レイテンシとは何か？原因・測定・低減対策を徹底解説

2025年12月17日 最終更新日時 : 2025年12月17日 エバープレイ編集部

はじめに：レイテンシ（遅延）の重要性

レイテンシ（latency）は、デジタル通信やシステム設計においてユーザ体験やアプリケーション性能を左右する基本的な指標です。単に「遅い」という印象だけでなく、リアルタイム性を要求する音声・映像配信、オンラインゲーム、金融取引、分散データベースの整合性など、さまざまな領域で機能性や可用性に直結します。本稿ではレイテンシの定義、発生要因、測定方法、低減手法、設計上の留意点を深掘りします。

レイテンシの定義と基本概念

レイテンシは一般に「処理や通信に要する時間」を指します。ネットワーク分野では往復時間（RTT: Round-Trip Time）や片方向遅延（one-way latency）が用いられ、単位はミリ秒（ms）で表現されることが多いです。RTTはクライアント→サーバ→クライアントの往復で計測され、アプリケーション視点では多くのプロトコルの応答性を評価する主要指標です。

レイテンシを構成する主な要素

  • 伝搬遅延（Propagation delay）: 信号が媒体（光ファイバ、銅線、空間）を伝わる時間。光ファイバ中の光速は真空より遅く、概ね光速の約2/3（約200,000 km/s）で、1 kmで約5 μsになるため、地理的距離は不可避の遅延源です。
  • 伝送遅延（Transmission delay）: パケットのビット長を送信速度で割った時間。大きなパケットや低帯域リンクでは顕著になります（例えば1,500バイト＝12,000ビットを1 Gbpsで送るなら約12 μs）。
  • 処理遅延（Processing delay）: ルータやスイッチ、サーバがパケットを処理する時間。パケット検査・暗号化・ヘッダ処理等が該当します。
  • キューイング遅延（Queuing delay）: ネットワーク機器のバッファで待機する時間。混雑状態に依存し、変動（ジッタ）を生む主因です。
  • アプリケーションレイヤの遅延: TCPハンドシェイク、TLSハンドシェイク、アプリ処理（DBクエリ等）や複数RPCの合算による遅延。

典型的な遅延の目安

  • 同一データセンター内（高性能ネットワーク）：0.1〜1 ms
  • 同一大都市圏内（数十〜数百km）：1〜10 ms
  • 国内クロスカントリー：20〜100 ms
  • 大陸間（例：東京〜欧州）：100〜300 ms
  • 静止衛星（GEO）：約500〜600 ms（往復）
  • 低軌道衛星（LEO）：20〜50 ms（概算、衛星網次第）

地理的距離は下限であり、実運用ではルーティングや機器、混雑により大きく増えることが多いです。

レイテンシの測定方法とツール

  • ping（ICMPエコー）: 簡易的で広く利用されるRTT測定。ただしICMPが優先度低でフィルタされるケースがあり、実際のアプリパスと完全一致しない場合があります。
  • traceroute / tracepath: ルーター経由のホップごとの遅延を確認。経路のボトルネック特定に有効ですが、ICMP/TCP/UDPの応答差に注意。
  • mtr: tracerouteとpingを組み合わせた継続的計測ツールで、統計的視点の確認に便利。
  • iperf/iperf3: 帯域・レイテンシの負荷試験。TCP/UDPの性能を測れます。
  • アプリケーションレベルの計測: ブラウザのDevToolsでのTTFB（Time To First Byte）、APM（Application Performance Monitoring）での分散トレース。TCP/TLSハンドシェイクやDNS解決、バックエンド処理を分解して測ることで根本原因が明確になります。

片方向レイテンシは時計同期（NTPやPTP）を行わないと正確に測れません。したがって多くの環境ではRTTを評価指標に使うのが現実的です。

レイテンシが及ぼす実際の影響

  • ユーザー体験: WebページやAPIはレイテンシに敏感で、100 msの差でも操作感に影響します。Googleは応答時間が数百ms増えると検索利用が減ると報告しています。
  • リアルタイム通信: VoIPやオンラインゲームは低遅延と低ジッタが要求。数十msが理想で、150 msを超えると品質劣化が目立ちます。
  • 分散データベース・一貫性: 同期レプリケーションは遅延に直接的に影響を受け、グローバル分散では高いレイテンシがアプリケーション遅延を悪化させます。
  • クラウド/マイクロサービス: サービス間の多数の同期RPC（チャッティネス）は合算でエンドツーエンドのレイテンシを増大させます。

レイテンシ低減の技術と設計パターン

  • CDNとエッジ配置: 静的コンテンツやキャッシュ可能な応答はユーザに近いエッジで配信することで伝搬遅延を削減。
  • プロトコル最適化: TLS 1.3（ハンドシェイク短縮）、HTTP/2の多重化、QUIC（UDP上でのTLS統合と0-RTTサポート）などで往復回数を減らす。
  • 接続の再利用: TCPの再接続を避けるためにキープアライブ、HTTP持続接続、コネクションプールを利用。
  • トラフィック優先度とQoS: 音声やリアルタイムデータに優先度をつけることでジッタとレイテンシの影響を軽減。
  • アプリ設計: RPC呼び出しを減らす（バッチ、非同期化）、タイムアウトとリトライ戦略（指数バックオフ）、キャッシュ（ローカル・分散）を活用。
  • ネットワーク最適化: BGP最適化、専用線、SD-WAN、トラフィックエンジニアリングによる経路短縮。TCPチューニング（ウィンドウサイズ、遅延帯域幅の最適化）や新しい輻輳制御（GoogleのBBRなど）も有効です。

実践ケース：遅延に強い設計の例

グローバルに分散したWebサービスを想定します。静的資産はCDNへ配信、認証や頻繁に参照されるデータはエッジキャッシュやリージョンごとのリードレプリカに配置。重い書き込みは非同期で中央に集約し、ユーザ応答は先にキャッシュで返す「早返し」パターンを採用します。サービス間通信は同期を最小にし、必須の同期処理は同一リージョン内に限定します。

計測時の注意点とよくある落とし穴

  • ICMPは実トラフィックと異なる経路や優先度で扱われる場合がある。
  • 片方向測定は時計同期の誤差に左右される（NTPだけでは数msの誤差が出る）。
  • 平均値だけでなく分散（ジッタ）やパーセンタイル（p95、p99）で評価すること。高いパーセンタイルがユーザ体験を決定することが多いです。
  • 単純に帯域を増やすだけではキューイング遅延を招き、結果的にレイテンシが悪化することがある。

将来のトレンド

QUICの普及、5Gおよび低軌道衛星コンステレーションによる地域的レイテンシ改善、エッジネイティブアーキテクチャの進展、AIを使った適応的輻輳制御などが今後の注目点です。物理限界（光速度）を超えられないため、ソフトウェアとアーキテクチャの工夫がさらに重要になります。

まとめ

レイテンシは単一の数値で語れるものではなく、物理的要因・プロトコル設計・ネットワーク混雑・アプリケーションの振る舞いが複合的に影響します。適切な測定とパーセンタイルでの評価、地理的な配置、プロトコル/アプリケーションレベルの最適化、そしてシステム設計の観点からチャッティネスを抑えることが、実効的な低遅延化の鍵です。

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