TCP vs UDP:違いとは?

TCP(Transmission Control Protocol)とUDP(User Datagram Protocol)は、現代のウェブでデータを転送する最も一般的な2つの方法です。気づいていないかもしれませんが、あなたはほぼ毎日この両方を使用しています。

続きを読んで、その仕組みを知りましょう!

選択するプロトコルは、プロキシサーバーがトラフィックを処理する方法にも影響するため、最後にその点も説明します。

なぜサーバーは全データを一度に送信できないのか?

ウェブサイトを訪れたり、ライブ配信を視聴したりすると、すべてのデータを同時に受け取っているように感じるかもしれません。しかし実際は、まったく違います。インターネットはそのような仕組みではなく、それにはちゃんとした理由があります。

ネットワークに過度な負荷をかけないよう、データはチャンク(塊)に分割されます。500mbpsの接続で100GBのビデオゲームをダウンロードしていると想像してください。チャンク分割がなければ、ルーターはデータを処理できず、ネットワークは実質的にクラッシュするほど遅くなってしまいます!

TCPやUDPといった異なるプロトコルは、これらのチャンクがどのように送信されるかを定義するために使われます。

• TCP:チャンクは順番に送信され、検証されます。郵便のやり取りのようなものだと考えてください。あなたの端末が手紙を受け取り、読んでから次の手紙を求めます。
• UDP:すべてのチャンクが、まるで.50口径のデータ砲台のように一斉に送信されます!

Transmission Control Protocol(TCP)

TCPは、すべてのHTTP/HTTPSリクエストの中心にあります。TCPは接続のあらゆる詳細を気にかけます。TCPでは、ハンドシェイクを開始し、その後レスポンスが順番に返ってきます。クライアントがレスポンスを受け取るたびに、サーバーへACK(確認応答)を送信します。これにより、サーバーは配信した情報の状態を常に把握できます。

TCPでファイルをダウンロードしていて、それが4つのチャンク、つまりセグメントに分割されるとしましょう。サーバーが最初のチャンクを送信し、HTTPクライアントが問題なく受信したことを伝えます。その後、チャンク2、3、4についても同じプロセスを繰り返します。HTTPリクエストの作成について、さらに詳しく学ぶことをお勧めします。

基本的な仕組み

TCPがどのように機能するか、段階的に見ていきましょう。

1. クライアント(あなたのスマートフォン)がハンドシェイクを開始し、サーバーにメール履歴を要求します。
2. 履歴は一度に送信するには大きすぎるため、チャンクに分割されます(TCPでは、これらのチャンクはセグメントと呼ばれます)。
3. サーバーが最初のチャンクを送信します。
4. あなたのスマホが最初のチャンクを受信したことを示すACK(確認応答)を送信します。
5. サーバーが2番目のチャンクを送信します。
6. あなたのスマホが別のACKを送信します。

このプロセスは、すべてのデータが転送されるまでループで繰り返されます。

用途

データの正確性が求められるあらゆる場面で、TCPは裏側で機能しています。以下のすべてのアプリケーションでTCPが使用されています。

• ウェブ閲覧:HTTP/HTTPS(HyperText Transfer Protocol)/(HyperText Transfer Protocol Secure)は、TCPを使ってページをブラウザに送信します。
• メール:SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)、IMAP(Internet Message Access Protocol)、POP3(Post Office Protocol version 3)はすべてTCPを使用し、メッセージがランダムに崩れた意味不明な状態ではなく、順番通りに届くことを保証します。
• 大容量ファイルのダウンロード:FTP(File Transfer Protocol)とSFTP(Secure File Transfer Protocol)は、データを破損させることなく、大容量ダウンロードが秩序立って行われることを保証します。

メリットとデメリット

メリット

• ✅ 信頼性:TCPはすべてのデータが確実に配信されることを保証します。
• ✅ エラーフリー:チャンクが正しく送信・処理されなかった場合、TCPは確実にデータを再送信します。

デメリット

• ❌ 遅い:厳格な正確性のルールにより、TCPはしばしば遅くなります。
• ❌ ネットワーク輻輳:トラフィックが多い状況では、すべてが完璧に整うのを待つ間に、TCPは停滞します。

User Datagram Protocol(UDP)

UDPはTCPの気楽な親戚のような存在です。TCPはハンドシェイクを重視し、データが完璧に届くまで接続を維持することに重点を置いています。UDPのチャンクは技術的にはデータグラムと呼ばれます。UDPでは、1回のリクエストを送信し、サーバーは正確性を検証することなく、すべてのチャンクを一気に送信します。

レスポンスを処理する際、ACKシステムもハンドシェイクもありません。あなたの端末は1回のリクエストを送信し、データを受け取ります。サーバーはこのリクエストを受け取ると、特定の順序なしにすべてのチャンクを一斉に送信して応答します。

基本的な仕組み

UDPのプロセスは、はるかに速く、緩やかです。

1. あなたの端末がデータを要求します
2. サーバーは検証やACKなしに、各チャンクを一斉に送信します。

データは可能な限り速く届きますが、通常は順不同です。サーバーはチャンクの欠落やデータの整合性を気にしません。

用途

• ライブ配信:YouTubeのライブ配信を視聴する際、スマホやテレビのアプリがリクエストを送信し、ストリームを開きます。そしてデータが一気に流れ始めます!
• オンラインゲーム:現代のオンラインゲームでは、わずか数秒でKB(キロバイト)、場合によってはMB(メガバイト)単位のデータを扱います。UDPは最小限の遅延でゲームを画面に描画します。
• DNS(Domain Name System)ルックアップ:あなたがBright Dataブログにアクセスした際、DNSサーバーはUDPを使ってIPアドレスを直接ブラウザに送り込みました。

メリットとデメリット

メリット

• ✅ 超高速:UDPは正確性を気にせず、まるで機関銃のようにすべてのデータを可能な限り速く発射します。
• ✅ シンプル:ハンドシェイクやACKにリソースを無駄にすることなく、すべてのデータが可能な限り速く届きます。

デメリット

• ❌ 信頼性が低い:データが乱れて届いたり、まったく届かなかったりすることがあります。
• ❌ 放任的:UDPサーバーは、あなたのライブ配信がうまく機能していなくても気にしません。ただデータを送り続けるだけです。

よくある誤解

誤解その1:TCPは常にUDPより遅い

確かに、TCPはハンドシェイクとACKによって遅延が生じます。しかし、TCP Fast Open(TFO)やMultipath TCP(MPTCP)といった現代のプロトコルは、TCPの遅延を減らし、パフォーマンスを向上させています。UDPはほぼ常に高速ですが、最適化されたTCPは時としてUDPを上回る性能を発揮することもあります。

誤解その2:UDPはストリーミングとゲーム専用

リアルタイムアプリケーションはUDPの主要な利用領域ですが、ライブ配信やオンラインゲームに限定されるわけではありません。低遅延取引、センサー技術、さらにはDNSもUDPを活用できます。

誤解その3:どちらか一方しか使えない

実際、現代の技術はTCPとUDPの両方を活用しています。HuluやYouTubeでテレビ番組を視聴する際、初期接続やメタデータ、バッファリングといった実際の設定は、しばしばTCPで送信されます。このコンテンツをストリーミングする間、UDPはアダプティブビットレートやストリーム中の遅延削減のために使用されることが多いです。

それぞれをいつ使うべきか

結論:適切な作業に適切なツールを選ぶ

TCPとUDPはどちらも、データがインターネット上を移動する方法において重要な役割を果たしています。TCPは信頼性と正確性を保証し、ウェブ閲覧、メール、ファイル転送に最適です。一方、UDPは速度を優先するため、ライブ配信、オンラインゲーム、リアルタイム通信の第一選択肢となります。

プロキシに関しては、適切なプロトコルが大きな違いを生みます。ウェブスクレイピング、データ収集、安全なブラウジングのために安定した信頼できる接続が必要な場合は、TCPを使用するHTTP/HTTPSプロキシが最適です。一方、ストリーミングやゲームなど、速度と低遅延を重視する場合は、UDPをサポートするSOCKS5プロキシが必要なパフォーマンスを提供します。

以下のプロキシサービスの選択肢をご覧ください:

• レジデンシャルプロキシ:自宅のインターネット接続を利用した実際の消費者デバイスを通じてウェブにアクセスします。
• データセンター・プロキシ:現代のデータセンターで利用可能な最高クラスのハードウェアと帯域幅を通じてリクエストをルーティングします。
• ISPプロキシ:特定のインターネットサービスプロバイダーを通じてトラフィックを実行します。
• Web Unlocker:ターゲットサイトに最適なプロキシへ自動的に接続します。CAPTCHAもなく、手間もかかりません。

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