この記事の要点

トランスポート層は TCP/IP 4階層モデルにおける第3層（OSI 参照モデルでは第4層） アプリ層と下位ネットワーク層の間で、エンドツーエンドの通信制御を担当する 信頼性を優先する場合は TCP、リアルタイム性を優先する場合は UDP を選択する 通信先のアプリはポート番号で識別され、IP アドレスとポート番号の組（ソケット）で一意に特定される

トランスポート層とは

トランスポート層は、TCP/IP の階層モデルにおいてアプリケーション層と下位のインターネット層（ネットワーク層）をつなぐ役割を担う層です。OSI 参照モデルでは第4層に位置づけられ、TCP/IP の 4階層モデルでは上から数えて第2層（下から数えて第3層）に相当します。「どのホストの、どのアプリに、どんな品質で届けるか」を制御するレイヤです。

階層モデルの中の位置づけ

TCP/IP 4階層	OSI 7階層	主なプロトコル
アプリケーション層	第5〜7層	HTTP / HTTPS / SMTP / DNS / FTP
トランスポート層	第4層	TCP / UDP
インターネット層	第3層	IP / ICMP / ARP
ネットワークインターフェース層	第1〜2層	Ethernet / Wi-Fi

トランスポート層が担う 4つの仕事

1. エンドツーエンドの通信

IP 層は「ホストからホスト」までしか面倒を見ません。トランスポート層は同じホスト内で動いている多数のアプリ（Web ブラウザ／メールクライアント／SSH）の中から「どのアプリ宛なのか」を識別する役目を担います。

2. ポート番号によるアプリの多重化

送信元と宛先のそれぞれに 16 ビット（0〜65535）のポート番号を割り当てることで、同じ IP アドレス上の複数アプリを区別します。代表的なウェルノウンポートは以下の通りです。

ポート	プロトコル	用途
20 / 21	TCP	FTP（データ／制御）
22	TCP	SSH
25	TCP	SMTP
53	TCP/UDP	DNS
80	TCP	HTTP
123	UDP	NTP（時刻同期）
443	TCP	HTTPS

3. 信頼性の確保（TCP）

TCP は「届いたか」「順番が正しいか」「壊れていないか」を保証します。3 ウェイハンドシェイクで接続を確立し、シーケンス番号と ACK で再送制御・順序制御・フロー制御を行います。

4. 軽量で高速な転送（UDP）

UDP は接続確立も再送もしない最小限のプロトコルで、ヘッダが 8 バイトと小さく遅延も小さいのが特徴です。リアルタイム性が要求される音声・動画ストリーミング、ゲームの通信、DNS の問い合わせなどで使われます。

TCP と UDP の比較

項目	TCP	UDP
接続方式	コネクション型（3 ウェイハンドシェイク）	コネクションレス
信頼性	あり（再送・順序保証）	なし
速度・オーバーヘッド	遅い・大きい	速い・小さい
ヘッダサイズ	20 バイト〜	8 バイト
用途	HTTP / SMTP / SSH / FTP	DNS / NTP / VoIP / 動画ストリーム

ソケット：IP アドレスとポートの組

送信元（src IP : src port）と宛先（dst IP : dst port）の 2 つのペア、合計 4 つの値で 1 つの TCP/UDP 通信は一意に識別されます。これを「ソケット」または「5 タプル（プロトコル含む）」と呼びます。同じサーバの 80 番ポートに対して何千ものブラウザから同時接続できるのは、クライアント側ポートがそれぞれ異なるためです。

動作確認に使えるコマンド

# 開いているポートを確認（Linux）
$ ss -tnl

# 特定ホストのポートが開いているかチェック
$ nc -zv example.com 443

# 通信を観察
$ tcpdump -nn -i eth0 port 80

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