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社内 White Paper

フレーム・リレー・ヘッドエンド・ルータとしての Cisco 7200
Ravi Prakash 著

• Cisco 7200 NSE-1 の製品情報ページ

本資料では、新しい音声ポート・アダプタ（PAVXC-2TE1）を搭載した Cisco 7200 の機能と、わずか 10 パーセントの CPU 利用率で最高 12 の T1/E1 に相当する音声コール（VoFR [Voice over Frame Relay]）を終端できる Cisco 7200 の機能について説明します。本資料の対象者は、シスコ社内のシステム・エンジニアおよびシスコ・アカウント・マネージャを想定しています。

VoFR により、既存のフレーム・リレー・ネットワークを使用して、1 つの企業の地理的に分散した場所の間で音声およびファックス・トラフィックを転送する費用有効な方法が提供されます。比較的高価な 64 kbps の時分割多重（TDM）ネットワークをフレーム・リレー相手先固定接続（PVC）に置き換えたい場合にも使用できます。ユーザは、音声トラフィックが既存のフレーム・リレー・ネットワークで再ルーティングされる場合でも、そのユーザの既存の電話およびナンバリング・プランを使用できます。

音声ペイロードは、フレーム・リレー・ネットワークでは、2 つの方法で送信できます。1 つは、フレーム・リレー・パケットに音声ペイロードがあることをネットワークが把握する方法で、これが従来の VoFR です。ここでは、FRF.11 Annex C などに関連するフラグメンテーション方式を持つ FRF.11 といった体系が関与します。もう 1 つは、VoIP（Voice over IP）をフレーム・リレーで送信する方法です。ここで、フレーム・リレー・ネットワークでは、パケットに音声ペイロードがあることを認識できません。すべてのパケットは、データ・パケットのように処理されます。この場合、FRF.12 規格に従って、より小さなパケットに関連する遅延を減らすために、大きなパケットのフラグメンテーションが実行されます。

音声コールがフレーム・リレー・ネットワークで発生すると、DLCI（データリンク接続識別子）により取り扱われる PVC によって、帯域幅が提供されます。実際には、パルス符号変調（PCM）によって符号化された音声は、PCM ビットが最高 64 kbps または 1 つの DS0 タイム・スロットを使用するため、フレーム・リレー・フレームには直接流れ込みません。VoFR のデフォルトの圧縮アルゴリズムは、CS-ACELP（Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Predictive）であり、ITU G.729 に定義されています。CS-ACELP では、フレーム・リレー・パケットの音声ペイロードに対しわずか 8 kbps の帯域幅が使用され、有料電話サービス相当の音声品質が提供されます。

フレーム・リレー・フォーラムの仕様である FRF.11 では、フレーム・リレー・ネットワークでの音声、ファックス、およびデータ・トラフィックの伝送に対するフレーム形式が指定されています。FRF.11 では、データ、音声、およびビデオが同一フレーム・リレーの DLCI 上で共存できる方法が指定されますが、FRF.11 自体は、コールのセットアップ、ルーティング、または管理には関与しません。シスコでは、FRF.11 の機能拡張バージョンをサポートし、基本 FRF.11 に加えタンデム・スイッチングをサポートしています。したがって、「vofr-cisco」という用語は、FRF.11 Annex C に基づいています。Cisco IOS^(R) ソフトウェアでは、vofr-cisco 同様、従来の FRF.11 もサポートされます。

図 1：FRF.11 Annex C フレーム形式

FRF.11 には、次を含む多数の Annex があります。

Annex A：ダイヤルされた電話番号の転送構文

Annex B：シグナリング・ビット転送構文

Annex C：データ転送構文

Annex D：ファックスリレー転送構文

Annex E-I：音声転送構文

FRF.11 Annex C は、FRF.11 バージョンのフラグメンテーションとみなされる場合があります。

図 2：FRF.12 フラグメンテーションの必要性

FRF.12 では、小さな VoIP パケットが大きいデータ・パケットとリンクを共有する場合に、小さな VoIP パケットによって被る遅延の問題が取り扱われます。FRF.12 では、大きなデータ・フレームのフラグメント化、およびデータ・フレームのフラグメント間の小さなリアルタイム VoIP フレームの挿入が扱われます。フラグメンテーションの大きさは、通常、PVC 単位にコンフィギュレーションできます。FRF.12 では、そのキューイング方法として WFQ（Weighted Fair Queuing：均等化キューイング）が使用されます。

図 3：Cisco IOS ソフトウェアでの FRF.12 サポートによる、大きなデータ・パケットのフラグメント化、およびより小さな音声パケットの挿入（FRFORUM 提供の説明図）

FRF.12 は、サービス・プロバイダのフレーム・リレー・クラウドを FRF.5 ¹ サービス（FRF.8 サービス上ではない） ² 上で行き来するための条件を満たしたソリューションです。というのも、FRF.5 では、このシナリオが、フレーム・リレー-->ATM-->フレーム・リレーとなるため、ネットワークは基本的にフレーム・リレー・ネットワークであり、このネットワークの両端では、FRF.12 フラグメンテーションが認識されます。しかし、FRF.8 ネットワークは、FRF-->ATM であるため、すべてのフレーム・リレー・パケットは、ATM セルとして再度パケット化されます。したがって、ATM ネットワークと接続するフレーム・リレー・ネットワークの境界では、FRF.12 の情報はすべて失われます。

図 4：FRF.8 によるフレーム・リレーおよび ATM のインタワーキング（FRFORUM 提供の説明図）

FRF.11 Annex C および FRF.12 の間の主な相違点は、FRF.11 Annex C では、VoFR PVC が規定されているのに対し、FRF.12 では、音声トラフィックは伝送しないが、音声トラフィックを伝送する他の PVC とリンクを共有するフレーム・リレー PVC が規定されています。

図 5 では、Cisco 7200 の CPU 利用率に対する FRF.12 の影響を示しています。また、NPE-300 ネットワーク・プロセッシング・エンジンを搭載した Cisco 7200VXR 上での VoIP over Frame Relay のパフォーマンスについて説明しています。次のように結論づけられます。「354 バイトのパケット（インターネットの平均サイズのパケット）を提供された負荷とした場合、ルータの CPU 利用率は、6 つの T1 リンクがライン速度で実行されている場合、60 パーセントに達した」

図 5：FRF.12 が NPE300 プロセッサを搭載した Cisco 7200VXR で使用可能な場合の CPU 利用率

音声コールをセットアップし、その進行状況を監視するには、特定の形式のシグナリングが必要です。次の項では、E&M（Ear & Mouth）シグナリングから共通チャネル信号（CCS）および Q.SIG にわたって、関連のある各種シグナリング・プロトコルの簡単な概要について説明します。

チャネル関連シグナリング（CAS）では、同期に使用される制御信号および境界フレームは、音声およびデータ信号として同一チャネル内で搬送されます。CAS の一般的な例には、ループスタート、グラウンドスタート、および E&M があります。E&M インターフェースは、通常、構内交換機（PBX）またはスイッチにあります。アナログ E&M では、1 つのシグナリング・リンクが送信用に使用され、もう 1 つのシグナリング・リンクが受信用に使用されます。ディジタル E&M の場合、シグナリングは、各タイム・スロットまたはチャネルからシグナリングが「取られる」CAS が使用されます。

VoFR の従来のモデルでは、E&M シグナリングは、PBX および伝送機器（通常、VFRAD（音声フレーム・リレー・アクセス・デバイス））間で発生しました。PBX によりトランクが「取り上げられる」場合、一般に、E リードがアサートされない場合、M 信号はアサートされます。リモート・エンドで受信準備が整っている場合、遠端 M リード上で、用語「E&M ウィンクスタート」の元となる「ウィンク」を送り返します。⁴今日のパケット・ネットワークでは、ウィンクスタート・シグナリングは、PBX およびルータ（Cisco 7200）間でローカルに処理されます。

CCS は、シグナリング情報が B チャネルとは分離した、電話ネットワークで使用されるシグナリング・システムです。音声およびデータでは、制御信号の搬送に使用されるチャネルとは異なるチャネルが使用されます。CCS により、23 の B チャネルおよび T1/E1 単位に 1 つ（または複数）のシグナリング・チャネルが提供されます。E1 の場合、30 の B チャネルおよび 1 つ（またはそれ以上）のシグナリング・チャネルがあります。透過的な CCS により、Cisco 7200 上で、音声ポート・アダプタ（PA）経由で Q.SIG 非準拠リモート PBX の接続ができます。T-CCS は Q.SIG 非準拠シグナリングの接続のみでなく、どんなタイプの D チャネル・シグナリングの接続に使用できます。VoFR の透過的な CCS サポートは、2000 年第 3 四半期に予定されています。⁵

図 6：ISDN プロトコル・スタック

上の図では、国際電気通信連合（ITU）による階層を示しています。D チャネルは、通常、シグナリング用に ISDN で使用される Delta チャネルを指します。

PBX 内シグナリングにおいて、ディジタル PBX シグナリングの欧州規格である Q.SIG は、急速に英国基準の DPNSS（Digital Private Network Signaling System）規格に取って代わりつつあります。Q.SIG の主な利点は、異なるベンダの PBX 間の相互運用が容易になり、コール転送（call forwarding）または電話会議といった付加価値機能をサポートできる点です。

予定中の Q.SIG サポートにより、Cisco 7200 では、CCS の Q.SIG 形式を使用する PBX に直接接続できます。⁶

R2 シグナリングは、チャネル化 E1 ネットワークで使用される国際的なシグナリング規格です。R1 シグナリングには、多数のローカライズされた（各国の）実装があり、主にヨーロッパ、アジア、および南アフリカにおいて採用されています。⁷

音声コールを VoFR およびサブチャネル間でダイナミックに切り替える機能は、タンデム・スイッチングと呼ばれます。一般的なアプリケーションでは、タンデム・スイッチング機能に Cisco 7200（ヘッドエンドにて）を使用すると、あるリモート・サイトから別のリモート・サイトに送られるコールのタンデム PBX スイッチングが回避されます。

通常、コールが特定の PBX で発生または終端しない場合、このコールのパス内の PBX は「タンデム PBX」とも呼ばれます。Cisco 7200 が VoFR タンデム・ノードとして使用されるソリューションは、VoFR の前に、コールは集中タンデム PBX を通過する必要があるため、「タンデム PBX バイパス」と呼ばれる場合があります。

Cisco 7200 を使用したタンデム・スイッチングには、次の利点があります。

• タンデム PBX の消費を回避
• 通常、余分な圧縮サイクルにより生じるパケット・ネットワークの遅延を回避
• ヘッドエンド PBX のチャネルを節約

VoFR タンデム・ノード⁄スイッチとしての Cisco 7200 の使用は、Cisco 7200 上で実際に音声コールを終端することとは大きく異なる点に注意する必要があります。タンデム・スイッチングでは、呼び出される電話番号に基づいてコールがルーティングされます。同様に、これは、ルータが IP パケットの音声ペイロードを認識しない、基本的な IP スイッチングの実行とも異なります。

2 台のリモート Cisco 3810 がセントラル・サイトの Cisco 7200 を経由して通信する場合、Cisco 7200 は、フレーム・リレーのコール・パスに従った中間ルータであり、VoFR タンデム・ノードとも言われます。VoFR コールをセットアップするには、最初に、音声ポートを DLCI 上のサブチャネルにバインドすることが必要です。次に、エンド間で使用されるスピーチ圧縮コーダ⁄デコーダ（コーデック）を一致する必要があります。1 つの DLCI 上で、多数のデータ・チャネルおよび多数の音声チャネルを多重化できます。

詳細は、CSCdp27670（『Performance of the Cisco 7200 when used as a VoFR tandem switch』）を参照してください。

図 7：VoFR に対する Cisco 7206VXR の一般的な配備（Cisco 7200 に音声終端機能が装備される前）

Cisco 7200 に終端機能がない場合、一般には、VoFR を終端し、これをセントラル・サイトで PBX に渡す前に PCM に変換するには、Cisco 3810 のラックを装備する必要がありました（上の図 3 参照）。新しい PA-VXC-2TE1 の登場により、トラフィックを終端するルータの外部スタックは、不要になりました。現在では、VoFR トラフィックの終端に、この音声 PA を実装した Cisco 7200 を使用できます。⁸

音声ポート・アダプタ上の 30 個の高性能ディジタル信号プロセッサ（DSP）により、G.729a といった複雑さが中度な音声コーデックを使用して、最高 120 個の音声チャネル（会話）を圧縮できます。DSP の機能はこれだけではありません。DSP では、Voice Activity Detection（VAD）、サイレンス抑制、およびエコー・キャンセルといった他の機能も処理されます。

図 8：PA-VXC-2TE1 を使用した、Cisco 7200 による VoFR の終端

より高水準のサービスを音声トラフィックに提供するには、シスコの低遅延キューイング（LLQ）の使用が推奨されます。LLQ により、音声トラフィックに対する厳しいプライオリティ・キューイングおよび、残りのトラフィック・クラスに対する WFQ（Weighted Fair Queuing:均等化キューイング）またはクラスベースの均等化キューイング（CBWFQ）のいずれかが提供されます。LLQ は、以前の「IP RTP PRIORITY」のスーパーセットと考慮できますが、リアル・タイム・プロトコル（RTP）トラフィックに対する厳密なプライオリティ・キューイングが装備されている「IP RTP PRIORITY」とは異なり、LLQ では、VoFR（Voice over Frame Relay）などに IP が含まれない場合でも、音声トラフィックに対する同じ優先順位を提供できます。⁹

音声トラフィックのトラフィック・シェーピングは、フレーム・リレー・トラフィック・シェーピング（FRTS）といったツールを使用して、PVC ごとに（認定情報レート（CIR）との整合性を保証するために）行われますジェネリック・トラフィック・シェーピング（GTS）とは異なり、FRTS は、DLCI ベースでシェーピングをサポートします。ただし、FRTS の場合、デフォルトのキューイング・メカニズムは、カスタム・キューイング（CQ）、プライオリティ・キューイング（PQ）、または FIFO（先入れ先出し）です。シェーピングがインターフェースまたはサブインターフェースごとに必要な場合、GTS が最適なツールです。GTS では、そのキューイング・メカニズムに WFQ が使用されます。

図 9：FRTS による、DLCI から CIR、Committed Burst（Bc）および Excess Burst（Be）までの音声トラフィックのシェーピング

シスコでは、今後発表するネットワーク・サービス・エンジン 1（NSE-1）などの新たな開発から、ハードウェアベースのレイヤ 3～7 サービスを提供することにより、Cisco 7200VXR 上の NPE-300 プロセッサの性能を拡張します。これは、PQ-WFQ などの QoS サービスのより効率的な実行を支援し、VoFR 展開における音声パフォーマンス全体を向上します。

図 10：NSE-1 による、Cisco 7200VXR 上でのレイヤ 3～7 サービスの向上

結論として、Cisco 7200 を使用すれば、リモート・オフィス Cisco 2600/3600/3810 を起点とする多量の音声コールをタンデム交換または終端できるため（適切な音声 PA を搭載している場合）、VoFR の WAN エッジ集約には、Cisco 7200 が理想的な選択肢です。FRF.12、PQ-WFQ、および FRTS といった関連する QoS 機能が使用できる場合、音声トラフィックにより、遅延または遅延の変形（ジッタ）を許容レベルまで減少する適切なレベルの QoS が得られます。