Cisco Unified Wireless QoS テクニカル ノート

概要

このドキュメントでは、Cisco Wireless LAN Controller（WLC）およびコントローラが接続するインフラストラクチャ デバイスでの Quality of Service（QoS）の処理手法について説明します。 データ レートの上昇に伴い、シスコ ワイヤレス製品の QoS の重要性が高まっていますが、QoS はしばしば見過ごされる領域です。

QoS チェックリストは、QoS を正しく設定する方法を説明するクイック ガイドです。このドキュメントのこの後のセクションでは、ワイヤレス QoS を完全に実現するために必要となる、有線ネットワークの設定とその他の情報について説明します。

QoSの用語とワイヤレステクノロジーに精通している場合は、チェックリストから始めます。そうでない場合は、最初に説明を読んでください。

有線 QoS を理解しているがワイヤレス QoS については理解していない場合は、Wi-Fi マルチメディア（WMM）の説明を読み、ワイヤレス QoS が有線 QoS よりも重要である理由を理解してください。

QoS チェックリスト

1. [WLAN] を展開し、[QoS] タブをクリックします。
2. WLAN ごとに、[WMM Policy] ドロップダウン リストから [Allowed] を選択します。
3. WLAN ごとに、[Quality of Service (QoS) ] ドロップダウン リストから該当する QoS レベルを選択します。
   
   
   • 他のタイプのトラフィックを使用したワイヤレス VoIP 通信には [Platinum] を選択します。
   • [Gold] は、音声トラフィックがないビデオ ストリーミング ネットワークの場合にだけ選択します。
   • 音声トラフィックまたはビデオ トラフィックのないすべての汎用データ ネットワークには [Silver] を選択します。
   • すべてのゲスト ネットワークには [Bronze] を選択します。
     
     
     
     
4. [Wireless] メニューで [QoS] をクリックし、[Profiles] をクリックします。
   
   
5. [Protocol Type] ドロップダウン リストから [802.1p] を選択し、[802.1p Tag ] フィールドに該当するタグを入力します。
   
   
   • Platinum = 5
   • Gold = 4
   • Silver = 3
   • Bronze = 1
     
     

注：バージョン7.5より前のバージョンでは、音声用に。1pタグを6に設定することを推奨していました（ただし、実際にはCoS 5でマークされます）。バージョン 7.5 以降では、Platinum .1p のデフォルトは 5 です。これは表示だけの変更であり、動作は変わりません。

追加のガイドラインには次が含まれます。

• サービス クラス（CoS）を利用する場合は、すべてのインターフェイスにタグを付ける必要があります。VLAN 0 には設定しないでください。この設定は、それらがネイティブ VLAN にあることを示します。
• CoS を利用する場合、WLC に接続しているスイッチ ポートは、mls qos trust cos コマンドで設定されたトランク ポートである必要があります。
• ローカル モード アクセス ポイント（AP）に接続しているスイッチポート、およびローカルでスイッチされるワイヤレス LAN（WLAN）が接続されていないハイブリッド リモート エッジ アクセス ポイント（H-REAP）/FlexConnect AP に接続しているスイッチ ポートは、mls qos trust dscp コマンドで設定されたアクセス ポートである必要があります。
• CoS を利用する場合、 1 つ以上のローカルでスイッチされる WLAN が接続されている H-REAP/FlexConnect AP に接続されたスイッチ ポートは、mls qos trust cos コマンドで設定されるトランク ポートである必要があります。

WMM

QoSの最も簡単な実装を作成するには、WLANでWMMを有効にします。このオプションは、WLAN設定メニューの[QoS]タブにあります。 その他の WMM ポリシーの設定は次のとおりです。

• [Disabled]：WMM が WLAN 上で使用されません。
• [Required]：クライアントが WMM をサポートしている必要があります。サポートしていない場合、クライアントは WLAN にアクセスできません。
• [Allowed]：WMM をサポートするクライアントは WMM を使用でき、WMM をサポートしていないクライアントもネットワークに接続できます。 

WMM は 完全な 802.11e IEEE 規格のサブセットである Wi-Fi Alliance 認定です。

WMM では、ワイヤレス ステーション（クライアントおよび AP）が、送信する各パケットについて優先順位を設定し、4 つのアクセス クラスのいずれかにパケットを分類できます。

• 音声（AC_VO）
• ビデオ（AC_VI）
• ベスト エフォート（AC_BE）
• バックグラウンド（AC_BK） 

802.11a/g/n に対応する場合は数値にずれが生じるので、計算を容易にするために、802.11b のみに注目することにします。 WMM がない場合、ワイヤレス競合アルゴリズムである Distributed Coordination Function（DCF）で、すべてのパケットに同一の優先度が割り当てられます。  パケットの送信前に、ステーションはランダムなバックオフ タイマーを計算します。これは、ステーションがパケット送信操作を試行する前に待機する必要がある時間です。  WWM は使用せず、標準 DCF を使用する場合は、すべての送信に同一のバックオフ変数が指定されるため、すべての送信の優先度が同一になります。この変数は 0 から 31 までのランダム バックオフ変数であり、競合が発生し、パケットを再試行する必要が生じると、変数上限値が最大 1023 まで倍増します。 

注：次のイメージは参照用であり、WLCの値は反映されていません。

WMM では、異なるアクセス クラス キューのパケットには、異なるランダム バックオフ変数に基づいて優先順位が付けられます。

現在のバックオフの数値は次のとおりです。

• AC_VO ：3 ～ 7 の範囲
• AC_VI ：7 ～ 15 の範囲
• AC_BE および AC_BK：15 ～ 1,023 の範囲

このように、競合発生時には、優先度が高いトラフィックを送信するステーションのほうが、そのステーションのメッセージが最初に送信される可能性が高く、またより頻繁に再試行を許可されます。 

WMM は、優先度が高いパケットのインターフレーム スペーシングの要件を短縮します。これにより、音声とビデオをバースト送信でき、間に入り込んだ優先度の低いデータを待機する必要はありません。また 802.11n および 802.11ac のデータ レートを取得するには WMM が必要です。つまり、WMM が無効にされているクライアント、または非 WMM のクライアントの場合、使用可能な最大データ レートは 54 Mbps です。

この DCF の変更は、Enhanced Distributed Channel Access（EDCA）と呼ばれており、本質的には WMM 認定によって 802.11e から発展したものであり、第 2 の媒体アクセス メカニズムを提供します。

CoS と DSCP スイッチの動作

DiffServ コード ポイント（DSCP）は、IP ヘッダーの レイヤ 3 のタグです。このため、DSCP は常にパケットの転送過程全体で維持されます。DSCP には 16 進数/10 進数値が含まれていますが、通常はフレンドリ名に変換されます。

たとえば、音声パケットには Expedited Forwarding（EF; 完全優先転送）というタグが付けられます。この値は 10 進数値 46 です。次の表に対応を示します。

DSCP 名	バイナリ	10進数	IP Precedence
CS0	000 000	0	0
CS1	001 000	8	1
AF11	001 010	10	1
AF12	001 100	12	1
AF13	001 110	14	1
CS2	010 000	16	2
AF21	010 010	18	2
AF22	010 100	20	2
AF23	010 110	22	2
CS3	011 000	24	3
AF31	011 010	26	3
AF32	011 100	28	3
AF33	011 110	30	3
CS4	100 000	32	4
AF41	100 010	34	4
AF42	100 100	36	4
AF43	100 110	38	4
CS5	101 000	40	5
EF	101 110	46	5
CS6	110 000	48	6
CS7	111 000	56	7

コール シグナリングは CS3 としてタグ付けされることがよくあります。音声は EF です。通常、実際の値ではなくフレンドリ名を覚えておく必要があります。

IP フォンやソフトウェア アプリケーションは、EF としてタグ付けされた音声トラフィックを送信します。

CoSは、802.1q VLANタグヘッダーに含まれるレイヤ2タグ（802.1pとも呼ばれる）です。したがって、VLANタグが存在する場合（トランクポートなど）にのみ存在します。このため、パケットが別のサブネットにルーティングされる場合、またはパケットがアクセス ポートを通過する場合に消失する非存続タグです。

両方の値は完全に共存可能であり。トランク ポートでは常に共存します。

ポートで mls qos trust dscp コマンドを入力すると、スイッチは着信パケットの DSCP 値を使用して、パケットを正しいキュー（内部音声、ビデオ、またはベスト エフォート キュー）に入れます。パケットが別のポートで再送されると、スイッチはCoSタグをDSCPと一致するように設定するため、2つの値の間に競合は発生しません。CoSタグが存在する場合は、トランクポートです。

ポートで mls qos trust cos コマンドを入力すると、スイッチは着信パケットの CoS マーキングを使用して、パケットを正しいキューに入れます。パケットが再送信されると、スイッチは CoS に対応するように DSCP 値を設定します。

この方法では、一方の値（信頼される値）に一致するようにもう一方の値が常に書き換えられるので、不一致が発生することがありません。したがって、アクセス ポートの DSCP とトランク ポートの CoS を信頼できます。CoS 値は、アクセス ポートからの入力時に存在していない場合でも、トランク ポートからの出力時にスイッチにより書き換えられます。

スイッチで mls qosd コマンドをグローバルに入力したら、即時にスイッチ ポートで mls qos trust cos コマンドまたは mls qos trust dscp コマンドを実行する必要があります。このように実行しないと、CoS 値と DSCP 値の両方が 0 に上書きされます。mls qos コマンドからのグローバル設定がない状態では、すべてのタグは変更されませんが、スイッチは優先キューをまったく使用しません。

同一のトラフィック クラスに対する異なる UP マーキング

音声は、有線ネットワークでは CoS 5 としてタグ付けされますが、WMM/802.11e では 6 としてタグ付けされます。これは、802.1p 標準と WMM 標準の間で混同されることがよくあります。音声を地上波で UP 5 としてタグ付けするために 802.11e/WMM 標準に実際には準拠しないベンダーが増えています（有名な例として Microsoft と Lync があります）。このため、それらのベンダーは地上波では基本的に 802.11e ではなく 802.1p テーブルを使用します。シスコは 802.11e 標準に準拠しており、地上波では音声を 6 としてタグ付けしているため、この点を認識しておく必要があります。これは、CoS よりも DSCP を信頼するもう 1 つの理由です。

このことから、柔軟性を強化するために、8.1 WLC ソフトウェアの最初のメンテナンス リリースでは、手動 QoS マップのサポートが追加されました。つまり、以前のようにスタティック マッピング テーブルを使用する代わりに（たとえば有線 DSCP では UP 5 は音声としてタグ付けされず、ビデオとしてタグ付けされます）、管理者は元の DSCP 値を引き続き信頼するかどうかを決定できます。したがって最も一般的な使用例では、Microsoft Lync Windows クライアントが送信する DSCP EF が UP 5 で送信されたことを認識してネットワーク上でそれをビデオ DSCP にダウングレードする代わりに、Microsoft Lync Windows クライアントが送信する DSCP EF を信頼し、引き続き音声としてタグ付けすることを決定できます。

QoS プロファイル

WMM プロファイル（Platinum、Gold、Silver、Bronze）の最初の役割は、上限（クライアントに対して使用が許可されている QoS の最大レベル）を設定することです。たとえば、WLAN で Silver プロファイルを設定すると、クライアントはバックグラウンド トラフィックやベスト エフォート型トラフィックを送信できますが、音声やビデオの送信は許可されません。音声やビデオが送信されると、ベスト エフォートとして処理されます。

同様に、Platinum を設定すると、クライアントに対してすべての QoS タグ/クラスの使用が許可されます。ただし、すべてが音声としてみなされるわけではありません。つまり、ラップトップが音声トラフィックを送信する場合、このトラフィックは音声として扱われ、ラップトップがベスト エフォートを送信する場合（多くのラップトップはベスト エフォートを送信します）、そのトラフィックはベスト エフォートとして扱われます。

WMM プロファイルのもう 1 つの役割として、非 QoS トラフィックのタグを定義することがあります。WMM が allowed に設定されている場合、クライアントは非 QoS フレームを送信することを引き続き許可されます。次の 2 つの異なる状況を混同しないでください。

• ラップトップで WMM がサポートされており（ほとんどのラップトップでは WMM がサポートされます）、ラップトップが QoS データ フレームを送信するときに、トラフィックにタグを付けない場合、タグ 0 が使用されます。
• ラップトップで WMM がサポートされておらず、 ラップトップが QoS フィールドのない単純なデータ フレームを送信する場合、WLC によりこれらのデータ フレームが QoS プロファイルに変換されます。たとえば、Platinum を設定している場合はデータ フレームが音声タグとして変換されます。

QoS プロファイルを使用すると、無線エリアで使用される WMM 値を有線ネットワークでの QoS マークに変換できます。  WLC の設定では、802.11e の推奨のマッピング（WMM の定義方法）が使用されます。このため、音声 = Platinum = 6、ビデオ =  Gold = 5、ベスト エフォート = Silver = 3、バックグラウンド = Bronze = 1 となります。

有線側では、シスコのルータおよびスイッチは、レイヤ3のDSCPまたはレイヤ2のCoSマーキングで動作できます。CoSマーキングは、パケットが属するVLANをマーキングするためにパケットに追加される802.1p/qタグに含まれます。  この802.1qタグの長さは16ビットです。VLAN ID(0 ～ 4095)には12ビットが使用され、1ビットは使用されず、CoSマーキング(0 ～ 7)には3ビットが使用されます。  CoS 値 6 および 7 は、有線ネットワークに対して特別な意味があるため、シスコは、Platinum、Gold、Silver、および Bronze に対して定義されている WMM 値の 6、5、3、および 1 を送信しません。代わりに、次の表に示すようにこれらの値を CoS 値 5、4、0、および 1 に変換します。

アクセス クラス	Quality of Service	WMM 値	シスコにより変換された CoS 値
音声	WMM Platinum	802.11e 6	802.1p 5
ビデオ	WMM Gold	802.11e 5	802.1p 4
ベスト エフォート	WMM Silver	802.11e 0	802.1p 0
背景	WMM Bronze	802.11e 1	802.1p 1

優先度が高い QoS プロファイルに関連付けられているワイヤレス トラフィックには、有線側で高いプライオリティ タグが割り当てられます。WMM に基づいて 802.11e ～ 802.1q マーキングに割り当てられた CoS 値は、AP と WLC の両方で維持されます。これにより、Control And Provisioning of Wireless Access Points（CAPWAP）ヘッダーが WLC により削除され、有線ネットワーク上で送信されると、CAPWAP パケットにそのパケットと同じレベルの有線 QoS が割り当てられます。 

同様に、ワイヤレス クライアントへのルートにある有線ネットワークからのトラフィックに、CoS 値が関連付けられています。これは、AP に到着する CAPWAP パケットにシスコがコピーしたものです。AP は CoS 値を使用して、使用する適切な WMM キューを決定します。

タグ付けされた WLC インターフェイス

WLC 管理インターフェイスは、タグなし/ネイティブ VLAN 上に置かれるのが一般的です。  前述した CoS タギングのため、WLC で 802.1p マーキングを有効にしている場合は、これは適切な選択ではありません。802.1q タグがない状態では、CoS マーキングを挿入する場所がなく、QoS は管理インターフェイスで失敗します。 

管理インターフェイスに WLAN を配置していなくても、次の状況で QoS の問題が発生する可能性があります。

• WLC からその AP に送信された CAPWAP 制御パケット
• 内部 WLC 通信
• 管理インターフェイスから開始されるバックエンド認証

したがって、WLC インターフェイスがすべてタグ付き VLAN 上にあることを確認します。

DSCP の推奨事項

地上波で元来の 802.11e テーブルではなく、802.1p のようなマーキングを使用する（つまり音声を 6 ではなく 5 UP として送信する）ベンダーの増加に伴い、混乱と不一致を避けるために DSCP をエンドツーエンドで信頼することが推奨されます。また、DSCP がより多くの価値と選択肢を提供し、ネイティブ VLAN に対する弾性も高いため、DSCP の信頼性が向上し、ネットワーク全体で保持されるようになりました。

リリース 7.2 以降の動作の変更

WLC リリース 7.2 以前は、内部 CAPWAP DSCP 値のキャッピングがありませんでした。最初に強調する点として、内部 DSCP 値は変更されておらず、リリース 8.1 の時点でも変更はありません。したがって、エンド ステーション（ワイヤレスまたは有線）が Gold（ビデオ）WLAN で DSCP パケットを送信すると、AP と WLC の間で Gold マーキングが適用されますが、元のパケットは元の DSCP タギングを維持します。

変更されるのは、WLAN での許容範囲を超える高い DSCP 値を持つ、有線からワイヤレスへの パケットです。DSCP を信頼する WLC は、WLAN の最大値と一致するように外部 CAPWAP カプセル化の DSCP 値を書き換えます。同じ書き換えが反対の方向でも実行されます。

関連情報

• ワイヤレス LAN コントローラおよび Lightweight AP による QoS の設定例
• 8.0 での QOS：WLC の DSCP キャッピング動作を説明するビデオ
• テクニカル サポートとドキュメント – Cisco Systems