ネットワークにおけるQoSとは？
ネットワークにおけるQoS（Quality of Service）とは、ネットワークのリソースを管理して、パケットロスを減らしたり、ネットワークのジッターやレイテンシーを下げたりすることです。 QoS技術は、様々な種類のネットワークデータに異なる優先度を割り当てることで、リソースを管理することができます。
QoSは通常、以下のようなリソースを必要とするデータを伝送するトラフィックに対応するネットワークに適用されます。
- ビデオ・オン・デマンド
- Voice over IP (VoIP)
- インターネット・プロトコル・テレビ(IPTV)
- ストリーミング・メディア
- ビデオ会議
- オンライン・ゲーム
このような種類のデータは、受信側で消費できるように最短時間で送信する必要があります。
Network QoS real-life use case
もう少しわかりやすくするために、ラッシュアワーの高速道路での渋滞を例に挙げてみましょう。 渋滞の真ん中に座っているドライバーたちの目的はただひとつ、最終目的地にたどり着くことです。
そこに救急車のサイレンが鳴り響き、より緊急に目的地に行かなければならない車が、自分たちよりも先にいることを知らせます。
これと同じように、ネットワークがデータを伝送する際にも、ある種のデータが他のデータよりも優先的に扱われるという設定があります。 重要なデータのパケットは、他のデータよりもはるかに早く目的地に到達する必要があります。なぜなら、時間に敏感で、間に合わなければ「期限切れ」になってしまうからです。
Why does network QoS Matter?
かつて、企業のネットワークと通信ネットワークは別々の存在でした。 電話や電話会議は通常、RJ11に接続されたネットワークで処理され、通話はPABXシステムで監視されていました。 このネットワークは、ラップトップ、デスクトップ、サーバーをつなぐRJ45接続のIPネットワークとは別のものである。 この2つのネットワークは、例えばコンピュータがインターネットに接続するために電話回線を必要とするような場合を除いて、ほとんど交わることはない。
ネットワークがデータだけを伝送していた頃は、速度はそれほど重要ではありませんでした。 今日では、音声や動画を伝送するインタラクティブなアプリケーションは、ネットワーク上で高速に、パケットロスや配信速度のばらつきなく配信されなければなりません。
現在では、Skype、Zoom、GoToMeetingなどのビデオ会議アプリケーションを使用してビジネスコールを行っていますが、これらのアプリケーションはIPトランスポートプロトコルを使用してビデオやオーディオメッセージを送受信しています。 スピードを重視するため、これらの重要なアプリケーションでは、標準的なデータ転送が通常使用するトランスポート管理手順を使用しません。
QoS の話題に入る前に、RTP について説明します。
RTP とは
Real-Time Transport Protocol (RTP) は、アプリケーションがマルチメディア データのリアルタイム転送を管理する方法を規定したインターネット プロトコル規格です。
RTPは、インターネットの電話通信でよく使われており、視聴覚データのリアルタイム伝送を処理します。
RTP自体はデータパケットの配信を保証するものではなく、そのタスクはスイッチやルーターによって処理されますが、ネットワーク機器に到着したデータパケットの管理を容易にしています。 送信者と受信者の間にあるすべての有効なデバイスは、パケットが「VIP」であり、優先レーンで押し進める必要があることを理解するように構成されている必要があります。 中継するネットワーク機器のうち1つでも正しく設定されていないと、QoSは機能しません。
ネットワークでQoSを使用しないとどうなるか
QoSが正しく設定されていないと、以下のような問題が発生する可能性があります。 RTP パケットに必要な優先順位が割り当てられていない場合、デバイスのデフォルトの速度で配信されます。 混雑したネットワークでは、パケットは残りの緊急でないパケットと一緒に移動しなければなりません。 ネットワークの遅延自体は、配信されるオーディオビジュアルデータの品質には影響しませんが、エンドユーザー間のコミュニケーションには影響します。 100msの遅延では、パケットが同期せずに到着するため、お互いに話し始め、300msでは会話が理解できなくなります。 リアルタイムアプリケーションでは、標準的なトランスポートレベルのバッファリングが削除されているため、到着したパケットを正しい順序で再構成するメカニズムがありません。 ジッターとは、ネットワーク上のパケットの不規則な速度のことです。 その結果、パケットが遅れて到着したり、順番が狂ったりすることがあります。
QoSを使用しないと、通信やメディアの転送、ストリーミングにどのような悪影響が出るかは、想像に難くありません（特にRTPプロトコルを扱うネットワークでは）。
レイテンシー、ジッター、パケットロスの3つの障害は、実際、実装がどの程度機能しているかを判断する上で非常に重要であり、SolarWinds のような QoS およびネットワーク監視ソフトウェア製造会社は、RTP ベースのトラフィックの品質を測定するための指標としてこれらを使用しています。
QoS監視のためのネットワークツール
SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer (FREE TRIAL)
最高のネットワーク監視ツールの1つであるSolarWinds NetFlow Traffic Analyzerについてもう少し触れずに話を続けるのは非常に不公平です。
この一連のネットワーク監視アプリケーションは、次のような原因で発生する問題に対処するのに役立ちます：
- 遅いネットワーク。 遅いネットワークは、データが流れる速度を低下させ続けるため、ビジネス全体を人質に取ったようなものです。 ネットワークのボトルネックを取り除かない限り、組織全体がひどい接続性を経験することになります。
- オーディオビジュアル コミュニケーションの不調。 ネットワーク・チャネル内で明確なコミュニケーション・チャネルを確立できないビジネスは、機能不全に陥ります。 さらに悪いことに、クライアントとの明確なコミュニケーションができないと、ほぼ確実にその企業は衰退してしまいます。 ネットワークを適切に監視できない管理者は、ネットワークの現状を知ることができず、将来の拡張のための計画を立てることもできません。 ネットワークを文書化し、各機器のパフォーマンスを追跡しなければ、ネットワーク管理者は情報に基づいた決定を下すことができず、ネットワーク パフォーマンスの問題を悪化させる可能性があります。
Netflow Traffic Analyzer を使用すれば、ネットワーク管理者は以下のような方法で先ほどの問題を取り除くことができます。
典型的な Netflow Traffic Analyzer のダッシュボードには、管理者がステータスを監視し、設定の調整を迅速に行うために必要な重要な情報が含まれています。
これらのレポートと分析には、レイテンシー、ジッター、およびパケット ロスが含まれます。
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Paessler QoS Monitoring with PRTG
QoS監視のために検討できるもう一つのオプションはPaessler PRTGです。 このネットワーク監視スイートには、QoSパフォーマンスを追跡する特別なセクションがあります。
PRTGソフトウェアには、3つの異なるQoS方法論をカバーする4つのトラッキングセンサーが含まれています。
PRTGソフトウェアには、3つの異なるQoS手法をカバーする4つのトラッキングセンサーがあります。
PRTGがトラッキングできるQoSは、標準的なQoS、Cisco IP-SLA、Cisco CBQoSの3種類です。 標準的なQoSのトラッカーは、ワンウェイセンサーまたはラウンドトリップセンサーとして実装されています。 これらのトラッカーはインターネット上の接続で動作します。 送信先でのパフォーマンスを正確に記録するためには、片道センサーサービスの場合、その遠隔地にセンサーを設置する必要があります。 往復サービスでは、機能させるために遠隔地にリフレクターを設置する必要があります。
Cisco IP-SLAセンサーは、ネットワーク上のタグ付きVoIPトラフィックの監視に特化しています。 往復時間、レイテンシー、ジッター、遅延、平均意見スコア(MOS)など、音声トラフィックのさまざまなメトリクスを記録します。
Cisco CBQoS センサーは、Class-based Quality of Service の実装に従います。 CBQoSはキューイング手法であり、それを実装したい場合は、ルータやスイッチへのより多くのエントリーポイントを追跡する必要があります。 各デバイスに最低でも3つの仮想キューを作成するので、監視すべき項目が多くなります。
PRTGは自分で設定して、ネットワークインフラのすべてを自動的にマッピングすることができます。
Paessler社では、最大100個のセンサーを有効にするだけなら、PRTGを無料で使うことができます。
Paessler社では、100個のセンサーまでならPRTGを無料で使うことができますが、それ以上になると、QoSモニターを含むシステムの30日間の無料トライアルを受けることができます。
QoSはどのように設定するのですか
プロトコルに優先順位をつけるように設定できるケーブルルーターやスイッチは、通常、ルーター管理ソフトウェアスイートによってアクセスされます。
- アプリケーションにログインし、ハブやスイッチに接続します
- QoS 設定メニューに移動します
- パケットの優先順位を設定します
それだけで、メディア パケットがスムーズにネットワークを通過できるようになります。
RTP パケットの優先順位付けの方法
QoS のパケットの優先順位付けは、主に次の 2 つの方法で行うことができます。 パケットの種類を識別し、マークをつけることで優先順位をつける有効な方法です。 ACL（アクセス・コントロール・リスト）やCoS（クラス・オブ・サービス）を使用したLANの実装、またはハードウェアベースのQoSマーキングを使用したスイッチの助けを借りて、識別を行うことができます。 キューとは、ルーターやスイッチに搭載されている高性能なメモリバッファのことです。 ここを通過したパケットは、専用のメモリ領域に保持され、送信されるのを待ちます。 RTPなどの優先度の高いプロトコルは、専用のキューに移され、より速いペースでデータが送られるため、ドロップされる可能性が低くなります。
ここで覚えておかなければならない重要なことは、パケットの優先度マークは、そのパケットが作成されたネットワーク内でのみ有効であるということです。 ネットワークを離れると、受信者のネットワークの所有者がその新しい優先順位を決定します。
パケットの優先順位を決める際の注意点
パケットの優先順位を決める際に役立つ考えやヒントは以下のとおりです。
- 一般的に、データのソースに最も近いデバイスによって優先順位マークを割り当てることは良いアイデアです。 これは、これらのデバイスがネットワーク上のトラフィックをロードバランスし、他のスイッチと負担を共有することで、CPUの負担を軽減することができるからです。
- 着信トラフィックは、ほとんどの場合、反対方向に向かうトラフィックよりも大きくなります。 ISPプロバイダーは通常、クライアントの送信トラフィックに割り当てる帯域幅を少なくしており、QoSを主に適用する必要があるのはそこ（送信ネットワークの経路）です。
- シスコでは、パケットをどのようにマークすべきかについて、次の図のような推奨事項を設けています。
QoS を使用しない場合
QoSについて読んだ後、QoSはネットワークの混雑を引き起こすすべての病気を治すことができる魔法の薬のように見えるかもしれません。 まあ、ある程度は、ほとんどのRTP通信をスムーズにし、ネットワーク上のトラフィックを合理化したかのように見せることができます。
QoS は次のような目的で使用すべきではありません。
帯域幅の増加
QoS は RTP パケットの優先順位を合理化し、ネットワークが急に帯域幅を増やしたように見せることができますが、決してそのように解釈すべきではありません。
その代わりに、ファイルのキャッシュを検討して、行き来するデータの量を減らすことを検討してください。 それでもうまくいかない場合は、規定の帯域制限に達している可能性があります。
ネットワークの詰まりを解消する
不正なアプリケーションが実行されたままになっていて、それがネットワークの帯域幅を占有している場合、QoS の実装は解決策にはなりません。 Skypeの通話がようやくつながるようになっても、QoSでは根本的な問題に対処できません。 最終的には、不正なアプリケーションが利用可能なリソースをすべて飲み込んでしまい、QoS の利点を使い果たしてしまうでしょう。
ここで機能する1つのソリューションは、リソースを占有するアプリケーションを探し出し、それらをシャットダウンするか、時間外に実行するようにスケジュールを変更することです。
繰り返しになりますが、ネットワークに QoS を設定する目的は、ネットワークの混雑によってストリーミング ビデオやオーディオの通話が遅延しないようにすることです。 QoSは、実際に帯域幅を拡大するツールではありません。
優れたQoSの実装は、割り当てられた帯域幅を最適化し、パケットのタグ付けを容易にすることで、ミッションクリティカルなデータの品質と速度を向上させ、パケットを識別し、割り当てられた優先順位を与えることができます。
QoS in Networking FAQs
QoSとネットワークスロットルの違いは何ですか
スロットルとは、ポリシングとも呼ばれ、トラフィックのスループットに全体的な制限を設け、過剰なトラフィックをドロップすることです。
QoSにおけるDSCPの主な役割は何ですか
DSCP（Differentiated Services Code Point）は、パケットヘッダーに表示されます。 これは、ネットワーク機器上のQoS管理ソフトウェアに優先順位を要求するパケットレベルの機会です。
QoSにおけるトラフィックシェーピングについて説明してください。
トラフィックシェーピングは、ネットワークのキャパシティから最適な値を得るためにQoSで使用される方法です。 すべてのネットワークは需要の急増を経験し、従来のキャパシティ プランニングでは、ピーク レベルに安全マージンを加えた帯域幅の提供が求められます。
Image attributions:
- Feature image by John Carlisle on Unsplash
- “Red and white car light trails on an urban highway at night in Röddingsmarkt” by CBX. on Unsplash
- Mixed network design – Wikimedia, public domain
- “Netflow Traffic Analyzer Summary” – screenshot taken on 28/05/2018
- “Cisco’s QoS Baseline Marking Recommendations” – Courtesy of Cisco Systems, Inc. 無断使用不可（2018/05/28に撮影した画像）
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