TCPとUDPの違いは何ですか？いつそれぞれを使用しますか？

TCPとUDPの違いは何ですか？いつそれぞれを使用しますか？

TCP（トランスミッションコントロールプロトコル）とUDP（ユーザーデータグラムプロトコル）はどちらもインターネット上でデータを送信するために使用されるトランスポートレイヤープロトコルですが、運用とユースケースに大きな違いがあります。

違い：

1. 接続指向とコネクションレス：

   • TCPは接続指向です。データ送信が開始される前に、送信者と受信機の間の接続を確立し、信頼できるデータストリームを確保します。この接続は、通信セッションが終了するまで維持されます。
   • UDPはコネクションレスです。接続を確立せずにデータパケット（データグラム）を送信します。つまり、パケットの配信または順序の保証はありません。

2. 信頼性：

   • TCPは、受信したパケットの確認、失われたパケットの再送信、データの順序を維持するシーケンス制御などのメカニズムを介した信頼できるデータ送信を保証します。
   • UDPは信頼性メカニズムを提供しません。パケットが失われたり、複製されたり、故障したりすることがあります。

3. 速度とオーバーヘッド：

   • TCPの信頼性の機能により、オーバーヘッドが高く、送信速度が遅くなる可能性があります。
   • UDPのオーバーヘッドは低く、TCPの信頼性メカニズムが含まれていないため、より速くなります。

4. フロー制御と輻輳制御：

   • TCPには、データ送信のレートを管理し、ネットワークの輻輳を防ぐためのフロー制御と輻輳制御が含まれます。
   • UDPには組み込みのフローや輻輳制御がありません。これは、アプリケーションレベルで管理されないとネットワークの輻輳につながる可能性があります。

それぞれを使用する時期：

• 次のような高い信頼性とデータの整合性を必要とするアプリケーションにTCPを使用します。

  • ファイル転送（例：FTP）
  • 電子メール（例：SMTP）
  • Webブラウジング（例：http/https）

• 次のような信頼性よりも速度が重要であるアプリケーションにUDPを使用します。

  • ストリーミングメディア（たとえば、ビデオやオーディオ）
  • オンラインゲーム
  • DNSクエリ

どのプロトコル、TCPまたはUDPは、高い信頼性を必要とするアプリケーションに適していますか？

TCPは、高い信頼性を必要とするアプリケーションに適しています。これの理由は次のとおりです。

1. 配達保証： TCPは、送信されたすべてのデータが目的地によって受信されることを保証します。送信中にパケットが失われた場合、TCPは正常に配信されるまで再送信します。
2. 配信の順序： TCPはデータパケットの順序を維持します。パケットが故障して到着した場合、TCPはそれらをアプリケーションに渡す前にそれらを並べ替えて、データストリームが一貫していることを確認します。
3. エラーチェック： TCPには、破損したデータを検出するためのエラーチェックメカニズムが含まれています。破損が検出された場合、データは再送信されます。
4. フロー制御： TCPはフロー制御を使用して、送信者が受信機を圧倒するのを防ぎ、受信機が処理できる速度でデータが送信されるようにします。
5. 輻輳制御： TCPは、ネットワークトラフィックを管理し、ネットワークの輻輳を防ぐために混雑制御を実装します。これにより、安定したデータ送信を確保することで信頼性をさらに高めることができます。

これらの機能により、TCPは、ファイル転送、電子メール、Webブラウジングなど、データの整合性と信頼性が最も重要であるアプリケーションに優先選択となります。

データ送信のためのTCPよりもUDPがどのシナリオを好むでしょうか？

次のシナリオでは、UDPがTCPよりも推奨されます。

1. リアルタイムアプリケーション：ビデオストリーミング、VoIP（Voice over IP）、オンラインゲームなどのアプリケーションには、リアルタイムのデータ送信が必要です。一部のデータパケットが失われたとしても、これらのシナリオでは、UDPのレイテンシが低く、伝送速度が高くなります。
2. マルチキャストとブロードキャスト： UDPは、複数の受信者に同時にデータを送信するのに役立つマルチキャストおよびブロードキャスト伝送をサポートしています。これは、メディアを複数のクライアントにストリーミングすることでよく使用されます。
3. Simple Request-Response： DNS Lookupsのような単純で低遅延のリクエスト応答シナリオの場合、UDPはこれらの相互作用をTCPよりも効率的に処理できるため推奨されます。
4. 損失に耐えるアプリケーション：一部のアプリケーションは、大きな影響を与えることなく時折データ損失を処理できます。たとえば、オンラインゲームでは、パケットの紛失がわずかなグリッチになる可能性がありますが、ゲームは中断なく続行する可能性があります。
5. オーバーヘッドが低い： TCP接続の確立と維持のオーバーヘッドが望ましくない場合、UDPのコネクションレスの性質は有利です。これは、少量のデータを迅速に送信する必要があるアプリケーションに特に関連しています。

TCPとUDPの選択は、リアルタイムアプリケーションのパフォーマンスにどのような影響を与えますか？

TCPとUDPの選択は、次の方法でリアルタイムアプリケーションのパフォーマンスに大きく影響します。

1. 待ち時間：

   • UDPは通常、接続を確立したり、信頼性メカニズムを実装したりしないため、TCPよりも低いレイテンシを提供します。これにより、ビデオ会議やオンラインゲームなど、低遅延が重要なリアルタイムアプリケーションにより、UDPがより適しています。
   • TCPは、リアルタイムアプリケーションに有害な接続セットアップ、承認、および再送信プロセスにより、追加のレイテンシを導入します。

2. パケット損失：

   • UDPは、リアルタイムアプリケーションでより優雅にパケット損失を処理できます。たとえば、ビデオストリーミングでは、パケットの紛失が短いグリッチにつながる可能性がありますが、ストリームは中断することなく続行できます。
   • TCPは、失われたパケットを再送信しようとします。これにより、アプリケーションのリアルタイム性を遅延させ、混乱させる可能性があります。

3. ジッター：

   • UDPはジッター（パケットの到着時間のばらつき）を体験できますが、これはバッファリングなどの手法でアプリケーションレベルで管理できます。
   • TCPの信頼性メカニズムは、再送信とフロー制御により追加のジッターを導入できます。これは、リアルタイムアプリケーションでは問題がある可能性があります。

4. 帯域幅の使用法：

   • UDPは、オーバーヘッドが低いため、帯域幅が少なくなります。これは、大量のデータを迅速に送信する必要があるリアルタイムアプリケーションに有益です。
   • ヘッダーや確認パケットを含むTCPのオーバーヘッドは、より帯域幅を消費する可能性があり、リアルタイムシナリオで送信できるデータの量を制限する可能性があります。

要約すると、リアルタイムアプリケーションの場合、UDPは、遅延が低く、パケット損失を処理する能力、帯域幅の使用量が少ないため、多くの場合好まれます。ただし、一部のリアルタイムアプリケーションがデータの整合性が重要な場合は依然としてTCPの信頼性機能から恩恵を受ける可能性があるため、アプリケーションの特定の要件はTCPとUDPの選択をガイドする必要があります。

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