ネットワーク混雑

ネットワーク混雑の概観

データ量が回線の容量を超えると、ネットワークが混雑している状態になります。通常、突発的なトラフィック増加による短期間の現象ですが、まれに常時過負荷となる場合もあり、より深刻な問題を示すこともあります。利用者は、処理速度の低下や要求処理時間の増加を感じるでしょう。

また、次のような要因にも関わっています：

• レイテンシの増加：ネットワークが混雑すると、パケットの移動に時間がかかり、遅延が大きくなります。
• 接続の中断：本来ならパケットを待つべきですが、タイムアウトにより接続が切れる場合があります。
• パケットの喪失：混雑時には多くのパケットが目的地に届かず、破棄されることがあります。

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ネットワーク混雑の検出方法 

一般の利用者は、パソコンで「ネットワークが遅い」と感じることが多いです。時には「パソコンが遅い」や「インターネットが遅い」といった問題が混同され、どれも同様に見えるのです。

ネットワーク管理者が混雑を診断し解消するための技術は多数存在します。さっそく見ていきましょう。

1. 帯域幅の問題

ネットワークが遅くなる原因の一つは、帯域幅が不足していることです。帯域幅とは、特定の経路または全体での最大転送速度を意味します。大量のデータが送られ、余裕がないと混雑が発生します。

例えるなら、2車線の高速道路が1時間に安全に運べる車の最大台数にあたります。そこに3000台の車が同時に走ると想像すると、交通渋滞が生じ、大幅に遅延するのと同じです。

2. レイテンシ 

レイテンシとは、データパケットがある地点から別の地点へ移動するのにかかる時間のことです。先ほどの帯域幅の例に戻りましょう。

例えば、法定速度で走行している普通の日常、普通の天気の中で運転しているときに、急に渋滞に巻き込まれたとします。

その場合、衝突を防ぐために減速する必要があり、後続車も同様です。本来X分で済む距離が、はるかに時間がかかるようになります。これが、実際の時間と新たに遅くなった時間との差、すなわちレイテンシです。

3. ジッター

ジッターは、遅延にばらつきが生じる現象を指します。スマートデバイスは、予測可能な一定の流れを好むため、ばらつきがあると更なる遅延を引き起こします。

道路に例えるなら、車が一斉に入ってくるわけでも、同時に出て行くわけでもありません。同様に、スマートデバイスが急にサーバへ信号を送ると大幅に遅くなることがあります。

プログラムはネットワークの再調整のため、交通パターンを常に変化させます。そのため、ジッターが生じ、補助的な機器が変動に対応せざるを得なくなります。結果、スマートデバイスはランダムにバックオフし、一定時間リクエストを送らなくなるため、順番待ちが連鎖的に発生します。

4. パケット再送

これまで述べた3つの問題により、パケットが失われたり破損した場合、再度リクエストを送る必要が生じます。これが状況をさらに悪化させます。目的地に届く前に同じパケットが何度も送られると、価値を生まない混雑だけが増えてしまいます。まるで、各自が自分の車で長距離を移動するようなものです。

5. パケット衝突

ネットワーク上で複数の機器が同時にデータ送信を試みると、パケット衝突が発生します。これによりパケットが失われ、再送が必要となり、性能が低下します。衝突後、ネットワークが整理されるのを待つ状態となります。原因は、接続の誤りや配線の不具合などが考えられます.

ネットワーク混雑テスト 

混雑したネットワークの症状が現れていても、原因の確認は別の問題です。このセクションでは、ネットワークが過負荷かどうかを確認するテスト方法を解説します。

1. 管理者権限でCMDウィンドウを開く。
2. コマンドプロンプトで "tracert google.com" と入力する。
3. 目的地に到達するまでに通過するサーバーの数を確認する。
4. 各ホップ後のping値を確認する。

ネットワーク混雑が起こる理由 

インフラが処理できる以上の要求が送られると、混雑が発生します。主な理由は、次の5つです：

1. 過剰なハードウェア使用

機器によって処理できるデータ量は異なります。ロードバランサー、スイッチ、ルーター、ファイアウォールなど、各機器の設計においてネットワークスループットは重要な指標です。しかし、理論上の能力が必ずしも実際の性能を反映するとは限らず、定格に近い運用が過負荷を招くことが多いのです。

複数の機器を用いる構造は、階層型に設計されており、上位機器が下位機器をサポートします。円滑な通信のためには、各階層が必要な支援を得られる仕組みが求められます。ファイアウォール、ルーター、スイッチ間の互換性の問題が、ボトルネックの原因となることもあります。

道路に例えるなら、複数車線を1車線に合流させるようなもので、過剰な交通が一箇所に集中すると、パケットの損失やCPU負荷の増大を引き起こし、結果としてネットワークが過負荷になるのです。

2. 過剰な接続

昼と夜でインターネット速度が変動するのは、過剰な接続が原因です。昼間はピークタイムで、利用者が多く、夜間よりもリソースの需要が高まります。これは、ラッシュアワーと閑散時間帯の違いに例えられます。

また、経費削減のために意図的に過剰な接続状態にしている場合もあります。例えば、現地に1,000人の従業員がいる企業では、通常1Gbps以上の回線が必要ですが、在宅勤務が多い場合は一時的に500Mbpsでも対応可能なことがあります。

3. 不要な混雑

業務中の動画視聴など、不要なトラフィックも混雑の原因です。同様に、不要なVoIP通話や広告といった通信も帯域を圧迫します。ネットワーク管理コンソールを用いて、不要なデータの流れを確認してください。

4. 旧式の機器

ハードウェアや機器、イーサネットケーブルなどのアップグレードや交換が必要な場合があります。混雑評価では、各構成要素の転送速度などの指標を確認することが重要です。

5. 不適切な設計または構築

混雑は、設計の不備や不十分な機器配置に起因することが多いです。ネットワーク管理者は、貴社の要求に合った設定・設計がなされているか確認する必要があります。効率的なシステムは、全てのノードが連携することで実現されます。

また、放送ストーム時にこの問題が顕著に表れます。ネットワークが突然、ブロードキャストやマルチキャストの大量トラフィックに見舞われると、性能が大きく低下します。ブロードキャストストームは発生元のサブネットに限定されますが、大規模なサブネットでは影響が拡大します。大量のデータ（ビッグデータ）を保管する場所の近くにサブネットを配置することで、必要な場所に処理能力を集中させることができます。

ネットワーク混雑の解消方法

1. ウェブセンサーからのデータ解析

多数の機器、能力を超えた利用、または不十分なネットワーク設計による混雑問題を解消する第一歩は、ネットワークの監視と解析です。これにより、混雑しやすい箇所や、再配置で性能向上が見込める領域を特定できます。ネットワークトラフィックを詳しく把握することで、適切な対策が講じられます。

混雑の診断では、多数の機器が接続しているピーク時や全社イベント時に注目してください。適切なネットワーク発見ツールを用いれば、帯域を占有しているサーバー、機器、利用者を特定でき、原因を追及することが可能です。

帯域の過剰使用が原因と判明した場合、ピーク時に帯域をより効果的に分散させるためのインフラ強化が可能です。

2. 帯域の拡張

システム全体で送信可能なデータ量を増やすことで、ネットワークへの負荷を軽減できます。ネットワークは、最も弱い部分が全体の性能を決めると言えます。

3. セグメントの優先順位設定

トラフィック監視により、貴社に合わせた最適なネットワークの構築または再設計が可能です。ネットワークを小規模なサブネットに分割することで、混雑箇所へのデータ流量を調整し、効率を向上させることができます。

重要な業務トラフィックを優先させることで、不要な通信を抑え、混雑を軽減します。ただし、設計や設定を誤ると問題が悪化する恐れがあるため注意が必要です。例えば、即時メディアストリームのマルチキャスト、ウェブ運用のブロードキャスト、音声・データ転送や映像のユニキャストなどが該当します。特別な設定がなければ、機器はどのトラフィックに優先帯域を割くべきか判断できません。

4. 機器の点検

ネットワークが処理する総データ量は、各機器の数、種類、帯域利用率に依存します。不適切な使い方や古い機器の使用は混雑を招くため、各機器の点検と更新を検討してください。

5. ネットワークインフラの見直し

ネットワーク設計では、各利用者に十分な帯域が割り当てられるよう配慮すべきです。不十分な設計は混雑の原因となります。例えば、大企業ではクライアント/サーバーネットワークを採用し、過剰な自由度や帯域の無制限な割り当てを防ぐ対策が講じられます。IT部門や経営層により、処理速度やアクセス権などが調整され、混雑の可能性を低減できます。