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Catalyst 6500 シリーズ イーサネット モジュールのバッファ、キュー、およびしきい値

概要

Catalyst 6500 シリーズ スイッチには多彩なイーサネット モジュールが用意されているため、ポートのバッファ サイズ、受信キューと送信キューの数とタイプ、およびテール ドロップしきい値や Weighted Random Early Detection（WRED; 重み付けランダム早期検出）しきい値の数を見極めるのが難しい場合があります。

この資料では、Catalyst 6500 シリーズ スイッチのイーサネット モジュールで使用されているポート バッファ、キュー、およびしきい値の概要を説明し、各モジュールでサポートされているバッファ サイズ、キュー構造、およびしきい値について説明します。

なお、この資料では、Catalyst 6500 シリーズ スイッチでもサポートされている Cisco 7600 の OSM（オプティカル サービス モジュール）インターフェイスおよび新しい SIP および SPA モジュールについては扱っていません。

バッファ、キュー、およびしきい値の概要

Catalyst 6500 シリーズのすべてのイーサネット モジュールには、何らかの送受信バッファ機能が実装されています。これらのバッファは、スイッチ内でフォワーディングの決定を行う際にフレームを保管する場合や、物理媒体がサポートしている速度よりも速い速度でパケットをポートの送信キューに入れる場合に使用されます。

Catalyst 6500 アーキテクチャでは、スイッチ ファブリックへのアクセスがボトルネックになることはほとんどありませんが、送信側で、スイッチに着信するパケットの大部分が特定のポートに送信されることはよくあります。このため、相対的にみると、イーサネット モジュールの受信側のポート バッファは、送信側のポート バッファよりも小さくなっています。

QoS（Quality of Service）機能を使用しない場合、トラフィック タイプに関係なく、すべてのパケットはポート バッファを均等に利用できます。たとえば、Voice over IP（VoIP）パケットは、HTTP（Web）や FTP（ファイルのダウンロード）のデータ パケットと同じバッファを使用します。また、輻輳（ポート バッファのオーバーフロー）が発生すると、すべてのトラフィックが均等に廃棄されます。つまり、パケットは受信された順に処理されて、バッファがいっぱいになると、後続のパケットはすべて廃棄されます。これは、テール ドロップ付きの First In、First Out（FIFO; 先入れ先出し）キューイングです。

スイッチで QoS を有効にすると、ポート バッファには 1 つまたは複数のキューが構成されます。各キューには 1 つまたは複数のドロップしきい値が関連付けられます。1 つのバッファ内で複数のキューを使用し、各キューにドロップしきい値を対応付けると、輻輳状態になってもスイッチは適切な処理を行うことができます。ジッタや遅延変動の影響を受けやすいトラフィック（VoIP パケットなど）は送信キューで優先的に処理し、重要度の低いトラフィックや影響を受けにくいトラフィックはバッファに保管するか、または廃棄することができます。

ポートのキューとドロップしきい値のタイプ

QoS を有効にすると、イーサネット モジュールのスイッチ ポート上で複数のキューとドロップしきい値が利用できるようになります。キューのタイプとしきい値の構成は、イーサネット モジュールのモデルによって異なります。

入力および出力スケジューリングは、常にフレームに関連付けられた CoS 値に基づいて実行されます。デフォルトでは、小さな CoS 値は小さなキュー番号にマッピングされ、大きな CoS 値は大きなキュー番号にマッピングされます。CoS 5 のトラフィック（通常、VoIP トラフィックに関連付けられる）は、完全優先キューにマッピングされます。

各種キューの他に、各標準キューには 1 つまたは複数のドロップしきい値があります。ドロップしきい値には、次の 2 つのタイプが存在します。

• テール ドロップしきい値 - テール ドロップしきい値を使用するポートでは、特定の CoS 値を持つフレームは、その CoS 値に関連付けられたドロップしきい値を超過しないかぎり、キューに入ることが許可されます。ドロップしきい値を超過した場合には、ドロップしきい値の超過が解消されるまで、その CoS 値を持つ後続のフレームは廃棄されます。
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  たとえば、CoS 1 がキュー 1（しきい値 2）に割り当てられ、しきい値 2 の水準点が 60%である場合、キュー 1 が 60%を超えると CoS 1 を持つフレームは廃棄され、キューが 60%を下回るまでの間、CoS 1 を持つ後続のフレームはすべて廃棄されます。

• WRED ドロップしきい値 - WRED ドロップしきい値を使用するポートでは、特定の CoS 値を持つフレームは、バッファ輻輳を回避するためのランダムな確率に基づいて、キューに入ることが許可されます。特定の CoS 値を持つフレームがキューに入ることが許可、または廃棄される確率は、その CoS 値に割り当てられた重みとしきい値に左右されます。
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  たとえば、CoS 2 がキュー 1（しきい値 2）に割り当てられ、しきい値 2 の水準点が 40%（ロー）および 80%（ハイ）である場合、キュー 1 が少なくとも 40%になるまで CoS 2 を持つフレームは廃棄されません。キューが 40%を超えて 80%に近づくと、CoS 2 を持つフレームが廃棄される確率は徐々に高くなります。キューが 80%を超えると、CoS 2 を持つフレームは 80%未満になるまで廃棄されます。キューの水準が下限しきい値と上限しきい値の間にある場合にスイッチが廃棄するフレームは、フロー単位や FIFO 方式ではなく、ランダムに選択されます。この方式は、バックオフによって断続的なパケット廃棄に適応でき、送信ウィンドウサイズの調整が可能なプロトコル（TCP など）に適しています。

ポート上の個々のキューおよびしきい値を表す場合には、簡潔な表記が使用されます。この表記は、完全優先キューの数（存在する場合）、標準キューの数、および各標準キュー内のテール ドロップしきい値または WRED しきい値の数を示します。Catalyst 6500 イーサネット モジュールで使用されるキューおよびしきい値のタイプについては、表 1 を参照してください。

表 1 Catalyst 6500 シリーズ イーサネット モジュールの受信/送信ポートのキューおよびドロップしきい値のタイプ

* 将来すべてのライン カードで標準化の予定

イーサネット モジュールのバッファ サイズ、キュー、およびしきい値

表 2 は、Catalyst 6500 シリーズの各イーサネット モジュールに関する次の内容を示しています。

• ポート単位の総バッファ サイズ（総バッファ サイズ）
• ポート単位の受信バッファ サイズ（Rx バッファ サイズ）
• ポート単位の送信バッファ サイズ（Tx バッファ サイズ）
• ポートの受信キューとドロップしきい値の構造（Rx ポート タイプ）
• ポートの送信キューとドロップしきい値の構造（Tx ポート タイプ）
• QoS 使用時のキューあたりのデフォルト受信バッファ サイズ（Rx キュー サイズ）
• QoS 使用時のキューあたりのデフォルト送信バッファ サイズ（Tx キュー サイズ）

表 2 イーサネット モジュールのバッファ サイズ、キュー、およびしきい値

1 この資料は、大半の OSM に搭載されている「標準的」な 4 つのギガビット イーサネット ポートのみを対象としており、4 ポート GE-WAN OSM やその他の OSM 関連インターフェイスは対象としていません。