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最新世代のIPネットワークでは、Voice over IP（VoIP）およびマルチメディア アプリケーションの導入が進み、従来のIPデータ ネットワークに音声およびビデオ トラフィックが追加される場合が一般的になりつつあります。音声、ビデオ、およびデータの各トラフィック タイプは、伝送特性およびサービスレベル要件がそれぞれ異なります。
ATM（非同期転送モード）テクノロジーには、送信元からエンド装置に送られる特定のQuality of Service（QoS;サービス品質）レベルをネゴシエートおよび保証する機能が組み込まれているため、混在するトラフィックをトランスポートする場合に最適です。この機能により、ATMは、IPネットワークを介してWAN上を通過する混在トラフィックに最適なトランスポート方式となっています。
この章では、ATMトラフィック管理の概要を示します。また、User-Network Interface（UNI）のエッジ装置として配置されたCisco 7200シリーズ ルータでのトラフィック管理に関連する概念について一部説明します。
音声、ビデオ、およびデータ トラフィックは、次に示す伝送特性によって区別されます。
トラフィック管理は、ATMネットワークのパフォーマンスを維持したり、全体を正常な状態に保つために重要です。ATMには複数のサービス カテゴリおよびQoSが実装されているため、一般的なネットワーク上の混在トラフィックに関するさまざまな伝送要件を満たします。
通常、ATM WANは複数のカスタマーをサポートするサービス プロバイダーが所有および管理する公衆網です。これらのカスタマーは、WAN上でサービス プロバイダーから提供される特定レベルの帯域幅およびパフォーマンスに合意して、料金を支払います。この契約がトラフィック契約の基本となります。この契約では、ネットワーク上でユーザの仮想接続ごとにネゴシエーションされるトラフィック パラメータおよびQoSを定義します。
ATMネットワークに関するトラフィック契約には、2つの意味があります。1つ目は、予測されるネットワークレベル サポートに関してユーザとサービス プロバイダーが結ぶ実際のサービス契約という意味です。2つ目は、トラフィック契約は、コールのセットアップ時にATM仮想接続に対してネゴシエーションされる特定のトラフィック パラメータおよびQoS値という意味です。これらのパラメータやQoS値はデータ フロー中に実装され、サービス契約をサポートします。
トラフィック契約により、ネットワーク上のATM仮想接続のポリシング基準も確立され、合意されたサービス レベルに対する違反が防止されます。
ATM Forum Traffic Managementの仕様では、各伝送特性およびパフォーマンス要求に従ってトラフィックをグループ化するためのサービス カテゴリがいくつか定義されています。各ATMサービス カテゴリは、ATMネットワークでのPermanent Virtual Circuit（PVC;相手先固定接続）またはSwitched Virtual Circuit（SVC;相手先選択接続）に必要なネットワーク パフォーマンスを定義する、特定のトラフィック パラメータおよびQoSパラメータによって特徴づけられます。
トラフィック パラメータ（別名、 記述子 ）は、ATMセルのフローをシェーピングする場合に使用されます。ATMサービス カテゴリ、および対応するトラフィック パラメータやQoSパラメータは、ATMネットワーク上のサービスを区別したり、特定の接続に関するトラフィック契約を確立するための基礎となります。
すべてのPVCおよびSVCトラフィック パラメータおよびQoSパラメータは、接続期間中に確立されます。PVCとSVCの違いは、これらのパラメータを実装する場合に生じます。
PVCでは、トラフィック シェーピング パラメータはエッジ装置（ルータ）とスイッチの両方で手動で設定されます。したがって、エッジ装置とスイッチ間では、PVC接続の確立中にシグナリングを介してサービスレベル情報が交換されません。このため、ルータとスイッチ間で設定が一致しない場合が生じます。
一方、SVCでは、エッジ装置とスイッチ間で、シグナリングを介してトラフィック パラメータおよびQoSパラメータが交換されます。エッジ装置は必要なパフォーマンスをネットワークに要求し、ネットワークは対応可能なパフォーマンスで応答します。これにより、エッジ装置は接続を受け入れたり、拒否することができます。この方式は、 双方向ハンドシェイク といいます。
ATM Forumの仕様で定義され、トラフィック シェーピングを実行するためにCisco 7200シリーズ ルータでサポートされているATMサービス カテゴリは、次のとおりです。ATMサービス カテゴリは、リアルタイムまたは非リアルタイム アプリケーションをサポートするかどうかに応じてさらに分類することができます。
サービス カテゴリ別のATMトラフィック パラメータおよびQoSパラメータ に、各サービス カテゴリに関連するATMトラフィック パラメータおよびQoSパラメータの例、およびサマリーを示します。
非リアルタイム アプリケーション（通常はデータ サービスに対応）をサポートするために、3つのATMサービス カテゴリが設計されています。
シスコシステムズは、Minimum Cell Rate（MCR）トラフィック パラメータを実装する、Unspecified Bit Rate Plus（UBR+）という名前の別のUBRサービス カテゴリも開発しました。
MCRの詳細については、 ATMトラフィック パラメータ を参照してください。
同様なUBRサービス カテゴリが、UBRサービス カテゴリのオプションのMinimum Desired Cell Rate（MDCR）パラメータの実装について記載された、ATM Forum Traffic Managementの仕様の付録で規定されています。
ただし、シスコシステムズの実装とATM Forumの実装では、最小レートをATMネットワークに伝える方法が異なります。シスコシステムでは、ABRサービス カテゴリで使用される既存のMCR IE（情報要素）を使用します。ただし、パラメータの解釈は異なります。MCRパラメータは、UBR+の場合は目的のセル レートを表しますが、ABRの場合は使用可能な最小のセル レートを指定します。
ATM ForumはMCR IEを使用しないで、MDCRトラフィック パラメータ用の新しいIEを実装します。
各ATMサービス カテゴリは、次のトラフィック パラメータによって特徴づけられます。
UBR+の場合、MCRは、SVCに保証されたサービスレベルとしてエッジ装置から 要求された 最小のセル レートです。
サービス カテゴリ別のATMトラフィック パラメータおよびQoSパラメータ に、各サービス カテゴリに関連するATMトラフィック パラメータおよびQoSパラメータの例、およびサマリーを示します。
ATMトラフィック パラメータの関係 に、各ATMトラフィック パラメータ間の関係を示します。
ATM Forumの仕様では、ATMサービス カテゴリごとに、ATMネットワーク上のセル遅延およびセル損失を管理するために使用される特定のQoSパラメータが定義されています。これらのQoSパラメータの一部はネゴシエーション可能ですが、一部はネゴシエーションが不可能です。
SVCの場合、ATMスイッチはCAC（接続アドミッション制御）アルゴリズムを使用して、要求されたトラフィック パラメータおよびQoSパラメータを評価します。CACを使用すると、ネットワークを介して送信元から宛先に接続している間、要求されたQoSを処理することができます。他の接続には影響が及びません。
次に示すセル遅延およびセル損失パラメータは、ネゴシエーション可能であるとみなされます。これは、ATM接続が確立している間、UNIエッジ装置とNetwork-to-Network Interface（NNI）スイッチ間のシグナリングを介して情報が交換されるためです。
次のQoSパラメータは、ATMネットワークに設定された接続中に交換されません。
サービス カテゴリ別のATMトラフィック パラメータおよびQoSパラメータ に、各サービス カテゴリに関連するATMトラフィック パラメータおよびQoSパラメータの例、およびサマリーを示します。
QoSは、ネットワーク上のデータ伝送およびトラフィック管理に関するさまざまな面を表すことができる、使用頻度の高い用語です。したがって、QoSの意味を明確にしておくことが重要です。
QoSはCisco 7200シリーズ ルータでのATMトラフィック管理を理解する上で役に立ちますが、そのためには、ATMサービス カテゴリに関連づけられたQoSパラメータと、IP over ATMに対して実行できるCisco IOSソフトウェア内のQoS機能を混同しないようにする必要があります。これらの2つのQoSは明確に異なります。
ATMサービス カテゴリと同様に、さまざまなAAL（ATMアダプテーション レイヤ）も、トラフィック タイプの各分類をサポートするために定義されています。AALの主な役割は、データを均一な48バイト チャンク（別名Segmentation And Reassembly［SAR］Protocol Data Unit［PDU;プロトコル データ ユニット］）に分割することです。AALが48バイト チャンクを作成すると、ATMレイヤは5バイト ヘッダーを追加して、53バイトのATMセルを作成します。
各トラフィック分類のサービスを最適化するために、各AALタイプ（AAL5以外）は48バイトPDU内にさまざまな情報を格納します。この追加情報は、48バイトPDUのペイロードに対するオーバーヘッドになります。すべてのAALタイプはデータを48バイトのSAR-PDUに分割しますが、これらの48バイト内のカプセル化方法はAALタイプごとに異なります。
たとえば、AAL1では48バイトの中の1バイトを使用して、シーケンス番号フィールドおよびシーケンス番号保護フィールドをサポートします。AAL5は追加情報の48バイト ペイロードをまったく使用しないため、AALタイプの中で最も効率的です。
ATM Forumでは、サポート対象の各トラフィック タイプに対応する4つの異なるAALタイプが識別されています（AAL3とAAL4は統合されています）。 AALタイプとATMサービス カテゴリの関係 に、AALタイプとATMサービス カテゴリの関係を示します。
AAL5は最も広範に使用されているAALタイプの1つであり、Cisco 7200シリーズ ルータのATMポート アダプタのデフォルト カプセル化タイプです。AAL5は、データの48バイト ペイロード全体を使用します。
Cisco 7200シリーズ ルータのATMポート アダプタごとに、異なるAALカプセル化方式がサポートされています。
ATMポート アダプタのサポートの違いについては、 ATMトラフィック管理のハードウェアおよびソフトウェア計画 を参照してください。
シスコ社のマニュアルでは、CBR仮想接続をサポートしているAALタイプに応じて、音声用CBRとデータ用CBRを区別しています。
公衆ATM WANのパフォーマンスを維持するには、契約サービス レベルに従ってトラフィックを正常に動作させる必要があります。適切な制御および管理を行わないと、特定のカスタマーが契約レートを超える帯域幅を消費する可能性が生じます。これによって生じた輻輳により、他のユーザ トラフィックがその帯域幅にアクセスすることができなくなるだけでなく、ネットワークのパフォーマンスが大幅に低下することもあります。
パケット伝送中に1つまたは複数のセルにマーキングして廃棄する場合の処理を考えると、ATMネットワーク パフォーマンスの輻輳に要するコストをよく理解することができます。AAL5 PDUについて考えてみます。セルの再組み立ておよびパケットのCRCチェックは、宛先で行われることにご注意ください。つまり、伝送中のセルの廃棄時期や、伝送中に廃棄されるセル数に関係なく、パケットに関連づけられた残りのすべてのセルはATMネットワーク上を伝送されます。メッセージ終了ビットがオンである最終セルを受信すると、宛先はセルを再組み立てします。セル損失によるエラーがパケット内に検出されると、アプリケーション（TCPなど）は送信元にパケット全体を再送信するように要求します。この結果、ATMネットワーク上を送信されるトラフィックが増えて、輻輳がさらに増大し、問題が悪化します。輻輳問題は、指数的に制御不能になることがあります。
輻輳が発生すると、パケットはマーキングおよび廃棄されて、再伝送が行われます。 グローバル同期化 と呼ばれる破壊的現象が、ネットワーク全体、特にTCPアプリケーションに発生する可能性があります。グローバル同期化イベント中は、キューが一杯になり、再伝送が行われます。伝送のバックオフ期間（またはウィンドウ）が短すぎる場合は、セルがネットワークに再伝送されると、キューがすぐに最充填され、セルが再び廃棄されます。
トラフィック処理されたATMネットワークの場合も、ネットワークに輻輳が発生することがあります。サポート対象のUNIおよびNNIからのすべてのフローが適切に管理されるように、ATM公衆網を設定する必要もあります。ただし、ATMネットワークのトラフィックを効率的に管理するには、まず、Cisco 7200シリーズ ルータなどのエッジ装置でATMトラフィックを適切に管理する必要があります。
したがって、ATMトラフィック管理の主な目的は、UNIインターフェイスで輻輳を防止することです。UNI装置から公衆ATMネットワークへのセル送信が予測可能な場合は、ATMネットワークをより効率的かつ効果的に管理することができます。
ATMトラフィック管理において最も重要なのは、シェーピングおよびポリシングに関するトラフィック制御機能です。Cisco 7200シリーズ ルータは、ATMに対するこれらのトラフィック制御機能を両方ともサポートします。
ATMネットワークのエッジ装置でトラフィック シェーピングは、ネットワーク輻輳を制御するための防止対策です。トラフィック シェーピングは、ネットワークへのトラフィック フローを制御して、トラフィックのピークを平滑化します。
トラフィック シェーピングの概念は、ネットワーク トラフィックのバーストが変動するという特徴を持つデータ転送に特に関係します。これらのバーストによりトラフィック ピークが形成され、転送許容レートを超過して、トラフィック契約違反が定期的に生じることがあります。バースト トラフィック パターンでは、ネットワーク帯域幅の使用も非効率的になります。
トラフィック ピークに関するトラフィック シェーピングの効果 に、Cisco 7200シリーズ ルータ上でトラフィック ピークをシェーピングして、ATMスイッチに送信されるトラフィック フローをより平滑かつ効率的にした場合の効果を示します。
Cisco 7200シリーズ ルータは、通常、ATMネットワークのUNI側に配置されたエッジ装置です。トラフィック契約に準拠するには、Cisco 7200シリーズ ルータにトラフィック シェーピングを設定して、ATMネットワークに入るトラフィックを効率的に制御することが重要です。ただし、これはフローの1つの側面にすぎません。
トラフィック シェーピングが実行されている場合、セルはセル間ギャップが最小値に固定された一定のセル パターンに従ってネットワークに送信されます。このレートは、PVCまたはSVCに設定されたトラフィック シェーピング パラメータに基づきます。
ただし、トラフィック シェーピングを使用すると、競合する伝送特性を持つ複数のサービス カテゴリがサポートされている可能性がある場合に、ルータ自体に実際に輻輳が発生します。これによりキューイングが発生し、キューのパフォーマンスを管理する特定のCisco IOSソフトウェア機能が使用可能になります。
トラフィック シェーピングを開始するには、まずATMネットワーク上でサポートする必要があるパフォーマンス レベルを設定します。トラフィック シェーピングを使用すると輻輳が発生するため、適用可能なハードウェアおよびソフトウェア キューを最適化して、ルータを通過するトラフィック フローの全体的なパフォーマンスを高める必要があります。
Cisco 7200シリーズ ルータのATMポート アダプタごとに異なるATMサービス カテゴリがサポートされ、トラフィック シェーピング機能も一意に実装されることを理解する必要があります。
PA-A1 ATMポート アダプタを 除く すべてのATMポート アダプタは、Cisco 7200シリーズ ルータ上でトラフィック シェーピングをサポートします。PA-A1はUBRサービス カテゴリをサポートしますが、これはベストエフォート型サービスであり、技術的にはPVC上でトラフィック シェーピング機能を実行しません。
PA-A3 ATMポート アダプタおよびPA-A6 ATMポート アダプタはPA-A1ポート アダプタに対する拡張機能を備えており、ATMトラフィック シェーピング用として強く推奨します。PA-A6 ATMポート アダプタはPA-A3 ATMポート アダプタの拡張バージョンであり、2倍の仮想回路をサポートします。
Cisco 7200シリーズ ルータのATMポート アダプタでトラフィック シェーピングを実行する方法については、 ATMトラフィック管理のためのCisco 7200シリーズ アーキテクチャおよび設計 を参照してください。
ATMポート アダプタのサポートの違いについては、 ATMトラフィック管理のハードウェアおよびソフトウェア計画 を参照してください。
Catalyst 7200シリーズ ルータでトラフィック シェーピングを使用すると、次の利点があります。
ATMネットワーク上でトラフィックを制御するために使用されるもう1つの方法は、トラフィック ポリシングです。トラフィック ポリシングは、通常、接続をモニタして、接続がトラフィック契約に準拠していることを確認するために、ATMスイッチで実行されます。ポリシングは、ネットワーク上で高パフォーマンスを維持し、ユーザによるネットワーク リソースの誤使用を防止するために重要です。トラフィック ポリシングを使用すると、すべてのネットワーク ユーザは支払いに応じたサービス レベルを獲得することができます。
トラフィック ポリシングはUNIまたはNNIで実行できます。通常、サービス プロバイダーは、ATMネットワークへのUNI参照ポイントである最初のスイッチのUNI側でポリシングを実行します。スイッチはUsage Parameter Control（UPC;使用量パラメータ制御）を使用して、UNIでの接続にポリシングします。Virtual Circuit（VC;仮想回線）上のトラフィックが契約に準拠するかどうかを判別するために、UPCは数式を適用します。
ATMでは、ポリシング機能の一部としてセルにロー プライオリティをマーキングして、輻輳が発生した場合に、これらのセルが廃棄されるようにします。Cell Loss Priority（CLP;セル損失プライオリティ）が1に設定されている場合、セルはロー プライオリティに マーキング されています。スイッチはセル着信時間およびトラフィック契約の基準としてこのマーキングを使用します。トラフィック契約に違反しているセルは（つまり、接続に関する契約を超えるレートで着信しているセルは）、ロー プライオリティとしてマーキングされ、廃棄されることがあります。
ATMスイッチでのトラフィック ポリシングおよびマーキング に、最初のATMスイッチにCDVTを超えるレートで着信するセルを示します。最初のATMスイッチは輻輳していないため、CDVTを超えるすべてのセルはマーキングされ（CLPビットが1に設定され）、ネットワーク上の次のスイッチに渡されます。2番目のATMスイッチでは激しい輻輳が発生しているため、CLP=1のセルが選択的に廃棄されます。
一部のサービス プロバイダーでは、スイッチに発生している輻輳レベルに関係なく、適合しないセル（トラフィック契約を超えるレートで伝送されているセル）を単に廃棄する場合があることにご注意ください。この場合、 ATMスイッチでのトラフィック ポリシングおよびマーキング のATMスイッチ1はセルをマーキングしてネットワークに送信することなく、セルを廃棄します。
Cisco 7200シリーズ ルータでは、単純なマーキングおよびポリシングを使用してCLPビットを設定することもできます。
一般に、ATMネットワーク上のスイッチはセルのマーキングおよび廃棄によってトラフィック ポリシングを実行しますが、Cisco 7200シリーズ ルータのレイヤ3キューでQoSサービス ポリシーを使用してCLPビットを設定することもできます。ただし、Cisco 7200シリーズのポリサーがCLPビットに基づいてATMトラフィックを廃棄することはありません。単にパケットにCLPのマーキングを行い（ATMセル ヘッダーにCLPビットを設定し）、処理を継続するだけです。
この方法の違いは、スイッチがレイヤ2でマーキングを実行する点です。ただし、Cisco 7200シリーズ ルータでは、QoSサービス ポリシーを使用して、レイヤ3でIPパケットのポリシングおよびマーキングを実行できます。
Cisco 7200シリーズ ルータでは、ATMセルのCLPを次の2つの方法で設定できます。
ATMトラフィック管理が正常に行われると、輻輳が最小化されて、ネットワークを通過するトラフィックが効率的にトランスポートされる一方、必要に応じて、すべてのサービス カテゴリに均一で十分な帯域幅が提供されます。
混在するトラフィックをATMネットワークを介して効率的にトランスポートするには、ネットワークに関する次の設計目的を満たす必要があります。
次の表は、この章に記載された内容の一部をより深く理解するための追加資料に関する情報を示します。
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『 Cisco ATM Solutions 』（ Cisco Press 刊） |
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『Cisco IOS Quality of Service Solutions Configuration Guide』 |
このマニュアルでは、Cisco 7200シリーズ ルータにトラフィック管理機能を実装し、ATMトラフィック フロー全体を最適化する方法に焦点を置いています。PA-A3およびPA-A6 ATMポート アダプタのトラフィック管理について詳しく説明します。
トラフィック シェーピングを実装してATMトラフィックを管理する前に、Cisco 7200シリーズ ルータのハードウェアおよびソフトウェア アーキテクチャの概念がどのようにATMトラフィック フローに適用されるかを理解することが重要です。
ATMトラフィック管理のためのCisco 7200シリーズ アーキテクチャおよび設計 では、Cisco 7200シリーズ ルータでのATMトラフィック管理に適用できるハードウェアおよびソフトウェアの概念について詳細に説明します。
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