システムの性能評価

このテーマでは前3つを、次のテーマで後2つを扱います。

③ 帯域幅

単位時間あたりに伝送可能なデータの最大容量のことです。平易な表現にすると、回線の太さです。

一般的には、1秒あたりのビット数（bps：bits per second）で表します。

④ レイテンシ

伝送要求を出してから実際にデータが送られてくるまでに生じる通信の遅延時間のことです。一般的には、ミリ秒（ms）単位で表します。

レイテンシは、通信の品質や応答性を評価する指標で、通信の距離、ネットワークにアクセスが集中することを意味する輻輳（ふくそう）、ルーティングの効率などの要因に影響を受けます。

⑤ スループット

スループットは、単位時間あたりの実際のデータ伝送量や単位時間あたりに処理できる処理件数を表す用語であり、文脈により示す内容が異なります。

⑥ 3つの関係を道路にたとえる

⑦ 帯域幅とスループットの違い

ここが試験で問われる最重要点です。

道が広くても、混んでいれば実際に通る量は減ります。契約している回線が1Gbpsでも、実際の通信が100Mbpsしか出ないということは珍しくありません。

「可能な」「最大」があれば帯域幅、「実際の」があればスループット——この読み分けで判定できます。

⑧ 輻輳（ふくそう）

ネットワークにアクセスが集中することを指します。

道路でいえば渋滞にあたります。輻輳が起きると、

輻輳で低下するのはスループットであって、帯域幅ではありません。令和5年度の本試験では、この点が問われました。

⑨ 帯域幅とレイテンシは別物

第1章で学んだ「速い」という言葉には、2つの意味がありました。

太い回線でも、遠ければレイテンシは大きくなります。逆に、細い回線でも近ければレイテンシは小さくなります。

第5章で学んだUDPがリアルタイム性を重視するのは、レイテンシを小さく保つためでした。ここでつながります。

2つの語が入れ替えられています。

確実に判定する方法

「可能な最大容量」なら帯域幅、「実際の伝送量」ならスループット——この1行を握っておけば、両方まとめて切れます。

ウが正しい理由

「伝送の速さはスループットだけでは決まらない」——これは実務的にも重要な指摘です。

Web会議で「映像は綺麗だが、会話がかみ合わない」という状況は、スループットは十分でもレイテンシが大きい状態です。

実務での切り分け

「ネットワークが遅い」という相談を受けたとき、何を測るべきかを整理します。

ping で測れるのはレイテンシ

第5章で学んだpingコマンドは、応答時間を表示します。これがレイテンシの目安になります。

「遅い」を数字にできると、対策が決まる——pingという単純なコマンドが、性能評価の第一歩になります。

回線を太くしても改善しない場合

回線を増強したのに変わらなかったという相談では、下2つを疑います。第1章で学んだボトルネックのある場所に手を入れなければ効果は出ないという原則が、ここでも当てはまります。

確認してみましょう

> 次の記述の正誤を判定せよ。

> a　帯域幅は、単位時間あたりに伝送可能なデータの最大容量であり、一般的にbpsで表す。

> b　レイテンシは、通信の距離、輻輳、ルーティングの効率などの要因に影響を受ける。

> c　スループットは、ネットワークの文脈でもコンピュータシステムの文脈でも、同じ内容を指す。

解答　a：○　b：○　c：×

• c：×……スループットは文脈により示す内容が異なります。ネットワークでは実際に伝送されるデータ量、コンピュータシステムやデータベースでは単位時間あたりに処理できるトランザクション数などを指します。

これに対して、

④ 図で押さえる

• データ入力（開始→終了）
• コンピュータ処理
• データ出力（開始→終了）

ターンアラウンドタイムのほうが必ず長くなります。レスポンスタイムを完全に含んでいるからです。

⑤ 覚え方

turn around（一周する）という言葉が、全体を回りきるという意味を表しています。

⑥ 適用される処理形態

⑦ なぜこの対応なのか

リアルタイム処理では、利用者は端末の前で待っています。反応が始まれば、進んでいることが分かるので安心できます。

バッチ処理では、依頼してから結果を受け取るまでが問題です。途中で反応が始まっても意味がなく、完了して初めて使えます。

関心の違いが、測る区間の違いになっている——こう理解すると、対応が納得できます。

⑧ 第1節とのつながり

第1節で学んだ集中処理と分散処理の比較表に、レスポンスタイムという項目がありました。

分散処理では複数のコンピュータ間で通信が発生するため、その分だけ応答が遅くなります。この節で学んだレイテンシが上乗せされる、と考えると理解しやすいでしょう。

⑨ 試験での問われ方

この2つは、定義を入れ替えて出題されるのが定番です。

> 誤りの例：「レスポンスタイムとは、システムに処理要求を送ってから結果の出力が終了するまでの時間を意味する。」

これはターンアラウンドタイムの内容です。

キーワードで判別する

「始まるまで」か「終了するまで」か——末尾の言葉で判定できます。

⑤ 名前から方向を覚える

アウト＝外に広げる（台数）、アップ＝上に伸ばす（性能）——この対応で覚えられます。

⑥ なぜWebサーバはスケールアウトなのか

Webサーバの処理には、次の特徴があります。

どのサーバが処理しても同じ結果になるので、単純に台数を増やせば処理能力が上がります。

⑦ なぜデータベースサーバはスケールアップなのか

データベースサーバでは、サーバを分散させるとデータの同期に時間がかかり、直接的な性能向上が難しいためです。

分散させるほど、データを合わせる手間が増える——第1節で学んだ分散処理の「矛盾を回避する手段が必要」という短所が、ここに現れています。

⑧ 第1章とのつながり

第1章のマザーボードの節で、次のように触れました。

> 拡張の考え方は、のちに学ぶスケールアップ（1台の性能を上げる）とスケールアウト（台数を増やす）の区別にもつながります。

メモリを増設したり、CPUを交換したりするのは、スケールアップの考え方です。

⑨ 試験での問われ方

令和4年度の本試験では、2つの定義がそっくり入れ替えて出題されました。

> 誤りの例1：「サーバの台数を増やすことでシステム全体の処理能力を高めることを、スケールアップという。」

> 誤りの例2：「サーバを高性能なものに取り替えることでシステム全体の処理能力を高めることを、スケールアウトという。」

どちらも逆です。

判別のキーワード

⑩ 実務では組み合わせる

多くのシステムでは、部分ごとに使い分けます。

第2節で学んだ3層アーキテクチャと、きれいに対応しています。層ごとに性質が違うから、性能の高め方も変わるわけです。

⑪ クラウドとの関係

第12章で学ぶクラウドコンピューティングでは、スケールアウトが非常に簡単になります。

必要なときだけ増やせる——この柔軟性が、クラウドの大きな利点のひとつです。この性質を活かすためにも、スケールアウトしやすい設計（第2節のマイクロサービスなど）が重視されるようになりました。