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User Datagram Protocol

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』
（UDPから転送てんそう）
曖昧さ回避 「UDP」はこの項目こうもくへ転送てんそうされています。ヌクレオチドの一種いっしゅのUDPについては「ウリジン二にリン酸さん」をご覧らんください。
TCP/IP群ぐん
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User Datagram Protocol（ユーザ データグラム プロトコル、UDP）はIPネットワーク上うえのアプリケーション間あいだデータグラム送信そうしんを実現じつげんする通信つうしんプロトコルである[1]。

概要がいよう

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UDPはインターネットを始はじめとしたInternet Protocolネットワーク上じょうで利用りようされる通信つうしんプロトコルである[2]。ホスト間あいだ通信つうしんを担になうIP上じょうでアプリケーション間あいだ通信つうしんを可能かのうにする[3]。通信つうしんはデータグラム方式ほうしき、すなわち到達とうたつ保証ほしょう・流量りゅうりょう制御せいぎょ・順序じゅんじょ制御せいぎょをせず、データグラムをステートレス・コネクションレスに相手あいて側がわへと送信そうしんする。またブロードキャストとマルチキャストをサポートしている[4]。

デイヴィッド・P・リード（英語えいご版ばん）が1980年ねんに設計せっけいし、RFC 768で定義ていぎした（STD番号ばんごう: 6）。非常ひじょうにシンプルに設計せっけいされており公式こうしき仕様しようのRFC 768はわずか3ページである。インターネット・プロトコル・スイートの観点かんてんではトランスポート層そうプロトコルに属ぞくする。IPヘッダにおけるプロトコル番号ばんごうは17である。OSI参照さんしょうモデルに当あてはめるのであればトランスポート層そうに相当そうとうする。しばしば対比たいひされるプロトコルにTCPやSCTPがある。

適時てきじ性せい・低ひくレイテンシが要求ようきゅうされるサービスで利用りようされる[5]。特とくに途中とちゅうでデータが抜ぬけ落おちても問題もんだいが少すくない音声おんせいや画像がぞうのストリーム形式けいしきでの配信はいしん（VoIP、MPEG-TS、IP放送ほうそうなど）、小ちいさなデータをリアルタイムで大量たいりょうに転送てんそうするオンラインゲームなどで活用かつようされる。上位じょういプロトコルとしてはSNMP、TFTP、DNS、DHCP、RTPなどが挙あげられる。

設計せっけい方針ほうしんとして輻輳ふくそう制御せいぎょを持もたないため、ネットワークが輻輳ふくそうする原因げんいんとなるケースが問題もんだい点てんとして存在そんざいする。

機能きのう

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UDPはInternet Protocol上うえで利用りようされるプロトコルであり[2]、IPと合あわせてUDP/IPスタックとして機能きのうする。一方いっぽうでUDPはそれ単体たんたいでプロトコルであり、UDP自体じたいで提供ていきょうする明確めいかくな機能きのうがある。以下いかはこの2つの観点かんてんに基もとづいた機能きのうの説明せつめいである。

UDP/IPスタック

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次つぎの表ひょうはIP、UDP/IPスタック、TCP/IPスタックが提供ていきょうする機能きのうの比較ひかくである。

表ひょう. IP, UDP/IP, TPC/IP 比較ひかく
IP UDP/IP TCP/IP
ホスト間あいだ通信つうしん by アドレス ✔ ✔ ✔
アプリ間あいだ通信つうしん by ポート - ✔ ✔
パケットトランザクション △[6] ✔ ✔
バイトストリーム送信そうしん - - ✔
信頼しんらい性せい/到達とうたつ保証ほしょう - - ✔
流量りゅうりょう制御せいぎょ - - ✔
順序じゅんじょ制御せいぎょ - - ✔
輻輳ふくそう制御せいぎょ - - ✔

すなわちUDP/IPは「ネットワークのネットワークにおけるトランザクション指向しこうのアプリケーション間あいだデータグラム送信そうしん[1]」を実現じつげんする。UDPはこれを最小限さいしょうげんのプロトコルで実現じつげんするよう意図いとされているため[7]、UDP/IPはTCP/IPより少すくない機能きのうのみを提供ていきょうする。単一たんいつパケットの到達とうたつ保証ほしょうや複数ふくすうパケットに渡わたる流量りゅうりょう制御せいぎょ・順序じゅんじょ制御せいぎょはサポートしていない（データグラムモデル）。このため、UDPを Unreliable Datagram Protocol（信頼しんらいできないデータグラム・プロトコル）と呼よぶこともある[8]。

UDP

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UDPは2つの機能きのうのみを提供ていきょうする。  

  • ホスト内ない通信つうしん振ふり分わけ: ポート
  • データグラム完全かんぜん性せいチェック: チェックサム

IPはホスト間あいだ通信つうしんを可能かのうにするが、そのままだとホストへの全ぜん信号しんごうを1つのアプリケーションのみが受うけ取とる。UDPはポート機能きのうを提供ていきょうすることで1ホスト内ない複数ふくすうアプリケーションへの通信つうしん振ふり分わけを可能かのうにする。またIPはヘッダチェックサムによる宛先あてさき誤あやまり検出けんしゅつを可能かのうにするが、そのままだとペイロードの破壊はかいを検出けんしゅつできない。UDPはIPアドレス・ポート・ペイロードに基もとづくチェックサムを提供ていきょうすることで単一たんいつデータグラムのルーティング誤あやまりおよびデータ破壊はかいを (100%ではないが) 検出けんしゅつできる[9]。

すなわちUDPはアプリケーション間あいだ通信つうしんを可能かのうにし[3]、パケットトランザクション（all-or-nothing通信つうしん[10]）を提供ていきょうする[11][12]。

仕組しくみ

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パケット構造こうぞう

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UDPの送受信そうじゅしん単位たんいはユーザデータグラム（英えい: user datagram）であり、UDPヘッダ（英えい: UDP header）およびデータ（英えい: data）から構成こうせいされる。ビット列びっとれつとして次つぎの構造こうぞうを持もつ。

オフセット（ビット） 0 – 15 16 – 31
0 送信そうしん元もとポート番号ばんごう 宛先あてさきポート番号ばんごう
32 データ長ちょう チェックサム
64+  
データ
 

UDPヘッダには4つのフィールドがあり、それぞれ2バイト（16ビット）である[5]。そのうち2つ（ピンク色ぴんくいろの部分ぶぶん）はIPv4ではオプションである。IPv6では送信そうしん元もとポート番号ばんごうだけがオプションである（後述こうじゅつ）。

送信そうしん元もとポート

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送信そうしん元もとポート（英えい: Source Port）は送信そうしん側がわプロセスのポートである[13]。

送信そうしん元もとポートはUDPヘッダの任意にんいフィールドである[14]。不ふ使用しよう時じはゼロ埋うめされる[15]。追加ついか情報じょうほうがなければ返信へんしん宛先あてさきポートはこの番号ばんごうと想定そうていされる[16]。送信そうしん元もとがクライアントの場合ばあい、エフェメラルポート番号ばんごうということが多おおい。送信そうしん元もとがサーバの場合ばあい、ウェルノウンポート番号ばんごうということが多おおい[4]。

宛先あてさきポート

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宛先あてさきポート（英えい: Destination Port）は受信じゅしん側がわプロセスのポートである。

宛先あてさきポートはUDPヘッダの必須ひっすフィールドである。送信そうしん元もとポート番号ばんごうと同様どうよう、宛先あてさきがクライアントならエフェメラルポート、サーバならウェルノウンポートということが多おおい[4]。

データ長ちょう

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データ長ちょう（英えい: Length）はユーザーデータグラム（UDPヘッダ + データ）のオクテット数すうである[17]。

データ長ちょうはUDPヘッダの必須ひっすフィールドである。UDPヘッダが8バイト固定こていであるため最小さいしょう値ちは 8 である[18]。理論りろん上じょうの上限じょうげんは65,535バイト（ヘッダ8バイト + データ65,527バイト）である。下位かい層そうがIPv4の場合ばあい、実際じっさいの上限じょうげんは65,507バイト（IPヘッダ20バイトとUDPヘッダ8バイトを差さし引ひいた値ね）となる[4]。IPv6のジャンボグラム機能きのうでは、65,535バイトを越こえるサイズのUDPパケットを扱あつかえる[19]。この場合ばあい、IPv6のオプションヘッダでサイズを指定していし、最大さいだい4,294,967,295バイト（232 - 1）を指定していできるので、ヘッダ部ぶの8バイトを差さし引ひくと最大さいだい4,294,967,287バイトのデータを扱あつかえる。

チェックサム

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チェックサム（英えい: Checksum）は「IP疑似ぎじヘッダ + ユーザーデータグラム + パディング」に対たいするチェックサムである[20]。

チェックサムはUDPヘッダの条件じょうけん付つき任意にんいフィールドである[21]。不ふ使用しよう時じはゼロ埋うめされる[22]。ヘッダとデータの誤あやまり検出けんしゅつに使用しよう。IPv6ではオプションではないので、ゼロにはできない[23]。[24] チェックサムの計算けいさん法ほうはRFC 768で以下いかのように定義ていぎされている。

IPヘッダからの情報じょうほうで作つくられる擬似ぎじヘッダとUDPヘッダとデータを長ながさが2オクテットの倍数ばいすうになるように（必要ひつようなら）値ちがゼロのオクテットでパディングし、各かく2オクテットの1の補数ほすうの総和そうわの1の補数ほすうの下位かい16ビットをチェックサムとする[25]。

つまり、全ぜん16ビットワードを1の補数ほすう演算えんざんで足たしあわせる。その合計ごうけいを1の補数ほすう化かすればUDPのチェックサム・フィールドの値ねになる。

チェックサム計算けいさんの結果けっかがゼロになる場合ばあい（16ビット全部ぜんぶが0）、チェックサムを省略しょうりゃくする場合ばあいと区別くべつするため、その1の補数ほすう（全ぜんビットが1）を設定せっていする。

IPv4とIPv6ではチェックサム計算けいさんに使つかうデータに差異さいがある。

IPv4 擬似ぎじヘッダ
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IPv4上じょうのUDPでは、実際じっさいのIPv4ヘッダからの情報じょうほうから作つくった擬似ぎじヘッダをチェックサム計算けいさんに使用しようする。擬似ぎじヘッダは実際じっさいのIPv4ヘッダそのものではない。以下いかにチェックサム計算けいさんにのみ使用しようする擬似ぎじヘッダを示しめす。

bits 0 – 7 8 – 15 16 – 23 24 – 31
0 送信そうしん元もとIPアドレス
32 あて先さきIPアドレス
64 ゼロ プロトコル番号ばんごう UDP長ちょう
96 送信そうしん元もとポート番号ばんごう 宛先あてさきポート番号ばんごう
128 データ長ちょう チェックサム
160+  
データ
 

送信そうしん元もとIPアドレスとあて先さきIPアドレスはIPv4ヘッダにある値ねである。プロトコル番号ばんごうはUDPを表あらわすので17 (0x11) である。UDP長ちょうフィールドはUDPのヘッダとデータの全長ぜんちょうである。

UDPチェックサム計算けいさんはIPv4ではオプションである。チェックサムを使つかわない場合ばあいはゼロを設定せっていする。

IPv6 擬似ぎじヘッダ
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IPv6上じょうのUDPでは、チェックサムは基本きほん的てきに必須ひっすである。ただしUDP上じょうでトンネリングプロトコルを利用りようする場合ばあいは例外れいがい的てきに計算けいさんを省略しょうりゃくしゼロに設定せっていして良よい[26]。チェックサムの計算けいさん法ほうは RFC 2460 で次つぎのように文書ぶんしょ化かされている。

トランスポート層そうかそれより上位じょういのプロトコルで、IPヘッダ内ないのアドレスをチェックサム計算けいさんに使つかう場合ばあい、IPv6では128ビットのIPv6のアドレスを使用しようする[23]。

チェックサム計算けいさんでは、実際じっさいのIPv6ヘッダを真似まねた次つぎのような擬似ぎじヘッダを用もちいる。

bits 0 – 7 8 – 15 16 – 23 24 – 31
0 送信そうしん元もとIPアドレス
32
64
96
128 あて先さきIPアドレス
160
192
224
256 UDP長ちょう
288 ゼロ 次つぎのヘッダ
320 送信そうしん元もとポート番号ばんごう 宛先あてさきポート番号ばんごう
352 データ長ちょう チェックサム
384+  
データ
 

送信そうしん元もとIPアドレスはIPv6ヘッダにある値ねを使つかう。あて先さきIPアドレスは最終さいしゅう的てきなあて先さきであり、IPv6パケットにルーティングヘッダがなければIPv6ヘッダ内ないのあて先さきIPアドレスを使つかい、さもなくば送信そうしん側がわではルーティングヘッダの最後さいごの要素ようそを、受信じゅしん側がわではIPv6ヘッダのあて先さきIPアドレスを使つかう。次つぎのヘッダというフィールドはプロトコル番号ばんごうを意味いみし、UDPなので17を指定していする。UDP長ちょうフィールドはUDPのヘッダとデータを合あわせた長ながさである。

データ

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伝達でんたつしたい情報じょうほうが収納しゅうのうされる。

UDPモジュール

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UDPモジュールはソケットを介かいしてプログラムからアクセスする場合ばあいが多おおい。ポート番号ばんごう0は送信そうしん側がわプロセスが応答おうとうを期待きたいしていない場合ばあいは使つかうことも許ゆるされている。

用途ようと

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UDPを利用りようするインターネットの重要じゅうようなアプリケーションはいくつもある。以下いかはその例れいである。

UDP上じょうに信頼しんらい性せい保証ほしょうプロトコルを載のせて利用りようするケースも存在そんざいする。TFTPなどのアプリケーションでは、アプリケーション層そうで必要ひつように応おうじて基本きほん的てきな信頼しんらい性せい機構きこうを付与ふよしている[4]。消失しょうしつ訂正ていせい符号ふごう（英語えいご版ばん）は一ひとつの選択肢せんたくしである。

問題もんだい点てん

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UDPは設計せっけい方針ほうしんとして輻輳ふくそう制御せいぎょを提供ていきょうしない。これがネットワーク全体ぜんたいへの負荷ふかを引ひき起おこすケースがある。

帯域たいいきの大おおきな部分ぶぶんを消費しょうひして輻輳ふくそうを起おこしやすいUDPアプリケーションは、インターネットの安定あんてい性せいを危険きけんにさらす可能かのう性せいがあり、実際じっさいに帯域たいいきを大幅おおはばに占しめる事態じたいが発生はっせいしている。制御せいぎょできないUDPトラフィックによって輻輳ふくそう崩壊ほうかいになる可能かのう性せいを低減ていげんするためのネットワーク機構きこうが提案ていあんされてきた。現状げんじょうでは、ルーターなどのネットワーク機器ききでのパケット・キューイングやパケット・ドロッピングが過度かどなUDPトラフィックをスローダウンさせる唯一ゆいいつの手段しゅだんとなっている。Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) はこの問題もんだいを部分ぶぶん的てきに解決かいけつすべく設計せっけいされたプロトコルで、ストリーミングなどの高こう転送てんそうレートのUDPストリームに対たいしてTCPのような輻輳ふくそう制御せいぎょを追加ついかするものである。

POS、会計かいけい、データベースなどのTCPを使つかっているシステムはUDPトラフィックに圧迫あっぱくされつつある。TCPでパケットを喪失そうしつすると、輻輳ふくそう制御せいぎょが働はたらいて転送てんそうレートを抑おさえるというのも一因いちいんである。リアルタイム・アプリケーションもビジネス・アプリケーションもビジネスには重要じゅうようなので、Quality of Service のソリューション開発かいはつが大切たいせつだとする者ものもいる[27]。

規格きかく

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表ひょう. UDP 規格きかく
規格きかく書名しょめい 規格きかく種別しゅべつ 発行はっこう日び
RFC 768 User Datagram Protocol RFC Internet Standard 1980-08-28

脚注きゃくちゅう

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]
  1. ^ a b "User Datagram Protocol ... make available  a datagram mode of packet-switched computer communication in the environment of an interconnected set of computer networks. ... provides a procedure for application programs to send messages to other programs ... is transaction oriented"RFC 768より引用いんよう。
  2. ^ a b "This protocol  assumes  that the Internet  Protocol ... is used as the underlying protocol."RFC 768より引用いんよう。
  3. ^ a b "This protocol provides a procedure for application programs to send messages to other programs"RFC 768より引用いんよう。
  4. ^ a b c d e Forouzan, B.A. (2000). TCP/IP: Protocol Suite, 1st ed. New Delhi, India: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited.
  5. ^ a b c Kurose, J. F.; Ross, K. W. (2010). Computer Networking: A Top-Down Approach (5th ed.). Boston, MA: Pearson Education. ISBN 9780131365483 
  6. ^ IP header のみトランザクション成立せいりつ
  7. ^ "This protocol provides a procedure ...with a minimum of protocol mechanism"RFC 768より引用いんよう。
  8. ^ content@ipv6.com. “UDP Protocol Overview”. Ipv6.com. 2012年ねん2月がつ27日にち閲覧えつらん。
  9. ^ "UDP header contains ... the destination  address ... This information gives protection against misrouted datagrams."RFC 768より引用いんよう。
  10. ^ 「正常せいじょうかわからないパケット」が存在そんざいせず、「壊こわれた/届とどかないパケット」と「正常せいじょうなパケット」のみからなる
  11. ^ "The protocol is transaction oriented" UDP specification.
  12. ^ Clark, M.P. (2003). Data Networks IP and the Internet, 1st ed. West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.
  13. ^ "Source Port ... indicates the port of the sending proces"RFC 768より引用いんよう。
  14. ^ "Source Port is an optional field"RFC 768より引用いんよう。
  15. ^ "If not used, a value of zero is inserted."RFC 768より引用いんよう。
  16. ^ "Source Port ... may be assumed to be the port to which a reply should be addressed in the absence of any other information."RFC 768より引用いんよう。
  17. ^ "Length is the length in octets of this user datagram"RFC 768より引用いんよう。
  18. ^ "the minimum value of the length is eight."RFC 768より引用いんよう。
  19. ^ RFC 2675
  20. ^ "Checksum is of a pseudo header of information from the IP header, the UDP header, and the data, padded"RFC 768より引用いんよう。
  21. ^ "no checksum  (for debugging or for higher level protocols that don't care)"RFC 768より引用いんよう。
  22. ^ "An all zero transmitted checksum value means that the transmitter generated no checksum"RFC 768より引用いんよう。
  23. ^ a b Deering S. & Hinden R. (December 1998). RFC 2460: Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification. Internet Engineering Task Force. Retrieved from //tools.ietf.org/html/rfc2460
  24. ^ 井上いのうえ直也なおや、松山まつやま公こう保たもて、荒井あらい透とおる、苅田かりた幸雄ゆきお『マスタリング TCP/IP 入門にゅうもん編へん 第だい6版はん』オおーム社むしゃ、2019年ねん、260-261頁ぺーじ。ISBN 978-4-274-22447-8。 
  25. ^ Postel, J. (August 1980). RFC 768: User Datagram Protocol. Internet Engineering Task Force. Retrieved from //tools.ietf.org/html/rfc768
  26. ^ Eubanks, M., Chimento, P., and M. Westerlund, "IPv6 and UDP Checksums for Tunneled Packets", RFC 6935, April 2013.
  27. ^ “The impact of voice/video on data applications”. Networkperformancedaily.com. 2011年ねん8月がつ17日にち閲覧えつらん。

関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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7. アプリケーション層そう
6. プレゼンテーション層そう
5. セッション層そう
4. トランスポート層そう
3. ネットワーク層そう
2. データリンク層そう
1. 物理ぶつり層そう
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