ネットワークレイテンシーとは何ですか?
ネットワークレイテンシーは、ネットワーク通信における遅延です。ネットワーク経由でデータが送信されるのにかかる時間を示します。遅延またはラグが長いネットワークはレイテンシーが高く、応答時間が速いネットワークはレイテンシーが低くなります。企業は、より高い生産性とより効率的な事業運営を実現できるため、低レイテンシーで高速なネットワーク通信を好みます。流体力学や他の高性能コンピューティングのユースケースなど、一部のタイプのアプリケーションでは、計算の要求に対応するために低いネットワークレイテンシーが必要です。ネットワークレイテンシーが高くなると、アプリケーションのパフォーマンスが低下し、極めて高いレベルになると障害が発生します。
レイテンシーが重要なのはなぜですか?
デジタルトランスフォーメーションを推進する企業が増える中、それらの企業は、基本的なビジネス機能を実行するためにクラウドベースのアプリケーションやサービスを利用しています。また、オペレーションでは、インターネットに接続されたスマートデバイスから収集されたデータも利用しています。これらは、「モノのインターネット (IoT)」と総称されます。レイテンシーによるラグタイムは、特にセンサーデータに依拠するリアルタイムオペレーションにおいて、非効率性を生み出す可能性があります。また、レイテンシーが高くなると、企業が高コストのネットワーク回線を実装している場合でも、ユーザーエクスペリエンスと顧客満足度の両方に影響するネットワークキャパシティにより多くの費用をかけるメリットが減少します。
ネットワークで低レイテンシーを必要とするアプリケーションにはどのようなものがありますか?
あらゆる企業は低レイテンシーを好みますが、これは特定の業界やアプリケーションにとって特に重要です。ユースケースの例を次に示します。
ストリーミング分析アプリケーション
リアルタイムオークション、オンラインベッティング、マルチプレイヤーゲームなどのストリーミング分析アプリケーションは、さまざまなソースからの大量のリアルタイムストリーミングデータを消費および分析します。このようなアプリケーションのユーザーは、正確なリアルタイム情報に依拠して意思決定を行います。ラグは金銭面での影響を生じさせる可能性があるため、これらのユーザーは低レイテンシーのネットワークを好みます。
リアルタイムデータ管理
エンタープライズアプリケーションは、他のソフトウェア、トランザクションデータベース、クラウド、センサーなど、さまざまなソースからのデータをマージして最適化することがよくあります。変更データキャプチャ (CDC) テクノロジーを使用して、データの変更をリアルタイムでキャプチャして処理します。ネットワークレイテンシーの問題によって、これらのアプリケーションのパフォーマンスは容易に妨害される可能性があります。
API 統合
2 つの異なるコンピュータシステムは、アプリケーションプログラミングインターフェイス (API) を使用して相互に通信します。多くの場合、システム処理は API がレスポンスを返すまで停止します。したがって、ネットワークレイテンシーはアプリケーションのパフォーマンスの問題を引き起こします。例えば、航空券予約ウェブサイトでは、API コールを使用して、特定のフライトで利用可能な座席数に関する情報を取得します。ネットワークレイテンシーは、ウェブサイトのパフォーマンスに影響を及ぼし、機能を停止させる可能性があります。ウェブサイトが API のレスポンスを受け取って動作を再開するまでの間に他の誰かが該当のチケットを予約してしまい、ユーザーはそのチケットを予約できない可能性があります。
動画対応のリモートオペレーション
動画対応のボール盤、内視鏡カメラ、捜索救助用のドローンなどの一部のワークフローでは、オペレーターが動画を使用して機械をリモートでコントロールする必要があります。このような場合、生命を脅かす結果が生じるのを回避する上で、ネットワークのレイテンシーが高いことは深刻な事態です。
ネットワークレイテンシーは、どのような原因で発生しますか?
ネットワーク用語では、クライアントデバイスとサーバーは、コンピュータネットワークを使用して通信します。クライアントはデータリクエストを送信し、サーバーはデータレスポンスを送信します。ルーター、スイッチ、ファイアウォールなどの一連のデバイスと、ケーブルやワイヤレス伝送などのリンクが、コンピュータネットワークを構成します。小さなデータパケットの形式では、データリクエストとレスポンスは、リンクを通じて、宛先に到達するまであるデバイスから別のデバイスにホップします。ルーター、モデム、スイッチなどのネットワークデバイスは、有線、光ファイバーケーブル、またはワイヤレス伝送媒体で構成されるさまざまなネットワークパスを介して、データパケットを継続的に処理およびルーティングします。その結果、ネットワークオペレーションは複雑になり、さまざまな要因がデータパケットの移動速度に影響します。ネットワークレイテンシーを引き起こす一般的な要因を次に示します。
伝送媒体
伝送媒体またはリンクは、データが通過する際のレイテンシーに最も大きな影響を与えます。例えば、光ファイバーネットワークは、ワイヤレスネットワークよりもレイテンシーが低くなります。同様に、ネットワークがある媒体から別の媒体に切り替わるたびに、全体的な伝送時間が数ミリ秒長くなります。
ネットワークトラフィックが移動する距離
ネットワークエンドポイント間の距離が長いと、ネットワークレイテンシーが高くなります。例えば、アプリケーションサーバーがエンドユーザーから地理的に離れている場合、レイテンシーが高くなる可能性があります。
ネットワークホップ数
中間ルーターが複数あると、データパケットが必要とするホップ数が多くなり、ネットワークレイテンシーが高くなります。ウェブサイトアドレス処理やルーティングテーブル検索などのネットワークデバイス機能も、レイテンシー時間を増大させます。
データ量
同時実行データ量が多いと、ネットワークデバイスの処理能力は限られているため、ネットワークレイテンシーの問題が大きくなる可能性があります。そのため、インターネットなどの共有ネットワークインフラストラクチャは、アプリケーションレイテンシーを高くする可能性があります。
サーバーのパフォーマンス
アプリケーションサーバーのパフォーマンスは、知覚されるネットワークレイテンシーを発生させる可能性があります。この場合、データ通信は、ネットワークの問題ではなく、サーバーのレスポンスが遅いために遅延します。
ネットワークレイテンシーはどのように測定できますか?
ネットワークレイテンシーは、最初のバイトまでの時間やラウンドトリップ時間などのメトリクスを使用して測定できます。 これらのメトリクスのいずれかを使用して、ネットワークをモニタリングおよびテストできます。
最初のバイトまでの時間
最初のバイトまでの時間 (TTFB、Time to First Byte) は、接続が確立されてから、データの最初のバイトがサーバーからクライアントに到達するまでにかかる時間を記録します。TTFB は、次の 2 つの要因に依存します。
- ウェブサーバーがリクエストを処理し、レスポンスを作成するのにかかる時間
- レスポンスがクライアントに返されるまでにかかる時間
このように、TTFB はサーバーの処理時間とネットワークラグの両方を測定します。
また、レイテンシーを認識された TTFB として測定することもできます。これは、クライアントマシンがレスポンスをさらに処理するのにかかる時間が原因で、実際の TTFB よりも長くなります。
ラウンドトリップ時間
ラウンドトリップ時間 (RTT、Round Trip Time) は、クライアントがリクエストを送信し、サーバーからレスポンスを受信するまでにかかる時間です。ネットワークレイテンシーによりラウンドトリップの遅延が発生し、RTT が長くなります。ただし、ネットワークモニタリングツールによる RTT のすべての測定値は部分的な指標です。これは、データがクライアントからサーバーに送信される間、およびサーバーからクライアントに戻ってくる間、異なるネットワークパスを経由する可能性があるためです。
ping コマンド
ネットワーク管理者は ping コマンドを使用して、32 バイトのデータが宛先に到達し、返信レスポンスを受信するのに必要な時間を明らかにします。これにより、接続の信頼性を判断できます。ただし、ping を使用して同じコンソールからの複数のパスをチェックしたり、レイテンシーの問題を軽減したりすることはできません。
他のタイプのレイテンシーにはどのようなものがありますか?
コンピュータシステムでは、ディスクレイテンシー、光ファイバーレイテンシー、オペレーションレイテンシーなど、多くのさまざまなレイテンシーが発生する可能性があります。レイテンシーの重要なタイプを次に示します。
ディスクレイテンシー
ディスクレイテンシーは、コンピューティングデバイスがデータの読み取りと保存に要する時間を測定します。これは、単一の大きなファイルではなく、大量のファイルを書き込むときにストレージの遅延が発生し得る理由です。例えば、ハードドライブでは、ソリッドステートドライブよりもディスクレイテンシーが高くなります。
光ファイバーレイテンシー
光ファイバーレイテンシーは、光が光ファイバーケーブルを介して特定の距離を移動するのにかかる時間です。光速では、光がスペースを 1 km 移動するごとに 3.33 マイクロ秒のレイテンシーが発生します。しかし、光ファイバーケーブルでは、1 km ごとに 4.9 マイクロ秒のレイテンシーが発生します。各ケーブルが曲がっていたり、不完全であったりすると、ネットワーク速度が低下することがあります。
オペレーションレイテンシー
オペレーションレイテンシーは、コンピューティングオペレーションを理由とするタイムラグです。これは、サーバーのレイテンシーを引き起こす要因の 1 つです。オペレーションが順番に実行されている場合、オペレーションレイテンシーは、個々のオペレーションにかかる時間の合計として計算できます。並列ワークフローでは、最も遅いオペレーションによってオペレーションレイテンシーが決まります。
レイテンシー以外で、ネットワークパフォーマンスを決定する要因にはどのようなものがありますか?
レイテンシー以外にも、帯域幅、スループット、ジッター、およびパケットロスの観点からネットワークパフォーマンスを測定できます。
Bandwidth
帯域幅は、特定の時間にネットワークを通過できるデータ量を測定します。これは、1 秒あたりのデータ単位で測定されます。例えば、帯域幅が 1 ギガビット/秒 (Gbps) のネットワークは、10 メガビット/秒 (Mbps) の帯域幅を持つネットワークよりもパフォーマンスが優れていることがよくあります。
レイテンシーと帯域幅の比較
ネットワークを水道管と考える場合、帯域幅は配管の幅を示し、レイテンシーは水が配管を通過する速度を示します。帯域幅が小さければピーク時のレイテンシーが高くなりますが、帯域幅が大きくなったからといって、必ずしもデータ量が増えるわけではありません。実際、レイテンシーは、高コストで高帯域幅のインフラストラクチャにおける投資収益率を低下させる可能性があります。
スループット
スループットとは、特定の時間にネットワークを実際に通過できるデータの平均量をいいます。これは、宛先に正常に到着したデータパケットの数と、データのパケットロスを示します。
レイテンシーとスループットの比較
スループットは、ネットワーク帯域幅に対するレイテンシーの影響を測定します。レイテンシー後の使用可能な帯域幅を示します。例えば、ネットワークの帯域幅は 100 Mbps である場合がありますが、レイテンシーのため、日中のスループットはわずか 50 Mbps です。しかし、夜間は 80 Mbps に増加します。
ジッター
ジッターは、ネットワーク接続を介したデータ送信と受信の間の遅延時間の変動です。ユーザーエクスペリエンスの観点から、遅延が変動するよりも、遅延が一貫している方が好ましいです。
レイテンシーとジッターの比較
ジッターとは、時間の経過に伴うネットワークのレイテンシーの変化です。レイテンシーはネットワーク経由で移動するデータパケットの遅延を引き起こしますが、ジッターはこれらのネットワークパケットがユーザーの想定とは異なる順序で到着する場合に発生します。
パケットロス
パケットロスは、宛先に到達しないデータパケットの数を測定します。ソフトウェアのバグ、ハードウェアの問題、ネットワークの輻輳などの要因により、データの伝送中にパケットドロップが生じます。
レイテンシーとパケットロスの比較
レイテンシーは、パケットが宛先に到着するまでの遅延を測定します。これは、ミリ秒などの時間単位で測定されます。パケットロスは、到着しなかったパケットの数を測定するパーセンテージ値です。したがって、100 パケットのうち 91 パケットが到着した場合、パケットロスは 9% です。
ネットワークレイテンシーの問題を改善するにはどうすればよいですか?
ネットワークとアプリケーションコードの両方を最適化することで、ネットワークレイテンシーを低くすることができます。いくつかの提案を次に示します。
ネットワークインフラストラクチャをアップグレードする
市販されている最新のハードウェア、ソフトウェア、ネットワーク設定オプションを使用して、ネットワークデバイスをアップグレードできます。定期的なネットワークメンテナンスは、パケット処理時間を改善し、ネットワークレイテンシーを低くするのに役立ちます。
ネットワークパフォーマンスをモニタリングする
ネットワークモニタリングおよび管理ツールは、模擬 API テストやエンドユーザーエクスペリエンス分析などの機能を実行できます。これらを使用して、ネットワークレイテンシーをリアルタイムで確認し、ネットワークレイテンシーの問題をトラブルシューティングできます。
ネットワークエンドポイントをグループ化する
サブネット化は、頻繁に相互に通信するネットワークエンドポイントをグループ化する方法です。サブネットはネットワーク内のネットワークとして機能し、不要なルーターホップを最小限に抑え、ネットワークレイテンシーを改善します。
トラフィックシェーピングの手法を使用する
タイプに基づいてデータパケットに優先順位を付けることで、ネットワークレイテンシーを改善できます。例えば、VoIP コールやデータセンタートラフィックなどの優先度の高いアプリケーションを最初にルーティングし、他のタイプのトラフィックを遅延させるようにネットワークを設定できます。これのような設定がなければ高レイテンシーであったネットワーク上の重要なビジネスプロセスの許容可能なレイテンシーが改善されます。
ネットワーク距離を短くする
エンドユーザーに地理的に近い場所でサーバーとデータベースをホストすることで、ユーザーエクスペリエンスを改善できます。例えば、ターゲットとするマーケットがイタリアである場合、サーバーを北米ではなくイタリアまたは欧州でホストすることでパフォーマンスが向上します。
ネットワークホップを減らす
データパケットがルーターからルーターに移動するたびにデータパケットで生じる各ホップにより、ネットワークレイテンシーが増加します。一般的に、トラフィックは宛先に到達するために、輻輳している可能性があるネットワークパスや冗長性のないネットワークパスを通過しながら、パブリックインターネット経由で複数のホップを行う必要があります。ただし、ネットワーク通信の移動距離とネットワークトラフィックのホップ数の両方を削減する 1 つの手段として、クラウドソリューションを利用してエンドユーザーのより近くでアプリケーションを実行できます。例えば、AWS グローバル冗長ネットワークを使用して、可能な限り近くの AWS グローバルネットワークにトラフィックをオンボーディングし、アプリケーションの可用性とパフォーマンスの改善に役立てるために、AWS Global Accelerator を使用できます。
AWS はレイテンシーを低くするのをどのようにサポートできますか?
AWS では、エンドユーザーエクスペリエンスを改善するために、ネットワークレイテンシーを低くし、パフォーマンスを改善するためのソリューションを数多くご用意しています。要件に応じて、次の任意のサービスを実装できます。
- AWS Direct Connect は、ネットワークを AWS に直接リンクして、より一貫性のある、低いネットワークレイテンシーを実現するクラウドサービスです。新しい接続を作成する際には、AWS Direct Connect デリバリパートナーが提供するホステッド接続、または AWS の専用接続を選択して、世界中の 100 を超える AWS Direct Connect ロケーションでデプロイできます。
- Amazon CloudFront は、優れたパフォーマンス、セキュリティ、デベロッパーの利便性に特化した、コンテンツ配信ネットワークサービスです。これを使用して、低レイテンシーかつ高速送信でコンテンツを安全に配信できます。
- AWS Global Accelerator は、AWS のグローバルネットワークインフラストラクチャを使用することによって、ユーザーのトラフィックのパフォーマンスを最大 60％ 高めるネットワークサービスです。AWS Global Accelerator による、アプリケーションへのパスの最適化は、インターネットが混雑している場合にパケット損失、ジッター、レイテンシーを一貫して低く保つのに役立ちます。
- AWS Local Zones はインフラストラクチャデプロイの一種であり、コンピューティング、ストレージ、データベース、その他の厳選された AWS のサービスを人口の多い場所や産業の中心地近くに配置します。 低レイテンシーを必要とする革新的なアプリケーションを、エンドユーザーとオンプレミスインストールにより近い場所で提供できます。
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