ポート番号とは ― IPアドレスとの役割分担

通信を届けるには、実は2段階の宛先指定が必要です。IPアドレスが「どのコンピュータか」を決め、ポート番号が「そのコンピュータの中のどのアプリ宛てか」を決めます。IPアドレスだけでは、 Webサーバ宛てなのかメールサーバ宛てなのか、同じ1台の中で区別がつきません。

ポート番号は0〜65535の数字1つで、TCPとUDPのヘッダにそれぞれ格納されています。 以下ではこの範囲の根拠と、実際にどう使われているかを順番に見ていきます。

ポート番号はTCP・UDPヘッダの中で16ビットの領域に格納されます。16ビットで表せる組み合わせは2¹⁶ = 65536通りです。

サブネットマスクの記事で「2のべき乗の個数を、0から数えた最大値と混同しない」という話をしましたが、 ここでも同じ考え方です。個数は65536ですが、番号としての最大値は1小さい65535になります。

0〜65535のポート番号は、IANA（インターネットの番号資源を管理する組織）によって 用途ごとに3つの範囲に区分されています。

図と表からわかるとおり、ウェルノウンポートは全体からすればごくわずかな範囲です。 HTTPやHTTPSなど、誰もが知っている代表的なサービスの番号はこの狭い範囲に集まっています。

いずれもウェルノウンポートに属する、代表的なサービスのポート番号です。 サーバ側が待ち受ける番号（宛先ポート番号）だと考えてください。

FTPだけ制御用（21番）とデータ転送用（20番）の2つの番号を使う点に注意してください。 またDNSは、通常の問い合わせはUDPの53番、応答が大きくなるゾーン転送などではTCPの53番も使います。

ここまでのポート番号は、すべて宛先（サーバ側）の番号でした。 では通信元（クライアント側）のポート番号は誰が決めるのでしょうか。

答えはOSです。PCがサーバへ新しく接続するたびに、OSは49152〜65535の動的ポートの中から、そのとき空いている番号を1つ選び、送信元ポート番号として自動的に割り当てます。人が指定する必要はありません （接続そのものを確立する3ウェイハンドシェイクの手順は前回の記事で扱いました）。

この仕組みのおかげで、同じPCから同じサイトへ2つのタブで同時にアクセスしても、通信は混ざりません。 2つの通信は、宛先IPアドレス・宛先ポート番号（サーバ側の443番）まではまったく同じですが、 OSがタブごとに別の送信元ポート番号を割り当てるため、戻ってきたデータがどちらのタブ宛てかを正しく区別できます。

なお、家庭用ルータの先でこの送信元ポートがさらに書き換えられる仕組み（NAPT）については、プライベートIPアドレスとNATの記事で扱っています。ここでは、 1台のPCの中で通信を区別しているのが送信元ポート番号だという点だけ押さえておけば十分です。

ポート番号の領域は、TCPヘッダとUDPヘッダにそれぞれ独立して存在します。 つまりTCPの80番とUDPの80番は、番号が同じというだけで、実際には無関係の別々の窓口です。 TCPの80番が使用中かどうかは、UDPの80番の空き状況にはまったく影響しません。

次回は、このDNS自体のしくみ（ドメイン名をIPアドレスに変える方法）を扱います。

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