輻輳制御

読み：ふくそうせいぎょ　／　英語表記：congestion control

性能・監視・運用
通信の基礎

ネットワークの混雑を防いだり緩和したりするため、送信側が送るデータの量を調整する制御方式。TCPでは、輻輳ウィンドウの大きさを増減させて制御する。

イマシルちゃんの解説

輻輳制御は、通信の混雑に合わせて送信量を調整する制御方式だよ。
ルータや回線にデータが集中すると、待ち時間が延びたりデータが捨てられたりするんだ。
送り続ければ混雑がひどくなるから、送信側がペースを変える必要があるの。
例えばTCPの基本的な方式では、届いたことを知らせる確認応答を手掛かりにするよ。
順調に届いていれば送信量の上限を増やし、データの損失が分かれば減らすんだ。
こうして混雑を悪化させないようにしながら、回線の余裕を生かしてデータを運ぶんだね。

より深い解説

定義

輻輳制御は、ネットワークの途中（ルータのキューや回線）が混雑してパケットが失われたり、遅延が大きくなったりすることを防ぐため、送信側が送信量を調整する仕組みである。TCPでは、送信側が輻輳ウィンドウ（cwnd）を持ち、確認応答を待たずに送れる量を、受信側が通知するウィンドウ（rwnd）と輻輳ウィンドウの小さいほうに制限する。

フロー制御との違い

	フロー制御	輻輳制御
守る対象	受信側のバッファ	ネットワーク（途中のルータや回線）
量を決める情報	受信側が通知するウィンドウサイズ	送信側が推測するネットワークの状態
使うウィンドウ	受信ウィンドウ（rwnd）	輻輳ウィンドウ（cwnd）

基本的な動作（TCP Reno）

段階	動作
スロースタート	小さな輻輳ウィンドウから始め、確認応答を受け取るたびに増やす。1往復（RTT）ごとに、ほぼ2倍になる（指数関数的な増加）
輻輳回避	輻輳ウィンドウがしきい値（ssthresh）に達したら、1往復ごとに1セグメントずつ増やす（線形の増加）
高速再送・高速リカバリ	重複ACKを3つ受け取ったら、損失したセグメントをすぐに再送し、輻輳ウィンドウを半分程度に減らして、輻輳回避から再開する
タイムアウト	再送タイマーが切れたら、輻輳がひどいと判断し、輻輳ウィンドウを最小に戻してスロースタートからやり直す

「スロースタート」という名前だが、実際の増え方は指数関数的で、速い。名前は「いきなり大量に送らず、小さく始める」ことに由来する。

このような増え方をする理由

方式の考え方	名前	意味
加算的に増やし、乗算的に減らす	AIMD（Additive Increase / Multiplicative Decrease）	少しずつ増やし、混雑したら大きく減らすことで、複数の通信が公平に帯域を分け合うようになる

主な輻輳制御アルゴリズム

アルゴリズム	混雑の判断	特徴
Reno / NewReno	パケット損失	古典的な方式
CUBIC	パケット損失	輻輳ウィンドウを3次関数で増やす。高速で遅延の大きい回線でも速度を出しやすい。LinuxやWindowsの標準
Vegas	遅延の増加	RTTが増え始めたら、損失の前に送信量を減らす
BBR	帯域とRTTの推定	損失ではなく、ボトルネックの帯域と最小RTTから、最適な送信の速さを決める

ネットワーク側の仕組み

仕組み	内容
RED（ランダム早期検出）	キューがいっぱいになる前から、確率的にパケットを捨てて、送信側に早めに減速を促す
ECN（明示的輻輳通知）	パケットを捨てる代わりに、IPヘッダーに「混雑している」という印を付けて送信側に伝える

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ネットワークスペシャリスト

午前Ⅱ