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Pause機能

「LAN 側 Pause 機能」とは(ルーターのネットワーク設定)

TL;DR

「Pause 機能」とは

受信バッファがオーバーフローしそうな場合、データを送ってくる相手(端末)に、データ転送の一時停止をお願いする信号を送信・受信する機能。

  • IEEE802.3x の標準規格
  • 一時停止信号を「Pause フレーム」という
  • 家庭用ルーターでは Pause フレームはルーター越えしない

ルーターのマニュアルに記載されている「LAN側Pause機能」とは

ローカル(LAN ポート)間で、ルーターがこの Pause 信号を転送させるか否か、つまり Pause 信号のフィルターを行うか否かの設定。

ローカル内(LAN ポート間)で大量かつ頻繁にデータのやりとりが行われない場合は「無効」に設定して大丈夫ですが、通常は「有効」にしておいて問題ありません

TS;DR

以下は WiFi ルーターのマニュアル(家庭用無線 LAN 機能付きルーターの取扱説明書)にある記載の抜粋です。

LAN 側 Pause 機能 (初期値:使用する)
 LAN 側 Pause 機能を使用する場合はチェックします。
 LAN 側に接続された端末間でフロー制御することができます。

わかっている人にはわかる書き方なのかもしれませんが、私にはわかりづらく、用語含め、調べてみたことをまとめてみました。

まず、少なくともわかるのは「LAN 側 Pause 機能」なる謎の機能を有効にすると「LAN 側に接続された端末(PC やネットワーク機器の)間でフロー制御することができる」ということです。つまり「フロー制御」を理解することがキモとなりそうです。

フロー制御とは

落ち着いて考えれば難しくない単語なのですが、「オーバーフロー」という怖い単語がチラついて「フロー」という単語に偏見を持ってしまったようです。

「フロー制御」の「フロー」(flow)はフローチャートなどのフローと同じで「流れ」を意味しています。「オーバーフロー」は、流れに必要以上のモノが加わったことにより溢れてしまい、正常に流れなくなったときに使われる表現です。お風呂のお湯張りで止めるのを忘れたようなものです。オーバーフローだけに。

・・・つまり、「フロー制御」とは「フロー + 制御」=「データの流れ + コントロール」=「データの流れをコントロールする仕組み」です。

この「フロー制御」により、データがどこかで溢れるのを防ぐ、もしくは溢れてもなんとかしてくれる仕組みが提供されます。

フロー制御が必要な理由

Pause 機能の前に、フロー制御が必要な事情について軽く説明したいと思います。

おそらく、この「Pause 機能」があるルーターは「ジャンボフレーム」にも対応していると思います。「ジャンボフレーム」は1パケットのデータ長を長くすることで、分割されたデータを転送する「回数」を少なくさせる仕様で、8 両編成だった電車が 16 両編成になったようなものです。いずれもデータ量が大きくなった昨今のネットワーク事情に対応した仕組みです。

そのような、ギガビットの速いネットワーク環境を想定します。カテゴリー 6 以上の LAN ケーブルとギガビット対応のルーターでネットワークを構築した環境です。最近の新築マンションや、会社などのネットワークでは一般的な環境かもしれませんね。(ここでは便宜上、スイッチング HUBルーターとして扱う表記にします)

そこに 10 メガビットの低速通信の PC が同じ LAN 内にあった場合、つまり、ルータまではデータをガンガン受け取れるのに、ルータから低速通信 PC への転送が間に合わない場合を考えます。(低速の WiFi 端末でも良いです)

低速通信 PC が大きなデータを他の端末にリクエストするも、PC への転送が低速なため、ルーターは受け取っているデータを溜め込みながら少しずつ低速通信 PC へ転送してゆきます。この時、溜め込んでいるデータを「バッファ」といいます。お風呂の栓を少し開けたまま、お湯張りをしているイメージですと、溜まっているお湯が「バッファ」です。

Youtube などの動画をスマホで移動しながら観ていると、動画の解像度が大きい場合、読み込んでは再生を繰り返してカクカクする場合があります。その時、一時停止をして動画を溜め込ませてから再生することがあると思いますが、そういった溜め込み/先読みを「バッファしている」と呼びます。

しかし、溜め込む量より出力する量が少ない場合、そのまま受け取っているとキャパ・オーバーして溢れてしまいます。この溜め込む側が溢れた状態を「バッファ・オーバーフロー」といいます。お風呂のお湯が溢れたようなイメージです。

ところが、ネットワークの標準的な仕組みとして、バッファが溢れそうになった場合、つまりバッファがオーバーフローしそうな場合は思い切ってバッファのデータを削除してしまい、送り元に再送してもらうようにリクエストすることで回避する単純な仕組みがあります。

厳密には、なるべく無駄のないようにもっと細かく制御が行われているのですが、基本的に、このようにデータの流れをコントロールすることを「フロー制御」といいます。お風呂の元栓の開け閉めや、排水口の開け閉めといった制御をするイメージです。

Jennifer wait!(ちょっと待って)

先ほどの「受け手の都合により、再送させる」仕組みは小悪魔的とも言えますが、非常にシンプルであるため、ハードウェアの開発コストも少なく済みます。

しかし、問題もあります。

同じデータ(送信済みのデータ)を再度送るため「ネットワークの渋滞を招く」のと「時間のコストがかかる(時間の無駄が発生する)」という問題です。宅急便の再送依頼と同じイメージです。

宅急便の場合、「帰宅が遅れそうだ」とわかった時点で配達時間を遅らせることで、なるべく1回の配送で済ませ、お互いのロスを減らす工夫をします。ネットワークでは、同様の再送問題を回避するために「Pause 機能」があります

「Pause」が「一時停止」という意味であるように、どんどんデータを送ってくる相手に対して、自身のバッファがオーバーフローしそうになると、送り手に「ちょっと●秒待った」と知らせることでデータ転送を少しのあいだ止めて待ってもらいます。これにより、データを破棄せず、再送ではなく続きのデータを受け取ることができるようになります。

Pause 信号を送ったにも関わらず、データを送りつけてくる場合は、従来位通りバッファを削除して再送依頼することになります。つまり、「Pause 機能」も「フロー制御」の1つなのです。

この Pause 信号は他のデータと同じくパケット信号です。この Pause 機能のための一連のパケット信号を「Pause フレーム」と呼びます。Pause シグナルを含んだパケット、Pause 信号、Pause フレームいずれも同じ役割です。

家庭用ルーターでは Pause 信号は LAN 内のみ

この「Pause 機能」によって、無駄なデータのトラフィック(流れ)がなるべく起きないよう工夫しているわけですが、この信号はルータと他のデバイス(ネットワーク機器や PC 間)に限らず、デバイス間でも使われる信号です。

その場合、この信号はデータと同じようにネットワーク上に流れるので、その橋渡しとなるハブやルータを介してデバイス間に伝わることになります。

その時の留意点として、基本的に家庭用ルーターの場合「Pause 機能」は LAN 内でのみ機能します。つまりLAN 側のポートにブラ下がっているネットワーク機器に対して有効です。

これが文頭に記載した説明書の「LAN 側に接続された端末間でフロー制御することができます」の意味になります。

LAN 内の端末や機器でバッファがオーバーフローする場合に PAUSE フレームをマルチキャストします

上記の説明の場合、「マルチキャスト」とは「ネットワーク上の機器に一斉通知する」という意味です。

噛み砕いて言うと「受け手がテンパった時に、LAN 内の全端末に「アチキ宛に色々送ってる奴!ちょっと待って!」と Pause 信号を送る」という意味です。

逆に言うと、ルーターでこの Pause 機能の設定が「無効」になっている場合、ルーターは LAN ポート間でこの信号を伝達しません

つまり、ルータの LAN ポート1に繋がった機器が「Pause 信号」を発しても、LAN ポート2や LAN ポート3もしくは WiFi には転送しません。しかし、LAN ポート1に HUB がある場合は、HUB に繋がっている機器には伝わます。ここが Pause 機能の設定をするか否かのポイントになります。

どのような時に設定すべきか

この Pause フレーム(信号)は、Ethernet の規格(IEEE802.3x)であるため、大抵の機器は対応しています。そのため、一般的な使い方では特別にオン/オフを意識する必要はありません。通常は「オン」(有効)で良いと思います。

しかし、プロバイダからレンタル/支給されている家庭用ルーターを使っていて、以下の2つに該当する場合は注意が必要です。

  1. ルーターをハブ替わりにしている(高速通信機器がルーターに直結してつながっている)
  2. ルーターの1ポートにルーターより高速なハブをつなげている(高速/低速通信機器がハブにつながっている)

上記の組み合わせで、ルーターに直結した高速機器と、ハブの下にぶら下がっている通信速度の遅い機器が、大量のデータをやりとりしている場合、ルーターが不安定になりルーターの再起動が必要になるケースを多く見ます。(WiFiルーター含む)

家庭用ルーターが遅くなったり、不安定になる一番の要因は熱暴走で、二番目が無駄なアクセスです。まずはルーターが熱くなって(放熱できて)いないかを確認したのち、Pause 機能を「オフ」にしてみてください。

というのも、 Pause 機能を「オン」にするということは、再送させない代わりに、その間のバッファのメモリ管理をちゃんと行うということでもあります。

しかし、プロバイダ支給のルーターは型が古かったり、十分パワフルでない事があるため、高速ハブとルーター間の Pause 信号のやりとり、もしくはルーター内のバッファのメモリ管理が上手に扱えない時があります。熱暴走していると特に顕著です。

ルーターは LAN ポート間のデータや Pause 信号は基本的に右から左(ポートからポート)へ転送するだけなのですが、スイッチング・ハブ(インテリジェント・ハブ)や他のルーターが同じ LAN にある場合、ルーターとハブの間でも Pause 信号を送る事があります。

しかし機器(この場合ルーター)がショボいと、メモリにゴミが溜まってしまいバッファできる量自体も少なくなってしまうので、Pause 信号を乱発するという悪循環が発生します。

また、機器が発熱しているとメモリに溜めていたデータが壊れてしまい、同じように処理できないゴミデータがメモリに溜まってメモリ不足による Pause 信号の乱発が発生します。

おそらくコールセンターに問い合わせても「再起動してどうか」という案内になると思います。(基本的にネットワークの配線/構成や機器自体を変えない限り回避できないからです)

しかし、ルーターや高速ハブにぶら下げる機器の構成を工夫する(ネットワーク・トポロジを見直す)ことで、かなり改善されます。例えば、以下のような確認事項があります。

  1. プロバイダ支給のルーターは内部から外部、つまり LAN←→WAN に専念させる
  2. LAN ←→ LAN はギガビットハブを介するようにし、ルーターを経由しないようにする
  3. LAN ケーブルを見直す(断線など。皮一枚でも実は通信できてしまうもロスが多く遅くなるため)
  4. お互いに通信する頻度が多い機器(PS4 と Nasne など)は、階層をまたがずに同じハブに繋げる
  5. ルーターやハブの放熱対策をする
  6. ルーターやハブの電源をタコ足にしない(電圧が低いと発熱する、タコ足の他の機器から電源ノイズを拾ってしまうため)

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初夏の所感(あとがき)

最近のマシンはギガビット・イーサーが標準ですが、家庭内の LAN(特に昔の同梱)ケーブルはカテゴリー 5(もしくは 5e)のものが多く、経年劣化が発生していたり電源と平行して(束ねて)配線されている事が多いため、ノイズなども含めて速度が出ない事が多々あります。

というのも、実は新築でも Cat6 より安くて作成が簡単な事から Cat5 が平気で使われていたり、ルーターや HUB なども放熱を考えずに密閉したり、壁内の LAN ケーブルを電源ケーブルと一緒に束ねたりする事が多くあります。特に、この電源が空調、冷蔵庫や電子レンジなどにも使われていたりすると、動きはしますが速度が思いのほか出ません。

HD 画像(1K)は遠い昔、今や 4K が普通で、8K に移行しているこの時代、8K スカパー!プレミアムを観たい場合はアンテナだけでなくアンテナのケーブルも(シールド加工された上位品に)交換しないと、まともに見れないのと同じで、無線より遅い LAN ケーブルが壁内配線に使われた場合、後々の交換が大変なのは明白です。

しかし、建築工事はコスト(金額と時間)がシビアなので生死にかかわる事以外は「動けばおk」である、つまり「要件は網羅しているし、 嘘は付いてない」事が優先されるので、そもそも要件を定義する設計側が知らないといけない知識の1つになってきています。建築設計側・工事主任側の知識が足りないと、竣工後(引渡し後)のクレームを転嫁して電気施工の技術屋さんを泣かせることでしょう。

ネットワークの速度のチューニング(調整)は別の話であるため、住宅の建築・施工におけるネットワーク障害の切り分けは別の記事で書きたいと思いますが、まずはこの記事が Pause 機能のオン・オフの決定の参考になれば幸いです。

参考元