非同期転送モード(ATM) : ATM トラフィック管理

ATM リアルタイム サービス カテゴリに対するルータのサポートについて

2002 年 10 月 29 日 - ライター翻訳版
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目次


概要

マルチサービス アプリケーションの需要が高まるにつれて、ATM リアルタイム接続(Constant Bit Rate(CBR; 固定ビット レート)および Variable Bit Rate Real Time(VBR-rt; 可変ビット レート - リアルタイム))は、ネットワーク管理者が選択する一般的な転送手段になりつつあります。 この文書では、ルータがどのようにしてこれらのリアルタイム サービス カテゴリをサポートできるかを理解するために重要な、主な概念について説明します。

サービス カテゴリ、トラフィックおよび QoS パラメータ

ATM フォーラムのトラフィック管理仕様 4.1(TM 4.1)では、CBR と VBR-rt を、「厳格に制約された遅延および遅延変動を必要とする、音声およびビデオ アプリケーションのためのもの」として定義しています。 圧縮された音声およびビデオのフローは VBR-rt の理想的な用途ですが、CBR の主な目的は、Circuit Emulation Service(CES; 回線エミュレーション サービス)の伝送です。

最初に理解すべき重要な概念は、TM 4.1 はその他の ATM 標準と同様に、ATM ネットワークのみに関連しているサービスの側面について述べているということです。 次に、TM 4.1 の一部を引用します。

「ネットワークは、各 Quality of Service(QOS)パラメータの、1 つまたは複数のパフォーマンス目標をサポートできます。 ある接続の各方向に関して、ネットワークとエンドシステムの間で、特定の QoS がネゴシエートされます。 ネゴシエートされたトラフィック 契約にエンドシステムが適合する限り、ネットワークはネゴシエートされた QoS を満たす、または超過することに同意します。」
ATM フォーラムの用語では、ルータはエンドシステム、つまり(ATM ノードおよびネットワークによりスイッチングされるのではなく)セルが発信および終端される(SAR プロセス)デバイスになります。 引用した上記のパラグラフの重要な意味は、どのようなサービス カテゴリが使用されていても、ATM ネットワークに対するルータの唯一の義務は、ネゴシエートされたトラフィック コントラクトとそのパラメータに準拠することである、ということです。

したがって、次の表に示すように、さまざまなサービス カテゴリに対するルータのサポートは、Peak Cell Rate(PCR; ピーク セルレート)、Sustainable Cell Rate(SCR; 平均セルレート)、Maximum Burst Size(MBS; 最大バースト サイズ)、Minimum Cell Rate(MCR; 最小セルレート)などの関連するトラフィック パラメータのみでグループ化できます。
 

サービス カテゴリ エンドシステムで適用可能なトラフィック パラメータ
CBR、UBR、UBR+ PCR
VBR-rt、VBR-nrt PCR、SCR、MBS
ABR PCR、MCR

: UBR+ は UBR とまとめて分類されていますが、これは、シスコ ルータの実装では MCR に対して実際のシェーピング レートは変更されず、したがってこのパラメータには情報を通知する機能しかないためです。

上記に関係するもう 1 つのトラフィック パラメータとしては、Cell Delay Variation Tolerance(CDVT; セル遅延変動許容値)があります。 このパラメータは、接続されたデバイスによるアグレッシブな送信(バックツーバックまたは間隔が非常に狭いセル)に対するネットワーク インターフェイスの許容レベルを測定します。また、このパラメータはエンドシステムには適用されません。 TM 4.1 では、QoS パラメータの追加セットも定義されています。 これらの中で、最も重要であるのは次のものです。

  • ピークツーピーク セル遅延変動(ピークツーピーク CDV)
  • 最大セル転送遅延(max CTD)
  • Cell Loss Ratio(CLR; セル廃棄率)
TM 4.1 では、これらのパフォーマンス パラメータは ATM ネットワークにのみ適用され、ルータには適用されないと規定されています。
「ATM 層の Quality of Service(QoS)は、ATM 層接続のパフォーマンスを特徴付けるパラメータのセットにより測定されます。 これらの QoS パラメータにより、ATM 層でのエンドツーエンド ネットワーク パフォーマンスが数量化されます。」
WAN アプリケーション向けに設計されたすべてのルータ ATM インターフェイスは、上記の表の、少なくとも最初から 2 番目までの「クラス」をサポートしています。 Segmentation and Reassembly(SAR)スケジューラにより決定される正しいレートでルータがセルを送信する限り、そのルータは ATM トラフィック コントラクトに完全に準拠していることになります。 リアルタイム VC で送信されるセルが迅速に配送されるようにすることは、ATM ネットワークの単独の責任になります。

この点を考慮すると、ルータが CBR に関する明示的な設定構文を持たない場合、トラフィック コントラクトに準拠するために、ユーザは目的の PCR を持つ Unspecified Bit Rate(UBR; 未指定ビット レート)接続を設定するか、PCR=SCR(MBS による影響のない)である VBR 接続を設定することができます。 同様に、VBR-rt 接続を使用するには、この接続をルータ上で「レギュラ」または VBR-nrt として設定すれば十分です。

ATM インターフェイスで 1 つの VC が設定されている場合、または複数の VC であっても伝送するトラフィック タイプ(たとえば、コア ルータとレイヤ 3 QoS 設定を接続する VC)が完全に均質である場合、すでに説明した設定でどのような選択が行われても、特に問題はありません。 正確なサービス カテゴリの選択が重要であるのは、次のセクションで説明するように、異なる VC で異なるトラフィック タイプが伝送され、VC レベルのプライオリティ設定が必要である場合のみです。

ルータ SAR スケジューラと VC プライオリティ設定

ATM インターフェイスが複数の VC を使用して設定され、これらの VC の 2 つ以上が同時に、アクティブに送信を行っている場合、2 つの VC の理想のセルレートに基づいて SAR スケジューラは同時に(つまり同一のセルスロットで)2 つのセルを送信しようとする場合があります。 このイベントは「衝突」と呼ばれ、その確率は同時に送信する VC の数と、物理回線速度との相対的なレートに比例します。

セルの衝突が発生した場合、実装に固有のプライオリティ設定スキームにより、理想レートを達成する時間でどの VC がセルを送信するか、およびどの VC がそのセルを(さらに衝突が発生する可能性がある)次のセルスロットに「バンピング」するかを決定する必要があります。 極端な状況下(つまりリンクがオーバーブッキング状態である場合)でも、強固な SAR 実装は、送信中のインターフェイスでセルを廃棄することはありません。 その代わりに、「セルスロットに割り当てられなかった」VC は、セルを単に非常にゆっくりと送信するか、全く送信しなくなります。 これを次の図 1 に示します。

Implementation-specific prioritization process

図 1: SAR スケジューラが同時に 2 つのセルを送信しようとする場合の、実装固有のプライオリティ設定プロセス。

このような場合に、エンドシステムがどのように動作しなければならないかを指示する基準はないため、すべては実装に委ねられます。 直観的には、ATM ネットワークの入口におけるジッタと、超過 CDTV の可能性が最小になるように、リアルタイム クラスからの VC に対して最初にサービスを提供する必要があると考えられます。 しかし、競合する VC が同じサービス カテゴリである場合、最終決定のためのさらなるレベルを使用する必要があります。 これには、次のセクションで説明する、VC と関連付けられた優先順位を使用できます。

Cisco PA-A3 の実装

拡張 ATM ポート アダプタ(PA-A3)は、ATM ネットワークに接続される、最も多用途で最も広く使用されるハイエンド ルータ インターフェイスです。 当初は Cisco 7500 および 7200 ルータ シリーズ用に開発されましたが、Cisco 7600 Optical Services Router(OSR)FlexWan でもサポートされています。 これは、CBR および VBR-rt の接続を設定するための明示的 CLI を提供する、シスコ ルータの ATM インターフェイスの 1 つです。

Cisco IOS(R) ソフトウェア リリース 12.2(5) とその派生バージョンのリリースの前では、PA-A3 用のソフトウェア ドライバおよびファームウェアは、このような明示的コマンドをサポートしていませんでした。またファームウェア スケジューラは、ユーザ定義可能な 4 レベルの VC プライオリティ設定メカニズムを実装していました。 7200 シリーズに関する Cisco Bug ID CSCdv04389 および 7500 シリーズに関する CSCdv84038 に伴う変更により、CBR と VBR-rt に対する CLI レベルでのサポートが有効になり、セル衝突が発生した場合の最終決定に使用される優先順位が 6 つに増加します。 (priority コマンドで、いつでもユーザによる調整ができますが)デフォルトでは、現在これらの優先順位は次のようになっています。

  • 0 CBR、制御
  • 1 AAL5 または AAL2 VoATM VC(任意のサービス カテゴリ)
  • 2 VBR-rt
  • 3 VBR-nrt
  • 4 ABR
  • 5 UBR、UBR+
ただし、これらを変更しても既存のスケジューラの機能には全く影響を及ぼさないため、すでに説明したとおり、CBR および VBR-rt 接続は古いソフトウェア バージョンとでも使用できます。

PA-A3 ポート アダプタの設計と完成度により、このポートを使用するプラットフォームで、卓越したレベルの安定性、豊富な機能、およびすべてのアプリケーションにおけるパフォーマンスを達成できることは、注目に値します。 例として、ATM トラフィック アナライザを使用して取得した次のスナップショットは、優れたレベルのシェーピング精度を示しています。 図 2 に示すテストの間、ルータは、オーバーブッキング状態の OC-3 インターフェイスで、さまざまなトラフィック カテゴリからなる複数の VC を送信しています。 すべてのテスト ケースにおいて、優先順位が最高である CBR VC はジッタのないセルの到着間隔を維持し、優先順位の低い VC といった送信元デバイスにおけるセルの廃棄は全く発生しませんでした。

Level of shaping accuracy

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図 2: ATM トラフィック アナライザから取得されたシェーピング精度のレベル。

PVC と SVC の影響

ATM Permanent Virtual Circuit(PVC; 相手先固定接続)を使用すると、ルータと ATM ネットワークは、もう一方のエンティティにより適用されるトラフィック パラメータを全く意識しません。 場合によっては、以前のパラグラフで説明したように、このことにより一致しないトラフィック パラメータやサービス カテゴリを意図的に設定することもできます。 ただし、Switched Virtual Circuit(SVC; 相手先選択接続)を使用する場合は、ATM ネットワークはエンドシステムとトラフィック パラメータの情報を交換するため、目的のトラフィック オプションを特別にサポートするように、両方を準備および設定する必要があります。 この交換が正しく完了するためには、リアルタイム接続の場合、ルータは以前に説明した明示的な CBR および VBR-rt CLI をサポートする必要があります。

最後に

ATM PVC を使用する場合、CBR および VBR-rt 接続は、VBR をサポートするすべてのシスコ ルータで直ちに使用できます。 特定のプラットフォームとソフトウェアのレベルに応じて、明示的なコマンドラインのサポートは、存在する場合と存在しない場合があります。 SVC を使用して正確な処理を実行するには、これらのリアルタイム サービス カテゴリに対して、代わりに CLI をサポートする必要があります。


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