伝送効率と回線利用

要点と定義

伝送では、回線の公称速度と、実際に利用者のデータを運べる速度を区別します。制御情報、確認応答、待ち時間、他の端末との競合などがあるため、データの実効速度は回線速度より小さくなることがあります。伝送効率は「データ送信速度 ÷ 物理層の通信速度」で表し、同じ単位の速度どうしを比べます。効率を百分率で示すときは、比に100を掛けます。

転送時間を求めるときは、まずデータ量をビットにそろえ、伝送効率を反映した実効速度で割ります。実効速度は「回線速度 × 伝送効率」です。たとえば、10 Mビット／秒の回線で、伝送効率が50％なら実効速度は5 Mビット／秒です。8 Mバイトのデータは64 Mビットなので、転送時間は64 ÷ 5＝12.8秒です。単位がM同士なら、同じ十進の接頭語を使っているかも確かめます。

回線利用率は、一定時間内に送ったデータ量を、その時間に回線が運べる最大量で割って求めます。制御情報がデータ量に加わる条件では、それも送信量に含めます。例として、1 Mバイトのファイルに20％の制御情報が付くなら送信量は1.2 Mバイト、すなわち9.6 Mビットです。10 Mビット／秒の回線を10秒使える場合、回線容量は100 Mビットなので利用率は9.6％です。 動画の転送例でも、1 Gバイトをビットに直して20％を加え、40 Mビット／秒の回線を300秒使える容量と比べます。回線容量は12 Gビット、制御情報込みの転送量は9.6 Gビットなので、利用率は80％です。

適用条件と例

無線LANでは、複数端末が同じ媒体を使うため、送信前に媒体の状態を確認し、空いていても待機時間を置いてから送る方式があります。受信側の確認応答（ACK）にも時間を使います。ACKを複数フレームにまとめるとACK送信の負担が減り、複数フレームをまとめると待機の回数も減らせるため、いずれも伝送効率を高める方向に働きます。一方、物理層の速度を上げるとフレーム自体の送信時間は短くなりますが、速度に依存しない待機時間の割合は相対的に大きくなり得ます。したがって、回線速度の上昇だけで伝送効率も上がるとは限りません。

回線利用率と伝送効率は関連しますが、同じ量ではありません。利用率は、所定の時間に回線容量のどれだけを使ったかを表します。伝送効率は、物理層の速度に対してデータ送信速度がどれだけ得られたかを表します。問題文が制御情報を転送量に加えるとしているか、データ本体だけを数えるかを確かめてから計算します。速度、時間、データ量の単位をそろえ、割合の分母が「回線容量」なのか「物理層の通信速度」なのかを区別してください。

送信側のデータ生成速度が受信側の処理速度を上回る間は、差分がバッファに蓄積します。送信速度をS、受信速度をR、継続時間をTとすると、S＞Rの条件で必要な容量は少なくとも「（S−R）×T」です。たとえば、毎秒12 MB送って毎秒9 MB受け取り、4秒続くなら、蓄積量は（12−9）×4＝12 MBです。これは、転送開始までの間隔が十分にあり、他の蓄積要因を考えない条件での計算です。

IPネットワークのアドレス数を問う場合は、プレフィックス長からホスト部のビット数を求めます。IPv4では全体が32ビットなので、/23ならホスト部は32−23＝9ビット、総アドレス数は2の9乗＝512個です。一般的なサブネットのホスト数を数える条件では、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを使えないため、512−2＝510個です。問題が例外的な割当て条件を指定する場合は、その条件に従います。