1. 概要

このチュートリアルでは、ネットワーク帯域幅、遅延、パケット時間について詳しく説明します。 ネットワーク遅延と帯域幅を使用してパケット時間を計算するための数値例を示します。

2. ネットワーク帯域幅

ネットワーク帯域幅は、指定された時間、無線または有線通信チャネルを介して送信できるデータの最大量を表します。 同様に、ネットワークスループットは、ネットワークで単位時間あたりに送信される実際のデータ量です。したがって、実際のネットワークスループットは常にネットワーク帯域幅よりも小さくなります。

一般に、接続にかなりの帯域幅がある場合、ユニットあたりのデータの送信は高くなります。 さらに、帯域幅はネットワーク速度と同じではありません。 したがって、ネットワーク速度は、データ送信を処理する速度として定義できます。 一方、ネットワーク帯域幅は通信チャネルの容量を扱います。

通信リンクがトラフィックでいっぱいの場合、修正する最も簡単なオプションは、ネットワークの帯域幅を増やすことです。 ただし、ネットワーク管理者とエンジニアは、ネットワークでの帯域幅の使用を最適化および監視する責任があります。

ネットワーク帯域幅は限られたリソースです。 したがって、通信に使用する場所とネットワークデバイスによって異なります。 さらに、ネットワーク帯域幅をビット、キロビット、メガビットで測定します。 4Kビデオ対応TVやビデオ会議アプリケーションなどの最新のデバイスは、高いネットワーク帯域幅を使用します。

3. ネットワークの遅延

コンピュータネットワークの送信元から宛先に到達するためにパケットがかかる時間に影響を与えるさまざまな要因があります。 さらに、パケット損失、暗号化、距離などのさまざまな要因により、パケット中の遅延が発生します。 ネットワークには、処理遅延、キューイング遅延、送信遅延、伝搬遅延など、さまざまな遅延があります。

処理遅延（）は、ルーターによるパケットヘッダーの処理による遅延です。 ルーターからの遅延は、ビットエラーのチェック、パケットの送信先となるネクストホップの特定、および暗号化操作によるものです。 パケットが直面する可能性のある2番目のタイプの遅延は、キューイング遅延（）です。 ルーティングキューにかかる時間です。 キューイング遅延は、データがルーターのバッファーで待機する時間です。 ネットワークに輻輳がある場合は、キューイングに大幅な遅延が発生する可能性があります。

伝送遅延（）は、利用可能なすべてのデータを伝送媒体またはワイヤにプッシュする時間です。 ビット数（）を伝送速度（）で割ることにより、伝送遅延（1秒）を計算できます。

   

データ送信中にパケットが直面する可能性のあるもう1つの遅延は、伝搬遅延（）です。 パケットが伝送媒体を通過するのにかかる時間です。 パケットの距離（）と速度（）によって異なります。 したがって、伝播遅延：

   

4. ネットワーク遅延

ネットワーク遅延（ ）は、データ送信中にパケットが直面する可能性のあるすべての遅延の合計です。通常、ネットワーク遅延はラウンドトリップ時間（RTT）およびミリ秒（ms）で測定します。 ネットワーク遅延には、処理、キューイング、送信、および伝搬の遅延が含まれます。 ネットワーク遅延を計算する式を見てみましょう。

   

ネットワークとアプリケーションに応じて、許容可能なネットワーク遅延は異なります。 たとえば、ビデオ会議、VoIP通話、ビデオストリーミングなどのアプリケーションは、効率的に機能するためにネットワーク遅延を低くする必要があります。 ネットワーク遅延が大きいと、これらのアプリケーションのパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。 一方、アプリケーションのパフォーマンスに大きな影響を与えることなく、高い遅延を許容できる電子メールのようなアプリケーションがあります。

ラウンドトリップ時間（RTT）は、メッセージが送信元から宛先に到達し、宛先から送信元に戻るのにかかる時間です。ネットワークping時間はラウンドと非常によく似ています。旅行の時間。 ラウンドトリップ時間はネットワーク遅延に関連しています。 両方向に非対称の遅延が発生する可能性があるため、ネットワーク遅延が正確に2倍になるわけではありません。 さらに、目的地での追加の処理時間も往復時間に含まれます。

TCP受信ウィンドウ（W）と遅延に関連するネットワークラウンドトリップ時間（RTT）を使用して、ネットワークスループット（）を計算できます。

   

5. 計算例

5.1. 遅延に基づくパケット時間の計算

遅延と帯域幅の情報を使用してパケット時間を計算してみましょう。 ホストとスイッチについて考えてみます。 伝送速度が1Mbps、伝搬遅延が50msであると仮定します。 したがって、問題は、キューイングと処理の遅延がゼロであると仮定して、1KBのデータパケットを転送するのにどのくらいの時間がかかるかということです。 確認してみましょう：

ここでは、前に説明したネットワーク遅延（）の式を利用できます。

   

さらに、前のセクションで伝送遅延と伝搬遅延の式についてすでに説明しました。 したがって、ネットワーク遅延（）の式を修正してみましょう。

   

値を入れましょう：

   

したがって、合計パケット転送時間（）ホストとスイッチ間で1KBのデータパケットを転送するには58ミリ秒になります。

5.2. スループットに基づくパケット時間の計算

IP接続の実際のスループットを計算するための実際的なアプローチについて説明しましょう。 IP接続は、データ転送速度を低下させるさまざまな要因の計算値を調整します。 したがって、データ転送中に前に説明したさまざまな遅延を検討します。 リンク速度を考慮して、一定量のデータを転送する時間を計算するための詳細について説明しましょう。

まず、転送するビット数をリンク速度で割って、理論上の最小時間を取得する必要があります。 およそ40% fまたはTCPエンコーディングのオーバーヘッドを追加しています。 さらに、この例では22.5% ofのネットワーク輻輳を追加します。 データ転送は暗号化されていると想定しています。 したがって、12.5％の処理遅延を追加します。

ここで問題となるのは、20Mbpsのリンクを使用してロケーションAとロケーションBの間でデータを転送し、70GBのデータを転送するのにどれくらいの時間がかかるかということです。 確認してみましょう。

まず、オーバーヘッドを考慮せずに、合計パケット転送時間（）を計算します。

   

先に進むと、40 % fまたはTCPオーバーヘッドを調整した後の時間：

   

。 次に、22.5% ofのネットワーク輻輳も追加しました。 したがって、トラフィックの22.5% extraを調整した後のパケット転送時間は次のとおりです。

   

12.5 % fまたは暗号化されたデータを調整した後のパケット転送時間：

   

したがって、合計時間：

   

したがって、20Mbpsのリンクを使用してロケーションAとBの間で70GBのデータを転送するには、約15時間かかります。

6. 結論

このチュートリアルでは、ネットワーク帯域幅、遅延、パケット時間の基本について詳しく説明しました。 ネットワーク遅延と帯域幅を使用してパケット時間を計算するための数値例を示しました。