QoS

QoSとは何ですか？

QoSとはサービス品質（Quality of Service）のことです。帯域幅リソースが限られている場合、QoSはさまざまなサービスに帯域幅を割り当て、サービスのエンドツーエンドの品質を保証します。たとえば、QoSを設定することで、ネットワーク機器において音声、動画、重要なデータアプリケーションを優先的に処理できます。

QoS指標

ネットワークの品質に影響を与える要因には、伝送リンクの帯域幅、メッセージ配信の遅延とジッター、パケット損失率があり、これらはQoSの指標となります。

帯域幅

帯域幅はスループットとも呼ばれ、一定期間（1秒）内にネットワークの一端から他端へ送信できるデータの最大ビット数、またはネットワークの2つのノード間における特定のデータストリームの平均速度として解釈できます。ネットワークには、帯域幅に関連する一般的な概念が2つあります。アップリンク速度とダウンリンク速度です。アップリンク速度は、ユーザーがネットワークに情報を送信するときにデータが伝送される速度であり、ダウンリンク速度は、ネットワークがユーザーに情報を送信する速度です。たとえば、ユーザーがFTP経由でネットワークにファイルをアップロードする場合、アップロードされたファイルの速度に影響するのは上り速度です。また、ユーザーがネットワークからファイルをダウンロードする場合、ダウンロードされたファイルの速度に影響するのは下り速度です。

レイテンシ

レイテンシとは、メッセージまたはパケットがネットワークの送信側から受信側に到達するまでに必要な遅延時間であり、一般に伝送遅延と処理遅延で構成されます。例えば音声伝送の場合、遅延とは、話者が話し始めてから相手にその内容が聞こえるまでの時間です。一般に、100ミリ秒未満の遅延は認識されません。遅延が100ミリ秒から300ミリ秒の間にある場合、話者は相手の応答にわずかな間があることを認識でき、その間によって通話中の双方が不快に感じる場合があります。300ミリ秒を超えると遅延が目立つようになり、ユーザーは互いの応答を待つようになります。通話の一方が期待する応答を時間どおりに受け取れない場合、話者が発言を繰り返すことがあり、それが相手側の遅延した応答と重なって、発言の重複が生じます。

ジッター

ジッターはリアルタイム伝送、特に音声や映像などのリアルタイムサービスにとって重要です。  ジッターは、一部のネットワークプロトコルの処理にも影響します。一部のプロトコルは一定間隔で対話型メッセージを送信するため、ジッターが大きすぎるとプロトコルが不安定になる可能性があります。すべての伝送システムにはジッターが存在しますが、規定の許容範囲内であればサービス品質には影響しません。過度なジッターはキャッシュを利用することで克服できますが、遅延が増加します。

パケット損失率

パケット損失率とは、ネットワーク伝送中に失われたパケット数を、送信されたパケット総数に対する割合で示したものです。少量のパケット損失は、サービスに大きな影響を与えません。たとえば、音声伝送では、ビットまたは情報パケットの損失は、通話の双方に気づかれないことがよくあります。映像伝送では、ビットまたはパケットの損失により、画面上に一時的な波形干渉が発生することがありますが、すぐに正常に戻ることができます。TCPを使用したデータ伝送では、TCPが失われた情報の再送信を可能にするため、少数のパケット損失に対応できます。ただし、大量のパケット破棄は伝送効率に影響を与える可能性があります。QoSでは、パケット損失の統計、すなわちパケット損失率に注目します。したがって、通常の伝送では、ネットワークのパケット損失率を一定の範囲内に維持する必要があります。

QoSの重要性

IPネットワークのサービスは、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスに分類できます。リアルタイムサービスは多くの場合、固定帯域幅を占有し、ネットワーク品質の変化を明確に認識するため、音声サービスなどではネットワーク品質に高い安定性が求められます。非リアルタイムサービスが占有する帯域幅は予測が難しく、バーストトラフィックが頻繁に発生します。バーストトラフィックはネットワーク品質の低下を招き、ネットワーク輻輳や転送遅延の増加、深刻な場合にはパケット損失を引き起こし、その結果、サービス品質の低下や利用不能につながる可能性があります。

ネットワーク輻輳を解決する最善の方法はネットワーク帯域幅を増やすことですが、運用および保守コストの観点からは現実的ではありません。最も効果的な解決策は、ネットワークトラフィックを管理するために「保証」ポリシーを適用することです。

QoSは通常、ネットワークで予期しないトラフィックが発生した際に、重要なサービスの品質を保護するために使用されます。サービスが長期間にわたってサービス品質要件を満たせない場合（サービスのトラフィックが長期間にわたり帯域幅制限を超える場合など）は、ネットワークの拡張、またはアプリケーションの上位層に基づいてサービスを制御する専用機器の使用を検討する必要があります。

近年、動画の利用が爆発的に増加しており、今ではほぼ誰もが、いつでもどこでも高解像度動画を撮影できるスマートフォンを所有しています。一方、ソーシャルネットワーキングサイトの登場により、動画の共有や投稿は誰にとっても日常的な行動となり、どこにいても自分の動画を投稿して他の人と共有できるようになりました。企業では、HDビデオ会議、HDビデオ監視、その他のアプリケーションも、ネットワーク上に大量のHD動画トラフィックを生成します。音声トラフィックと比べて、動画トラフィックはより多くの帯域幅を占有し、不安定性も高く、特に一部のインタラクティブ動画では、リアルタイム性に対する要件が非常に厳しくなります。