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、2段階の宛先指定が必要です。IPアドレスで「どのコンピュータか」を指定し、ポート番号で「そのコンピュータの中のどのアプリ宛てか」を指定します。IPアドレスだけでは、Webサーバ宛てなのか、同じ機器のメールサーバ宛てなのかを区別できません。

ポート番号は0〜65535の数字で、TCPとUDPのヘッダにそれぞれ格納されています。

ポート番号は、TCP・UDPヘッダの16ビットの領域に格納されます。16ビットで表せる値は2¹⁶ = 65536通りです。

IPアドレスの各区切りが8ビットで256通り、範囲が0〜255になるのと同じ考え方です。

0〜65535のポート番号は、用途ごとに3つの範囲に分かれています。区分を定めているのは、インターネットの番号資源を管理する組織のIANAです。

図と表のとおり、ウェルノウンポートは全体のごくわずかな範囲です。HTTPやHTTPSなど、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。

次の表は、代表的なサービスのポート番号です。いずれもウェルノウンポートで、サーバ側が待ち受ける宛先ポート番号です。

FTPは、制御用の21番とデータ転送用の20番の2つを使います。ただし20番は待ち受けには使わず、アクティブモードでサーバがデータ用の接続を張るときの送信元になります。この違いはFTP・TELNET・NTPの記事で説明しています。22番のSSHがつながるまでの流れは、SSHの記事で説明しています。

DNSは、通常の問い合わせにUDPの53番を使います。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。この使い分けはTCPとUDPの違いの記事で説明しています。

80番のHTTPと443番のHTTPSの違いはHTTPとHTTPSの記事で、SMTP・POP3・IMAPの使い分けはメールの記事で説明しています。

SNMPは、向きによって使うポート番号が変わります。マネージャがエージェントに問い合わせるときは、161番を使います。エージェントがマネージャへトラップを通知するときは、162番を使います。

ここまでのポート番号は、すべてサーバ側の宛先の番号でした。一方、通信を始めるクライアント側のポート番号はOSが決めます。

OSには、一時的な割り当て用の番号の範囲があります。この範囲をエフェメラルポートと呼びます。PCがサーバへ新しく接続するたびに、OSはこの範囲から空いている番号を1つ選びます。

選ばれた番号は、送信元ポート番号として自動的に割り当てられるので、人が指定する必要はありません。接続を確立する3ウェイハンドシェイクの手順は、1つ前の記事で説明しています。

どの範囲を使うかはOSによって異なります。49152〜65535はIANAが定めた動的ポートの区分で、Windowsなどはこの範囲を使います。

一方、Linuxの初期設定では、32768〜60999をエフェメラルポートとして使います。これはIANAの区分とは別の範囲ですが、その中から空いている番号を選ぶ考え方は共通です。

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アドレスと宛先ポート番号（サーバ側の443番）までは同じです。

しかし、OSがタブごとに別の送信元ポート番号を割り当てるので、戻ってきたデータがどちらのタブ宛てかを区別できます。

この送信元ポートは、家庭用ルータでさらに書き換えられることがあります。この仕組みがNAPTで、プライベートIPアドレスとNATの記事で説明しています。

外部から自宅のサーバにアクセスしたいときは、ポート番号を指定して転送するポート開放の設定が必要です。

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あります。TCPの80番とUDPの80番は、番号が同じだけで、無関係の別々の窓口です。TCPの80番が使用中でも、UDPの80番にはまったく影響しません。

次はDNSの記事で、ドメイン名をIPアドレスに変える仕組みを説明します。