ビジネス開発者必須講座

P2P/ブロードバンド時代の新・TCP/IP 入門
村上 健一郎第2回

NTT 先端技術総合研究所 主幹研究員

ブロードバンドに TCP/IP は耐えられるか?

第 1 回は、TCP/IP の概要について解説しました。今回は、私たちのネットワークの環境が 100Mbps ものブロードバンドにすっかり変わった中で、20 年前に設計された TCP/IP は、果たしてこのような高速なデータ転送に耐えられるのかどうか、また、IPv6 は何年も話題になり続けているが、現在の TCP/IP（IPv4）はこのまま使われ続けていくのかどうか、について考えていきます。

[Q1]

それに対する応答です。通信を行う要素
は、インターネットが使われ始めた頃の通信速度は 10kbps 程度
で し た が 、現 在 は 、光 フ ァイ
バーで 100Mbps と 1 万倍も高速なブロードバンドの環境です。
TCP/IP は、このような高速にも耐えられるプロトコルなのでしょうか？

[A1]
負荷のかかっている場所はどこ？

小さいバケツか？
大きいバケツか？

①データを送信する側のパソコンやこれらの高速化の問題については、依サーバー②データを中継するルーターによるネットワーク③データを受信して応答を行う受信側然として「半導体 LSI の集積度は 3 年で 4倍になる」というムーアの法則が成り立っており、CPU とメモリーの高速化がのパソコンやサーバー進んでいますし、ネットワークのインターの 3 つに分けられます（図 1）。

フェイスカード内にこの計算をするハード

さて、送信側や受信側でまず問題となウェアが付加されている製品もあるのるのは、データ（パケット）を処理するたで、大丈夫でしょう。ただし、転送に使めに使用する CPU やメモリーなどの負用するパケットの大きさは考えておかな

荷です。この中で最も負荷が高いのは、ければなりません。このパケットの大き転送中のエラーを検出するための処理のさは 、MTU（ Maximum Transmission

負荷です。

Unit、ネットワーク上で送信できるデータ送信側ではあらかじめすべてのデータの最大伝送単位）と呼ばれます。

を加算して、「チェックサム」という値をパ同じデータ量を送る場合、小さいパケットに付加して送ります。受信側では、ケットに何回にも分けて運ぶのでは、パこの答えを考えるには、まず、通信がチェックサムを再計算して送信側で付加ケットごとの処理が増えて不利になるとどのように行われるのかという仕組みをした値と比較し、データに誤りがないかいうことは考えておかなければなりませ思い浮かべるのが早道です。そして、通どうかを 1 つ 1 つ確認します（コラム参ん。庭に水をまくのに、大きいバケツで信を行う要素に分解して、高速になって照）。

は数回で済むのに、小さいバケツでは何も大丈夫なのかどうかを検討してみましょう。

時間当たりの処理速度も速めなければな

プロトコルの基本は、データの転送と92 │ iNTERNET magazine │ 2005 │ 04 │したがって、高速になればなるほど、回も運ばなければならないのと同じことです。

らないのは自明でしょう。

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

では、インターネット内でパケットを中継するルーターの場合はどうでしょう？

このことを考えるために、プロトコルパソコンから光ファイバーに送り出す速チェックサムに関しては、ルーターはパ（通信手順）の基礎を思い出してみましょ

度を上げても、それは光ファイバーに最ケットを中継するごとに、その検査と計う。データの転送が無事完了したこと後のデータを送り込むまでの時間が短く算をやり直しているのですが、専用のは、受け取った相手からの応答があってなるだけで、データが相手に届くまでのハードウェアで計算をしたり、部分的に初めてわかります。送信データも応答

光ファイバー中を送られる時間は、光の計算をやり直したりしてオーバーヘッドデータも光ファイバーの中を通って光で速度に束縛されるということです。

（処理時間）を小さくしているのです。

転送されたとしましょう。

図 3 に、代表的な速度における転送遅データの「転送遅延」（T）は、図 2 から無限大の高速で送れると思ったら……
前述した負荷の話は、まあ、序の口の話で、どうにもならない横綱級の話が別延（T）の計算値を示します。

わかるように、送信データ（パケット）を図からわかると思いますが、たとえパファイバーの口に入れる瞬間から、それソコンからの転送速度をどんどん上げたがもう一方のファイバーの口から完全にとしても遅延はあまり短くならないため、出るまでの時間ということになります。

相手から応答が返ってくるまでの時間もここで注意しなければならないのは、短くなりません。次のデータの転送は、に転がっています。それは、我々が光速（光の速度）を超えてデータを転送することができないというところにあるのです。
たとえば、パソコンやルーターでの処理時間が 0 秒で完了したとしましょう。これで無限大の速度で通信できると思ってインターネットいたあなたは、実際にやってみてがっくりするはずです。パソコンの掃除をして、もう一度試してみてもそれは無駄な抵抗です。ドラえもんかピカチュウが必要です（笑）。

送信側

中継

データパケット

2

中継

受信側

1

3
ルー
ター

パソコンやサーバー

ルーター

ルーター応答パソコンやパケット サーバー

チェックサム（Check Sum）とはネットワーク上でデータを送受信する場合に、データが正しく相手に送信されたかどうかを

図 1 ネットワークの構成要素と基本的なプロトコル調べる、誤り検出方法の 1 つ。たとえば、インターネットなどでは、送信側のパソコンはデータをパケットに分割して送信するが、このとき、それぞれのパケット内のデータを数値とファイバーの入り口に入れる瞬間パケットが完全に出るまでみなしてすべてを積算して合計したものを転送遅延（T）チェックサム（検査合計）という。
このチェックサムをパケットに付加して相手に送信するが、受信側のパソコンでは、送ら光ファイバー送信データ（パケット）れてきたパケットについて送信側と同じようにチェックサムの計算を行い、送信側のパソコンから送られてきたパケットに付加されてい る チ ェッ ク サ ム と 一 致 す る か ど う か をチェックする。このとき両方のチェックサムが同じであれば、データは誤りなく送信されたことになる。一方、両方のチェックサムがデータの先頭がファイバーの入り口からもう一方の出口に到達する時間「光ファイバーの長さ」（L）を「光速」（c）で割ると求められる異なる場合には、ネットワーク上でパケットにに誤りが発生したことがわかり、この場合は、計算式にすると…… T=L/c+8N/B

データの先頭がファイバーから出はじめてパケットの最後尾が出るまでの時間「転送バイト数」（N）を8倍してビットに直し、「パソコンからファイバーに送り出す速度」（B）で割ると求められる受信側のパソコンはそのパケットを破棄する。

図 2 パケットの転送遅延

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入門 │ iNTERNET magazine │ 2005 │ 04 │ 93
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R&D相手からの応答を受信し、データを相手が、転送元ではどのパケットにエラーが側が確かに受け取ったことを確認してか発生するかが予測できないために、応答ら可能となります。つまり、高速にすれが返ってくるまでそれらのパケットを全部ばその分だけデータを大量に送れるはず保存しておかなければならないのです。

なのに、現実には待ち時間は変わらない

高 速 に なると、光 ファイバ ー の 中 をのです。

[A2]
ユーザーは完全を求めていない？

通って転送されるデータは膨大なものにさらに、パソコンやルーターの処理時なるわけですから、その分、受信側のパずいぶん昔の首相も次世代のプロトコ間はゼロではないので、これを定数としソコンやサーバーも大変です。また、こル IPv6（IP バージョンシックス）と言ってて転送遅延に加算すると待ち時間はもっのように大量のデータを一度にインターましたね。その後、どうなったんでしょと大きくなります。

ネットで送ると、ルーターの処理が間にう？

合わなくなり、パケットが捨てられること10 年以上も昔の話で、現在使用されてになりかねません。つまり、早く送ったいる IP つまり IPv4（IP バージョンフォー）がために、逆に遅くなるというパラドックのアドレスの枯渇に対する長期的な解決スが起こってしまいます。これを回避す策でした。この時、長期的な対策と短期そこで、データを送るたびに受信側のるために、送信先からの応答の確認が来的な対策が考えられ、短期的な解決策のパソコンが応答を返すのではなく、前にる前に、送るデータ量を制限するのです

ほうは、第 1 回ですでに説明した、1 つ送ったデータに対する応答が返ってこなが、これについては別の機会に詳しく説の IP アドレスを多数の装置で共用できるくても、次のデータをすぐに送ってしまう明することにします。

NAT という技術だったわけです。ところ

応答が来なくてもどんどん送ってしまう方式が採用されています。このため、どんどんデータを送れば、先に述べた応答遅延問題は緩和されることになります。

が、NAT が十分な機能を果たしたために、現在の IPv6 はブレークしないまま現[Q2]在に至っています。

こうすると光ファイバーには、常にデータが転送されていて、ある瞬間に光ファイバーの中のデータを見ると、あたかも光ファイバーがパケットを蓄積したメモリーのように見えます（図 4）。
ここで、もし規定時間以内にどれかのパケットに対する応答が返ってこないで、エラーが発生したと判断した場合、その処理は大変になります。この場合は、再度同じデータ（パケット）を送るわけです

実は、IPv6 が提唱されたのはもうグローバルアドレスがあれば、サーアド レ ス の ひ っ ぱ く か ら 、IPv6 などが話題となっていますが、これからもっと高速のブロードバンド時代を迎えるとき、現在の TCP/IP に代わる新しいプロトコルは考えられているのでしょうか？ それとも、改良されていくのでしょうか。

バーを公開したりできますが、NAT があるとその背後のパソコンではウェブサーバーのようなサービスを公開できません。
しかし、サービスを公開する人はわずかで、単に利用する人がほどんどなので、あまり困っていないのです。
また、サービスを公開するには面倒な設定が必要なため、それをデータセンターというサーバーを預かる企業に委託する人も多いのです。これは、データセンター側でグローバルアドレスを持つ10Mbpsで送っても100Mbpsで送っても転送遅延はあまり変わらない転送遅延サーバーを提供するものです。つまり、グローバルアドレスに対するニーズは一部に偏在するもので、全体から見るとわ4.8ミリ秒ずかなのです。
これに加えて、これまではインターネッ

1.5Mbps 10Mbps

100Mbps

転送速度

ト電話のようにグローバルアドレスが必要だったサービスでも、NAT があっても8（1）光の速度は3×10 m/秒ですが、その速度は光ファイバーの材質にも依存するので、ここでは少し遅くなると見積もって、2.1×108m/秒ということにしておきました。
（2）計算が簡単になるように、光ファイバーの長さを、1000kmという日本の本州の半分程度の距離に想定しました。
（3）ここでは、128バイトのデータを転送することとしました。応答パケットは、通常、もっと短いのですが、面倒なので同じように128バイトとします。

インターネット電話ができるホールパンチ
ング（穴あけ）という方法が採用されるようになっています。たとえば、この方法を採っているのが話題の Skype（スカイ図 3 1000km の光ファイバーで 128 バイトのパケットを転送する場合の遅延（片方向）94 │ iNTERNET magazine │ 2005 │ 04 │インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&Dプ）というインターネット電話です。まだ、ターンがあるのかを合理的に考えるアー市場でブレークすることなく初期市場の完全というわけではありませんが、これリー・マジョリティー（Early Majority、中で消えていく運命となります。すでにで世界中の人がインターネット電話を試価格と品質重視派）に浸透します。そうIPv4 はキャズムを越えてしまいました。

しています。この方法はインターネット電なれば、みんなが使っているからという

それでは、IPv6 や他のプロトコルはこれ話だけではなく、P2P のさまざまなアプ理由で技術を使うレイト・マジョリティーを越えることができるでしょうか？

リケーションに次第に浸透していくものと（ Late Majority、み ん な が 使 って いる

まり、コストに対するリターンが合理的に思われます。

派）に急速に浸透していくものです。

説明できるでしょうか？

つもしかしたら、このように 、か つ て は オタクの 世 界

そ の 後 ジェフリー・ムーア は 、著 書

IPv6 以外にも、現在の IPv4 と完全な互だったインターネットは、今や、その効用『キャズム』（川又政治翻訳、翔泳社）にお換性があり、コストのかからない強敵がを考えて普通にみんなが使いこなす世界いて、オタクとビジョン先行派で構成され現れるかもしれません。に変わり、ニーズも変化しました。

る初期市場と、アーリー・マジョリティー

さあ、今度は読者のみなさんが、新た実は筆者も、これを読み違え、最初はやレイト・マジョリティーによって構成されなプロトコルへの移行時期や可能性を予NAT では問題を完全に解決することはるメジャー市場のあいだには、キャズム想してみてください。

できず、インターネットの普及はアドレス（Chasm ＝深い溝）、つまり「ハイテクの＊不足のために頭打ちになると考えていた落とし穴」があるということを示しました

次 回 は 、リアルタイム 通 信 時 代 の時期がありました。しかし、その予想は（図 5）。

みごとに外れました。ユーザーはそのよ

TCP/IP について語ることにしましょう。

このキャズムを越えなくては、メジャーうな完全なものは求めていなかったのです。

送るよ！

パソコンを持たなくとも携帯電話では無意識のうちに老若男女がインターネットを使用する時代になっています。このよ

届いたよ！
光ファイバー

1

2

送信パケット

送信パケット4

3

応答パケット

応答パケット

うに膨大な数にユーザーがふくれ上っても、現在の TCP/IP、つまり IPv4 はまだ拡張が続けられて需要に対応し、確固た受け取った印を応答確認OK！
送るね！
次のパケットが送れるよ！
（1）パケットを送信するたびに応答確認する場合光ファイバーる地位を保っているのです。
送信パケット

送信パケットハイテクの落とし穴

パケットがギッシリ・・・・。
メモリー状態になってしまった！
（2）応答確認がくる前にパケットをどんどん送る場合

さて、10 年ブレークしなかったプロト
コルが今後ブレークするという可能性や図 4 光ファイバーがメモリーになる？

その競争力を分析するのは、技術ではなく、経営学の分野の話です。

価格と品質重視派（Early Majority）

E. M. ロジャーズは、著書『イノベー

みんなが使っているから派（Late Majority）

ション普及学』（青池愼一・宇野善康監訳、産能大学出版部）の中で、次のように説いています。
新たな技術（ここではプロトコル）を使うというのは、無料ではなくコストが伴い

ビジョン先行派（Early Adopter）

ハイテクオタク（Innovators）

ハイテク嫌い（Laggards）

IPv6
IPv4ます。それを問題としないのは、オタクやビジョン先行派と呼ばれているユー

ハイテクの落とし穴＝Chasm

ザーで、彼らが最初に新技術を使います。その技術がブレークする場合には、〔出典：ジェフリー・ムーア 著、 川又 政治 翻訳、『キャズム』、翔泳社〕

その後、いくら払ったらどのくらいのリ
図 5 IPv6 は深い溝（Chasm）を越えられるか？

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