【基本情報技術者試験対策：集中講義】伝送時間と回線利用率の求め方
基本情報技術者試験を受験する人は必見です!!
この記事では、基本情報技術者試験の午前問題で出題される「伝送(転送)時間」や「回線利用率」の問題の解き方を５年分の過去問題を利用して集中的に解説します。
基本情報技術者試験の午前問題の中では、計算しなければ求められない問題で、意外と面倒です。しかし、求め方をきちんと理解できれば確実に正解できる問題のひとつです。
伝送時間と回線利用率の問題を解く時の計算方法や注意点について説明します。
まず、この記事は以下のような人を対象としています。
対象者・これから基本情報技術者試験を受験しようと考えている人
・現在基本情報技術者試験の勉強をしている人
・伝送時間と回線利用率の求め方を知りたい人
この記事を読むと、次のようなことが理解できるようになります。
この記事を読むとできること・伝送時間の求め方を理解することができる
・回線利用率の求め方を理解することができる
・過去5年分の過去問題のうち、伝送速度や回線利用率を求める問題を集中的に勉強できる
現在、基本情報技術者試験の勉強をしているのですが、午前問題でよく出てくる伝送時間の求め方が良く分かりません。
毎回1問は出題されている問題ですね。
計算が必要な問題の1つです。計算しないと求められない問題はあまり多くはありません。
難しい用語や色々な値があって、どう計算するのか混乱してしまいます。
では、過去問題を使って、伝送時間の求め方と注意点を説明します。また、類似時問題で回線利用率の求める問題もあるので、そちらについても解説します。
基本情報技術者試験の集中講義は以下の記事を参照してください。
基本情報技術者試験の勉強をするためにおすすめの書籍は次の2冊です。どちらも図解が多く、初心者には見やすい書籍です。
伝送時間と回線利用率を求める問題の注意点
平成27年春季から平成31年(令和元年)秋季までの過去5年間(10回)では平成31年(令和元年)春季以外、毎回1問出題されています。基本情報技術者試験では定番の問題のひとつです。
伝送時間や回線利用率を求める計算式は決まっているので、その計算式を覚えているかどうかが問題を解くポイントとなります。しかし、ただ単に公式だけを覚えていても、大きな落とし穴にはまってしまう危険性があります。
この伝送時間と回線利用率を求める問題は、計算式を覚えているかの他に、与えられているデータの単位を正しく認識できるかが問われています。
伝送速度の単位：bps
伝送速度を表現する単位は「bps」で「1秒間に送信できるビット数」を意味します。ここでのポイントは「送信できるビット数」です。一方、問題文に出てくる送信するデータは「バイト」で表現されます。つまり、単位が全くあっていません。したがって、単純に計算式にこれらのデータを当てはめても正しい結果は得られません。
1バイトは何ビット？
この問題を解く場合、単位をどちらかにあわせなければなりません。その時必要になる知識が「1バイトは何ビットか」になります。基本情報技術者試験の勉強をしている人であれば、大丈夫だと思いますが、「1バイトは8ビット」となります。
したがって、バイトをビットに直す場合は、バイトに8を掛けます。一方、ビットをバイトに直す場合は、ビットを8で割ります。まずは、この単位を揃えることを忘れないで下さい。
実効速度と最大伝送速度の違い
伝送速度には「最大伝送速度」と「実効速度」の2種類があります。
最大伝送速度とは、ネットワークの環境が混雑しておらず理想的な環境が利用できる時の理論上の伝送速度となります。一方、実効速度とは、ネットワークの混雑などによりロスが発生している時の実際の伝送速度となります。
例えば、高速道路では自動車は最高速度100mで走行することができます。この時の最高速度は高速道路が渋滞などで混雑していない理想的な環境の場合に出せる最大のスピードとなります。しかし、高速道路はたくさんの自動車が利用し、実際は渋滞が発生します。渋滞が発生すれば、最高速度の100kmでは走行できなくないります。このように実際に走行できる速度が実効速度となります。
基本情報技術者試験の問題では、最大伝送速度を使う問題と実効速度を使う問題が出題されているので、どちらの速度を使えば良いのか判断しなければなりません。
なお、問題中に「伝送効率」という用語が記述されている場合は、実効速度を使います。
各種接頭辞
コンピュータの世界では大量のデータを取り扱います。その際、大きな値を簡潔な記号で記述するために「接頭辞」(英字1文字)を利用します。伝送時間や回線利用率を求める問題でも各種接頭辞が疲れわれており、それぞれが何を意味しているのか理解しておかなければなりません。
以下がコンピュータの世界で主に利用される接頭辞となります。
| 接頭辞 | 呼び方 | 値 | べき乗 |
| ｋ | キロ | 1,000 | 10の3乗 |
| M | メガ | 1,000,000 (1,000k) | 10の6乗 |
| G | ギガ | 1,000,000,000 (1,000M) | 10の9乗 |
| T | テラ | 1,000,000,000,000 (1,000G) | 10の12乗 |
データは「1,000倍」ずつ大きくなります。
伝送時間の求め方
伝送時間を求める計算式は次の通りです。
伝送時間(秒)＝伝送するデータ÷伝送速度(bps)
注意点は上でも説明していますが、「単位を揃えること」となります。なお、この場合の伝送速度は最大伝送速度を意味しています。
問題中に「伝送効率」が記述されている場合は、実効速度と使って計算します。
実効速度は「伝送速度(最大伝送速度)×伝送効率」で求められます。
伝送効率を考慮した場合の伝送時間を求める計算式は次のように変わります。
伝送時間(秒)＝伝送するデータ÷実効速度(bps)
回線利用率の求め方
回線利用率を求める計算式は次の通りです。
回線利用率(%)＝伝送するデータ÷伝送速度(bps)×100
注意点は伝送時間を求める場合と同じで「単位を揃えること」です。
与えられた伝送速度(bps)は「1秒間に100%の回線利用率で送信できるデータ量(ビット)」を表しています。問題では実際に送信されたデータが与えられているので、その値が伝送速度の何％を表しているかを求めれば回線利用率が求められます。
過去問題
では、過去5年間(春期、秋季)で出題された問題のうち、伝送速度や回線利用率を求める過去問題を実際に解いてみましょう。
まず、各試験でどのような問題が出題されているのか、一覧表示して確認してみましょう。
- 平成27年 春季 伝送時間
- 平成27年 秋季 伝送時間
- 平成28年 春季 伝送時間
- 平成28年 秋季 伝送時間(伝送遅延時間)
- 平成29年 春季 回線利用率
- 平成29年 秋季 バッファリング時間
- 平成30年 春季 伝送時間 (「平成27年 春季」と同一問題)
- 平成30年 秋季 伝送時間 (「平成27年 秋季」と同一問題)
- 平成31年 春季 出題なし
- 令和元年 秋季 回線利用率
圧倒的に伝送時間を計算する問題が出題されている傾向にあります。
平成27年春季、平成30年春季 伝送時間
この問題で与えられている情報を整理すると以下のようになります。
- 伝送するデータ：10Mバイト
- 伝送速度(最大伝送速度)：100,000ビット/秒(bps)
- 伝送効率：50%(0.5)
伝送するデータと伝送速度の単位が「バイト」と「ビット」で合っていないので、どちらかに合わせます。今回は伝送するデータをバイトからビットに変更します。さらに「1M=1,000,000」なので、伝送するデータを書き換えると以下となります。
- 伝送するデータ：80,000,000ビット (10,000,000バイト×8ビット)
また伝送効率が記述されているので、実効速度を求める必要があります。この問題では伝送効率が50%となっているので、理論上は100,000(bps)の速度を出すことができるが、ネットワーク環境が混雑しているので実際の速度はその50%(半分)しか出すことができない、ということになります。
- 実効速度：50,000ビット/秒(bps) (100,000ビット×0.5)
以上のことから、求める伝送時間は次の通りです。
伝送時間(秒)＝伝送するデータ(80,000,000)÷実効速度(50,000)＝1600(秒)
したがって、答えは「エ 1,600」となります。
この解答例では接頭辞(M)を数値(1,000,000)に直していますが、数値に直さないで計算する方法もあります。
なお、実効速度の50,000は「0.05M」となります。
伝送時間(秒)＝80M÷0.05M=80÷0.05=1600
※ 割る数(0.05M)と割られる数(80M)の両方に同じ種類の接頭辞(M)があるので、その接頭辞を打ち消すと計算式が簡単になる場合があります。
平成27年秋季、平成30年秋季 伝送時間
この問題で与えられている情報を整理すると以下のようになります。
- 伝送するデータ：12Mバイト
- 伝送速度：1.5Mビット/秒(bps)
- 伝送効率：50%(0.5)
単位が合っていないので今回もバイトをビットに合わせます。
- 伝送するデータ：96Mビット (12Mバイト×8ビット)
また、伝送効率が記述されているので、実効速度を求めます。
- 実効速度：0.75Mビット/秒(bps) (1.5Mビット×0.5)
以上のことから、求める伝送時間か次の通りです。
伝送時間(秒)＝伝送するデータ(96Mビット)÷実効速度(0.75Mbps)=128(秒)
したがって、答えは「エ 128」となります。
平成28年春季 伝送時間
この問題で与えられている情報を整理すると以下のようになります。
- 伝送するデータ：10の6乗バイト(1,000,000バイト)
- 伝送速度：64kビット/秒(bps)
- 伝送効率：80%(0.8)
単位が合っていないので、今回もバイトをビットに合わせます。
- 伝送するデータ：8,000,000ビット(1,000,000バイト×8ビット)=8Mビット
また、伝送効率が記述されているので、実効速度を求めます。
- 実効速度：51.2kビット/秒(bps) (64k×0.8)
これでデータが全て揃ったので、伝送時間を求める計算式にそれぞれの値を当てはめます。
伝送時間(秒)＝伝送するデータ(8Mビット)÷実効速度(51.2kbps)=156.25(秒)
同一の選択肢はありませんが、問題では「およそ何秒か」と記述されているので、答えは「エ 156」となります。
なお、この問題では伝送するデータの接頭辞がＭ、伝送速度の接頭辞がｋで合っていません。したがって、どちらかの接頭辞に合わせた方が計算がしやすくなります。例えば、接頭辞Ｍを接頭辞ｋに変換すると「1M=1,000k」となります。
つまり、伝送時間を求める計算式は接頭辞をkに合わせると次のようになります。
伝送時間(秒)＝伝送するデータ(8000kビット)÷実効速度(51.2kbps)=8000÷51.2=156.25
平成28年秋季 電動遅延時間(伝送時間)
この問題は通常出題されている伝送時間を求める問題とは多少形式が異なっています。伝送するデータ量ではなく伝送する距離から伝送時間を求める問題です。
静止軌道衛星の高度が約36,000kmと記述されていますが、このデータは計算式では利用しません。惑わせるためのダミーのデータと言えます。この問題を図で表現すると次のようになります。
つまり、伝送遅延時間は「A地点から衛星までの時間」＋「衛星の中継時間(10ミリ秒)」＋「衛星からB地点までの時間」となります。また、電波の伝送速度は「3×10の8乗m/秒」(300,000,000m/秒）で、1秒間に3億メートル進むことになります。ここで注意しなければならないことは、距離の単位が合っていないことです。衛星までの距離は「km」で表現されていますが、伝送速度は「m」となっています。したがって、計算する場合は単位をどちらかに合わせなければなりません。
kmをmに合わせると数字が大きくなってしまうため、この場合はmをkmに変換したほうが計算が楽になります。伝送速度「300,000,000m/秒」をkmに直す場合、1000で割ればよいので「300,000km/秒」となります。
以上のことから、A地点から衛星までの伝送時間は「37,500km÷300,000km/秒＝0.125秒」となります。一方、衛星からB地点までの距離(37,500km)はA地点から衛星までの距離(37,500km)と同じなので、伝送時間は同様に「0.125秒」です。
もう１つ注意することがあります。A地点から衛星までの時間は「秒」で求められましたが、衛星の中継に必要な時間の単位は「ミリ秒」です。つまり、時間の単位もあっていません。問題は「伝送遅延時間は何秒か」なので、ミリ秒を秒に変換する必要があります。では、10ミリ秒は何秒でしょうか？ 「1秒は1000ミリ秒」(1ミリ秒は0.001秒)なので、10ミリ秒は0.01秒となります。
以上のことから求める伝送遅延時間は「0.125+0.01+0.125＝0.26秒」となります。答えは「イ 0.26」となります。
平成29年春季 回線利用率
この問題は回線利用率を求める問題ですが、単純な計算では求められません。回線速度(伝送速度)は「1Mビット/秒」と示されているのですが、肝心の送信するデータ量が明確には記述されていません。問題文から送信するデータ量を求めなければなりません。
まず、ヒントとなる情報は「伝票データ2件を1つにまとめて送る」ということです。1時間に平均100,000件送信しますが、実際の件数は2件を1つにまとめるため「50,000件」となります。
1件のデータは2,000バイトで、2件を1つにまとめているので4,000バイトのデータサイズとなります。また、このデータにはヘッダ情報として400バイト付加されます。
以上のことから、1時間に4,400バイトのデータが50,000件送信されるので、データサイズは4,400×50,000=220,000,000バイトとなります。これでは数字が大きすぎるので接頭辞を使うと220Mバイトが伝送されるデータ量です。
この問題で注意する点は、時間の単位が合っていないことです。送信されるデータは「1時間」ですが、伝送速度は「秒」なので、単位を合わせなければなりません。送信するデータを「時間」から「秒」に変換する場合は、1時間は3,600秒なので、220Mバイトを3600で割ります。一方、伝送速度を「秒」から「時間」に変換する場合は逆に3,600を掛けます。
同様に送信するデータがバイトに対して伝送速度はビットなので、こちらも単位をビットかバイトに合わせる必要があります。
今回は時間を「時間」、データを「ビット」に合わせると、1時間当たりの伝送速度は「3,600Mビット/時(1Mビット×3600)」、送信されるデータは「1,760Mビット(220M×8ビット)」となります。この結果から、回線利用率が100%の時、1時間あたり3,600Mビットのデータを送信できるのですが、実際は1,760Mビットしか送信できていないことになります。
したがって、回線利用率は「1,760Mビット÷3,600Mビット×100=48.88」となります。選択肢の中でこの結果に一番近いのは「ウ 49」で、これが答えとなります。
平成29年秋季 バッファリング時間
まず、「符号化速度」について簡単に説明します。音声データはアナログデータ(周波数)でコンピュータなどで再生するためにデジタルデータに変換する場合があります。このアナログデータをデジタルデータに変換する処理を「符号化処理」と呼びます。符号化処理をおこなう場合、どれ位のサイズで変換するかを「符号化速度」として指定します。符号化速度によってアナログデータ(この問題では、音声データ)の品質が変わってきます。
次に、与えられている音声データを符号化処理する時に必要な変換時間を求めます。
変換時間(秒)は音声データ÷符号化処理速度で求めることができます。なお、音声データと符号化処理時間ではデータの単位が合っていないので、ビットかバイトに合わせます。音声データ2.4Mバイトをビットに直すと、19.2Mビット(2.4Mバイト×8ビット)となります。したがって、変換時間は以下のようになります。
変換時間(秒)＝19.2Mビット÷192kビット/秒＝(19.2×1,000kビット)÷192k＝100(秒)
次にこの音声データを伝送速度128kビット/秒のネットワークで伝送した時の伝送時間を求めます。伝送時間は「伝送データ÷伝送速度」で求めることができます。ただし、データの単位に気を付けなければなりません。
伝送時間(秒)＝伝送データ(19.2Mビット)÷伝送速度(128kビット/秒)=19.2×1,000k÷128k=150(秒)
この問題は音声データをダウンロードしながら途切れることなる再生するために何秒間再生前にバッファリングする(データを事前にダウンロードし貯めておく)かを質問しています。
音声データのダウンロード(伝送)に必要な時間は「150秒」、ダウンロードした音声データを符号化処理に必要な時間は「100秒」となることは上の計算で分かっています。つまり、この時間の差「50秒」がバッファリングしておけばよい時間となります。答えは「ア 50」となります。
平成31年(令和元年)秋季 回線利用率
この問題では、まず正確に送信するデータ量を求める必要があります。平均1Mバイトのファイルと記述されているので、この値が送信されるデータ量のように見えますが、よく問題文を読むと「転送量の20%が制御情報として付加される」と書かれてあります。つまり、実際のデータ量は「1Mバイト+20%のデータ」で「1.2Mバイト」となります。
更にこれらのデータは10秒ごとに送信されているので、1秒あたりに送信されるデータを求めると、「0.12Mバイト」(1.2Mバイト÷10秒)となります。
また、データの単位がバイトとなっているので、計算するためにビットに変換しておきます。
以上のことからデータを整理すると以下のようになります。
- 伝送するデータ：0.96Mビット(0.12Mバイト×8ビット)
- 伝送速度：10Mビット/秒(bps)
これでデータが全て揃ったので、回線利用率を求める計算式にそれぞれの値を当てはめます。
回線利用率(%)＝伝送するデータ(0.96Mビット)÷伝送速度(10Mbps)×100=9.6(%)
したがって、答えは「エ 9.6」となります。
まとめ
今回は、基本情報技術者試験の午前問題のうち、伝送時間と回線利用率の求め方について説明しました。
これらの問題を解く時の注意点は、「データの単位を揃える」ことです。その点のみ十分気を付けなければなりません。あとは、伝送時間と回線利用率を求める計算式をきちんと理解しているかがポイントとなります。
・バイトとビットの単位を必ずどちらかに揃える
・伝送時間(秒)＝送信するデータサイズ(ビット)÷実効速度(bps)
・回線利用率(%)＝送信するデータサイズ(ビット)÷伝送速度(bps)
伝送時間と回線利用率の求め方はいかがでしたか？
問題の出し方は色々ありますが、求め方をきちんと理解するとすんなり解けました!!
気を付けることは、単位が違う点です。その点に気づくかどうかが問われている問題です。ぜひ、更に過去問題にチャレンジして、マスターしてください!!
理解できたので、受験する時も出題されることを期待してます!!。
これで、確実に午前問題の1問は正解できそうです!!
基本情報技術者試験の集中講義は以下の記事を参照してください。
