(ネットワーク)TCPのスループットとRTTの関係

まず、RTT(往復遅延時間)というのはパケットを送信して受信した側が送信側にACKパケットを送り、送信側でそれを受取るまでの時間です。

ネットワーク疎通テストに使う ping も結果に RTT が表示されますよね。(XP だと下記の time のところです)


>ping 10.0.120.1
Reply from 10.0.120.1: bytes=32 time=38ms TTL=54

さて、これとは別にTCP プロトコルにはウィンドウサイズというものがあります。

TCPは確実にパケットが届いたかどうかを確認するため、受信側が送信側にACKパケットを返すわけですが、毎回のパケット一つずつにACKを返すと非常に効率が悪いため、送信側が複数のパケットを送信し、その複数パケットに対してまとめて1回のACKを返すという仕組みをとってます。

この"複数のパケットの単位"がウィンドウサイズになるわけですね。

(TCPウィンドウサイズはWindowsとかだとRWINと呼ばれており、一時期ブロードバンド回線ならこの値を大きくすることでネットの高速化につながるというような情報もちらほら見られました。)

このウィンドウサイズですが、基本的はOSで決まっています。

WindowsXPだと64KB(65535Byte)です。

WindowsXPやWindowsServer2003以前のウィンドウサイズについては、Windows Server 2003 SP1 での TCP 受信ウィンドウのデフォルトサイズ変更についてが参考になります。

TCPの当初の規格ではウィンドウサイズは最大64KBですが、後に規格拡張されたようで、次世代の TCP/IP スタックのパフォーマンスの拡張機能によるとVista以降だと最大16MBまで増やすようです。

(WindowsのウィンドウサイズはOSが徐々に大きくしてくれるようですね。つまり品質の悪い回線は小さく、いい回線は大きくしてくれるようです。最大値は上述の通りバージョンによって異なりますが。。)

さて、ここからが本題ですが、ウィンドウサイズとRTTからTCPのスループットを求めることができます。

TCPのACKはウィンドウサイズ毎に送信側に返ってくる(この時間がRTT)ので、TCPの理論最大スループットは下記の計算式で求めることができるわけです。

スループット(bps) = TCPウィンドウサイズ(KB) * 8 / RTT(S)

仮にウィンドウサイズ64KBで、RTTが10msだとすると、1秒間に64KBを100回送ることができるということになるので、下記のようになります。

65535byte * 8 / 0.010s = 52,428,000bps

これらの計算方法については下記サイトが参考になります。

教科書には載っていないネットワークエンジニアの実践技術：第1回　FTPでスループット計測するときの注意事項｜gihyo.jp

＠IT：連載基礎から学ぶWindowsネットワーク第14回　信頼性のある通信を実現するTCPプロトコル（その1）　1．信頼性のある通信を実現するための仕組み(※2の部分に式があります)

速度向上の裏技 - ブロードバンドスピードテスト

ネットワ－クの速度を調べる方法

ということで、実際にテストをしてみました。

まず、RTTですが、Pingで計ってみます。


>ping -l 65500 192.168.0.11

Pinging 192.168.0.11 with 65500 bytes of data:

Reply from 192.168.0.11: bytes=65500 time=11ms TTL=128
Reply from 192.168.0.11: bytes=65500 time=11ms TTL=128
Reply from 192.168.0.11: bytes=65500 time=11ms TTL=128
Reply from 192.168.0.11: bytes=65500 time=11ms TTL=128

Ping statistics for 192.168.125.11:
    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
    Minimum = 11ms, Maximum = 11ms, Average = 11ms