Quality of Service ソリューション ガイド、 Cisco IOS Release 15.1S
Quality of Service(QoS)の概要
Quality of Service(QoS)の概要
発行日;2012/02/01 | 英語版ドキュメント(2011/09/20 版) | ドキュメントご利用ガイド | ダウンロード ; この章pdf , ドキュメント全体pdf (PDF - 6MB) | フィードバック

目次

Quality of Service(QoS)の概要

Quality of Service とは

QoS アーキテクチャについて

Cisco IOS QoS を利用することで恩恵を受ける対象

Cisco IOS QoS を展開する理由

エンドツーエンド QoS モデル

ベストエフォート型サービス

統合サービス

ディファレンシエーテッド サービス

Cisco IOS の QoS 機能

分類

輻輳管理

ネットワークにおける輻輳とは

FIFO キューイング

PQ

FR PIPQ

CQ

WFQ と DWFQ

CBWFQ と DCBWFQ

IP RTP プライオリティ

フレームリレー IP RTP プライオリティ

LLQ

DLLQ

フレームリレー向け LLQ

輻輳回避

WRED

DWRED

フローベースの WRED

DiffServ 準拠の WRED

ポリシングとシェーピング

シグナリング

リンク効率メカニズム

マルチリンク PPP

Frame Relay Fragmentation(FRF; フレームリレー フラグメンテーション)

ヘッダー圧縮

QoS ソリューション

IP-ATM 間 CoS

音声向け QoS 機能

ディファレンシエーテッド サービスの実装

QoS:LAC 上の分類、ポリシング、およびマーキング

QoS 帯域幅予測

モジュラ QoS コマンド ライン インターフェイス(MQC)

Security Device Manager

AutoQoS

Quality of Service(QoS)の概要

この章では、Quality of Service(QoS)と、それを使用したサービス モデルについて説明します。また、ネットワークで Cisco IOS QoS を実装することによって得られる利点についても説明します。その後、Cisco IOS の QoS 機能と、そこで実装されているテクノロジーに焦点を当てます。

この章で説明する内容は、次のとおりです。

Quality of Service とは

QoS アーキテクチャについて

Cisco IOS QoS を利用することで恩恵を受ける対象

Cisco IOS QoS を展開する理由

エンドツーエンド QoS モデル

Cisco IOS の QoS 機能

Quality of Service とは

QoS は、一部のネットワーク トラフィックに高いサービスを提供するネットワークの能力を指します。フレームリレー、ATM、イーサネットおよび 802.1 ネットワーク、SONET、および IP ルーティング ネットワークなど、基盤となるさまざまなテクノロジーを駆使して実現します。特に、QoS 機能は、次のサービスを実装することにより、より高度で予測可能なネットワーク サービスを提供します。

保証された帯域幅のサポート

損失特性の向上

ネットワークの輻輳の回避と管理

ネットワーク トラフィックのシェーピング

ネットワーク全体でのトラフィックの優先順位の設定

QoS アーキテクチャについて

エンドツーエンドで QoS に対応するには、ネットワーク全体で QoS 機能を設定します。異種ネットワークで QoS を提供するには、次の 3 つの構成要素が必要です。

単一のネットワーク要素内の QoS。これには、キューイング、スケジューリング、およびトラフィック シェーピング機能が含まれます。

ネットワーク要素間のエンドツーエンド配信のために QoS を調整するための QoS シグナリング テクニック。

ネットワーク全体でエンドツーエンド トラフィックを制御および管理するための、QoS ポリシングと管理機能。

すべての QoS テクニックがすべてのネットワーク ルータに適しているわけではありません。ネットワーク内のエッジ ルータとバックボーン ルータは必ずしも同じ処理を実行しないため、それらのルータが実行する QoS 処理も異なる場合があります。たとえばリアルタイム音声トラフィック用に IP ネットワークを設定するには、ネットワーク内のエッジ ルータとバックボーン ルータの両方の機能を考慮し、適切な QoS 機能を選択する必要があります。

一般に、エッジ ルータは次の QoS 機能を実行します。

パケットの分類とマーキング

アドミッション コントロール

構成管理

一般に、バックボーン ルータは次の QoS 機能を実行します。

輻輳管理

輻輳回避

Cisco IOS QoS を利用することで恩恵を受ける対象

ネットワークが小さな企業向け、エンタープライズ向け、Internet Service Provider(ISP; インターネット サービス プロバイダー)向けのいずれであっても、すべてのネットワークが、効率が最適化されるという QoS の側面の恩恵を受けることができます。大規模なエンタープライズ、ネットワーク サービス プロバイダー、小規模および中規模の企業など、ネットワーキング ユーザのカテゴリごとに、多くの分野で独自の QoS 要件がありますが、これらの要件は重なっています。「Cisco IOS の QoS 機能」で説明する Cisco IOS の QoS 機能は、これらの多種多様なニーズや共通のニーズに対処します。

たとえば、エンタープライズ ネットワークでは、ネットワークを構成するさまざまなプラットフォーム全体で、エンドツーエンドの QoS ソリューションを提供する必要があります。異機種プラットフォームでソリューションを提供するには、多くの場合、テクノロジーごとに異なる QoS 設定アプローチを採用する必要があります。エンタープライズ ネットワークでは、より複雑でミッションクリティカルなアプリケーションを伝送するようになり、Web マルチメディア アプリケーションによってトラフィックが増加しています。このような中で、QoS は、このトラフィックに優先順位を設定し、各アプリケーションが必要なサービスを得られるようにする役割を果たします。

ISP では、保証されたスケーラビリティとパフォーマンスが必要です。たとえば、これまで長い間ベストエフォート型の IP 接続を提供してきた ISP は、音声、ビデオ、およびその他のリアルタイムなクリティカル アプリケーション データも転送するようになっています。QoS は、これらの ISP のスケーラビリティとパフォーマンスのニーズに応えます。さまざまな種類のトラフィックを区別し、顧客に差別化したサービスを提供することが可能になります。

小規模および中規模の企業セグメントでは、管理者はインターネット上でのビジネスの急速な拡大を身をもって経験しています。これらのビジネス ネットワークでは、ますます複雑になるビジネス アプリケーションも扱う必要があります。QoS により、ネットワークは、ビジネス アプリケーションにとって最も効率の高い方法で高価な WAN 接続を利用するという、難しい作業を扱うことができます。

Cisco IOS QoS を展開する理由

Cisco IOS の QoS 機能を使用すると、ネットワークは、さまざまなネットワーク アプリケーションとトラフィック タイプを制御し、予測どおりにサービスを提供できるようになります。Cisco IOS QoS をネットワークで実装することの利点は次のとおりです。

リソースの制御。使用するリソース(帯域幅、機器、ワイドエリア ファシリティなど)を制御できます。たとえば、FTP 転送によって消費されるバックボーン リンクの帯域幅を制限したり、重要なデータベース アクセスを優先させたりすることができます。

特別仕立てのサービス。ISP にとっては、QoS によって提供される制御と可視性により、慎重に調整を行った、サービス等級の差別化を顧客に提供できます。

ミッションクリティカル アプリケーションの共存。Cisco IOS の QoS 機能により次の状況が保証されます。

ビジネスにとって最も重要なミッションクリティカル アプリケーションによって WAN が効率的に使用されます。

時間に敏感なマルチメディアおよび音声アプリケーションで必要な帯域幅と最小遅延が利用できます。

リンクを使用している他のアプリケーションは、ミッションクリティカルなトラフィックに影響を与えることなく、公平なサービスを受けます。

さらに、ネットワークで QoS 機能を実装することにより、将来の完全に統合されたネットワークのための基礎が構築されます。

エンドツーエンド QoS モデル

サービス モデルは、サービス レベルとも呼ばれ、一連のエンドツーエンド QoS 機能を表します。エンドツーエンド QoS は、ネットワークの一方の端から他方の端で、特定のネットワーク トラフィックで必要なサービスを提供する、ネットワークの機能です。Cisco IOS QoS ソフトウェアでは、ベストエフォート型サービス、統合サービス、ディファレンシエーテッド サービスの、3 種類のサービス モデルがサポートされています。


) QoS サービス モデルごとに、アプリケーションでデータを送信できるようにするための方法と、ネットワークがそのデータを配信しようとする方法が異なります。たとえば、あるサービス モデルを音声、テレビ会議、IP テレフォニーなどのリアルタイム アプリケーションに対して使用し、別のサービス モデルをファイル転送や E メール アプリケーションに使用できます。


ネットワークでどのタイプのサービスを展開するかを決定するときには、次の要素を考慮してください。

アプリケーションまたは解決しようとしている問題。ベストエフォート型サービス、統合サービス、ディファレンシエーテッド サービスの 3 種類のサービスそれぞれが、特定のアプリケーションに適しています。

リソースに割り当てる機能の種類。

費用便益分析。たとえば、ディファレンシエーテッド サービスの実装と展開に必要なコストは、ベストエフォート型サービスのコストよりも確実に高くなります。

次のセクションでは Cisco IOS ソフトウェアの機能によってサポートされているサービス モデルについて説明します。

ベストエフォート型サービス

統合サービス

ディファレンシエーテッド サービス

ベストエフォート型サービス

ベストエフォートは、アプリケーションが、許可を要求したり最初にネットワークに通知したりすることなく、必要なときに必要なだけデータを送信する単一のサービス モデルです。ベストエフォート型のサービスでは、ネットワークは可能な場合にデータを配信し、信頼性、遅延の上限、スループットの保証はありません。

ベストエフォート サービスを実現する Cisco IOS の QoS 機能としては、First-In, First-Out(FIFO; ファーストイン ファーストアウト)キューイングがあります。ベストエフォート型サービスは、一般的なファイル転送や E メールなど、幅広いネットワーク アプリケーションに適しています。

統合サービス

統合サービスは、複数の QoS 要件に対応可能な複数のサービス モデルです。このモデルでは、アプリケーションがデータの送信を開始する前に、特定の種類のサービスをネットワークに要求します。要求は、明示的なシグナリングによって行われます。アプリケーションはネットワークに対しそのトラフィック プロファイルを知らせ、その帯域幅と遅延の要件を包含する特定の種類のサービスを要求します。アプリケーションは、必ずネットワークから確認を得た後でデータを送信することが期待されます。また、その通知したトラフィック プロファイルの範囲に収まるデータを送信することが期待されます。

ネットワークは、アプリケーションからの情報と使用可能なネットワーク リソースに基づいてアドミッション コントロールを実行します。また、ネットワークは、トラフィックがプロファイル指定に収まっている限り、アプリケーションの QoS 要件を満たすことを確約します。ネットワークは、フローごとの状態を保持し、その状態に基づいてパケット分類、ポリシング、およびインテリジェント キューイングを行うことで確約を履行します。

Cisco IOS の QoS には、統合サービスの一種である制御された負荷サービスを提供するための次の機能が含まれています。

Resource Reservation Protocol(RSVP; リソース予約プロトコル)。QoS 要件をルータにシグナリングするためにアプリケーションによって使用されます。

インテリジェント キューイング メカニズム。次の種類のサービスを提供するために RSVP と共に使用されます。

保証されたレート サービス。アプリケーションはその要件を満たすために帯域幅を予約できます。たとえば、Voice over IP(VoIP)アプリケーションは、この種のサービスを使用して、必要は帯域幅をエンドツーエンドで予約できます。Cisco IOS QoS は、Weighted Fair Queuing(WFQ; 重み付け均等化キューイング)と RSVP を使用してこの種のサービスを提供します。

制御された負荷サービス。これによりアプリケーションは、輻輳時であっても低遅延と高いスループットを得ることができます。たとえば、記録されている会議を再生する適応型リアルタイム アプリケーションは、この種のサービスを利用できます。Cisco IOS QoS は、RSVP と Weighted Random Early Detection(WRED; 重み付けランダム早期検出)を使用してこの種のサービスを提供します。

ディファレンシエーテッド サービス

ディファレンシエーテッド サービスは、異なる QoS 要件を満たすことができる複数のサービス モデルです。しかし、統合サービス モデルと異なり、ディファレンシエーテッド サービスを使用するアプリケーションは、データを送信する前に明示的にルータにシグナリングを行いません。

ディファレンシエーテッド サービスでは、ネットワークは各パケットによって指定された QoS に基づいて特定の種類のサービスを提供しようとします。この指定はさまざまな方法で行われます。たとえば、IP パケット内の IP precedence ビットの設定や、送信元アドレスと宛先アドレスが使用されます。ネットワークは QoS 指定を使用してトラフィックを分類、マーキング、シェーピング、ポリシングしたり、インテリジェント キューイングを行います。

ディファレンシエーテッド サービス モデルは、いくつかのミッションクリティカル アプリケーションで使用されたり、エンドツーエンド QoS を提供するために使用されます。一般に、このサービス モデルでは、比較的粗いレベルのトラフィック分類が行われるため、集約フローに適しています。

Cisco IOS QoS には、ディファレンシエーテッド サービスをサポートする次の機能が含まれています。

Committed Access Rate(CAR; 専用アクセス レート)は、トラフィックのメータリングとポリシングを行い、帯域幅管理機能提供します。

WRED や WFQ などのインテリジェント キューイング方式と、Versatile Interface Processor(VIP)上のその同等の機能である Distributed WRED(DWRED)および Distributed WFQ。これらの機能を CAR と共に使用すると、ディファレンシエーテッド サービスを提供できます。

Cisco IOS ソフトウェアのコンポーネントを使用してディファレンシエーテッド サービスを実装する方法の詳細については、「 Overview of DiffServ for Quality of Service 」の章を参照してださい。

Cisco IOS の QoS 機能

Cisco IOS の QoS ソフトウェアは、次のセクションに示す主な機能を提供しています。これらの機能の一部についてはこれまでにも説明しましたが、この章ではそのすべてについて簡単に説明します。

分類

輻輳管理

輻輳回避

ポリシングとシェーピング

シグナリング

リンク効率メカニズム

QoS ソリューション

モジュラ QoS コマンド ライン インターフェイス(MQC)

Security Device Manager

AutoQoS

ここに示す機能は、本書の概要の章でより詳しく説明されており、主要な機能それぞれが 1 つの部になっています。それぞれの部には、概要の章と 1 つ以上の設定の章が含まれています。

分類

ネットワーク トラフィックの分類を使用すると、トラフィックが指定した基準に一致するかどうかに基づいて、トラフィック(つまりパケット)をトラフィック クラスまたはカテゴリに構成できます。ネットワーク トラフィックの分類(ネットワーク トラフィックのマーキングと共に使用されます)は、ネットワークで多数の QoS 機能をイネーブルにするための基礎となります。

分類に関するより詳しい概念的な説明については、「 Classification Overview 」の章を参照してください。

ネットワーク トラフィックの分類の詳細については、「 Classifying Network Traffic 」の章を参照してください。

Network-Based Application Recognition(NBAR)を使用したネットワーク トラフィックの分類の詳細については、「 Classifying Network Traffic Using NBAR 」の章を参照してください。

ネットワーク トラフィックのマーキングの詳細については、「 Marking Network Traffic 」の章を参照してください。

輻輳管理

輻輳管理機能は、輻輳が発生したときにそれを制御します。ネットワーク要素が到着したトラフィックのオーバーフローを処理するための 1 つの方法は、キューイング アルゴリズムを使用してトラフィックを並べ替え、それを出力リンク上で優先順位付けする何らかの手段を決定することです。各キューイング アルゴリズムは、ネットワーク トラフィックの特定の問題を解決するように設計されており、ネットワーク パフォーマンスに対して特定の効果があります。

Cisco IOS ソフトウェアの輻輳管理(キューイング)機能には、次のものが含まれています。

FIFO キューイング

Priority Queuing(PQ; プライオリティ キューイング)

フレームリレー Permanent Virtual Circuit(PVC; 相手先固定接続)Interface Priority Queuing(FR PIPQ)

Custom Queuing(CQ; カスタム キューイング)

Weighted Fair Queuing(WFQ; 重み付け均等化キューイング)と Distributed WFQ(DWFQ; 分散型 WFQ)

Class-based WFQ(CBWFQ; クラスベース WFQ)と Distributed CBWFQ(DCBWFQ; 分散型 CBWFQ)

IP RTP プライオリティ

フレームリレー IP RTP プライオリティ

Low Latency Queuing(LLQ; 低遅延キューイング)

Distributed LLQ(DLLQ; 分散型 LLQ)

フレームリレー向け LLQ

輻輳管理に関するより詳しい概念的な説明については、「 Congestion Management Overview 」の章を参照してください。

輻輳管理を実現するさまざまなプロトコルの設定方法については、次の章を参照してください。

「Configuring Weighted Fair Queueing」

「Configuring Custom Queueing」

「Configuring Priority Queueing」

コマンド構文については、『 Cisco IOS Quality of Service Solutions Command Reference 』を参照してください。

ネットワークにおける輻輳とは

ネットワークにおける輻輳についてより確実に理解してもらうために、ここではそのいくつかの特性について簡単に説明します。この内容は、V.Paxson 氏と S.Floyd 氏の論文『 Wide Area Traffic: The Failure of Poisson Modeling 』から引用しています。

輻輳はどのように見えるでしょうか。輻輳したネットワークの動作を考えることは簡単ではなく、単純な方法で扱うことはできません。これは、トラフィック レートが、あるレベルに単純に増え、しばらくそのレベルにとどまり、その後減少するという単純なものではないためです。トラフィックの輻輳期間が非常に長く、損失が非常に集中する場合があります。ポアソン トラフィック モデルとは対照的に、バッファ サイズが線形に増加しても、パケット ドロップ レートの大幅な減少にはつながりません。アクティブな接続数のわずかな増加が、パケット損失率の大幅な増加につながることがあります。輻輳したネットワークの振る舞いをこのように理解するにより、ビジー期間のトラフィックのレベルは予測できないことから、輻輳を適切に減少させるために効率的にネットワークをサイジングするのが困難であることがわかります。ネットワークの輻輳を観察すると、実際にはトラフィックが「急に増加し」、それにより実際の損失が長期間波のように変動し、それによってさらに長い期間うねりのように損失が増大することがわかります。

FIFO キューイング

FIFO は、基本的なストア アンド フォワード機能を提供します。FIFO は、いくつかの場合にデフォルトのキューイング アルゴリズムになっており、設定の必要はありません。デフォルト設定の詳細については、「FIFO キューイング」を参照してください。

PQ

PQ は、重要なトラフィックに厳密な優先順位を与えるために設計されており、重要なトラフィックが、PQ が使用されているそれぞれの場所で最も高速に処理されることを保証します。PQ では、ネットワーク プロトコル(IP、IPX、AppleTalk など)、受信インターフェイス、パケット サイズ、送信元/宛先アドレスなどに従って、柔軟に優先順位を設定できます。

FR PIPQ

FR PIPQ では、インターフェイス レベルの PQ 方式が提供され、パケットの内容ではなく宛先 PVC に基づいて優先順位が設定されます。たとえば、FR PIPQ を使用すると、音声トラフィックを転送する PVC の優先順位を、シグナリング トラフィックを転送する PVC よりも絶対的に高くなるように設定したり、シグナリング トラフィックを伝送する PVC の優先順位を、データを転送する PVC よりも絶対的に高くなるように設定できます。

FR PIPQ には、high、medium、normal、low の 4 種類の優先順位があります。インターフェイスでは、フレームリレー パケットの Data-Link Connection Identifier(DLCI; データリンク接続識別子)の値が調べられます。その後パケットは、その DLC に対して設定されているプライオリティ レベルに基づいて、正しいプライオリティ キューに送られます。

CQ

CQ では、インターフェイスの利用可能な帯域幅の一定のパーセンテージが、選択した各トラフィック タイプ用に割り当てられます。特定のトラフィック タイプが自身に予約されている帯域幅を使用していない場合、他のトラフィック タイプが残りの予約済み帯域幅を使用できます。

WFQ と DWFQ

WFQ は、識別したトラフィックに優先順位(または重み)を適用して、トラフィックをカンバセーションに分類し、各カンバセーションに許可する帯域幅を、他のカンバセーションとの関係で決定します。WFQ は、セッションの送信元および宛先アドレス、プロトコル、ポートおよびソケットなどの特性に基づいて、トラフィックをさまざまなフローに分類します。

ネットワーク インフラストラクチャ上で帯域幅の割り当てと遅延の上限が必要なアプリケーションやトラフィック クラス向けの大規模なサポートを提供するために、Cisco IOS QoS には、VIP 上の分散モードだけで動作する WFQ のバージョンが含まれています。このバージョンを Distributed WFQ(DWFQ)と呼びます。これは、トラフィックの分類、重みの評価、廃棄ポリシーに関しての高い柔軟性を備えており、Cisco 7500 シリーズ プラットフォーム上でインターネット規模のパフォーマンスを提供します。

E1(2.048 Mbps)以下のシリアル インターフェイスでは、デフォルトで WFQ が使用されます。他のキューイング戦略を設定しない場合、その他すべてのインターフェイスはデフォルトで FIFO を使用します。

CBWFQ と DCBWFQ

CBWFQ および DCBWFQ 機能では、標準的な WFQ 機能が拡張され、ユーザ定義のトラフィッククラスがサポートされています。これらの機能を使用すると、特定のトラフィック クラスに対して割り当てる帯域幅の正確な量を指定できます。インターフェイス上で使用可能な帯域幅を考慮しながら、最大 64 個のクラスを設定し、その間の配分を制御できます。

DCBWFQ は、Route Switch Processors(RSP; ルート スイッチ プロセッサ)を搭載した、VIP ベースの Cisco 7000 シリーズ ルータと Cisco 7500 シリーズ ルータで使用することを目的としています。

IP RTP プライオリティ

IP RTP プライオリティ機能では、厳密な PQ 方式が提供され、他のキューのパケットをキューから取り出す前に、音声などの遅延に敏感なデータをキューから取り出して送信できます。この機能は、シリアル インターフェイスとフレームリレー PVC で、同じ発信インターフェイス上で WFQ または CBWFQ と組み合わせて使用できます。いずれの場合にも、プライオリティ キューに対して指定された範囲の UDP ポートに一致するトラフィックは、他の CBWFQ クラスまたは WFQ フローよりも確実に優先されることが保証され、プライオリティ キュー内のパケットは常に最初に処理されます。

フレームリレー IP RTP プライオリティ

フレームリレー IP RTP プライオリティ機能は、音声などの遅延に敏感なデータ向けに、フレームリレー PVC 上での厳密な PC 方式を提供します。音声トラフィックは、Real-Time Transport Protocol(RTP)ポート番号で識別され、 frame-relay ip rtp priority コマンドで設定したプライオリティ キューに分類できます。この機能を使用すると、音声トラフィックは、音声以外のトラフィックよりも優先的に処理されます。

LLQ

LLQ は、ATM VC とシリアル インターフェイス上で厳密な PQ を提供します。この機能を使用すると、CBWFQ 内のクラスに対するプライオリティ ステータスを設定できます。IP RTP プライオリティとは異なり、UDP ポート番号に限定されません。LLQ と IP RTP プライオリティは同時に設定できますが、IP RTP プライオリティが優先されます。

また、LLQ の機能が拡張され、LLQ で Committed Burst(BC; 認定バースト)サイズを指定したり、VC ごとに保持キューに格納されるパケット数を変更(または多様化)できます(VC ごとのキューイングがサポートされている ATM アダプタ上)。詳細については、「 Congestion Management Overview 」の章を参照してください。

DLLQ

DLLQ 機能は、VIP ベースの Cisco 7500 シリーズ ルータ上で、トラフィック クラスの低遅延動作を指定できるようにします。DLLQ では、音声などの遅延に敏感なデータを、他のキューのパケットをキューから取り出す前にキューから取り出して送信できます。

DLLQ 機能では、デバイス送信リングの深さを制限することもできます。

フレームリレー向け LLQ

フレームリレー向け LLQ は、音声トラフィック用の厳密な PQ と、他のトラフィック クラス用の WFQ を提供します。この機能がリリースされる前は、LLQ はインターフェイス レベルと ATM VC レベルで使用できました。現在では、フレームリレー トラフィック シェーピングが設定されている場合、フレームリレー VC レベルで利用できます。

厳密な PQ により、音声などの遅延に敏感なトラフィックを、他のトラフィック クラスの前にキューから取り出して送信することで、QoS 機能が強化されます。

フレームリレー向け LLQ を使用すると、プロトコル、インターフェイス、アクセス リストに従ってトラフィック クラスを定義できます。その後、これらのクラスに優先順位、帯域幅、キュー制限、WRED などの特性を割り当てることができます。

輻輳回避

輻輳回避テクニックでは、共通ネットワークおよびインターネットワークのボトルネックでの輻輳をそれが問題となる前に回避することを目的として、ネットワーク トラフィックの負荷をモニタします。これらのテクニックは、輻輳状況下で、プレミアム(プライオリティ)クラスのトラフィックを優先的に扱うと共に、ネットワークのスループットとキャパシティの使用率を最大化し、パケット損失と遅延を最小化することを目的としています。WRED と DWRED は、Cisco IOS QoS の輻輳回避機能です。

WRED が設定されていない場合、輻輳期間に出力バッファが一杯になると、問題を解決するために、テール ドロップ機能が使用されます。テール ドロップ中は、バッファ容量の不足が原因で、さまざまな接続からの多数のパケットが廃棄される可能性があります。この動作により、輻輳が断続的に発生し、その後に転送リンクが完全には使用されない期間が続く可能性があります。WRED は、輻輳回避を行うことでこの状況を未然に防ぎます。つまり、パケットがドロップされるまでバッファが一杯になるのを待つ代わりに、バッファの深さをモニタして、選択した接続上で送信された一部のパケットに対して早期の廃棄を実行します。

WRED は、輻輳回避アルゴリズムの RED クラスのシスコによる実装です。RED を使用し、送信元がドロップしたパケットを検出した場合、送信元はその送信速度を遅くします。RED は、主に IP インターネットワーク環境で TCP と共に使用するように設計されています。

WRED は、パケットのドロップ確率を計算するときに、DSCP 値を使用するように設定することもできます。これにより WRED を、Internet Engineering Task Force(IETF; インターネット技術特別調査委員会)によって開発中の DiffServ 標準に準拠することが可能になります。

より詳しい概念的な説明については、「 Congestion Avoidance Overview 」の章を参照してください。

WRED、DWRED、フローベースの WRED、および DiffServ 準拠の WRED の設定については、「 Configuring Weighted Random Early Detection 」の章を参照してください。

コマンド構文については、『 Cisco IOS Quality of Service Solutions Command Reference 』を参照してください。

WRED

RED のシスコによる実装である WRED は、RED アルゴリズムの機能を IP precedence と組み合わせ、優先順位の高いパケットに対して優先的なトラフィック処理を行うためのものです。WRED では、インターフェイスで輻輳が発生し始めると、優先順位が低いトラフィックを選択的に廃棄し、異なるサービス クラスに対して差別化したパフォーマンス特性を提供できます。WRED は RSVP も認識します。WRED は、Cisco 7200 シリーズ ルート スイッチ プロセッサ(RSP)で使用できます。

DWRED

DWRED は、シスコによる WRED の高速版です。DWRED アルゴリズムは、ISP プロバイダーを念頭に設計されており、ISP は、最小および最大キュー深度しきい値とドロップ機能を、各サービス クラスに対して定義できます。DWRED は、RSP を搭載している Cisco 7500 シリーズ ルータまたは Cisco 7000 シリーズ ルータで使用でき、その機能は、Cisco 7200 シリーズ RSP で使用できる WRED に似ています。

フローベースの WRED

フローベースの WRED 機能では、パケットをドロップする方法に関して、インターフェイス上のすべてのフローをより公平に扱うよう WRED に指示します。すべてのフローを公平に扱うため、フローベースの WRED 機能には次の機能があります。

バッキング オフ パケット送信により WRED パケット ドロップに応答するフローは、WRED パケット ドロップに応答しないフローから保護されます。

1 つのフローがインターフェイスのバッファ リソースを独占するのを禁止します。

DiffServ 準拠の WRED

DiffServ 準拠の WRED 機能は、WRED の機能を拡張し、Differentiated Services(DiffServ)と Assured Forwarding(AF; 保証型転送)の Per Hop Behavior(PHB)のサポートを可能にします。この機能により、DSCP 値に従ってパケットをカラリングし、それらのパケットに優先ドロップ確率を割り当てることで、AF PHB を実装できます。

この機能により、DiffServ 標準と AF PHB 標準がサポートされます。

ポリシングとシェーピング

Cisco IOS QoS には、トラフィック ポリシング用に、CAR のレート制限の側面とトラフィック ポリシング機能を通じて、トラフィック ポリシング機能が実装されています。

Cisco IOS QoS には、トラフィック シェーピング用に、Generic Traffic Shaping(GTS; ジェネリック トラフィック シェーピング)、Class-Based Shaping、および Frame Relay Traffic Shaping(FRTS; フレームリレー トラフィック シェーピング)が含まれています。これらの機能を使用すると、ネットワーク上のパケット フロー(つまりトラフィックのフロー)を調節できます。

トラフィック ポリシングとトラフィック シェーピングに関する詳しい概念的な説明については、 「Policing and Shaping Overview」 の章を参照してください。

シグナリング

Cisco IOS QoS シグナリングは、端末またはネットワーク ノードがそのネイバーにシグナリングを行い、特定のトラフィックを特別に扱うよう要求するための方法を提供します。QoS シグナリングは、他の QoS 機能によって提供されるトラフィック処理テクニックを調整するのに便利です。また、ネットワーク全体でエンドツーエンドの QoS サービスを適切に設定するうえで重要な役割を果たします。

Cisco IOS QoS シグナリングは、IP を利用します。特定のトラフィック分類に対して特定の QoS サービスが必要であること示すために、インバンド(IP precedence、802.1p)またはアウトオブバンド(RSVP)シグナリングが使用されます。IP precedence と RSVP を同時に使用することで、エンドツーエンド QoS シグナリングの強力な組み合わせが得られます。差別型の QoS には IP precedence シグナルを使用し、保証型の QoS には RSVP シグナルが使用されます。

Cisco IOS ソフトウェアでは、シグナリングに関して次の機能が提供されます。

ATM User Network Interface(UNI; ユーザ ネットワーク インターフェイス)シグナリングと、フレームリレー Local Management Interface(LMI; ローカル管理インターフェイス)。

IP precedence と RSVP シグナリングのエンドツーエンドの利点を実現し、それぞれのバックボーン テクノロジーへのシグナリングを行います。

RSVP を使用した Common Open Policy Service(COPS)。

RSVP シグナリングの集中的なモニタリングと制御が実現されます。

Subnetwork Bandwidth Manager(SBM)。

IEEE 802 スタイルのネットワーク上でアドミッション コントロールを可能にします。

RSVP-ATM QoS インターワーキング機能。

ATM コア ネットワーク上で RSVP を使用した、制御された負荷サービスのサポートを提供します。

低遅延キューイング(LLQ)およびフレームリレーに対する RSVP のサポート。

可変 Bandwidth(BW; 帯域幅)インターフェイス用 RSVP。

インターフェイス帯域幅の一定のパーセンテージを RSVP 帯域幅として設定できます。

RSVP Over Dynamic Multipoint Virtual Private Network(DMVPN)。

手動で設定したトンネルと DMVPN IP トンネル上での RSVP のサポート。

より詳しい概念的な説明については、「 Signalling Overview 」の章を参照してください。

シグナリングを実装するさまざまなプロトコルの設定方法については、次の章を参照してください。

「Configuring RSVP」

「Configuring RSVP Support for LLQ」

「Configuring RSVP Support for Frame Relay」

「Configuring COPS for RSVP」

「Configuring Subnetwork Bandwidth Manager」

「Configuring RSVP-ATM QoS Interworking」

コマンド構文については、『 Cisco IOS Quality of Service Solutions Command Reference 』を参照してください。

リンク効率メカニズム

Cisco IOS ソフトウェアでは、ネットワーク トラフィックの遅延とジッタを低減することを目的とした、いくつかのリンクレイヤ効率メカニズムまたは機能が提供されています。これらのリンク効率メカニズムには、次のものが含まれています。

Multilink PPP(MLP; マルチリンク PPP)

Frame Relay Fragmentation(FRF; フレームリレー フラグメンテーション)

ヘッダー圧縮

これらのメカニズムはキューイングおよびフラグメンテーションと連携し、アプリケーションのサービス レベルの効率と予測可能性を高めます。

より詳しい概念的な説明については、「 Link Efficiency Mechanisms Overview 」の章を参照してください。

マルチリンク PPP

MLP は、最も高いレベルで、複数の論理データ リンクにまたがってパケット インターリービング、パケット フラグメンテーション、パケットのシーケンス変更を行います。パケット インターリービング、パケット フラグメンテーション、およびパケットのシーケンス変更は、ネットワーク リンク上でリアルタイム パケット(音声パケットなど)を送信するために必要な、高速な転送時間に対応するために使用します。MLP は、低速なネットワーク リンク(つまり、リンク速度が 768 kbps 以下のネットワーク リンク)で特に有効です。

MLP のより詳しい概念的な説明については、『 Reducing Latency and Jitter for Real-Time Traffic Using Multilink PPP 』モジュールを参照してください。

Frame Relay Fragmentation(FRF; フレームリレー フラグメンテーション)

シスコは、次のような、フレームリレー フラグメンテーションを実行するためのいくつかの手段を開発してきました。

エンドツーエンド FRF.12(およびそれ以上)フラグメンテーション

FRF.11 Annex C(およびそれ以上)を使用したフレームリレー フラグメンテーション

Cisco 独自のカプセル化

フレームリレー フラグメンテーションの詳細については、『 Frame Relay Queueing and Fragmentation at the Interface 』モジュールを参照してください。

ヘッダー圧縮

ヘッダー圧縮は、パケットの IP ヘッダーを圧縮してからパケットを送信するメカニズムです。ヘッダー圧縮によりネットワークのオーバーヘッドが減少し、Real-Time Transport Protocol(RTP)パケットと Transmission Control Protocol(TCP)パケットの転送が高速になります。ヘッダー圧縮により、RTP パケットまたは TCP パケットを転送するときに消費される帯域幅も削減されます。

ヘッダー圧縮の詳細については、「 Link Efficiency Mechanisms Overview 」の章を参照してください。

QoS ソリューション

Cisco IOS QoS ソフトウェアには、「QoS ソリューション」と総称されるいくつかの機能が含まれています。これらのソフトウェア機能には次のものが含まれます。

IP-ATM 間 CoS

音声向け QoS 機能

ディファレンシエーテッド サービスの実装

QoS:Layer 2 Tunneling Protocol(L2TP)Access Concentrator(LAC)上の分類、ポリシング、およびマーキング

QoS 帯域幅予測

IP-ATM 間 CoS

IP-ATM 間 CoS は、IP と ATM の間で QoS 特性をマッピングし、ネットワーク サービス プロバイダー環境でディファレンシエーテッド サービスのサポートを可能にする機能スイートです。

ネットワーク管理者は、CAR や PBR などの既存の機能を使用して、IPv4 パケット ヘッダーの IP precedence フィールドを変更することにより、さまざまな IP トラフィックをマークできます。その後、WRED または DWRED を VC ごとに設定して、ルータで受信された IP トラフィックが特定の VC 上で帯域幅を獲得しようとするときに、IP トラフィックがさまざまなドロップ確率(つまり優先順位)になるようにできます。

IP-ATM 間 CoS は、ATM VC バンドル管理をサポートし、異なる QoS 特性を持つ複数の VC を、ATM に接続された任意のルータ ペア間で設定できます。

IP-ATM 間 CoS では、VC ごとの WFQ と CBWFQ も利用でき、IP-ATM 間 CoS が設定された個別の VC に CBWFQ 機能を適用できます(通常はインターフェイスまたはサブインターフェイス レベルだけで適用できます)。この機能を使用して、CBWFQ またはフローベースの WFQ を VC 単位で適用できます。

より詳しい概念的な説明については、「 IP to ATM Class of Service Overview 」の章を参照してください。

IP-ATM 間 CoS の設定方法については、「 Configuring IP to ATM Class of Service 」の章を参照してください。

音声向け QoS 機能

この章ですでに説明した QoS 機能の多くは、音声アプリケーションに有効です。音声向けの Cisco IOS QoS 機能の概要については、「 Introduction to QoS Features for Voice 」の章を参照してください

ディファレンシエーテッド サービスの実装

QoS 機能の多くを利用して、ネットワーク上でディファレンシエーテッド サービスを実装できます。Cisco IOS コンポーネントを使用してディファレンシエーテッド サービスを実装する方法の概要については、「 Overview of DiffServ for Quality of Service 」の章を参照してください。

QoS:LAC 上の分類、ポリシング、およびマーキング

QoS:Layer 2 Tunneling Protocol(L2TP)Access Concentrator(LAC)上の分類、ポリシング、およびマーキング機能を使用すると、サービス プロバイダーは、埋め込まれている IP パケットの IP Type of Service(ToS; タイプ オブ サービス)ビットに基づいてパケットを分類できます。分類は、Differentiated Services Code Point(DSCP)値に従って受信トラフィックをポリシングするために使用します。カプセル化を調べてパケットを分類する目的は、多数の Point-to-Point Protocol(PPP)セッションで必要になる実装と設定を簡単にするためです。

この機能の詳細については、 『QoS: Classification, Policing, and Marking on a LAC』 モジュールを参照してください。

QoS 帯域幅予測

QoS 帯域幅予測機能は、Corvil Bandwidth テクノロジーを使用しています。この機能を利用すると、ネットワーク管理者は、ユーザが指定したネットワーク アプリケーションの QoS 目標を達成するために必要な帯域幅を算出することができます。

QoS 帯域幅予測機能の詳細については、『 QoS Bandwidth Estimation 』モジュールを参照してください。

モジュラ QoS コマンド ライン インターフェイス(MQC)

Modular Quality of Service Command-Line Interface(MQC; モジュラ QoS コマンド ライン インターフェイス)は CLI 構造の 1 つであり、トラフィック クラスの定義、トラフィック ポリシー(ポリシー マップ)の作成、およびインターフェイスへのトラフィック ポリシーの適用が可能になります。トラフィック ポリシーには、トラフィック クラスに適用する QoS 機能が含まれます。

MQC 構造は、大きく次の 3 つの手順からなります。


ステップ 1 class-map コマンドを使用してトラフィック クラスを定義します。トラフィック クラスは、トラフィックを分類するために使用します。

ステップ 2 policy-map コマンドを使用してトラフィック ポリシーを作成します( トラフィック ポリシー という用語と ポリシー マップ という用語は、多くの場合同じ意味で使用されます)。トラフィック ポリシー(ポリシー マップ)には、1 つのトラフィック クラスと、トラフィック クラスに適用する 1 つ以上の QoS 機能を含めます。トラフィック ポリシー内の QoS 機能によって、分類されたトラフィックの処理方法が決まります。

ステップ 3 service-policy コマンドを使用して、トラフィック ポリシー(ポリシー マップ)をインターフェイスに適用します。


 

MQC に関する概念と作業については、『 Applying QoS Features Using the MQC 』モジュールを参照してください。

Security Device Manager

Cisco ルータと Security Device Manager(SDM)は、Cisco ルータ内の高度な IP ベースの QoS 機能を設定およびモニタリングするための、直感的でグラフィカルなユーザ インターフェイスを提供します。

SDM の概要については、「 Security Device Manager Overview 」の章を参照してください。

AutoQoS

AutoQoS 機能を使用すると、ネットワーク上の QoS の配信が自動化され、QoS の実装とプロビジョニングを単純化できます。

AutoQoS の詳細については、『 AutoQoS - VoIP 』モジュールまたは『 AutoQoS for the Enterprise 』モジュールを参照してください。