TCPとは？3ウェイハンドシェイクと信頼性の仕組みをわかりやすく解説

今回は、ITパスポートと基本情報技術者試験でほぼ毎年出題される定番プロトコル、「TCP（Transmission Control Protocol）」の仕組みを、やさしく解説していきます。

「TCP/IPという言葉は聞くけど、TCPが何をしているのか説明できない」「3ウェイハンドシェイクの順番をすぐ忘れる」——本当にこの相談は多いです。でも、「確認を取り合う通信」というイメージさえ掴めれば、もう暗記に頼る必要はありません。3分で完了するので、サクッといきましょう。

ネットワーク全体の階層構造（TCPがどの層に居るのか）をまだ押さえていない方は、先にこちらの記事で全体像を掴んでおくと、この後の話がスッと入ってきます。

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1. TCP（Transmission Control Protocol）とは

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仕組み

TCPとは、データを確実に・正しい順序で相手に届けることを保証する、トランスポート層のプロトコルです。

ポイントは、次の3本柱で「信頼性のある通信」を実現していることです。

身近な例でいえば、書留郵便のイメージです。普通郵便はポストに投函したら終わりですが、書留は配達の記録が残り、受け取りの確認まで行われます。TCPはまさにこの「受け取り確認つきの配達」をネットワーク上で行う仕組みです。下位のIPが「宛先まで運ぶ」ことだけを担当するのに対し、TCPは確実に届いたことを保証する役割を担います。

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UDPとの違いをひとことで

TCPとよくセットで登場するのがUDPです。詳しい比較は別記事に譲りますが、ここでは一言だけ押さえておきましょう。「信頼性のTCP、速さのUDP」。UDPは確認応答も再送も行わない代わりに高速で、動画配信や音声通話などに使われます。試験ではこの分担がそのまま問われます。

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講師視点｜TCPの「信頼性」のつかみ方

僕が初学者に説明する時は以下のような伝え方をしています。

「TCP＝データを運ぶプロトコル」という誤解をする方が結構多い印象です。実際に宛先まで運ぶのはIPの仕事で、TCPは運ばれた結果を確認し、保証する係。「運ぶのはIP、保証するのはTCP」と役割を分けて理解しておきましょう。

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2. 3ウェイハンドシェイク【図解】

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コネクション確立の3ステップ

TCPは、データを送り始める前に、まず相手とコネクション（通信の合意）を確立します。この手順が試験最頻出の3ウェイハンドシェイクです。名前の通り、3回のやり取り（握手）で成立します。

ステップは次の通りです。

① SYN：クライアントがサーバーに「接続したいです」と接続要求を送る
② SYN＋ACK：サーバーが「了解です。こちらからも接続します」と、要求の受諾＋確認応答をまとめて返す
③ ACK：クライアントが「確認しました」と最後の確認応答を送る

この3往復が完了して初めて、データの送信が始まります。順番は「SYN → SYN＋ACK → ACK」。試験ではこの順序の並べ替えや、2番目が「SYNとACKの両方を兼ねる」点がよく問われます。

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講師視点｜ハンドシェイクの覚え方と誤解パターン

僕が初学者に説明する時は以下のような伝え方をしています。

「3ウェイハンドシェイク＝2往復（SYN→ACK）で終わり」と覚えてしまう方が結構多い印象です。TCPは双方向の通信路を作るため、サーバー側からの接続確認（②のSYN部分）にもクライアントの応答（③のACK）が必要になります。だから3回、と理屈で押さえておくと番号を忘れなくなりますよ。

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3. シーケンス番号とACK・再送制御

コネクション確立後のデータ送信では、TCPはすべてのデータにシーケンス番号（通し番号）を付けて送ります。受け取った側は「ここまで受け取りました」という確認応答（ACK）を返します。

この番号があるおかげで、受信側はデータの抜けや順序の入れ替わりを検出できます。ネットワークの途中でパケットが失われても、送信側は「一定時間ACKが返ってこない」ことでそれを察知し、タイムアウト後に同じデータを再送します。

なお、通信エラーそのものを「通知」する役割は、ネットワーク層のICMPが担当しています。TCPの再送はあくまで「ACKが返らないから送り直す」という自己完結の仕組みで、ICMPのエラー通知とは別物です。混同しやすいポイントなので、区別して覚えておきましょう。

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4. コネクションの切断（4ウェイハンドシェイク）

通信が終わったら、コネクションは4回のやり取りで丁寧に閉じられます。

確立は3回なのに切断が4回なのは、お互いの送信終了タイミングが別々だからです。片方が話し終えても、もう片方はまだ送信中かもしれない。だから「自分の終了宣言＋相手の了解」を双方が1セットずつ行い、合計4回になります。試験では「確立＝3ウェイ、切断＝4ウェイ」の対比で覚えておけば十分です。

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5. ポート番号の役割

TCPを語る上で欠かせないのがポート番号です。IPアドレスが「建物の住所」だとすれば、ポート番号は「部屋番号」。同じコンピュータの中で動いている複数のアプリケーション（Webサーバー・メールサーバーなど）のうち、どれ宛のデータかを識別します。

特に、よく使われるサービスにはウェルノウンポート（0〜1023番）としてあらかじめ番号が割り当てられています。代表例は、HTTP＝80番、HTTPS＝443番、SMTP（メール送信）＝25番など。試験でも「443番はどのプロトコルか」といった形で問われる定番知識です。

ちなみに「住所」側にあたるIPアドレスとMACアドレスの関係は、こちらの記事で整理しています。

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6. 試験対策｜練習問題で確認しよう

以下は、IPA過去問の傾向を踏まえて作成したオリジナルの練習問題です(IPA公式の過去問そのものではありません)。本番形式に慣れるための練習として活用してください。実際の過去問はIPA公式サイトで公開されています。

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練習問題①（ITパスポートレベル）

（問題） 通信の開始前にコネクションを確立し、確認応答と再送によって信頼性の高いデータ転送を実現するプロトコルはどれか。

ア．UDP
イ．IP
ウ．TCP
エ．ICMP

👉 正解：ウ（TCP）

解説：「コネクション」「確認応答」「再送」「信頼性」がキーワード。UDP（ア）はコネクションを確立せず再送も行わない高速重視のプロトコル、IP（イ）はパケットを宛先まで運ぶ経路制御が役割、ICMP（エ）は通信エラーの通知や到達確認が役割なので、確認応答と再送で信頼性を保証するTCPが正解です。

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練習問題②（基本情報レベル）

（問題） TCPのコネクション確立（3ウェイハンドシェイク）において、クライアントとサーバー間で交換されるパケットの順序として適切なものはどれか。

ア．SYN → ACK → FIN
イ．SYN＋ACK → SYN → ACK
ウ．ACK → SYN＋ACK → SYN
エ．SYN → SYN＋ACK → ACK

👉 正解：エ（SYN → SYN＋ACK → ACK）

解説：「クライアントの接続要求（SYN）→サーバーの受諾＋確認応答（SYN＋ACK）→クライアントの確認応答（ACK）」の3往復がコネクション確立の定義そのもの。FIN（ア）はコネクション切断で使うパケットなので、確立の手順に登場する時点で誤りと判断できます。

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練習問題③（混同しやすいポイント）

（問題） 次のうち、TCPの説明として最も適切なものはどれか。

ア．コネクションを確立せず、確認応答を行わないため高速だが、データの到達は保証しない
イ．IPアドレスを基にパケットを宛先のネットワークまで届ける経路制御を行う
ウ．シーケンス番号と確認応答を用い、データの到達と順序を保証しながら転送する
エ．通信エラーの通知や、宛先への到達可能性の確認を行う

👉 正解：ウ

解説：アはUDP、イはIP、エはICMPの説明です。「シーケンス番号」「確認応答（ACK）」という表現を見たら、TCPと判断できればOKです。

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7. 実務ではどう使われている?

試験対策だけでなく、TCPは現場のあらゆる通信の土台になっています。

普段見ているWebページ（HTTP/HTTPS）も、メールの送受信（SMTP/POP3）も、ファイル転送（FTP）も、すべてTCPの上で動いています。「Webが表示される＝裏で3ウェイハンドシェイクが完了している」と考えると、毎日何百回もTCPのお世話になっていることが分かります。

クラウド時代になっても考え方は変わりません。AWSやAzureのロードバランサーはTCPのコネクション単位で通信を振り分けますし、サーバーの死活監視（ヘルスチェック）にもTCPの接続確認が使われています。障害調査で「コネクションが確立できているか」を最初に確認するのは、現場の定番手順です。

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8. まとめ｜一言で覚えるポイント

ITパスポートや基本情報の試験では、「確認応答・再送・コネクション」というキーワードとTCPを結びつけられれば確実に1点取れる「サービス問題」です。応用情報以上を目指す方は、ウィンドウ制御（まとめ送りで効率化する仕組み）や輻輳制御まで押さえておくと万全です。

それではまた！