トップ 10 プロトコルデータユニットとは何か総合ガイド

製品カテゴリ

PDU Basic または Metered の選択 2025 年の内訳

保護された配電システムを導入する際に避けるべき間違いトップ 10

プロトコルデータユニット (PDU) は、ネットワークプロトコルスタックの層間で交換されるデータの基本単位を表します。この構造化された情報ブロックは制御データとユーザーデータの両方を伝送し、シームレスな通信を可能にします。ネットワークデバイスはこれらのデータユニットを処理して、情報が目的の宛先に確実に到達するようにします。たとえば、 SMFの40g QSFP+ LR4 10kmトランシーバーこれらのデータユニットを高速に処理します。この概念を理解することは、ネットワークの運用を理解する上で非常に重要です。配電においても、 19インチのインドスタイルは重要なインフラストラクチャを提供し、さまざまな文脈におけるこの用語の重要性を示しています。

キーテイクアウト

プロトコルデータユニット (PDU) は、データの基本単位。ネットワーク層間を移動します。

各ネットワーク層には独自の PDU タイプがあります。例には、ビット、フレーム、パケット、セグメントが含まれます。

カプセル化によりデータに情報が追加されます。これは、データがネットワーク層を下位に移動するときに発生します。

カプセル化を解除すると、データから情報が削除されます。これは、データがネットワーク層を上に移動するときに発生します。

PDUヘッダー重要な制御の詳細が含まれています。これらには、送信元アドレスと宛先アドレスが含まれます。

PDU はデータ内のエラーを見つけるのに役立ちます。また、データが正しい順序で到着することも保証します。

PDU サイズはネットワーク速度に影響します。大きな PDU は小さな部分に分割できます。

PDU はすべてのネットワーク通信に不可欠です。これらは、さまざまなデバイスが相互に通信するのに役立ちます。

1. PDUの本質を理解する

PDUとは何ですか?

ネットワーキングにおけるデータ単位

プロトコルデータユニット (PDU) は、通信エンティティ間で交換されるデータの基本単位を表します。これらのエンティティは特定の条件に準拠しています。ネットワーキングプロトコル。ネットワーク専門家は、多層プロトコルスタックを操作し、プロトコルの相互作用を管理する場合、これらのユニットが重要であると考えています。ネットワークプロトコル、特に OSI モデルや TCP/IP モデルなどの階層化された参照モデル内で開発されたプロトコルは、独自のデータ交換単位を定義します。たとえば、IP パケットはインターネットプロトコルの PDU として機能し、ネットワーク層で IP アドレスによって識別されるホスト間の対話を容易にします。

PDU 形成におけるプロトコルの役割

プロトコルは各 PDU の構造と内容を決定します。これらにより、すべてのネットワークデバイスがデータを正しく解釈できるようになります。通常、PDU は 3 つの主要な部分で構成されます:

プロトコルヘッダー: この一連のフィールドには、PDU に関する特定のデータが含まれています。多くの場合、宛先アドレスと送信元アドレスが含まれます。ヘッダーの長さは、プロトコルに応じて固定または可変にすることができます。

ペイロード: これはプロトコル本体とも呼ばれ、プロトコルが送信する実際の情報です。

プロトコルトレーラー: PDU のペイロードの後に追加されるビットのシーケンス。データリンク層プロトコルは通常、トレーラーを使用します。たとえば、イーサネットは、トレーラーとして巡回冗長検査値を含む 4 オクテット、32 ビットのフィールドを使用します。

データコンテナとしてのPDU

PDU カプセル化プロセス

プロトコルデータユニットは、カプセル化中にデータコンテナとして機能します。この系統的な変換は各ネットワーク層で発生します。カプセル化中、下位プロトコル層は上位層からのサービスデータユニット (SDU) をペイロードとして処理します。その機能を実行するために、下位層は特定のデータを追加します。これには、SDU へのポート番号、ネットワークアドレス、データタイプ識別子、およびエラーチェック情報が含まれます。元の SDU と追加された制御情報のこの組み合わせは、その特定の層の PDU を構成します。これにより、PDU が元のデータとレイヤーの操作詳細の両方のコンテナーとなるのが効果的です。このプロセスには以下が含まれます:

アプリケーションデータ: 元のデータはアプリケーションからのものです。

トランスポート層: TCP/UDP ヘッダーをアプリケーションデータに追加し、 セグメント/データグラム (トランスポート PDU)。

ネットワーク層: IP ヘッダーをセグメント/データグラムに追加し、 パケット (ネットワーク PDU)。

データリンク層: イーサネット/Wi-Fi ヘッダーとトレーラーをパケットに追加して、 フレーム (データリンク PDU)。

物理層: フレームをビット (物理 PDU) に変換して送信します。
各層は、上の層から受信したデータに独自の制御情報 (ヘッダー、場合によってはトレーラー) を追加します。これにより、受信側の対応する層がデータを正しく処理できるようになります。データをレイヤー固有の情報でラップすることにより、各レイヤーが独立してその機能を実行できるようになります。

PDUのカプセル化解除プロセス

カプセル化解除はカプセル化の逆です。 PDU が受信デバイス上のプロトコルスタックを上に移動すると、各層はその特定のヘッダーとトレーラーを削除します。次に、残りのデータを上の層に渡します。このプロセスは、アプリケーション層が元のデータを受信するまで続きます。これにより、アプリケーションは意図したとおりに情報を処理できるようになります。

2. OSI モデル層全体の PDU

Open Systems Interconnection (OSI) モデルは、ネットワーク通信を理解するための概念的なフレームワークを提供します。このモデル内の各層は、プロトコルデータユニットと呼ばれる特定の形式でデータを処理します。これらの PDU は、データが層間を移動するにつれて形式が変化します。

物理層 PDU: ビット

PDUとしてのビット

OSI モデルの最下層である物理層では、プロトコルデータユニットは単に少し。ビットは、コンピューティングにおける最も基本的な情報単位である 2 進数 (0 または 1) を表します。この層は、通信媒体を介した生のビットストリームの物理的な送信に関係します。これらのビットの意味は解釈されません。それらを送信するだけです。

電気信号と PDU の送信

物理層は、これらのビットを電気信号、光信号、または無線信号に変換します。これらの信号は、銅線ケーブル、光ファイバー、無線電波などのネットワーク媒体を通過します。たとえば、イーサネットケーブル上の電圧変化は「1」を表し、電圧がない場合は「0」を表す場合があります。物理層は、これらの生信号をあるデバイスから別のデバイスへ確実に送信することを保証します。

データリンク層 PDU: フレーム

PDU フレームについて

データリンク層は物理層から生のビットを取得し、それらを次のように編成します。 フレーム。フレームは、この層でプロトコルデータユニットとして機能します。フレームはビットストリームに構造を追加し、ローカルネットワークセグメント内でのエラー検出とフロー制御を可能にします。

フレームの主なコンポーネントには次のものがあります。:

ヘッダ: これには、送信元および宛先の MAC アドレス、フレームタイプ、および制御フィールドが含まれます。

ペイロード: これは、上位層から実際のデータを運びます。

トレーラー: これには、エラー検出のためのフレームチェックシーケンス (FCS) が含まれます。

開始区切り文字と終了区切り文字: 特定のビットパターンはフレームの始まりと終わりをマークします。これらの区切り文字は、受信デバイスがフレーム境界を識別するのに役立ちます。

ヘッダーとトレーラーは、データフレームの明確な開始と終了を定義します。これにより、受信機はフレーム境界を識別し、異なるフレームを区別できるようになります。特定の構文と構造により、データ受信者はフレームの開始位置と終了位置を識別できます。

MAC アドレスと PDU アドレス指定

フレームは、ローカルネットワーク内のアドレス指定にメディアアクセスコントロール (MAC) アドレスを使用します。各ネットワークインターフェイスカード (NIC) には一意の MAC アドレスがあります。データリンク層はこれらのアドレスを使用して、フレームがローカルセグメント上の正しいデバイスに確実に到達するようにします。

ネットワーク層 PDU: パケット

PDUパケットの定義

ネットワーク層 (層 3) では、プロトコルデータユニットは「パケット」と呼ばれます。これらのパケットは送信を目的としたデータをカプセル化し、ヘッダーとフッターの情報を含みます。たとえば、IPv4 プロトコルは、配信に不可欠な送信元アドレス、宛先アドレス、プロトコルタイプ、生存時間 (TTL) などの重要な詳細を含む IPv4 ヘッダーを追加します。パケットのサイズがネットワークセグメントの最大送信単位 (MTU) を超える場合、ネットワーク層はパケットをより小さな部分に断片化します。次に、識別と順序付けのために各フラグメントにヘッダーを追加します。宛先でフラグメントを元のパケットに再構築し、さまざまな機能を持つネットワーク全体でデータの整合性を確保します。

PDUルーティングのためのIPアドレス指定

ルーターはルーティングテーブルを利用してパケットの転送を決定します。これらのテーブルには、さまざまなネットワークへのさまざまなパスに関する情報が保存されます。転送の決定はパケットヘッダー内にある宛先 IP アドレスに基づいて行われ、パケットが目的の宛先に効率的に移動するようにします。ルーティングは、あるデバイスから別のデバイスにパケットを移動するネットワーク層のプロセスです。ネットワーク層は、送信元から宛先までの複数の利用可能なパスの中から最適なルートを識別する戦略を採用します。さまざまなルーティングプロトコルによりルーター間の調整が容易になり、ネットワーク全体で通信を確立できるようになります。

トランスポート層 PDU: セグメントとデータグラム

PDUセグメントとデータグラム

トランスポート層はネットワーク層の上に位置し、アプリケーション間のエンドツーエンド通信を処理します。この層では、プロトコルデータユニットは 2 つの主要な形式を取ります: セグメント TCP (伝送制御プロトコル) および データグラム UDP (ユーザーデータグラムプロトコル) の場合。 TCP セグメントは、信頼性の高い接続指向の通信を提供し、データ配信、順序付け、エラーチェックを保証します。逆に、UDP データグラムは、保証された配信よりも速度を優先し、コネクションレスで高速なサービスを提供します。セグメントとデータグラムは両方とも、上位層からのデータをカプセル化し、特定の機能に不可欠な情報を含むそれぞれのヘッダーを追加します。

PDU配信用のポート番号

ポート番号は、トランスポート層の機能において重要な役割を果たします。これらは、ホスト上で実行されている特定のアプリケーションまたはサービスを識別します。セグメントまたはデータグラムが宛先デバイスに到着すると、トランスポート層はヘッダー内のポート番号を使用してデータを正しいアプリケーションに送ります。たとえば、Web トラフィックでは通常、ポート 80 (HTTP) または 443 (HTTPS) が使用されますが、電子メールではポート 25 (SMTP) が使用される場合があります。このメカニズムにより、データが誤って送信されることなく、単一デバイス上の複数のアプリケーションがネットワーク上で同時に通信できるようになります。

上位層 PDU: データ

PDUとしてのデータ

OSI モデルの上位層 (セッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層) では、プロトコルデータユニットは単に「プロトコルデータユニット」と呼ばれます。 データ。これらの層は、ネットワーク伝送の詳細ではなく、アプリケーション固有の機能に焦点を当てています。ユーザーが操作する実際のコンテンツを処理します。これらの層における「データ」という用語は、アプリケーションが生成、フォーマット、または管理する生の情報または処理されたコンテンツを意味します。

PDU内のアプリケーションデータ

上位層の pdu としてのアプリケーションデータの構造には、一連の処理が含まれます。:

アプリケーションレイヤー: アプリケーションがデータを作成します。これは、ユーザーインタラクションが開始され、送信用の初期情報が生成される層です。

プレゼンテーションレイヤー: データはフォーマットされ、暗号化されます。この層は、受信アプリケーションが理解できる形式でデータが提示されることを保証し、データ圧縮や暗号化などのタスクを処理します。

セッションレイヤー: 接続が確立され、管理されます。この層は、アプリケーション間の対話を制御し、通信セッションのセットアップ、管理、終了を行います。

次の表は、これらの上位層の PDU をまとめたものです。:

層	プロトコルデータユニット
アプリケーションレイヤー	データ
プレゼンテーションレイヤー	データ
セッションレイヤー	データ

これらの層は連携して、下位層の送信用にアプリケーションの情報を準備し、受信した情報を理解可能な形式で正しいアプリケーションに配信します。

3. TCP/IP モデルの PDU

インターネット通信の基本フレームワークである TCP/IP モデルも、特定のプロトコルデータユニット (PDU) 各層で。このモデルは、OSI モデルを 4 つの異なる層に単純化し、それぞれが独自の役割とデータ形式を持ちます。

ネットワークアクセス層PDU

PDUとしてのフレームとビット

TCP/IP モデルのネットワークアクセス層は、OSI モデルの物理層とデータリンク層の機能を組み合わせたものです。この重要な層では、データは 2 つの主要な形式を取ります。データリンクサブレイヤでは、データはフレームとして存在します。これらのフレームはネットワーク層パケットをカプセル化し、ローカル配信用の MAC アドレスを追加します。その後、物理サブレイヤーでは、データはビットとして存在します。これらのビットは、物理メディア経由で送信される生のバイナリデータを表します。この層は、物理送信用のデータを準備し、生データの受信を処理します。

PDU のハードウェアアドレス指定

ハードウェアアドレス指定は、ネットワークアクセス層の基本です。デバイスはメディアアクセスコントロール (MAC) アドレスを使用して、ローカルネットワークセグメント内で相互に識別します。各ネットワークインターフェイスカード (NIC) は、一意の MAC アドレスを持っています。このアドレスにより、フレームがローカルネットワーク上の正しい宛先デバイスに確実に到達します。ネットワークアクセス層は、物理ネットワークメディアへのアクセスを管理し、衝突を防止し、秩序あるデータフローを確保します。

インターネット層 PDU

PDUとしてのIPデータグラム

インターネット層はネットワーク層または IP 層としても知られ、ネットワーク全体でパケットを受信および配信する役割を果たします。インターネットプロトコル (IP) は、この層のプライマリプロトコルとして機能します。この層のメインのプロトコルデータユニットは、 データグラム。 IP アドレス指定は、IPv4 と IPv6 の両方を含むアドレス指定システムの規則を定義します。また、受信システムの IP アドレスに基づいて、パケットが宛先に到達するまでにたどるルートも決定します。インターネット層はパケットをデータグラムと呼ばれる単位に組み立てます。また、フラグメンテーションも処理し、必要に応じて大きなパケットを小さなフラグメントに分割し、受信側でパケットを再構築します。

PDUのルーティング情報

インターネット層は、複数のネットワークを介してパケットを最終宛先に送信します。インターネットプロトコル (IP) は、インターネット上でデータパケットをルーティングするための IP アドレスを定義します。この層のルーターは、データグラムヘッダー内の宛先 IP アドレスを使用して転送を決定します。彼らはルーティングテーブルを参照して、データグラムが目的の受信者に到達するための最も効率的なパスを決定します。このプロセスにより、グローバルな接続と、多様なネットワークにわたる効率的なデータ配信が保証されます。

トランスポート層 PDU

PDUとしてのTCPセグメント

TCP/IP モデルのトランスポート層は、アプリケーションにエンドツーエンドの通信サービスを提供します。信頼性の高い接続指向の通信を実現するために、プロトコルデータユニットは TCP セグメントです。 TCP セグメントは、データ配信、順序付け、およびエラーチェックを保証します。接続を確立し、データを送信し、その後接続を終了します。この信頼性により、TCP は Web ブラウジングや電子メールなどのアプリケーションに適しています。

PDU としての UDP データグラム

逆に、コネクションレスで高速な通信の場合、プロトコルデータユニットは UDP データグラムです。 UDP データグラムは、保証された配信よりも速度を優先します。接続を確立したり、配信を保証したりするものではありません。このため、UDP は、ストリーミングビデオ、オンラインゲーム、DNS ルックアップなど、速度が重要である程度のデータ損失が許容されるアプリケーションに最適です。

アプリケーション層 PDU

PDU としてのアプリケーションデータユニット

TCP/IP モデルの最上位層であるアプリケーション層では、プロトコルデータユニットは次のようになります。 データ。この層はソフトウェアアプリケーションと直接対話します。エンドユーザーアプリケーションにネットワークサービスを提供します。ユーザーは、Web ブラウザ、電子メールクライアント、ファイル転送プログラムなどのアプリケーションとの対話を通じてこのデータを生成します。アプリケーション層は、このデータをネットワーク経由で送信できるように準備します。また、下位層からデータを受信し、それを適切なアプリケーションに提示します。この「データ」は、ユーザーが送信または受信したい実際の情報を表します。これには、下位層からのネットワーク固有のヘッダーやトレーラーは含まれません。

プロトコル固有の PDU データ

アプリケーション層における PDU の一般的な用語は「データ」ですが、特定のアプリケーションプロトコルは独自の固有の PDU 形式を定義します。これらの形式は、アプリケーションがメッセージを構造化する方法を決定します。たとえば、ハイパーテキスト転送プロトコル (HTTP) は、要求と応答を PDU として使用します。 Web ブラウザは HTTP GET リクエストを Web サーバーに送信します。次に、サーバーは、要求された Web ページを含む HTTP 応答を送信します。同様に、ファイル転送プロトコル (FTP) は、ファイル転送のコマンドと応答を定義します。 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) は、電子メールの送信に特定のコマンドとデータ構造を使用します。各アプリケーションプロトコルには、交換するデータをフォーマットするための独自のルールセットがあります。これらのルールにより、通信するアプリケーションが確実に相互に理解できるようになります。この層は、アプリケーション間の通信の詳細を処理します。これにより、さまざまなアプリケーションがネットワーク上でシームレスに対話できるようになります。

4. PDUの構造

毎プロトコルデータユニット (PDU) は特定の構造に従い、ネットワークデバイスが伝送するデータを処理して理解できるようにします。この構造には通常、ヘッダー、ペイロード、場合によってはトレーラーが含まれます。各部分は、ネットワーク全体で効率的かつ信頼性の高いデータ送信を保証するという明確な目的を果たします。

PDUヘッダーコンポーネント

ヘッダーは PDU の最初の部分です。これには、ネットワーク経由でデータを導く重要な制御情報が含まれています。

PDUヘッダーの制御情報

PDU ヘッダーには、PDU のタイプ、長さ、さまざまなフラグなどの制御情報が含まれています。これらのフィールドは、デバイスがデータを正しく解釈するのに役立ちます。たとえば、バージョンフィールドは、IP ヘッダーのようにヘッダーの先頭に表示され、後続のバイトの形式を決定することがよくあります。ヘッダーには、送信元 IP アドレスの 32 ビットワード、チェックサムの 16 ビットハーフワード、生存時間値の 8 ビットバイトなどの順序型も含まれます。一部のヘッダーには、IPv4 のバージョンやフラグなど、8 ビットの倍数ではないサイズのフィールドであるビットフィールドも含まれています。

PDUヘッダーの送信元と宛先

重要なのは、ヘッダーには送信元アドレスと宛先アドレスも指定されていることです。これらのアドレスは、データの送信元と送信先をネットワークに伝えます。ネットワーク層に応じて、これらはローカルネットワーク通信用の MAC アドレス、またはインターネット経由のルーティング用の IP アドレスになる可能性があります。

PDU ペイロードの内容

PDU のペイロードセクションには、送信される実際のデータが含まれます。これは、送信者が受信者に配信したい核となる情報です。

PDUペイロード内の実際のデータ

ペイロードには、通信エンドポイントによって送信された送信データが含まれます。これには、Web コンテンツのリクエストなど、エンドユーザーが発行したコマンドが含まれる場合があります。また、ユーザーの要求に応じてサーバーによって送信されるデータも伝送します。基本的に、ペイロードには、ユーザーまたはデバイスが IP パケットまたはその他の PDU 内で送信したいデータが保持されます。

ペイロード内のカプセル化された PDU

多くの場合、PDU のペイロードは上位層からの別の PDU です。カプセル化として知られるこのプロセスにより、さまざまなネットワーク層が元のデータを保存しながら独自の制御情報を追加できるようになります。たとえば、IP パケットのペイロードには TCP セグメントが含まれている場合があり、これによりアプリケーションデータが伝送されます。

PDU トレーラーの要素

すべての PDU にトレーラーが含まれているわけではありませんが、トレーラーが存在する場合は、通常、データユニットの最後に表示されます。トレーラーは主にエラー検出に役立ちます。

PDU トレーラーでのエラーチェック

多くの場合、トレーラーにはエラー検出メカニズムが含まれています。これにより、送信エラーが防止され、問題を迅速に特定して修正できるようになります。一部のトレーラーには、必要に応じてパディングバイトも含まれており、PDU に固定長を提供し、LLC PDU の終わりをマークします。

PDUのフレームチェックシーケンス

トレーラーの共通要素はフレームチェックシーケンス (FCS) です。 FCS は、PDU のデータに対して実行される数学的計算です。受信デバイスも同じ計算を実行します。結果が一致する場合、データは破損せずに到着しています。それらが一致しない場合、受信側は送信中にエラーが発生したことを認識します。

5. PDU のカプセル化とカプセル化解除のプロセス

ネットワーク通信は、カプセル化とカプセル化解除という 2 つの基本プロセスに依存します。これらのプロセスにより、データがさまざまなネットワーク層を正しく移動し、そのままの状態で宛先に到着することが保証されます。カプセル化ではデータの送信準備が行われ、カプセル化解除では到着時にデータが解凍されます。

PDU データはスタックを下流に流れます

データはアプリケーション層で移動を開始し、ネットワークスタックを通って下方に移動します。各層は、独自の制御情報を追加して特定の機能を実行します。

PDU へのヘッダーの追加

データがプロトコルスタックを下位に移動すると、各層は上の層からプロトコルデータユニット (PDU) を取得し、独自のヘッダー情報を追加します。このプロセスはアプリケーション層で始まります。ユーザーが通信を開始すると、アプリケーションプロトコルが適切なトランスポート層プロトコルで処理できるようにパケットをフォーマットします。トランスポート層で、データのカプセル化が始まります。 TCPはアプリケーションデータをセグメントに分割し、ヘッダーを付加します。このヘッダーには、送信者/受信者のポート、セグメントの順序、およびエラー検出のためのチェックサムが含まれています。

レイヤーごとの PDU ラッピング

カプセル化プロセスには、各層でのデータの体系的なラッピングが含まれます。

アプリケーションレイヤー: ユーザーアプリケーションは送信用のデータを生成します。

トランスポート層: TCP または UDP ヘッダーを追加します。このヘッダーには、TCP のポート番号、シーケンス番号、確認応答番号、または UDP の送信元/宛先ポート、長さ、チェックサムが含まれます。

ネットワークレイヤー: この層は、IP ヘッダー内のトランスポートセグメントをカプセル化します。 IP ヘッダーには、送信元/宛先 IP アドレス、生存時間 (TTL) 値、およびプロトコル識別子が含まれます。

データリンクレイヤー: ヘッダー (送信元/宛先 MAC アドレスを含む) とトレーラー (エラー検出のためのフレームチェックシーケンスを含む) の両方を追加してフレームを作成します。

物理層: この層は、完全なフレームを電気信号、光パルス、または送信用の電波に変換します。

この表は、各段階の PDU 用語をまとめたものです:

ネットワークレイヤー	PDU の用語
アプリケーションレイヤー	データまたはメッセージ
トランスポート層	セグメント (TCP) またはデータグラム (UDP)
ネットワークレイヤー	パケット
データリンクレイヤー	フレーム
物理層	ビット

PDU データはスタックを上へ流れます

カプセル化解除は、カプセル化のまったく逆のプロセスです。これには、カプセル化中に送信側で追加された追加情報 (ヘッダーとトレーラー) の削除が含まれます。データは物理層から受信側のアプリケーション層まで移動します。

PDUヘッダーの削除

データが受信デバイスのネットワークスタックを登るにつれて、各層は送信側の対応する層によって追加されたヘッダーとトレーラーを削除します。この除去プロセスにより、次の上位層向けのデータが明らかになります。

PDU データのラップ解除

データのアンラップは、正確なレイヤーごとのシーケンスで行われます。:

物理層: ネットワークインターフェイスカード (NIC) は、電気信号をデジタルデータに変換します。パケット到着時に初期フレーム検証を実行します。

データリンクレイヤー: NIC またはデバイスドライバーはフレームヘッダーを検査します。宛先MACアドレスをチェックします。一致する場合、データリンクヘッダーが削除され、残りのパケットがネットワーク層に渡されます。

ネットワークレイヤー: オペレーティングシステムのネットワークスタックは IP ヘッダーを検査します。宛先 IP アドレスを検証し、ルーティング情報を抽出します。検証後、IP ヘッダーが削除され、適切なトランスポート層プロトコルが決定されます。

トランスポート層: 処理はプロトコルによって異なります。 TCP の場合、TCP ヘッダーを削除する前に、シーケンス番号、確認応答番号、およびウィンドウサイズが検査されます。 UDP の場合、削除前に基本的なヘッダーの検証が行われます。

セッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層: これらの層はプロトコル固有の処理を処理します。これには、暗号化/復号化、データ圧縮、またはフォーマット変換が含まれる場合があります。最後に、ペイロードを宛先アプリケーションに配信します。

6. PDU がネットワーク通信に不可欠な理由

プロトコルデータユニット (PDU) これらはネットワークの基礎であり、デバイス間の効率的でエラーのない通信を保証します。これらはデータの構造化コンテナとして機能するため、現代のネットワークには不可欠なものとなっています。

PDU データの整合性の確保

PDU は、ネットワーク送信中にデータの整合性を維持するための基礎です。これらには、エラーを検出し、多くの場合修正するメカニズムが組み込まれています。

PDUのエラー検出

エラー検出は PDU の重要な機能です。 UDP ヘッダーにはチェックサムフィールドが含まれています。このチェックサムにより、ヘッダーとデータストリームの両方のエラーチェックが可能になります。同様に、TCP セグメントにもチェックサムフィールドが含まれています。このフィールドにより、TCP セグメントの信頼性とセキュリティが強化され、送信中のエラーの検出が可能になります。

信頼性の高い PDU 伝送

信頼性の高い伝送により、データが完全かつ正しい順序で到着することが保証されます。 TCP セグメントはシーケンス番号と確認応答番号を使用します。これらのフィールドは、セグメントの区別、並べ替え、および失われたセグメントの再送信にとって重要です。データが正しい順序で到着し、データが欠落していないことを保証します。この表は信頼性の違いを示しています:

特徴	TCP	UDP
信頼性	信頼性のある	信頼できない
セグメント再送信	はい	いいえ
セグメントの順序付け	はい	いいえ
了承	はい	いいえ

PDUネットワークルーティングの促進

PDU は、複雑なネットワークを通じてデータを導く上で重要な役割を果たします。これらには、効率的なルーティングに必要な情報が含まれています。

PDU のアドレス指定情報

PDU ヘッダーはデータガイドとして機能します。これらには、送信元アドレスや宛先アドレスなどのルーティングの詳細が含まれます。この情報により、データが正しい場所に送信されます。ヘッダーがないと、データに方向性がなくなり、ネットワーク内で失われる可能性があります。ヘッダー内のシーケンス情報により、断片化されたデータが宛先で正しく再構築されることが保証されます。

PDU パスの決定

ネットワーク層では、PDU はパケットとして知られています。これらのパケットには、ネットワーク全体でのスムーズかつ効率的なデータフローを促進するためのルーティング情報が組み込まれています。これらのパケットは、データを目的の宛先に導くために重要です。ネットワーク層は論理アドレス指定を利用して、データ配信のための最も効果的なパスを決定します。ヘッダーからトレーラーに至る各 PDU コンポーネントは、データの整合性を維持し、適切な配信を保証するために重要です。

PDU とのデバイスの相互運用性の実現

PDU を使用すると、さまざまなネットワークデバイスが効率的に通信できるようになります。標準化されたフォーマットとプロトコルの遵守を通じてこれを実現します。

標準化された PDU フォーマット

標準化された PDU 形式により、さまざまなハードウェアとソフトウェアが相互に理解できるようになります。この標準化により、あるベンダーのネットワークカードで作成されたフレームを別のベンダーでも正しく解釈できるようになります。この一貫性は、グローバルネットワーク通信にとって不可欠です。

PDUのプロトコル準拠

確立されたプロトコルを遵守することは、相互運用性にとって最も重要です。プロトコルは、PDU の作成と解釈のルールを定義します。これにより、OSI モデル層全体でのシームレスな対話が保証されます。たとえば、トランスポート層のセグメントには配信確認の確認応答が含まれ、ネットワーク層のパケットには情報を送信するためのルーティングデータが含まれます。この準拠により、さまざまなメーカーのデバイスが問題なく通信できるようになります。

7. PDUの断片化と再構築

ネットワーク通信では、多くの場合、さまざまなネットワークセグメント間でのデータの送信が行われます。これらのセグメントの容量はさまざまです。 PDU の断片化と再構成は、このような状況下でデータ送信を効率的に管理する重要なプロセスです。

大きな PDU データの分割

場合によっては、大きなプロトコルデータユニット (PDU) が元のサイズでネットワークセグメントを通過できないことがあります。このため、より小さな部分に分割する必要があります。

PDUのMTU制限

IP フラグメンテーションは、インターネットプロトコル (IP) プロセスです。パケットをフラグメントと呼ばれる小さな部分に分割します。これにより、フラグメントは、元のパケットサイズよりも小さい最大送信単位 (MTU) のリンクを通過できるようになります。多くの場合、ネットワークには異なる MTU 制限があります。たとえば、パケットは、最初の送信ネットワークよりも小さい MTU のネットワーク (WAN または VPN トンネルなど) を介してルーティングする必要がある場合があります。パケットのサイズがこの低い MTU を超える場合、そのデータは断片化される必要があります。フラグメンテーションでは、データが下位 MTU 以下の新しいパケット (フラグメント) に分割されます。

PDU フラグメンテーションによるネットワーク効率の向上

断片化によりネットワーク効率が向上します。これにより、トランスポート層プロトコルは、基礎となるネットワークアーキテクチャを認識せずに済みます。これによりオーバーヘッドが削減されます。フラグメンテーションにより、IP および上位層のプロトコルがさまざまなネットワークパスおよび媒体にわたって機能できるようになります。パス検出プロトコルは必要ありません。この柔軟性により、ネットワークセグメントに異なるサイズの制約がある場合でも、データは確実に宛先に到達できます。

PDUデータの再構築

フラグメント化後、受信デバイスは小さなフラグメントを元の PDU に再構築する必要があります。このプロセスにより、データの整合性と順序が保証されます。

PDU の順序と整合性

PDU は、送信中のデータの断片化を管理するために重要です。 MTU レベルに準拠するようにデータパケットを分割します。これらにより、断片化されたデータの構造と順序が確実に維持され、宛先での効率的な再組み立てが可能になります。このシステムはデータ損失を最小限に抑え、伝送の信頼性を高めます。さまざまなネットワーク環境にわたる複雑なデータストリームでも機能します。 PDU は、データパケットの形式が整っていて、順序が適切で、エラーがないことを検証することでデータの整合性を保護します。これには多くの場合、データ転送中にエラーを検出して修正するためのチェックサムまたは巡回冗長検査 (CRC) が含まれます。 IP パケットが MTU サイズを超えると、ルーターはパケットをより小さな部分にフラグメント化します。各フラグメントには、識別ヘッダーセグメントが含まれています。このヘッダーには、シーケンス順序や再組み立て命令などの情報が含まれます。宛先では、これらのヘッダーはフラグメントを完全なパケットに再組み立てするために使用されます。

失われた PDU フラグメントの処理

トランスポート層は、ネットワーク層のアクティビティに応じて、パケットの断片化と再構成を管理します。 TCP プロトコルは、通信を維持するために再送信を処理します。これにより、確実な配信が保証されます。送信中にフラグメントが失われた場合、受信デバイスは失われた部分を検出します。次に、その特定のフラグメントの再送信を要求します。このメカニズムにより、データのすべての部分が受信されて正しく組み立てられ、元の PDU の整合性が維持されることが保証されます。

8. PDU サイズとネットワークパフォーマンス

プロトコルデータユニットのサイズは、ネットワークパフォーマンスに大きく影響します。ネットワーク管理者は、最適なスループットを実現し、遅延を最小限に抑えるために、PDU の寸法を慎重に検討する必要があります。このバランスは、さまざまなネットワーク環境間で効率的にデータを送信するために重要です。

PDU サイズの影響

PDU の寸法は、データがネットワークを通過する効率に直接影響します。 PDU が小さすぎる場合も大きすぎる場合も、パフォーマンスのボトルネックが発生する可能性があります。

PDU オーバーヘッドに関する考慮事項

すべての PDU は、実際のデータ (ペイロード) だけでなく、ヘッダーや場合によってはトレーラーに制御情報も伝送します。この制御情報がオーバーヘッドとなります。ヘッダーとトレーラーに比べてペイロードが小さいということは、PDU のオーバーヘッドの割合が高いことを意味します。これにより、実効データ速度が低下します。たとえば、小さな電子メールは、メッセージ自体とほぼ同じ大きさのヘッダーを持つ PDU で送信される可能性があり、送信の効率が低下します。

PDU を使用した場合のスループットと遅延の関係

PDU のサイズは、ネットワークのスループットと遅延に直接影響します。プロトコルデータユニット (PDU) とも呼ばれる小さなデータパケットは、ネットワーク内で頻繁に断片化を引き起こす可能性があります。これにより、1 つの大きなパケットで伝送できるのと同じ量のデータを伝送するために多数の小さなパケットを送信する必要があり、ネットワークのスループットに影響を与えます。逆に、非常に大規模な PDU では、最大伝送ユニット (MTU) 制限が小さいネットワークセグメントに遭遇すると、遅延が長くなり、フラグメンテーションと再組み立てが必要になる可能性があります。

PDU サイズの最適化

ネットワーク設計者はさまざまな戦略を採用して PDU サイズを最適化し、特定のネットワーク条件やアプリケーション要件に合わせて調整します。

ジャンボ PDU フレーム

イーサネットネットワークは多くの場合、標準の 1500 バイト MTU より大きい PDU (通常は最大 9000 バイト) であるジャンボフレームを使用します。これらの大きなフレームにより、一定量のデータを送信するために必要な PDU の数が減ります。これにより、ネットワークデバイスの処理オーバーヘッドが減少し、特にデータセンターのような高帯域幅環境でのスループットが向上します。ただし、ネットワークセグメント上のすべてのデバイスが正しく機能するには、ジャンボフレームをサポートする必要があります。

小さい PDU パケットの問題

ジャンボフレームには利点がありますが、小さな PDU パケットには独自の課題があります。研究の主な目的は、スループット、バイタリティ効率、遅延などの特定のサービス要件を持つボディエリアネットワーク (BAN) アプリケーションの前提条件を満たすために、消費電力を削減し、重大なネットワーク条件を緩和することです。パケットが長いと、ネットワーク障害が深刻な場合にデータ損失が大きくなりますが、パケットが短いと、データオーバーヘッドが大きくなります。ネットワークの信頼性とバイタリティ能力の間のトレードオフを調整するために、出力能力やエネルギー効率などの指標を考慮して、BAN における理想的なパケット測定を決定するための多くの方法論が期待されています。さらに、パケットが小さいと個々の送信の数が増加し、共有メディアネットワークでの競合や衝突が増える可能性があります。

PDU サイズの最適化には、データ圧縮や集約などの技術が必要になることがよくあります。:

データ圧縮: これにより、可逆アルゴリズムまたは非可逆アルゴリズムを使用して送信データのサイズが削減され、帯域幅の使用率が向上し、送信時間が短縮されます。
- 可逆圧縮: テキストファイル、実行可能ファイル、完全な再構築が必要なデータ (ZIP、GZIP、LZ77 など) に不可欠な元のデータをすべて保存します。
- 非可逆圧縮: 重要度の低い情報を破棄することでより高い圧縮率を実現し、多少の品質低下が許容されるマルチメディアコンテンツ (JPEG、MP3 など) に適しています。
  プレゼンテーション層は受信したデータを自動的に解凍し、アプリケーションに対してプロセスを透過的にします。組み込みの圧縮機能は、コンテンツタイプとネットワーク条件に基づいて適切なアルゴリズムを動的に選択し、効率と処理オーバーヘッドのバランスをとります。

集計: これにより、複数の小さい PDU が 1 つの大きい PDU に結合されます。

戦略	アグリゲーション層	エラー回復	オーバーヘッド	理想的な条件	短所/トレードオフ
A-MSDU (集約 MAC サービスデータユニット)	上位層（MACヘッダーの前）	フレーム全体の再送信	大幅に削減 (単一の MAC ヘッダー)	低干渉で安定した環境 (企業のオフィス、データセンターなど)	一部が破損するとフレーム全体が破棄されて再送信されるため、ノイズの多い環境では遅延が発生し、パフォーマンスが低下します。最大サイズは通常、A-MPDU よりも小さくなります。
A-MPDU (集約 MAC プロトコルデータユニット)	MAC層（複数のMAC PDU）	個別フレーム再送信（ブロック確認応答）	増加 (各フレームには独自の MAC ヘッダーがあります)	騒がしく高干渉の環境 (例: 公共スペース、都市部)	A-MSDU と比較してオーバーヘッドが高く、初期の環境ではベースライン遅延がわずかに高くなる可能性があります。
ハイブリッドアプローチ (A-MPDU にネストされた A-MSDU)	階層化された集約	選択的再送信	最適化 (両方を活用)	複雑で慎重な調整が必要	実装の複雑さが増すため、互換性と安定性を確保するには慎重な調整が必要です。構成が不適切であると、遅延の増加、パケット損失の増加、または互換性の問題が発生する可能性があります。

これらの戦略は、高速データセンターからエネルギーに制約のあるワイヤレスセンサーネットワークに至るまで、ネットワークがさまざまな要件に適応するのに役立ちます。

9. 一般的な PDU の実際の例

プロトコルデータユニット (PDU) については、実際のネットワークプロトコルでの実際のアプリケーションを検討するとより明確になります。これらの例は、さまざまなレイヤーがデータをどのように処理するかを示しています。

イーサネット PDU フレーム

データリンク層 PDU の例

データリンク層では、イーサネットフレームがプライマリ PDU として機能します。イーサネットフレームはネットワーク層パケットをカプセル化します。ローカルネットワーク通信に重要な情報が追加されます。これには、同じローカルネットワークセグメント上の特定のデバイスを識別する送信元および宛先の MAC アドレスが含まれます。フレームには、ペイロード内で伝送されるネットワーク層プロトコル (IPv4 や IPv6 など) を示すタイプフィールドも含まれています。フレームの最後にあるフレームチェックシーケンス (FCS) は、送信エラーの検出に役立ちます。

物理 PDU の送信

データリンク層がイーサネットフレームを形成した後、物理層が引き継ぎます。フレーム全体をビットのストリームに変換します。これらのビットは、銅線ケーブルを介した電気信号、光ファイバーを介した光パルス、または無線ネットワークの電波として送信されます。物理層は、あるデバイスから別のデバイスへのこれらのビットの生の送信を保証します。

IP PDUパケット

ネットワーク層 PDU の例

ネットワーク層では、PDU は IP パケットです。このパケットは、自己完結型の情報単位です。これには、ネットワーク全体で独立したルーティングを行うためのデータと十分な詳細が含まれています。インターネットプロトコル (IP) は、これらのパケットの送信元から宛先までのルーティングを処理します。このプロセスには、最適なパスの選択が含まれます。

インターネット PDU ルーティング

ルーターは各パケット内の IP ヘッダーを検査します。このヘッダーには、送信元および宛先 IP アドレスなどの重要な制御情報が含まれています。これらのアドレスは、ルーターがパケットを転送する際のガイドとなります。 IP アドレスは階層構造になっており、ネットワーク ID とホスト ID で構成されます。この構造により、ルーターはアドレスのネットワークコンポーネントを検査することで効率的にパケットを送信できます。パケットは、最終宛先に到達する前に複数のルーターを通過することがあります。到着すると、パケットはカプセル化解除され、そのペイロード (実際のデータ) が受信デバイス上の適切なアプリケーションに配信されます。 IP はコネクションレス型プロトコルであり、配信やデータ回復の保証のない「ベストエフォート配信」を提供します。信頼性は他の層によって処理されます。

TCP PDU セグメント

トランスポート層 PDU の例

トランスポート層は TCP セグメントを PDU として使用します。 TCP セグメントは、アプリケーション間の信頼性の高い接続指向の通信を提供します。アプリケーション層からのデータをカプセル化し、TCP ヘッダーを追加します。このヘッダーには、ポート番号、シーケンス番号、および確認応答番号が含まれます。

信頼性の高い PDU 接続

TCP は、いくつかのメカニズムを通じて信頼性の高いデータ送信を保証します。「再送信による肯定応答」を使用します。受信側は、受信したデータに対する確認応答を送信します。送信者は、送信されたパケットとタイマーの記録を保持します。タイマーが期限切れになる前に確認応答が受信されなかった場合、パケットは再送信されます。これにより、損失または破損の可能性が考慮されます。 TCP はデータセグメントも管理し、宛先での再組み立て時にデータセグメントが正しく順序付けされ、エラーがないことを保証します。チェックサムを使用して破損したセグメントを特定します。セグメントが破損している場合、セグメントは破棄され、再送信がトリガーされます。 TCP はシーケンス番号を使用して重複も防止します。

10. ネットワーキングにおける PDU の将来

プロトコルデータユニット (PDU) は、絶えず変化する技術情勢の要求を満たすために常に適応しています。ネットワークがより複雑になり、データ量が増加するにつれて、PDU プロトコルも進化する必要があります。この進化により、多様なプラットフォーム間での効率的かつ安全な通信が保証されます。

進化する PDU プロトコル

新しいテクノロジーと PDU

新しいテクノロジーは、PDU プロトコルの進化に大きな影響を与えます。たとえば、AI ワークロードには、ハイパフォーマンスコンピューティングのための AI に最適化されたプロトコルが必要です。これらのプロトコルは、GPU クラスターでの並列データ移動をサポートし、メモリに近い階層を優先します。また、低遅延 AI 推論のために RDMA 拡張機能も利用します。ハードウェアアクセラレータにより、効率がさらに向上します。

エッジからコアへのプロトコル調和は、分散インフラストラクチャの課題に対処します。リソースに制約のあるエッジデバイス向けの軽量プロトコルバージョンを開発します。これらのバージョンは、コアデータセンターシステムとの互換性を維持します。これには、エッジノードの直接通信のためのメッシュネットワークプロトコルと、データの一貫性を保つための同期プロトコルが含まれます。エネルギーを意識したプロトコル設計も重要な領域です。持続可能性を重視したこれらのプロトコルには、ワークロードに基づいて通信パラメータを調整する動的な電力スケーリングが含まれています。また、排出量を最小限に抑えるためのカーボンを意識したスケジューリングや、外部の熱エネルギー消費者と統合するための熱再利用調整プロトコルも備えています。ゼロトラストセキュリティプロトコルの統合は、ゼロトラストの原則を組み込むことでプロトコル設計に革命をもたらします。これには、証明書ベースの認証、きめ細かい制御のためのマイクロセグメンテーション、リアルタイムの脅威検出と異常なトラフィックパターンの識別のための組み込みセキュリティ機能が含まれます。

ミドルウェアソリューションとプロトコル変換も重要な役割を果たします。ミドルウェアプラットフォームは、異種システム間の相互コネクタとして機能します。これらはプロトコルを変換して、レガシーシステムと新しいシステム間の通信を可能にします。最新のミドルウェアには、効率的な翻訳、遅延の最小化、信頼性の維持のために機械学習が組み込まれています。システム統合に対する API ファーストのアプローチでは、最初から標準化されたインターフェイスが優先されます。これにより、モジュール式の相互運用可能なシステムが実現します。 RESTful API はデータセンター管理用の軽量でスケーラブルなインターフェイスを提供し、GraphQL は柔軟なデータクエリを提供します。コンテナ化とマイクロサービスアーキテクチャは、依存関係を備えたソフトウェアをポータブルユニットにパッケージ化します。これらのユニットは標準化されたプロトコルで通信します。 Kubernetes はデプロイメントとスケーリングを調整し、サービスメッシュアーキテクチャは高度なトラフィック管理層とセキュリティ層を提供して、多言語環境を可能にします。

PDU に対するパフォーマンスの要求

ネットワーク環境の複雑化により、PDU プロトコルに対するパフォーマンスの要求が大幅に高まっています。エネルギー効率の Green Grid、熱管理の ASHRAE、ネットワーキングプロトコルの IEEE などの業界コンソーシアムは、データセンターの設計と運用においてオープンプロトコルを最新かつ安全で効率的に維持するのに役立ちます。ただし、これらのプロトコルの実装には課題があります。これには、レガシーシステムとの統合、プロトコル境界でのセキュリティの管理、遅延が重要なアプリケーションでのパフォーマンスオーバーヘッドの処理、進化する標準または競合する標準への対応などが含まれます。

新興ネットワークにおける PDU

IoTと5G PDU

モノのインターネット (IoT) と 5G ネットワークの台頭は、PDU に特有の課題と機会をもたらします。多くの場合、IoT デバイスの処理能力とバッテリー寿命は限られています。 IoT 用の PDU プロトコルは軽量でエネルギー効率が高い必要があります。高帯域幅と低遅延を備えた 5G ネットワークには、大量のデータフローを迅速かつ確実に処理できる PDU が必要です。これには、多くの場合、オーバーヘッドを削減するために PDU サイズとヘッダー情報を最適化することが含まれます。

ソフトウェア定義ネットワーキングと PDU

Software-Defined Networking (SDN) は、ネットワークの運用方法を根本的に変えます。 SDN では、集中コントローラーがネットワークの動作を管理します。これにより、動的で柔軟なネットワーク構成が可能になります。 SDN 環境の PDU は、このプログラム可能性をサポートする必要があります。これらは、コントロールプレーン情報を SDN コントローラーに伝送し、コントローラーの指示に従ってデータプレーントラフィックを伝送します。このコントロールプレーンとデータプレーンの分離により、より効率的なネットワーク管理とリソース割り当てが可能になります。

プロトコルデータユニット (PDU) デジタルコミュニケーションには欠かせないものです。これらはデータを構造化し、ネットワークデバイスが情報を効率的に処理できるようにします。重要なポイントには、カプセル化、カプセル化解除、アドレス指定、およびネットワーク層全体にわたるエラー検出における役割が含まれます。 PDU は、信頼性の高いネットワーク通信の基盤を形成します。これにより、さまざまなデバイスがデータを理解してシームレスに交換できるようになります。これにより、グローバルネットワーク全体での情報の整合性と配信が保証されます。

よくある質問

プロトコルデータユニット (PDU) とは何ですか?

PDUはデータの単位ですネットワークプロトコルスタックの層間で交換されます。制御情報とユーザーデータが含まれます。ネットワークデバイスは PDU を処理して、情報が目的の宛先に確実に届くようにします。この基本ユニットにより、シームレスな通信が可能になります。

PDU は OSI 層間でどのように異なりますか?

データが OSI 層を移動するにつれて、PDU の形式が変化します。たとえば、物理層ではビットが使用されます。データリンク層はフレームを使用します。ネットワーク層はパケットを使用します。トランスポート層はセグメントまたはデータグラムを使用します。上位層は PDU をデータと呼びます。

PDU カプセル化の目的は何ですか?

カプセル化は、データがネットワークスタックの下に移動するときに、データに制御情報 (ヘッダーとトレーラー) を追加するプロセスです。各レイヤーには独自の詳細が追加されます。これにより、受信側の対応する層がデータを正しく処理できるようになります。独立したレイヤー機能が可能になります。

PDU ヘッダーが重要なのはなぜですか?

PDU ヘッダーには重要な制御情報が含まれています。これには、送信元アドレスと宛先アドレス、PDU タイプ、および長さが含まれます。ヘッダーはネットワークを通じてデータを導きます。これにより、デバイスがデータを正しく解釈できるようになります。ヘッダーがないと、データに方向性がなくなり、失われる可能性があります。

PDU フラグメンテーションの役割は何ですか?

PDU フラグメンテーションは、大きなデータ単位をより小さな部分に分割します。これにより、最大伝送単位 (MTU) 制限が小さいネットワークリンクを通過できるようになります。これにより、ネットワークセグメントに異なるサイズ制約がある場合でも、データが宛先に到達できることが保証されます。断片化によりネットワーク効率が向上します。

PDU はどのようにしてデータの整合性を確保しますか?

PDU には、チェックサムやフレームチェックシーケンス (FCS) などのメカニズムが組み込まれています。これらは送信中のエラーを検出します。 TCP セグメントでは、シーケンス番号と確認応答も使用されます。これらにより、データが完全かつ正しい順序で到着することが保証されます。これにより、データの整合性が維持されます。

TCP セグメントと UDP データグラムの違いは何ですか?

TCP セグメントは、信頼性の高い接続指向の通信のための PDU です。配達と注文を保証します。 UDP データグラムは、より高速なコネクションレス通信のための PDU です。配信の保証よりもスピードを優先します。どちらもトランスポート層 PDU です。

光ファイバー接続に焦点を当てましょう！

トップ 10 プロトコル データ ユニットとは何か 総合ガイド

製品カテゴリ

最近のブログ