TCPコネクションの可視化 — 3ウェイハンドシェイク・データ転送・切断

TCPとは — 信頼性のある通信

TCP（Transmission Control Protocol）は、第4層（トランスポート層）のプロトコルで、データを確実に・順番どおり相手へ届けることを保証します。そのために、①送る前に接続を確立し、②データに通し番号を付け、③受け取ったら確認応答（ACK）を返し、④届かなければ再送する、という仕組みを持ちます。動画配信やゲームなど「多少欠けても速さ優先」の場面では、確認応答をしない軽量な UDP が使われます。

3ウェイハンドシェイク（接続の確立）

通信を始める前に、両者が「準備OK」を確認し合う手続きです。3回のやり取りで完了します。

なぜ3回なのか？ お互いが「相手にちゃんと届く（送受信できる）」ことを確認するには、最低でも「行き（①）・帰り（②）・行きの確認（③）」の3回が必要だからです。2回では、サーバーからクライアントへの経路が生きているか確認できません。

シーケンス番号とACK番号 — 確実に届ける仕掛け

TCPは送るデータの1バイトごとにシーケンス番号（通し番号）を振ります。受信側は「◯◯番まで正しく受け取った、次は△△番から」というACK番号を返します。これにより、順番の入れ替わりを直したり、欠けた部分を検知して再送させたりできます。上の可視化の seq と ack がこれです。一定時間ACKが返らないと、送信側はそのデータを再送します（タイムアウト再送）。

切断（4ウェイハンドシェイク）

接続を閉じるときは、両方向をそれぞれ閉じるため、FIN と ACK を双方向でやり取りします（計4回）。片方がFINを送っても、もう片方に送り残しがあるかもしれないので、すぐには全部閉じず、片方向ずつ閉じていくのがポイントです。最後にクライアントは、遅れて届くパケットに備えて一定時間 TIME-WAIT で待ってから完全に閉じます。

TCPの状態遷移（頻出）

接続の進行に合わせて、両者の「状態」が移り変わります。上の可視化のバッジがこれです。

基本情報技術者試験ではこう出る

「TCPとUDPの違い（信頼性 vs 高速・軽量）」「3ウェイハンドシェイクの手順（SYN→SYN/ACK→ACK）」「TCPは第何層か（→第4層）」「コネクション型（TCP）とコネクションレス型（UDP）」が定番です。フラグ（SYN・ACK・FIN）の役割や、確認応答・再送による信頼性確保のしくみも問われます。ポート番号でアプリを区別する点は IPアドレスとMACアドレスの可視化 も参考になります。

よくある質問

Q. UDPにはハンドシェイクがないの？
A. ありません。UDPは接続の確立も確認応答もせず、いきなり送りっぱなしにします。そのぶん速く・軽いので、音声・動画・オンラインゲーム・DNS などで使われます。「多少欠けても、遅れるよりマシ」な用途向けです。

Q. なぜ切断は4回で、確立は3回なの？
A. 確立では、サーバーの「同意（SYN）」と「確認（ACK）」を1つのパケットにまとめて送れるので3回で済みます。切断では、片方が終わっても相手にまだ送るデータがあるかもしれず、FINとACKを分けて送るため4回になります。

Q. 「ポートが待ち受け（LISTEN）」ってどういう状態？
A. サーバーが特定のポート番号（例：Webなら443）で「接続が来たら受ける」と待っている状態です。クライアントからのSYNが届くと、そのポートでハンドシェイクが始まります。

関連：IPアドレスとMACアドレスの可視化 ／ OSI参照モデルの可視化 ／ SSL/TLSの可視化（TCP確立の“上”で動く暗号化）／ 可視化一覧