<p><style_prompt>Strict_Technical_Analysis</style_prompt>本記事は<strong>Geminiの出力をプロンプト工学で整理した業務ドラフト（未検証）</strong>です。</p> <h1 class="wp-block-heading">令和5年度 ネットワークスペシャリスト 午前Ⅱ 問1 TCPのスロースタート</h1> <p>TCPのスロースタートにおける輻輳ウィンドウの増分規則を把握し、時間経過（RTT）に伴う指数関数的な成長を計算する手順を解説します。</p> <h3 class="wp-block-heading">【問題】</h3> <blockquote class="wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow"> <p>TCPのスロースタートアルゴリズムにおいて，輻輳（ふくそう）ウィンドウの初期値を1セグメント（MSS）とし，1セグメントのACKを受信するたびに輻輳ウィンドウを1セグメント増やすものとする。輻輳ウィンドウが16セグメントに達するまでに必要なRTT数は最小でいくつか。ここで，輻輳は発生せず，各セグメントに対するACKは個別に返されるものとする。</p> <p>ア 4 イ 5 ウ 15 エ 16</p> </blockquote> <h3 class="wp-block-heading">【解説】</h3> <p>TCPのスロースタートフェーズでは、データ送信の効率を上げるために、ネットワークの許容容量を確認しながら送信量を急激に増加させます。</p> <p><strong>1. 基本規則の確認</strong></p> <ul class="wp-block-list"> <li><p>初期状態：1 RTT（Round Trip Time）目に 1セグメント送信。</p></li> <li><p>増分規則：ACKを1つ受信するごとに、輻輳ウィンドウ（CWND）を +1 する。</p></li> </ul> <p><strong>2. RTTごとの推移計算</strong> 各RTT終了時点でのCWNDの推移を追います。</p> <ul class="wp-block-list"> <li><p><strong>開始時</strong>：$CWND = 1$</p></li> <li><p><strong>1 RTT目</strong>：</p> <ul> <li><p>1セグメント送信 $\rightarrow$ 1つのACKを受信。</p></li> <li><p>$CWND = 1 + 1 = 2$ となる。</p></li> </ul></li> <li><p><strong>2 RTT目</strong>：</p> <ul> <li><p>2セグメント送信 $\rightarrow$ 2つのACKを受信。</p></li> <li><p>1つ目のACKで $CWND = 2 + 1 = 3$、2つ目のACKで $CWND = 3 + 1 = 4$。</p></li> <li><p>$CWND = 4$ となる。</p></li> </ul></li> <li><p><strong>3 RTT目</strong>：</p> <ul> <li><p>4セグメント送信 $\rightarrow$ 4つのACKを受信。</p></li> <li><p>最終的に $CWND = 4 + 4 = 8$ となる。</p></li> </ul></li> <li><p><strong>4 RTT目</strong>：</p> <ul> <li><p>8セグメント送信 $\rightarrow$ 8つのACKを受信。</p></li> <li><p>最終的に $CWND = 8 + 8 = 16$ となる。</p></li> </ul></li> </ul> <p>このように、1 RTTごとにCWNDは前回の2倍（$2^n$）に増加します。</p> <p><strong>3. 数式による表現</strong> $n$ RTT後のCWNDを $W_n$ とすると、以下の式が成り立ちます。 $$W_n = 2^n$$ 本問では $W_n = 16$ となる $n$ を求めるため、 $$2^n = 16 \implies n = 4$$</p> <p><strong>Mermaid図解：CWNDの成長プロセス</strong></p> <div class="wp-block-merpress-mermaidjs diagram-source-mermaid"><pre class="mermaid"> sequenceDiagram participant S as 送信側 participant R as 受信側 Note over S: RTT 0: CWND=1 S ->> R: Seg 1 R -->> S: ACK 1 Note over S: RTT 1終了: CWND=2 S ->> R: Seg 2, 3 R -->> S: ACK 2 R -->> S: ACK 3 Note over S: RTT 2終了: CWND=4 S ->> R: Seg 4, 5, 6, 7 R -->> S: ACK 4, 5, 6, 7 Note over S: RTT 3終了: CWND=8 S ->> R: Seg 8...15 R -->> S: ACK 8...15 Note over S: RTT 4終了: CWND=16 </pre></div> <h3 class="wp-block-heading">【選択肢の吟味】</h3> <figure class="wp-block-table"><table> <thead> <tr> <th style="text-align:left;">選択肢</th> <th style="text-align:left;">判定</th> <th style="text-align:left;">解説</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td style="text-align:left;"><strong>ア</strong></td> <td style="text-align:left;"><strong>正解</strong></td> <td style="text-align:left;">上記計算の通り、4 RTT経過時にCWNDは16に達する。</td> </tr> <tr> <td style="text-align:left;">イ</td> <td style="text-align:left;">誤り</td> <td style="text-align:left;">5 RTT経過するとCWNDは32に達するため、最小ではない。</td> </tr> <tr> <td style="text-align:left;">ウ</td> <td style="text-align:left;">誤り</td> <td style="text-align:left;">ACKを受信するたびに+1されるため、ACKの総数（15個）と混同した数値。</td> </tr> <tr> <td style="text-align:left;">エ</td> <td style="text-align:left;">誤り</td> <td style="text-align:left;">CWNDの目標値そのものであり、RTT数とは一致しない。</td> </tr> </tbody> </table></figure> <h3 class="wp-block-heading">【ポイント】</h3> <ul class="wp-block-list"> <li><p><strong>スロースタート</strong>：ACK受信ごとにCWNDを増やすため、RTT単位で見ると2倍ずつ（指数関数的）に増加する。</p></li> <li><p><strong>輻輳回避フェーズとの違い</strong>：スロースタート閾値（ssthresh）到達後は、1 RTTごとに1 MSSしか増えない線形増加に変わる。</p></li> <li><p><strong>計算式</strong>：$初期値 \times 2^{RTT数} = 到達ウィンドウサイズ$ を活用する。</p></li> </ul>

sequenceDiagram
    participant S as 送信側
    participant R as 受信側
    Note over S: RTT 0: CWND=1
    S ->> R: Seg 1
    R -->> S: ACK 1
    Note over S: RTT 1終了: CWND=2
    S ->> R: Seg 2, 3
    R -->> S: ACK 2
    R -->> S: ACK 3
    Note over S: RTT 2終了: CWND=4
    S ->> R: Seg 4, 5, 6, 7
    R -->> S: ACK 4, 5, 6, 7
    Note over S: RTT 3終了: CWND=8
    S ->> R: Seg 8...15
    R -->> S: ACK 8...15
    Note over S: RTT 4終了: CWND=16