IP ルーティング

PfR と WAAS による WAN エクスペリエンスの向上

ホワイトペーパー





PfR と WAAS による WAN エクスペリエンスの向上



アプリケーションの集中化が進み、ユーザがますます分散するにつれて、帯域幅の制限、きわめて長い遅延、パケット損失といった WAN のパフォーマンス面での制限により、アプリケーション配信の速度低下が深刻になっています。Cisco® Wide Area Application Services(WAAS)と Cisco パフォーマンス ルーティング(PfR)を組み合わせることで、WAN 経由のアプリケーション配信をアプリケーション レベルとネットワーク レベルの両方でインテリジェントに最適化できます。Cisco WAAS は WAN 最適化を実現し、アプリケーション レベルの高速化を図ることで WAN 経由のアプリケーション パフォーマンスを向上させ、Cisco PfR は異種ネットワーク間を結ぶ最適な IP パスを通るようにデータ パケットをルーティングします。具体的には、PfR はネットワーク遅延、パケット損失、WAN 使用の金銭的コスト、ジッタ、リンク容量などに基づいて最適なパスを決定します。Cisco PfR は最適なパスの選択を提供すると同時に、Cisco WAAS を補完してアプリケーション配信の速度を高め、インフラストラクチャの統合を促進します。

Cisco WAAS と Cisco PfR によるアプリケーションの高速化

Cisco Wide Area Application Services

Cisco WAAS は、ブランチ オフィス向けの強力なアプリケーション アクセラレーションおよび WAN 最適化ソリューションで、WAN 環境で動作する TCP ベースのアプリケーションのパフォーマンスを向上させます。Cisco WAAS を使用すると、IT 企業はコストのかかるブランチ オフィス サーバとストレージを集中管理型のデータ センターに統合し、データ センターから直接新しいアプリケーションを導入できると共に、リモート ユーザからも LAN 接続と同じパフォーマンスでアプリケーションにアクセスできる環境を提供できます。

企業は次の主要な IT 目標を達成できます。

  • 集中管理されたアプリケーションをリモート ユーザに対して LAN 接続と同等の速度で配信すると同時に、可視性とブランチのセキュリティを維持する。
  • コストのかかるブランチ オフィスのサーバ、ストレージ、バックアップ インフラストラクチャをデータ センターに統合すると同時に、WAN 帯域幅の利用率を最適化する。
  • ブランチ ストレージの統合による法規制への準拠とデータ保護を最大化すると同時に、ブランチ バックアップ アプリケーションを高速化する。
  • ネットワーク内のアプリケーション データ フローの可視性を強化する。

アプリケーションを高速化してパフォーマンスを向上させるために、Cisco WAAS には、圧縮、冗長性の排除、伝送の最適化、プロトコルの最適化、コンテンツ配信など、アプリケーション アクセラレーションと WAN 最適化を実現する高度な手法が組み込まれています。

  • アプリケーション アクセラレーション(遅延と帯域幅の抑制):先読み、予測、抑制などの先進的なプロトコル最適化と高度なキャッシング手法を組み合わせることで、遅延と WAN 上の不要なデータ転送を最小限に抑えます。
  • WAN 最適化(帯域幅とスループットの向上):
    • DRE(Data Redundancy Elimination)と圧縮を組み合わせることで、効率が高まり、不要な帯域幅の消費が低減します。
    • TFO(TCP flow optimization)により TCP を最適化して WAN 環境におけるパフォーマンスと効率を向上させます。
  • 透過的なネットワーク統合:
    • エンドポイントの動的な自動検出により、効率的な展開が可能になり、オーバーレイ ネットワークを作成して管理する必要がなくなります。
    • エンドツーエンドの可視性と QoS(Quality of Service)などの既存のネットワーク機能との互換性、ファイアウォール セキュリティ、Cisco NetFlow モニタリング、ハイアベイラビリティを備えています。

Cisco WAAS を導入すると、インターネットおよびイントラネット アプリケーション、データベース、ファイル サービス、ファイル転送、電子メール、データ保護、リモート デスクトップ アプリケーション、クライアント/サーバ アプリケーションなど、事実上すべての TCP ベースのアプリケーションで、ネットワークおよびアプリケーション固有の高速化手法を活用できます。

Cisco WAAS 展開には少なくとも次の要素が含まれます(図 1 および図 2 を参照)。

  • 最適化する WAN 接続の各エンドに 1 台の Cisco Wide Area Application Engine(WAE):中央のデータ センターに配置された WAE は、複数のブランチの WAE にサービスを提供できます。
  • データ センターに展開され、WAE デバイスによって提供されるサービスの集中制御、管理、監視を行う中央マネージャ。

図 1 Cisco WAE アプライアンスとルータ統合型ネットワーク モジュール

図 1 Cisco WAE アプライアンスとルータ統合型ネットワーク モジュール


図 2 通常の Cisco WAAS 展開シナリオ

図 2 通常の Cisco WAAS 展開シナリオ


Cisco パフォーマンス ルーティング

従来のルーティングは大きな曲がり角にさしかかっており、その動きは新しいアプリケーションやビジネスのニーズによって加速しています。最適パスの計算基準としてふさわしいのはネットワーク パフォーマンスであり、この市場ニーズには Cisco パフォーマンス ルーティングが不可欠です。Cisco PfR を導入すると、応答時間、パケット損失、パスのアベイラビリティ、トラフィック負荷の分散、コスト最小化、音質を表す複合メトリックなど、パフォーマンス重視のルーティング メトリックに基づいて WAN エッジでインテリジェントにパスを選択できるようになります。

従来のルーティング メカニズムでもロード シェアリングと障害軽減を実現できますが、Cisco PfR はルーティングに関する静的なメトリック以外の基準に基づいてルーティングをリアルタイムで調整できます。パフォーマンスに基づいてリアルタイムにルーティングを調整できることから、インターネットや WAN 上でアベイラビリティの高いパスを構築する上で、Cisco PfR は重要な構成要素となっています。

通常、Cisco PfR が導入されるのは、WAN との接続が複数あり、ローカル ネットワークとリモート ネットワークの間で考えられるネットワーク出力インターフェイスが 2 つ以上ある場合です。Cisco IOS® ソフトウェアに実装されているこのテクノロジーは、コア ルーティング機能の一部です。

アップタイムの増加

  • Cisco PfR の自動ルート最適化により、最適な ISP(Internet Service Provider)出口を見つけることでパフォーマンスの低いパスを検出して迂回できるので、応答時間が短縮されます。
  • パフォーマンス最適化により、ネットワーク障害を監視できるので、障害の影響を最小限に抑えることができます。たとえば、大幅な遅延やパケット損失が発生すると、影響を受けるパスは自動的に迂回され、ネットワーク トラフィックはよりパフォーマンスの高い代替パスに再ルーティングされます。

コストの削減

  • 帯域幅コストが最小化されることで、企業は高価なリンクを介して送られるトラフィックを最小化したり、複数契約している定額接続を減らして安価な階層型のサービスに変更したりすることができます。
  • モデル化され、階層ベースの価格決定モデルによってコストが最小化されることで、リアルタイムにコストを評価し、コストベースの WAN パスをインテリジェントに選択できます。
  • パフォーマンス最適化が自動化されることで、人手によるネットワーク パフォーマンス分析や IP ルーティングの調整に関するエンジニアリングの運用コストを削減できます。
  • ルート最適化前と最適化後のトラフィックの分散状況や利用率に関するレポートが生成されます。ISP よりも詳細なサービスレベル契約(SLA)レポートを入手できるので、ISP の SLA の管理を効率化できます。

Cisco パフォーマンス ルーティング(図 3)は、Cisco IOS ソフトウェアに組み込まれたインテリジェンスを利用し、ネットワークおよびアプリケーションのポリシーに基づいて最適パスを特定します。パフォーマンス ルーティングは、Cisco IOS Optimized Edge Routing(OER)を進化させてスコープを大幅に拡大したテクノロジーです。PfR のアプリケーション インテリジェンスおよびエンドツーエンド ネットワーク戦略は、OER のスコープよりもはるかに広範です。PfR の最初のフェーズでは、エンタープライズ ネットワークにおけるアプリケーション ニーズを満たすために OER テクノロジーが幅広く使用されています。

Cisco PfR テクノロジーは次の 3 つのコンポーネントで構成されています。

  • マスター コントローラ
  • 1 つ以上の境界ルータ
  • 2 つ以上のネットワーク出力インターフェイス

Cisco PfR のマスター コントローラは、インテリジェントな意思決定機関です。コントローラは、ルートを決定するために必要なあらゆる情報を境界ルータから動的に取得します。境界ルータは、インターネットや外部 WAN ネットワークに向かう出口要素です。マスター コントローラと境界ルータのどちらの機能も、Cisco IOS ソフトウェア ルータで稼働します。これらは同じデバイス上で同時に稼働させることもできます。

図 3 Cisco PfR のトポロジの概要

図 3 Cisco PfR のトポロジの概要


エンドツーエンドの通信途上にあるパケットが、WAN やインターネット上で遅延やパフォーマンス低下に見舞われるのはよくあることです。一般に IP ルーティングでは、コンテンツやエンドユーザまでの WAN パスとして、最適なメトリックまたはコストを示すパスが選択されます。たとえそのパスでパケット損失、遅延、エラーが頻繁に起こっているとしても、そのことは考慮されません。Cisco PfR ではそれぞれの WAN パスのパフォーマンス特性を計測し、最適なパフォーマンスを示すパスをトラフィックが通過できるようなルーティングを実行します。

Cisco PfR は以下のパラメータに基づいて「最適なパフォーマンスを示す」パスを 3 秒以内に動的に算出できます。

  • パフォーマンス
    • 遅延
    • パケット損失
    • 到達可能性
    • スループット
    • ジッタまたは MOS(Mean Opinion Score)
  • ロード シェアリングおよびリンク利用率
  • コスト最小化

Cisco PfR と Cisco WAAS テクノロジーの結合

Cisco WAAS と Cisco PfR はどちらも、2 つ以上のネットワーク間の通信を最適化するために特化した機能を持っています。Cisco WAAS がアプリケーション レイヤに作用する一方で、Cisco PfR はデータ フローを監視してルーティング レイヤに作用し、最適な WAN ネットワーク パフォーマンスを実現します。ここで言う WAN パフォーマンスには、ルーティング プロトコルでは表されないネットワーク ソフト エラーの検出と軽減が含まれます。これら 2 つの最適化テクノロジーを組み合わせると、強力なネットワーク インテリジェンスが誕生し、アプリケーションの動作を最適化することができます。これにより、ネットワーク リソースを使用してパフォーマンス レベルを最大化できると同時に、既存の資産や運用資産を活用できます。

Cisco PfR と Cisco WAAS:導入の際の考慮事項

WAN 接続の両端に 1 台ずつ Cisco WAE デバイスを配置し、その間で最適なトランスポート セッションを構築している場合、ネットワーク パスに変更が生じると、特定の WAE が関与する範囲も変わる可能性があり、サービスが中断する可能性があります。このため、WAE デバイスは PfR デバイスの「後ろ」(NME-WAE モジュールの場合は「内部」)に配置して、PfR の指示によるネットワーク パス変更が WAE に透過的であるようにすることを強く推奨します(図 4 を参照)。

図 4 Cisco WAAS と Cisco PfR の統合を示す論理デザイン

図 4 Cisco WAAS と Cisco PfR の統合を示す論理デザイン


図 5 は、Cisco WAAS と Cisco PfR の統合にこの推奨事項を組み込んだ 2 つのデザインです。どちらか半分のデザイン(ブランチ側またはデータ センター)をブランチまたはデータ センターに導入できます。どちらのデザインでも PfR 最適化を WAE 最適化ドメイン「内」に配置しているからです。ネットワークの両端に PfR を配置すると非対称のパスが作成される可能性があることに注意する必要があります。このデザインでは非対称パスが可能です。PfR 境界ルータと WAE を直接接続する場合は、接続インターフェイスを PfR 内で「内部」として構成する必要があります。

図 5 Cisco PfR と Cisco WAAS 導入のトポロジ デザイン

図 5 Cisco PfR と Cisco WAAS 導入のトポロジ デザイン


Cisco PfR と Cisco WAAS の結合に関するまとめ

  • Cisco WAAS は DRE や LZ キャッシングによって帯域幅の使用を抑制します。
  • Cisco WAAS はネットワーク遅延の影響を軽減することでスループットを向上させます。
  • Cisco WAAS はアプリケーション固有の高速化を実現します。
  • Cisco PfR は WAN リンク上の負荷管理を改善することで WAN 使用を効率化します。
  • 特定のアプリケーション トラフィックは、測定の結果各アプリケーションにとって最適な WAN パスにルーティングされます。
  • SLA はアプリケーション単位で測定され、しきい値を超える出来事が発生すると軽減措置がとられます。

参考資料

パフォーマンス ルーティング

Cisco WAAS

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