快適なネットワークの設計戦略【第3回】
いまさら聞けない「QoS技術」とは ネットワーク性能を高める“3つの仕組み”
ネットワークの信頼性を高める上で欠かせないのが、トラフィックの優先制御を担うQoS（Quality of Service）だ。通信の遅延や輻輳を防ぐために押さえておくべきQoSの要素とは。
業務停止やサービス遅延を防ぐ上で鍵になる要素の一つが、ネットワークを安定的に運用することだ。ルーティングの観点からネットワークの信頼性向上の要素を解説した第2回「ネットワークパフォーマンスを高める『ルーティング』の基礎知識」に続き、本稿はQoS（Quality of Service）に焦点を当てる。
ネットワークの品質を左右する基本概念：QoS
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押さえておきたいネットワーク基礎知識
QoSは、ネットワークの輻輳（ふくそう）を管理し、重要なトラフィックを優先処理することで信頼性を確保し、パフォーマンスを向上させるための仕組みだ。輻輳を制御する代表的なQoS技術は次の通り。
- キュー管理
- トラフィックシェーピング
- 帯域幅ポリシング
キュー管理
キュー管理は、輻輳時に一部のトラフィックを一時保存し、その他のトラフィックを優先的に通過させることでフローを最適化する技術だ。例えばVoIP（Voice over IP）などのリアルタイム通信を他のトラフィックよりも優先する「低遅延キューイング」など、さまざまな方式が存在する。
トラフィックシェーピング
トラフィックシェーピングは、過剰なパケットを一時的にバッファリングし、制御された速度で送信することでトラフィックを調整する手法だ。これにより、ルーターに負荷を与えかねない突発的なトラフィックの急増を防げる。
QoSポリシーが正しく機能していることを確認するには、パケットキャプチャーツール「Wireshark」の「I/O Graphs」（I/Oグラフ）機能でトラフィックパターンを可視化する。グラフで可視化し、そこからパケットロスやレイテンシスパイク（遅延の急増）といった異常を特定するのが有効だ。
図 WiresharkのI/Oグラフを使用したトラフィックシェーピングの可視化（画像は筆者が取得）
図は、テスト環境でトラフィックシェーピングをシミュレートした例だ。まず、ルーターのスループット上限を800kbpsに設定した。この値はあえて低めに設定しており、実運用環境ではより高いスループットが見込まれる。次に、オープンソースのテストツール「iPerf」で、800kbpsを超える帯域幅で2台のエンドデバイス間でスループットテストを実施した。最後に、WiresharkのパケットキャプチャーフィルターでiPerfパケットのみを抽出した。
120秒経過直後に一時的なトラフィックスパイクが見られたが、その後はおおむね800kbpsで安定した。この結果は、QoSポリシーが正しく機能し、トラフィックフローを制御していることを示している。
帯域幅ポリシング
帯域幅ポリシングは、帯域幅の上限を強制的に制限し、超過するパケットを破棄または再マーキングする技術だ。帯域幅ポリシングはバッファリングを実施しない点が特徴だ。
例えばISP（インターネットサービスプロバイダー）は、契約した帯域幅（例：100Mbps）を超える通信に追加料金を課す場合がある。追加料金を回避するため、100Mbpsの上限を厳密に適用するような設定が推奨される。
次回はマイクロサービスにおけるネットワーク信頼性向上の要素を仮設する。
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