ネットワークスループットと帯域幅とは何ですか？パフォーマンスに影響を与える要因

ネットワークのスループットと帯域幅は、ネットワークの最も重要な指標の2つですが、誤解されたり混乱したりすることがよくあります。今日の私たちの目的は、問題に光を当て、それらが何であるか、何でないか、これらの重要なメトリックに影響を与えている要因、およびそれらを実際に測定するために使用できるツールについて理解を深めることです。可能な限り多くの有用な情報を提供しながら、可能な限り非技術的な議論を続けるように努めます。

まず、帯域幅とスループットを定義することから始めます。さらに重要なことは、2つの用語の間にかなりの混乱があるように見えるため、それらがどのように異なるかを定義することです。次に、スループットとネットワークパフォーマンス全般に影響を与える可能性のあるさまざまな要因について説明します。遅延と遅延、ジッター、およびパケット損失は、パフォーマンスに影響を与える最も一般的な要因であるため、これらについて説明します。理論が完成したら、ネットワークスループットを監視または測定するために使用できる最高のツールのいくつかを確認します。

帯域幅とスループットについて

帯域幅とスループットは、それらの間で多くの混乱があるにもかかわらず、多少異なる概念です。帯域幅から始めて、それを整理してみましょう。ネットワーク帯域幅とは、ネットワーク上で1秒あたりに転送できるデータの最大量を指します。つまり、ネットワークのデータ伝送能力であり、回線をアップグレードすることはできますが、これは複雑な作業であるため、帯域幅は「オンザフライ」で簡単に制御できるものとは見なされません。

スループットに関しては、ネットワーク上で伝送される実際のデータ量を指します。多くの場合、スループットはいくつかの理由で帯域幅とは異なります。たとえば、使用可能なすべての帯域幅を使い切るのに十分なデータがない場合があります。すぐにわかるように、トラフィックを遅くするさまざまな要因も考えられます。

混乱を招くだけのように見えるもう1つの概念は、速度です。速度とは、DSLやケーブルモデムインターネットサービスなどの特定の接続を介してダウンロードまたはアップロードできるデータの量を指すことがよくあります。一言で言えば、それはサービスプロバイダーが彼らのサービスを宣伝するために使用する非技術的なマーケティング用語です。ただし、これは帯域幅とほぼ同等です。

スループットに影響を与える要因

したがって、スループットが回路の最大環境収容力である場合、それは変化しないはずですよね？ええと、それは実際に…実際にたくさんあります。実際、最大スループットと実際のスループットを区別することが重要です。説明しましょう。たとえば、あるデータセンターのサーバーと別のデータセンターの別のサーバー間のデータパスのスループットについて考えてみましょう。パスのスループットが、スループットが最も低いセグメントのスループットになるというのは、合理的な仮定のように思われます。しかし、それがそれより高くなることは決してないのは事実ですが、それより低くなる可能性はあります。スループットに影響を与える可能性のある主な要因のいくつかを見てみましょう。

遅延と遅延

遅延と遅延は、知覚されるネットワークパフォーマンスに影響を与える主な要因の2つです。そして、帯域幅とスループットのように、2つの概念がしばしば交換可能に使用されるという点まで、それらの間には多くの混乱があります。これは、データがソースから宛先に移動するのにかかる時間と関係があるため、理解できます。遅延は、多くの場合、送信元がパケットを送信してから宛先がパケットを受信するまでの経過時間として説明されます。また、送信元から宛先への一方向の遅延と、宛先から送信元に戻る一方向の遅延で構成されるラウンドトリップ遅延時間を指すこともあります。実際、ラウンドトリップ遅延は、主に単一のポイントから測定できるため、より頻繁に使用されます。

遅延はネットワークの物理的特性です。これは、光源と宛先の間の距離と光速の要因であり、偶然にも、データがあらゆる種類のメディア上を移動する速度でもあります。帯域幅と同様に、遅延は固定パラメータです。それを減らす唯一の方法は、ソースを目的地に近づけることであり、距離を100 km（60マイル）減らすと、約1ミリ秒の遅延がなくなります。

いくつかの要因により、ネットワーク送信に遅延が生じる可能性があります。たとえば、ゲートウェイが同じ宛先に向かう異なる送信元から複数のパケットを受信すると、キューイング遅延が発生します。通常、一度に送信できるパケットは1つだけであるため、一部のパケットは送信のためにキューに入れる必要があり、追加の遅延が発生します。同様に、ゲートウェイが新しく受信したパケットをどう処理するかを決定する間、処理遅延が発生します。バッファリングにより、1桁以上の遅延が増加する可能性もあります。伝播、キューイング、および処理の遅延の組み合わせにより、多くの場合、複雑で可変のネットワーク遅延プロファイルが発生します。

ジッター

ジッタは、ネットワーク伝送の最大の敵の1つです。説明は簡単ですが、データ送信にこのような悪影響を与える方法と理由を理解することは、やや複雑です。最も単純な表現では、ジッタは遅延の変動です。ジッタを引き起こす可能性のあるいくつかの要因があります。実際、先ほど説明したのと同じ遅延の原因となる要因の多くも、ジッターを引き起こす可能性があります。たとえば、キューイングの遅延はキューの長さに直接関係します。また、一般的なキューの長さは常に変化するため、遅延、つまりジッターも変化します。

ただし、ジッタがすべてのネットワークトラフィックに同じように影響するわけではありません。ジッタによってもたらされるリスクは、メッセージを構成する複数のパケット間で遅延が大幅に異なる場合、それらが順序どおりに宛先に到着しない可能性があることです。たとえば、10ミリ秒間隔で送信される4つのパケットで構成される送信を考えてみましょう。最初の遅延は20ミリ秒、2番目の遅延は60ミリ秒、3番目の遅延は40ミリ秒、最後の遅延は20ミリ秒です。退屈な計算は割愛しますが、そのような状況では、最初のパケットが最初に到着し、次に4番目、次に3番目、最後に2番目のパケットが到着します。多くの場合、これは問題ではありません。たとえば、ファイル転送を処理している場合、パケットには順番に番号が付けられ、受信側で適切な順序で簡単に再構成できます。一方で、VoIP会話などのリアルタイムトラフィックの場合、パケットをリアルタイムで正しく再構築できず、音声が文字化けするため、問題が発生します。ユーザーの観点からすると、パフォーマンスの問題が発生しています。

パケットロス

パケット損失は、認識されるネットワークパフォーマンスに影響を与えるもう1つの主要な要因です。ネットワークは完全ではなく、さまざまな理由でデータパケットが宛先に到達しないことがあります。これがTCPトラフィックに発生した場合、受信側が欠落データの再送信を要求できるため、それほど問題にはなりません。ただし、遅延が発生し、データ量が増加します。UDPトラフィックでは、状況はそれほど良くありません。失われたパケットは永久に失われます。VoIP会話では、音声のドロップアウトが発生し、深刻すぎると音声が理解できなくなる可能性があります。どちらの場合も、パケット損失が知覚されるパフォーマンスに影響を与えることは非常に明白です。

スループットを測定するための最良のツール

ネットワークパフォーマンスの監視と測定に使用できるすべてのツールの中には、スループットの測定に優れているものもあります。これらは、これからレビューするツールです。以下のツールは、スループットを測定するためにさまざまな方法を使用しています。SNMPやNetFlowなどのネットワーク管理および分析プロトコルを使用するものもあれば、さまざまなタイプのストレステストを実行するものもあります。

1. SolarWinds Network Bandwidth Analyzer Pack（無料トライアル）

SolarWindsは、最高のネットワーク監視ツールのいくつかを作成することで確固たる評判を築いてきました。それだけでは不十分でしたが、同社は、Kiwi SyslogServerやAdvancedS ubnet C alculatorなど、ネットワーク管理者の特定のニーズに対応する多くの無料ツールでも有名です。

しかし、ネットワーク帯域幅とスループットに関しては、SolarWinds Network Bandwidth AnalyzerPackが必要です。このプラットフォームは、SNMP監視とほとんどのルーターに組み込まれているフロー監視を使用して、包括的な帯域幅分析とパフォーマンス監視を提供します。この製品を使用すると、ネットワークパフォーマンスの問題を検出、診断、および解決できます。帯域幅のパフォーマンスとトラフィックパターンを監視および分析することもできます。そして最後に、単一のカスタマイズ可能なコンソールからネットワークスループットをテストできます。

SolarWinds Network Bandwidth Monitor Packには、2つの異なるツールが含まれています。まず、SolarWinds Network PerformanceMonitorがあります。これは、ネットワークの使用状況を監視するためのSolarWindsの主力製品です。このツールの主な目的はSNMP帯域幅の監視ですが、さらに多くのことを実行できます。中核となるのは、包括的な障害監視とパフォーマンス管理です。このツールは主にデータ収集にSNMPを使用するため、ほとんどのベンダーのネットワーク機器と互換性があります。さらに、そのNetPath機能を使用すると、ネットワーク上の任意の2つの監視対象ポイント間の重要なネットワークパスを表示でき、ツールはインテリジェントネットワークマップを自動生成することもできます。

無料トライアル：SolarWinds Network Bandwidth Analyzer Pack
公式ダウンロードリンク：https：//www.solarwinds.com/network-bandwidth-analyzer-pack/registration

高度なアラートは、製品のもう1つの強みであり、PerfStackパフォーマンス分析ダッシュボードも同様です。もう1つの排他的な機能は、複雑なデバイスの監視を可能にするNetworkInsights機能です。より複雑なユースケースについて言えば、このツールはソフトウェア定義ネットワーク（SDN）を監視でき、Cisco ACIサポートが組み込まれているほか、ワイヤレスネットワークを監視してネットワークパフォーマンスベースラインを生成する機能も備えています。

このパックの他のコンポーネントは、SolarWindsNetFlowトラフィックアナライザーです。この強力なツールは、NetFlowプロトコルを使用して、監視されたトラフィックが何であるかに関する詳細情報を収集します。たとえば、どのタイプのトラフィックがより頻繁に発生するか、またはどのユーザーまたはデバイスが最も多くの帯域幅を使用しているかをレポートできます。ツールのダッシュボードでは、トップアプリケーション、トッププロトコル、トップトーカーなどのさまざまなビューを利用できます。このツールは、さまざまなメーカーのほとんどのNetFlowバリアントをサポートします。

SolarWindsNetFlowトラフィックアナライザの最高の機能のいくつかを次に示します。

アプリケーション、プロトコル、およびIPアドレスグループごとにネットワークの使用状況を監視するために使用できます。
Cisco NetFlow、Juniper J-Flow、sFlow、Huawei NetStream、およびIPFIXフローデータを監視して、どのアプリケーションとプロトコルが最大帯域幅の消費者であるかを特定します。
トラフィックデータを収集し、それを使用可能な形式に関連付けて、Webベースのユーザーインターフェイスに表示します
これは、ネットワークトラフィックの可視性を高めるために、どのアプリケーションとカテゴリが最も帯域幅を消費しているかを特定するのに役立ち、CiscoNBAR2をサポートしています。

SolarWindsのネットワーク帯域幅アナライザパックは、あなたが監視する必要があり、ノード、インタフェース、またはボリュームの数に基づいてライセンスされています。価格はすぐには入手できません。正確なニーズに合わせた見積もりを入手するには、SolarWindsに連絡する必要があります。購入する前に製品を試してみたい場合は、30日間の完全に機能する無料トライアルをダウンロードできます。

2. Iperf3

iperfの一連のツールは、IPネットワークの最大スループットを決定するために使用することができます。タイミング、プロトコル、およびバッファーに関連するさまざまな調整可能なパラメーターを備えており、正確なニーズに合わせてジョブをカスタマイズできます。テストごとに、iperf3は測定されたスループット、損失、およびその他のパラメーターを報告します。

Iperf3は以前のバージョンに比べて多くの改善を提供し、nuttcpやnetperfなどの他のツールに見られる多くの機能が組み込まれています。これらの便利な機能は、以前のiperfにはありませんでした。たとえば、このバージョンにはゼロコピーモードとオプションのJSON出力があります。iperf3は元のiperfと下位互換性がないことに注意してください。

Iperf3は、主にESnet /ローレンスバークレー国立研究所によって開発されています。これは、3条項のBSDライセンスの下でリリースされています。主にCentOSLinux、FreeBSD、およびOS Xで開発されたこれらは、公式にサポートされている唯一のプラットフォームです。ただし、OpenBSD、Android、およびその他のLinuxディストリビューションで成功したという報告がいくつかあります。

以前のバージョンのiperfであるiperf2は、まだ別の組織によって積極的に開発されていることに注意してください。ただし、最高の機能が必要な場合は、GitHubホームからダウンロードできるiperf3を使用する必要があります。

3.LAN速度テスト

その名前にもかかわらず、TotusoftのLAN SpeedTestはローカルエリアネットワークをテストするだけではありません。これは、ファイル転送、ハードドライブ、USBドライブ、およびLAN速度を測定するためのシンプルで強力なツールとなるようにゼロから設計されました。このツールは、既知の量のデータを移動するのに必要な時間を計算することで機能します。宛先としてローカルハードドライブまたはUSBストレージデバイスを選択すると、そのデバイスのスループットが測定されます。一方、リモートストレージの場所を選択すると、ネットワークスループットが測定されます。

LAN Speed Testは、テストファイルをメモリに構築し、転送の完了に必要な時間を追跡しながら、（Windows / Macファイルキャッシュの悪影響なしに）双方向に転送します。その後、すべての計算が行われます。

LAN Speed TestServerを実行しているリモートコンピューターにファイルを転送するオプションもあります。これは、測定しているのが実際にはLANスループットであり、リモートホストストレージサブシステムの遅延が無視されていることを確認するのに役立ちます。LAN速度テストツールと同様に、LAN速度テストサーバーは受信したデータをディスクではなくメモリに保存します。

LAN Speed Testは、機能が削減された無料バージョンまたは有料バージョンで利用できます。1つのライセンスで10ドルから、複数のコピーのボリュームディスカウントがあります。

4. NetStress

NetStressは、ワイヤレスネットワークのスループットの測定に特化したツールです。これは、クライアントとサーバーを備えた2つのコンポーネントのツールであり、2つの間のスループットを効果的に測定します。そのため、有線ネットワークにも使用できます。

このツールの推奨される使用法は、最初にそれを使用してネットワークのパフォーマンスのベンチマークを確立することです。次に、問題が報告され、パフォーマンスが低下したと思われる場合は、再度実行して、結果をベンチマークと比較します。これにより、スループットに実際に問題があるかどうかがわかり、それを修正するために必要な手順が示されます。これが実際にツールのワイヤレススペシャライゼーションの出番です。

NetStressには機能が搭載されています。まず、サーバーまたはクライアントのいずれかになり得るツールは1つだけです。また、可変セグメントサイズのTCPとUDPの両方のデータ転送をサポートし、複数のデータストリームをサポートします。また、好みに合わせて調整できるいくつかの高度なパラメータがあります。たとえば、表示単位をビットまたはバイト/秒で選択できます。

5.TamoSoftスループットテスト

TamoSoftスループットテストは、スループットテストツールとして宣伝されているリスト上の唯一のツールです。これはフリーウェアツールです。これは、無料で利用できますが、オープンソースではないことを意味します。このツールは、ネットワーク全体にTCPおよびUDPデータストリームを継続的に送信し、重要なメトリックを計算することで機能します。たとえば、アップストリームとダウンストリームのスループット値、パケット損失、およびラウンドトリップ時間を計算します。ソフトウェアは、結果を数値形式とグラフ形式の両方で表示します。

TamoSoftスループットテストは、IPv4接続とIPv6接続の両方をサポートし、ユーザーがサービス品質（QoS）設定に応じてネットワークパフォーマンスを評価できるようにします。リストにある他のいくつかのツールと同様に、これはサーバーとクライアントを備えた2つのコンポーネントツールです。

ツールの仕組みは次のとおりです。クライアント部分は、接続をリッスンしているサーバー部分に接続します。接続が確立されると、クライアントとサーバーは双方向でデータを交換し、アプリケーションのクライアント部分がネットワークメトリックを計算して表示します。これはかなり単純ですが、実際のスループットを測定する優れた機能を果たします。

TamoSoftスループットテストはフリーウェアであり、TamoSoftは、TamoGraph SiteSurveyと呼ばれるWLANパフォーマンス分析のための本格的なソリューションも提供します。

6. IxChariot

私たちのリストの最後は、世界で最も有名な電子機器試験装置のメーカーであるキーサイトのソフトウェア部門であるIxiaのIxChariotです。IxChariotは、実際には単なるスループット測定ツールではなく、無数の高度な機能を備えた完全なネットワーク分析ソリューションです。スループットを測定しますが（それ以外の場合はこのリストには含まれません）、さらに多くのことを実行します。

この製品を使用すると、ワイヤレスパフォーマンスやジオロケーションなどのネットワークパフォーマンスを即座に評価できます。そのパフォーマンスエンドポイントは、モバイルデバイス、PC、Mac、または任意のハイパー��イザーまたはクラウドサービスで実行され、任意のプラットフォームの集中管理を可能にします。このソフトウェアは、スループット、パケット損失、ジッター、遅延、MOS、およびNetflixやYouTubeなどのOTTビデオを含む、完全なアプリケーションエミュレーションと主要なパフォーマンスメトリックを提供します。

これは、正式な見積もりを要求することによってのみ取得できるトップレベルの価格を運ぶトップレベルの製品です。また、無料の試用版は利用できませんが、無料のオンラインデモは利用できます。