ネットワークのパケットロスネットワーク・エンジニアには1つの記事で十分だ

1.ネットワーク・パケットロスとは?
ネットワーク・パケット・ロスとは、その名が示すように、データ伝送中に一部のデータ・パケットが送信元アドレスから宛先アドレスへの伝送に失敗し、途中で「紛失」または「破棄」される状況を指す。
パケットロスは「ネットワークの切断」とは異なるが、ネットワーク品質に直接影響する:
- ウェブページの読み込みが極端に遅い
- ビデオ会議における遅延と高遅延
- ファイル転送の中断やダウンロードの失敗
- 高いゲーム遅延とキャラクターのテレポート
2.パケットロスはどこで発生するのか?
データパケットは、送信元から宛先まで、数多くのデバイスや経路を経由して移動する。パケットロスは、チェーンのどのリンクにも問題がある場合に発生する可能性がある:
場所別の一般的な原因:
- ローカルデバイス(PC、ネットワークカードなど):ドライバの異常、ネットワークカードの老朽化、リソースの枯渇。
- アクセス層(スイッチ):ポートの輻輳、ブロードキャストストーム、ループ。
- ディストリビューション/コアレイヤーデバイスのCPU使用率が高い、インターフェースの送受信に異常がある。
- ファイアウォールACLやポリシーの誤認識、リソースのボトルネック。
- 出口リンク:ISP側の品質が悪く、パケットロスが激しい。
- クラウドサービス:クラウド側でのパケットロス(ユーザー制御不能)。
3.真のパケットロス」と「偽のパケットロス」の見分け方は?
多くの初心者は、失敗したpingや遅い応答を見ると、すぐにパケットロスを想定する。しかし、「偽のパケットロス」には注意が必要です:
- ファイアウォールやACLがICMPをブロックしても、サービスパケットが本当に失われるわけではない。
- 中間ホップでのパケットロスがあっても、宛先へのアクセスが正常であれば、本当のロスを意味しない。
- 短時間のネットワーク・ジッター(リンクの収束など)は、安定性の問題ではなく、過渡的な損失を引き起こす可能性がある。
キーポイント真のパケットロスは、通常、以下の基準を満たす:
- 持続的(散発的ではない)
- 複数のツール(ping、iperf、パケットキャプチャ)で一貫性がある。
- 安定した再現性のある損失位置
4.一般的な検出ツールとは?
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ピング
最も基本的なパケットロス検査ツール。ICMPパケットを送信し、ラウンドトリップの正常性をチェックする。
ping 192.168.1.1 -t # 連続ping
ping -n 50 8.8.8.8 # 50回のping試行
注:一部のデバイスでICMPがブロックされても、ネットワークが切断されるわけではありません。
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トレースルート
どのホップからデータがドロップし始めるかを決定する。
tracert www.baidu.com # Windows
traceroute www.baidu.com # Linux
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iperf
UDPパケットロスの検出をサポートし、より高い精度を実現するプロ仕様のパフォーマンス・テスト・ツール。
iperf3 -c 192.168.1.100 -u -b 10M -t 10 # 10Mbpsで10秒間のUDPテスト
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パケットキャプチャ(Wireshark/tcpdump)
データが送信され、承認されたかどうかをチェックする中核的な検証方法。
5.ネットワーク・パケットロスの原因は?
パケットロスは、ネットワーク機器の問題とリンク品質の問題という2つの主なカテゴリーに起因します。詳しく説明しよう:
1.帯域幅の飽和(輻輳による損失)
- 原理:インターフェイスは過剰なデータを処理できないため、バッファがいっぱいになるとパケットを強制的にドロップする。
- よくあるシナリオ:
- ポートの帯域幅を超える大量のトラフィック(バックアップ、ビデオ転送など)。
- コアスイッチのアップリンクポートを飽和させるクロスVLANアクセス。
- 判定方法:
- インターフェイスの帯域幅使用率をチェックする(表示インターフェイスなど)。
- ポート・トラフィックをモニターする(例:カウンター・インターフェイスの表示)。
2.インターフェースのエラーと物理的問題
- 症状パッチケーブルの緩み、光モジュールの接触不良、ツイストペア配線の誤りにより、断続的な損失が発生することがあります。
- 主な指標
- トラブルシューティングの提案
- display interface briefでエラーパケットの統計情報を確認する。
- パッチケーブルを差し直すか、新しいツイストペアワイヤーでテストする。
3.高いCPU/メモリ使用率
- デバイスの処理能力不足はロスにつながる。
- で共通:
- マルチデバイスのスタッキングにおける高いマスターコントロール圧。
- ポリシー、NAT、セッションの同時実行でファイアウォールがクラッシュする。
- 転送能力に影響するCPUが飙升のルーター。
- トラブルシューティングの方法
- デバイスのCPU使用率をチェックする(cpu-usageを表示)。
- 過剰な転送エントリ(ARPテーブル、MACテーブルなど)を検証する。
4.ブロードキャスト・ストーム/ループ問題
- 典型的な症状管理ポートのping失敗を含む、広範囲にわたるネットワーク停止。
- 調査の方向性
- STPが有効になっているか、ループ保護が有効になっているかを確認する。
- 過剰に繰り返されるブロードキャスト(ストーム)のパケットをキャプチャする。
5.ポリシーの誤認 (ACL、ファイアウォール)
- 損失」と認識されることもあるが、実際にはトラフィックはポリシーによって拒否される。
- チェックポイント
- ACLルールがトラフィックを許可するかどうかを確認する。
- ファイアウォールの廃棄ポリシーを確認する。
- 事例あるクライアントが、スイッチACLがTCPポート443(HTTPS)をブロックしているために、サーバーがタイムアウトした。
6.科学的トラブルシューティングのロジックフローチャート
[Terminal Loss?]
↳ ローカルNICドライバ、使用率、ARPをチェックする
[アクセス層の損失?]
↳ ポートトラフィック、CRC、MAC学習をチェックする
[ディストリビューション/コア層の損失?]
↳ リンク負荷、ポリシー設定、NAT転送をチェックする
[出口損失?]
↳ ISP回線品質、SLA、外部速度テスト
[アプリケーション層の誤判定?]
アプリケーションのバグ、セッション制御、短いタイムアウト
7.高頻度パケットロス・シナリオとケース・サマリー
ケース1:リンク不安定時の断続的なロス
- 症状50%のping成功率、ウェブの読み込みが遅い。
- 原因がある:
- ネットワークケーブルの緩み
- インターフェイス・ネゴシエーションの異常(ギガビット対100Mbps)
- 応答を制限するファイアウォールICMPフラッドプロテクション
- 解決策
- ケーブルを交換し、一貫したネゴシエーションを行う。
- ファイアウォール・ポリシーを調整し、ICMP検出頻度を緩和する。
ケース2:電源投入後のスイッチ通信障害
- 症状本装置が起動後数分間、どのホストにも ping を送信できない。
- 原因がある:
- 起動時の設定ロード時間
- STP(スパニングツリー)が収束していない、ポートがブロッキング状態
- 解決策
- スパニングツリー・ポートファスト(Cisco)またはstp edged-port enable(Huawei)を使用して、ポートのアクティブ化を加速する。
- STPが完全に収束した後のテスト。
ケース3:5ポートスイッチは4ポートしかサポートしない
- 症状5番目のポートが接続されているときに、1つのポートが故障する。
- 原因がある:
- 不十分な電源供給
- チップの老朽化またはハードウェアの故障
- 解決策
- スイッチを交換する。
- プロ仕様のツールでチップ電源と電流変動をテスト。
ケース 4: スイッチ "COL"点灯・点滅、通信なし
- 症状ポート通信の異常、パケットキャプチャの激しいロス。
- 原因がある:
- 衝突!(衝突ライトで表示)
- ポートが全二重でない機器に接続されている、ネゴシエーションに失敗している
- 解決策
- 一貫したデュプレックスモードを手動で指定する。
- 非互換性を避けるため、ケーブルや古いデバイスを交換する。
ケース5:ギガビットへのアップグレード後の頻繁なサービス切断
- 症状ギガビットリンクでの断続的なサーバー接続、キャプチャでの頻繁な再送信。
- 原因がある:
- ギガビット・リンク用のケーブル/モジュールの品質が不十分
- 不安定なネゴシエーションの原因となるポート速度のロック解除
- 解決策
- Cat6+ケーブルを使用してください。
- 手動でギガビット全二重にロック。
- NICドライバーとスイッチのファームウェアを更新する。
ケース 6:深刻なクロス VLAN 通信損失
- 症状VLAN内では正常だが、VLANをまたぐとPingが途切れる。
- 原因がある:
- 誤ったレイヤー3 VLANインターフェースの設定
- トラフィックを制限するACL
- ARPテーブルのエントリが古い
- 解決策
- VLANインターフェイスのIP、サブネット、ルートを確認します。
- 再学習のためにARPキャッシュをクリアする。
- ICMPフィルタリングをチェックするためにパケットをキャプチャする。
8.芽の段階でパケットロスを防ぐには?
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信頼性の高いデバイス選択:
- ハイコンカレンシー環境では、ローエンドのスイッチは避ける。
- 重要なノードには、QoSおよびハードウェア転送に対応したデバイスを使用する。
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定期検査の仕組み:
- CPU、メモリ、インタフェースのトラフィック、エラーパケットを定期的にチェックする。
- SNMP+ネットワーク管理プラットフォームを導入し、7×24のアラートを出す。
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立地環境への配慮:
- 机房(サーバールーム)の温度を20~25℃に保つ。
- クリーンな電源、確実な接地、静電気防止を確保する。
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標準化された構成と文書化:
- すべての変更とロールバック計画を記録する。
- 人為的ミスを避けるために、構成テンプレートを使用する。
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トライアド+パケットキャプチャのトラブルシューティング:
- ARP、ICMP、TCPハンドシェイクのキャプチャを優先する。
- ping+traceroute+iperfを併用する。
- DNS、VLAN、ACL、およびルートにエラーがないことを確認します。
パケットロスを恐れるな。トラブルシューティングの方法がわからないことを恐れるな!
ネットワーク・パケットロスは複雑なものではありませんが、ネットワーク・アーキテクチャ全般の理解、デバイスのメカニズムへの精通、ツールの使い方の熟練度が試されます。より体系的で専門的であればあるほど、より効果的に取り組むことができます。