TCPのラウンドトリップ時間を理解した上でWAN高速化を考えるネットワークスペシャリスト試験問題

 では、TCPのラウンドトリップ時間（RTT）を理解した上でWAN高速化を考えるというテーマで、

ネットワークスペシャリスト試験 午後Ⅰ形式 の演習問題を10問まとめます。

午後Ⅰなので、状況文＋設問形式で作ります。



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問題1：RTT測定値と転送速度


ある拠点間WAN回線（1Gbps）で、RTTが80msと測定された。TCPウィンドウサイズは64KBで固定されている。

この条件での理論上の最大スループットを求め、ウィンドウサイズを拡大すべきか判断せよ。



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問題2：遅延の原因特定


海外拠点との通信において、pingのRTTが300ms、トレースルートの結果から海底ケーブル経由であることがわかった。

この場合、TCP転送速度を向上させるために有効な技術を2つ挙げよ。



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問題3：スロースタートの影響


RTTが150msのWAN回線で大容量ファイルを送信する場合、TCPスロースタートが転送完了時間に与える影響を説明し、改善策を1つ述べよ。



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問題4：再送タイムアウト設定


RTTの平均が120ms、最大値が200msの環境で再送タイムアウト（RTO）を短く設定しすぎた場合に発生する可能性のある問題を説明せよ。



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問題5：輻輳制御とRTT変動


通常時のRTTは50msだが、ピーク時には200ms以上になる。

この場合、TCP輻輳制御アルゴリズムはどのような動作をするか説明せよ。



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問題6：パケットロスとRTT


RTTが一定であっても、パケットロスが1％発生するとTCPスループットが大きく低下する理由を説明し、WAN最適化装置での対策例を挙げよ。



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問題7：帯域遅延積の計算


回線速度が100Mbps、RTTが100msの場合の帯域遅延積（BDP）を計算し、この回線をフル活用するために必要なTCPウィンドウサイズを求めよ。



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問題8：RTT短縮の物理的限界


拠点間距離が1万kmの場合、光ファイバの伝搬速度を200,000km/sとすると、物理的最短RTTを計算せよ。この値を下回ることが不可能な理由を説明せよ。



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問題9：WAN高速化プロトコルの比較


RTTが大きい環境において、標準的なTCPと比較してRTTの影響を軽減できる代表的なプロトコルまたは拡張技術を2つ挙げ、その理由を説明せよ。



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問題10：アプリケーション層での工夫


高RTT環境でのファイル転送において、TCPの改善以外にアプリケーション層でできる高速化の方法を2つ挙げよ。



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これら10問は午後Ⅰ形式なので、数値計算＋概念理解＋設計判断が混ざっています。

もし希望があれば、次のように拡張できます。


解答例＋解説付きバージョン


計算問題は計算過程まで詳細解説


Wiresharkキャプチャ例を組み込んで実践型にする



次に、これを解答・解説付きの完成版にしてお渡ししましょうか？

そうすれば午後Ⅰ対策としてすぐ使える教材になります。


わかりました。

では、先ほど提示した TCPのラウンドトリップ時間（RTT）を理解した上でWAN高速化を考える

ネットワークスペシャリスト試験 午後Ⅰ形式 の10問を、解答＋詳細解説付きで完成させます。



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問題1：RTT測定値と転送速度


ある拠点間WAN回線（1Gbps）で、RTTが80msと測定された。TCPウィンドウサイズは64KBで固定されている。

この条件での理論上の最大スループットを求め、ウィンドウサイズを拡大すべきか判断せよ。


解答

スループット ＝ ウィンドウサイズ ÷ RTT

＝ 64KB ÷ 0.08s ≒ 0.8MB/s（約6.4Mbps）

→ 1Gbps回線に対して非常に低い。ウィンドウサイズ拡大が必要。


解説

TCPはウィンドウサイズ分のデータを送信してACKを待つため、RTTが大きいと小さいウィンドウでは回線が遊ぶ。1Gbpsの回線を活かすには、BDPに見合ったウィンドウサイズ設定が必要。



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問題2：遅延の原因特定


海外拠点との通信において、pingのRTTが300ms、トレースルートの結果から海底ケーブル経由であることがわかった。

この場合、TCP転送速度を向上させるために有効な技術を2つ挙げよ。


解答


ウィンドウスケーリング（Window Scaling Option）によるウィンドウサイズ拡大


WAN最適化装置（TCP ACK圧縮、データ圧縮）



解説

物理距離による遅延は削減困難なため、TCPの動作を改良し、ACK待ち時間を短縮する方法が有効。



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問題3：スロースタートの影響


RTTが150msのWAN回線で大容量ファイルを送信する場合、TCPスロースタートが転送完了時間に与える影響を説明し、改善策を1つ述べよ。


解答


影響：輻輳ウィンドウが指数的に成長するが、RTTが長いと成長に時間がかかり、初期転送速度が低下する。


改善策：初期ウィンドウサイズ（initcwnd）を大きく設定する。



解説

RFC 6928により初期ウィンドウの拡大が推奨され、WAN環境での転送開始遅延が短縮される。



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問題4：再送タイムアウト設定


RTTの平均が120ms、最大値が200msの環境で再送タイムアウト（RTO）を短く設定しすぎた場合に発生する可能性のある問題を説明せよ。


解答


本来到達しているパケットを誤って再送する「早すぎる再送」が発生し、帯域の無駄遣い・輻輳を招く。



解説

RTOはRTTの変動（ジッタ）を考慮して設定する必要があり、RFC 6298ではRTOの下限を1秒とする推奨がある。



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問題5：輻輳制御とRTT変動


通常時のRTTは50msだが、ピーク時には200ms以上になる。

この場合、TCP輻輳制御アルゴリズムはどのような動作をするか説明せよ。


解答


RTTの増加をパケットロスや輻輳の兆候とみなし、輻輳ウィンドウを縮小する。



解説

CUBICやRenoなどのアルゴリズムはRTT増加を輻輳検知要因とするため、スループット低下が起こる。



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問題6：パケットロスとRTT


RTTが一定であっても、パケットロスが1％発生するとTCPスループットが大きく低下する理由を説明し、WAN最適化装置での対策例を挙げよ。


解答


理由：TCPはパケットロスを輻輳と判断してウィンドウを半減するため、ロス率が高いと速度が低下する。


対策：Forward Error Correction（FEC）やパケットロス隠蔽機能を利用。



解説

RTTだけでなくロス率もTCP性能に大きく影響する。特に衛星回線などではFECが有効。



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問題7：帯域遅延積の計算


回線速度が100Mbps、RTTが100msの場合の帯域遅延積（BDP）を計算し、この回線をフル活用するために必要なTCPウィンドウサイズを求めよ。


解答

BDP ＝ 帯域 × RTT

＝ 100Mbps × 0.1s ＝ 10Mbit（1.25MB）

必要ウィンドウサイズ：1.25MB


解説

ウィンドウサイズがBDPより小さいと回線をフル活用できない。RFC 7323のウィンドウスケーリングで拡大が可能。



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問題8：RTT短縮の物理的限界


拠点間距離が1万kmの場合、光ファイバの伝搬速度を200,000km/sとすると、物理的最短RTTを計算せよ。この値を下回ることが不可能な理由を説明せよ。


解答

片道遅延 ＝ 10,000 / 200,000 ＝ 0.05s（50ms）

RTT最短 ＝ 100ms

理由：光速度と距離による物理的制約であり、ルーティングや装置処理遅延を含めるとさらに長くなる。



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問題9：WAN高速化プロトコルの比較


RTTが大きい環境において、標準的なTCPと比較してRTTの影響を軽減できる代表的なプロトコルまたは拡張技術を2つ挙げ、その理由を説明せよ。


解答


MPTCP（複数経路TCP）：複数経路で並列転送し、RTTの影響を分散。


QUIC（UDPベース）：ハンドシェイクを短縮し、遅延を削減。



解説

大きなRTT環境では、接続確立回数や往復回数を減らす技術が有効。



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問題10：アプリケーション層での工夫


高RTT環境でのファイル転送において、TCPの改善以外にアプリケーション層でできる高速化の方法を2つ挙げよ。


解答


複数接続による並列ダウンロード


データの圧縮転送



解説

TCP層の制約を回避するため、アプリケーション側で分割転送・圧縮などを行うと効果的。



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もしこのまま午後ⅠのPDF版（数式や図付き）にすれば、計算過程・解答・解説がひと目で見やすい学習資料になります。

次はBDP計算図＋RTTとスループットの関係グラフも加えて試験対策用PDF化しますか？

そうすれば、本番形式の学習がさらにしやすくなります。



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