テクノロジー解説

パフォーマンス ルーティング

WAN 回線の高速化により、クラウドサービスの利用が進み、インターネット経由でデータセンターにアクセスするケースは珍しくなくなっています。その一方で、音声やビデオなどの遅延に敏感なアプリケーションがビジネスに不可欠となっており、これらのアプリケーションにも WAN 経由のアクセスが求められるようになっています。

以前は通信のボトルネックと言えば、多くは通信機器が原因とされてきましたが、ルータ製品の高速化が進んだ昨今では、WAN 回線の内部で発生する輻輳の方が問題となるケースが増えています。コストに優れたベスト エフォート型の回線を複数契約しても、思ったほどのパフォーマンスが得られずに頭を抱えているネットワーク管理者も多いのではないでしょうか?

こうした課題を解決するのが、Cisco IOS ソフトウェアに搭載されている「パフォーマンス ルーティング」です。回線速度が保証された高額な専用回線を契約することなく、クリティカルなアプリケーションのパフォーマンスを維持し、回線利用の効率化を図ることができます。

最適なルーティングを動的に実現するテクノロジー

従来の経路選択機能には、ルーティング テーブルに基づいたものか、もしくは HSRP/VRRP/GLBP に代表されるようなデフォルト ゲートウェイの冗長化プロトコルを使用したものしかありませんでした。こうした方法の場合、現在の経路が完全に切断されたときは代替経路に切り替えることができますが、回線の輻輳を検知して経路を選択し、切り替えるということはできません。

今回ご紹介するパフォーマンス ルーティングは、複数の経路が存在する場合に、それぞれの経路の宛先までの通信時間を計測し、輻輳が少なくパフォーマンスの良い回線を判別し、切り替える機能です。

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通常、ユーザは WAN 内部での輻輳を直接知ることも、対処することもできませんが、パフォーマンス ルーティングにより、輻輳を検知し、回避することができるようになります。また、以前ご紹介した WAAS による WAN の高速化では、アプリケーション レベルで WAN を高速化するのに対し、パフォーマンス ルーティングは最適経路の選択により WAN の高速化を図ります。IOS に標準で搭載されている機能なので、機器やライセンスの追加購入といったコストをかけずに実装できるのも大きなメリットです。

司令塔と実行役 - マスター コントローラとボーダー ルータ

パフォーマンス ルーティングはマスター コントローラ(MC)とボーダー ルータ(BR)と呼ばれる 2 つの要素で構成されています。トラフィックを計測し、計測結果を収集して判断し、最適な経路を選択するというそれぞれの機能は、この 2 つの要素によって実行されます。

MC は、BR に対してトラフィック計測を指示し、BR から返される計測情報に基づいて経路切り替えを判断し、BR に指示を行います。いわば、パフォーマンス ルーティングの頭脳、司令塔と言えます。MC は BR としか通信しないため、ルーティングを実行する必要はなく、プライベート アドレスでも構いません。

一方 BR は、MC の指示に従って経路の切り替えや計測開始の処理を実行します。LAN 回線と WAN 回線の境界となるルータに設定し、BR の LAN 側インターフェイスと WAN 側インターフェイスを指定することで、この 2 つのインターフェイス間の通信の計測を行います。

MC と BR は 1 台のルータで動作させることも、別々のルータで動作させることもできます。別々のルータに設定した場合を例に、動作イメージを説明します。

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計測方法、判断基準、経路選択ルールを設定

パフォーマンス ルーティングの挙動に関する設定はすべて MC 側で行います。制御できる項目と、デフォルトの設定は以下の通りです。いずれも、用途に合わせて設定をカスタマイズすることが可能です。

計測方法
パフォーマンス ルーティングでは、トラフィックの計測のために NetFlow や IP SLA の機能を利用しています。計測にどちらの機能を利用するか、または両方の機能を組み合わせるかを、計測モードを指定することができます。

指定できる計測モード
Passive 実際に流れているトラフィックを計測する。検出できるトラフィックは TCP のみ。
Active 計測用のトラフィックを生成して計測する。TCP と UDP のいずれも計測できる。
Passive と Active の組み合わせ Both デフォルトのモード。最初に Passive で実トラフィックを検知し、検知されたトラフィックの宛先に対し、Active で計測用トラフィックを生成して計測する。検出できるトラフィックは TCP のみ。
Fast 基本的に Active 計測であり、常にすべての経路で計測用トラフィックを生成する。BandWidth を計測する目的でのみ Passive を併用する。
Active throughput 基本的に Active 計測であり、使用中の経路でのみ計測用トラフィックを生成する。BandWidth を計測する目的でのみ Passive を併用する。

デフォルトでは、両方の機能を組み合わせるモードのうち、「Both モード」が設定されています。このモードでは、最初に NetFlow の機能で実際の TCP トラフィックを検知し、検知されたトラフィックの宛先に対して IP SLA で計測用のトラフィックを生成して計測を行います。

ポリシー
何をもって回線の品質を判断するかの判断基準をポリシーとして設定できます。複数のポリシーを設定して優先順位を指定することも可能です。用途は 2 種類あり、この基準に違反すれば他の経路に切り替えるという利用方法と、複数の経路の品質を比較する際の基準として利用する方法があります。デフォルトでは、「直近 5 分間の遅延が、直近 60 分間の遅延に比べて 50% 増加した場合に経路を変更する」「回線の利用率が 75% を超えた場合に経路を変更する」という 2 つのポリシーが設定されています。

経路選択
常に最も品質の良い経路に切り替えるのか、現在使用している回線がポリシーに違反した場合に経路を切り替えるのかを指定します。デフォルトでは、使用している回線がポリシーに合致している間は、よりパフォーマンスの良い他の回線があっても切り替えを行わない設定になっています。

さまざまなケースに合わせた設定が可能

パフォーマンス ルーティングを利用すると、ネットワークの全体的な輻輳を検知するだけでなく、音声や特定のアプリケーションなど、特定のトラフィックの輻輳を検知することもできます。利用ケースにおける計測方法の選び方の例を紹介します。

ケース1. WAN 回線全体の輻輳を回避する場合
WAN 回線の輻輳状況に応じて最適な経路に切り替えて全体のパフォーマンスを維持する場合、デフォルトの設定で実行します。TCP 通信のみを対象とするのであれば、計測方法は Both モードのままで問題ありません。

ケース2. 特定のアプリケーションのサーバ レスポンスに応じて最速の回線を選択する場合選択
特定のアプリケーションのサーバ レスポンスに応じて、最適な経路を選択します。Both モードもしくは Active モードを使用します。

ケース3. 遅延の許されない音声アプリケーション向けの回線を選択する場合
特定の TCP や UDP トラフィックのレスポンスに応じて、最適な経路を選択します。Active モードを使用して、擬似トラフィックを生成して計測を行います。音声トラフィックのほか、特定のアプリケーション/宛先のトラフィックを計測する場合などに利用します。

複数回線間の高度なロード バランシングを実現

このように、パフォーマンス ルーティングを導入すると、WAN 内部で帯域幅の空いている回線があるにも関わらず、輻輳が発生している回線だけを使い続けてしまうような事態を回避できるようになります。回線のパフォーマンスを動的に把握することにより、WAN 回線を効率良く利用することができるようになります。

参考資料

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