差別化されたサービス

差別化サービス（DiffServ）は、現代のIPネットワークにおいてネットワークトラフィックを分類・管理し、サービス品質（QoS）を提供するためのメカニズムを規定するコンピュータネットワークアーキテクチャです。DiffServは、例えば、音声やストリーミングメディアなどの重要なネットワークトラフィックに低遅延を提供しながら、 Webトラフィックやファイル転送などの重要でないサービスにはベストエフォート型のサービスを提供するために使用できます。

DiffServは、IPヘッダー内の6ビットの差別化サービスフィールド（DSフィールド）に含まれる6ビットの差別化サービスコードポイント（DSCP ）をパケット分類に使用します。DSフィールドはECNフィールドと共に、旧式のIPv4 TOSフィールドに代わるものです。[1]

背景

現代のデータネットワークは、音声、動画、ストリーミング音楽、ウェブページ、電子メールなど、多種多様なサービスを提供しています。これらのサービスの共存を可能にするために提案されたQoSメカニズムの多くは複雑で、パブリックインターネットの需要を満たすための拡張性に欠けていました。1998年12月、IETFはIPv4ヘッダーのTOSフィールドとIP precedenceフィールドをDSフィールドに置き換えました。DSフィールドは後に上位6ビットのみを参照するように分割され、ECNフィールドは下位2ビットに含まれました。[2] [3] IPv6ヘッダーでは、DSフィールドはトラフィッククラスフィールドの一部であり、最上位6ビットを占めています。[2]

DSフィールドでは、以前のIPv4 IP Precedenceフィールドとの後方互換性を保つために、8つの値（クラスセレクタ）の範囲が使用されます。現在、DiffServは、 TOSやその他のレイヤ3 QoSメカニズム（Integrated Services (IntServ)など）に取って代わり、ルーターのQoS提供の主要なアーキテクチャとして広く利用されています。

交通管理メカニズム

DiffServは、トラフィック管理のための粗粒度のクラスベースのメカニズムです。一方、IntServは細粒度のフローベースのメカニズムです。DiffServは、パケットを特定のクラスに分類し、マークするメカニズムに依存しています。DiffServ対応ルーターは、トラフィックのクラスに関連付けられたパケット転送特性を定義するホップ毎動作（PHB）を実装します。例えば、低損失サービスや低遅延サービスを提供するために、異なるPHBを定義できます。

DiffServ は、個々のフローの要件に基づいてネットワーク トラフィックを差別化するのではなく、トラフィック分類の原理に基づいて動作し、各データ パケットを限られた数のトラフィック クラスのいずれかに配置します。ネットワーク上の各ルータは、クラスに基づいてトラフィックを差別化するように設定されます。各トラフィック クラスを別々に管理できるため、ネットワーク上の優先度の高いトラフィックが優先されます。Diffserv の前提は、パケット分類やポリシングなどの複雑な機能を、ネットワーク エッジのエッジ ルータによって実行できることです。コア ルータでは分類やポリシングは不要なので、そこでの機能はシンプルに保つことができます。コア ルータは、パケットのマーキングに基づいて PHB 処理を単純に適用します。PHB 処理は、スケジューリング ポリシーとキュー管理ポリシーの組み合わせを使用して、コア ルータによって実現されます。

共通の管理上定義されたDiffServポリシーを実装するルータのグループは、DiffServドメインと呼ばれます。[4]

DiffServは標準化されたトラフィッククラスのセットを推奨していますが[5] 、 DiffServアーキテクチャには、どの種類のトラフィックを優先的に処理すべきかという事前の判断は組み込まれていません。DiffServは、分類と差別化された処理を可能にするフレームワークを提供するだけです。標準トラフィッククラス（後述）は、異なるネットワークや異なるベンダーの機器間の相互運用性を簡素化するために役立ちます。

分類とマーキング

DiffServドメインに入るネットワークトラフィックは、分類と調整の対象となります。トラフィック分類器は、受信パケット内の送信元アドレス、宛先アドレス、トラフィックタイプなどの様々なパラメータを検査し、個々のパケットを特定のトラフィッククラスに割り当てます。トラフィック分類器は、受信パケット内のDiffServマーキングを尊重することも、無視または上書きすることもできます。特定のクラスのトラフィック量とタイプを厳密に制御するために、ネットワークオペレータはDiffServドメインへの入口でマーキングを尊重しないことを選択できます。各クラスのトラフィックは、レートリミッタ、トラフィックポリサー、またはシェーパーを適用することで、さらに調整される場合があります。[6] ：§3 

ホップごとの動作は、IPヘッダーのDSフィールドとECNフィールドによって決定されます。DSフィールドには6ビットのDSCP値が含まれます。[2] 明示的輻輳通知（ECN）は、IPv4のTOSフィールドとIPv6のトラフィッククラス（TC）フィールドの最下位2ビットを占めます。[7] [8] [9]

理論上、ネットワークは64種類のDSCP値を用いて最大64種類のトラフィッククラスを持つことができます。DiffServのRFCでは特定のエンコーディングが推奨されていますが、必須ではありません。これにより、ネットワークオペレータはトラフィッククラスを柔軟に定義できます。しかし実際には、ほとんどのネットワークでは、一般的に定義されている以下のホップ毎の動作が使用されています。

  • デフォルト転送（DF）PHB — 通常はベストエフォートトラフィック
  • 高速転送（EF）PHB — 低損失、低遅延トラフィック専用
  • 保証転送（AF）PHB — 規定の条件下での配送を保証します
  • クラス セレクタPHB — IP 優先順位フィールドとの下位互換性を維持します。

デフォルト転送

デフォルト転送（DF）PHBは、唯一必須の動作です。基本的に、他の定義済みクラスの要件を満たさないトラフィックはすべてDFを使用します。通常、DFはベストエフォート型の転送特性を持ちます。DFの推奨DSCPは0です。[5]

速達転送

IETFはRFC  3246でExpedited Forwarding（EF）の動作を定義しています。EF PHBは、低遅延、低損失、低ジッタという特性を備えています。これらの特性は、音声、ビデオ、その他のリアルタイムサービスに適しています。EFトラフィックは、多くの場合、他のすべてのトラフィッククラスよりも厳密な優先キューイングが行われます。EFトラフィックの過負荷はキューイング遅延を引き起こし、クラス内のジッタおよび遅延許容値に影響を与えるため、アドミッション制御、トラフィックポリシング、その他のメカニズムをEFトラフィックに適用できます。EFに推奨されるDSCPは101110 B（46または2E H）です。

音声承認

IETFはRFC  5865でVoice Admitの動作を定義しています。Voice Admit PHBはExpedited Forwarding PHBと同一の特性を持ちます。ただし、Voice Admitトラフィックは、Call Admission Control（CAC）手順を用いてネットワークによって許可されます。Voice Admitの推奨DSCPは101100 B（44または2C H）です。

確実な転送

IETFは、RFC  2597およびRFC  3260において、保証転送（AF）の動作を定義しています。保証転送により、オペレータはトラフィックが契約レートを超えない限り、配信の保証を提供できます。契約レートを超えるトラフィックは、輻輳が発生した場合にドロップされる可能性が高くなります。

AF動作グループは4つの独立したAFクラスを定義し、各クラス内のすべてのトラフィックは同じ優先度を持ちます。各クラスでは、パケットにドロップ優先度（高、中、低）が与えられます。優先度が高いほど、ドロップされるパケット数が多くなります。クラスとドロップ優先度の組み合わせにより、AF11からAF43までの12種類のDSCPエンコーディングが生成されます（表を参照）。

保証転送動作グループ
ドロップ
確率		クラス1クラス2クラス3クラス4
低いAF11 (DSCP 10) 001010AF21 (DSCP 18) 010010AF31 (DSCP 26) 011010AF41 (DSCP 34) 100010
中くらいAF12 (DSCP 12) 001100AF22 (DSCP 20) 010100AF32 (DSCP 28) 011100AF42 (DSCP 36) 100100
高いAF13 (DSCP 14) 001110AF23 (DSCP 22) 010110AF33 (DSCP 30) 011110AF43 (DSCP 38) 100110

異なるクラスのトラフィック間では、何らかの優先度と比例公平性が定義されています。クラス間で輻輳が発生した場合、上位クラスのトラフィックが優先されます。厳密な優先度キューイングよりも、公平キューイングや重み付け公平キューイングなどのバランスのとれたキュー サービス アルゴリズムが使用される可能性が高くなります。クラス内で輻輳が発生した場合は、ドロップ優先順位の高いパケットが最初に破棄されます。ストリームの帯域幅が特定のしきい値を超えた場合、ドロップ優先順位を上げるためにパケットの再マーキングが使用されることがあります。たとえば、RFC  2697 で定義されている認定情報レート (CIR) を超えるレートのストリームでは、高い AF ドロップ優先順位でストリームがマークされます。これにより、下流のデバイスで輻輳が発生した場合に、いつストリームをシェーピングするかを決定できます。テール ドロップに関連する問題を防ぐために、ランダム早期検出などのより高度なドロップ選択アルゴリズムがよく使用されます。

クラスセレクター

クラスセレクタマッピング[10]
サービスクラスDSCP名DSCP値IP優先順位応用例
標準CS0（DF）00 (000)NTP [11]
低優先度データCS181 (001)ファイル転送（FTP、SMB）
ネットワーク運用、管理、および運営(OAM)CS2162 (010)SNMP、SSH、Ping、Telnet、syslog
放送ビデオCS3243 (011)
リアルタイムインタラクティブCS4324 (100)ゲーム、優先度の低いビデオ会議
シグナリングCS5405 (101)ピアツーピア（SIP、H.323）、クライアントサーバーIPテレフォニーシグナリング（H.248、MEGACO、MGCP、SCCP）
ネットワーク制御CS6486 (110)ルーティングプロトコル（OSPF、BGP、IS-IS、RIP）
将来の使用のために予約されていますCS7567 (111)

DF=デフォルト転送

DiffServ以前は、IPv4ネットワークはIPv4ヘッダーのTOSバイト内のIP Precedenceフィールドを使用して優先トラフィックをマークしていました。TOSオクテットとIP Precedenceは広く使用されていませんでした。IETFは、DiffServネットワークのDSフィールドとしてTOSオクテットを再利用することに合意し、後にDSフィールドとECNフィールドに分割しました。依然としてPrecedenceフィールドを使用しているネットワークデバイスとの下位互換性を維持するために、DiffServはクラスセレクタPHBを定義しています。

クラスセレクタコードポイントはバイナリ形式「xxx000」です。最初の3ビットは以前のIPプレシデンスビットです。各IPプレシデンス値はDiffServクラスにマッピングできます。IPプレシデンス0はCS0に、IPプレシデンス1はCS1に、というようにマッピングされます。DiffServ非対応ルータからIPプレシデンスマーキングを使用したパケットを受信した場合、DiffServルータはエンコードをクラスセレクタコードポイントとして理解できます。

クラス セレクタ コード ポイントの使用に関する具体的な推奨事項は、RFC  4594 に記載されています。

構成ガイドライン

RFC  4594は、コードポイントの使用と設定に関する詳細かつ具体的な推奨事項を提供しています。RFC 8622などの他のRFCでは、これら の推奨事項が更新されています。完全なリストはIETF DSCPコードポイントレジストリに掲載されています。[12]

IETF RFC  4594 勧告（更新あり）
サービスクラスDSCP名DSCP値DSエッジでのコンディショニングPHBキューイングアクアムRFC  5127 治療集約
ネットワーク制御CS648セクション3.1を参照RFC  2474レートはいネットワーク制御
電話EF46警察はSR+BSを使用しているRFC  3246優先度いいえリアルタイム（EF）
電話、容量制限あり声で認める44警察はSR+BSを使用しているRFC  5865優先度いいえ
シグナリングCS540警察はSR+BSを使用しているRFC  2474レートいいえ
マルチメディア会議AF41、AF42、AF4334、36、382レート、3色マーカーの使用（ RFC 2698など ）RFC  2597レートDSCPごとにはい
リアルタイムインタラクティブCS432警察はSR+BSを使用しているRFC  2474レートいいえ
放送ビデオCS324警察はSR+BSを使用しているRFC  2474レートいいえ
OAMCS216警察はSR+BSを使用しているRFC  2474レートはい保証弾性（AF3）
マルチメディアストリーミングAF31、AF32、AF3326、28、302レート、3色マーカーの使用（ RFC 2698など ）RFC  2597レートDSCPごとにはい
低遅延データAF21、AF22、AF2318、20、22単一レート、3色マーカーの使用（ RFC  2697など）RFC  2597レートDSCPごとにはい保証弾性（AF2）
高スループットデータAF11、AF12、AF1310、12、142レート、3色マーカーの使用（ RFC 2698など ）RFC  2597レートDSCPごとにはい保証弾性（AF1）
標準DF0適用できないRFC  2474レートはい弾性（DF）
キュー構築なしNQB45独立したキューとトラフィック保護ドラフト-ietf-tsvwg-nqbNQB該当なし
労力が少ないル1適用できないRFC  8622優先度はい弾性（DF）優先度が低い
CS1（レガシー）8RFC  3662

sr+bs = バースト サイズ制御付きの単一レート (トークン バケットなど)。

設計上の考慮事項

DiffServでは、すべてのポリシングと分類はDiffServドメイン間の境界で行われます。つまり、インターネットの中核部分では、ルータは料金徴収や契約の履行といった複雑な処理に煩わされることなく動作します。つまり、IntServとは対照的に、DiffServでは事前の設定や予約、そしてフローごとの時間のかかるエンドツーエンドのネゴシエーションは一切不要です。

個々のルータが DS フィールドを処理する方法の詳細は設定に固有であるため、エンドツーエンドの動作を予測することは困難です。パケットが宛先に到達する前に 2 つ以上の DiffServ ドメインを通過する場合は、状況がさらに複雑になります。商業的な観点から見ると、あるプロバイダのゴールド パケットが別のプロバイダのブロンズ パケットになる可能性があるため、エンド ユーザに対して異なるクラスのエンドツーエンド接続を販売することは不可能です。DiffServ またはその他の IP ベースの QoS マーキングでは、サービスの品質や指定されたサービス レベル契約(SLA) が保証されるわけではありません。パケットをマーキングすることにより、送信者はパケットを特定のサービスとして処理する旨を示しますが、これが確実に実行されるという保証はありません。パス内のすべてのサービス プロバイダとそのルータが、それぞれのポリシーによってパケットが適切に処理されるようにする必要があります。

帯域幅ブローカー

DiffServの枠組みにおける帯域幅ブローカーは、組織の優先順位とポリシーに関する知識を持ち、それらのポリシーに従って帯域幅を割り当てるエージェントです。[13]別々のドメイン間でエンドツーエンドのリソース割り当てを実現するために、ドメインを管理する帯域幅ブローカーは隣接するピアと通信する必要があり、これにより、エンドツーエンドのサービスを純粋に二国間協定から構築できるようになります。

DiffServ RFC

  • RFC 2474 — IPv4およびIPv6ヘッダー における差別化サービスフィールド（DSフィールド）の定義。 [2]の8ビットのDSフィールド（下位2ビットは未使用）は、後に現在の6ビットのDSフィールドと別の2ビットのECNフィールドに分割されたことに注意してください。[3]
  • RFC  2475 — 差別化サービスのアーキテクチャ。
  • RFC  2597 — 保証転送 PHB グループ。
  • RFC  2983 — 差別化サービスとトンネル。
  • RFC  3086 — ドメインごとの差別化サービス動作の定義とその仕様のルール。
  • RFC  3140 — ホップごとの動作識別コード。( RFC  2836 は廃止されました。)
  • RFC  3246 — 高速転送 PHB。( RFC  2598 は廃止されました。)
  • RFC  3247 — EF PHB (Expedited Forwarding Per-Hop Behavior) の新しい定義に関する補足情報。
  • RFC  3260 — Diffserv の新しい用語と説明。( RFC  2474、RFC  2475、およびRFC  2597 を更新します。)
  • RFC  4594 — DiffServ サービス クラスの構成ガイドライン。
  • RFC  5865 — 容量許可トラフィック用の差別化サービス コード ポイント (DSCP)。 ( RFC  4542 およびRFC  4594 を更新します。)
  • RFC  8622 — 差別化サービスのための低労力ホップ単位動作 (LE PHB)。( RFC  4594 およびRFC  8325 を更新し、RFC  3662 を廃止。)

DiffServ管理RFC

  • RFC  3289 — 差別化サービス アーキテクチャの管理情報ベース。
  • RFC  3290 — 差別化サービス ルーターの非公式管理モデル。
  • RFC  3317 — 差別化サービス品質ポリシー情報ベース。

参照

参考文献

  1. ^ D. Grossman (2002年4月). DiffServの新しい用語と説明. doi : 10.17487/RFC3260 . RFC 3260. 情報。RFC 2474、2475、2597 を更新します。
  2. ^ abcd K. Nichols; S. Blake; F. Baker ; D. Black (1998年12月). IPv4およびIPv6ヘッダーにおける差別化サービスフィールド（DSフィールド）の定義. ネットワークワーキンググループ. doi : 10.17487/RFC2474 . RFC 2474. 提案された標準。RFC 1455 および 1349 を廃止します。RFC 3168、3260、および 8436 によって更新されます。
  3. ^ ab K. Ramakrishnan; S. Floyd; D. Black (2001年9月). IPへの明示的輻輳通知（ECN）の追加. ネットワークワーキンググループ. doi : 10.17487/RFC3168 . RFC 3168. 提案された標準。RFC 2481 を廃止。RFC 2474、2401、793を更新。RFC 4301、6040、8311 によって更新。
  4. ^ S3700HI イーサネット スイッチ構成ガイド - QoS、Huawei、p. 7、2016 年 10 月7 日取得、DiffServ ドメインは、同じサービス ポリシーと PHB を使用する相互接続された DiffServ ノードのグループで構成されます。
  5. ^ ab J. Babiarz; K. Chan; F. Baker (2006年8月). DiffServサービスクラスの設定ガイドライン. ネットワークワーキンググループ. doi : 10.17487/RFC4594 . RFC 4594. 情報提供。RFC 5865 および 8622 により更新されました。
  6. ^ J. Heinanen; F. Baker ; W. Weiss; J. Wroclawski (1999年6月). Assured Forwarding PHB Group. Network Working Group. doi : 10.17487/RFC2597 . RFC 2597. 提案された標準。RFC 3260 によって更新されました。
  7. ^ G. Tsirtsis; G. Giaretta; H. Soliman; N. Montavont (2011年1月). フローバインディングのためのトラフィックセレクター.インターネットエンジニアリングタスクフォース. doi : 10.17487/RFC6088 . ISSN  2070-1721. RFC 6088. 提案された標準。
  8. ^ Worldwide. 「DSCPを使用したサービス品質ポリシーの実装」. Cisco . 2010年10月16日閲覧。
  9. ^ DSCPフィルタリング アーカイブ済み 2016年7月29日、Wayback Machine
  10. ^ クラスセレクター。1.5.4節。doi : 10.17487 / RFC4594。RFC 4594。
  11. ^ NTPのマッピング。5.2節。doi : 10.17487 / RFC4594。RFC 4594。示唆する（強調追加）：
    • 管理者（キャリア）のネットワーク内またはエンド ユーザー/クライアントに高精度のタイミングを提供するために NTP を使用する場合は、テレフォニー サービス クラスを使用し、NTP パケットに EF DSCP 値をマークする必要があります。
    • 「壁時計」のタイミング精度を必要とするアプリケーションでは、標準サービス クラスを使用し、パケットを DF DSCP でマークする必要があります。
  12. ^ 「差別化サービスフィールドコードポイント（DSCP）」www.iana.org。
  13. ^ K. Nichols; V. Jacobson; L. Zhang (1999年7月). インターネットのための2ビット差別化サービスアーキテクチャ. IETF. doi : 10.17487/RFC2638 . RFC 2638.

さらに読む

  • ジョン・エヴァンス、クラレンス・フィルスフィルス（2007年）『マルチサービスネットワークにおけるIPおよびMPLS QoSの導入：理論と実践』モーガン・カウフマン、ISBN 978-0-12-370549-5。
  • カレヴィ・キルッキ（1999年） 『インターネットのための差別化サービス』マクミラン・テクニカル・パブリッシング、ISBN 1-57870-132-5。
  • IETF DiffServワーキンググループのページ
  • Cisco ホワイトペーパー - DiffServ - スケーラブルなエンドツーエンドの QoS モデル
  • ACM SIGCOMM'09論文 - 運用ネットワークにおけるエンドツーエンドのサービスクラスポリシーのモデリングと理解: DiffServポリシーを抽出するための実用的なモデルを提案
  • Cisco: DSCP を使用した QoS ポリシーの実装
  • Internet Assigned Numbers Authorityの Differentiated Services Field Codepoints レジストリ
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