ネットワークの学習をしていると、必ず出てくるのが「OSI基本参照モデル」だよね。7つの層に分かれているけど、その中でも特に重要で、応用情報技術者試験でもよく問われるのが「トランスポート層」なんだ。今回は、このトランスポート層について、おゆかよと一緒にしっかり学んでいこう！
トランスポート層とは？その役割と位置付け
OSI基本参照モデルは、ネットワーク通信を7つの層に分けて定義しているんだ。アプリケーション層が一番上で、物理層が一番下。この中で、トランスポート層は第4層に位置しているよ。第3層のネットワーク層が「どのコンピュータにデータを送るか（IPアドレス）」を決めるのに対して、トランスポート層は「そのコンピュータのどのアプリケーションにデータを送るか（ポート番号）」を担当するんだ。
例えば、あなたがWebブラウザでホームページを見ながら、同時にメールソフトでメールを送受信しているとするよね。どちらのデータも同じコンピュータに届くけど、ウェブサイトのデータはブラウザに、メールのデータはメールソフトにちゃんと振り分けられないと困るよね？
この「アプリケーション間の通信」を制御するのが、トランスポート層の大きな役割なんだ。
ポート番号の重要性と仕組み
ポート番号は、トランスポート層がアプリケーションを識別するために使う番号だよ。例えば、Webサーバーは通常「80番ポート」で通信を待ち受けているし、HTTPS通信なら「443番ポート」を使うのが一般的だね。
ポート番号には、大きく分けて3つの種類があるんだ。
- ウェルノウンポート（0～1023番）：HTTP, HTTPS, FTP, SMTPなど、特定のサービスで標準的に利用されるポート番号。
- 登録ポート（1024～49151番）：特定アプリケーションのために登録されたり、一時的に使用されたりするポート番号。
- ダイナミック/プライベートポート（49152～65535番）：クライアントがサーバーへ接続する際などに、OSが一時的に割り当てるポート番号。
送られてきたデータには、宛先IPアドレスと宛先ポート番号が書かれていて、トランスポート層はそのポート番号を見て、適切なアプリケーションにデータを渡すんだ。これは応用情報技術者試験でも頻出だから、しっかり覚えておこう。
TCPとUDP：信頼性と速度の選択
トランスポート層で使われる代表的なプロトコルに、TCP（Transmission Control Protocol）とUDP（User Datagram Protocol）がある。この2つの違いを理解するのは、トランスポート層をマスターする上で最重要ポイントと言えるね！
TCP：信頼性重視の通信
TCPは、信頼性の高い通信を提供するプロトコルだよ。具体的には、以下のような特徴がある。
- コネクション指向：通信を開始する前に、送信側と受信側の間に仮想的な「接続（コネクション）」を確立する。これを「3ウェイハンドシェイク」と呼ぶよ。
- 順序制御と再送制御：送ったデータの順番がバラバラになったり、データが欠けたりしないように、送る側と受け取る側で確認し合う仕組みがある。もしデータが届かなかったら、自動的に再送してくれるんだ。
- フロー制御：受信側が処理できる以上のデータが送られないように、通信速度を調整する。
- 輻輳（ふくそう）制御：ネットワークが混雑しているときに、データ量を調整してこれ以上混雑させないようにする。
これらの機能によって、TCPは送ったデータが確実に、そして正しい順序で相手に届くことを保証するんだ。ウェブページの閲覧（HTTP/HTTPS）、ファイル転送（FTP）、メール送受信（SMTP/POP3/IMAP4）など、データが正確に届くことが重要なサービスで使われているよ。
UDP：速度重視の通信
一方、UDPはリアルタイム性や速度を重視するプロトコルだね。
- コネクションレス：TCPのように接続を確立する手順がない。いきなりデータを送るんだ。
- 信頼性保証なし：データを送っても、相手に届いたかどうかの確認や、届かなかった場合の再送は行わない。順序も保証されないよ。
「え、そんなんで大丈夫なの？」と思うかもしれないけど、データが多少失われても影響が少ない、あるいはリアルタイム性がより重要なサービスで活躍するんだ。例えば、IP電話（VoIP）、オンラインゲーム、動画ストリーミング、DNS（名前解決）などで使われているね。
「TCPは丁寧で慎重な郵便局員、UDPは『届くかどうかは知らないけど、とにかく速く送る』宅配業者」と考えると、違いが分かりやすいかもしれないね。
トランスポート層と他層との連携
トランスポート層は、その上下の層と密接に連携しながら機能しているんだ。
- 上位層（セッション層、表現層、アプリケーション層）との連携：トランスポート層は、上位層から受け取ったデータを、ネットワークで転送できる「セグメント」という単位に分割するんだ。そして、上位層のアプリケーションが要求する通信の信頼性や速度に応じて、TCPかUDPのどちらで処理するか選択するよ。
- 下位層（ネットワーク層）との連携：トランスポート層が作成したセグメントには、ポート番号などの情報（ヘッダ）が付加されて、ネットワーク層に渡される。ネットワーク層は、このセグメントをさらに「パケット」という単位にカプセル化（IPヘッダを付加）して、IPアドレスに基づいたルーティングを行うんだ。ネットワーク層が「どこにデータを送るか」を決め、トランスポート層は「その先のどのアプリケーションに渡すか」を決める、という連動だね。
この層ごとのデータの受け渡しと、それぞれの層がヘッダ情報を付加していくプロセスを「カプセル化」と呼ぶことも覚えておこう。データは下層に行くほどヘッダが追加されて大きくなり、受信側では上層に行くほどヘッダが取り除かれていくよ。
まとめ
応用情報技術者試験合格を目指すおゆかよ、トランスポート層のイメージはつかめたかな？
トランスポート層は、多数のアプリケーションが同時に通信を行う現代のネットワークにおいて、データを正確かつ効率的に届けるための、まさに「交通整理の要」だと言えるね。
今日のポイントをもう一度おさらいしておこう。
- 役割：アプリケーション間の信頼性のあるデータ転送（エンドツーエンド通信）
- 識別子：ポート番号を使用してアプリケーションを特定し、データを振り分ける
- 主要なプロトコル：
- TCP：信頼性重視（コネクション確立、再送制御、フロー制御、輻輳制御）。Web閲覧、ファイル転送など。
- UDP：速度重視（コネクションレス、信頼性保証なし）。IP電話、オンラインゲーム、DNSなど。
- 他層との連携：上位層からデータを受け取りセグメント化、下位層（ネットワーク層）にIPアドレスと連携させて渡す。
これらの知識は、応用情報技術者試験だけでなく、実際のネットワーク技術を理解する上でも非常に役に立つから、しっかり復習しておくことをおすすめするよ！
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