前回は、QoSの基本動作として Classification・Marking・Queuing の流れを整理しました。今回はその続きとして、ネットワークで混雑が起きたときに何が起こるのか、そしてその混雑に対して Queuing、Policing、Shaping がどのように関わるのかを整理してみます。QoSは単に優先度を付けるだけではなく、混雑時にどの通信をどう扱うかまで含めて考える技術なのだと分かってきました。
congestionとは何か
congestion は、通信が回線やインターフェースの処理能力を上回り、出ていく量より入ってくる量のほうが多くなっている状態のことです。つまり congestion とは、QoSが必要になる典型的な場面そのものだと考えると理解しやすいです。
今回の1枚目のキャプチャでも、1つの出口に対して多くのパケットが集まると混雑が発生し、そのままでは順番待ちが必要になる様子が分かりやすく整理されていました。QoSでは、まずこの「混雑そのもの」を理解したうえで、次にその混雑をどうさばくかを見ることが大切だと思います。
congestionとqueuingの関係
congestion が混雑そのものを表すのに対して、queuing は混雑時の順番待ち処理です。つまり、混雑が発生したからこそ、キューに並べて送信順を調整する必要が出てくるわけです。
この関係は、道路の渋滞にたとえると分かりやすいです。道路が混んでいる状態が congestion で、その中で「どの車を先に通すか」を整理するのが queuing です。QoSでは、Web会議のような遅延に弱い通信を、ファイル転送のような比較的待てる通信より先に通しやすくすることで、重要な通信の品質を守ろうとします。
policingとは何か
policing は、通信量が決められた上限を超えたときに、超過分をその場で落としたり、再マーキングしたりして厳しく制限する考え方です。つまり policing は、超過分をその場で厳格にさばくための制御だと言えます。
今回の2枚目のキャプチャでも、policing は「上限超過分を落とす／再マーキングして厳しく制限する」と整理されていました。やさしく言えば、policing は「ここまでしか通しません」と、その場で線を引くイメージです。急に増えた通信をそのまま受け入れるのではなく、上限を超えた分には厳しい対応をする仕組みだと理解すると頭に入りやすいです。
shapingとは何か
shaping は、超過した通信をすぐに捨てるのではなく、キューにためて後で少しずつ流し、出力をなだらかに整える考え方です。つまり shaping は、制限はするものの、できるだけ捨てずに整えて流す方法です。
2枚目のキャプチャでは、バースト的に増えた通信をいったんバッファに保持して、時間をかけて一定レートで送る様子が図解されていました。policing が「超えた分を切る」イメージだとすれば、shaping は「いったんためて、なだらかに流す」イメージです。この違いが見えると、両者の役割がかなり整理しやすくなります。
policingとshapingの違い
policing と shaping の違いは、ひとことで言えば超過した通信をどう扱うかです。policing は上限超過分をその場で破棄したり、優先度を下げたりして厳しく制限します。一方で shaping は、超過分をバッファに保持し、あとで送ることで通信の流れを平滑化します。
この違いは、通信の性質を考えると特に重要です。すぐに捨てても大きな問題になりにくい通信もあれば、なるべく捨てずに遅らせてでも届けたい通信もあります。だからQoSでは、単に制限するだけでなく、「厳しく切るべきか」「なだらかに調整すべきか」を使い分けることが大事になるのだと感じました。
リアルタイム通信との相性
QoSでは、音声や動画のようなリアルタイム通信を優先して通し、帯域を大きく使う通信には必要に応じて制御をかけるという考え方が基本になります。
たとえば、Web会議と大きなファイル転送が同じ出口を共有している場合、すべてを平等に流すと、リアルタイム通信の品質が悪化しやすくなります。そこで queuing で重要な通信を先に通し、必要に応じて policing や shaping で大きな通信量を制御することで、全体として安定した通信に近づけていくわけです。今回のキャプチャでも、この考え方がとても分かりやすく表現されていました。
今回のまとめ
今回整理してみて、QoSの中で congestion は「問題が起きている状態」、queuing は「その混雑の中で順番を調整する仕組み」、policing と shaping は「通信量や流し方を制御する方法」なのだと見えてきました。単語だけで覚えるより、それぞれがどの場面で働くのかを流れでつかむほうが理解しやすいと感じます。
特に今回の学習では、policing と shaping の違いを「捨てるか、ためて流すか」で見ると、とても分かりやすくなりました。QoSは重要な通信を優先するだけでなく、それ以外の通信をどう抑え、どう整えるかまで含めて考える技術なのだと、少しずつ全体像がつかめてきた気がします。
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