データグラムとは？IPネットワークにおけるパケット分割と伝送の仕組みをわかりやすく解説

データグラムは、IPネットワークでデータが分割されて送信される単位です。

一般的にパケットとも呼ばれ、ヘッダ部分に送信先や制御情報が含まれ、ペイロード部分にTCPやUDPなど上位プロトコルのデータが格納されます。

これにより効率的な通信が実現されます。

データグラムの基本と定義

データグラムとは何か

IPネットワークにおいて、データグラムはデータ伝送の基本単位となります。

1つのデータグラムは、ネットワーク上で送信される一組の情報であり、送信元から受信先へ届けられる際に、内容が細かく分割される場合もあります。

RFC791に基づく定義では、データグラムは以下の2つの部分から構成されます。

• ヘッダ：送信先情報や制御情報など、伝送に必要な管理情報を保持
• ペイロード：上位プロトコル(TCPやUDPなど)に渡す実際のデータを内包

この仕組みにより、ネットワーク上で効率的にデータが送受信される仕組みが実現されています。

パケットとの違い

一般的に「パケット」と呼ばれることが多いですが、データグラムという表現はIPネットワークにおける伝送単位を正確に示すために用いられます。

両者の主な違いは以下のとおりです。

• パケット：広い意味でのデータ伝送単位。ネットワークのプロトコルやアプリケーションにより、さまざまな種類が存在する
• データグラム：特にIPプロトコルで使用される用語であり、パケットの中でもIP規格に準拠したものを指す

このように、用語の使い分けにより、IPネットワーク内での伝送方式や構造が明確に区別されています。

データグラムの構成要素

ヘッダの役割と構造

データグラムのヘッダは、伝送を正確に行うための重要な情報が含まれる部分です。

ヘッダ内に含まれる情報は、データグラムが宛先へ適切に到達するために必要な制御や管理の役割を果たします。

送信先情報および制御情報

ヘッダに含まれる情報の中でも、特に以下の2点が重要です。

• 送信先情報：
  • IPアドレスなど、受信側のネットワーク機器を特定するための情報が含まれています。
• 制御情報：
  • データグラムの識別番号やフラグ、分割に関する情報など、受信側での再構築やエラーチェックに利用される事項が含まれます

これらの情報が正確に伝達されることで、複数のデータグラムが分割・再結合され、元のデータが正しく復元される仕組みとなっています。

ペイロードの役割

ペイロードは、実際に届けたい内容が格納されている部分です。

この部分には、上位プロトコル(TCPやUDPなど)のデータが含まれており、アプリケーションへ直接渡される情報が詰め込まれています。

上位プロトコル(TCPやUDP)との連携

ネットワーク層であるIP層は、ペイロード内のデータを上位プロトコルへと引き渡す役割を担います。

具体的には、以下の点に注意が払われています。

• ペイロード内には上位プロトコルのヘッダとデータが含まれているため、TCPやUDPといったプロトコルが正しく機能するための基盤を提供します。
• 上位プロトコルによっては、データの信頼性や到達順序を保証するための追加処理が行われるため、正確なペイロードの伝送が求められます

この連携により、ネットワーク全体でスムーズかつ正確なデータ通信が可能になります。

IPネットワークにおける伝送プロセス

分割とフラグメンテーション

大きなデータグラムが物理的な伝送路の制限によりそのまま送信できない場合、IPネットワークではデータグラムが複数に分割され、後に再構築される仕組みが採用されています。

このセクションでは、データグラムの分割とその再構築の流れについて詳しく解説します。

分割の仕組み

データグラムの分割は、以下のような手順で行われます。

• ネットワーク上の物理層またはデータリンク層で設定された最大伝送単位(MTU)を超えるデータの場合、適宜分割が必要となります。
• 分割されたそれぞれの部分は、独自のヘッダ情報を持ち、元のデータグラムに関する識別情報や分割順序が含まれます。
• 複雑な伝送環境下でも、各フラグメントが宛先に向けて送信されるため、効率的なデータ伝送が可能です

分割のメカニズムにより、大容量のデータであっても問題なく伝送が行える仕組みが整っています。

再構築の流れ

受信側では、個々に送信されたフラグメントを元のデータグラムに戻すための再構築が行われます。

再構築のプロセスは以下の通りです。

• 各フラグメントに含まれる識別情報をもとに、フラグメントの並び順を確認します。
• 全てのフラグメントが受信されたことを検出後、元のデータグラムとして再構成します。
• 再構築が正確に完了することで、上位プロトコルへとデータが渡され、通信が成立します

この流れにより、分割されたデータグラムが正確かつ効率的に復元される仕組みが確保されています。

ルーティングと伝送制御

IPネットワークでは、データグラムが効率的に目的地に届くよう、ルーティングと伝送制御のメカニズムが採用されています。

以下では、経路選択の仕組みと障害発生時の対応について解説します。

経路選択のメカニズム

ルーティングは、データグラムがどの経路を通って目的地へ向かうかを決定する重要な役割を果たします。

具体的な仕組みは以下の通りです。

• ルータは、受信したデータグラムのヘッダに含まれる宛先IPアドレスをもとに、最適な経路を計算します。
• 複数の経路が存在する場合、ネットワークの混雑状況や経路上の障害などを考慮しながら、最も適した経路を選択します。
• 経路選択の過程で、ルーティングテーブルやプロトコル(例：OSPF、BGP)が利用され、効率的なデータ伝送が実現されます

このプロセスにより、各データグラムが迅速かつ確実に宛先へ届けられます。

障害時の対応方法

ネットワーク上では、さまざまな障害が発生する可能性があるため、障害発生時の対応方法も重要となります。

以下は、障害に対する基本的な対応方法です。

• 障害の検知：ルータやスイッチが連携し、パケットの遅延や損失などを早期に検知します。
• 経路の再選択：障害が発生した場合、ルータは自動的に代替経路を探索し、データ伝送を継続できるように調整します。
• 再送制御：場合によっては、上位プロトコル(例：TCP)が再送制御を行い、失われたデータの再伝送を実施します

これにより、ネットワーク全体で障害に対して柔軟かつ迅速に対応できる体制が整えられています。

まとめ

この記事では、IPネットワークにおけるデータグラムの基礎概念と、一般的なパケットとの差異について学びました。

さらに、ヘッダとペイロードの役割、特に送信先・制御情報および上位プロトコルとの連携、データの分割・再構築の流れ、そしてルーティングや障害対応の仕組みを解説しました。

これによりネットワーク伝送の全体像を理解する助けとなります。