5.2性能とトラフィック設計

ネットワーク設計者にとって「帯域が広ければ広いほど良い」という単純な話ではありません。実際の性能要件（応答時間・音声品質など）を満たすために必要十分な帯域・機器能力を見積もり、それを裏付ける根拠として待ち行列理論などの定量的な計算を使いこなす必要があります。この節では性能指標の意味と、計算結果を踏まえてどう設計判断するかを学びます。

5.2.1性能指標（スループット・帯域・遅延・ジッタ・パケットロス）

• 帯域（帯域幅）＝回線が理論上運べる最大のデータ量（bps）。スループット＝実際に流れた実効データ量で、プロトコルのオーバーヘッドや輻輳・機器の処理能力によって帯域より必ず小さくなる。「帯域を増強すればスループットも比例して伸びる」とは限らず、ボトルネックが別の要因（機器のCPU等）にあれば効果が出ない。
• 遅延（レイテンシ）＝データが送信されてから相手に届くまでの時間。ジッタ＝遅延のばらつき（変動幅）。音声・映像のようなリアルタイム性が求められる通信では、遅延の絶対値だけでなくジッタが大きいと音切れ・映像のカクつきとして体感される。パケットロス＝伝送中に失われたパケットの割合で、輻輳や物理層の劣化が主因になる。

5.2.2待ち行列理論（M/M/1）

• 待ち行列理論＝パケットの到着とルータ等での処理がランダムに発生する状況の混雑度を数学的に扱う理論。M/M/1モデルは「到着間隔・処理時間がともに指数分布、処理窓口（ルータのインタフェース等）が1つ」という最も基本的なモデルで、ネットワーク機器の性能設計の基礎になる。
• 利用率ρ（ロー）＝処理能力に対してどれだけ稼働しているかの割合。ρ = λ / μ（λ＝平均到着率、μ＝平均処理能力）。ρ < 1 でなければ待ち行列（バッファ）は無限に伸び続けあふれてパケットロスにつながる。
• M/M/1モデルの平均待ち時間（キューで待たされる時間）は Wq = ρ / (μ - λ)。処理能力μを増強する（機器を高速化・回線を増強する）か、到着率λを減らす（トラフィックを分散・削減する）ことがρとWqを下げる基本方針。