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2013年6月 1日 (土)

インターネットの回線速度(通信速度)が遅い(2)・・

さてさて・・今回は2回目・・お題の続きを語っていきたいと思います。。初めての方は1回目を必ず読んでからにしてくださいね~インターネットの回線速度(通信速度)が遅い(1)・・

通信の仕組みはOSIモデルと言う7つの階層によって構成されている。。
7 アプリケーション層
6 プレゼンテーション層
5 セッション層
4 トランスポート層 (TCP)
3 ネットワーク層 (IP)
2 データリンク層(LLC+MAC)
1 物理層
※数字の大きいほうが上位側になる
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人と人がコミュニケーションを取るには会話をする訳だけど・・日本語・英語・フランス語・・と様々な言語が存在し・・言語が一致しないと会話にならない・・通信も同じで・・様々なプロトコル(言語と言うとオーバーだが・・手順のようなもの)がある・・インターネットではTCP/IPプロトコルが使用されている・・これは上記のOSIモデルの3:ネットワーク層と4:トランスポート層の部分にあたる。。
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◆プロトコル(TCP)の例として・・府中市から都心のサーバー(40Kmの距離があると仮定:伝播遅延は190us)へ20MBのデータを転送したとすると・・・

(1)20MBのデータはパケットやセグメント(この例では1パケットあたり1460バイトとする:MSS)と言う単位に分割されて送られるため・・13,699パケットになる。。(パケットは3:ネットワーク層の単位)

(2)それとは別にウィンドウサイズ(RWIN)という決まりがあって・・これは何かと言うと・・まず・・通信で送ったデータが送り先へ確実に届いたことをはっきりにさせるため・・送り先では送り主に対して「確かに受け取りました」という応答(ACK制御と言う)を返すのだが・・どのくらい(どれだけデータを貰ったら)で応答を返すのか・・と言う細かなやり取りをお互いに決めておくんだなあ~だから・・ウィンドウサイズ(RWIN)が仮に260Kバイトだとすると・・178パケット(ウィンドウサイズ分)に1回はACK応答を確認することになる。。
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(3)つまり・・こんな感じ・・
1パケット目を送信--->サーバー
2パケット目を送信--->サーバー


178パケット目を送信--->サーバー
ACK応答を受信<---サーバー
179パケット目を送信--->サーバー


と言うやり取りで13,699パケットの伝送を繰り返すわけだ!!
※ACK応答を貰うまでは179パケットは送信せず待ちとなる。。また、ACK応答が一定時間無かった時は再送と言って・・もう一度1パケット目から送信する。。
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(4)おお~~もう気づいた人は気づきましたね・・第1回で説明したように通信遅延がありますね~・・通信遅延は「伝播遅延」と「機器遅延」更に「伝送時間」があります。。なので・・・最初の1パケットはサーバーへ到達するまでに・・・・
190us(伝播遅延:片道)+1.06ms(機器遅延:片道)+伝送時間以上掛かることになります。なぜ以上かと言うと・・パケットとパケットの間って隙間はないの~とか・・余分なデータってないの~ですよね~・・あります・・実際にはフレームという物理層の単位なんですけど・・フレーム間ギャップというものが存在します。。つまり・・260Kバイトのデータを送るには・・

260KB(178パケット)の伝送時間+380us(伝播遅延:往復)+2.12ms(機器遅延:往復)+プロトコルヘッダやフレーム間ギャップの総数
ACK応答を待つので、理想的な伝送ができたとしてもこれだけ掛かる

根拠を明確にできない(いいかげん?)な所もあるけど・・仮定もいれて・・
260KBの伝送時間:2.1ms(1Gのスピードで送信できたとして
プロトコルヘッダの伝送時間:82us
距離的な伝播遅延(往復):380us
総合的な機器遅延(往復):2.12ms(第1回の実測値)
フレーム間ギャップ:27us
とすると・・合計で4.71ms・・この時間で260kB(178パケット)のデータがスループットされるわけだから・・
260k×8/4.71ms=443Mbps(40Km離れた都心のサーバーへアクセスした時)

と言う数値が出てくる。。(これが理論上の最大値)実際には複数の世帯でシェアリングするわけだから・・我が家の250Mbpsと言う数値はかなり恵まれた値といえる。。

ちなみに更に距離が長くなると・・
210Kmでの伝播遅延(往復)2msなので・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・329Mbps
550Km(東京<->大阪ぐらい)での伝播遅延(往復)5.2ms・・・・218Mbps
KAISENTIEN
※この表は各回線が理想的な状態で・・且つ・・一人で独占できた時の値です。。
※RWINは260Kバイト、MSSは1460バイトで計算しました。
機器遅延(片道)1.06msはpingによる実測値なので当然・・計測条件などで大きく変化するし・・誤差もあるはずです。(詳細は第1回・・(1)で・・)
※自分のRWINやMSS、MTUを調べたい人はこちら・・
Java Tweak Tool
※RWINはvista/win7/win8では自動なので設定はできませんが・・パラメータを変えると値を変化させることはできます(デフォルトのままでOK・・・特に変える必要は無いと思いますが・・)。。コマンドプロンプトを管理者権限で実行し・・以下を入力。。
netsh interface tcp set global autotuninglevel=****
*** -> normal(デフォルト)
*** -> highlyrestricted
*** -> disabled
以下のコマンドで現状の内容を表示できる。。
netsh interface show global

◆まとめると・・
インターネットの光回線速度を決定する重要な要素は
通信遅延=「伝播遅延:物理的な距離」と「機器遅延」
シェアリング=何人で回線を共有するか・・ になる。。
③vista以上のosならば・・MTUやらRWIN等の値を変える必要はありません。。

これで・・もう・・遅いって悩む必要は無くなりましたかぁ~

◆関連記事:
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無線LAN(WiFi)の実行速度(実効速度)とは?(1)
無線LAN(WiFi)の実行(実効)速度の測定(2)
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