JP7657264B2

JP7657264B2 - トランスポート制御プロトコルのトリップタイムの推定

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Publication number: JP7657264B2
Application number: JP2023126290A
Authority: JP
Inventors: デシュパンデ，アカーシュ
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2025-04-04
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: JP2022533737A; US10887432B2; CN114145008A; EP3973670B1; EP3973670A1; KR102663105B1; US20220191307A1; JP7326478B2; US11297169B2; WO2020236217A1; KR20230014860A; KR102489541B1; CN114145008B; JP2023159146A; US20210105344A1; US11849012B2; KR20220002678A; US20200374374A1

Description

技術分野
本開示は、トランスポート制御プロトコルのトリップタイムの推定に関する。

背景
従来、ノード上で実行されるプロセスは、ノード（またはエンドポイント）間のトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続の性能を理解するのに役立ち得る。例えば、システムは、ノードがパケットを送信した開始時間と、ノードが受領確認を受信した受領確認時間とを測定することによって、パケットのラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）を取得するように配置されてもよい。しかし、ミドルボックスを使用することによって、より多くの従来のエンドポイントの間に実装される中間ノードが増加するので、ＴＣＰ接続最適化を促進するために、エンドポイントでのＴＣＰ性能の測定は、新しい性能測定技法を考慮しなければならない。

概要
本開示の一態様は、トランスポート制御プロトコルの性能特性を推定するための方法を提供する。方法は、ミドルボックスのデータ処理ハードウェアが、所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続から、複数のパケットを間引いてサンプリングすることを含む。サンプリングされた複数のパケットの各パケットに対して、方法は、データ処理ハードウェアが、当該パケットをサンプリングするときのタイムスタンプを生成することと、データ処理ハードウェアが、当該パケットのシーケンス番号および受領確認番号を記録することとを含む。また、方法は、データ処理ハードウェアが、サンプリングされた複数のパケットのうちの１つ以上のパケットに対応するタイムスタンプ、シーケンス番号、または受領確認番号のうちの少なくとも２つに基づいて、所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することをさらに含む。

いくつかの実装形態において、方法は、データ処理ハードウェアが、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットのうちの第１のパケットに記録された第１のシーケンス番号を特定することを含む。また、方法は、データ処理ハードウェアが、第１のパケットに記録された第１のシーケンス番号が宛先エンドポイントとミドルボックスとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれかと一致するか否かを判定することを含む。この実装形態において、第１のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットのうちの第２のパケットに記録された受領確認番号と一致する場合、方法は、データ処理ハードウェアが、第１のパケットに対して生成されたタイムスタンプと第２のパケットに対して生成されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間の第１のトリップタイムを決定することを含む。この実装形態において、第１のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれにも一致しない場合、方法は、データ処理ハードウェアが、サンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号を補間することによって、ＴＣＰ接続から第１のサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することを含み、第１のサンプリングされていないパケットは、第１のシーケンス番号と一致する受領確認番号に関連付けられる。この実
装形態は、データ処理ハードウェアが、生成された第１のパケットの第１のタイムスタンプと第１のサンプリングされていないパケットに対して推定されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間の第１のトリップタイムを決定することをさらに含む。

いくつかの例において、方法は、データ処理ハードウェアが、サンプリングされた複数のパケットのうちの第３のパケットに記録された第２のシーケンス番号を特定することを含み、第３のパケットは、ミドルボックスとソースエンドポイントとの間で転送される。また、方法は、データ処理ハードウェアが、第３のパケットに記録された第２のシーケンス番号がソースエンドポイントとミドルボックスとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれかと一致するか否かを判定することを含む。この例において、第２のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットのうちの第４のパケットに記録された受領確認番号と一致する場合、方法は、データ処理ハードウェアが、第３のパケットに対して生成されたタイムスタンプと第４のパケットに対して生成されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスとソースエンドポイントとの間の第２のトリップタイムを決定することを含む。この例において、第２のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれにも一致しない場合、方法は、データ処理ハードウェアが、サンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号を補間することによって、ＴＣＰ接続から第２のサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定し、第２のサンプリングされていないパケットは、第２のシーケンス番号と一致する受領確認番号に関連付けられ、データ処理ハードウェアが、第３のパケットに対して生成された第３のタイムスタンプと第２のサンプリングされていないパケットに対して推定されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスとソースエンドポイントとの間の第２のトリップタイムを決定することをさらに含む。ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することは、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間の第１のトリップタイムおよびミドルボックスとソースエンドポイントとの間の第２のトリップタイムを合計することによって、ミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のラウンドトリップタイムを計算することを含む。

他の構成において、方法は、サンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号を補間することによって、ＴＣＰ接続からサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することを含む。また、方法は、サンプリングされた複数のパケットに記録されたシーケンス番号を補間することによって、ＴＣＰ接続からサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することを含んでもよい。

いくつかの実装形態において、ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することは、データ処理ハードウェアが、ミドルボックスを介して宛先エンドポイントからソースエンドポイントに転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号に基づいて、所定の期間にわたる受領確認番号の勾配を決定することと、受領確認番号の勾配に基づいて、スループットを生成することとを含み、スループットは、ミドルボックスを介してソースエンドポイントから宛先エンドポイントにパケットを転送する速度に対応する。他の実装形態において、ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することは、ミドルボックスを介してソースエンドポイントから宛先エンドポイントに転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号に基づいて、受領確認番号の経時的な勾配を決定することと、受領確認番号の勾配に基づいて、スループットを生成することとを含み、スループットは、ミドルボックスを介して宛先エンドポイントからソースエンドポイントにパケットを転送する速度に対応する。

いくつかの例において、方法は、特定の時点において、データ処理ハードウェアが、Ｔ
ＣＰ接続を介してソースエンドポイントから通信された第１のパケットを受信することを含み、第１のパケットは、第１のシーケンス番号および第１の受領確認番号を含み、データ処理ハードウェアが、ＴＣＰ接続を介して宛先エンドポイントから通信された第２のパケットを受信ことを含み、第２のパケットは、第２のシーケンス番号および第２の受領確認番号を含む。また、方法は、データ処理ハードウェアが、第１のパケットに関連付けられた第１のシーケンス番号と第２のパケットに関連付けられた第２の受領確認番号との間の差を決定することによって、ソースエンドポイントのウィンドウサイズを推定することをさらに含む。これらの例において、方法は、データ処理ハードウェアが、第２のパケットに関連付けられた第２のシーケンス番号と第１のパケットに関連付けられた第１の受領確認番号との間の差を決定することによって、宛先エンドポイントのウィンドウサイズを推定することをさらに含んでもよい。

いくつかの実装形態において、複数のパケットを間引いてサンプリングすることは、ソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のＴＣＰ接続から、全てのパケットよりも少ないパケットをサンプリングすることを含む。複数のパケットを間引いてサンプリングすることは、ステートレス且つ系統的な方法で、ＴＣＰ接続からパケットを均一にサンプリングすることを含んでもよい。ソースエンドポイントは、リモート分散ネットワークと通信するユーザ機器（ＵＥ）であってもよく、宛先エンドポイントは、リモート分散ネットワークと通信するサーバに対応する。

本開示の別の態様は、トランスポート制御プロトコルの性能特性を推定するためのシステムを提供する。システムは、データ処理ハードウェアと、データ処理ハードウェアと通信するメモリハードウェアとを含む。メモリハードウェアは、データ処理ハードウェア上で実行されると、データ処理ハードウェアに以下の動作を実行させる命令を記憶する。動作は、ミドルボックスにおいて、所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続から、複数のパケットを間引いてサンプリングするを含む。動作は、サンプリングされた複数のパケットの各パケットに対して、当該パケットをサンプリングするときのタイムスタンプを生成することと、当該パケットのシーケンス番号および受領確認番号を記録することを含む。動作は、サンプリングされた複数のパケットのうちの１つ以上のパケットに対応するタイムスタンプ、シーケンス番号、または受領確認番号のうちの少なくとも２つに基づいて、所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することをさらに含む。

いくつかの実装形態において、動作は、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットのうちの第１のパケットに記録された第１のシーケンス番号を特定することを含む。また、動作は、第１のパケットに記録された第１のシーケンス番号が宛先エンドポイントとミドルボックスとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれかと一致するか否かを判定することを含む。この実装形態において、第１のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットのうちの第２のパケットに記録された受領確認番号と一致する場合、動作は、第１のパケットに対して生成されたタイムスタンプと第２のパケットに対して生成されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間の第１のトリップタイムを決定することを含む。この実装形態において、第１のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれにも一致しない場合、動作は、サンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号を補間することによって、ＴＣＰ接続から第１のサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定し、第１のサンプリングされていないパケットは、第１のシーケンス番号と一致する受領確認番号に関連付けられる。この実装形態において、動作は、生成された第
１のパケットの第１のタイムスタンプと第１のサンプリングされていないパケットに対して推定されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間の第１のトリップタイムを決定することとをさらに含む。

いくつかの例において、動作は、サンプリングされた複数のパケットのうちの第３のパケットに記録された第２のシーケンス番号を特定することを含み、第３のパケットは、ミドルボックスとソースエンドポイントとの間で転送される。また、動作は、第３のパケットに記録された第２のシーケンス番号がソースエンドポイントとミドルボックスとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれかと一致するか否かを判定することを含む。この例において、第２のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットのうちの第４のパケットに記録された受領確認番号と一致する場合、動作は、第３のパケットに対して生成されたタイムスタンプと第４のパケットのタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスとソースエンドポイントとの間の第２のトリップタイムを決定することを含む。この例において、第２のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号のいずれにも一致しない場合、動作は、サンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号を補間することによって、ＴＣＰ接続から第２のサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定し、第２のサンプリングされていないパケットは、第２のシーケンス番号と一致する受領確認番号に関連付けられ、第３のパケットに対して生成された第３のタイムスタンプと第２のサンプリングされていないパケットに対して推定されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、ミドルボックスとソースエンドポイントとの間の第２のトリップタイムを決定することを含む。ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することは、ミドルボックスと宛先エンドポイントとの間の第１のトリップタイムおよびミドルボックスとソースエンドポイントとの間の第２のトリップタイムを合計することによって、ミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のラウンドトリップタイムを計算することを含んでもよい。

他の構成において、動作は、サンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号を補間することによって、記録されていない受領確認番号の時間を推定することを含む。動作は、サンプリングされた複数のパケットに記録されたシーケンス番号を補間することによって、記録されていないシーケンス番号の時間を推定することを含んでもよい。

いくつかの実装形態において、ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することは、ミドルボックスを介して宛先エンドポイントからソースエンドポイントに転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号に基づいて、所定の期間にわたる受領確認番号の勾配を決定することと、受領確認番号の勾配に基づいて、スループットを生成することとを含み、スループットは、ミドルボックスを介してソースエンドポイントから宛先エンドポイントにパケットを転送する速度に対応する。他の実装形態において、ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することは、ミドルボックスを介してソースエンドポイントから宛先エンドポイントに転送されたサンプリングされた複数のパケットに記録された受領確認番号に基づいて、受領確認番号の経時的な勾配を決定することと、受領確認番号の勾配に基づいて、スループットを生成することとを含み、スループットは、ミドルボックスを介して宛先エンドポイントからソースエンドポイントにパケットを転送する速度に対応する。

いくつかの例において、動作は、特定の時点において、ＴＣＰ接続を介してソースエンドポイントから通信された第１のパケットを受信することを含み、第１のパケットは、第１のシーケンス番号および第１の受領確認番号を含み、ＴＣＰ接続を介して宛先エンドポイントから通信された第２のパケットを受信ことを含み、第２のパケットは、第２のシーケンス番号および第２の受領確認番号を含みを含む。また、動作は、第１のパケットに関
連付けられた第１のシーケンス番号と第２のパケットに関連付けられた第２の受領確認番号との間の差を決定することによって、ソースエンドポイントのウィンドウサイズを推定することを含む。これらの例において、動作は、第２のパケットに関連付けられた第２のシーケンス番号と第１のパケットに関連付けられた第１の受領確認番号との間の差を決定することによって、宛先エンドポイントのウィンドウサイズを推定することをさらに含んでもよい。

いくつかの実装形態において、複数のパケットを間引いてサンプリングすることは、ソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のＴＣＰ接続から、全てのパケットよりも少ないパケットをサンプリングすることを含む。追加的にまたは代替的に、複数のパケットを間引いてサンプリングすることは、ステートレス且つ系統的な方法で、ＴＣＰ接続からパケットを均一にサンプリングすることを含んでもよい。ソースエンドポイントは、リモート分散ネットワークと通信するユーザ機器（ＵＥ）であってもよく、宛先エンドポイントは、リモート分散ネットワークと通信するサーバに対応する。

本開示の別の態様は、トランスポート制御プロトコルのトリップタイムを推定するための方法を提供する。方法は、ミドルボックスのデータ処理ハードウェアが、所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するエンドポイント間のトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続から、複数のパケットを間引いてサンプリングすることを含む。サンプリングされた複数のパケットの各パケットに対して、方法は、データ処理ハードウェアが、当該パケットをサンプリングするときのタイムスタンプを生成することを含む。方法は、データ処理ハードウェアが、ミドルボックスと対応するエンドポイントとの間で転送されたサンプリングされた複数のパケットのうちの第１のサンプリングされたパケットの第１のシーケンス番号がサンプリングされた複数のパケットの受領確認番号のいずれにも合致しないと判定することを含む。また、方法は、データ処理ハードウェアが、サンプリングされた複数のパケットの複数の受領確認番号を補間することによって、第１のシーケンス番号と一致する受領確認番号の時間を推定することを含む。さらに、方法は、データ処理ハードウェアが、第１のパケットに関連付けられた第１のタイムスタンプと推定された時間との間の差に基づいて、ミドルボックスと対応するエンドポイントとの間のトリップタイムを決定することを含む。

この態様は、以下の選択的な特徴のうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの例において、複数のパケットを間引いてサンプリングすることは、ミドルボックスを介して通信するエンドポイント間のＴＣＰ接続から、全てのパケットよりも少ないパケットをサンプリングすることを含む。必要に応じて、ステートレス且つ系統的な方法で、ＴＣＰ接続からパケットを均一にサンプリングすることを含むことができる。エンドポイントは、リモート分散ネットワークと通信するユーザ機器（ＵＥ）をソースエンドポイントとして含んでもよく、リモート分散ネットワークと通信するサーバを宛先エンドポイントとしてを含んでもよい。

本開示の１つ以上の実装形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

トランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続を実装する例示的な通信ネットワークを示す概略図である。トランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続を実装する例示的な通信ネットワークを示す概略図である。トランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続を実装する例示的な通信ネットワークを示す概略図である。通信ネットワークのエンドポイント間の例示的なＴＣＰ接続を示す概略図である。通信ネットワークのミドルボックスの例示的な性能評価装置を示す概略図である。通信ネットワークのミドルボックスの例示的な性能評価装置を示す概略図である。通信ネットワークのミドルボックスの例示的な性能評価装置を示す概略図である。通信ネットワークのミドルボックスの例示的な性能評価装置を示す概略図である。通信ネットワークのミドルボックスの例示的な性能評価装置を示す概略図である。ＴＣＰ性能を推定する方法の動作の例示的な構成を示すフローチャートである。ＴＣＰ性能を推定する方法の動作の例示的な構成を示フローチャートである。仮想ネットワーク機能を移行するシステムおよび方法を実装するために使用される例示的なコンピューティング装置を示す概略図である。

詳細な説明
様々な図面において、同様の参照符号は、同様の要素を示す。

トランスポート制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）スイートは、主にネットワーク通信に使用される。ＴＣＰ／ＩＰプロトコルスイートは、当初はエンドツーエンド通信に基づいて設計されたものである。例えば、ユーザなどのソースエンドポイントは、サーバなどの宛先エンドポイントと通信する。このエンドツーエンド設計は、一般的に、２つの別個のネットワーク間で通信するように構成されたゲートウェイノード（すなわち、ルータ）が、データパケットのＴＣＰ／ＩＰパケットストリームを（例えば、直接にまたは中継宛先間のホップを介して）宛先エンドポイントに転送すると仮定する。この仮定に基づいて、ルータは、パケットの送信中に、（例えば、ヘッダまたはペイロードを修正することによって）パケットを修正する必要がない。しかしながら、現在では、ネットワーク通信の発達につれて、ネットワーク内で接続されているノードおよび／またはネットワーク間で接続されているノードは、より複雑になっている。換言すれば、ネットワークは、パケットをルーティングする機能以外のネットワーク機能（すなわち、ネットワークサービス）を実行するように、ハードウェアおよび／またはソフトウェアをノードとしてネットワーク環境に配置する。例えば、これらのネットワーク機能は、ネットワーク保護用ファイアウォール、ネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）、負荷分散、および仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）トンネリングなどを含む。これらのネットワーク機能を実行するために、ネットワーク管理者および／またはネットワークプロバイダは、ミドルボックスを実装している。

残念ながら、ミドルボックスは、ＴＣＰを用いて（すなわち、ＴＣＰ接続を介して）パケットを伝送する汎用エンドツーエンド設計を妨害する可能性がある。例えば、一部のミドルボックスは、ネットワーク機能を実行するためにパケットを検査および／または修正するように構成されている。また、ミドルボックスは、しばしば、ミドルボックスを介して多重化された多くのＴＣＰ接続からパケットを受信し、典型的にはインターネットプロトコル（ＩＰ）層上で動作する。ミドルボックスは、ＩＰ層上で動作するため、フローの開始マーカまたは終了マーカもしくは確認などのＴＣＰフローマーカを使用しない。換言
すれば、ミドルボックスの動作は、ＴＣＰフロー（例えば、エンドツーエンドＴＣＰ接続）と同じまたは同様のパケットフロー性能を示すインジケータを提供することができない。パケットフロー性能を示すインジケータがない場合、ネットワーク管理者またはネットワークサービスプロバイダは、ネットワーク通信を評価および／または改善することが困難である。

ＴＣＰ接続の接続特性（ラウンドトリップタイム、スループット、ウィンドウサイズなど）を決定することは、ネットワーク環境における通信を構成、改善、および／または最適化することを支援することに重要且つ有用である。換言すれば、ＴＣＰ接続の性能は、エンティティがどのように効果的に相互通信しているかおよびＴＣＰ接続を介して特定のサービスを実際に提供している（例えば、目標品質レベルでオーディオ／ビデオをストリーミングしている）か否かに影響を与えることができる。いくつかのシナリオにおいて、接続特性は、ＴＣＰ接続の一方または両方のエンド（すなわち、一方または両方のフローエンドポイント、例えば、ソースエンドポイントおよび宛先エンドポイント）において決定または推定される。しかしながら、これは、しばしば、カスタムメイドの機能を必要とする。エンドポイントが最小限の処理機能を有する場合、このようなフローエンドポイントにカスタムメイド機能を与えることはできない可能性がある。例えば、一部のＩＯＴ（Internet of Things）装置（例えば、家庭用電化製品など）は、低電力または低処理能力を有する。いくつかの例において、接続（例えば、ミドルボックスを介して通信する２つのエンドポイント間の接続）の性能を決定および／または推定することは、接続自体にさらなる負担をかける。換言すれば、システムが接続に悪影響を及ぼすことなく接続特性を決定することが重要である。そうでなければ、決定／推定された接続特性は、達成されるべき実際の接続特性を示さなくなるまたは精確に測定できなくなる（それによって、システム構成を正確に示すことができなくなる）と共に、システムが接続特性を決定するときに接続に負担をかけるため、スループットを低減させ、および／または通信に関与する全ての当事者に不利益を引き起こす可能性がある。

これらの問題に対処するために、本開示の実装形態は、接続自体および接続に関与するエンティティに与える影響を最小限に抑えるように、ＴＣＰ接続に関連付けられたミドルボックスにおいて、ＴＣＰ接続特性またはＴＣＰ接続特性の推定値を生成するシステムを提供する。また、ミドルボックスが推定値を生成するためにＴＣＰパケット／セグメント（例えば、ＴＣＰ接続を介して通信されるＴＣＰパケット／セグメントの小部分）のみをサンプリングするため、ミドルボックスに与える処理オーバーヘッドが比較的小さく、ＴＣＰ接続の性能に与える影響が最小限（または目立たない）である。したがって、ミドルボックスによって管理される他のネットワーク接続の性能は、影響されない。

図１Ａおよび１Ｂを参照して、いくつかの実装形態において、ネットワーキング環境１００は、緩く結合されたコンピューティングリソース１１０、１１０ａ～ｎを含む分散システム（例えば、クラウド環境などのリモートネットワーク）である。コンピューティングリソース１１０は、サーバ１１０と呼ばれてもよい。これらのコンピューティングリソース１１０は、１つ以上のクライアント１２０、１２０ａ～ｎがアクセス可能なデータ処理ハードウェア１１２（例えば、図１Ｂおよび１Ｃに示された１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ））および／またはメモリハードウェア１１４（例えば、図１Ｂおよび１Ｃに示されたフラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、相変化メモリ（ＰＣＭ）、および／またディスク）を含むことができる。例えば、コンピューティングリソース１１０は、複数のサーバとして示されている。クライアント１２０は、ネットワーク１３０を介して、物理ネットワーク層１０２上にホストされたコンピューティングリソース１１０と通信することができる。例えば、クライアント１２０およびサーバ１１０は、物理ネットワークのエンドポイントを形成する一群のマシン（例えば、ホスト）を表す。

ネットワーク１３０は、プライベートネットワークおよび企業ネットワークからパブリックネットワークに及ぶ多くの異なる種類のネットワークを含む。いくつかのより具体的な例として、ネットワークは、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ストレージ／システムエリアネットワーク（ＳＡＮ）、パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）、企業プライベートネットワーク（ＥＰＮ）、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）、パケットコアネットワークなどを含む。いくつかの構成において、クライアント１２０およびエンドホスト（すなわち、コンピューティングリソース１１０のホスト）は、（ネットワークインターフェイスカード、ネットワークアダプタ、またはＬＡＮアダプタとしても知られている）ネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）などのハードウェアを介して、または光ネットワークの場合に同期トランスポートモジュール（ＳＴＭ）を介して、ネットワーク１３０にアクセス（すなわち、接続）することができる。例えば、図１Ａは、少なくとも１つのＮＩＣ１２２、１２２ａ～ｎを含む各クライアント１２０と、少なくとも１つのＮＩＣ１１６、１１６ａ～ｎを含む各サーバ１１０とを示す。

図１Ａを参照して、いくつかの例において、ネットワーク１３０は、物理ネットワーク層１０２と、仮想ネットワーク層１０４とを含む。仮想ネットワーク層１０４は、物理ネットワーク層１０２上にオーバーレイされ、それ自体のインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス空間を有する仮想ネットワーク（オーバーレイネットワークとしても知られる）を形成することができる。仮想ネットワーク層１０４によって、（例えば、ネットワーク管理者が）ハードウェア設備（例えば、専有ハードウェア設備）からネットワーク機能を分離するように、ネットワーク１３０を管理、設計および／または配置することができる。換言すれば、仮想ネットワーク層１０４は、仮想ネットワーク機能（ネットワーク機能仮想化とも呼ばれる）を可能にする。これによって、ソフトウェアでネットワークサービスを提供することができ、専用ハードウェアを含む従来のネットワークよりも多くの適応性および拡張性を可能にする。例えば、仮想ネットワークのソフトウェア定義ネットワーキング（ＳＤＮ）は、ネットワークハードウェアから制御プレーンを除去して、ソフトウェアで制御プレーンを実装する。いくつかの実装形態において、ネットワーク１３０の仮想ネットワーク層１０４は、ソフトウェアを用いて一部のネットワーク機能を仮想的に実行すると共に、専用ハードウェアを用いて他のネットワーク機能を実行するというハイブリッド仮想化手法でネットワーク機能を実行する。仮想および／またはハイブリッド手法は、ネットワーク空間、電力、サイズ、拡張性、配置時間、および／または修理および保守に関する柔軟性および／または最適化を、ネットワークプロバイダまたはネットワーク管理者に与えることができる。例えば、仮想ネットワーク層１０４は、ネットワークサービスを中断することなく、物理ネットワーク層１０２に対する基本的な変更を可能にするように動的に構成される。

仮想ネットワーク層１０４は、様々なネットワーク機能を実行するように構成されてもよく、および／または物理ネットワークの従来のネットワーク機能をミラーリングするように構成されてもよい。いくつかの例として、ネットワーク機能は、ルーティング、ネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）、負荷分散（ＬＢ）、セキュリティ（例えば、ファイアウォールおよび侵入検出／防止システム）、プロトコル変換、ワイドエリアネットワーク最適化、プロキシ、およびキャッシングなどを含む。換言すれば、仮想ネットワーク機能は、ネットワーク１３０内の任意のデータプレーン処理または制御プレーン機能に適用可能である。また、図１Ａは、物理ネットワーク層１０２および仮想ネットワーク層１０４を点線で示している。これは、これらの層１０２、１０４の一部かまたは全ての機能が物理的および／または仮想的であり得ることを意味する。例えば、図示された仮想ネットワーク層１０４内の構成要素、例えば、クライアント仮想マシン１４０、ミドルボックス１６０、および／またはバックエンド仮想マシン１５０は、仮想ネットワーク層１０４上で
動作するのではなく、専用の物理ハードウェア（すなわち、物理層）として実装されてもよい。ネットワーク１３０および／またはネットワーク１３０によって提供されたサービスに応じて、異なる種類の物理層および仮想層構成は、様々な利点を有する。

引き続き図１Ａおよび１Ｂを参照して、ネットワーク環境１００は、様々なエンドポイントを含む。これらのエンドポイントは、（例えば、物理ネットワーク層１０２上に配置された）物理エンドポイントであってもよく、または（例えば、仮想ネットワーク層１０４上に配置された）仮想エンドポイントであってもよい。例えば、図１Ａ～１Ｃに示されたように、クライアント１１０および／またはサーバ１２０は、ネットワークアドレスを介して相互に通信する物理エンドポイントであってもよい。換言すれば、クライアント１１０は、ソースエンドポイントであってもよく、サーバ１２０は、宛先エンドポイントであってもよい（またはその逆）。パケットの形にしたデータ１７０（データパケット１７０またはパケット１７０とも呼ばれる）は、割り当てられたネットワークアドレスに基づいて、エンドポイント間で通信されてもよい。

いくつかの例において、ネットワーク環境１００は、仮想ネットワークエンドポイントを含む。図１Ａは、仮想ネットワークエンドポイントを、クライアント仮想マシン（クライアントＶＭ）１４０、１４０ａ～ｎおよびバックエンド仮想マシン（バックエンドＶＭ）１５０、１５０ａ～ｎなどの仮想マシン（ＶＭ）として示す。一般的に、仮想マシン（ＶＭ）は、対応するホストコンピュータシステムの基礎オペレーティングシステムを妨害せず、ホストコンピュータシステムの機能をユーザに与えることを可能にする１つ以上のホストコンピュータシステムのエミュレーションまたはイメージを指す。ＶＭは、１つ以上のホスト環境において専用タスクを実行するために作成されてもよい。いくつかの例において、仮想ネットワーク層１０４によって、ホストコンピュータシステムにおいて複数のＶＭを同時に作成することができる。複数のＶＭが同時に動作することを可能にするために、多くの場合、ＶＭは、サンドボックスの形で、ホストコンピュータシステムの重要なオペレーティングシステムリソースから分離される。ＶＭは、バックエンドＶＭ１５０を介して物理ネットワーク層１０２の１つ以上のコンピューティングリソース１１０にマッピング（例えば、アクセス）するように設計できるため、仮想ネットワーク層１０４にとって有利である。例えば、１つ以上のクライアントＶＭ１４０を１つ以上のバックエンドＶＭ１５０にマッピングすることができる。各バックエンドＶＭ１５０は、物理ネットワーク層１０２（例えば、分散システム）のコンピューティングリソース１１０に関連付けられたＶＭである。特定のコンピューティングリソース１１０にマッピングすることによって、クライアントＶＭ１４０は、バックエンドＶＭ１５０と共に、特定のネットワークサービス（例えば、ネットワークアプリケーション）のために設計されてもよい。いくつかの構成において、バックエンドＶＭ１５０は、ホストベースのＶＭとして動作し、そのデータは、物理ネットワーク層１０２のサーバに格納され、様々なリモートクライアント１２０によって利用されてもよく、または様々なリモートクライアント１２０に割り当てられてもよい。例えば、ＶＭを含む仮想ネットワーク層１０４は、中央管理ネットワーク構造を可能にする。一般的にＶＭに関してネットワーク仮想化を説明したが、（例えば、仮想ネットワーク層１０４を用いた）ネットワーク仮想化は、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）、ベアメタルサーバ、プロキシなどを含む他の種類のネットワークエンドポイントを接続するように一般化されてもよい。例えば、ネットワーキング環境１００は、ＶＰＮゲートウェイを、顧客の施設からの要求を転送するクライアントとしてサポートする。したがって、いくつかの例において、ＶＭは、より一般的には、他の種類のネットワーク接続に対応するためのネットワークエンドポイントである。

いくつかの実装形態において、ネットワーク機能を実行するために、ネットワーク環境１００は、少なくとも１つのミドルボックス１６０を含む。図１Ａに示されたように、ミドルボックス１６０は、データ処理ハードウェア５０２と、動作を実行する（例えば、図
３および４の方法３００、４００を実行する）ためにデータ処理ハードウェア５０２上で実行可能な命令を記憶するためのメモリハードウェア５０４とを含んでもよい。ミドルボックス１６０は、（例えば、図１Ａに示された）ネットワーク機能を実行するように構成された物理ハードウェア（例えば、物理ネットワーク層１０２上の専用機器）またはソフトウェアであってもよい。一般的に、ミドルボックス１６０は、ソースエンドポイント／ホスト（例えば、クライアントＶＭ１４０を介したクライアント）と宛先エンドポイント／ホスト（例えば、バックエンドＶＭ１５０を介した物理ネットワーク層１０２のサーバ）との間のデータグラム経路上のインターネットプロトコル（ＩＰ）ルータの通常機能または標準機能以外の機能を実行するための中間装置を指す。換言すれば、ミドルボックス１６０は、通常、パケットルーティング（例えば、ネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）、ネットワークアドレスポート変換（ＮＡＰＴ）、負荷分散（ＬＢ）、ファイアウォール、侵入検出／防止システム、プロトコル変換、およびプロキシ）以外のネットワーク機能を担当する。ミドルボックス１６０は、典型的にはルーティング以外のネットワーク機能を担当するが、ルーティングを処理する装置の一部であってもよい。これによって、ネットワーキング環境１００は、ルーティング機能およびミドルボックス機能の両方をサポートする単一の装置を含む。

ネットワーキング環境１００において、ミドルボックス１６０は、ネットワーク機能を実行するために１つ以上のクライアント１２０からネットワークフローを受信する。ミドルボックス１６０とのネットワーク接続は、クライアント１２０からの接続要求に基づいて確立されてもよい。換言すれば、クライアント１２０とバックエンド（すなわち、サーバ１１０）とは、接続を協議することができる。その結果、ミドルボックス１６０は、中間に配置され、接続に属するパケットを処理し、必要に応じてパケットを修正する。ミドルボックス１６０との接続が確立される（すなわち、クライアントＶＭ１４０とバックエンドＶＭ１５０との間に仮想接続が形成される）と、ミドルボックス１６０は、構成されたミドルボックス１６０のネットワーク機能に基づいて、ネットワークトラフィック（例えば、データパケット１７０）を受信する。

いくつかの例において、ミドルボックス１６０は、クライアント１２０とバックエンド（例えば、バックエンドＶＭ）との間のパケットに対してＮＡＴまたはＮＡＰＴを実行する。ＮＡＰＴの場合、ミドルボックス１６０は、各接続および各接続に割り当てられたポートマッピングを追跡する。他の例において、ミドルボックス１６０は、クライアント１２０とバックエンドとの間でパケットを転送すると共に、接続に属する将来のパケットを同じバックエンドに送信し続けることを保証するように接続を潜在的に追跡するレイヤ４ロードバランサミドルボックスである。代替的には、ミドルボックス１６０は、クライアント１２０がミドルボックス１６０と共に伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）を確立し、ミドルボックス１６０が（すなわち、クライアント１２０を代理する）バックエンドと共に別個の接続を確立するレイヤ７（すなわち、アプリケーションレイヤ）ロードバランサであってもよい。レイヤ７ロードバランサの場合、トランスポートプロトコル状態（例えば、ＴＣＰシーケンス番号およびウィンドウサイズ）は、ミドルボックス１６０から各々のエンドホストに転送される。

前述したように、いくつかの実装において、仮想ネットワーク層１０４などのオーバーレイネットワークは、ミドルボックス機能を実行する必要がない。例えば、物理イーサネット（登録商標）ネットワークなどのネットワークにおいて、エンドホスト上で実行されるソフトウェアは、宛先メディアアクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを、ミドルボックス１６０に対応するＭＡＣアドレスに設定することによって、接続をミドルボックス１６０に案内することができる。この場合、接続の負荷を分散するために、ホストは、ＭＡＣアドレスを宛先のアドレス（または宛先に到達するための適切なゲートウェイのアドレス）に設定する。換言すれば、ミドルボックス１６０は、ＶＭではなく、物理マシンと通信する
ことができる。例えば、負荷分散の場合、クライアント１２０およびサーバ１１０は、仮想ネットワーク層１０４上のＶＭである必要がなく、むしろ物理マシン間の接続である。

ミドルボックス１６０は、しばしばステートフルネットワーク機能を実行するという点で、ルータとは異なる。より具体的には、ステートフルネットワーク機能は、ネットワーク機能に関連するネットワーク接続の動作状態および／または特性を追跡するネットワーク機能を指す。例えば、ミドルボックス１６０は、接続を認識し、パケットコンテキストを検査し（例えば、ペイロードを定期的に検査し）、および／または新しい接続を既存の接続に関連付けるように、接続を追跡する。ステートフル機能を実行することによって、ミドルボックス１６０は、クライアント１２０またはＶＭの以前のセッションに関連付けられた接続イベントまたは接続データを特定および／または呼び出すためのより高いデータ粒度を含む。これらのステートフル機能は、ネットワークサービスの安定化を支援することができるセキュリティおよび性能を層１０２および層１０４に与えることができる。

図１Ｂを参照して、いくつかの実装形態において、ネットワーク環境１００は、互いに通信する２種類以上のネットワーク１３０、１３０ａ～ｃを含む。図１Ｂにおいて、クライアント１２０は、ＲＡＮ１３０、１３０ａに関連付けられたユーザ機器（ＵＥ）として示されている。ＲＡＮ１３０ａは、基地局（例えば、進化型ノードＢ（ｅＮＢ））と通信する３つのＵＥ１２０ａ～ｃを含む。この例において、ｅＮＢは、インターフェイスを介して、ミドルボックス１６０を含む進化型パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク１３０、１３０ｂに接続する。同様に、ＥＰＣ１３０ｂは、リモートネットワーク１３０、１３０ｃ（例えば、分散システムまたはクラウド環境）などの外部ネットワークと通信することができる。リモートネットワーク１３０ｃは、ネットワーク１３０ａ～ｃを介してクライアント１２０ａ～ｃとの間でデータのパケット１７０を通信し、パケット１７０を記憶するように構成されたサーバ１１０ａ～ｎを含む。

図１Ｃは、２つのエンドポイント１９０間のネットワーク接続１８０を示す簡略化ネットワーク環境１００を示している。ネットワーク接続１８０は、ミドルボックス１６０を通過する。これによって、パケット１７０は、（例えば、パケット１７０、１７０_{ｓｘ１－６}として）ソースエンドポイント１９０_ｓからミドルボックス１６０に伝送され、（例えば、パケット１７０、１７０_{ｘｄ１－６}として）ミドルボックス１６０から宛先エンドポイント１９０_ｄに伝送される。また、ネットワーク接続１８０を介して、パケット１７０は、逆の方向で、（例えば、サーバ１１０として示された）宛先エンドポイント１９０_ｄから（例えば、クライアント１２０として示された）ソースエンドポイント１９０_ｓに伝送されてもよい。例えば、図１Ｃは、（例えば、パケット１７０、１７０_{ｄｘ１－６}として）宛先エンドポイント１９０_ｄからミドルボックス１６０に伝送され、（例えば、パケット１７０、１７０_{ｘｓ１－６}として）ミドルボックス１６０からソースエンドポイント１９０_ｓに伝送されるパケットを示している。図１Ｃにおいて、パケット１７０の下付き文字は、パケット１７０を伝送する方向を特定する。「Ｄ」は、宛先エンドポイント１９０_ｄを指す。「Ｘ」は、ミドルボックス１６０を指す。「Ｓ」は、ソースエンドポイント１９０_ｓを指す。すなわち、「ＤＸ」は、宛先エンドポイント１９０_ｄからミドルボックス１６０に伝送されるパケット１７０に対応し、「ＸＳ」は、ミドルボックス１６０からソースエンドポイント１９０_ｓに伝送されるパケット１７０に対応する。

ソースエンドポイント１９０_ｓと宛先エンドポイント１９０_ｄとの間でパケット１７０を伝送するために、接続１８０は、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）を使用する。例えば、接続１８０は、ＴＣＰ接続１８０と呼ばれる。ＴＣＰは、パケット交換通信ネットワーク１３０用のホストツーホストプロトコルである。一般的に、ＴＣＰは、ユーザまたはアプリケーションプロセスとインターネットプロトコル（ＩＰ）との間のインターフェイスを形成する。ＴＣＰは、一定数のバイトを（パケット１７０として知られる）セグメントに
パッケージングすることによって、連続的なバイトストリーム（すなわち、オクテット）をエンドポイント１９０（例えば、ソースと宛先）の間に伝送するように構成されている。ＴＣＰ接続１８０が存在する場合、ＴＣＰは、２つのバイトストリーム（またはパケットストリーム）を、各方向（例えば、（１）ソースエンドポイント１９０_ｓから宛先エンドポイント１９０_ｄへの方向、および（２）宛先エンドポイント１９０_ｄからソースエンドポイント１９０_ｓへの方向）に１つずつ送信するように構成されている。

また、ＴＣＰは、（例えば、図１Ｃに示されたように）特定のパケット１７０に対して特定の構造を含む。パケット１７０の構造は、データ（すなわち、パケット１７０のペイロード）の信頼性を保証すると共に、ＴＣＰ接続１８０に関する特性を通信することができる。損傷した、損失した、複製された、または順序がずれて送達されたデータの信頼性を保証するために、ＴＣＰは、送信された各バイトにシーケンス番号１７２を割り当て、（例えば、パケット１７０を送信する方向に依存してエンドポイント１９０の１つである）宛先ポートからの肯定的確認（ＡＣＫ）を要求する。いくつかの例において、ＡＣＫは、パケット１７０自体であるが、他の例において、ＡＣＫは、受領確認番号１７４である。さらに他の例において、（例えば、宛先ポートによって指定された）確認エンドポイントがデータを（例えば、ソースポートによって指定された）ソースエンドポイント１９０_ｓに送信する場合、ＡＣＫは、ＡＣＫパケット１７０自体および受領確認番号１７４の両方を含む。ＡＣＫがタイムアウト間隔内に受信されていない場合、ＴＣＰは、データ（例えば、パケット１７０）を再送信する。（例えば、パケット１７０を送信する方向に依存してエンドポイント１９０の１つである）宛先は、必要に応じて、シーケンス番号１７２を用いて、パケット１７０を並べ替えるかまたは重複を排除することができる。ＴＣＰによって、宛先は、信頼性に加えて、受信するフローの量を決定することができる。いくつかの例において、受信者が最後に受信したいパケット１７０を正常に受信した後、宛先は、許容可能なシーケンス番号１７２の範囲を示すように、ＡＣＫを含むウィンドウ１７８を通信する。ウィンドウ１７８は、任意の時点で宛先に転送されるデータ（すなわち、バイト）の許容可能な帯域幅を指す。

ソースエンドポイント１９０_ｓと宛先エンドポイント１９０_ｄとの間のＴＣＰ接続１８０を確立するために、エンドポイント１９０は、まず、３段階ハンドシェイクを行う。３段階ハンドシェイクの第１ステップにおいて、（例えば、クライアント１２０として示された）ソースエンドポイント１９０_ｓは、（例えば、サーバ１１０として示された）宛先エンドポイント１９０_ｄと接続１８０を確立する意向を示す。したがって、ソースエンドポイント１９０_ｓは、同期シーケンス番号（ＳＹＮ）を含むパケット１７０を送信することによって、ソースエンドポイント１９０_ｓが宛先エンドポイント１９０_ｄとの通信を開始したいことおよびソースエンドポイント１９０_ｓが開始したいシーケンス番号を宛先エンドポイント１９０_ｄに通知する。３段階ハンドシェイクの第２ステップにおいて、宛先エンドポイント１９０_ｄ（例えば、サーバ１１０）は、ＳＹＮおよびＡＣＫで応答する。宛先エンドポイント１９０_ｄは、ＡＣＫを用いてソースエンドポイント１９０_ｓから送信されたパケット１７０に確認し、ＳＹＮを用いてパケット送信を開始したいシーケンス番号１７２をソースエンドポイント１９０_ｄに通知する。第３ステップにおいて、ソースエンドポイント１９０_ｓは、宛先エンドポイント１９０_ｄの応答を確認する。これによって、ＴＣＰ接続１８０は、ソースエンドポイント１９０_ｓと宛先エンドポイント１９０_ｄとの間に確立される。

３段階ハンドシェイクがエンドポイント１９０間でＴＣＰ接続１８０を確立するが、エンドポイント１９０間の中間装置として機能するミドルボックス１６０は、接続されたエンドポイント１９０間のＴＣＰ性能を監視する従来の手段を妨害する。前述したように、一部のミドルボックス１６０は、ネットワーク機能を実行するためにパケット１７０を検査および／または修正する。パケット１７０が修正された場合、ＴＣＰ性能を監視するた
めの従来の技術は、標準パケット構造のフィールド／属性に依拠することができなくなる。追加的にまたは代替的に、ミドルボックス１６０は、しばしば、ミドルボックスを介して多重化された多くのＴＣＰ接続１８０からパケットを受信し、典型的にはインターネットプロトコル（ＩＰ）層上で動作する。ミドルボックスは、ＩＰ層上で動作するため、フローの開始マーカまたは終了マーカもしくは確認のＴＣＰフローマーカを使用しない。換言すれば、ミドルボックスの動作は、ＴＣＰフロー（例えば、エンドツーエンドＴＣＰ接続）と同じまたは同様のパケットフロー性能を示すインジケータを提供することができない。パケットフロー性能を示すインジケータがない場合、ネットワーク管理者またはネットワークサービスプロバイダは、ネットワーク通信を評価および／または改善することが困難である。

引き続き図１Ａ～１Ｃを参照して、ネットワーク環境１００は、ミドルボックス１６０に設けられたまたはそれに結合された性能評価装置２００をさらに含む。性能評価装置２００は、エンドポイント１９０間のＴＣＰ接続１８０の性能特性２０２（図１Ｃ）を推定するように構成されている。例えば、図１Ｃは、クライアント１２０とサーバ１１０との間のＴＣＰ接続１８０の１つ以上の性能特性２０２、２０２ａ～ｃを推定するための性能評価装置２００を示す。いくつかの例において、性能特性２０２は、トリップタイム２０２ａ（例えば、ラウンドトリップタイムＲＴＴ）、スループット２０２ｂ、および推定ウィンドウサイズ２０２ｃを含む。図１Ｃに示すように、性能評価装置２００は、ＴＣＰ接続１８０からパケット１７０をサンプリングすることによって、性能特性２０２を推定する。例えば、図１Ｃにおいて、性能評価装置２００は、ミドルボックス１６０からソースエンドポイント１９０_ｓへ移動する２つのパケット１７０_{ｘｓ２，６}と、ソースエンドポイント１９０_ｓからミドルボックス１６０へ移動する２つのパケット１７０_{ｓｘ３，４}と、宛先エンドポイント１９０_ｄからミドルボックス１６０へ移動する１つのパケット１７０_ｄｘ１と、ミドルボックス１６０から宛先エンドポイント１９０_ｄへ移動する１つのパケット１７０_ｘｄ４とを受信する。これは、性能評価装置２００がミドルボックス１６０に配置され、パケット１７０および／またはパケットアクティビティを監視するように構成されているため、性能評価装置２００がエンドポイント１９０間の双方向ＴＣＰ接続１８０の各セグメントを監視することができることを示す。

いくつかの実装形態において、ＴＣＰ接続１８０が確立されると、各エンドポイント１９０（例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓまたは宛先エンドポイント１９０_ｄ）は、データのバイトをパケット１７０として転送する。各エンドポイント１９０は、ＴＣＰ接続１８０を介してデータを転送できるため、送信されるパケット１７０のシーケンス番号１７２に対して、（例えば、図１Ｄの各エンドポイントの下に示された）各々のタイムラインを有する。換言すれば、ソースエンドポイント１９０_ｓは、初期シーケンス番号（ＩＳＮ）１７２から開始し、ソースエンドポイント１９０_ｓから宛先エンドポイント１９０_ｄに送信されるデータのバイトごとに初期シーケンス番号（ＩＳＮ）１７２を増分する。同様に、宛先エンドポイント１９０_ｄは、（例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓのＩＳＮ１７２とは異なる可能性が高い）初期シーケンス番号（ＩＳＮ）１７２から開始し、宛先エンドポイント１９０_ｄからソースエンドポイント１９０_ｓに送信されるデータのバイトごとに初期シーケンス番号１７２を増分する。各シーケンス番号１７２は、ソースエンドポイント１９０_ｓから転送されたバイトが宛先エンドポイント１９０_ｄから転送されたパケット１７０のシーケンス番号を増分しないように（またはその逆）、互いに独立して管理される。

図１Ｄを参照して、ソースエンドポイント１９０_ｓのＩＳＮ１７２は、（パケット１７０_ｓｄ１に示された）１０２４に等しいシーケンス番号１７２で開始し、宛先エンドポイント１９０_ｄのＩＳＮ１７２は、（パケット１７０_ｓｄ１に示された）４０００に等しいシーケンス番号１７２で開始する。ソースエンドポイント１９０_ｓは、３２バイトのデー
タを宛先エンドポイント１９０_ｄに送信する場合、自分のシーケンス番号１０２４を３２バイトで１０５６に増分する（例えば、図示のように、第１のパケット１７０_ｓｄ１から第２のパケット１７０_ｓｄ２になる）。一方、（たとえＴＣＰ接続１８０を介してソースエンドポイント１９０_ｓから３２バイトが送信されたとしても）宛先エンドポイント１９０_ｄは、自分のデータ（すなわち、バイト）を送信するまで、宛先エンドポイント１９０_ｄのシーケンス番号１７２を４０００に維持する。例えば、宛先エンドポイント１９０_ｄは、３２８バイトをソースエンドポイント１９０_ｓに送信することによって、自分のシーケンス番号１７２を４０００から４３２８に増分する（例えば、図示のように、第１のパケット１７０_ｄｓ１から第２のパケット１７０_ｄｓ２になる）。その間に、ソースエンドポイント１９０_ｓは、自分のシーケンス番号１７２を１０５６に維持する。増分されたシーケンス番号１７２は、エンドポイント１９０によって送信される後続のパケット１７０のシーケンス番号１７２として見なされる。例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓによって送信された３２バイトのデータを含む第１のパケット１７０_ｓｄ１は、１０２４に等しいＩＳＮ１７２を有し、ソースエンドポイント１９０_ｓによって送信された第２のパケット１７０_ｓｄ２は、ソースエンドポイント１９０_ｓによって以前に送信された第１のパケット１７０_ｓｄ１内の３２バイトのデータによって、１０５６に増分されたシーケンス番号１７２を有する。宛先エンドポイント１９０_ｄは、同様に、各パケット１７０のシーケンス番号１７２を増分する（例えば、第１のパケット１７０_ｄｓ１および第２のパケット１７０_ｄｓ２を参照）。パケット１７０のペイロード１７６は、一般的に、パケット１７０に含まれるバイトを指す。例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓによって送信された第１のパケット１７０_ｓｄ１は、３２バイトのペイロード１７６を含み、宛先エンドポイント１９０_ｄによって送信された第１のパケット１７０_ｄｓ１は、３２８バイトのペイロード１８６を含む。いくつかの例において、ＴＣＰパケット１７０は、ＴＣＰに対してパッケージできる最大のバイト数を有する。他の例において、エンドポイント１９０間の接続自体は、接続１８０による制限／制約により、ペイロード１７６の最大のバイト数を更に制限する。

図１Ｃおよび１Ｄのパケット構造によって示されたように、パケット１７０は、シーケンス番号１７２に加えて、確認（ＡＣＫ）番号１７４を含んでもよい。パケット１７０内のＡＣＫ番号１７４は、パケット１７０の送信者がＡＣＫ番号１７４の前に（例えば、反対側のエンドポイント１９０から）シーケンス番号１７２を受信しており、次のシーケンス番号１７２を受信しようとすることを示す。例えば、エンドポイント１９０間にはいくらかの遅延（例えば、他の中間ホップまたはＴＣＰ接続１８０内の遅延）があり得るが、宛先エンドポイント１９０_ｄがソースエンドポイント１９０_ｓから３２バイトの第１のパケット１７０_ｓｄ１を受信した場合、宛先エンドポイント１９０_ｄからソースエンドポイント１９０_ｓに送信される次のパケット１７０_ｄｓ１は、宛先エンドポイント１９０_ｄがソースエンドポイント１９０_ｓから受信したい次の予想されるバイトを示すように、ソースエンドポイント１９０_ｓからの第１のパケット１７０_ｓｄ１のシーケンス番号１７２（すなわち、１０２４のシーケンス番号１７２）のＡＣＫ番号１７４を１バイトだけ増分して含むことによって、３２バイトの受信を確認する。換言すれば、宛先エンドポイント１９０_ｄが１０２４に等しいシーケンス番号１７２を含む第１のパケット１７０_ｓｄ１から３２バイトを受信するときに、宛先エンドポイント１９０_ｄから通信されるすぐ次のパケット１７０_ｄｓ１のＡＣＫ番号１７４は、１０２５に等しくなる（このことは、宛先エンドポイント１９０_ｄが、シーケンス番号１０２４を受信しており、次の１０２５を受信したいことを意味する）。

図２Ａ～２Ｄを参照して、性能評価装置２００は、サンプリング装置２１０と、推定装置２２０とを含む。サンプリング装置２１０は、エンドポイント１９０（例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓおよび宛先エンドポイント１９０_ｄ）の間のＴＣＰ接続１８０から、複数のパケット１７０をサンプリングするように構成されている。例えば、図１Ｃは
、サンプリング装置２１０によってサンプリングされ、性能評価装置２００に提供されるパケット１７０を点線ボックスで示す。性能評価装置２００は、ＴＣＰ接続１８０のパケットストリームからパケットをサンプリングすることによって、ミドルボックス１６０またはＴＣＰ接続１８０に与える負担（例えば、プロセッサおよび／またはリソースコスト）を低減することができる。例えば、性能評価装置２００は、特定のＴＣＰ接続１８０のミドルボックス１６０を通過する各パケット１７０、全てのパケット１７０、または大部分のパケット１７０を評価することができる。この手法は、精確であるが、（例えば、ミドルボックス１６０における各フロー（すなわち、接続１８０）を測定するための完全なＴＣＰプロキシを構築することによって）、ミドルボックス１６０のリソースに大きな負担を与える。換言すれば、この手法は、ミドルボックス１６０における各フローのＴＣＰエンドポイントを再作成する。また、この手法は、ミドルボックス１６０のリソースに与える負担に加えて、プロキシのウィンドウサイズによって、クライアント１２０に追加の遅延を与えてしまう。追加の遅延は、特にＴＣＰ接続１８０がメディア伝送（例えば、リアルタイム通信時のオーディオ、ビデオ、またはその両方）を行う場合、ユーザ経験の減少をもたらす。このようなサンプリングは、クライアントおよび／またはホストの数が増加し、それに応じて、ミドルボックス１６０がミドルボックス１６０の動作をプログラムおよび／または管理するためにより多くのプログラミングリソースを要求するネットワークフローおよび接続を増加する、特にミドルボックス１６０がステートフルトラッキング（例えば、接続テーブル）を用いて実行する機能を増加するにつれて、ますます重要になってくる。例えば、ミドルボックス１６０を通過するパケットの数は、数百万に達す可能性がある。この場合、中間装置としてのミドルボックス１６０は、遅延、ボトルネック、および追加のホップをエンドポイント１９０間のネットワーク機能に加える可能性がある。

いくつかの例において、サンプリング装置２１０は、サンプリングした各パケット１７０に対して、ミドルボックス１６０から各パケット１７０をサンプリングするときのタイムスタンプ２１２を生成する。換言すれば、タイムスタンプ２１２は、パケット１７０がミドルボックス１６０に到達する時間ｔに対応する。いくつかの実装形態において、サンプリング装置２１０は、各パケット１７０のタイムスタンプ２１２と共に、各パケット１７０のシーケンス番号１７２および／または受領確認番号１７４を記録する。また、サンプリング装置２１０は、各パケット１７０の他のフィールドまたは属性（例えば、パケットヘッダ情報、ペイロードサイズ、フラグ、およびチェックサム）を記録および／または記憶するように構成されてもよい。サンプリングされたパケット１７０がサンプリング装置２１０によって記録された属性を含まない場合、サンプリング装置２１０は、パケット１７０にフラグを付けて、および／またはパケット１７０を引き続き処理する（例えば、他のパケット属性を記録することおよび／またはタイムスタンプ２１２を生成する）ことができる。例えば、パケット１７０は、受領確認番号１７４を含まない。サンプリング装置２１０は、サンプリングされたパケット１７０のシーケンス番号１７２、受領確認番号１７４、タイムスタンプ２１２、および任意の他のパケット属性を記録および／または記憶するように構成されてもよい。追加的または代替的に、サンプリング装置２１０は、対応するタイムスタンプ２１２で記録した各シーケンス番号１７２および／または各受領確認番号１７４のプロット２１４または傾向線を生成する。換言すれば、サンプリング装置２１０は、時間に対してこれらの番号１７２、１７４をプロットすることができる。プロット２１４または傾向線を生成することによって、サンプリング装置２１０は、性能評価装置２００による性能特性２０２の推定を能率的にすることができ、または様々なネットワークエンティティ（例えば、ネットワークユーザおよびネットワーク管理者）がＴＣＰ接続１８０の性能を経時的に見ることができる。図２Ａに示すように、サンプリング装置２１０は、記録された番号１７２、１７４を同じプロット２１４にプロットしてもよく、または別々のプロット（図示せず）にプロットしてもよい。図２Ａは、たとえ性能評価装置２００が１つ以上の性能特性２０２を推定するためにプロット２１４を生成することを
サンプリング装置２１０に要求しなくても、サンプリング装置２１０の生成機能および／または記録機能を示す、時間ｔに対する番号１７２、１７４のプロット２１４を有するサンプリング装置２１０を示す。

特に図２Ａを参照して、サンプリング装置２１０は、２つのパケット１７０_３および１７０_９を受信している（すなわち、サンプリングしている）。このとき、サンプリング装置２１０は、第１のサンプリングされたパケット１７０_３の第１のタイムスタンプ２１２_３と、第２のサンプリングされたパケット１７０_９の第２のタイムスタンプ２１２_９とを生成する。図２Ａにおいて、サンプリング装置２１０は、２つのパケット１７０_３および１７０_９に関連付けられた番号１７２、１７４を記録および／または記憶するための１つの可能な手段として、プロット２１４を生成する。例えば、シーケンス番号１７２および受領確認番号１７４は、個々の傾向線上の点として示される。いくつかの例において、傾向線は、既知のデータ点（例えば、記録された番号１７２、１７４およびタイムスタンプ２１２）の補間を表す。補間は、しばしば、データサンプリングにおいて使用され、サンプリングされたデータ点を表す関数（例えば、図２Ａの傾向線の勾配）を生成する。したがって、この関数を用いて、未知のデータ点（例えば、サンプリングされていないデータ点）の値を近似または推定することができる。いくつかの例において、サンプリングされたパケット１７０からの情報（例えば、パケット属性）の補間に基づいて、性能評価装置２００（例えば、推定装置２２０）は、性能特性２０２を推定する。一例として、性能評価装置２００は、シーケンス番号１７４の傾向線を使用して、２つのパケット１７０_３および１７０_９の間のパケット１７０_６が２つのパケット１７０_３および１７０_９のシーケンス番号１７２の間の中間点に関連付けられたタイムスタンプ２１２でサンプリングされる可能性が高いと推定する。

いくつかの実装形態において、サンプリング装置２１０は、ＴＣＰ接続１８０から、複数のパケット１７０を間引いて（sparsely）サンプリングする。全てのパケット１７０を評価するのではなく、間引いてサンプリングすることは、ミドルボックス１６０の最小リソースを消費することを保証する。一般的な意味で、ＴＣＰ接続１８０からパケット１７０を間引いてサンプリングすることは、ＴＣＰ接続１８０を介して通信されたパケットストリーム内の全てのパケット１７０よりも少ないパケットをサンプリングすることを意味する。いくつかの例において、間引いてサンプリングすることは、ＴＣＰ接続１８０を介して通信されたパケットストリーム内のパケット１７０の大部分をサンプリングしないことを意味する。いくつかの実装形態において、サンプリング装置２１０は、ＴＣＰ接続１８０のパケット１７０の１～１０パーセント（１％～１０％）をサンプリングすることによって、ＴＣＰ接続１８０のパケット１７０を間引いてサンプリングするように構成されている。他の実装形態において、サンプリング装置２１０は、ＴＣＰ接続１８０のパケット１７０の１パーセント（例えば、０．１％）未満をサンプリングすることによって、ＴＣＰ接続１８０のパケット１７０を間引いてサンプリングするように構成されている。サンプリングの疎さにかかわらず、サンプリングは、系統的なサンプリング頻度で行われてもよい。サンプリングは、ランダムにまたは均一に（例えば、いくつかの異なる間隔で系統的に）行うことができる。サンプリング装置２１０によるサンプリングは、ステートレスな方法で行われてもよい。例えば、サンプリング装置２１０は、サンプリング中にＴＣＰ接続１８０の動作状態および／または特性を考慮しない。

いくつかの構成において、推定装置２２０は、サンプリングされた複数のパケット１７０のうちの１つ以上のパケットに対応するタイムスタンプ２１２、シーケンス番号１７２、または受領確認番号１７４のうちの少なくとも２つに基づいて、所定の期間にわたってミドルボックス１６０を介して通信するソースエンドポイント１９０_ｓと宛先エンドポイント１９０_ｄとの間のＴＣＰ接続１８０の推定性能特性２０２を生成するように構成されている。推定装置２２０の機能は、推定装置２２０が推定しているＴＣＰ接続１８０の性
能特性２０２の種類に応じて変わってもよい。図２Ｂは、ＲＴＴ２０２ａ（またはトリップタイム２２２）に対応する性能特性２０２を決定する推定装置２２０を示す。図２Ｃは、スループット２０２ｂに対応する性能特性２０２を決定するための推定装置２２２０を示す。図２Ｄおよび２Ｅは、宛先エンドポイント１９０_ｄおよびソースエンドポイント１９０_ｓの各々の推定ウィンドウサイズ２０２ｃに対応する性能特性２０２を決定するための推定装置２２０を示す。

図２Ｂを参照して、いくつかの例において、推定装置２２０は、ラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）２０２ａを推定するために、エンドポイント１９０間のＴＣＰ接続１８０のセグメントを分析する。換言すれば、ＲＴＴ２０２ａは、（ｉ）ソースエンドポイント１９０_ｓとミドルボックス１６０との間のＴＣＰ接続セグメントの第１のトリップタイム２２２、２２２ａ（例えば、装置／クライアント側トリップタイム）、および（ｉｉ）宛先エンドポイント１９０_ｄとミドルボックス１６０との間のＴＣＰ接続セグメントの第２のトリップタイム２２２、２２２ｂ（例えば、サーバ／サービス側トリップタイム）を含む。ＲＴＴ２０２ａを精確に推定するために、推定装置２２０は、第１のトリップタイム２２２ａと第２のトリップタイム２２２ｂとの合計を計算することができる。精確ではないかもしれないが、推定装置２２０は、いずれかのＴＣＰ接続セグメントのトリップタイム２２２に基づいてＲＴＴ２０２ａを推定し、このトリップタイム２２２を２倍にすることによって、ミドルボックス１６０を介して通信するエンドポイント１９０間のＲＴＴ２０２ａの推定値を生成することができる。

いくつかの例において、トリップタイム２２２（例えば、第１のトリップタイム２２２ａまたは第２のトリップタイム２２２ｂ）に対して、推定装置２２０は、特定のＴＣＰ接続セグメント内のＴＣＰ接続１８０によって転送されたサンプリングされたパケット１７０からシーケンス番号１７２を特定する。例えば、図２Ｂは、下付き文字「ｓｘ／ｘｓ」で、ソースエンドポイント１９０_ｓとミドルボックス１６０との間のＴＣＰ接続セグメントからサンプリングした少なくとも１つのパケット１７０_{ｓｘ／ｘｓ}を示し、下付き文字「ｄｘ／ｘｄ」で、宛先エンドポイント１９０_ｄとミドルボックス１６０との間のＴＣＰ接続セグメントからサンプリングした少なくとも１つのパケット１７０_{ｄｘ／ｘｄ}を示す。サンプリング装置２１０から生成されたタイムスタンプ２１２_{ｓｘ／ｘｓ}、タイムスタンプ２１２_{ｄｘ／ｘｄ}および関連する番号１７２、１７４に基づいて、推定装置２２０は、（例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓとミドルボックス１６０との間の）ＴＣ接続セグメントからシーケンス番号１７２と一致する受領確認番号１７４を受信する時間を決定する。換言すれば、ＴＣＰ接続セグメントにシーケンス番号１７２を通信した時間（例えば、性能評価装置２００がシーケンス番号１７２を記録したときのタイムスタンプ２１２）と、同じＴＣＰ接続セグメントに当該シーケンス番号１７２を特定する受領確認番号１７４を確認した時間（例えば、性能評価装置がシーケンス番号１７２と一致する受領確認番号１７４を記録するときのタイムスタンプ２１２）との間の時間差は、当該ＴＣＰ接続セグメントのトリップタイム２２２に対応する。これは、全てのＴＣＰ接続セグメントに対して成立する。

推定装置２２０は、サンプリング装置２１０によって記録された２つ以上の既知のシーケンス番号１７２の補間に基づいて、サンプリング装置２１０によって記録された既知のシーケンス番号１７２または推定されたシーケンス番号１７２のいずれかを照合することができる。サンプリング装置２１０がエンドポイント１９０間のＴＣＰ接続１８０を介して通信された全てのパケット１７０をサンプリングしていないため、推定装置２２０は、シーケンス番号１７２と一致する記録された受領確認番号１７４を受信できない可能性がある。記録された受領確認番号１７４が、推定装置２２０によって特定され、トリップタイム２２２を決定する際に使用されるシーケンス番号１７２と一致しない場合、推定装置２２０は、サンプリング装置２１０によってサンプリングされたパケット１７０に記録さ
れた受領確認番号１７４の補間に基づいて、対応する受領確認番号１７４が特定されたシーケンス番号１７２と一致する時間を推定するように構成されている。例えば、図２Ｂは、傾向線上の黒点ではなく、傾向線上の白点を用いて、サンプリング装置２１０からの記録されたシーケンス番号１７２と一致する受領確認番号１７４が未知であることを示す。推定装置２２０は、トリップタイム２２２ａおよびトリップタイム２２２ｂの両方を決定するために、シーケンス番号１７２と一致する受領確認番号１７４の各々の時間を決定する。第１のトリップタイム２２２ａは、推定されたマッチング確認時間ｔ_３と、記録されたシーケンス番号１７２に対応するタイムスタンプ２１２、ｔ_１との間の差として示される。同様に、第２のトリップタイム２２２ａは、推定されたマッチング確認時間ｔ_４と、記録されたシーケンス番号１７２に対応するタイムスタンプ２１２、ｔ_２との間の差として示される。いくつかの構成において、推定装置２２０は、サンプリング装置２１０が（例えば、低頻度または疎なサンプリングによって）マッチング受領確認番号１７４を記録していないと仮定する。換言すれば、推定装置２２０は、シーケンス番号１７２と一致する記録された受領確認番号１７４を特定しようとするように構成されなくてもよい。

図２Ｃを参照して、推定装置２２０は、エンドポイント１９０間のＴＣＰ接続１８０のいずれかの方向（例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓから宛先エンドポイント１９０_ｄへの方向、または宛先エンドポイント１９０_ｄからソースエンドポイント１９０_ｓへの方向）のスループット２０２ｂを決定することができる。いずれの方向において、推定装置２２０は、記録された受領確認番号１７４に基づいて、所定の期間ｔにわたる受領確認番号１７４の勾配「ｍ」を決定する。受領確認番号１７４は、シーケンス番号１７２を用いて、パケット１７０から受信したデータシーケンスを確認するため、受領確認番号１７４の勾配ｍは、パケット１７０が受領確認番号１７４を通信するエンドポイント１９０に転送されているまたは転送された速度に対応する。換言すれば、宛先エンドポイント１９０_ｄが受領確認番号１７４を通信しているときに、勾配ｍは、ソースエンドポイント１９０_ｓがパケット１７０を宛先エンドポイント１９０_ｄに転送している速度に対応する。逆も同様である。すなわち、ソースエンドポイント１９０_ｓが受領確認番号１７４を通信しているときに、これらの受領確認番号１７４の勾配ｍは、宛先エンドポイント１９０_ｄがパケット１７０をソースエンドポイント１９０_ｓに転送している速度に対応する。

いくつかの例において、例えば図２Ｄに示すように、ＴＣＰ接続１８０の各エンドポイント１９０は、一度に１つのパケット１７０を送信し、応答（例えば、確認パケット１７０）を待つ代わりに、（ウィンドウと呼ばれる）１組のパケット１７０を他のエンドポイント１９０に送信する。各側は、各自のウィンドウを有する。各エンドポイント１９０は、パケット１７０またはパケット１７０のウィンドウを確認することによって、確認による遅延を最小限に抑えることができる。ウィンドウのサイズがＴＣＰ接続１８０に影響を与える可能性があるため、性能評価装置２００は、エンドポイント１９０間の通信を最適化するために、各エンドポイント１９０の推定ウィンドウサイズ２０２ｃを生成するように構成されている。いくつかの例において、推定装置２２０は、サンプリング装置２１０によってサンプリングされたパケット１７０を選択することによって、推定ウィンドウサイズ２０２ｃを生成する。推定装置２２０は、サンプリングされたパケット１７０に基づいて、同じタイムスタンプ２１２に記録されたシーケンス番号１７２と受領確認番号１７４（例えば、記録された受領確認番号１７４または推定された受領確認番号１７４）との間の差を決定する。例えば図２Ｄにおいて、（例えば、宛先エンドポイント１９０_ｄによって送信されたパケット１７０に関連付けられた）受領確認番号１７４が宛先エンドポイント１９０_ｄによって通信されたときに、推定装置２２０によって推定されたウィンドウサイズ２０２ｃは、宛先エンドポイント１９０_ｄの推定ウィンドウサイズ２０２ｃである。逆に、例えば図２Ｅにおいて、（例えば、ソースエンドポイント１９０_ｓによって送信されたパケット１７０に関連付けられた）受領確認番号１７４がソースエンドポイント１９０_ｓによって通信されたときに、推定装置２２０によって推定されたウィンドウサイズ
２０２ｃは、ソースエンドポイント１９０_ｓの推定ウィンドウサイズである。推定ウィンドウサイズ２０２ｃがどのエンドポイント１９０に対応するかにかかわらず、推定装置２２０は、記録されたシーケンス番号１７２と受領確認番号１７４との間に決定された差に基づいて、推定ウィンドウサイズ２０２ｃを生成する。換言すれば、推定装置２２０は、同じタイムスタンプ２１２における番号１７２、１７４の差によって、推定ウィンドウサイズ２０２ｃを決定する。例えば、図２Ｄは、同じ時間における番号１７２、１７４の周りのブロックを推定ウィンドウサイズ２０２ｃとして示す。いくつかの実装形態において、サンプリング装置２１０は、ＴＣＰパケットフローをサンプリングするたびに、各ＴＣＰフロー方向のパケット１７０（例えば、同じタイムスタンプ２１２における１対のパケット）をサンプリングするように構成されている。したがって、推定装置２２０は、推定ウィンドウサイズ２０２ｃをより効率的に生成する。他の実装形態において、サンプリング装置２１０は、いずれかのＴＣＰフロー方向において、１つのパケット１７０のみをサンプリングする。したがって、推定装置２２０は、サンプリングされたパケット１７０を補間することによって、推定ウィンドウサイズ２０２ｃを生成する。

図２Ｄおよび２Ｅは、サンプリング装置２１０および／または推定装置２２０が推定ウィンドウサイズ２０２ｃを決定するために生成することができる異なるプロット２１４を示す。図２Ｄにおいて、サンプリング装置２１０および／または推定装置２２０は、（例えば、図２Ｄの傾向線上の参照番号１７２_ｓとして示された）ソースエンドポイント１９０_ｓからのシーケンス番号１７２と共に、（例えば、図２Ｄの傾向線上の参照番号１７４_ｄとして示された）宛先エンドポイント１９０_ｄからの受領確認番号１７４を示すプロット２１４を生成する。図２Ｅにおいて、サンプリング装置２１０および／または推定装置２２０は、（例えば、図２Ｅの傾向線上の参照番号１７４ｓとして示された）ソースエンドポイント１９０_ｓからの受領確認番号１７４と共に、（例えば、図２Ｅの傾向線上の参照番号１７２ｄとして示された）宛先エンドポイント１９０_ｄからのシーケンス番号１７２を示すプロット２１４を生成する。いずれのプロット２１４において、推定ウィンドウサイズ２０２ｃは、同じ時間ｔにおけるシーケンス番号１７２の傾向線上の点と受領確認番号１７４の傾向線上の点との間の距離に等しい。

図３は、ＴＣＰ性能特性２０２を推定する方法３００の動作の例示的な構成を示すフローチャートである。動作３０２において、方法３００は、所定の期間ｔにわたってミドルボックス１６０を介して通信するソースエンドポイント１９０_ｓと宛先エンドポイント１９０_ｄとの間のＴＣＰ接続１８０から、複数のパケット１７０を間引いてサンプリングする。動作３０４において、方法４００は、サンプリングされた複数のパケット１７０の各パケット１７０に対して動作３０４ａおよび３０４ｂを実行する。動作３０４ａにおいて、サンプリングされた各パケット１７０に対して、方法３００は、各パケット１７０をサンプリングするときのタイムスタンプ２１２を生成する。動作３０４ｂにおいて、サンプリングされた各パケット１７０に対して、方法３００は、各パケット１７０のシーケンス番号１７２および受領確認番号１７４を記録する。各パケット１７０は、確認パケット１７４を有しなくてもよい。動作３０６において、方法３００は、サンプリングされた複数のパケット１７０のうちの１つ以上のパケットのタイムスタンプ２１２、シーケンス番号１７２、または受領確認番号１７４のうちの少なくとも２つに基づいて、所定の期間ｔにわたってミドルボックス１６０を介して通信するソースエンドポイント１９０_ｓと宛先エンドポイント１９０_ｄとの間のＴＣＰ接続１８０の推定性能特性２０２を生成する。

図４は、ＴＣＰ接続１８０のトリップタイムを推定する方法４００の動作の例示的な構成を示すフローチャートである。動作４０２において、方法４００は、ミドルボックス１６０において、所定の期間ｔにわたってミドルボックス１６０を介して通信するエンドポイント１９０間のＴＣＰ接続１８０から複数のパケット１７０を間引いてサンプリングする。動作４０４において、サンプリングされた複数のパケット１７０の各サンプリングさ
れたパケット１７０に対して、方法４００は、当該パケット１７０をサンプリングするときのタイムスタンプ２１２を生成する。動作４０６において、方法４００は、ミドルボックス１６０と対応するエンドポイント１９０との間で転送されるサンプリングされた複数のパケット１７０のうちの第１のサンプリングされたパケット１７０の第１のシーケンス番号１７２が、サンプリングされた複数のパケット１７０の受領確認番号１７４のいずれにも一致しないと判定する。動作４０８において、方法４００は、サンプリングされた複数のパケット１７０の複数の受領確認番号１７４の補間に基づいて、第１のシーケンス番号１７２と一致する受領確認番号１７４に対応する時間ｔを推定する。動作４１０において、方法４００は、第１のパケット１７０に関連する第１のタイムスタンプ２１２と推定された時間との間の差に基づいて、ミドルボックス１６０と対応するエンドポイント１９０との間のトリップタイムを決定する。

図５は、本明細書に記載のシステム（例えば、性能評価装置２００）および方法（例えば、方法３００および４００）を実装するために使用され得る例示的なコンピューティング装置５００を示す概略図である。コンピューティング装置５００は、ラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、サーバ、ブレードサーバ、メインフレームおよび他の適切なコンピュータなどの様々な形態のデジタルコンピュータを表すように意図されている。図示された要素、それらの接続および関係並びにそれらの機能は、例示的なものに過ぎず、本明細書に記載および／または請求される発明の実施を限定するものではない。

コンピューティング装置５００は、プロセッサ（例えば、データ処理ハードウェア）５１０と、メモリ（例えば、メモリハードウェア）５２０と、記憶装置５３０と、メモリ５２０および高速拡張ポート５５０に接続する高速インターフェイス／コントローラ５４０と、低速バス５５０および記憶装置５３０に接続する低速インターフェイス／コントローラ５６０とを含む。要素５１０、５２０、５３０、５４０、５５０および５６０は、様々なバスを介して相互に接続され、共通のマザーボード上に実装されてもよく、または適切な他の方法で実装されてもよい。プロセッサ５１０は、メモリ５２０または記憶装置５３０に記憶された命令を含むコンピューティング装置５００内に実行される命令を処理することによって、外部入力／出力装置のグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）に、例えば高速インターフェイス５４０に接続されたディスプレイ５８０にグラフィック情報を表示することができる。他の実施態様において、必要に応じて、複数のメモリおよび複数種類のメモリと共に、複数のプロセッサおよび／または複数のバスを使用することができる。また、各装置が（例えば、サーババンク、一群のブレードサーバ、またはマルチプロセッサシステムとして）必要な動作の一部を実行するように、複数のコンピューティング装置５００を接続することができる。

メモリ５２０は、情報をコンピューティング装置５００に非一時的に記憶する。メモリ５２０は、コンピュータ可読媒体、揮発性メモリユニット、または不揮発性メモリユニットであってもよい。非一時的メモリ５２０は、コンピューティング装置５００によって使用されるプログラム（例えば、一連の命令）またはデータ（例えば、プログラム状態情報）を一時的または永続的に記憶するための物理装置であってもよい。不揮発性メモリの例は、フラッシュメモリおよび読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）／プログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）／消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）／（通常ブートプログラムなどのファームウェアに使用される）電子的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を含むが、これらに限定されない。揮発性メモリの例は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、相変化メモリ（ＰＣＭ）、およびディスクまたはテープを含むが、これらに限定されない。

記憶装置５３０は、コンピューティング装置５００に大容量の記憶を提供することができる。いくつかの実装形態において、記憶装置５３０は、コンピュータ可読媒体である。様々な異なる実装形態において、記憶装置５３０は、フロッピー（登録商標）ディスク装置、ハードディスク装置、光学ディスク装置、テープディスク装置、フラッシュメモリまたは他の同様の固体メモリ装置、または記憶エリアネットワークまたは他の構成内の装置を含む一連の装置であってもよい。さらなる実装形態において、コンピュータプログラム製品は、情報担体に有形的に具体化されてもよい。また、コンピュータプログラム製品は、命令を含むことができる。これらの命令は、実行されると、上述したような１つ以上の方法を実行することができる。情報担体は、例えば、メモリ５２０、記憶装置５３０、またはプロセッサ５１０上のメモリなどのコンピュータ可読媒体または機械可読媒体である。

高速コントローラ５４０は、コンピューティング装置５００の帯域幅集約型動作を管理し、低速コントローラ５６０は、低速の帯域幅集約型動作を管理する。このような役務の割り当ては、例示にすぎない。いくつかの実装形態において、高速コントローラ５４０は、メモリ５２０、（例えば、グラフィックプロセッサまたはアクセラレータを介して）ディスプレイ５８０、および様々な拡張カード（図示せず）を挿入できる高速拡張ポート５５０に連結される。いくつかの実装形態において、低速コントローラ５６０は、記憶装置５３０および低速拡張ポート５９０に連結される。様々な通信ポート（例えば、ＵＳＢ、ブルートゥース（登録商標）、イーサネット（登録商標）、無線イーサネット（登録商標））を含み得る低速拡張ポートは、例えば、キーボード、ポインティング装置、スキャナなどの１つ以上の入出力装置に連結されてもよく、またはネットワークアダプタを介して、スイッチまたはルータなどのネットワーキング装置に連結されてもよい。

図示のように、コンピューティング装置５００は、いくつかの異なる形態で実装されてもよい。例えば、コンピューティング装置５００は、標準サーバ５００ａとしてまたは一群の標準サーバ５００ａに複数回に実装されてもよく、ラップトップコンピュータ５００ｂとしてまたはラックサーバシステム５００ｃの一部として実装されてもよい。

本明細書に記載のシステムおよび技術の様々な実装は、デジタル電子回路および／または光学回路、集積回路、特別に設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよび／またはそれらの組み合わせで実現することができる。これらの様々な実装は、プログラム可能なシステム上で実行可能および／または解釈可能な１つ以上のコンピュータプログラムによる実装を含むことができる。このプログラム可能なシステムは、記憶システムに連結され、記憶システムからデータおよび命令を受信し、データおよび命令を記憶システムに送信するように構成された少なくとも１つのプログラム可能な専用または汎用のプロセッサと、少なくとも１つの入力装置と、少なくとも１つの出力装置とを含む。

（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーションまたはコードとしても知られている）コンピュータプログラムは、プログラム可能なプロセッサ用の機械命令を含み、高度な手続き型プログラミング言語および／または高度なオブジェクト指向プログラミング言語で実装されてもよく、および／またはアセンブリ言語／機械言語で実装されてもよい。「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、本明細書に使用された場合、プログラム可能なプロセッサに機械命令および／またはデータを提供するために使用された機械可読信号としての機械命令を受け取る機械可読媒体を含む任意のコンピュータプログラム製品、非一時的なコンピュータ可読媒体、機械および／または装置（例えば、磁気ディスク、光学ディスク、メモリ、プログラム可能な論理装置（ＰＬＤ））を指す。「機械可読信号」という用語は、機械命令および／またはデータをプログラム可能なプロセッサに提供するために使用された任意の信号を指す。

本明細書に記載されたプロセスおよび論理フローは、入力データを処理し、出力を生成することによって機能を実行するように、１つ以上のコンピュータプログラムを実行す１つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行されてもよい。また、プロセスおよび論理フローは、専用論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行されてもよい。コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用マイクロプロセッサ、専用マイクロプロセッサ、および任意の種類のデジタルコンピュータの１つ以上のプロセッサを含む。一般的に、プロセッサは、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、またはその両方から命令およびデータを受信する。コンピュータの必須要素は、命令を実行するためのプロセッサと、命令およびデータを記憶するための１つ以上のメモリ装置とを含む。一般的に、コンピュータはまた、データを記憶するための１つ以上の大容量記憶装置、例えば磁気ディスク、光磁気ディスクまたは光ディスクを含むか、または１つ以上の大容量記憶装置からデータを受信する、または１つ以上の大容量記憶装置にデータを転送する、またはその両方を行うように１つ以上の大容量記憶装置に動作可能に結合される。しかしながら、コンピュータは、そのような装置を有する必要はない。コンピュータプログラム命令およびデータの記憶に適したコンピュータ可読媒体は、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリ装置などの半導体メモリ装置、例えば内部ハードディスクまたは取外し可能なディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤＲＯＭおよびＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含む全ての不揮発性メモリ、媒体、およびメモリ装置を含む。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補足されてもよく、または専用論理回路に組み込まれてもよい。

ユーザとの対話を提供するために、本開示の１つ以上の態様は、情報をユーザに表示するための表示装置、例えばＣＲＴ（陰極線管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタ、およびユーザがコンピュータに入力を提供することができるキーボードおよびポインティング装置、例えばマウスまたはトラックボールを含むコンピュータ上で実装されてもよい。他の種類の装置を使用して、ユーザとの相互作用を提供することもできる。ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、任意の感覚フィードバック、例えば視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックであってもよい。ユーザから受信される入力は、音響入力、音声入力、または触覚入力を含んでもよい。さらに、コンピュータは、ユーザによって使用されている装置に文書を送信し、当該装置から文書を受信することによって、例えば、ウェブブラウザから受信された要求に応答して、ユーザのクライアント装置上のウェブブラウザにウェブページを送信することによって、ユーザと対話することができる。

いくつかの実装形態を説明した。これにもかかわらず、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが理解されるであろう。したがって、他の実装形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。

Claims

データ処理ハードウェアによって実行されると、前記データ処理ハードウェアに以下の動作を実行させるコンピュータ実施方法であって、前記動作は、
所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続から、複数のパケットをサンプリングすることと、
前記サンプリングされた複数のパケットの各パケットの受領確認番号を記録することと、
前記受領確認番号の傾向線の勾配を決定することと、
前記所定の期間にわたって前記ミドルボックスを介して通信する前記ソースエンドポイントと前記宛先エンドポイントとの間の前記ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することとを含み、前記推定性能特性は、前記受領確認番号の勾配に基づいた前記ＴＣＰ接続のスループットを含み、
前記動作は、前記サンプリングされた複数のパケットのために記録された前記受領確認番号を補間することによって、前記ＴＣＰ接続からサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することをさらに含む、方法。
前記動作は、前記サンプリングされた複数のパケットのうちの第１のパケットのために生成されたタイムスタンプと、前記サンプリングされた複数のパケットのうちの第２のパケットのために生成されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、前記ミドルボックスと前記宛先エンドポイントとの間のトリップタイムを決定することをさらに含み、
前記第１のパケットは、第１のシーケンス番号を有し、
前記第２のパケットの前記受領確認番号は、前記第１のシーケンス番号と一致する、請求項１に記載の方法。
前記サンプリングされていないパケットは、前記サンプリングされた複数のパケットのうちの第１のパケットの第１のシーケンス番号と一致する受領確認番号に関連付けられ、
前記動作は、前記第１のパケットのために生成された第１のタイムスタンプと前記サンプリングされていないパケットのために推定された前記タイムスタンプとの間の差に基づいて、前記ミドルボックスと前記宛先エンドポイントとの間のトリップタイムを決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ＴＣＰ接続の前記推定性能特性を生成することは、
前記ミドルボックスと前記宛先エンドポイントとの間のトリップタイムと、前記ミドルボックスと前記ソースエンドポイントとの間のトリップタイムとを合計することによって、前記ミドルボックスを介した前記ソースエンドポイントと前記宛先エンドポイントとの間のラウンドトリップタイムを計算することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記動作は、前記サンプリングされた複数のパケットのために記録されたシーケンス番号を補間することによって、前記ＴＣＰ接続からサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を経時的に決定することは、
前記ミドルボックスを介して前記宛先エンドポイントから前記ソースエンドポイントに転送された前記サンプリングされた複数のパケットのために記録された前記受領確認番号に基づいて、前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を決定することと、
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配に基づいて、前記スループットを生成することとを含み、前記スループットは、前記ミドルボックスを介して、パケットを前記ソースエンドポイントから前記宛先エンドポイントに転送する速度に対応する、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を経時的に決定することは、
前記ミドルボックスを介して前記ソースエンドポイントから前記宛先エンドポイントに転送された前記サンプリングされた複数のパケットのために記録された前記受領確認番号に基づいて、前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を決定することと、
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配に基づいて、前記スループットを生成することとを含み、前記スループットは、前記ミドルボックスを介して、パケットを前記宛先エンドポイントから前記ソースエンドポイントに転送する速度に対応する、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
前記動作は、所定の時点において、
前記ＴＣＰ接続を介して前記ソースエンドポイントから通信された第１のパケットを受信することを含み、前記第１のパケットは、第１のシーケンス番号と第１の受領確認番号とを含み、
前記ＴＣＰ接続を介して前記宛先エンドポイントから通信された第２のパケットを受信することを含み、前記第２のパケットは、第２のシーケンス番号と第２の受領確認番号とを含み、
前記第１のパケットに関連付けられた前記第１のシーケンス番号と前記第２のパケットに関連付けられた前記第２の受領確認番号との間の差を決定することによって、前記ソースエンドポイントの前記ＴＣＰ接続の前記推定性能特性のウィンドウサイズを推定することをさらに含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
前記第２のパケットに関連付けられた前記第２のシーケンス番号と前記第１のパケットに関連付けられた前記第１の受領確認番号との間の差を決定することによって、前記宛先エンドポイントの前記ＴＣＰ接続の前記推定性能特性の前記ウィンドウサイズを推定する、請求項８に記載の方法。
システムであって、
データ処理ハードウェアと、
前記データ処理ハードウェアと通信するメモリハードウェアとを備え、前記メモリハードウェアは、前記データ処理ハードウェア上で実行されると、前記データ処理ハードウェアに、以下の動作を実行させる命令を記憶し、
前記動作は、
所定の期間にわたってミドルボックスを介して通信するソースエンドポイントと宛先エンドポイントとの間のトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）接続から、複数のパケットをサンプリングすることと、
前記サンプリングされた複数のパケットの各パケットの受領確認番号を記録することと、
前記受領確認番号の傾向線の勾配を決定することと、
前記所定の期間にわたって前記ミドルボックスを介して通信する前記ソースエンドポイントと前記宛先エンドポイントとの間の前記ＴＣＰ接続の推定性能特性を生成することとを含み、前記推定性能特性は、前記受領確認番号の勾配に基づいた前記ＴＣＰ接続のスループットを含み、
前記動作は、前記サンプリングされた複数のパケットのために記録された前記受領確認番号を補間することによって、前記ＴＣＰ接続からサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することをさらに含む、システム。
前記動作は、前記サンプリングされた複数のパケットのうちの第１のパケットのために生成されたタイムスタンプと、前記サンプリングされた複数のパケットのうちの第２のパケットのために生成されたタイムスタンプとの間の差に基づいて、前記ミドルボックスと前記宛先エンドポイントとの間のトリップタイムを決定することをさらに含み、
前記第１のパケットは、第１のシーケンス番号を有し、
前記第２のパケットの前記受領確認番号は、前記第１のシーケンス番号と一致する、請求項１０に記載のシステム。
前記サンプリングされていないパケットは、前記サンプリングされた複数のパケットのうちの第１のパケットの第１のシーケンス番号と一致する受領確認番号に関連付けられ、
前記動作は、前記第１のパケットのために生成された第１のタイムスタンプと前記サンプリングされていないパケットのために推定された前記タイムスタンプとの間の差に基づいて、前記ミドルボックスと前記宛先エンドポイントとの間のトリップタイムを決定することをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
前記ＴＣＰ接続の前記推定性能特性を生成することは、
前記ミドルボックスと前記宛先エンドポイントとの間のトリップタイムと、前記ミドルボックスと前記ソースエンドポイントとの間のトリップタイムとを合計することによって、前記ミドルボックスを介した前記ソースエンドポイントと前記宛先エンドポイントとの間のラウンドトリップタイムを計算することを含む、請求項１０～１２のいずれか１項に記載のシステム。
前記動作は、前記サンプリングされた複数のパケットのために記録されたシーケンス番号を補間することによって、前記ＴＣＰ接続からサンプリングされていないパケットのタイムスタンプを推定することをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を経時的に決定することは、
前記ミドルボックスを介して前記宛先エンドポイントから前記ソースエンドポイントに転送された前記サンプリングされた複数のパケットのために記録された前記受領確認番号に基づいて、前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を決定することと、
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配に基づいて、前記スループットを生成することとを含み、前記スループットは、前記ミドルボックスを介して、パケットを前記ソースエンドポイントから前記宛先エンドポイントに転送する速度に対応する、請求項１０～１４のいずれか１項に記載のシステム。
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を経時的に決定することは、
前記ミドルボックスを介して前記宛先エンドポイントから前記ソースエンドポイントに転送された前記サンプリングされた複数のパケットのために記録された前記受領確認番号に基づいて、前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配を決定することと、
前記受領確認番号の前記傾向線の前記勾配に基づいて、前記スループットを生成することとを含み、前記スループットは、前記ミドルボックスを介して、パケットを前記ソースエンドポイントから前記宛先エンドポイントに転送する速度に対応する、請求項１０～１４のいずれか１項に記載のシステム。
前記動作は、所定の時点において、
前記ＴＣＰ接続を介して前記ソースエンドポイントから通信された第１のパケットを受信することを含み、前記第１のパケットは、第１のシーケンス番号と第１の受領確認番号とを含み、
前記ＴＣＰ接続を介して前記宛先エンドポイントから通信された第２のパケットを受信することを含み、前記第２のパケットは、第２のシーケンス番号と第２の受領確認番号とを含み、
前記第１のパケットに関連付けられた前記第１のシーケンス番号と前記第２のパケットに関連付けられた前記第２の受領確認番号との間の差を決定することによって、前記ソースエンドポイントの前記ＴＣＰ接続の前記推定性能特性のウィンドウサイズを推定することをさらに含む、請求項１０～１６のいずれか１項に記載のシステム。
前記第２のパケットに関連付けられた前記第２のシーケンス番号と前記第１のパケットに関連付けられた前記第１の受領確認番号との間の差を決定することによって、前記宛先エンドポイントの前記ＴＣＰ接続の前記推定性能特性の前記ウィンドウサイズを推定する、請求項１７に記載のシステム。