レイテンシ、帯域幅、およびスループットがインターネット速度に与える影響

インターネットの速度、つまりネットワーク内におけるデータ転送の速さは、レイテンシ、帯域幅、スループットという異なる指標を用いて算出されます。 この記事では、これらの指標と、TCPプロトコルがそれらに与える影響について解説します。

データパケットの送信

インターネットへのアクセスは、情報のやり取りに基づいています。オンラインで買い物をしたり映画をストリーミングしたりすると、お客様のIPはリクエストを行うためにデータパケットという形式で情報のフローを送信します。これを受けて、受信側は別の情報のフローを同じくデータパケットの形式で送り返すことで応答します。

TCPプロトコルを使用する場合、これらのデータパケットは車線のようなネットワークを通って送信先に順番に送信されます。 送信先に到達すると、確認応答がお客様のIPに送り返されます。前のパケットが送信先に到達したという確認応答を受け取ることなく送信できるパケットの数は、限られています。

同時に、特定の時間内にその車線を通過できるパケットの量も制限されています。データパケットがネットワークを通過できる速度は、帯域幅と呼ばれます。

しかし、実際のインターネット速度に影響を与える要素は帯域幅だけではありません。送信先までの物理的な距離や、途中で発生する可能性のある障害など、さまざまな要因によって送信先への到着が遅れ、最終的には確認応答も遅れることがあります。お客様のパケットが送信先に到達するまでにかかる時間は、レイテンシと呼ばれます。

ハイウェイ上の混雑

各パケットがネットワークを通過する際、複数のノードを経由して送信先へと転送されます。お客様のパケットが他の複数のパケットと同時にノードに到着すると、キューに入れられます。

あいにく、この段階でお客様のパケットがドロップまたは消失し、お客様のIPが送信先への到達確認を受け取れなくなる可能性もあります。この場合、パケットを再送信する必要があり、後続のパケットの送信が遅れることになります。

これらのパケット損失は、データ送信の遅延をTCPプロトコルに通知します。トラフィックを緩和するため、プロトコルは自動的にメカニズム（AIMDアルゴリズム(新しいウィンドウ)と呼ばれる）を実装し、消失したパケットを通常の半分の速度で再送信します。

これは、消失したパケットが再送信される速度だけでなく、後続のパケットの速度にも影響を与えます。後続パケットの速度は、トラフィックが改善するにつれて段階的にのみ向上します。

最終的には、軽微なパケット損失であっても、お客様のすべてのパケットが送信先に到達するのが遅れ、当然ながらリクエストへの応答も遅れることになります。特定の時間内にネットワーク上でやり取りできるデータパケットの最終的な数は、スループットと呼ばれます。

TCP接続における最大スループットを算出するには、Mathisの公式(新しいウィンドウ)と、こちらのオンライン計算ツール(新しいウィンドウ)を使用できます。

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