TCPコネクション(ティーシーピーコネクション)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

「TCPコネクション」は、インターネット上でアプリケーション同士が信頼性の高いデータ通信を行うための、論理的な接続を指す。TCP（Transmission Control Protocol）は、インターネットプロトコルスイートのトランスポート層に位置し、データが確実に、そして正しい順序で相手に届くことを保証する重要な役割を担う。ウェブサイトの閲覧（HTTP）、ファイルのダウンロード（FTP）、セキュアなリモート接続（SSH）など、私たちが日常的に利用する数多くのインターネットサービスは、このTCPコネクションの上に構築されている。

TCPは「コネクション指向型プロトコル」と呼ばれる。これは、実際にデータが送受信される前に、通信を行う両者間で事前に接続を確立し、通信が終了した際には明示的に接続を切断するという手順を踏むことを意味する。この確立された論理的なパスを通じてのみデータがやり取りされるため、通信の信頼性と安定性が保証される。例えば、IP（Internet Protocol）だけではデータパケットが途中で失われたり、順序が入れ替わったりする可能性があるが、TCPコネクションはこれらの潜在的な問題を解決し、アプリケーション層に対して、あたかも専用の安定した通信路があるかのようにデータフローを提供する。

詳細に説明すると、TCPコネクションの確立は「スリーウェイハンドシェイク（Three-way Handshake）」と呼ばれる3段階のプロセスで行われる。まず、通信を開始したい側（一般的にはクライアント）が、相手側（サーバー）に対して接続要求を示す「SYN（Synchronize）」パケットを送信する。このパケットには、自身の初期シーケンス番号（データの順序を管理するための番号）が含まれている。次に、サーバーはクライアントからのSYNパケットを受信すると、それに対する「ACK（Acknowledgement）」と、自身の初期シーケンス番号を含む「SYN」を組み合わせた「SYN-ACK」パケットをクライアントに返信する。このSYN-ACKは、クライアントの接続要求を承諾し、サーバー側も通信を開始する準備ができたことを示す。最後に、クライアントはサーバーからのSYN-ACKを受信すると、サーバーのSYNに対する「ACK」パケットを送信し、これをもってTCPコネクションが正式に確立される。この3回のパケット交換により、両者間でシーケンス番号の初期値が同期され、互いにデータの送受信が可能になる状態となる。

コネクションが確立されると、アプリケーションはデータをTCPに渡す。TCPはそのデータを「セグメント」と呼ばれる単位に分割し、各セグメントにシーケンス番号を付与して送信する。受信側はセグメントを受け取ると、そのシーケンス番号を基にデータの順序を正しく並べ替える。また、受信したセグメントに対して、次に期待するシーケンス番号を示す「ACK」パケットを送信元に返すことで、データの受信を確認する。もし送信元が一定時間内にACKを受信できなかった場合（タイムアウト）、送信元は該当のセグメントが失われたと判断し、それを再送する。この肯定応答（ACK）とタイムアウトによる再送メカニズムが、TCPが提供する「信頼性」の根幹をなしている。さらに、TCPは「フロー制御」も行う。これは、受信側が処理できるデータ量を超えて送信側がデータを送りつけないようにする仕組みで、受信ウィンドウサイズという情報を用いて、送信側が一度に送信できる未確認データの量を制限する。これにより、受信側のバッファオーバーフローを防ぎ、効率的なデータ転送を実現する。また、「輻輳制御」と呼ばれる機能も持ち、ネットワーク全体の混雑状況を推定しながらデータ送信速度を調整することで、ネットワークの負荷を軽減し、安定した通信環境の維持に貢献する。

データ転送が完了し、通信を終了する際には、「フォーウェイハンドシェイク（Four-way Handshake）」と呼ばれる4段階のプロセスが用いられる。通信を終了したい側（どちらからでも開始可能）が、相手側に対して終了要求を示す「FIN（Finish）」パケットを送信する。相手側はこのFINを受信すると、それに対する「ACK」を返信する。この時点で、片方向のデータ転送パスは閉じられる。しかし、まだ相手側から未送信のデータがある可能性もあるため、相手側が残りのデータを送信し終え、自身の終了準備ができたところで、自身の「FIN」パケットを送信する。最後に、最初の終了要求を出した側が、相手からのFINを受信したことに対する「ACK」を返信し、これをもってTCPコネクションは完全に切断される。この段階的な切断により、双方向のデータ転送が安全に終了することが保証される。切断後の一定期間（通常は数分）、コネクションは「TIME_WAIT」状態となる。これは、ネットワーク上に遅れて届く可能性のあるパケットが、新しいコネクションに誤って属することを防ぐため、また、相手側が最後のACKを受信できなかった場合の再送に対応するためである。

このように、TCPコネクションは、コネクションの確立、信頼性の高いデータ転送、そして確実なコネクションの終了という一連の複雑なプロセスを通じて、アプリケーションに対して堅牢で安定した通信基盤を提供する。これらの機能は、パケットの損失、順序の乱れ、重複、ネットワークの混雑といった、インターネットが持つ様々な不確実性からアプリケーションを保護し、私たちが快適にインターネットを利用できる環境を構築している。一方で、これらの信頼性保証の仕組みは、コネクション確立・終了のオーバーヘッドや、状態管理のためのリソース消費を伴うため、リアルタイム性や低遅延が最優先される一部のアプリケーション（例えば、オンラインゲームの音声チャットや動画ストリーミングの一部）では、TCPではなくUDP（User Datagram Protocol）が選択されることもある。しかし、ほとんどのデータ通信においては、TCPコネクションが提供する信頼性と安定性が不可欠であり、現代のネットワーク通信の基盤として広く利用されている。