非同期転送モード(ATM) : ATM トラフィック管理

ATM VC 用使用可能ビット レート(ABR)サービス カテゴリ

2003 年 7 月 1 日 - ライター翻訳版
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目次


概要

ATM フォーラムは、ATM テクノロジー利用促進を目的に、マルチベンダーを推奨しています。 トラフィック管理仕様 leaving cisco.comバージョン 4.0 には、5 つの ATM サービス カテゴリが定義されており、ネットワークへ転送されるトラフィックとそれぞれのトラフィックに必要となるQuality of Service (QoS)について説明しています。 5 つのサービス カテゴリには、次のものがあります。

  • 固定ビット レート(CBR)
  • 非リアルタイム可変ビット レート(VBR-nrt)
  • リアルタイム可変ビット レート(VBR-rt)
  • 使用可能ビット レート(ABR)
  • 未指定ビット レート(UBR)

この文書では、主に ABR について説明します。

ABR とは何か

ルータ上で ATM 仮想回線を ABR サービス カテゴリに割り当てると、ネットワーク上、またはエンドツーエンド転送パス上でその時使用可能な帯域幅により変動するレートで転送を行います。 ネットワークが輻輳しており、他の送信元デバイスが送信中の場合、使用可能な帯域幅は相当制限されます。一方、ネットワークが輻輳していない場合、アクティブなデバイスには十分な帯域幅が用意されることになります。 ABR カテゴリでは、こうした余った帯域幅を利用して、ルータなどのエンドシステム デバイスの転送レートを増大させることができます。 したがって、ABR カテゴリでは、 ABR VC は、ネットワークのどのポイントでも、その時々に利用可能な帯域幅を利用できます。

ABR VC は、送信元 ルータをバインドし、ATM スイッチネットワークに接続します。 この接続の一環として、送信元ルータは、ネットワークが輻輳しているかどうかを示す情報を検査し、必要に応じて送信元 転送レートに適応することに合意します。その代わり、ATM スイッチ ネットワークは、ネットワーク輻輳時にはピーク送信速度の制限に合わせます。廃棄セルと送信セルとの比率をセル廃棄率(CLR)といいます。

ABR VC は、クローズド ループ モデルを採用しています。クローズド ループ モデルでは、送信元ルータは、データセルまたは順方向リソース管理(RM)セルと呼ばれる特殊なセルを ATM ネットワークへ送信します。 これらのセルがエンドツーエンド パスを通ると、ATM ネットワークのスイッチがビットを設定します。 送信先ルータでは、これらのセルが逆方向 RM セルに変えられます。特定のビットまたはフィールドを設定する事によって、ATM ネットワークおよび送信先ルータは、ネットワークまたは送信先における帯域幅の変動に対応して送信元レートを制御するためのフィードバックを行います。

ABR サービス カテゴリは、ファイル転送、その他のバースティ データ、非リアルタイム トラフィックを送信するためのVC 用に設計されており、VCが設定されアクティブなときに利用できる、最小セル レートで指定された帯域幅に制限されます。 ABR は、送信元から送信先ルータへの遅延または遅延の変動が変わりやすく、時には大きな値になるので、リアルタイムでの使用には向きません。CBR および VBR サービス カテゴリでは、スループット や遅延において、厳密な境界を要求するアプリケーションに対応しています。

リソース管理セル

リソース管理(RM)セルは、ヘッダーのペイロード タイプ フィールドがバイナリ値 110に設定された標準の 53 バイト ATM セルです。 順方向 RM セルは、同一 VC 上の送信先エンドシステムへ、RM セルの数(NRM)パラメータで定義された間隔で、データセルとして送信されます。 デフォルトでは、送信元ABR デバイスは、順方向 RM セルを32 データセル間隔で送信します。

RM セルは、次の表に示すいくつかのキー フィールドからなります。

フィールド

バイト

説明

ヘッダー

1 〜 5

ATM ヘッダー

ID

6

プロトコル ID

メッセージ タイプ

7

各種制御ビット(下記参照)

ER

8 〜 9

明示セル レート

CCR

10 〜 11

現在のセル レート

MCR

12 〜 13

最小セル レート

QL

14 〜 17

キューの長さ

SN

18 〜 21

シーケンス番号

Rsvd

22 〜 52

予備

CRC-10

52 〜 53

CRC-10

メッセージ タイプ フィールドは、8 ビットからなります。 ABR サービス用の最も重要なビットは次の 2 つです。

輻輳表示ビット(CI):ネットワーク スイッチで設定する。 エンドツーエンドパスの輻輳が原因で送信元のレートが減少すると、送信先で設定されます。

非増加ビット(NI):ネットワーク スイッチまたは送信先で設定され、送信元が現在のレートを継続するべきことを示す(送信元は使用可能セル レートを減少させる必要はありません)。これらのデバイスは、スイッチが輻輳の発生を予測すると、通常 NI ビットを設定します。

ATM データセルの EFCI ビット

標準 ATM セルヘッダーは、5 バイトからなります。 ペイロード タイプ識別子(PTI)フィールドは、3 ビットからなり、それぞれ異なるパラメータを定義します。最初のビットは、セルがユーザ データまたはコントロール データを含むかどうかを示します。セルにユーザデータが含まれる場合、2番目のビットがセルがネットワーク転送中に輻輳があったかどうかを示します。 この 2 番目のビットを、明示的順方向輻輳表示(EFCI)ビットと言います。

ATM ネットワークで最初に実装されたフロー制御メカニズムでは、EFCI ビットを使用しました。 ATM スイッチは、順方向データセルのヘッダーにEFCI ビットを設定し、輻輳の有無を示します。 EFCI ビットが設定されたデータセルを受け取ると、送信先ルータはリソース管理セルに輻輳表示ビットをマークして、輻輳が発生していることを示し、そのリソース管理セルを送信元へ戻します。

ABR パラメータ

ABR レート管理方法の説明の前に、ABR サービスで使用する VC パラメータについて説明します。 次の表は、パラメータについて説明しています。

VC パラメータ

説明

ピーク セル レート(PCR)

送信元が送信できる最大セル レート

最小セル レート(MCR)

送信元ルータが常に送信できるレート

初期セル レート(ICR)

インターフェイスがアクティブになり、アイドル時間の後に送信を始めたときに、送信元ルータが使用すべきレート

使用可能または許容セル レート(ACR)

ネットワークからのダイナミック フィードバックを基に、送信元ルータが送信できる現在の許容レート

レート増加ファクタ(RIF)

送信元インターフェイスが、NI および CI がゼロに設定されたリソース管理(RM)セルを受信したときの転送レートの増加分。 1/32768 と 1 の間の値で、2 の負の累乗で指定されます。

レート低減ファクタ(RDF)

送信元インターフェイスが、CI ビットがゼロに設定された RM セルを受信したときの転送レートの減少分。 1 と 1/32768 の間の値で、2の累乗で指定されます。

RM セルの数(NRM)

RM セル間で送信されるデータセルの数。 デフォルトでは、送信元は、32 データセル間隔でRM セルを 1 つ送信します。 2 と 256 の間の値で、2 の累乗で指定されます。

一次バッファ エクスポージャ(TBE)

戻された RM セルを介して、ネットワークからのフィードバックを受け取る前に、送信元が送信できるセルの数。

固定ラウンド トリップ時間(FRTT)

ランドトリップの推定時間、または RM セルが送信元から送信先へ送信され、戻されるまでの時間。

注: レート パラメータは「セル レート」を使用しますが、Cisco ルータはセル/秒ではなく、ビット/秒だけで動作します。インターフェイスで設定するときは、上の値はビット/秒で表されます。

ABR フロー制御メカニズム

ATM スイッチおよび送信先エンドシステムから送信元デバイスへ輻輳情報を戻す方法として、ABR では次の 3 つがサポートされます。

バイナリ:ATM データセルに EFCI ビットを使用。 ATM データセルの EFCI ビットを参照してください。

相対レート:順方向(送信先へ向かう)または逆方向(送信元へ向かう) RM セルのいずれかに NI および CI ビットを使用。RM セル レートフィールドには実際のレートは設定されません。

明示レート:送信元 ルータが送信できるレートを示すために、逆方向RM セルの明示レートフィールドを使用。 具体的には、明示レートフロー制御法では、送信元ルータは現在の転送レートを Commitment, Concurrency, and Recovery (CCR)フィールドに記します。 中間スイッチは、明示レート(ER)フィールドに値を入れて、決められた時間に許容されたレートで明示的に交信します。 レートの計算値が最小セル レートを下回らない限り、送信元ルータは ER フィールドを読み取り、CCR を ER に一致させます。

上記のフロー制御法はレートに基づいており、ATM スイッチ ネットワークは送信元が転送できるレートで交信します。レートに基づいたメカニズムは、特定の VC が利用できるバッファ スペースの量で交信する、クレジットに基づいたメカニズムとは明らかに異なります。 クレジットに基づいたメカニズムでは、送信元デバイスが、ネットワークがデータをバッファできると確認した場合に限り交信できます。

明示レート ABR は、一般的に ATM WAN スイッチで展開され、Cisco 8400 IGX および 8800 MGX ATM スイッチなどの製品で使用されます。 相対レート ABR はキャンパスに向いており、Cisco Lightstream 1010 および Catalyst 8510 のATM スイッチルータでサポートされています。 Catalyst 8540 は EFCI マーキングだけをサポートしています。 EFCI は通常、明示レートも相対レートもサポートしない、従来の ATM スイッチとの下位互換性のために使用されます。

輻輳管理方式は、フィードバックパスの遅延時間が最短のとき、最適に動作します。 相対レート モードはフィードバック遅延を大幅に短縮し、EFCI モードよりも優れたパフォーマンスを提供します。それは、送信先エンドシステムが順方向 RM を切り替え、EFCI ビットを逆方向 RM セルの CI ビットにマッピングするのではなく、送信元 の逆方向 RM セルに切り替え、輻輳表示を送信するからです。

Cisco ATM ルータインターフェイスは、これら3 つ全てのABR レート管理メカニズムを実装しています 。 特定のメカニズムを選択するオプションはありませんがルータは、着信 RM セルの方式および表示に適応します。つまり、どのメカニズムを使用するかは、ATM スイッチの設定により決まります。

ABR 設定パラメータ

旧型または新型 PVC コマンドのいずれを使用しても、ABR サービス カテゴリに PVC を割り当てられます。 旧型PVC コマンドは、次の例のように、すべての設定オプションを 1 行で表示します。

interface atm slot/port
 atm abr rate-factor <1/RIF> <1/RDF>
 atm pvc <vcd> <vpi> <vci> <encapsulation> abr <pcr> <mcr> <oam> 

新型 PVC コマンドでは、VC 設定モードで 2 つの値を設定します。

interface ATM slot/port
 PVC <vpi>/<vci>
  abr <pcr> <mcr>
  abr rate-factor <1/RIF> <1/RDF>

新型 PVC コマンドの出力を見ていくと、最初の行の設定では、PCR および MCRの kbps レートを指定します。 PCR とは、送信元 ルータが送信できる最大レートのことです。 MCR はゼロに設定するか、または輻輳時でも送信元ルータの帯域幅の最小レートを保証するために使用します。

次の行では、ACR を増加または減少させる、レートを制御する値を定義します。 RIF、RDF共にデフォルト値は 1/16 です。 デフォルト値の使用を推奨します。

RM セルを受信すると、送信元ルータは最初に CI ビットを見ます。 CI ビットが設定されていると、送信元は最低でも ACR x RDF(ただし、MCR 値は超えない)だけ ACR を減少させます。 CI ビットが設定されていないと、送信元は PCR 値を最大として、RIF x PCR まで ACR を増加させます。 送信元は次に、NI ビットを見ます。NI がゼロの場合、送信元はACR を増加しません。 送信元ルータが明示レートを使用している場合、(CI ビットを基に新しい ACRを計算してから)ER フィールドを見て、新しい ACR または ERF のいずれか小さい方にレートを調整します。

abr negotiation コマンドは、相手先選択接続(SVC)のパラメータネゴシエーションの間、最小レートを指定します。 ルータは Q.2931 シグナリング SETUP メッセージで最小許容トラフィック識別子情報要素(IE)のこれらのパラメータを送信します。 ネットワークが要件を満たさない場合、コールはクリアされます。

no abr negotiation コマンドは、影響のある SVC では ABR レート ネゴシエーションが発生しないように指定します。 つまり、最小許容トラフィック識別子 IE は、SETUP メッセージには含まれません。

ABR インターフェイス ハードウェア

Cisco IOS ® ソフトウェア リリース 11.1CA および 12.0 (x)T では、一握りの ATM ルータ インターフェイス上で ABR VC のサポート を導入していましたが、現在では次のものも含まれます。

PA-A2

PA-A3

NM-1A-OC3

NM-1A-T3 および NM-1A-E3

    NM-4T1/8T1-IMA および NM-4E1/8E1-IMA

次のセクションでは、それぞれのインターフェイス タイプ上で、どのように ABR が実装されているかを説明します。

PA-A3 上の ABR

Cisco IOS ソフトウェア は、12.0 (4)T および 12.0 (5)S にて、7x00 シリーズ用 PA-A3 アダプタ上での ABR サービス クラスのサポートを導入しました。 ABR は、現在 Cisco IOS ソフトウェアの 12.1 メインライン、12.1T および 12.1Eトレイン でもサポートされています。

注:12.0 メインラインではサポートされていません。

12.0T トレインをご使用の場合 、最低でも 12.0(7)T(のちに 12.1 (x)メインラインになります)または 12.0(8)S の使用を推奨します。それ以前の場合、PA-A3 は順方向 RM セルは受信できますが、逆方向 RM セルを生成して応答できない可能性があります。 この問題については、Cisco Bug ID CSCdp31471 を参照してください。 show atm vc {vcd}での表示で、順方向 RM セル が受信されていないことが分かります。

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。

12.1 メインラインをご使用の場合、バージョン12.1 (5)以降を使用すると、Cisco Bug ID CSCds01236 および CSCds35103 に記述された問題を回避できます。

PA-A3 上の ABR サービスは、レート管理の3つのすべてのモードを実装します。 PA-A3 が受信 RM セルの方式および表示に適応すると、自動的にモードが選択されます。

ネットワーク モジュール上の ABR

マルチサービスルータ 2600 および 3600 用 ATM ネットワーク モジュールは、最大 100 の ABR VC をサポートします。 次の表に示すように、それぞれのモジュールは、限られた数の PCR 値をサポートします。 Cisco bug ID CSCdt57977 の 修正によりこれらの値は変わりました。ルータは設定値に近いサポートされた値を適用します。すべての値は、ビット/秒で表されます。

モジュール

サポートされている PCR 値

NM-8E1-IMA

15170700, 13238948, 11501092, 9544357, 7585350, 5750546, 3792675, 1896337, 63591

NM-4E1-IMA

7585350, 5750546, 3792675, 1896337, 63591

NM-8T1-IMA

12136561, 10736991, 9106850, 7589042, 6127890, 4553425, 3063945, 4553425
3063945, 1531973, 63541

NM-4T1-IMA

6068280, 4553425, 3063945, 1531973, 63541

NM-1A-OC3

148772272, 124871490, 99962664, 74971680, 43978976, 25595184, 15975589, 9991030, 3993897, 1919647, 1535728, 767864, 383929, 64016

ABR VC を VC クラスまたは VC モードに設定するときは、入力した MCR 値は無視されます。 設定が明らかでない場合でも、MCRはゼロになります。

Cisco ATM スイッチ ルータ上の ABR

Catalyst 8540 は EFCI マーキングだけをサポートしています。 Catalyst 8510 およびLightstream 1010 の ATM スイッチルータは、ABR VC の EFCI マーキングおよび相対レートフロー制御法をサポートします。 atm abr-mode {efci | relative-rate | all} コマンドは、ATM スイッチルータが ABR 接続でレート管理にどの方法を使用するかを指定します。次の例では、輻輳している ABR 接続にセルが到達した場合に、スイッチ全体をどのように設定し、EFCI ビットを設定するかを説明します。

Switch(config)#atm abr-mode efci 

ABR 輻輳通知モード設定を表示するには、show atm resource コマンドを使用します。

Switch>show atm resource 
Resource configuration:
Over-subscription-factor 8 Sustained-cell-rate-margin-factor 1% 
 Abr-mode: efci
 
 Service Category to Threshold Group mapping:
   cbr 1 vbr-rt 2 vbr-nrt 3 abr 4 ubr 5
 
 Threshold Groups:
 Group Max    Max Q  Min Q   Q  thresholds Cell  Name
       cells  limit  limit   Mark Discard  count
       instal instal instal
 ---------------------------------------------------
 1     65535   63     63     25 %   87 %   0  cbr-default-tg
 2     65535   127    127    25 %   87 %   0  vbrrt-default-tg
 3     65535   511    31     25 %   87 %   0  vbrnrt-default-tg
 4     65535   511    31     25 %   87 %   0  abr-default-tg
 5     65535   511    31     25 %   87 %   0  ubr-default-tg
 6     65535   1023   1023   25 %   87 %   0  well-known-vc-tg 

ABR VC にゼロ以外の最小セル レート(MCR)を設定するには、スイッチ ルータには、フィーチャ カード フロー単位キューイング(FC-PFQ)が付いており、ソフトウェアバージョン 11.2 (8)以降を使用する必要があります。 ルート プロセッサにフィーチャ カード クラス単位キューイング(FC-PCQ または FC1)が付けられている場合、ゼロ以外の最小セルレート(MCR)はサポートされません。

WAN スイッチ上の ABR

Cisco Stratacom WAN スイッチでは、次の 2 つのタイプのいずれかで ABR VCS を設定できます。

  • ABR 標準(ABRSTD)
  • ABR with Foresight(ABRFST)

cnfswfunc コマンドで ABRFSTや、VS/VD 付き ABRSTD のいずれも有効になっていない場合、ABR 接続のデフォルトタイプは ABRSTD です。 輻輳コントロール用の仮想エンドポイントを追加することにより、ABRSTD 接続に VS/VD 付き ABRSTD を組み込みます。ABRSTD 接続パラメータは制限され、VS/VD 付き ABRSTD セクションに表示されます。 ABRFST または VS/VD 付き ABRSTD 機能は、1つの BPX 上でイネーブルにするだけで、すべてのノードに伝搬されます。

Stratacom スイッチ上での ABR の設定の詳細については、Stratacom コンフィギュレーション ガイドを参照してください。次のリンクをクリックして下さい。

仮想発信元/仮想送信先

上記の説明のように、ABR モデルはクローズド ループ フィードバック メカニズムとして動作します。そこでは、中間スイッチと送信先エンドシステムはデータ セルとRM セルを使用して、ネットワークの輻輳を通知し、送信元 が送信できるレートを指定します。 ABR VC のエンドツーエンド パスを分けて、いくつかの中間ポイントでフィードバックループを閉じるように個別制御のセグメントを持たせることが望ましいアプリケーションもあります。この場合、中間デバイスは仮想送信元 または仮想 送信先と呼ばれます。

ATM フォーラムの トラフィック管理仕様 leaving cisco.com4.0 では、仮想送信元/仮想送信先(VS/VD)の概念が説明されています。VS/VD には、次の 2 つのメリットがあります。

ネットワーク オペレータによる管理境界の設定

  • 距離の短縮による端末間のラウンドトリップ遅延の減少
  • VS/VD 動作は、Catalyst 8500 または ATM スイッチ用 LightStream 1010 シリーズではサポートされていません。

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