３４．通信の信頼性

さて、情報通信ネットワークでの通信は、いろんな原因で情報が正しく届かないことがあるんだ。

そうだね。ノイズやネットワークの混雑、ウイルスや人の介入など、さまざまな原因で情報が変わってしまうことがあるよ。

通信中の誤りを検出・訂正するために、送信するデータに余分なビットをつけ加える方法があるんだ。この余分なビットを「冗長なビット」というよ。

確かにデータ量は増えるけど、これによって通信の信頼性が高まるんだ。

冗長なビットの例として「パリティ検査」について学ぶよ。パリティには「奇数パリティ」と「偶数パリティ」の2種類があるんだ。今回は、よく使われる「偶数パリティ」を例にして説明するね。

パリティは、データの誤りを検出するための方法の一つで、追加するビットのことを指すんだ。偶数パリティでは、データ中の「1」の数が偶数になるようにパリティビットを追加する。

了解。例えば、送りたいデータが「10010100」という8ビットのバイナリデータがあるとするね。このデータの中には「1」が3つあるから、1の数は奇数だね。

その通り！パリティビットを「1」として最後に追加すると、「100101001」という９ビットになるよね。これのデータには１の数が４つあるから、偶数ということになる。（注：青マーカーの部分がパリティビットです）

受信側でデータを受け取ったとき、「100111001」のように途中の０が１に誤ってしまった場合、全体で「1」の数が5個になっ、偶数にならない。受信側がこれは偶数パリティのルールとは違うといううことに気がつくんだ。（注：ピンクマーカーの部分が誤り発生ビットです）

そうだね。ただ、パリティ検査には一つ大きな制限があるんだ。それは、2ビット以上の誤りを検出できないことだ。

考えてみて。もし2ビットのデータが誤って変わった場合、例えば「1」が「0」に、そして「0」が「1」に変わったとすると、全体の「1」の数は変わらないよね。そのため、パリティビットを使っても誤りを検出できないんだ。

正解。このような制限を克服するために、より高度な誤り検出・訂正の方法が研究されてきた。その中で、CRC（巡回冗長検査）が非常にポピュラーだよ。

CRCは、データのビット列に対して特定の計算を行い、その結果を送信データに追加する方法だ。

その通り。送信側では，ビット列をある生成多項式という名前の式で割った余りをそのビット列に付加して送信し，受信側では，受信したビット列が同じ生成多項式で割り切れるか否かで誤りの発生を判断するんだ。

次にパケットの再送について説明するよ。TCP通信では、送信側はデータを送信すると、受信側からの確認応答（ACK）を待つんだ。ACKとは、acknowledgeの略で、受信側が正しくデータを受信したことを送信側に通知するためのもだよ。

ACKが期限内に受信されない場合、送信側はそのデータを再送するんだ。これにより、途中で失われたパケットや誤りが生じたパケットを補完することができる。

そうだね。これによって、データの送受信が確実に行われ、通信の品質が保たれるんだ。

いいところに気がついたね。実はトランスポート層のプロトコルには、再送しないUDPというプロトコルもあるんだ。

確かに、再送しないという特性は、一見すると困りそうに思えるよね。でも、UDPは特定の用途で非常に役立つんだ。例えば、リアルタイムのストリーミングやオンラインゲームなどで使われることが多いよ。

リアルタイムのストリーミングやゲームでは、速度やリアルタイム性が非常に重要だよね。UDPは再送を行わないため、データの遅延が少なく、高速にデータを送受信できる。もし一部のデータが失われても、次のデータがすぐに来るので、ユーザーは大きな違和感を感じないことが多いんだ。

正解！TCPは接続指向であり、UDPは接続レスというような言い方もあるんだ。しっかり接続されて信頼性が高いTCPと、接続されていないけれど高速なUDP。用途に応じて適切なプロトコルを選ぶことが大切だよ。