Quality of Service
一部のソフトバンクのようなインターネットサービスプロバイダーは、ネットワーク最適化によってサービスを改善している。つまり、一部のインターネットサービスプロバイダー(ISP)は、独自のコンテンツ配信ネットワーク(CDN)キャッシュノードをネットワークに展開して、顧客へのビデオやその他の高帯域幅サービスの配信を改善している。
帯域制御はWAN回線への入り口等で、使用帯域が限られる場合や最低保証の値を指定するために用いられることが多い。
優先度の低いパケットがキューからあふれるとパケットの廃棄が起こる。TCPパケットが廃棄されると再送が発生するため、他のパケットの廃棄にも繋がる。廃棄が多くなると再送によってパケット量が膨れ上がり輻輳(ふくそう)が発生する。これを避けるために、ルーターはある程度、パケットがキューに溜まった時点で、受け取ったTCPパケットの廃棄を行なう。これによってTCPの機能であるフロー制御が働き、パケットの送出端末からの送出量が抑えられる。このような事前廃棄による輻輳制御機能をRED(Random Early Detection)機能(ランダム初期検知)と呼ぶ。ルーターが実行するこういった機能も全ての通信を識別している訳ではないので、さらに細かな制御が必要な場合には帯域制御装置が使用される。
結果、帯域制御には主に2つのQoSツールを利用する。
シェーピング - 送信側で実装する。送出レートを超えるパケットをキューに保持。結果、遅延、ジッタ発生の要因となる。しかしパケット損失は発生しない。
ポリシング - 受信側で実装する。シェーピングと違いキューに保持しない。結果、遅延、ジッタ発生は無いが、パケット損失が発生する。
優先制御と帯域制御はルーターでの機能であるため、ルーターで区分されたインターネット内部では機能しない。パケットの優先度を指定してもL2スイッチやL3スイッチは無視するだけである。
固定的な帯域制御の指定値設定も、実効帯域からずれがあると回線の使用に悪影響が出る。実効帯域が広がっても帯域制御が狭いままでは、回線使用に無駄が生じる。実効帯域が狭くなって帯域制御の設定値上限値以下になれば、帯域制御が機能しなくなりパケット廃棄が起こりやすくなる。こういった固定設定の問題を回避するために、一部の新しいルーターでは、拠点側ルーターから測定用のUDPパケットをいくつかセンター・ルーターに送って受信間隔や損失情報を送り返してもらい、回線の状況に合わせて帯域制御の指定を動的に変更する機能が備わっているものもある。
優先度の低いパケットがいくらキューに溜まっても、優先度の決定に従って、優先度の高いパケットから早く送り出す。このような機能をPQ(Priority queuing)と呼ぶ。
回線が混雑した状況で優先度の高いパケットだけが流れる状況が続けば、優先度の低いパケットは全く流れなくなる場合があり、優先度の低いパケットを送り出したアプリケーションは通信をあきらめてしまうことが起きる。多くのアプリケーションでは、パケットが少しでも流れれば通信を継続するので、優先順位の低いパケットも一定の割合で少しだけ流すことが行なわれる。高機能なルーターでは、こういった低い優先順位に対する送信の重み付けを設定できるCQ(Custom queuing、重み付けキュー)や、重み付けしながらなおかつ同じ優先順位のパケット同士での送信を平等化するためにコネクション単位でパケットの行列を細分化して扱うWFQ(Weighted fair queuing)という機能が備わっている。
QoSは、ネットワークを提供、維持、および管理する性能特性であり、顧客の特定の要求を満たすために、サービスを提供する企業との間のサービスレベル合意によって事前に保証することができる。このため、サービスに対する顧客の喜びまたは不快感の尺度なしのQoSは、ユーザーに適切なサービスを提供するには十分ではない。
ネットワークにおける「サービスの品質」は、以下の4つの項目で評価される。
帯域幅 - 1秒間に送信できるデータ量、bps(Bit per Second)で表す。
遅延 - 送ったデータが相手に届くまでにかかる時間。ミリ秒(ms)で表す。
ジッタ - 遅延のゆらぎのこと。パケットごとの遅延が異なる(例:100ms、115msなど)場合は、その遅延の差分(例では、15ms)をジッタと呼ぶ。
損失 - 相手に届かなったパケットの割合
QoSの機能を有効化することにより、運ばれるデータの内容に応じて、扱いに差をつけることができる。例えば、IP電話では通話が、動画配信では映像が切れぎれになることは利用者に不快を感じさせるため、同時にネットワークを流れる他のデータよりも優先的に運ばれるようにすると、そのネットワーク回線での利便性が向上する。QoSは主に、優先制御と帯域制御に分けられる。更に優先制御は輻輳管理(分類、マーキング、キューイング、スケジューリング)と輻輳回避(RED、WRED)に分けられる。