令和5年度 ネットワークスペシャリスト 午前Ⅱ 問4 TCPのウィンドウ制御
TCPの転送効率を最大化するためのウィンドウサイズとスループットの関係性を理解し、帯域遅延積の概念を適用することが解法の鍵です。
【問題】
TCPのウィンドウ制御において、図のように送信側がパケットを連続して送信し、受信側からの確認応答（ACK）を待つ。パケットの往復時間を $RTT$、ウィンドウサイズを $W$、回線速度を $V$ としたとき、パケットを隙間なく連続して送信し続け、回線帯域を最大限に利用するための条件はどれか。ここで、パケットの送信遅延時間は無視できるほど小さく、ACKのサイズも極めて小さいものとする。
ア $W \ge V \times RTT$ イ $W \le V \times RTT$ ウ $W \ge V / RTT$ エ $W \le V / RTT$
【解説】
TCPのウィンドウ制御は、受信側からの確認応答（ACK）を待たずに送信できるデータのデータ量（ウィンドウサイズ）を調整することで、通信効率を高める仕組みです。
回線帯域を最大限に利用（フルスループットを実現）するためには、最初のパケットに対するACKが届くまでの間、送信側がデータを送り続けられることが条件となります。
帯域遅延積（BDP: Bandwidth-Delay Product）： 回線速度 $V$ と往復時間 $RTT$ の積 $V \times RTT$ は、ネットワークの「パイプ」の中に蓄積できる最大のデータ量を示します。
連続送信の条件： ウィンドウサイズ $W$ がこの帯域遅延積以上であれば、ACKを待つために送信を停止する「空き時間」が発生しません。
$$W \ge V \times RTT$$
sequenceDiagram
participant S as 送信側
participant R as 受信側
Note over S,R: ウィンドウサイズ W
S ->> R: パケット1
S ->> R: パケット2
S ->> R: パケットn
R -->> S: ACK (パケット1に対して)
Note over S: ACK受信時にまだWの範囲内で
送信継続できれば帯域を使い切れる
【選択肢の吟味】
| 選択肢 | 判定 | 解説 |
|---|---|---|
| ア | 正解 | $W$ が帯域遅延積（$V \times RTT$）以上であれば、ACKが戻る前に送信が途切れないため正解。 |
| イ | 誤り | これではウィンドウサイズが不足し、ACK待ちによる待機時間が発生して帯域を使い切れません。 |
| ウ | 誤り | 単位系が一致しません（ビット/秒 ÷ 秒 ＝ ビット/秒² となり、データ量にならない）。 |
| エ | 誤り | ウと同様に単位系が不適切であり、ウィンドウ制御の理論とも合致しません。 |
【ポイント】
ウィンドウサイズ：ACKなしで連続送信可能なデータ量。
帯域遅延積 (BDP)：回線を満たすために必要なデータ量 ($速度 \times RTT$)。
スループットの限界：$W / RTT$ が回線速度 $V$ を超えない限り、スループットは $W / RTT$ に制限される。
