TCP と UDP: 違いと比較

TCP (伝送制御プロトコル) は、信頼性が高く、順序付けられ、エラー チェックされたパケットの配信を保証します。一方、UDP (ユーザー データグラム プロトコル) は高速ですが、信頼性が低く、順序付けされていません。

主要な取り組み

1. TCP (Transmission Control Protocol) は、接続を確立し、データ配信を確認し、失われたパケットを再送信することにより、信頼性の高い正確なデータ転送を保証する接続指向のプロトコルです。
2. UDP (User Datagram Protocol) はコネクションレス プロトコルであり、エラー チェックや接続確立プロセスなしでより高速なデータ転送を提供するため、配信されるデータが不正確になる可能性があります。
3. TCP と UDP の主な違いは、TCP が信頼性と正確性を優先するというデータ転送へのアプローチです。 同時に、UDP は潜在的なデータの不正確さを犠牲にして速度と効率を重視します。

TCPとUDP

接続指向のプロトコルは TCP です。 それに比べて、TCP は UDP よりも遅いです。 データ パケットの再送信は TCP でのみ利用可能で、20 バイトのヘッダーを使用することでより安全になります。 一方、UDP はコネクションレス型プロトコルです。 UDP ははるかに高速で簡単、効果的なプロトコルですが、TCP よりも安全性が劣ります。

ただし、違いは上記だけではありません。 特定のパラメーターに関する両方の用語を比較すると、微妙な側面が明らかになります。

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比較表

機能	TCP（伝送制御プロトコル）	UDP（ユーザデータグラムプロトコル）
接続	接続指向	コネクションレス
信頼性の向上	信頼性が高い	信頼性が低い
エラーチェック	はい、再送信と確認応答あり	いいえ、基本的なチェックサムのみです
購入	データパケットの順序を保証	保証された順序はありません
輻輳制御	はい、フロー制御とウィンドウ処理を使用します	いいえ、できるだけ早くデータを送信します
オーバーヘッド	追加情報によりヘッダーが大きくなる	ヘッダーが小さくなり、効率が向上
レイテンシ	エラーチェックと再送信により高くなる	プロトコルが単純なので低い
アプリケーション	ファイル転送、Web ブラウジング、電子メール	ストリーミング メディア、オンライン ゲーム、VoIP

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TCPとは何ですか？

TCP (Transmission Control Protocol) は、インターネット プロトコル スイート (一般に TCP/IP と呼ばれる) 内のコア通信プロトコルです。これにより、ネットワーク上で信頼性が高く、順序付けられ、エラー チェックされたパケット配信が実現されます。 TCP は接続指向です。つまり、データ送信前に送信者と受信者の間に仮想接続を確立します。 TCP の主な機能は次のとおりです。

1. 信頼性の向上: TCP は、確認応答、失われたパケットの再送信、パケットが正しい順序で受信されることを保証するシーケンス処理などのメカニズムを使用して、データが意図した宛先に確実に配信されることを保証します。
2. フロー制御: TCP はフロー制御メカニズムを採用して、送信者と受信者間のデータ送信速度を管理し、送信者が受信者にデータを大量に送信することを防ぎます。
3. 輻輳制御: TCP には、ネットワークの輻輳を管理し、ネットワークの状態に基づいて送信速度を調整することでネットワークの崩壊を防ぐ輻輳制御アルゴリズムが含まれています。
4. 接続指向: TCP は、データ送信前に送信者と受信者間の接続を確立します。この接続には、パラメータをネゴシエートして通信を確立するためのハンドシェイク プロセスが含まれます。
5. 全二重通信: TCP では、送信者と受信者間の同時双方向通信が可能になり、双方が同時にデータを送信および受信できます。
6. バイト方向: TCP はデータを個々のパケットではなくバイトのストリームとして扱うため、受信側での効率的なデータ転送と再構成が可能になります。
7. エラーの検出と修正: TCP には、送信中のデータの整合性を確保するために、チェックサムなどのエラー検出および修正のメカニズムが含まれています。

 

UDPとは何ですか？

UDP (User Datagram Protocol) は、インターネット プロトコル スイートのコア プロトコルの 1 つで、トランスポート層で動作します。これはコネクションレス型プロトコルであり、データを送信する前に送信者と受信者の間に直接接続を確立しません。代わりに、UDP は、配信や順序を保証することなく、データグラムと呼ばれるデータ パケットを送信します。

UDP の主な特徴は次のとおりです。

1. コネクションレス型通信: UDP は、データを送信する前に接続を確立または維持しません。各データグラムは他のデータグラムから独立しているため、ハンドシェイクや接続セットアップが必要ないため、より高速な送信が可能になります。
2. 信頼性の低い配信: UDP は、受信パケットの確認応答、失われたパケットの再送信、エラー訂正などの信頼性メカニズムを提供しません。したがって、すべてのデータグラムが宛先に到達するという保証はなく、パケットの損失や重複が発生する可能性があります。
3. ヘッダーのオーバーヘッドを最小限に抑える: UDP のヘッダーは TCP に比べて軽量で、送信元と宛先のポート番号、データグラムの長さなどの重要な情報のみが含まれています。この最小限のオーバーヘッドにより、速度と低遅延を優先するアプリケーションにとって UDP が効率的になります。
4. ブロードキャストとマルチキャストのサポート: UDP はブロードキャストおよびマルチキャスト通信をサポートしており、単一のデータグラムを複数の受信者に同時に送信できるため、マルチメディア ストリーミングやオンライン ゲームなどのアプリケーションに役立ちます。

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TCP と UDP の主な違い

1. コネクション指向とコネクションレス型:
   • TCP は接続指向です。つまり、データを転送する前に、送信者と受信者の間に信頼性の高い順序付けられた接続を確立します。この接続には、シーケンス番号やウィンドウ サイズなどのパラメーターを設定するためのハンドシェイク プロセスが含まれます。
   • 一方、UDP はコネクションレス型です。データを送信する前に接続は確立されません。各 UDP データグラムは他のデータグラムから独立しているため、接続のセットアップやメンテナンスのオーバーヘッドなしで、より高速な送信が可能になります。
2. 信頼性と順序:
   • TCP は、確認応答、再送信、シーケンス番号などのメカニズムを提供することで、データの信頼性の高い配信を保証します。データが正確かつ正しい順序で配信されることが保証されます。
   • UDP は、データ配信の信頼性や順序を保証しません。データグラムが宛先に到達することや、送信された順序で到着することを保証せずに、データグラムを送信するだけです。この信頼性の欠如により、UDP は高速になりますが、ファイル転送や Web ブラウジングなど、保証された配信を必要とするアプリケーションにはあまり適していません。
3. エラーのチェックと修正:
   • TCP には、データ送信エラーを検出して回復するためのエラー チェックおよび修正メカニズムが含まれています。チェックサムを使用してデータの整合性を検証し、失われたパケットや破損したパケットを再送信します。
   • UDP はエラー チェックや修正を実行しません。送信中に発生する可能性のあるエラーは、上位層のプロトコルまたはアプリケーションに依存して処理されます。
4. フロー制御と輻輳回避:
   • TCP は、データ送信速度を調整し、ネットワークの輻輳を防止するために、フロー制御および輻輳回避メカニズムを実装します。ネットワークの状態と受信機の能力に基づいて伝送速度を調整します。
   • UDP にはフロー制御や輻輳回避機能が組み込まれていません。データは可能な最大速度で送信されるため、アプリケーションで管理しないとネットワークの輻輳が発生する可能性があります。
5. ヘッダーのオーバーヘッド:
   • TCP ヘッダーは、信頼性の高い通信に必要な追加の制御情報のため、UDP ヘッダーに比べて大きくなります。 TCP ヘッダーには、シーケンス番号、確認応答番号、ウィンドウ サイズ、チェックサムなどのフィールドが含まれます。
   • UDP ヘッダーは最小限であり、送信元および宛先のポート番号、データグラムの長さなどの重要な情報のみが含まれています。この最小限のオーバーヘッドにより、速度と低遅延を優先するアプリケーションにとって UDP の効率が向上します。
6. アプリケーション:
   • TCP は一般に、Web ブラウジング、電子メール、ファイル転送 (FTP など)、リモート管理 (SSH など) など、信頼性が高く、順序付けられ、エラー チェックされたデータ配信を必要とするアプリケーションに使用されます。
   • UDP は、リアルタイム通信 (VoIP、ビデオ会議など)、オンライン ゲーム、DNS (ドメイン ネーム システム) 解決、マルチメディア ストリーミングなど、信頼性よりも速度と効率を優先するアプリケーションに適しています。

参考情報

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/751376/
2. https://smartech.gatech.edu/bitstream/handle/1853/12301/MANIACS_40.pdf?sequence=1&isAllowed=y