Nagleアルゴリズム なぐるあるごりずむ

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Nagleアルゴリズムとは

Nagleアルゴリズムは、TCPで小さなパケット（Tinygram）を減らすためのバッファリング最適化です。1984年にJohn Nagleが提案し、RFC 896として標準化されました。

TCPヘッダは最低20バイトあります。もし1バイトのデータを1パケットで送ると、1バイトのペイロードに対して40バイト（TCPヘッダ20B + IPヘッダ20B）のオーバーヘッドが発生します。これをSilly Window Syndrome（愚かなウィンドウ症候群）と呼びます。

Nagleアルゴリズムは「未確認のデータ（送信済みACK待ち）がある間は、MSS未満のパケットをバッファに溜めてまとめて送る」というシンプルなルールで解決します。

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Nagleアルゴリズムのルール

if データが MSS 以上
    すぐに送信
else if ACK待ちのデータがない
    すぐに送信
else
    バッファに溜めて待機（ACKが来るかMSSが溜まるまで）

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Nagleアルゴリズムの弊害

Nagleアルゴリズムは帯域効率を改善しますが、対話型アプリケーションでは問題になります。

問題が出るケース	理由
オンラインゲーム	キー入力を即座に送りたいのにバッファリングされる
ターミナル（SSH等）	キー入力が遅延してタイプが反映されるのに間が出る
低遅延が重要なシステム	バッファ待ちが数十ms単位の遅延になる

これらのケースではTCP_NODELAYオプションを設定してNagleアルゴリズムを無効化するのが一般的です。

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# Nagleアルゴリズムを無効化
s.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP, socket.TCP_NODELAY, 1)

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歴史と背景

• 1984年：John NagleがNagleアルゴリズムを提案。当時のARPANETでは小さいパケットが多く問題になっていた
• 1984年：RFC 896として標準化（後にRFC 1122に統合）
• 現在：ほぼすべてのOSでTCPのデフォルト機能として有効。ゲームエンジン・データベースドライバ等では通常無効化

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遅延ACKとの関係

遅延ACK（Delayed ACK）もNagleアルゴリズムと組み合わさって問題になります。受信側が「40msほど待ってからACKを返す（ACKをまとめる）」機能で、Nagleアルゴリズムと組み合わさると最大40msのデッドロック的な遅延が発生することがあります。

対話型アプリではTCP_NODELAYでNagleを無効化するか、TCP_QUICKACKで遅延ACKを無効化することで解決できます。

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関連する規格・RFC

規格・RFC番号	内容
RFC 896	Nagleアルゴリズムの原典
RFC 1122	インターネットホスト要件（Nagleを含むTCP要件）

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関連用語

• TCP — Nagleアルゴリズムが組み込まれるプロトコル
• MTU — MSSの計算に関係するフレームサイズ
• TCPウィンドウ制御 — 送信量を管理するフロー制御