TCP/UDPの仕組み

輻輳制御ふくそうせいぎょ

輻輳制御輻輳スロースタート輻輳回避cwndTCP BBR

輻輳制御について教えて

簡単に言うとこんな感じ！

ネットワークの「渋滞対策」だよ。車の量が増えて道路が詰まってきたら速度を落とすみたいに、パケットロスが増えたら送信量を減らして、ネットワーク全体を守る仕組みなんだ！

輻輳制御とは

輻輳制御（Congestion Control）は、ネットワークの混雑（輻輳）を検知して送信量を調整するTCPの仕組みです。ネットワークが混雑するとパケットロスや遅延が増加します。すべてのホストが勝手に最大量を送り続けると、ネットワーク全体が崩壊する「輻輳崩壊（Congestion Collapse）」が起こります。

TCPはパケットロスや遅延を輻輳のシグナルとして検知し、送信量を制御します。フロー制御（受信側のバッファ保護）と異なり、輻輳制御はネットワーク全体を保護するための仕組みです。

主要なアルゴリズムとして、スロースタート・輻輳回避・高速再転送・高速回復の4フェーズで構成される古典的な手法（Tahoe/Renoアルゴリズム）から、より高性能なCUBIC・BBRへと進化してきました。

主要なフェーズ

フェーズ	動作	輻輳ウィンドウ（cwnd）変化
スロースタート	最初は小さく、ACKごとに急増	指数的に増加
輻輳回避	閾値（ssthresh）以上になったら慎重に増加	線形に増加
高速再転送	3つの重複ACKでパケットロスを検知	ssthreshを半分に。cwndを削減
高速回復	タイムアウト時	ssthreshとcwndを大幅削減

歴史と背景

1988年：Van JacobsonがTCP輻輳制御アルゴリズムを発表（Tahoe）。ARPANETの輻輳崩壊を解決
1990年：TCP Renoが登場。高速再転送・高速回復を追加
2004年：TCP CUBIC（Linux採用）が登場。高速・長距離ネットワークで有効
2016年：GoogleがBBRアルゴリズムを発表。ロスベースでなく帯域・遅延ベースの制御
2020年代：QUIC（HTTP/3）でもBBRが採用され普及が進む

スロースタートの動作イメージ

主要な輻輳制御アルゴリズムの比較

アルゴリズム	特徴	採用OS・製品
Reno	古典的ロスベース制御	古いOS
CUBIC	高速・長距離向けに最適化	Linux（デフォルト）, macOS
BBR	帯域・遅延ベース。バッファに依存しない	Linux 4.9+, Android, GCP
QUIC/BBR	QUICプロトコル上でBBRを活用	Google, Cloudflare

規格・RFC番号	内容
RFC 5681	TCP輻輳制御の標準仕様
RFC 6582	TCP NewRenoアルゴリズム
RFC 8312	CUBIC輻輳制御アルゴリズム
RFC 9002	QUICの輻輳制御