今さら聞けないRTPとUDPの違いと仕組みを紹介

はじめに：ネットワークの基礎とリアルタイム通信の課題

インターネットは私たちの生活に不可欠な基盤となっています。ウェブサイトの閲覧、メールの送受信、ファイルのダウンロード、そして音声通話やビデオ会議、オンラインゲームなど、実に多様な活動を支えています。これらの活動は、データの「送り方」や「受け取り方」を定めた様々な通信プロトコルによって実現されています。

特に、近年重要性が増しているのが「リアルタイム通信」です。音声通話（VoIP）、ビデオ会議、ライブストリーミング、オンラインゲームといったサービスでは、「データの正確さ」だけでなく、「データが届くまでの速さ」と「データの時間的な連続性」が非常に重要になります。たとえデータの一部が失われても、遅延が大きすぎると会話が途切れたり、映像がカクカクしたりしてしまい、サービスの品質が著しく低下します。

ネットワークの世界には、様々なプロトコルが存在し、それぞれが特定の目的のために設計されています。この記事で詳しく解説するのは、特にリアルタイム通信において重要な役割を果たす二つのプロトコル、「UDP」と「RTP」です。

「UDP (User Datagram Protocol)」は、インターネットの基盤を支えるTCP/IPプロトコルスタックの一部であり、シンプルさと高速性に特徴があります。一方、「RTP (Real-time Transport Protocol)」は、UDPの上に構築され、音声や映像などのリアルタイムデータを効率的かつ適切に伝送するために設計されたプロトコルです。

ネットワーク技術に多少なりとも関わったことがある方であれば、UDPやRTPという言葉を聞いたことがあるかもしれません。しかし、「名前は知っているけれど、具体的にどう違うのか、それぞれどんな仕組みで動いているのか、なぜリアルタイム通信にはこの組み合わせが使われることが多いのか、今さら誰かに聞くのはちょっと…」と感じている方もいらっしゃるのではないでしょうか。

この記事は、まさにそんな方のために書かれました。UDPとRTP、そしてRTPと密接に関連するRTCP (RTP Control Protocol)について、それぞれの基本的な仕組みから、なぜリアルタイム通信において両者が連携して使われるのか、そして互いの違いは何なのかを、初心者の方にも分かりやすいように、徹底的に掘り下げて解説していきます。この記事を読めば、これらのプロトコルに関する「今さら聞けない」疑問が解消され、リアルタイム通信の裏側で何が起きているのかを深く理解できるようになるはずです。

さあ、ネットワークの奥深い世界へ、そしてリアルタイム通信の鍵を握るUDPとRTPの仕組みを解き明かす旅に出かけましょう。

ネットワークプロトコルスタックにおけるUDPとRTPの位置づけ

UDPとRTPの関係性を理解するためには、まずインターネット通信がどのように階層化されているかを知る必要があります。一般的に、インターネット通信は「プロトコルスタック」と呼ばれる階層構造で捉えられます。最も有名なのはOSI参照モデルですが、インターネットで実際に広く使われているのはTCP/IPモデルと呼ばれるものです。

TCP/IPモデルは、主に以下の4つの階層から構成されます。

アプリケーション層 (Application Layer): ユーザーが利用するサービスやアプリケーションが直接使用するプロトコル。HTTP (ウェブ閲覧)、FTP (ファイル転送)、SMTP (メール送信)、DNS (ドメイン名解決) などが含まれます。RTPはこの層に位置づけられることがあります。
トランスポート層 (Transport Layer): アプリケーション間でデータを「どのように」送受信するかを管理する層。データの信頼性確保、フロー制御、エラー制御、ポート番号によるアプリケーションの特定などを行います。TCP (Transmission Control Protocol) と UDP (User Datagram Protocol) がこの層の主要なプロトコルです。
インターネット層 (Internet Layer): ネットワークを越えてデータをルーティング（転送）するための層。IP (Internet Protocol) が中心的な役割を果たします。データの宛先アドレス（IPアドレス）に基づいて、最適な経路を選択し、パケットを転送します。
ネットワークインターフェース層 (Network Interface Layer): 物理的なネットワーク媒体（イーサネットケーブル、Wi-Fiなど）を介して、実際にデータを送受信する層。イーサネット、Wi-Fi、PPPなどが含まれます。

さて、本題のUDPとRTPは、このスタックの中でどこに位置するのでしょうか。

UDP (User Datagram Protocol): TCP/IPモデルのトランスポート層に位置します。インターネット層のIPが提供する基本的なパケット転送機能の上に位置し、アプリケーション層のプロトコルに対して、アプリケーション間のデータ送受信機能を提供します。
RTP (Real-time Transport Protocol): TCP/IPモデルでは、一般的にアプリケーション層に位置づけられます。RTP自体が直接ネットワークインターフェース層やインターネット層とやり取りするのではなく、トランスポート層のプロトコル（通常はUDP）を利用してデータを運びます。つまり、RTPパケットはUDPデータグラムの「ペイロード（データ本体）」としてカプセル化されて伝送されます。

この位置づけが、両者の役割と関係性を理解する上で非常に重要です。UDPは様々なアプリケーションプロトコルに基本的なデータグラム転送サービスを提供するための汎用的なプロトコルである一方、RTPはリアルタイムメディア伝送という特定のアプリケーション目的のために設計されたプロトコルであり、その目的を達成するためにUDPの機能を利用するのです。

UDP (User Datagram Protocol) を徹底解説

UDPは、TCP/IPモデルのトランスポート層に位置する、非常にシンプルなプロトコルです。そのシンプルさゆえに、高速なデータ転送が可能ですが、いくつかの重要な特徴と制限があります。

UDPの基本的な仕組み

UDPは「コネクションレス型」のプロトコルです。これは、データを送信する前に送信元と送信先の間に「コネクション（接続）」を確立する手続きが必要ないことを意味します。データを送りたいときに、宛先アドレス（IPアドレス）とポート番号を指定して、すぐにデータを「投げ込む」ようなイメージです。

UDPが送受信するデータの単位は「データグラム」と呼ばれます。各データグラムは独立しており、他のデータグラムとの関連性を持ちません。

UDPヘッダーの構造

UDPヘッダーは非常にシンプルです。わずか8バイトで構成されます。

0 16 31 +-------------------+-------------------+ | Source Port | Destination Port | +-------------------+-------------------+ | Length | Checksum | +-------------------+-------------------+ | | | Data (Payload) | | | +---------------------------------------+

Source Port (16 bits): 送信元のアプリケーションを識別するためのポート番号です。
Destination Port (16 bits): 宛先のアプリケーションを識別するためのポート番号です。ポート番号によって、同じIPアドレスを持つホスト上で動作している様々なアプリケーション（Webサーバーなら80番、メールサーバーなら25番など）にデータを振り分けることができます。
Length (16 bits): UDPヘッダーとデータ（ペイロード）を含めたUDPデータグラム全体の長さ（バイト単位）を示します。
Checksum (16 bits): データグラムにエラーがないかを確認するためのチェックサムです。このフィールドは省略可能ですが、一般的には使用されます。チェックサムが一致しないデータグラムは通常破棄されます。

UDPの主な特徴と利点

UDPのシンプルさは、いくつかの大きな特徴と利点をもたらします。

コネクションレス: 事前に接続を確立する必要がないため、接続確立にかかるオーバーヘッド（時間とリソース）がありません。データ送信をすぐに開始できます。
非信頼性 (Unreliable): UDPは、データが確実に相手に届いたかどうか、正しい順番で届いたかどうかを保証しません。送信したデータグラムは、ネットワークの混雑や回線の問題によって失われたり（パケットロス）、送った順番とは異なる順番で届いたりする可能性があります。また、受信側でエラーが検出された場合、そのデータグラムは破棄されますが、送信元には通知されません。
無順序 (No Ordering Guarantee): データグラムが送信された順序通りに受信されることを保証しません。ネットワーク経路の違いなどにより、後に送信されたデータグラムが先に到着する可能性があります。
フロー制御なし (No Flow Control): 送信側が受信側の処理能力を超えてデータを送り続けないように調整する仕組みがありません。送信側は受信側の状態に関係なく、データを送信し続けることができます。
輻輳制御なし (No Congestion Control): ネットワークが混雑している状況を検知し、データ送信レートを調整する仕組みがありません。これは、ネットワーク全体の性能に悪影響を与える可能性がありますが、プロトコルとしてはシンプルに保たれます。
低オーバーヘッド: ヘッダーサイズがTCP（最低20バイト）に比べて非常に小さいため、データ転送の効率が良いです。特に小さなデータをたくさん送る場合に有利です。
高速性: 信頼性確保や順序制御、フロー制御といった複雑な処理を行わないため、処理速度が速く、低遅延なデータ転送が可能です。

なぜUDPが使われるのか？（UDPのユースケース）

UDPの「非信頼性」と「無順序」という特徴は、一見すると欠点のように思えるかもしれません。しかし、これらの特徴は、特定の種類のアプリケーションにとってはむしろ利点となります。

リアルタイム性が重視される通信: 音声通話（VoIP）、ビデオ会議、オンラインゲームなどでは、多少のデータ損失や順序の入れ替わりがあっても、データがすぐに届くことが何よりも重要です。データが失われた場合、信頼性のあるプロトコルのように再送を待つよりも、失われたデータは諦めて、後続のデータをすぐに処理した方が、ユーザー体験が向上することがあります（例えば、音声が途切れても、すぐに再開された方が、無音状態が続くよりマシ、といった場合）。UDPの低遅延性は、これらのアプリケーションに最適です。
ブロードキャスト/マルチキャスト: 多数の相手に同時に同じデータを送信する場合、コネクションレスなUDPが適しています。TCPのように全ての相手と個別に接続を確立・維持するのは非効率です。
シンプルな要求応答: DNS (Domain Name System) や SNMP (Simple Network Management Protocol) のように、小さなクエリを送り、小さなレスポンスを受け取るような単純な要求応答型の通信では、TCPの3ウェイハンドシェイク（接続確立の初期化処理）がオーバーヘッドとなるため、UDPがよく利用されます。
特定のプロトコルの基盤: 今回のテーマであるRTPのように、UDPの高速性と低オーバーヘッドを利用しつつ、UDPにはない信頼性や順序性、タイミング情報などをアプリケーション層で独自に実装するプロトコルの基盤として利用されます。

UDPの制限

UDPを使用する際には、その制限を理解しておく必要があります。

データ損失: データグラムは失われる可能性があります。アプリケーションは、データ損失を許容するか、またはアプリケーション層でデータ損失に対処する仕組み（例えば、音声や映像の一部を補間する）を実装する必要があります。
順序の保証なし: データグラムが到着する順序は不定です。アプリケーションは、必要に応じて受信したデータグラムを正しい順序に並べ替える仕組みを持つ必要があります。
サイズ制限: UDPデータグラムのサイズは、理論上は65,535バイトまで可能ですが、通常はIP層やネットワークインターフェース層のMTU (Maximum Transmission Unit) によって、フラグメンテーション（分割）なしで送信できる最大サイズが制限されます（イーサネットでは約1500バイト）。大きなデータを送信する場合は、アプリケーション層で分割・再構築する必要があります。

UDPは、インターネット通信の「素早い配達員」のようなものです。荷物（データグラム）を受け取ると、すぐに指定された住所（IPアドレスとポート）に向けて出発しますが、途中で荷物を落としてしまったり、渋滞で順番が前後してしまったりしても気にしません。荷物が届いたかどうかの確認も、受取人からのサインも求めません。この「投げっぱなし」の性質が、高速性と低遅延を実現しています。

RTP (Real-time Transport Protocol) を徹底解説

さて、UDPはシンプルで高速ですが、リアルタイムの音声や映像を扱うにはそのままでは不十分です。例えば、音声パケットがバラバラの順番で届いたり、どのパケットがどのタイミングの音声に対応するのか分からなかったりすると、意味のある音声を再現できません。また、通信品質が悪化した際に、それがどれくらいのパケットロスや遅延によるものなのかを知る術もありません。

そこで登場するのがRTP (Real-time Transport Protocol) です。RTPは、音声や映像のような時間的な連続性を持つリアルタイムデータを、UDPなどのトランスポートプロトコルの上で効率的に伝送するために設計されたプロトコルです。RTP自体は、TCPのように信頼性や順序性を「保証」するプロトコルではありませんが、リアルタイムメディアの受信側が、失われたパケットを検知したり、パケットの到着順序を正しい時間的な順序に並べ替えたり、再生タイミングを調整したりするために必要な情報を提供します。

RTPの基本的な仕組み

RTPは、UDPデータグラムのペイロードとして運ばれます。つまり、RTPパケットはUDPヘッダーの後に続くデータとしてカプセル化されます。RTPパケットには、メディアデータ（音声や映像の圧縮データなど）の他に、リアルタイム伝送に必要な様々な情報が付加されます。

RTPは通常、RTCP (RTP Control Protocol) と組み合わせて使用されます。RTCPは、RTPのデータストリームとは別に、セッション参加者間での通信品質の報告、セッションの制御、参加者の識別などを行うためのプロトコルです。RTPはデータそのものを運び、RTCPはそのデータの品質や状態に関する情報や制御情報を運びます。

RTPヘッダーの構造

RTPパケットは、固定長のRTPヘッダーと、その後に続くオプションの貢献元識別子(CSRC)リスト、RTPヘッダー拡張、そしてペイロード（メディアデータ）で構成されます。固定ヘッダーは最低12バイトです。

0 16 31 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P|X| CC |M| PT | Sequence Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Timestamp | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | SSRC | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | CSRC ... ... | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

各フィールドの役割を詳しく見ていきましょう。これがRTPの「リアルタイム」を支える鍵となります。

V (Version) – 2 bits: RTPのバージョン番号です。現在のバージョンは2です。
P (Padding) – 1 bit: パディングが使用されているかどうかを示します。暗号化のためにペイロード末尾にパディングバイトが付加される場合などにセットされます。
X (Extension) – 1 bit: 固定ヘッダーの後にヘッダー拡張が続くかどうかを示します。カスタム情報などを追加するために使用されます。
CC (CSRC count) – 4 bits: 固定ヘッダーの後に続くCSRC識別子の数を示します。最大15個のCSRC識別子を指定できます。
M (Marker) – 1 bit: ペイロード内で特別なイベントを示すために使用されるマーカービットです。例えば、音声パケットの会話の開始や終了、ビデオパケットのフレームの区切りなどに使用されます。アプリケーションやペイロードタイプによって定義されます。
PT (Payload Type) – 7 bits: ペイロードに含まれるデータのタイプ（エンコーディングやフォーマット）を示します。例えば、PCMU（G.711 u-law音声）、H.264（ビデオ）、Opus（音声）など、IANAによって定義された標準的な値や、動的に割り当てられる値があります。受信側はこの情報を見て、どのようにペイロードをデコード（復元）すれば良いかを知ります。
Sequence Number (16 bits): RTP送信元によって、送信されるRTPパケットごとに1ずつ増加する番号です。初期値はランダムに決定されます。受信側はこの番号を見て、パケットの順序が入れ替わっていないか、どのパケットが失われたか（パケットロス）を検知できます。順序が入れ替わって到着した場合でも、この番号を使って正しい順序に並べ替えることができます。
Timestamp (32 bits): RTPパケットに含まれるメディアデータの最初のバイトがサンプリングされた（または生成された）時間を示します。このタイムスタンプは、システムクロックのような絶対時間ではなく、メディアの種類ごとに定義された「クロックレート」に基づいた相対的な時間です。例えば、8000Hzの音声ならクロックレートは8000で、1秒間の音声データは約8000ティックに相当します。ビデオの場合、90000Hzがよく使われます。受信側は、このタイムスタンプとシーケンス番号を使って、パケットの到着時間のばらつき（ジッター）を吸収し、メディアを滑らかに再生するための「ジッターバッファ」を管理します。
SSRC (Synchronization Source identifier) – 32 bits: RTPセッション内で、特定のストリーム（音声、ビデオなど）の送信元を一意に識別するための番号です。通常、各送信元はセッションに参加する際にランダムなSSRCを生成し、それが衝突しないことをRTCPパケットなどを介して確認します。複数の音声ストリームやビデオストリームがある場合、それぞれ異なるSSRCを持ちます。
CSRC (Contributing Source identifier) – 32 bits * CC個: ミキサーによって合成されたストリームの場合に、そのストリームに「貢献した」元のストリームのSSRCリストが含まれます。例えば、音声会議において、複数の参加者の音声をミキサーが一つのストリームにまとめて送信する場合、そのミキサーから送られるRTPパケットには、ミキシングされた元の参加者それぞれのSSRCがCSRCリストとして含まれます。

RTPヘッダー拡張

Xビットがセットされている場合、固定ヘッダーの後にRTPヘッダー拡張が続きます。これは、標準のRTPヘッダーにはない追加の情報（例えば、特定のコーデックに固有の情報や、リアルタイム通信の制御情報など）を伝送するための仕組みです。ヘッダー拡張の形式はRFC 5285などで標準化されています。

ペイロードフォーマット

RTP自体は、音声や映像データをどのように圧縮・エンコードするか（コーデック）には関知しません。RTPはあくまでその「運び方」を定義します。RTPヘッダーのペイロードタイプ(PT)フィールドは、ペイロードがどのコーデックでエンコードされたデータなのかを示します。各ペイロードタイプに対応するデータ形式や、そのデータをRTPペイロードに格納する方法は、別途「RTPペイロードフォーマット」としてRFCなどで標準化されています（例: H.264ビデオのペイロードフォーマットはRFC 6184、Opus音声のペイロードフォーマットはRFC 7587など）。

RTPの主な特徴と利点

RTPは、UDPの上に構築されることで、UDPの高速性を活かしつつ、リアルタイムメディア伝送に特化した機能を提供します。

リアルタイム情報: シーケンス番号とタイムスタンプによって、パケットの順序、欠落、時間的な情報を提供します。
同期: 複数のストリーム（例えば、音声とビデオ）間でSSRCとタイムスタンプを使って同期を取ることが可能です。
送信元識別: SSRCによって、複数の送信元がある場合でもそれぞれのストリームを区別できます。
柔軟性: ペイロードタイプによって様々なメディアタイプやコーデックをサポートし、ヘッダー拡張によってカスタマイズも可能です。
トランスポート非依存性: 主にUDP上で使用されますが、理論的にはTCPなど他のトランスポートプロトコルの上でも動作可能です（ただし、リアルタイム性にはUDPが最も適しています）。

RTPは、UDPという「素早い配達員」が運ぶ荷物に、「荷物の通し番号（シーケンス番号）」と「荷物の中身が作られた時間（タイムスタンプ）」、そして「これは誰からの荷物か（SSRC）」といった特別なラベルを貼り付けることで、荷物がバラバラに届いても、受け取った側でこれらを参考に「本来の順番に並べ替えて、適切なタイミングで中身を取り出す」ことができるようにする仕組み、と言えます。

RTCP (RTP Control Protocol) を徹底解説

RTPはリアルタイムメディアデータそのものを伝送しますが、通信の品質を監視したり、セッションの参加者間で情報を交換したり、セッションを制御したりするための機能は持ちません。これらの機能は、RTPと対になって使用されるRTCP (RTP Control Protocol) が担います。

RTCPはRTPと同じセッション内で使用され、通常はRTPに使用されるポート番号の次に続くポート番号を使用します（例えば、RTPがポート番号Xを使用する場合、RTCPはポート番号X+1を使用することが一般的です）。RTPがメディアの「データプレーン」を担当するのに対し、RTCPは「コントロールプレーン」を担当すると言えます。

RTCPパケットはUDPデータグラムで伝送されます。RTPパケットのように頻繁に送信されるわけではなく、一般的にはセッション帯域幅のごく一部（通常は5%程度）を使用して定期的に送信されます。

RTCPの主な機能

RTCPは主に以下の機能を提供します。

QoS (Quality of Service) 報告: セッション参加者（特に受信側）は、受信したRTPストリームの品質に関する統計情報（パケットロス率、ジッター、遅延など）をRTCPパケットとして送信元や他の参加者に報告します。送信元はこの報告を見て、ネットワークの状態を把握し、送信レートやエンコーディング方式を調整するなどの対応を取ることができます。
参加者の識別: RTCPは、セッション参加者を識別するための一意な名前（Canonical Name: CNAME）などの情報を含むRTCPパケットを送信します。これにより、同じ参加者から送られる複数のストリーム（例えば、音声ストリームとビデオストリーム）を関連付けることができます。
セッション制御: セッションからの離脱（BYEパケット）などを通知するために使用されます。
セッション規模の推定と報告間隔の調整: RTCPパケットの交換を通じて、セッションに参加している人数を推定し、その人数に応じてRTCPパケットの送信間隔を動的に調整します。これにより、参加者が多い大規模なセッションでも、RTCPによるネットワーク負荷が過大になるのを防ぎます。

主なRTCPパケットタイプ

RTCPにはいくつかの主要なパケットタイプがあります。一つのUDPデータグラムの中に複数のRTCPパケットをまとめて格納して送信することも可能です。

SR (Sender Report) – 送信者レポート: アクティブにRTPパケットを送信している参加者が送信します。以下の情報が含まれます。
- NTPタイムスタンプ: NTP (Network Time Protocol) に基づく絶対時間タイムスタンプ。RTCP SRの送信時刻を示し、RTPタイムスタンプとの対応付け（下記参照）や、異なる参加者間の同期に使用されます。
- RTPタイムスタンプ: 対応するNTPタイムスタンプの瞬間にRTPクロックでカウントされていたタイムスタンプ値。これにより、絶対時間とRTPストリームの時間軸を関連付けることができます。
- 送信したRTPパケット数とバイト数: セッション開始から現在までに送信したRTPパケットの総数と総バイト数。送信レートや帯域幅の使用状況を把握できます。
- 受信者レポートブロック: この送信者が過去に受信したストリームに関する受信者レポート（RR）形式の統計情報。
RR (Receiver Report) – 受信者レポート: RTPパケットを送信していない参加者、または送信している参加者が自分が受信しているストリームについて送信します。以下の情報が含まれます。
- 受信ストリームのSSRC: どの送信元からのストリームに関するレポートかを示します。
- 失われたパケットの割合 (Fraction Lost): 前回のSR/RRパケット送信以降に失われたパケットの割合。
- 累積パケットロス数 (Cumulative Number of Packets Lost): セッション開始から現在までに失われたパケットの総数。
- 最高のシーケンス番号 (Extended Highest Sequence Number Received): 受信したパケットの中で最も大きいシーケンス番号。パケットロスや順序の入れ替わりを検知するために使用されます。
- ジッター (Interarrival Jitter): パケットの到着時間間隔のばらつきの推定値。受信側がジッターバッファサイズを調整する参考にします。
- 最後に受信したSRのタイムスタンプ (Last SR timestamp: LSRL): レポート対象の送信元から最後に受信したSRパケットのNTPタイムスタンプの下位32ビット。
- 最後のSR受信からレポート送信までの遅延 (Delay since last SR: DLSR): LSRLで示されたSRパケットを受信してから、このRRパケットを送信するまでの時間（ミリ秒）。これとLSRLを使うことで、RTT (Round Trip Time: 往復遅延時間) を計算できます。
SDES (Source Description) – 送信元情報: セッション参加者に関する情報を提供します。最も重要なのはCNAME (Canonical Name) アイテムで、同じ参加者からの音声とビデオストリームなど、異なるRTPセッションにまたがる関連するストリームを関連付けるために使用されます。その他、ユーザー名、メールアドレス、電話番号、場所、使用ツールなどのオプション情報を含めることができます。
BYE (Goodbye): 参加者がセッションから正常に離脱することを他の参加者に通知します。
APP (Application-Defined): アプリケーション固有の拡張のために使用されるパケットタイプです。

RTPとRTCPの連携

RTPとRTCPは、リアルタイム通信において不可分一体となって機能します。

RTPはメディアデータを運び、シーケンス番号とタイムスタンプを提供することで、受信側がデータの並べ替えやジッター吸収、パケットロス検知を行えるようにします。
RTCPは、その通信の状態に関する情報を収集し、参加者間で共有します。受信側からのパケットロス率やジッターといった品質報告は、送信側がエンコーディングレートを下げる、あるいはネットワーク管理者がQoS設定を見直すといった改善策を講じるための重要な情報源となります。また、SRパケットに含まれるNTPタイムスタンプとRTPタイムスタンプの情報は、音声ストリームとビデオストリームのように異なるRTPストリーム間でのタイミング同期を実現するために不可欠です。

例えるなら、RTPは荷物そのものと、荷物の通し番号や作られた時間といった「荷物の中身に関するラベル」を運ぶ役割、RTCPは「配達中に荷物がどれくらい傷んだか（パケットロス率）」や「配達にかかった時間のムラ（ジッター）」、「配達にかかった往復時間（RTT）」といった「配達状況に関する報告書」や「差出人の情報（CNAME）」を運ぶ役割を担っていると言えます。この二つが連携することで、単にデータを送るだけでなく、リアルタイムに「高品質な配達」を実現しようとするのです。

UDPとRTPの決定的な違いと使い分け

さて、ここまでUDP、RTP、RTCPそれぞれの仕組みを見てきました。改めて、UDPとRTP（およびRTCPを含む広義のRTPシステム）の決定的な違いは何でしょうか。そして、なぜリアルタイム通信ではこの組み合わせが使われることが多いのでしょうか。

UDPとRTPの決定的な違い

以下の表に、両者の主な違いをまとめます。

特徴	UDP (User Datagram Protocol)	RTP (Real-time Transport Protocol) (RTCP含む)
位置づけ (TCP/IP)	トランスポート層	アプリケーション層 (UDPの上に構築)
コネクション	コネクションレス	コネクションレス (基盤となるUDPに依存)
信頼性	非信頼性 (Unreliable): 配信保証なし、再送なし	非保証型: 信頼性自体は保証しないが、損失検知・順序復元に必要な情報を提供 (UDPに依存)
順序保証	なし: 到着順序は不定	なし: 到着順序は不定だが、順序復元に必要な情報を提供 (シーケンス番号)
フロー制御	なし	なし (基盤となるUDPに依存)
輻輳制御	なし	基本的になし (ただし、RTCP報告を元にアプリケーションが調整可能)
データ単位	データグラム	RTPパケット (UDPデータグラムのペイロードとして運ばれる)
ヘッダーサイズ	8バイト (非常に小さい)	12バイト (固定) + オプション (CSRCリスト, 拡張) (UDPより大きい)
主な目的	アプリケーション間データグラムのシンプル・高速転送	リアルタイム音声・映像などの伝送に特化し、タイミング・順序・同期情報を提供
時間情報	なし	あり (タイムスタンプ): メディア生成時間、ジッター計算に利用
順序情報	なし	あり (シーケンス番号): パケット損失検知、順序復元に利用
送信元識別	ポート番号 (アプリケーション識別)	SSRC (ストリーム送信元識別), CNAME (参加者識別)
品質報告/制御	なし	RTCPによって提供 (パケットロス、ジッター、RTT報告、参加者情報など)
典型的ユースケース	DNS, SNMP, 一部のゲーム、ストリーミングの基盤	VoIP, ビデオ会議, ライブストリーミング, オンラインゲーム (メディア伝送部分)

最も根本的な違いは、その「目的」と「提供する情報」にあります。

UDPは、アプリケーション間でデータを運ぶための汎用的で最小限のトランスポートサービスです。「とにかくデータを目的地（ポート番号）まで素早く届けること」に特化しており、そのデータがどのような性質のもので、いつ作られたものか、届いた順番が正しいか、といった内容や時間に関する情報は一切関知しません。信頼性や順序保証はアプリケーション層に丸投げしています。
RTPは、リアルタイムメディア伝送という特定の目的のために設計されたプロトコルです。UDPの上に乗り、ペイロードであるメディアデータに加えて、シーケンス番号、タイムスタンプ、SSRCといったリアルタイム処理に不可欠な情報を付加します。これらの情報があることで、受信側はUDPの非信頼性や無順序性をある程度補い、リアルタイムメディアを滑らかに再生したり、複数のストリームを同期させたり、通信品質を把握したりできるようになります。RTCPはさらに、品質報告や参加者情報を提供し、セッション全体の管理を助けます。

簡単に言えば、UDPは「ただの箱と住所」、RTPは「リアルタイムメディアをスムーズに再生するための特別なラベル（通し番号、作成時刻、差出人）」が貼られた「箱の中身（メディアデータ）」を定義するものです。そして、RTPパケットはそのUDPという「箱」に入れられて運ばれます。

なぜリアルタイム通信にはRTP over UDPが選ばれることが多いのか？

リアルタイム通信、特に音声や映像においては、遅延が少ないこと (低遅延) が信頼性や完全性よりも重視されるケースが多いです。ここで、TCPではなくUDPが選ばれる理由が明らかになります。

TCPの遅延問題: TCPは信頼性を保証するために、失われたパケットの再送を行います。また、順序を保証するため、途中のパケットが届かないと、それより後に到着したパケットも受信バッファに溜め込み、順序が揃うまでアプリケーションには渡しません（ヘッドオブラインブロッキング）。さらに、TCPには厳密な輻輳制御があり、ネットワーク混雑時には送信レートを積極的に下げます。これらの仕組みは、ファイル転送のようにデータが完璧に届くことが最優先される場合には素晴らしい機能ですが、リアルタイムメディアにおいては致命的な遅延を引き起こす可能性があります。音声や映像が数秒遅れて届いても、それはもはや「リアルタイム」とは言えません。途中で少し途切れても（パケットロス）、すぐに後続のデータが再生された方が、体験としては優れていることが多いのです。
UDPの低遅延: UDPは信頼性や順序保証のための仕組みを持たないため、パケットの再送や順序待ちによる遅延が発生しません。「投げっぱなし」であることは、そのまま「すぐに届く可能性がある」ことに繋がります。ヘッダーオーバーヘッドも小さいため、効率的なデータ伝送が可能です。
RTPによる補完: UDP単体ではリアルタイムメディアの処理に必要な情報が不足しています。RTPは、UDPの低遅延性を損なわずに、メディアの再生に必要な情報（シーケンス番号、タイムスタンプ）や同期情報（SSRC）、そして通信品質を把握するための情報（RTCP）を追加します。これにより、アプリケーションはUDPで送られてくるパケットを、RTPヘッダーの情報を基に並べ替え、適切なタイミングで再生し、パケットロスを検知してエラー隠蔽処理を行ったり、品質に応じて送信側が調整を行ったりすることが可能になります。

つまり、リアルタイム通信では、TCPの「完全な信頼性」がもたらす遅延よりも、UDPの「高速性」を優先し、不足する「リアルタイム処理のための情報」をRTPがアプリケーション層で補う、というアプローチが最も効率的で実用的であることが多いため、RTP over UDPという組み合わせが広く採用されているのです。

RTCPによる品質報告は、失われたパケットを再送させるのではなく、送信側が今後の送信方法を改善するためのフィードバックとして機能します。これは、過去のデータを完璧に届けることより、未来のデータを適切に届けることを重視するリアルタイム通信らしい考え方です。

RTP/UDPが使われる具体的なシーン

RTP over UDPが実際にどのように使われているか、いくつかの具体的なアプリケーション例を見てみましょう。

VoIP (Voice over IP):
- インターネット電話やビジネス向けIP電話システムでは、音声データをリアルタイムに伝送するためにRTPが広く使われています。
- SIP (Session Initiation Protocol) や H.323 といったシグナリングプロトコルが通話のセットアップ（発信、着信、切断、コーデック交渉など）を行いますが、実際の音声データはRTPパケットとしてUDPの上で送受信されます。
- RTCPは、通話中のネットワーク品質（パケットロス、ジッター、遅延）を測定し、音声品質のモニタリングや、音声コーデックの変更（例えば、パケットロスが多い場合はよりロバストなコーデックに切り替える）といった適応制御のために利用されます。
ビデオ会議:
- Zoom, Microsoft Teams, Google Meetなどのビデオ会議システムも、音声と同様にビデオデータをリアルタイムに伝送するためにRTPを使用します。
- 通常、音声ストリームとビデオストリームはそれぞれ別のRTPセッション、異なるポート番号の組（RTP/RTCPペア）を使用して送信されます。
- RTCPのSRパケットに含まれるNTPタイムスタンプとRTPタイムスタンプの情報は、音声ストリームとビデオストリームの間で厳密な同期を取り、「リップシンク」（音声と映像の口の動きを合わせる）を実現するために不可欠です。
- ビデオエンコーディング（H.264, VP9, AV1など）はRTPペイロードとして運ばれ、RTPヘッダーのペイロードタイプで識別されます。
- ビデオは音声よりも多くの帯域幅を消費し、パケットロスや遅延の影響を受けやすいため、RTCPによる品質報告に基づいて、ビデオの解像度やフレームレート、圧縮率を動的に調整するアダプティブストリーミング技術がよく使われます。
ライブストリーミング (一部の方式):
- YouTube LiveやTwitchのような大規模なHTTPベースのライブストリーミング（HLSやDASH）ではTCPがよく使われますが、より低遅延が求められるプロフェッショナルな放送用途や、一部のインタラクティブなライブストリーミングでは、RTPが使用されることがあります（例: RTSP/RTP、SRTプロトコルの一部要素など）。
- 特に、映像制作現場からインターネット経由で映像を伝送するような場合、数秒、数十秒といった遅延は許容できないため、RTP over UDPが適しています。
オンラインゲーム:
- 全てのオンラインゲームがRTPを使っているわけではありませんが、特にFPS (First-Person Shooter) のようなリアルタイム性の高いゲームでは、プレイヤーの位置情報やアクションといった頻繁に更新される重要な情報を低遅延で送受信するためにUDPが使われます。
- ゲームによっては、UDPの上にRTPに似たカスタムのプロトコルを実装し、タイムスタンプやシーケンス番号、信頼性（一部の重要な情報のみ再送するなど）の仕組みを独自に構築している場合もあります。
IPTV (IP Television):
- IPネットワークを通じてテレビ放送を配信するシステムの一部で、映像・音声ストリームの伝送にRTPが使用されることがあります。

これらの例からも分かるように、RTPは単なる「UDPの上に乗るプロトコル」ではなく、リアルタイムメディアの性質に合わせて、UDPの持つ高速性を活かしつつ、ジッター吸収、順序復元、同期、品質報告といった、音声や映像を「視聴可能な状態」で届けるために不可欠な機能を提供する、専用のプロトコルスイート（RTPとRTCP）であることが理解できます。

補足：関連する技術とプロトコル

RTPとUDPを理解する上で、関連するいくつかの技術やプロトコルについても簡単に触れておきます。

SRTP (Secure Real-time Transport Protocol): RTPで伝送されるメディアデータにセキュリティ（暗号化、認証、メッセージ整合性）を追加するためのプロファイルです。VoIPやビデオ会議のプライバシー保護のために広く使われています。SRTPはRTPヘッダーの一部を拡張したり、ペイロードを暗号化したりしますが、基本的なRTP/RTCPの仕組みの上に構築されます。
SDP (Session Description Protocol): マルチメディアセッション（例えば、VoIP通話やビデオ会議）の詳細（使用するメディアタイプ、コーデック、ポート番号、RTP/RTCPパラメータなど）を記述するためのフォーマットです。SIPなどのシグナリングプロトコル内で、セッション参加者間でメディアの送受信方法をネゴシエーションする際に使用されます。
SIP (Session Initiation Protocol): インターネット上でセッション（通話、会議、メッセージングなど）の開始、変更、終了を行うためのシグナリングプロトコルです。SIPはUDPまたはTCPの上で動作し、SDPを使ってメディアセッションの情報を交換した後、実際のメディア伝送にはRTP over UDPが使用されるのが典型的です。
RTSP (Real-Time Streaming Protocol): ストリーミングサーバーの制御（再生、一時停止、早送りなど）を行うためのプロトコルです。RTSP自体はストリームデータは運びませんが、メディアストリームの伝送にRTPを利用することがあります。
NAT Traversal (STUN, TURN, ICE): UDPやRTPを使用するリアルタイム通信は、NAT (Network Address Translation) やファイアウォールによって通信がブロックされる問題に直面しやすいです。これを解決するために、STUN (Session Traversal Utilities for NAT)、TURN (Traversal Using Relays around NAT)、ICE (Interactive Connectivity Establishment) といった技術が使われます。これらは、通信相手との間で最適な経路や通信方法を見つけるための複雑な仕組みであり、RTP/UDP通信をNAT越えさせるために不可欠な要素となっています。

これらの技術は、単独で機能するUDPやRTPを、実際の複雑なネットワーク環境下で、ユーザーがストレスなくリアルタイム通信を行うための周辺技術と言えます。

よくある疑問とその回答

Q: UDPは信頼性がないとのことですが、なぜRTPはUDPの上に構築されているのですか？TCPの上にRTPを構築した方が信頼性が高くて良いのではないでしょうか？

A: リアルタイム通信において最も重要なのは「遅延」です。TCPは信頼性確保（再送）や順序保証のために遅延を増大させる可能性があります。例えば、ビデオ会議中にパケットが一つ失われたとして、TCPはそのパケットが届くまで後続のすべてのパケットの処理を止めます。数ミリ秒の遅延でも積み重なれば、映像が固まったり、音声が途切れたりします。リアルタイムメディアでは、「古いデータが完璧に届くこと」よりも「新しいデータがすぐに届くこと」が優先されます。多少のデータ損失は、アプリケーション側でエラー隠蔽（Lost Packet Concealment）といった技術を使って目立たなくさせることができます。

UDPは信頼性も順序保証も行わないため、遅延が非常に小さいという特性があります。RTPは、このUDPの低遅延性を活用しつつ、シーケンス番号やタイムスタンプといった情報を追加することで、失われたパケットの検知や、受信側での並べ替え・ジッター吸収を可能にします。これにより、UDPの高速性を保ちつつ、リアルタイムメディアの再生に必要な最低限の情報をアプリケーションに提供できるのです。つまり、TCPの信頼性はリアルタイム通信には「過剰」であり、そのために失われる「リアルタイム性」をUDP+RTPの組み合わせが効率的に実現していると言えます。

Q: RTPとRTCPは常に一緒に使われるのですか？

A: RTP仕様上は、RTCPの使用は必須ではありませんが、「強く推奨される」とされています。実際の多くのリアルタイム通信アプリケーションでは、RTCPはRTPと共に使用されます。なぜなら、RTCPが提供する品質報告や参加者情報は、通信品質の維持・向上や、セッション管理のために非常に有用だからです。RTCPがない場合、送信側は受信側の状態を把握できず、ネットワーク状況に応じた適切な送信制御を行うことが困難になります。音声やビデオの同期も難しくなります。したがって、特殊な用途を除いて、ほとんどのRTPを使ったリアルタイム通信システムではRTCPも利用されます。

Q: RTPは暗号化機能を持っていますか？

A: 標準のRTP自体には暗号化機能はありません。RTPはあくまでデータの「運び方」と「リアルタイム情報」を定義するプロトコルです。リアルタイムメディアの暗号化には、RTPのプロファイルであるSRTP (Secure Real-time Transport Protocol) が使用されます。SRTPはRTPの上にセキュリティ機能を追加するもので、メディアデータの暗号化、メッセージ認証、リプレイ攻撃からの保護などを提供します。VoIPやビデオ会議のセキュリティでは、SRTPの利用が一般的になっています。

Q: RTPパケットのサイズはどれくらいですか？

A: RTPパケットのサイズは、RTPヘッダー（最低12バイト）、オプションのCSRCリストやヘッダー拡張、そしてペイロード（メディアデータ）の合計サイズです。ペイロードサイズは使用するコーデックやエンコーディング設定、パケット化の単位によって大きく異なります。例えば、音声では20ms分の音声データを1つのRTPパケットに入れることが多く、使用するコーデックによってそのバイト数が決まります。ビデオの場合は、フレームを複数のRTPパケットに分割して送信するのが一般的です。
ただし、RTPパケットはUDPデータグラムとして運ばれるため、IP層やネットワークインターフェース層のMTU（通常1500バイト程度）を超える大きなパケットはフラグメンテーション（分割）される可能性があります。フラグメンテーションは遅延やパケットロスを増加させる原因となるため、通常はRTPパケットサイズがMTUを超えないように調整されます。

Q: ポート番号はどのように決められるのですか？

A: UDPやTCPのポート番号は、通常、アプリケーションやプロトコルごとに割り当てられます。RTP/RTCPセッションで使用されるポート番号は、シグナリングプロトコル（SIPやH.323など）によって、セッション開始時に動的にネゴシエートされるのが一般的です。送信側と受信側は、利用可能なポート範囲の中からペアとなるポート番号（RTP用ポートとRTCP用ポート、通常は連続する番号）を決定し、SDPなどの形式で相手に伝えます。

まとめ：今さら聞けない疑問は解消されたか？

この記事では、「今さら聞けない」と感じているかもしれない、UDPとRTPの違いと仕組みについて、TCP/IPの基本から掘り下げて詳しく解説してきました。

UDPは、トランスポート層のコネクションレスで非信頼性なプロトコルであり、そのシンプルさゆえに高速性と低遅延を実現します。データグラムを「投げっぱなし」で運ぶ「素早い配達員」です。
RTPは、UDPの上に構築されるアプリケーション層のプロトコルで、リアルタイムメディア伝送に特化しています。シーケンス番号やタイムスタンプといったリアルタイム処理に必要な情報を付加することで、UDPの非信頼性・無順序性を補い、受信側でのジッター吸収や順序復元、損失検知を可能にします。メディアデータそのものと、その「リアルタイムな状態」を示すラベルを運びます。
RTCPは、RTPと連携し、通信品質の報告やセッション制御を行います。通信の「配達状況報告書」のような役割を果たし、品質改善のためのフィードバックを提供します。
リアルタイム通信でRTP over UDPが選ばれるのは、TCPの信頼性保証による遅延を避け、UDPの低遅延性を活かしつつ、RTP/RTCPが提供する情報によってリアルタイムメディアを効率的に、そして「視聴可能」な状態で伝送できるためです。

UDPは汎用的な高速データグラム転送、RTPはリアルタイムメディア伝送に特化した機能を提供する、という違いを理解することが重要です。RTPはUDPの「足りない部分」を補うというよりは、UDPの持つ「リアルタイム通信にとって重要な特性（低遅延）」を邪魔せずに、リアルタイムメディアを扱うために必要な情報を「追加」するプロトコルと言えます。

VoIP、ビデオ会議、オンラインゲームなど、私たちの生活に身近な多くのサービスが、このUDPとRTP/RTCPの連携によって支えられています。これらのプロトコルの仕組みを理解することは、リアルタイム通信の品質やトラブルシューティングについて考える上で非常に役立ちます。

この記事が、これまでUDPやRTPについて抱いていた疑問を解消し、リアルタイム通信技術への理解を深める一助となれば幸いです。ネットワークの世界は奥深く、様々なプロトコルが連携して私たちの便利な生活を支えています。今回のRTPとUDPのように、一つ一つのプロトコルを丁寧に見ていくことで、その全体像がよりクリアに見えてくるでしょう。

最後までお読みいただき、ありがとうございました。

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