非同期転送モード(ATM) : ATM フレーム リレー間インターワーキング

フレームリレー/ ATM 間サービス インターワーキング(FRF.8)PVC でのトラフィック シェーピングの設定

2014 年 2 月 19 日 - ライター翻訳版
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目次


概要

両端にある ATM とフレームリレーを接続する Wide-Area Network(WAN; ワイドエリア ネットワーク)リンクを構築する際に、考慮すべき最も重要な要素の 1 つが、適切なトラフィック シェーピングです。適切なトラフィック シェーピングを行わないと、リンクのミスマッチが生じます。ネットワーク リンクが、高速リンクから比較的低速のリンクにデータを転送する場合は常に、高速リンクからの余剰データをバッファリングするネットワーク デバイスでは、パケットが廃棄される場合があります。

この文書では、フレームリレーと ATM に対して定義されるトラフィック シェーピング パラメータを紹介します。また、FRF.8 サービス インターワーキング接続の両端でシェーピング パラメータを一致させ、スムーズなネットワーク パフォーマンスを確保するための、Frame Relay Forum(FRF; フレームリレー フォーラム)の勧告による数式についても説明します。

ポート速度

各物理インターフェイスは、ラインレートとも呼ばれるポート速度により定義されます。ポート速度は、物理インターフェイスが 1 秒間に送受信できる最大ビット数を表します。たとえば、PA-A3-T3 ATM ポート アダプタには、レイヤ 2 の ATM およびレイヤ 1 の DS-3 からなる単一ポートが搭載されています。PA-A3-T3 のポート速度は、44209 kbps、つまり 45 Mbps です。

Data Communications Equipment(DCE; データ回線終端装置)として設定されているシスコ シリアル インターフェイスでは、clock rate コマンドでポート速度を落とすことができます。ポート速度は、アクセス インターフェイスのクロック速度に関連します。デフォルトでは、クロック速度は設定されておらず、ネットワーク インターフェイスはハードウェアに依存するデフォルトを使用します。

デフォルトのトラフィック シェーピング パラメータ

トラフィック シェーピング パラメータを指定せずに ATM Permanent Virtual Circuit(PVC; 相手先固定接続)を設定した場合、ルータは、Peak Cell Rate(PCR; ピーク セルレート)がインターフェイスのポート速度に設定されている PVC を作成します。次の例は、Virtual Circuit Descriptor(VCD; 仮想回線ディスクリプタ)、Virtual Path Identifier(VPI; 仮想パス識別子)および Virtual Circuit Identifier(VCI; 仮想チャネル識別子)の値を指定するだけで、「PeakRate」パラメータが DS-3 ポート速度の 44209 kbps に等しい PVC が、どのように作成されるかを示しています。PVC のトラフィック シェーピング パラメータを表示するには、show atm pvc {vpi/vci} コマンドを使用します。
interface atm1/1/0.300 multipoint
   
   
   
    pvc 3/103
   
   !--- 新スタイルの PVC コマンドの使用。
interface atm1/1/0.300 point
   
   
   
    atm pvc 23 3 103 aal5snap
   
   !--- 旧スタイルの PVC コマンドの使用。
7500#show atm pvc 3/103
   
   ATM1/1/0.300: VCD: 23, VPI: 3, VCI: 103
   
   PeakRate: 44209, Average Rate: 0, Burst Cells: 0
   
   AAL5-LLC/SNAP, etype:0x0, Flags: 0xC20, VCmode: 0x0
   
   OAM frequency: 0 second(s), OAM retry frequency: 0 second(s)
   
   OAM up retry count: 0, OAM down retry count: 0
   
   OAM Loopback status: OAM Disabled
   
   OAM VC state: Not Managed
   
   ILMI VC state: Not Managed
   
   InARP DISABLED
   
   Transmit priority 4
同じルールが、フレームリレーにも当てはまります。トラフィック シェーピング パラメータを指定せずにフレームリレー PVC を設定した場合、PVC は、ポート速度により定義される最大転送速度を使用します。

フレームリレー トラフィック シェーピングに関しては、bandwidth コマンドがビット レートを形成すると一般に誤解されています。これは正しくありません。bandwidth コマンドが設定するのは、現在の帯域幅を、Open Shortest Path First(OSPF)や Enhanced Gateway Routing Protocol(EIGRP)などの上位レベルのプロトコルに伝達する情報パラメータのみです。bandwidth コマンドを使用しても、フレームリレー PVC の実際の帯域幅は調整できません。

フレームリレー トラフィック シェーピング

この項では、フレームリレー トラフィック シェーピングの概念について説明します。詳細な説明は、この文書の適用範囲外です。フレームリレー トラフィック シェーピングの詳細については、次の文書を参照してください。

次の表に、フレームリレー トラフィック シェーピングで使用するパラメータを示します。
 

パラメータ 説明
Available Rate(AR; 使用可能レート) 物理ライン レートまたはポート速度(bps)。
Time Interval(T または Tc; タイム インターバル) シリアル インターフェイスは、フレームリレー Virtual Circuit(VC; 仮想回線)上で、各タイム インターバルにおいて Bc に等しいビット数を送信します。この間隔の長さは、CIR と Bc に応じて異なります。その長さは、125 ミリ秒を超えることはありません。
Committed Information Rate(CIR; 認定情報レート) VC での平均伝送レート。各タイム インターバルでのトラフィックの平均レート(bps)とも定義されています。
Burst Size Committed(Bc; 認定バースト サイズ) 各タイム インターバルでフレームリレー VC が送信するビット数。Bc が定義するのは CIR 内の「認定された」ビット数で、名前の意味する通り、CIR を超えるビット数ではありません。
Burst Size Excess(Be; 超過バースト サイズ) 最初のタイム インターバルで、フレームリレー VC が CIR を超えて送信できるビット数。

フレームリレー VC に使用できる帯域幅は、ポート速度と CIR で規定されます。すでに説明したように、ポート速度はインターフェイスのクロック速度に関連します。CIR は、フレームリレー キャリアが VC に提供しようとする、エンドツーエンドの帯域幅に関連します。この帯域幅は、VC が接続されている物理ポートのクロック速度からは独立しています。一般的に 1 つのシリアル インターフェイスで、多くのフレームリレー VC がサポートされます。

クロック速度が 64k に定義されているシリアル インターフェイスでは、技術上、CIR が 32k に設定されているフレームリレー VC は、64k までの送信が可能です。CIR を超える帯域幅は、バーストトラフィックと呼ばれます。

ATM トラフィック シェーピング

この項では、ATM トラフィック シェーピングの概念について説明しますが、詳細までは扱いません。

次の表に、ATM トラフィック シェーピングで使用するパラメータを示します。
 

ATM パラメータ
パラメータ 説明
Sustained Cell Rate(SCR; 平均セルレート) ATM VC の全体平均セルレート。ルータでは kbps で定義され、多くの ATM WAN スイッチではセル/秒で定義されます。
Peak Cell Rate(PCR; ピーク セルレート) ATM VC の最大レート。ルータでは kbps で定義され、多くの ATM WAN スイッチではセル/秒で定義されます。
Maximum Burst Size(MBS; 最大バースト サイズ) ピーク セルレートで送信可能なデータの最大量。セルの数で定義されます。

ATM トラフィック シェーピングの詳細については、次の文書を参照してください。

ATM およびフレームリレーでのタイム インターバル

トラフィック シェーピングにより、保証または認定されたシェーピング値よりもトラフィック負荷が上回る場合、いつフレームをバッファリングまたは廃棄するかを、ルータが制御できます。フレームリレーと ATM のトラフィック シェーピングはともに、ある帯域幅のしきい値を超えないように、規制された速度でフレームを送信するように設計されています。ただし、フレームリレーと ATM は、タイム インターバルの概念で異なる点があります。

フレームリレー VC は、各タイム インターバル(T)の任意の時点で、Bc のビット数を送信します。この間隔は CIR と BC から計算され、0 〜 125 ミリ秒の値を取ります。たとえば、フレームリレー PVC の CIR が 64 kb であるとします。BC を 8 kb に設定すると、計算式は次のようになります。

Bc/CIR = Tc
8 kb/64 kb = 8 time intervals
つまり、8 回のタイム インターバルのそれぞれで、フレームリレー VC は 8 kb を送信します。1 秒の期間の終了時点で、VC は 64 kb の送信を完了します。

これに対して ATM は、タイムインターバルをセルユニットで定義し、一連の受信セルのタイムインターバルは Cell Delay Variation Tolerance(CDVT; セル遅延変動許容値)パラメータを使用して定義します。ATM スイッチは、隣接セルの実際の到達レートを理論上の到達時間と比較し、比較的一貫したセル間のギャップとセル間の到達時間を想定します。ATM スイッチは、セル間ギャップの一貫性が比較的低い到達セルの「塊」を補足するために、CDVT 値を使用します。

ATM フォーラムのトラフィック シェーピングに関する勧告

フレームリレー フォーラムは、フレームリレー技術の利用を広めるために、実装協定を定義しています。FRF.8 実装協定は、フレームリレー エンドポイントと ATM エンドポイント間のサービス インターワーキングを定義しています。

FRF.8 のセクション 5.1 では、フレームリレー トラフィックの適合性パラメータと ATM トラフィックの適合性パラメータの間で変換を行うための、トラフィック管理手順を規定しています。トラフィックの適合性は、User-to-Network Interface(UNI; ユーザネットワーク インターフェイス)のユーザ側からの ATM セルが、トラフィック コントラクトに適合しているかどうかを判別するプロセスを規定します。通常、UNI のネットワーク側の ATM スイッチは、セルがコントラクトに適合しているかどうかを判別する Usage Parameter Control(UPC; 使用パラメータ管理)アルゴリズムを使用します。特定の適合性定義は、ATM サービス クラスと、使用されるトラフィック パラメータによって異なります。ATM フォーラムのトラフィック管理仕様 4.0 のセクション 4.3 では、セルの適合性と接続の準拠性を定義しています。

FRF.8 のトラフィック管理手順は、CIR、Bc、Be などのフレームリレー パラメータを、ATM ネットワークにある同等の値にマッピングする方法を定義しています。フレームリレー フォーラムは、このようなマッピングに関しては、次の既存のガイドラインに従っています。

  • ATM フォーラムの B-ICI 仕様の Appendix A
  • ATM フォーラムの UNI 3.1 仕様の Appendix B、Examples 2a および Examples 2b
B-ICI のガイドラインは、実際には、ATM フォーラムの UNI 3.1 仕様で定義されたガイドラインに基づいています。そのため、UNI の適合性の例を理解しておくことが重要になります。

次の表に、UNI 仕様の Example 2a と 2b の主な違いを示します。Example 2a は 3 つの適合性定義を定義していますが、Example 2b が定義するこのような定義は 2 つのみです。両方の Example は、ともに Generic Cell Rate Algorithm(GCRA; ジェネリック セルレート アルゴリズム)を適用することで適合性を定義しています。ATM フォーラムは、トラフィック管理仕様 4.0 で GCRA を定義しています。GCRA は、この文書では扱いません。
 

定義 Example 2a Example 2b
CLP=0+1 の PCR サポートする サポートする
CLP=0 の SCR サポートする サポートする
CLP=1 の SCR サポートする サポートしない

適合性定義それ自体は、Cell Loss Priority(CLP; セル廃棄優先)ビットで定義されます。このビットは、セルが ATM ネットワークを通過する際に極端な輻輳に遭遇した場合に、セルを廃棄すべきかどうかを示します。1 ビット フィールドであるため 2 つの値があり、0 であれば優先度が高く、1 であれば優先度が低いことを示します。

B-ICI は、それぞれの例に関して詳細な式を指定することで、UNI 仕様の適合性定義を基盤として作成されています。Catalyst 8500 などのシスコのキャンパス ATM スイッチは、2 つの Generic Cell Rate Algorithm(GCRA; ジェネリック セルレート アルゴリズム)公式を使用します。以降、この文書では 2 つの GCRA 公式のみを対象として説明しています。

B-ICI 仕様の 2 つの GCRA 式を次に示します。

PCR(0+1) = AR /8 * [OHA(n)] 
SCR(0) = CIR/8 * [OHB(n)]
MBS(0) = [Bc/8 * (1/(1-CIR/AR)) + 1] * [OHB(n)]
注:PCR と SCR の単位はセル/秒です。 AR と CIR の単位は bps です。 パラメータ n は、フレーム内の情報をオクテット数で表したものです

これらの式の目的は、接続の両端で、ユーザ トラフィックの帯域幅を等しくすることです。そのため、各式の最終的な引数は、VC でのオーバーヘッド(OH)の要素を計算する公式になります。オーバーヘッドの要素は、次の 3 つのコンポーネントから構成されています。

  • h1 - 2 バイトのフレームリレー ヘッダー
  • h2 - 8 バイトの AAL5 トレーラ
  • h3 - CRC-16 とフラグからなる、4 バイトのフレームリレー High-Level Data Link Control(HDLC; 高レベル データリンク コントロール)オーバーヘッド
次に、バイト/セルの値を返す、オーバーヘッド公式の内訳を示します。
OHA(n) = Overhead factor for AR = [(n + h1 + h2)/48] / (n + h1 + h3)
   
   
   
   OHB(n) = Overhead factor for CIR = [(n + h1 + h2)/48] / n
注:OHA(n) と OHB(n) のカッコは、「次の整数に切り上げる」ことを意味します。たとえば値が 5.41 であれば、6 に切り上げます。

B-ICI オーバーヘッド公式によって、固定オーバーヘッドは求められます。また、ATM VC は、フレームごとに 0 〜 47 バイトの可変オーバーヘッドを導入して、ATM Adaptation Layer 5(AAL5; ATM アダプテーション レイヤ 5)の Protocol Data Unit(PDU; プロトコル データ ユニット)が、48 バイトの偶数倍になるようパディングを行います。

オーバーヘッド公式では、n はフレーム内のユーザ情報のバイト数を指します。一般的なフレーム サイズ、平均フレーム サイズ、または最悪のケースに基づいて、n の値を使用できます。つまり、ユーザ トラフィックが生成する正確なパケット分配を計算できない場合は、概算値を使用できます。インターネットの IP パケットの平均サイズは、250 バイトです。この値は、次の 3 つの一般的なパケット サイズに由来しています。

  • 64 バイト(コントロール メッセージなど)
  • 1500 バイト(ファイル転送など)
  • 256 バイト(その他すべてのトラフィック)

要約すると、オーバーヘッド要因はパケット サイズにより異なります。小サイズのパケットはパディングが大きくなり、オーバーヘッドが増加する原因になります。

計算例 #1 : ATM からフレームリレー

次の例では、nrt-VBR PVC が設定され、PCR が 768 kbps で SCR が 512 kbps である ATM ヘッド エンドが設定済みであると仮定しています。
 
ATM エンドポイント
interface ATM4/0/0.213 multipoint 
   
   ip address 10.11.48.49 255.255.255.252 
   
   pvc 5 0/105 
   
   protocol ip 10.11.48.50 broadcast 
   
   vbr-nrt 768 512

フレームリレー エンドポイント
interface Serial0/0 
   
   encapsulation frame-relay IETF 
   
   frame-relay lmi-type cisco 
   
   ! 
   
   interface Serial0/0.1 point-to-point 
   
    ip address 10.11.48.50 255.255.255.252 
   
    frame-relay interface-dlci 50

フレームリレー側の CIR を決定する手順を次に示します。

  1. SCR を kbps からセル/秒に変換します。
  2. 512000 * (1/8) * (1/53) = 1207 cells/second
  3. SCR を計算する公式を適用し、可能な限り数多くの値を代入します。オーバーヘッド要因には、値 6/250 を使用します。
  4. 1207 = CIR/8 * (6/250)
  5. CIR を解決するように、式を変更します。
    1207 * 8 * (250/6) = 405,550 bits/sec

計算例 #2 : フレームリレーから ATM

次の例では、フレームリレーの値から ATM シェーピングの値を決定するための手順を示しています。この例では、フレームリレー エンドポイントは次の値を使用します。

AR =   256 kbps
CIR = 128 kbps
Bc =    8 kbps
n =       250(平均インターネット パケット サイズ)

  1. AR のオーバーヘッド要因を計算します。
    OHA(n) = Overhead factor for AR = [(n + h1 + h2)/48]/(n + h1 + h3) 
       
       OHA(250) = [(250 bytes + 2 bytes + 8 bytes)/48] / (250 bytes + 2 bytes + 4 bytes)
       
       OHA(250) = [260 bytes/ 48} / 256 bytes
       
       OHA(250) = 6/256
       
       OHA(250) = 0.0234
       
       
  2. CIR のオーバーヘッド要因を計算します。
    OHB(n) = Overhead factor for CIR = [(n + h1 + h2)/48]/ n 
       
       OHB(250) = [(250 bytes + 2 bytes + 8 bytes)/48]/(250 bytes)
       
       OHB(250) = [260 bytes/48]/ 250 bytes
       
       OHB(250) = 6/250
       
       OHB(250) = 0.0240
       
       
  3. OHA(n) と OHB(n) が求められたため、次の式で PCR、SCR および MBS の値を決定できます。

    PCR の計算
   
   PCR(0+1) = AR /8 * [OHA(n)]
   
   
   
   PCR = 256000 / 8 *(0.0234) 
   
   PCR = 32000/0.0234
   
   
   
   PCR = 749 cells / sec 
   
   
   
   
   
   And converting cells / sec to kbps, we have:
   
   
   
   PCR = (749 cells / sec) * (53 bytes/ cell) * (8 bits / 1 byte)
   
   PCR = 318 kbps

SCR の計算

   
   
   SCR(0) = CIR/8 * [OHB(n)] 
   
   SCR = (128000 / 8 )* 0.240 
   
   SCR =  384 cells / sec 
   
   
   
   And converting  cells / sec to kbps, we have: 
   
   
   
   SCR = (384 cells/ sec) * (53 bytes/ cell) * (8 bits / 1 byte)
   
   SCR =  163kbps
   
   

MBS の計算

MBS(0) = [ Bc/8 * (1/(1-CIR/AR)) + 1] * [OHB(n)] 
   
   MBS = [8000/8*(1/(1-128/256)+1)]*0.0240 
   
   MBS = [1000 * 3] *0.0240 
   
   MBS = 72 cells

代替方法

フレームリレーと ATM のトラフィック シェーピング パラメータを完全に一致させることはできませんが、大部分のアプリケーションでは、推奨される式を使用した概算値で正常に動作します。

前項の計算例では、ATM VC の SCR とフレームリレー VC の CIR との間には、計算式により 20 % の差が生じています。計算式を避け、ATM 側でトラフィック シェーピング パラメータを単に 15 〜 20 % 高く設定するという選択も可能です。

フレームリレー/ ATM 間インターワーキングを設定する際には、フレームリレー側で設定する値を、ATM 側のパラメータに適切にマッピングすることが重要です。実際のユーザ トラフィックに等しい帯域幅を提供するには、ATM ネットワーク経由でフレームリレー フレームを転送する際に生じるオーバーヘッドへの対応に必要な追加マージンを含む、PCR と SCR の値を選択します。


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