ネットワークにおけるQoSの意味：Qosとは何ですか？（チュートリアル）

サービス品質（QoS）は複雑な問題です。しかし、その使用は最近非常に一般的であるため、すべてのネットワーク管理者はそれについて知っておく必要があります。優先順位を付ける必要のあるデータを伝送するネットワークが増えると同時に、レクリエーションネットワークの使用がますます一般的になるにつれて、QoSが普及しました。

私たちの意図は、あなたをQoSの専門家にすることではありませんが、その代わりに、可能な限り非技術的な方法であるという主題に光を当てたいと思います。

簡単に言うと、これに関する私たちの目標は、次の質問に答えることです。ネットワーキングにおけるQoSの意味は何であり、それは何に役立つのでしょうか。

これは、QoSの理論と実装に関するコースではありません。単一のスイッチまたはルーターコマンドは表示されません。私たちの目標は、QoSの本質を簡単に把握できるようにすることです。

まず、QoSとは何か、そうでないものを明確にすることから始めます。その後、一時停止して、SolarWindsのいくつかのツールについて説明します。次に、ネットワークパフォーマンスに影響を与える可能性のあるさまざまな要因について説明します。これにより、私たちの問題の核心であるQoSの仕組みにたどり着きます。ご覧のとおり、見た目よりもはるかに単純です。結論を出す前に、QoSを使用しない場合に何が起こるか、およびQoSが役に立たないことについて説明します。

QoSとは何ですか？

ネットワークの使用がさまざまなタイプのトラフィックを含むようになり、ネットワークの輻輳がますます頻繁かつ重要になるにつれて、エンジニアはすぐにトラフィックを整理して優先順位を付ける方法が必要であることに気付きました。QoSは1つではなく、それを実現するために連携する機能とテクノロジーの組み合わせです。

多くの試行錯誤の結果、重要なトラフィックが必要な注意を確実に引き付けるために使用できる比較的ユニバーサルなQoSシステムができました。

QoSの重要な側面は、使用するためにエンドツーエンドで実装する必要があることです。QoSは、トラフィックを処理するデバイス（スイッチやルーターなど）に設定されます。データパス内のそのようなデバイスは、正しいQoS構成を持っている必要があります。そうでないと、期待される効果が得られません。

また、各デバイスには、他のデバイスと互換性のあるQoS構成が必要です。QoSは、優先順位マーキングを使用してその魔法を実現します。あるデバイスが優先度の高い数値をより重要であると見なし、別のデバイスがその逆を行った場合にどうなるかを簡単に想像できます。

ネットワークにおけるQoSの意味

ネットワークと車両のトラフィックを比較することがよくあります。高速道路はネットワークリンクを表し、車両はデータパケットを表します。2種類のトラフィックには多くの類似点があるため、これはかなり良い例えです。おそらく違いがある以上のものです。同じアナロジーを使用して、QoSとは何かを具体的に説明しようとします。

それで、忙しい高速道路を想像してみましょう。金曜日の午後のラッシュアワーで、車やトラックがたくさんあります。交通はすでにかなりゆっくりと進んでいますが、さらに悪いことに、私たちは交差点に近づいています。その交差点の反対側では、問題を追加するだけで、いくつかの道路工事が行われています。あなたのほとんどはおそらくそのような状況にあったでしょう。

交通が少し良くなるのを助けるために、次の交差点に交通警官がいます。彼は一人一人の運転手に道の彼の公平な分け前を与えることを試みるために最善を尽くします。しかし、彼の援助があっても、物事はあまり動いて​​おらず、好むと好まざるとにかかわらず、あなたは交通渋滞に巻き込まれています。

すると、遠くに救急車のサイレンが後ろから聞こえてきます。これは、交差点の交通警官がハイギアでシフトするときです。

彼は救急車が本当に通過する必要があることを認識し、救急車の前の交通を通過させ、反対の交通を止め、できるだけ遅れることなくルートを継続できるようにします。一方、他のドライバーは、優先車両が通過した後、ルートを再開する前に順番を待つ必要があります。

SolarWinds QoS：最高のツール！

先に進む前に、SolarWindsのいくつかのツールについて説明したいと思います。これらはQoSに直接関係していませんが、どちらもネットワークのどこにボトルネックがあり、何が原因であるかを特定するのに非常に役立ちます。

これらは、現在の状況を評価するのに役立ちます。これは、一般的な問題を修正し、QoSを実装するための最初のステップです。

1.ネットワークパフォーマンスモニター（無料トライアル）

SolarWindsの主力製品であるネットワークパフォーマンスモニターは、おそらく最高のSNMP帯域幅監視ツールの1つです。これは、Simple Network Management Protocolを使用して、時間の経過に伴うネットワーク回線の帯域幅使用率の変化をグラフ化するツールです。ソフトウェアのダッシュボード、そのビュー、およびチャートは完全にカスタマイズ可能です。ツールは最小限の労力でセットアップでき、インストール後ほぼすぐに監視を開始できます。NPMは、最小のネットワークから、複数のサイトに数百のデバイスが分散している巨大なネットワークまで拡張できます。

• 無料トライアル： SolarWindsネットワークパフォーマンスモニター
• 公式ダウンロード： https ：//www.solarwinds.com/network-performance-monitor/

SolarWinds Network Performance Monitorは、SNMPを使用して、定期的な間隔（通常は5分）でデバイスをポーリングし、それらのインターフェイスカウンターを読み取ります。

次に、帯域幅使用率を計算し、将来の参照用にデータベースに保存し、時間の経過に伴う帯域幅使用量の変化を示すグラフを表示します。NPMは、いくつかの追加機能を備えた巨大なツールです。たとえば、ネットワークマップを作成し、2つのデバイス間のクリティカルパスを表示できます。

ネットワークパフォーマンスモニターの価格は約3,000ドルからです。30日間の無料トライアルが利用可能であるあなたがそれを購入する前に製品を試してみることを好む必要があります。

2. NetFlowトラフィックアナライザー（無料トライアル）

SolarWindsのNetFlowトラフィックアナライザは、管理者は、ネットワークトラフィックのより詳細なビューを提供します。帯域幅の使用状況をビット/秒で表示するだけではありません。

• 無料トライアル： SolarWindsNetflowトラフィックアナライザー
• 公式ダウンロード：https ：//www.solarwinds.com/netflow-traffic-analyzer/

このツールは、観測されたトラフィックに関する詳細情報を提供します。どのタイプのトラフィックがより一般的であるか、またはどのユーザーがより多くの帯域幅を使用しているかがわかります。また、ネットワーク上で伝送されるさまざまな種類のトラフィック（Webブラウジング、ビジネスアプリ、テレフォニー、ストリーミングビデオなど）に関する貴重な情報も提供します。

NetFlowトラフィックアナライザは、ネットワークデバイスからの詳細な使用情報を収集するためのNetFlowプロトコルを使用しています。NetFlowプロトコルは、さまざまなベンダーの多くのネットワークデバイスに組み込まれています。設定すると、ネットワークデバイスは各ネットワークの「会話」またはフローに関する詳細情報をNetFlowコレクタおよびアナライザに送信します。SolarWinds NetFlowトラフィックアナライザーは、そのようなコレクターおよびアナライザーの1つです。

購入する前に製品を試してみたい場合は、SolarWindsから30日間の無料試用版をダウンロードできます。これは、時間だけに制限のないフル機能のバージョンです。

ネットワークパフォーマンスに影響を与える要因

一般的なネットワークでは、データ配信はいくつかの要因の影響を受ける可能性があります。ネットワークパフォーマンスに影響を与える可能性のある主な要因のリストをまとめました。

低スループット

これは、ネットワークリンクの容量と関係があります。一部のトラフィックは他のトラフィックよりも多く処理できます。通常、1秒あたりのビット数（または多くの場合、キロビットまたはメガビット）で測定されます。リンクの容量を超えると、輻輳が発生し、パフォーマンスが低下します。

ドロップされたパケット

パケットは、いくつかの理由でネットワークデバイスによってドロップされる可能性があります。おそらく、輸送中に破損し、認識できなくなった可能性があります。ただし、より一般的には、パケットがすでにバッファがいっぱいになっているデバイスに到着すると、パケットはドロップされます。受信側のアプリケーションは通常、一部のデータが欠落していることを認識し、その再送信を要求します。これにより、追加の遅延とパフォーマンスの低下が発生します。

エラー

ノイズと干渉により、データが破損する可能性があります。これは、無線通信や長い銅線で特に当てはまります。エラーが検出されると、受信側のアプリケーションは欠落しているデータの再送信を要求し、パフォーマンスを低下させます。

レイテンシー

遅延は、データを送信する前にデータをキューに入れるネットワークデバイスと関係があります。混雑を避けるために長いルートが使用されている場合にも発生する可能性があります。スループットと混同しないでください。レイテンシーがあると、スループットが十分であっても、時間の経過とともに遅延が増加する可能性があります。

ジッター

ジッタは、各データパケットが宛先に到達するまでにかかる遅延の変動として定義されます。それはさまざまな理由で起こります。たとえば、2つのパケットが異なるルートを取る場合があります。その結果、ジッターが高くなりすぎると、パケットが宛先に順不同で到着する可能性があります。パケットがWord文書の一部である場合、それらは正しく並べ替えられ、誰も影響を受けませんが、音声またはストリーミングビデオデータについて話している場合、あらゆる種類の問題が発生する可能性があります。

これまで見てきたように、音声やストリーミングビデオなど、一部の種類のトラフィックは、パフォーマンスの問題の影響をより受けます。これが、異なるトラフィックが異なる処理を必要とし、QoSが存在する理由です。

QoSの仕組み

始める前に、いくつか述べておきたいことがあります。まず、私はネットワークエンジニアではありません。第二に、この説明の目的は絶対的に正確ではありません。私は故意に物事を単純化しすぎており、このセクションを消化しやすくするために、現実をある程度ひねっています。私の目標は、QoS構成についてトレーニングするのではなく、それがどのように機能するかについての一般的な考え方を提供することです。

QoSは、どのトラフィックがより「重要」であるかを識別し、ネットワーク全体でそのトラフィックに優先順位を付けることによって機能します。どのトラフィックが他のトラフィックより重要であるかについての「黄金律」はありません。明らかに、音声やストリーミングビデオなどの一部のトラフィックは、パフォーマンスの低下に悩まされているときに正しく機能しないという理由だけで、通常は重要であると見なされます。多くの組織でのWebブラウジングなど、一部のトラフィックは重要でないと見なされるため、優先されません。

QoSには2つのコンポーネントがあります。まず、トラフィックを分類してマークを付ける必要があります。トラフィックをマークする方法はいくつかありますが、今日最も普及している差別化サービスです。これについては、後ほど詳しく説明します。2番目のコンポーネントは、優先データが可能な限り少ない遅延で送信されることを保証するキューイングです。キューイングは、DifferentiatedServicesのマーキングに従ってネットワークデバイスで実行されます。

差別化サービス（DiffServ）は、優先度が高くなるいくつかのクラスに従って、マークするためにパックされた各ヘッダーで6ビットコードを使用します。このマーキングは、Differentiating Services Code Point（DSCP）と呼ばれます。一般的なDSCP値の範囲は、最も重要度の低いトラフィックである0から最も重要度の高い48までです。

分類とマーキング

ネットワークトラフィックを優先度に従って正しく処理するには、最初に適切に分類してマークを付ける必要があります。マーキングはソースで直接行うことができます。たとえば、IP電話セットがトラフィックを優先度の高い値であるDSCP46としてマークすることは珍しくありません。ソースでマークされていないトラフィックの場合、状況は少し複雑になります。

マークされていないトラフィックは、DiffServには実際には存在しません。デフォルトでは、すべてのトラフィックは最低の優先度であるDSCP0とマークされています。トラフィックを処理する最初のネットワークデバイス（通常はスイッチ）がトラフィックにマークを付けます。それはどのように行われますか？主にACLを介して。

ACL、またはアクセス制御リストは、トラフィックの識別に使用できるほとんどのネットワーク機器の機能です。それらの名前が示すように、それらは元々アクセスを制御する手段として使用されていました。ACLは、いくつかの基準に基づいてトラフィックを識別します。その中で、より一般的なのは、送信元と宛先のIPアドレス、および送信元と宛先のポート番号です。何年にもわたって、ACLはますます洗練され、非常に特定のトラフィックを正確に選択するために使用できるようになりました。

QoSマーキングの挿入に使用されるACLの場合、ルールはトラフィックの認識方法だけでなく、トラフィックをマーキングするDSCP値も指定します。

キューイング

トラフィックがマークされたので、残っているのは、マークに従って優先順位を付けることだけです。これは通常、優先度を上げて複数のキューを使用することで実現されます。DSCP値は6ビット幅であるため、0〜63の範囲になりますが、ネットワーク機器がこれほど多くのキューを使用することはめったにありません。ほとんどのネットワーク機器では、3〜7個のキューを使用するのが一般的であり、5個が最も一般的な数です。5つのキューと60を超えるマーキングにより、各キューに複数のDSCP値が入ることが確かにわかりました。

優先度が最も低いキューは、ベストエフォートまたはBEキューと呼ばれることが多く、ルーティングエンジンからの注目が最も少ないキューになります。逆に、リアルタイムまたはRTと呼ばれることが多い最も優先度の高いキューが最も注目されます。これにより、「重要な」トラフィックが優先的にルーティングまたは切り替えられます。もちろん、これはまた、最善の努力が大幅に遅れ、おそらく決して提供されない可能性があることを意味します。これは、ベストエフォートトラフィックを分類およびマークするときに留意すべき点です。

QoSを使用しない場合の結果

QoSを使用しない場合の結果は大きく異なります。たとえば、ネットワークがIPテレフォニーやストリーミングビデオなどの機密性の高いトラフィックを伝送しない場合、QoSを使用しなくても違いはありません。これは、現在のトラフィックレベルが低い場合に特に当てはまります。実際、トラフィックが少ない状況では、QoSはほとんどメリットをもたらしません。高速道路の例えに戻ると。救急車が5車線の高速道路に単独である場合、優先順位を付ける必要はありません。

ただし、ネットワークが過剰使用や輻輳などの問題に悩まされている状況では、QoSがないと、あらゆる種類の問題が発生します。IPテレフォニーなど、リアルタイムまたはほぼリアルタイムの送信を必要とするトラフィックの場合、たとえば、音声が文字化けしたり、途切れたり、理解できなくなったりする原因となる可能性があります。ビデオストリーミングも影響を受け、再生中に過剰なバッファリングが発生します。

しかし、他のサービスでさえ、QoSの欠如に悩まされる可能性があります。企業のネットワークユーザーが重要なWebベースの会計システムにアクセスしようとしていると同時に、何百人ものユーザーが昼休みにインターネットを頻繁に閲覧していると想像してみてください。これにより、QoSを使用してトラフィックに正しく優先順位が付けられない限り、アカウンティングアプリケーションが使用できなくなる可能性があります。

QoSはすべてを修正しません

しかし、それでもなお、QoSの実装がすべての問題の解決策というわけではありません。ネットワーク管理者は、QoSを実装することで、帯域幅を追加する必要がなくなると考える傾向があります。QoSを実装すると、優先度の高いトラフィックの動作が即座に明らかに改善されることは事実です。また、優先度の低いものも劣化します。

QoSは一時的なネットワークの輻輳を処理し、輻輳が発生している間もビジネスクリティカルなサービスが正しく動作し続けることを保証しますが、それを停止することはありません。ネットワークの使用状況を監視し、容量計画プログラムを実施する必要があります。

結論

QoSは、組織のネットワーク戦略の一部である必要がありますが、それだけではありません。ただし、何よりも、QoSの計画と設定には細心の注意を払う必要があります。正しく適用すると小さな奇跡を起こすことができますが、特定のユーザーにとっては状況がさらに悪化する可能性があります。また、QoSを実装する前に、状況を評価するための監視ツールも導入する必要があります。これらの同じツールは、実装後も非常に貴重です。