代表的な仕組みが TCP と UDP です。

ポート番号とは

ポート番号は、同じIPアドレス上のどのアプリケーションへ届けるかを示す番号です。

https://example.com:443
mysql://db.example.com:3306
ssh user@example.com -p 22

IPアドレス + ポート番号 で、接続先のアプリケーションが決まります。

学習者

同じサーバーでWebもDBも動かせるのは、ポート番号で入口を分けているからなんですね。

TCPは、データを確実に、正しい順序で届ける ことを重視するプロトコルです。HTTP/1.1 と HTTP/2 はTCPの上で動きます。

通信を始める前に、3ウェイハンドシェイクで接続を確立します。

TCPには次のような機能があります。

HTMLやJSONは一部が欠けると壊れるため、Webの多くの通信ではTCPの信頼性が重要になります。

UDPは、TCPのような接続確立や再送制御を持ちません。送るだけ に近い仕組みです。

UDPは、多少の欠落よりも低遅延が重要な場面や、アプリケーション側で信頼性を作る場面で使われます。

DNSは基本的にUDPの53番ポートを使います。問い合わせと応答が小さく、毎回TCP接続を張るより軽いからです。

ただし、応答が大きい場合やゾーン転送などではTCPの53番ポートも使われます。「DNS = UDPだけ」と覚えると雑すぎるので、基本はUDP、必要に応じてTCPも使う と理解しておくと安全です。

HTTP/3はTCPではなく、UDPベースの QUIC の上で動きます。

これは「UDPだから信頼性が不要」という意味ではありません。QUICがUDPの上に、再送、暗号化、ストリーム制御などを実装しています。TCPとTLSのハンドシェイクをまとめ、接続確立を速くする狙いがあります。

HTTPの詳細は HTTPとWeb API で扱っています。この章では、HTTPがTCPやUDPの上で動くアプリケーション層のプロトコルだと押さえれば十分です。

先生

QUICがUDP上にTCPのような信頼性を再実装している、というのが面白いところ。「UDP = 信頼性がない」と丸暗記すると、HTTP/3の仕組みが理解できなくなるよ。

サーバー側でアプリケーションが起動していても、ファイアウォールやクラウドのセキュリティグループでポートが閉じていると接続できません。

ブラウザ → 203.0.113.10:443
  サーバーは起動している
  でもセキュリティグループで443が許可されていない
  → 接続できない

よくある確認ポイントは次の通りです。

次の章では、TCPやQUICの上でWebアプリケーションが使う HTTP/HTTPS を扱います。