WAN : データ圧縮

WAN 圧縮に関する FAQ

2004 年 3 月 5 日 - ライター翻訳版
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質問


概要

この文書では、WAN 圧縮に関する FAQ に回答します。 文書には、圧縮の概要、Cisco ルータでの圧縮の実行、および圧縮に関するトラブルシューティングが含まれています。

圧縮の概要

Q. 圧縮はどう機能しますか。

A. データ圧縮では、データ ストリームのパターンの識別と、同じ情報をより効率的に表現する方法の選択が行われます。原則的に、ある圧縮アルゴリズムをデータに適用することで、可能な限り多くの冗長性が取り除かれます。圧縮方式の効率と効果は、圧縮率によって測定されます。圧縮率とは、圧縮前のデータ サイズと圧縮後のデータ サイズとの比率です。一般的な圧縮率である、2:1 という比率は、圧縮後のデータが元のデータ サイズの半分になったことを意味します。   

データ圧縮に利用できるアルゴリズムは各種多様にあります。アルゴリズムによっては、特定のメディアの特長を活かして、冗長を発見する設計になっています。しかし、このアルゴリズムを別のデータ ソースに適用しても効果的には圧縮できません。  たとえば、Motion Picture Experts Group(MPEG)規格は、ビデオ データのフレーム間の比較的小さな違いを活かして 動画の圧縮を効率的に行いますが、テキストを圧縮させてもよい結果は得られません。

圧縮理論における重要なポイントの 1 つに、シャノンの制限が存在します。これは、特定のデータ ソースの圧縮限界を示す理論上の制限です。その制限を超えると、圧縮データは安全に元に戻せません。最新の高速プロセッサを使用して、新しい圧縮アルゴリズムを利用すると、シャノンの制限に近づくことはできますが、その制限を超えることは不可能です。  

シャノンの制限の詳細については、次のリンクを参照してください。

Q. ソフトウェアによる圧縮とハードウェアによる圧縮では、何が異なりますか。ハードウェアによる圧縮比率はソフトウェアによる圧縮比率よりも高いのですか 

A. ハードウェアによる圧縮とソフトウェアによる圧縮とは、圧縮アルゴリズムがルータのどこで適用されるかの違いです。 ソフトウェアによる圧縮は、ソフトウェアの処理としてメイン CPU で実行されます。一方、ハードウェアの圧縮の場合は、圧縮計算はセカンダリ ハードウェア モジュールにオフロードされ、処理負荷の高い圧縮計算のタスクからメイン CPU を解放します。 

圧縮計算を実行するためのクロック サイクルがルータに存在すると想定します。たとえば、CPU の利用率が 100 % 未満だとすると、ハードウェア圧縮とソフトウェア圧縮の効率に関してはほとんど差がありません。実現した圧縮率は、選択した圧縮アルゴリズムとデータ内の冗長がどのくらい圧縮されたかによって決まり、圧縮計算が実行された場所とは関係ありません。 

Q. レイヤ 2 のペイロード圧縮とは、何ですか。

A. レイヤ 2 のペイロード圧縮では、PPP、フレームリレー、High-Level Data Link Control(HDLC; 高レベル データリンク制御)、X.25、および Link Access Procedure, Balanced(LAPB; 平衡型リンク アクセス手順)などの、レイヤ 2 WAN プロトコルのペイロードが圧縮されます。レイヤ 2 のヘッダーは圧縮されませんが、上位レイヤ プロトコルのヘッダーを含めた、ペイロードのコンテンツ全体が圧縮されます。これらの圧縮処理には、「圧縮はどう機能しますか」で説明したように、「スタッカ」アルゴリズム(業界標準の Lemple Ziv アルゴリズムに基づいた形式。『American National Standards Institute (ANSI)leavingcisco.com』文書 X3.241-1994 を参照)か、または従来の構成に最もよく使われてきた古い「プレディクタ」アルゴリズムが使われます。  

Q. TCP/IP ヘッダーの圧縮とは、何ですか。

A. TCP/IP ヘッダーを圧縮すると、TCP/IP 接続のヘッダーにある冗長フィールドをいくつか取り除くことができます。リンクのいずれかの側で、元のヘッダーをコピーしてから、冗長フィールド全体を取り除き、さらに残りのフィールドを区別してコーディングすることで、40 バイトのヘッダーを平均で 5 バイトまで圧縮できます。   この処理では、TCP/IP ヘッダーの固定構造周辺用に設計された特定のアルゴリズムが使用されます。TCP パケットのペイロードはまったく圧縮されません。詳細については、『RFC 1144, Compressing TCP/IP Headers for Low-Speed Serial Linksleavingcisco.com』を参照してください。  

Q. レイヤ 2 ペイロード圧縮の代わりに、TCP/IP ヘッダー圧縮を使用する必要のあるときはいつですか。

A. TCP/IP ヘッダーの圧縮は、低速度のシリアル リンク(32k 以下)を対象にした設計になっています。この圧縮は、パフォーマンスに大きな影響を与えます。 TCP/IP 圧縮は、小さいサイズのパケットが相互に頻繁に行き来するトラフィックに適しています。このトラフィックでは、ペイロードに対するレイヤ 3 および 4 のヘッダーの比率が比較的高いため、ヘッダーの圧縮によりパフォーマンスを向上させることができます。 

レイヤ 2 ペイロード圧縮を実行すると、選択した圧縮アルゴリズムが、TCP/IP ヘッダーを含め、フレームのペイロード全体に適用されます。この圧縮は、56k から最大 1.544 M までの速度で動作するリンクで使用するように設計されています。トラフィックが上位レイヤのアプリケーションによってすでに圧縮されていなければ、どのタイプのトラフィックにも使えます。  

Q. TCP/IP ヘッダー圧縮とレイヤ 2 ペイロード圧縮は、同時に使用できますか。 

A. レイヤ 2 ペイロード圧縮と TCP/IP ヘッダー圧縮は同時に実行できません。理由は次のとおりです。

  • 冗長になり、無駄が多くなる。
  • リンクがアップしなかったり、IP トラフィックを通さないことが多くある。

レイヤ 2 ペイロード圧縮と TCP/IP ヘッダー圧縮を同時に使用するのではなく、レイヤ 2 ペイロード圧縮だけを使用してください。

Cisco ルータへの圧縮の実装

Q. 圧縮時に必要なソフトウェアのバージョンは何ですか。

A. ハードウェアとソフトウェアの互換性を確保するには、Cisco IOS(R) ソフトウェア リリースのバージョン 11.3T または 12.0(メインライン、S、または T)トレインのコードを使用することをお勧めします。さらに、互換性を確保するために、WAN リンクの両側で同じバージョンのコードを実行することを強くお勧めします。 

Q. 使用しているルータに適したハードウェア圧縮モジュールはどれですか。

A. 次の表では、ハードウェア圧縮をサポートする全ルータと、サポートされているモジュールについて示しています。

ルータ

ハードウェア圧縮アダプタ

7200 および 7500

SA-COMP/1= および SA-COMP/4=

3620 および 3640

NM-COMPR=

3660

AIM-COMPR4=

2600

AIM-COMPR2=

注:Cisco 7200 VXR シリーズのルータでは、SA-COMP/1= または SA-COMP/4= はサポートされていません。このシリーズのルータ向けのハードウェア圧縮アダプタはありません。  

Q. ハードウェアでサポートされる圧縮プロトコルは何ですか。

A. シスコのハードウェア圧縮アダプタは、PPP スタッカ圧縮とフレームリレー FRF.9 圧縮だけをサポートします。この 2 つのプロトコルは、すべての圧縮アダプタでサポートされています。FRF.9 仕様の詳細については、『Frame Relay Forumleavingcisco.com』の Web サイトの Frame Relay メニューにある「Implementation Agreements」を参照してください。  

Q. ハードウェア圧縮モジュールが必要なときはいつですか。

A. この質問に対しては、決まった回答はありません。トラフィックのパターンや特定のルータの構成には、それぞれ相違があるためです。

圧縮処理は、プロセッサに高い負荷をかける処理です。プロセッサの使用率は、圧縮するトラフィックの量と比例します。当該のルータで、プロセッサ負荷の高い機能が多数実行されていると、圧縮を実行するためのクロック サイクルがあまり残りません。 

また、圧縮処理では再構築辞書の格納にメモリを使用するため、メモリが不足しているルータでは問題が発生する恐れがあります。 ハブアンドスポーク構成では、通常、ハブは圧縮モジュールを必要としますが、スポークは必要としません。

この問題に対する唯一の現実的な回答は、段階別に圧縮を実行して、プロセッサの利用率を監視することです。

Q. 分散型圧縮とは何ですか。

A. 分散型圧縮が利用できるのは、圧縮対象のインターフェイスが VIP2 スロットに配置されている場合です。 圧縮計算は、VIP2 のプロセッサにオフロードされます。

Q. ハードウェアでの圧縮をイネーブルにするには、どうすればよいですか。

A. ルータは、可能な限り CPU から離れて、圧縮計算をオフロードするデフォルト設定になっています。 ハードウェア圧縮の全体的なポイントは、ルータの CPU の負荷を軽くして、その負荷をハードウェア モジュールに負担させることです。 そのため、使用可能な圧縮モジュールがあれば、圧縮に利用されます。このモジュールがなくても、該当のインターフェイスが VIP2 スロットにある場合は、VIP2 のプロセッサが圧縮計算に使用されます。このプロセッサも利用できなければ、圧縮はソフトウェアで実行されます。圧縮コマンドの最後に、softwaredistributed、または csa # を指定すると、ルータに、それぞれメイン CPU、VIP2 の CPU、またはハードウェア モジュールを使用するよう指示できます。   

Q. SA-COMP/1= と SA-COMP/4= は何が異なりますか。

A. この 2 つの圧縮サービス アダプタは、同じプロセッサを搭載しています。 唯一の相違点は、搭載メモリです。これらのアダプタは、毎秒のデータ量およびパケット数の両方について、同じトラフィック量を処理できます。 

サービス アダプタは、最大 60 Mbps の総計双方向圧縮解除帯域幅まで(双方向の場合は 40,000 pps、また一方向の場合は最大 30,000 pps まで)処理可能です。 一般的に、1 つのサービス アダプタは、8 個の圧縮 E1 を実行できます。 これにより、2:1 の圧縮率が想定されますが、1.7:1 または 1.8:1 がより一般的です。

COMP/1 には、768 KB のメモリが内蔵されているので、64 個の異なる「コンテキスト」をサポートできます。

COMP/4 には、3 MB のメモリが内蔵されているので、256 個の異なる「コンテキスト」をサポートできます。

1 つのコンテキストは、基本的には、1 組の双方向の再構築辞書です。つまり、1 つのポイントツーポイント リンクです。したがって、1 つのフレームリレーのポイントツーポイント サブインターフェイスは、1 つのコンテキストです  (具体的に言うと、シスコの圧縮は、「data-link connection identifier(DLCI; データリンク接続識別子)単位」に実行されるので、個々の VC には、それぞれ 1 つのコンテキストが関連付けられます)。

Q. シスコの製品ではマルチリンク PPP 上での圧縮をサポートしていますか。

A. マルチリンク PPP 上では、インターリービングと圧縮を含め、ソフトウェア圧縮はサポート対象です。

マルチリンク PPP 上でのハードウェア圧縮については、Cisco 7200 および 3600 ルータ上で動作する、Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(7)T および 12.0(7) 以降でサポートされています。 しかし、Cisco 7500 ルータでは、マルチリンク PPP および Compression Service Adapter(CSA; 圧縮サービス アダプタ)はサポート対象外です。

Q. リンク上の圧縮は、どう監視すればよいですか。

A. show compression コマンドと show interface コマンドを一緒に実行して、スループット、圧縮パケットの数、および圧縮率を確認します。

圧縮に関するトラブルシューティング

Q. 圧縮の実装において、よくある 3 つの問題点とは何ですか。

  1. ソフトウェア バージョンがミスマッチである場合。 リンクの両側では、同じバージョンのコードを実行する必要があります。使用できるのは、Cisco IOS ソフトウェア リリース 11.3T 以降です。特に、Cisco IOS ソフトウェア リリース 11.2 および 12.0 は、圧縮についての相互運用性がありません。 
  2. リンクの両側で圧縮パラメータが同じでない場合。両側のハードウェアは同じである必要はありませんが、カプセル化と圧縮の種類は同じである必要があります。 
  3. 「高度なキューイング」および圧縮を実行しようとした場合。シスコがサポートするのは、レイヤ 2 ペイロード圧縮による FIFO キューイングだけです。重み付け均等化キューイングがデフォルトでオンになっているので、オフにするには no fair-queue コマンドが必要です。  

Q. ファースト スイッチングと圧縮を試みても、パケットがプロセス交換されます。 なぜですか。

A. ソフトウェア圧縮を実行する場合、すべてのパケットは必ずプロセッサを通るため、プロセス交換の処理が行われます。これは単に圧縮を行うために必要な処理です。

Q.「show compress」を入力すると、まったく応答がないか、エラーになります。なぜですか。 

A. Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0 コードの初期のバージョンでは、show compress に不具合があります。Cisco IOS ソフトウェア リリース 12.0(7)(メインライン、S、または T)にアップグレードして、修正してください(CSCdk15127登録ユーザのみ))。これは、単なる表示上の問題です。   

一部ツールについては、ゲスト登録のお客様にはアクセスできない場合がありますことを、ご了承ください。

Q. Cisco ルータと Ascend ルータ間で圧縮をイネーブルにした場合に発生する問題の原因は何ですか。

A. これは、Ascend ボックスのデフォルト設定に関する問題です。 お近くの Lucent テクニカル サポート担当者にお問い合せください。

Q. フレームリレー ペイロード圧縮 FRF.9 スタックの実行時に、高レベルのプロトコルで圧縮されるものと、圧縮されないものがあります。なぜですか。  

A. これは CSCdk39968登録ユーザのみ)での既知の問題です。解決策は、Cisco IOS ソフトウェア リリース 11.3(7) 以降のコードにアップグレードすることです。  

一部ツールについては、ゲスト登録のお客様にはアクセスできない場合がありますことを、ご了承ください。

Q. ハードウェア圧縮をイネーブルにしているときに、show compress コマンドでソフトウェア圧縮が表示されるのは、なぜですか。

A. これはさまざまな理由で発生します。

  • リンクがシャットダウン状態のときに、show compress コマンドを実行すると、ソフトウェア圧縮が実行されていることが表示されます。リンクがアップになると、ハードウェア圧縮と表示されます。この原因は、PPP の場合は CCP によって、またフレームリレーの場合は FRF.9 によって、ハードウェア圧縮をネゴシエートする必要があるためです。このネゴシエーションを実行するには、リンクがシャットダウンされていない必要があります。   
  • Cisco IOS ソフトウェアの初期のバージョンを使って、PPP 上でハードウェア圧縮を実行するときは、compress stac ではなく ppp compress stacc と入力する必要があります。これは、以前のコマンド構文からの影響です。 
  • 7500 シリーズ ルータでハードウェア圧縮を実行するには、圧縮対象のインターフェイスと同じ VIP2 に、圧縮サービス アダプタを配置する必要があります。他の VIP2 上にあるインターフェイスとインターフェイス プロセッサ カード上のインターフェイスは、圧縮サービス アダプタと通信できません。 

Q. show compress によって、圧縮比率が 1 未満であると示されるのは何ですか。 原因は何ですか。

A. 圧縮率が 1 未満であるということは、圧縮アルゴリズムがデータ サイズを縮小せずに、実際には拡大していることを意味します。これは、さまざまな理由により発生します。 

  • 上位レイヤですでに圧縮アルゴリズムが適用されたデータをさらに圧縮しようとしている場合。圧縮アルゴリズムは、取り除くべき冗長が存在するという想定で設計されているため、それに従って計算を実行します。データがすでに圧縮済みで、冗長が取り除かれていると、同じデータに別の圧縮アルゴリズムを適用しても、実際には、データを拡張する結果となります。このよい例が、zip されたデータを含む、レイヤ 2 の大きいサイズのデータ パケットを圧縮しようとする場合です。事前に圧縮されていないペイロードの部分は、TCP/IP ヘッダーだけです。大きいサイズのデータ パケット(FTP など)は拡張されるので、全体的な圧縮比率は 1 未満となります。     
  • CPU に過度の負荷をかけたことが原因で 1 未満の圧縮率が発生した場合。必要な計算を実行するためのサイクルが残っていないルータ上でソフトウェア圧縮を実行すると、圧縮処理が停止します。  この結果として、圧縮率が 1 未満になる現象が現れることがあります。唯一の解決策は、いくつかのリンクから圧縮を取り除くか、またはハードウェア圧縮モジュールを装着するかのいずれかです。

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