QUIC(クイック)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

QUICとは、HTTP/3の基盤として設計された、比較的新しいトランスポート層プロトコルである。Webアプリケーションの性能と信頼性を向上させることを目的として、Googleによって開発され、IETF（Internet Engineering Task Force）によって標準化が進められている。従来のWeb通信の主流であったTCPをベースにしたプロトコルが抱えるいくつかの課題を解決するために考案された。

QUICの最も重要な特徴の一つは、その基盤がTCPではなくUDPである点だ。TCPは信頼性や順序保証、輻輳制御といった機能をOSのカーネルレベルで提供するが、その固定的な動作が時には性能のボトルネックとなることがあった。OSの更新なしにはプロトコルを改善しにくく、また、インターネットの進化に対応しづらい側面もあった。そこでQUICは、UDPの持つ軽量性と柔軟性を利用し、TCPが提供する信頼性や順序保証、輻輳制御といった機能をアプリケーション層に近い場所で独自に実装している。これにより、OSの制約を受けずに、より高速で効率的な通信プロトコルを開発・改善できるようになった。

QUICが解決しようとするTCPの主要な課題の一つに「ヘッドオブラインブロッキング」（HOLブロッキング）がある。TCPでは、一つのコネクション内で送信されるパケットのどれか一つが失われた場合、その失われたパケットが再送され、正しく受信されるまで、後続の全てのデータがアプリケーション層に渡されない。これは、例えばWebページ内で複数の異なるコンテンツ（画像、スクリプト、CSSファイルなど）を同時にダウンロードしている場合でも、一つのコンテンツに関連するパケットロスが、他の全てのコンテンツの受信を停止させてしまうことを意味する。QUICはこの問題を解決するために「ストリーム」という概念を導入している。QUICでは、一つのコネクション内で複数の独立したストリームを確立でき、それぞれのストリームは独立してデータを送受信する。もしあるストリームでパケットロスが発生しても、そのストリーム内でのみデータのブロックが発生し、他のストリームの通信には影響を与えない。これにより、Webページの読み込みがよりスムーズになり、ユーザーエクスペリエンスが向上する。

次に、QUICはコネクションの確立を高速化する。従来のTCPとTLS（Transport Layer Security）を組み合わせた通信では、まずTCPのハンドシェイク（3ウェイハンドシェイク）で2回のパケット往復（1-RTT）が必要となり、その後TLSのハンドシェイクでさらに2回（TLS 1.2の場合）または1回（TLS 1.3の場合）のパケット往復が必要だった。つまり、データを送るまでに最低でも2回から4回のパケット往復が発生し、これが通信開始までの遅延となっていた。QUICは、TLS 1.3をプロトコル設計に深く統合することで、コネクション確立のプロセスを大幅に簡略化している。初回接続時でも1回のパケット往復（1-RTT）でコネクションの確立と暗号化のネゴシエーションを同時に完了させ、データを送信できる。さらに、一度接続したサーバーへの再接続時には、以前のセッション情報を用いることで、パケット往復なし（0-RTT）でデータを送信開始することが可能となる。これは、ユーザーがWebサイトを再訪する際に特に大きな効果を発揮し、体感的な速度向上に貢献する。

また、QUICはコネクションの移行（Connection Migration）にも対応している。従来のTCPでは、通信中にクライアントのIPアドレスやポート番号が変更されると、既存のコネクションは切断されてしまい、通信を継続するには新しいコネクションを再確立する必要があった。これは、例えばWi-Fiから携帯電話のデータ通信に切り替えた際や、ネットワークインターフェースが一時的にダウンした場合などに、Webページが再読み込みされたり、ストリーミング動画が途切れたりする原因となっていた。QUICでは、コネクションを識別するために、IPアドレスやポート番号に依存しない「コネクションID」を使用する。これにより、クライアントのIPアドレスやポート番号が変化しても、同じコネクションIDを使い続けることで通信を中断することなく継続できる。この機能は、特にモバイル環境でのユーザー体験を大きく改善する。

セキュリティ面においても、QUICは高いレベルで設計されている。TLS 1.3をベースとしているため、すべてのQUICコネクションはデフォルトで暗号化される。これにより、通信内容の盗聴や改ざんを防ぐことができる。さらに、QUICは多くのプロトコルヘッダ情報自体も暗号化する。これは、ネットワーク中間機器がヘッダ情報を読み取り、プロトコルの動作を妨害したり、意図しない挙動を引き起こしたりするのを防ぐ効果がある。これにより、プロトコルの進化が中間機器の影響を受けにくくなり、将来的な改善がより容易になるという利点も持ち合わせている。

これらの革新的な特徴を持つQUICは、次世代のWebプロトコルであるHTTP/3の基盤として採用されている。HTTP/3は、QUICの持つ高速なハンドシェイク、ヘッドオブラインブロッキングの解消、コネクション移行といったメリットを最大限に活用することで、現代の多様なネットワーク環境において、より高速で安定したWeb体験を提供することを目指している。システムエンジニアを目指す上で、QUICは今後のインターネット通信において非常に重要な役割を担うプロトコルであり、その仕組みと利点を理解することは、高性能なWebサービスやアプリケーションを構築するために不可欠となるだろう。