WAN : データ圧縮

データ圧縮について

2002 年 6 月 1 日 - ライター翻訳版
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目次


概要

データ圧縮とは、ネットワーク リンクに転送するためにデータ フレームのサイズを小さくすることです。フレームのサイズを小さくすることにより、ネットワーク上でフレームが転送される時間が短くなります。データ圧縮では、伝送リンクの両端で符号化方式が使用されます。文字はリンクの送信側でデータ フレームから取り除かれ、受信側で正確に再配置されます。圧縮されたフレームは帯域幅を占める割合が少なくなるため、同時により多くの量を送信できます。

インターネットワーキング デバイスで使用されるデータ圧縮方式は、ロスレス圧縮アルゴリズムと呼ばれます。これらの方式では、元のビット ストリームが正確に再生され、内容の損失や劣化は生じません。この機能は、ルータなどのデバイスでネットワークにデータを送信するために必要です。インターネットワーキング デバイスで最も一般的に使用されている圧縮アルゴリズムは、Stacker 圧縮アルゴリズムと Predictor 圧縮アルゴリズムの 2 つです。

Stacker 圧縮

Stacker 圧縮は、Lempel-Ziv 圧縮アルゴリズムをベースとしています。Stacker アルゴリズムでは、連続的な文字のストリームを符号で置き換える符号化ディクショナリを使用します。この符号で表現されるシンボルがメモリ内に辞書形式のリストで保存されています。符号と元のシンボルとの間の関係は、データが変化するに従って変化するため、この方法はデータの変化に迅速に対応します。この柔軟性は、LAN 上で送信されるデータにとっては特に重要です。それは WAN 上では大量の異なるアプリケーションが同時に転送されるからです。さらに、データに変化があると、ディクショナリも追随して変化するので、トラフィックのさまざまなニーズに適応します。

Predictor 圧縮

Predictor 圧縮アルゴリズムは、索引を使用して圧縮ディクショナリでシーケンスを検索することにより、データ ストリーム内の次の文字シーケンスの予測を試みます。次にデータ ストリーム内の次のシーケンスが予測と一致するかどうかを検査します。一致した場合、そのシーケンスは辞書内で検索されたシーケンスに置き換えられます。一致しない場合、このアルゴリズムは索引で次の文字シーケンスを探し、このプロセスを再開します。索引は、入力ストリームから最新の文字シーケンスをいくつかハッシングして自分自身を更新します。

シスコのインターネットワーキング デバイスでは、Stacker 圧縮アルゴリズムと Predictor 圧縮アルゴリズムを使用しています。Compression Service Adapter(CSA; 圧縮サービス アダプタ)では、Stacker 圧縮アルゴリズムだけをサポートしています。

Cisco IOS データ圧縮

業界標準の圧縮仕様は存在しませんが、Cisco IOS® ソフトウェアでは、Hi/fn Stac Limpel Zif Stac(LZS)、Predictor、および Microsoft Point-to-Point Compression(MPPC)など、いくつかのサードパーティによる圧縮アルゴリズムをサポートしています。これらは、データを接続ごと、またはネットワークのトランク レベルで圧縮します。

圧縮は、パケット全体、ヘッダーのみ、またはペイロードのみをベースとして行うことができます。これらのソリューションの成否は、圧縮率やプラットフォームの遅延などから簡単に計測することができます。

Cisco IOS ソフトウェアでは、次のデータ圧縮製品をサポートしています。

  • FRF.9、フレーム リレーの圧縮用

  • LZS を使用する平衡型リンク アクセス手順(LAPB)ペイロード圧縮、または、LZS を使用する Predictor ハイレベルデータリンク制御(HDLC)

  • カプセル化されたトラフィックの X.25 ペイロード圧縮

  • LZS を使用するポイントツーポイント プロトコル(PPP)、Predictor、および Microsoft ポイントツーポイント圧縮(MPPC)

しかし、圧縮が常に適切であるとは限らず、次のような影響を及ぼす場合もあります。

  • 標準でない:Cisco IOS ソフトウェアではいくつかの圧縮アルゴリズムをサポートしていますが、これらは独自のものであり、必ずしも相互運用できるとは限りません。

    注: 圧縮トランザクションの両側では、同じアルゴリズムがサポートされている必要があります。

  • データ タイプ:圧縮されているデータのタイプによって、同一の圧縮アルゴリズムで異なる圧縮率が生じます。あるデータ タイプでは他に比べて本質的に圧縮効率がよく、最大で 6:1 の圧縮率も実現することがあります。シスコでは Cisco IOS の圧縮率を控えめに平均して 2:1 としています。

  • プロセッサの使用:ソフトウェアによる圧縮ソリューションは、ルータの貴重なプロセッサ サイクルを消費します。ルータは、管理、セキュリティ、およプロトコル変換などの機能もサポートする必要があるため、大量のデータの圧縮によってルータの性能が落ち、ネットワークに遅延が発生するおそれがあります。

シスコのハードウェアでの圧縮

Cisco 7000 プラットフォーム

CSA では、Cisco Internetwork Operating System(Cisco IOSTM; シスコ インターネットワーキング オペレーティング システム)の圧縮サービスのために、ハードウェアによる高速な圧縮を実行しています。この機能は、Cisco 7500 シリーズ、7200 シリーズ、および 7000 シリーズ ルータを装備した RSP7000 で動作しています。

CSA は、中央のサイトで高速の圧縮を提供します。ここでは Cisco IOS ソフトウェア ベースの圧縮を使用しているリモートのシスコ ルータから、複数の圧縮ストリームを受信します。CSA は、中央の RSP7000、7200、および 7500 の中央処理エンジンから圧縮アルゴリズムをオフロードし、ルータはルーティングや他の特別なタスクの処理に専念させることで、ルータの性能を最大化します。

Cisco 3620 および 3640 プラットフォーム

圧縮ネットワーク モジュールは、圧縮に必要な集中処理をメインの CPU から肩代わりすることにより、Cisco 3600 シリーズの圧縮帯域幅を大幅に向上します。ここでは、全二重の圧縮と圧縮解除をサポートする専用かつ最適化されたコプロセッサの設計を使用しています。圧縮はリンク層またはレイヤ 2 で行われ、PPP とフレーム リレー用にサポートされています。

低速の WAN での圧縮は、たいていはメインの Cisco 3600 シリーズの CPU で実行されている Cisco IOS ソフトウェアで行われます。Cisco 3620 の場合、この帯域幅は T1/E1 レートを大幅に下回り、Cisco 3640 の場合は T1 レートに近くなります。しかし、Cisco 3600 システムがプロセッサ集中する他のタスクを並行して実行している場合は、このレートに達することはできません。圧縮ネットワーク モジュールは、メイン CPU の負荷を肩代わりするため、Cisco 3620 および Cisco 3640 での圧縮帯域幅が 2 E1 全二重(2 x 2.048 Mbps 全二重)にまで向上し、これと同時に他のタスクの制御も可能になります。この帯域幅をシングル チャネルまたは回線用に利用するか、128 と同程度まで応用することができます。実例の範囲は E1 または T1 専用回線から 128 ISDN B チャネルまたはフレーム リレー仮想回線までです。

Cisco 3660 プラットフォーム

Cisco 3660 シリーズ用のデータ圧縮 Advanced Integration Module(AIM)は、2 つある Cisco 3660 内部 AIM スロットの片方を使用しています。外部スロットは、統合アナログ音声/ファックス、デジタル音声/ファックス、ATM、channel service unit/digital service units(CSU/DSU; チャネル サービス 装置/デジタル サービス装置)、およびアナログ モデムやデジタルモデムで使用できるように空いています。

データ圧縮技術によってフレーム サイズが小さくなるので、帯域幅が最大限に活用され、WAN リンクのスループットが向上します。その結果、リンク上でより多くのデータを送信できます。ソフトウェア ベースの圧縮機能ではフラクショナル T1/E1 レートをサポートできますが、ハードウェア ベースの圧縮ではプラットフォームのメイン プロセッサを肩代わりし、さらに高度なレベルのスループットを提供します。データ圧縮 AIM は、他のトラフィックに遅延を生じることなく、最大 4:1 の圧縮比で 16-Mbps の圧縮データのスループットをサポートします。これは、圧縮されたデータで満たされた 4 本の T1 または E1 回線を双方向で同時に維持するに十分な性能です。データ圧縮 AIM では、LZS と Microsoft Point-to-Point Compression(MPCC;Microsoft ポイントツーポイント圧縮)アルゴリズムをサポートしています。

Cisco 2600 プラットフォーム

Cisco 2600 シリーズのデータ圧縮 AIM は、Cisco 2600 の内部 AIM スロットを使用します。外部スロットは、統合 CSU/DSU、アナログ モデム、または音声/ファックス モジュールのために空いています。

データ圧縮 AIM では、圧縮されたデータのスループットを他のトラフィックの遅延なしで 8Mbps でサポートします。さらに、LZS と Microsoft Point-to-Point Compression(MPCC; Microsoft ポイントツーポイント圧縮)アルゴリズムをサポートしています。


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