TCPウィンドウのスケーリングオプション

TCPウィンドウ・スケール・オプションは、伝送制御プロトコル（TCP）で許可される受信ウィンドウサイズを、従来の最大値である65,535バイト以上に増やすためのオプションです。このTCPオプションは、他のいくつかのオプションとともに、ロングファットネットワーク（LFN）を扱うRFC 7323で定義されています。 

TCP通信のスループットは、輻輳ウィンドウと受信ウィンドウという2つのウィンドウによって制限されます。輻輳ウィンドウはネットワークの容量を超えないように制御し（輻輳制御）、受信ウィンドウは受信側のデータ処理能力を超えないように制御します（フロー制御）。受信側は、例えばWebサーバーのように非常にビジーな場合、データ過多で処理能力を超えてしまう可能性があります。各TCPセグメントには、受信ウィンドウの現在の値が含まれています。例えば、送信側が4000バイト目を承認し、受信ウィンドウを10000バイトに指定したACKを受信した場合、輻輳ウィンドウが許容範囲内であっても、送信側は14000バイト目以降のパケットを送信しません。

TCPウィンドウスケールオプションは、帯域幅遅延積 （BDP）が64KBを超える場合に効率的なデータ転送のために必要です^{[ 1 ]}。たとえば、 1.5Mbit/sのT1伝送線路を513ミリ秒の往復時間 （RTT）を持つ衛星リンク上で使用した場合、帯域幅遅延積は ${\displaystyle \scriptstyle 1,500,000\times 0.513=769,500}$ ビット、つまり約96,187 バイトです。最大バッファサイズ64KB [ 1 ]を使用すると、 バッファ^は理論上 の最大速度1.5 Mbit/sの(65,535 / 96,187) = 68%、つまり1.02 Mbit/sまでしか満たされません 。

ウィンドウ スケール オプションを使用すると、受信ウィンドウ サイズを最大値まで増やすことができます。${\displaystyle 1,073,725,440\ \scriptstyle \left(=(2^{16}-1)\times (2^{14})=65,535\times 16,384)\right)}$ バイト、つまり約 1 GiB。^{[ 2 ]}これは、ヘッダー オプション フィールドに 1 バイトのシフト カウントを指定することで実現します。実際の受信ウィンドウ サイズは、シフト カウントの値だけ左にシフトされます。シフト カウントの値には、最大 14 を使用できます。これにより、単一の TCP 接続で、 使用可能な帯域幅をすべて利用して、例の衛星リンクを介して 1.5 Mbit/s でデータを転送できます。

基本的に、1回の往復時間内に転送できる伝送ウィンドウの総数は1つまでです。ウィンドウスケールオプションを使用すると、単一のTCP接続で最大1GBのBDPを持つLFN（ 例えば、 往復時間800msの10Gbpsリンク）を最大限に活用できます 。

一部のファイアウォールはTCPウィンドウスケーリングを適切に実装していないため、ユーザーのインターネット接続が数分間断続的に誤動作し、その後理由もなく再び正常に動作するようになることがあります。ファイアウォールがTCP拡張機能をサポートしていない場合にも問題があります。^{[ 3 ]}