what is packet loss how test
この包括的なチュートリアルでは、パケットロスとは何か、原因は何か、それをチェックする方法、パケットロステストを実行する方法、およびそれを修正する方法について説明します。
このチュートリアルでは、コンピュータネットワークシステムの観点からパケット損失の基本的な定義を探ります。どのネットワークでも損失の背後にある基本的な理由がわかります。
また、さまざまな例とスクリーンショットを使用して、パケット損失や、ジッター、パケット遅延、歪み、ネットワーク速度、ネットワーク輻輳などの他のネットワークパフォーマンスパラメータをテストするために使用されるさまざまなツールについても説明します。次に、それを修正するために利用できるさまざまな方法を確認します。
学習内容：
パケットロスとは何ですか？
電子メールの送信、データや画像ファイルのダウンロード、または情報の検索のためにインターネットにアクセスする場合、データの小さなエンティティはインターネットを介して送受信されます。これらはパケットと呼ばれます。データパケットのフローは、任意のネットワークの送信元ノードと宛先ノードの間で発生し、さまざまなトランジットノードを通過して宛先に到達します。
現在、これらのデータパケットが目的の最終宛先に到達できない場合は常に、その状態はパケット損失と呼ばれます。宛先ノードへのパケットの配信が失敗するため、ネットワーク速度が遅くなり、ストリーミングビデオ、ゲームなどのリアルタイムアプリケーションも影響を受けるため、ネットワークスループットとQoS全体に影響を与えます。
パケットロスの原因
損失の理由は、以下の点で説明できます。
＃1）ネットワークの混雑 ：ピーク時またはネットワークのビジー時間中に、ネットワーク内のトラフィックが最大制限に達し、ネットワーク帯域幅が高度に使用されると、ネットワークの輻輳状態が発生します。この状態の間、各中間ノードのパケットは、輻輳が解消されるまで転送される機会を待つ必要があります。
ただし、ノードがこれらのパケットの保存と転送に失敗した場合、ネットワークの速度に対応するためにノードはパケットを破棄します。これは、ネットワークの輻輳の場合にパケット損失が発生する方法です。しかし、これらの失われたパケットを再送信して宛先に到達するためのアルゴリズムやソフトウェアアプリケーションは数多くあります。
＃2）ソフトウェアのバグ： これは、ソフトウェアの更新中にシステムに導入されたデータパケットの損失の最も一般的な原因のひとつであり、導入されたバグのためにネットワークの異常な動作を引き起こします。これは、システムを再起動し、ソフトウェアパッチを導入することで最小限に抑えることができます。
＃3）ネットワークハードウェアの問題 ：ルーター、スイッチ、ハブ、ファイアウォール、コンピューターなどの古くて古いネットワーク要素を使用してネットワークインフラストラクチャを拡張すると、パケット損失が発生します。古いデバイスを使用すると、ネットワーク全体の速度が低下し、スループットが低下し、ネットワークが失われるためです。接続性。これらは、更新されたネットワークデバイスを使用することで改善できます。
＃4）セキュリティの脅威 ：データパケットの突然の低下とネットワーク速度の低下が発生した場合、この背後にある考えられる原因は、ネットワークへの悪意のあるウイルス攻撃である可能性があります。これは、誰かがネットワークへの不正アクセスを取得し、サービス拒否を実行しているため、ルーターの負荷が増加し、その結果、ネットワークに障害が発生するようにデータパケットをドロップするようルーターに要求していることを意味します。
ネットワークに対するこのような不要な攻撃は、トラフィックの過負荷とネットワーク速度の低下によりパケット損失を引き起こします。このようなネットワークの脅威を検出して排除する更新されたネットワークセキュリティソフトウェアとファイアウォールを使用することで、これを最小限に抑えることができます。
＃5）過負荷のデバイスとネットワークを処理するための不十分なインフラストラクチャ ：システムのメモリが不足して容量に達すると、リソースが過剰に使用されているため、データパケットの破棄が開始されます。
この状況では、パケットはキューイングとバッファリングにもかかわらず宛先に到達できません。これは、パケットが特定の制限まで維持され、その後、データパケットのドロップを開始するためです。
同様に、ネットワークの管理者がシステムの過負荷状態を処理するのに十分な知識がない場合、ネットワークパフォーマンスが低下し、パケット損失が繰り返し発生します。
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失われたデータパケットの影響
さまざまなアプリケーションにさまざまな影響を及ぼします。たとえば、インターネットからファイルを検索してダウンロードしているときにパケット損失が発生すると、ダウンロードの速度が低下します。
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ただし、待ち時間が非常に短い場合、つまり損失が10％未満の場合は、 その後、ユーザーは遅延に気付かず、失われたパケットが再送信され、ユーザーは希望する時間間隔で受信します。
ただし、損失が20％を超える場合は、 その場合、システムは通常の速度よりもデータのダウンロードに時間がかかるため、遅延が顕著になります。この場合、ユーザーはパケットが送信元から再送信されるのを待ってから受信する必要があります。
一方、リアルタイムアプリケーションの場合、3％のパケット損失でも許容できません。 パケット文字列の1つが変更されたり欠落したりすると、目立つようになり、進行中の会話やリアルタイムデータの意味が変わる可能性があるためです。
TCPプロトコルには、失われたパケットの再送信のモデルがあり、TCPプロトコルがデータパケットの配信に使用される場合、失われたパケットを識別し、受信者によって確認されていないパケットを再送信します。ただし、UDPプロトコルには、データパケットを再送信するための確認応答ベースのシナリオがないため、失われたパケットは回復されません。
パケットロスを修正する方法は？
システムの過負荷、ユーザー数の多さ、ネットワークの問題などの損失の背後にある理由が常に発生するため、ゼロパーセントのパケット損失を達成する方法はありません。そのため、パケット損失を最小限に抑えて高品質のネットワークを実現するための対策を講じることができます。
次の日常の練習方法は、一般的なパケット損失を大幅に最小限に抑えることができます。
- 物理的な接続を確認してください ：すべてのデバイス間の接続が正しく行われていることを確認してください。すべてのポートは、必要なケーブルでデバイスに正しく接続されています。接続が緩んでいて、ケーブルが正しく接続されていない場合、パケット損失が発生します。
- システムを再起動します ：システムを長期間再起動していない場合は、すぐに再起動してください。これにより、すべてのバグが解消され、損失の問題も修正されます。
- ソフトウェアを更新する ：更新されたソフトウェアと最新のオペレーティングシステムを使用すると、パケット損失の可能性が自動的に低くなります。
- Wi-Fiの代わりに信頼性の高いケーブル接続を使用する： Wi-Fiネットワークの代わりに光ファイバーケーブルとイーサネットケーブルをネットワーク接続に使用すると、Wi-Fiネットワークが発生しやすくなるため、ネットワーク品質が向上し、パケット損失の可能性が低くなります。
- 古いハードウェアを交換してください ：容量が制限されている古いルーターやスイッチなどの古いハードウェアを、更新された新しい大容量ネットワークデバイスに置き換えると、パケット損失を最小限に抑えることができます。古いハードウェアは誤動作しやすいため、パケットがドロップされ、パケット損失が増加します。
- エラータイプを検出し、それに応じて修正する ：FCSエラーでインターフェイスアラインメントパケットロスが発生した場合は、ルータのインターフェイスの両端間にデュプレックスモードの不一致があります。したがって、この場合は、インターフェイスを一致させて損失を修正します。 FCS損失のみが発生する場合は、ケーブル接続に問題があるため、接続を確認して損失を修正します。
- リンクバランス ：リンクの容量が高く過剰に使用されているために送信元と宛先の間のリンクの帯域幅が制限されている場合、トラフィックが正常にならない限り、パケットのドロップが開始されます。この場合、トラフィックの半分を保護リンクまたはアイドル状態の冗長リンクにシフトして、高いパケット損失の状況を克服し、高品質のサービスを提供できます。これはリンクバランスとして知られています。
パケットロステスト
なぜパケット損失のテストを実行するのですか？ パケット損失は、特にWAN接続とWi-Fiネットワークにおけるネットワークの問題の多くの原因です。パケット損失テストの結果は、問題がネットワーク接続に起因するか、TCPまたはUDPパケット損失が原因でネットワークの品質が低下するなど、その背後にある理由を結論付けています。
損失をテストするために、さまざまなツールが使用されます。そのようなツールの1つは PRTGネットワークモニターツール これは、失われたパケットの確認、UDPおよびTCPパケット損失の問題の特定、およびネットワーク帯域幅、ノードの可用性の計算、およびネットワークパフォーマンスの向上のためのネットワークデバイスのIPアドレスのチェックによって、ネットワーク使用率の精査を支援します。
PRTGアーキテクチャ：
(画像 ソース )
＃1）PRTGパケットロステスト
サービス品質（QoS）一方向センサー： このツールは、プローブとも呼ばれる2つのノード間のネットワークの品質に関連するさまざまなパラメーターを決定するために使用されます。
これは、Voice over IP（VoIP）接続でのパケット損失を監視するために使用されます。
このテストを実行するには、PRTGサーバープローブに接続する必要がある一方の端のWindowsオペレーティングシステムにPRTGリモートプローブをインストールする必要があります。
リモートとサーバーエンドのプローブ間で接続が確立されると、センサーは一連のUDPパケットをオリジンプローブからリモートエンドに送信し、以下の要素を評価します。
- ミリ秒単位のノイズまたはジッター（最小、最大、および平均）
- ミリ秒単位のパケット遅延の偏差（最小、最大、および平均）
- レプリカパケット（％）
- 歪んだパケット（％）
- 失われたパケット（％）
- アウトオブオーダーパケット（％）
- 最後に配信されたパケット（ミリ秒単位）
センサー設定に移動し、サーバーエリアプローブを宛先エンドとして選択し、リモートエンドプローブをホストとして選択すると、PRTGは選択された2つのプローブ間でデータパケットの転送を自動的に開始します。したがって、ネットワーク接続のパフォーマンスを監視します。
このようにして、良好なネットワークパフォーマンスに不可欠な他のパラメータとともに失われたデータを見つけることができます。パケット損失をテストするホストとリモートデバイスを選択するだけです。
PRTG QoSリフレクター： このリフレクターを使用することの最も良い点は、どのLinuxオペレーティングシステムでも実行できるため、出力にWindowsシステムとリモートプローブを使用する必要がないことです。
これは、エンドポイントと呼ばれるノードとPRTGの間でデータパケットを送信する一種のPythonスクリプトです。したがって、2つのエンドポイント間でデータパケットを送信することにより、ネットワークのすべてのQoSパラメータを測定します。したがって、これらのデータを抽出し、分析と比較を行うことで、ジッター、パケット遅延の偏差、失われたパケット、歪んだパケットなどを見つけることができます。
pingセンサー： このセンサーは、ネットワークパラメーターとパケット損失をチェックする必要があるネットワークの2つのノード間でインターネット制御メッセージプロトコル（ICMP）エコーメッセージ要求データパケットを送信します。受信機が使用可能な場合は、ICMPエコー応答パケットをリクエストへの応答。
表示されるパラメータは次のとおりです。
- ping時間
- 間隔ごとに複数のpingを使用する場合、ping時間は最小になります
- 間隔ごとに複数のpingを使用する場合、ping時間は最大になります
- 間隔ごとに複数のpingを使用した場合のパケット損失（％）
- ミリ秒単位の平均ラウンドトリップ時間。
pingのデフォルト設定は、WindowsオペレーティングシステムとUnixベースのOSのスキャン時間間隔ごとに4つのpingです。pingは、キーワードを押して停止するまで実行され続けます。
それでは、ラップトップとWi-Fiネットワーク間のパケット損失をテストしてみましょう。
以下の手順に従ってください。
- スタートメニューを選択してコマンドプロンプトに移動し、「cmd」と入力します。
- これでコマンドウィンドウが開き、ping192.168.29.1を使用してEnterキーを押します。
- これにより、指定されたIPアドレスにpingが送信され、以下に示す出力が得られます。
出力：
これで、上記の要約に従って、パケット損失がなく、pingが成功したことがわかります。
損失が発生した場合を考えてみます。pingの結果は、ユーザーがWi-Fiネットワークに到達できないため、100％のパケット損失が発生したスクリーンショットのようになります。
＃2）パケット損失テスト用のMTRツール
以前の記事の1つで、pingおよびtracerouteツールについて簡単に説明しました。リンクは以下のとおりです-
必読=> 基本的なネットワークトラブルシューティングの手順とツール
それでは、pingとtracerouteの両方の機能を組み合わせ、ネットワークパフォーマンスとパケット損失パラメータのトラブルシューティングと監視に使用されるMTRツールに移りましょう。
MTRに続けて宛先ホストIPアドレスを使用することにより、コマンドプロンプトからMTRコマンドを実行できます。コマンドを実行すると、さまざまなルートをたどって目的地を追跡し続けます。調査を実行するために停止するには、qキーとCTRL + Cキーを入力します。
以下の例のこのツールとネットワークの1つの出力を使用して、ネットワーク接続のさまざまなパラメータを分析する方法を見てみましょう。
(画像 ソース )
- 宛先ノードとの接続 ：ここで、MTRトレースは、出力で確実に宛先の最終ホップに到達していることを示しています。上の画像からわかるように、送信元と宛先の接続に問題がないことは明らかです。
- パケットロス： このフィールドは、送信元から宛先の端に移動している間の各中間ホップでのパケット損失の割合を示します。上の画像に示されている0％のパケット損失は問題がないことを示していますが、何らかの損失が見られる場合は、その特定のホップを確認する必要があります。
- ラウンドトリップ時間（RTT）： これは、パケットが送信元から宛先に到達するのにかかる合計時間を表します。ミリ秒単位で計算され、これが非常に大きい場合は、2つのホップ間の距離が非常に大きいことを意味します。上のスクリーンショットのホップ6とホップ7のRTT時間差は非常に大きいことがわかります。これは、両方のホップが異なる国にあるためです。
- 標準偏差： このパラメータは、ミリ秒単位で計算されるパケット遅延の偏差を反映しています。
- ジッター ：これは、ネットワークでの音声通信中に通常観察される歪みです。 MTRツールは、デフォルト設定にフィールドを追加してshow jitterコマンドを実行するだけで、送信元と宛先の間の各ホップレベルでのジッターの量を評価することもできます。
デフォルトの設定とは異なる設定でMTRコマンドを実行する別の例を見てみましょう。ここでは、連続する1秒ごとにパケットを送信し、パケット損失に気付く速度が非常に速くなります。また、各ホップで50個のデータパケットを送信します。
以下のスクリーンショットでは、パケット送信の速度を上げ、ホップごとにより多くのパケットを送信することにより、ホップ1、ホップ2、およびホップ3でパケット障害が発生し、ホップ2で100％のパケット障害が発生していることがわかります。これらのホップでのネットワークの輻輳です。それらを修正するための措置を講じる必要があります。
結論
この記事では、パケット損失の基本と、それを任意のネットワークで修正する理由と方法を学びました。
パケット損失は、システムソフトウェアの問題、ケーブルの障害などの基本的な問題が原因で発生する非常に一般的なネットワークの問題です。また、完全に中和することはできず、予防策を講じることによってのみ最小限に抑えることができるという事実も学びました。ネットワークを監視およびテストするためのさまざまなツールを使用します。
また、スクリーンショットと画像を使用してさまざまなテスト方法を検討することにより、パケット損失を評価する方法も検討しました。
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