データの単位 PDU(プロトコルデータユニット)

本稿は データの単位 PDU (Protocol Data Unit / プロトコルデータユニット) に関する記事です。OSI 参照モデルや TCP/IP モデルでは、各層で扱うデータに「どこからどこまでが 1 単位か」という固有の名前が付いており、これを総称して PDU と呼びます。

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セグメント — トランスポート層 (TCP/UDP) の PDU
パケット — ネットワーク層 (IP) の PDU
フレーム — データリンク層 (Ethernet 等) の PDU

PDUとは

PDU は Protocol Data Unit の略で、各通信プロトコルが扱うデータのまとまりを指す総称です。ネットワーク通信では、上位層から渡されたデータに対し、層ごとにヘッダ (Header) を付与しながら下位層へ送るのが基本動作です。この「ヘッダ＋データ＋必要に応じてトレーラ」のセットが、その層での PDU となります。

OSI 参照モデルにおける PDU 名称

層	OSI 名	PDU 名	主な対象プロトコル
7	アプリケーション層	データ (Data) / メッセージ	HTTP、SMTP、FTP、DNS
6	プレゼンテーション層	データ	TLS、文字コード変換
5	セッション層	データ	セッション管理
4	トランスポート層	セグメント (TCP) / データグラム (UDP)	TCP、UDP
3	ネットワーク層	パケット (IPデータグラム)	IPv4、IPv6、ICMP
2	データリンク層	フレーム	Ethernet、Wi-Fi (802.11)、PPP
1	物理層	ビット (Bit) / シンボル	電気信号・光信号

カプセル化 / 非カプセル化のイメージ

送信側は上位層から下位層へ下りながら、各層でヘッダを付加していきます。受信側は逆に下位層から上位層へ上がりながら、ヘッダを外していきます。これをカプセル化 (Encapsulation)、非カプセル化 (Decapsulation)と呼びます。

送信側 (上→下)	処理内容
アプリケーション層	アプリのデータをそのまま渡す
トランスポート層	TCP/UDP ヘッダを付加 (送信元/宛先ポート等) → セグメント
ネットワーク層	IP ヘッダを付加 (送信元/宛先IP) → パケット
データリンク層	MAC ヘッダ＋FCS を付加 → フレーム
物理層	ビット列としてケーブル/電波へ送出

PDU が分かれている理由

層ごとの責務分離: 信号 / 隣接通信 / 経路 / 端点間の信頼性 / アプリ意味付け、をそれぞれ独立して進化させられる
機器ごとの守備範囲: スイッチはフレーム、ルータはパケット、ファイアウォール / LB はセグメント／アプリデータを見る
トラブルシュート: tcpdump / Wireshark で「どの層の何が壊れているか」を切り分けられる

各 PDU が持つ代表的なヘッダ情報

PDU	主なヘッダ情報
フレーム (Ethernet)	宛先/送信元 MAC、タイプ、FCS
パケット (IPv4)	宛先/送信元 IP、TTL、プロトコル番号、フラグメント情報
セグメント (TCP)	送信元/宛先ポート、シーケンス番号、ACK、ウィンドウサイズ
データグラム (UDP)	送信元/宛先ポート、長さ、チェックサム
アプリデータ	HTTP メソッド・パス・ヘッダ／本文等

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