ネスペ勉強メモ7【性能】

2024年2月29日 19:14

ネスペ試験の個人メモです

QoS制御

ネットワーク経由で音声・動画を配信するとパケットロス、遅延、ジッタ（個々のパケットの遅延時間が変動することによりストリーム内のパケットが不均一になること）が原因で映像が途切れるなどの不具合が生じる。

こうした品質劣化への対策方法としてパケットを優先的に転送する優先制御や帯域を確保したり、上限を設定する帯域制御というものが考えられる。このような制御を用いてサービス品質を保つことをQoS(Quolity of Service)という

※ジッタへの対策として「一旦ストリームのパケットをバッファに蓄積する」というものがある。これを行うことでパケット間隔を均一にしたストリーム整形ができるが、バッファに蓄積する時間がその分遅延時間となるので注意
※ジッタは「ゆらぎ」という意味らしい

優先制御

通常はパケット到達順に処理していくが、優先順位に従って転送する方式。
IPパケットの場合はIPヘッダのToSフィールドに設定された優先度の値、あるいはDSフィールドの値を用いる。
イーサネットフレームワークの場合はVLANタグ中の優先度フィールドに設定されたCoSの値を参照する。

優先制御を行う機器は出力キューに設定された優先度に基づいて出力キューからパケットを取り出して転送する。これをスケジューリングといい、下記のような方式がある。

Priority Queuing … 出力キューの優先度に従ってパケットを取り出す方式。
WRR(Weight Round Robin) … 出力キューごとに重み付けを行い、その比率に応じてキューからパケットを取り出す。

またPriority Queing　と WRRを組み合わせることも可能である。

帯域制御

帯域を確保する方法としては通信事業者の閉域網内であればギャランティード型回線サービスを利用することで保証される。ギャランティード型とは通信回線の帯域を保証するサービスのことであり、これと遂になるのはベストエフォート型回線（可能な限り努力する）。

通信速度のや転送速度の上限を設ける方法には以下のようなものがある。

シェーピング … 出力キューに到着したパケットをバッファに一旦入れて、送出レートを一定以下に保って転送する。最大速度を超過したらバッファに蓄えて後で送信
ポリシング … 流入するトラフィック量を監視して、既定値を超過していた場合は超過分を破棄する

※ Shaping: 形成するの意味、バッファに入れて形成
※ Policing: 取り締まるの意味、警察、ポリス

QoS適用例

◆音声・動画通信における双方向通信
→具体例としては IP電話、Discordの通話など
→これはパケロス、遅延時間などの品質要件はかなり高いと言える。

◆動画配信における片方向通信
→Youtubeの動画再生など
→動画配信の方式にはストリーミング方式とプログレッシブダウンロード方式の2種類がある

ストリーミング方式
端末がパケットを受信すると直ちに再生する方式。YouTubeの生放送をイメージすると良い。途中でパケロスが発生したら動画も止まる。

プログレッシブダウンロード方式
ストリーミング通信しているように見せて、実際には端末に動画をダウンロードしている。Youtubeのアーカイブをイメージすると良い。全部ダウンロードしてから再生するわけじゃないので再生まで時間もかからないうえに、途中でパケロスが発生してもダウンロード時間が再生時間を上回っていれば問題なく動画が見れる。

◆業務用通信
上述した通信と違って業務用通信の場合は遅延やジッタは許容できても、データ損失は許されない。

IPネットワークのQoS制御

前述した通りIPヘッダのToS(Type of Service)フィールドに優先情報がありそれで管理する。RFC2474で標準化されたDiffServeでは、上位6ビットのフィールドを使って最大64種類の優先度を設定することができる。下記にビット構成を示す

引用元: https://milestone-of-se.nesuke.com/nw-basic/ip/ip-format/

※DSフィールド(1~6bit)は設計者が自由に定義できる

明示的輻輳制御

輻輳発生を送信元ホストに通知する仕組み、TCPヘッダのコントロールフラグの上位3ビット(NS, CWR, ESE)で管理される。

引用元: https://www.wdic.org/w/WDIC/TCP%E3%83%98%E3%83%83%E3%83%80%E3%83%BC

NS(Nonce Sum) … 輻輳制御保護の目的で使われるらしいが割愛
CWR(Congestion Wiondow Reduced) … 輻輳ウィンドウの縮小を相手に通知
ECE(ECN0Echo) … 輻輳発生を相手に通知

※輻輳の処理については第三回を参照。

イーサネットのQoS制御

VLANタグフレームには優先度を表す3bitが格納されており、その優先度をCoS(Class of Service)という。3bitのため0~7の8段階設定となっている。高いほうが優先度高

引用元: https://cloud5.jp/vlan-and-ethernet-frame/

CDN(ContentDelivery Network)

インターネット経由で高品質なコンテンツを提供するためのネットワークのこと。キャンペーンの実施やパッチ更新など局所的に混雑が予期できるときクラウド事業者が提供するCDNサービスを利用することで障害を未然に防げる。

CDNの原理としては単純でクラウド事業者は1台のオリジンサーバに対象コンテンツを載せて、複数台のエッジサーバを用意する。加えてDNSサーバも用意しておく。問い合わせがくるとDNSサーバが最寄りのエッジサーバ（送信元端末の最寄りの意味）を選択して応答しているだけ。

CDNによって遅延改善される原因は２つで「アクセス集中による遅延」と「RTT」である。「アクセス集中による遅延」は言うまでもなくサーバが複数あるためである。「RTT」に関しては最寄りのエッジサーバを選択という点が重要で、RTTは通信を行う度に発生する遅延時間のため少しでも短い距離の方が影響が少ないため、最寄りのエッジサーバを選択することで高速化を図れている。

この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？