QoS for VoIP

Supervisor IOS for CCNP Switching (640-604J)　のQoSのSectionも参考にして下さい。

QoS（Quality of Service）の要件

VoIPでは遅延に敏感な音声パケットを、その他の重要性の低いネットワークトラフィックより優先させるために、QoSが使用されます。

逆にQoSが使用されないと、リアルタイム音声パケットがネットワークで優先されるという保証はありません。

VoIPネットワークがPSTN（既存の電話網）に取って代わるためには、PSTNと同等な音声品質が必要になります。

つまり音声が途切れたり、遅延が発生したり、またはその遅延の変動（ジッタ、ゆらぎと呼ばれる）があることは致命的になります。

またQoSによる音声パケットの優先と同様に、十分なネットワーク帯域幅を確保するべきである。

パケットの分類（Classification）とマーキング

パケットの分類（Classification）とは、ネットワークデバイスが受け取る通常のIPトラフィックとVoIPパケットの違いを識別し、それぞれをクラス分け（グループ化）する処理を意味する。

大きく分けて２種類の分類方法がある。

スタティック（静的）：レイヤ３IPヘッダ内の発信元／宛先IPアドレスか、レイヤ４UDPヘッダ内の発信元／宛先UDPポート番号による分類
ダイナミック（動的）：RSVP(Resouce Reservation Protocol)を使用

マーキングとは、ネットワークデバイスがパケットを受け取り、上記の２種類の方法で分類したパケットに、「これは優先度の高いパケットです」という印を付け、他のデバイスに送信すること。

この印が付いているパケットを受け取った他のデバイスは、いちいちパケットの分類をする必要がなくなる。

マーキング処理には幾つか種類があるが、IPネットワークでは、IPヘッダ内の ToS(Type of Service）バイトをセットする方法が主に使われる。

＊ToS(Type of Service）バイトの内部は、IPプレシデンス（３ビット）とDSCP（６ビット）に別れています。

実際どういう方法で、パケットの分類とマーキングの設定をするか挙げていきます。

１，dialer-peer voice [ダイヤルピア番号] voip 　グローバルコンフィグモードコマンドを使う

２，CAR(Committed Access Rate) を使う

３，PBR (Policy-Based Routing)を使う

access-list 100 permit udp any any range 16384 32767　 /* RTP stream */　　　 <-分類されるトラフィックを指定
access-list 100 permit tcp any any eq 1720　　　　　　　　/* H.255.0 */　　　　　　<-分類されるトラフィックを指定
!
route-map [ルートマップ名]
　match ip address 100　　　　　　　　　　<-アクセスリスト100にヒットするトラフィックを示す
　set ip precedence 5　　　　　　　　　　　<-分類されたトラフィックのマーキング（IPプレシデンスを５[101]にセット）
!
interface E0/0
ip address 10.10.10.1 255.255.255.0
ip policy route-map [ルートマップ名]　　　　　　　　<-作成したルートマップをI/Fに適用

４，MQC (Modular QoS Command Line Interface) を使う

access-list 100 permit udp any any range 16384 32767　 /* RTP stream */　　　 <-分類されるトラフィックを指定
access-list 100 permit tcp any any eq 1720　　　　　　　　/* H.255.0 */　　　　　　<-分類されるトラフィックを指定
!
class-map [クラスマップ名]　　　　　　　　　　　<-クラスマップを作成
　match access-group 100　　　　　　　　　　　<-アクセスリスト100にヒットするトラフィックを作成したクラスマップに入れる
!
policy-map [ポリシーマップ名]　　　　　　　　　<-ポリシーマップを作成
　class [クラスマップ名]　　　　　　　　　　　　　<-含めるクラスマップを指定
　　set ip precedence 5　　　　　　　　　　　　　<-分類されたトラフィックのマーキング（IPプレシデンスを５[101]にセット）
　class class-default　　　　　　　　　　　　　　　<-クラスマップに含まれないその他のトラフィックを指定
　　set ip precedence 0　　　　　　　　　　　　　<-その他のトラフィックのマーキング（IPプレシデンスを０[000]にセット）
!
interface E0/0
service-policy input [ポリシーマップ名]　　　　　　　　<-作成したポリシーマップをI/Fに適用

QoS キューイングのメカニズム

パケットの分類とマーキングが済んだら、その優先度によってインテリジェントな出力を行うのがキューイング処理。

VoIPトラフィックには絶対優先キュー（プライオリティキューとも呼ばれる、キューイング手法の１つであるPQ[プライオリティキューイング]のことではない）が使用されるのが必須。

キューイングメカニズムには幾つかの種類があるが、柔軟性と設定の容易さに優れているLLQ (Low Latence Queuing)の使用が推奨される。

１，LLQ (Low Latence Queuing)：以前は PQ-CBWFQと呼ばれていた。

パケットの分類とマーキングにはMQCが使われる。輻輳が発生している時に、優先度の高いトラフィック（プライオリティトラフィック）が帯域幅を独占しないような設定が出来る。つまり優先度の高くないその他のトラフィックにも、最低帯域保証を与える必要がある。

LLQの動作（パケットの流れ　------> ）

分類	クラス Priority	プライオリティキュー	スケジューラ	出力
	クラス class 1	予約済キュー
	クラス class 2	予約済キュー
	クラス class-default	予約済キューまたは未予約のデフォルトキュー

LLQの設定例

access-list 100 permit udp any any range 16384 32767　 /* RTP stream */　　　 <-分類されるトラフィックを指定
access-list 100 permit tcp any any eq 1720　　　　　　　　/* H.255.0 */　　　　　　<-分類されるトラフィックを指定
access-list 101 permit tcp any any eq 80　　　　　　　　　/* HTTP */　　　　　　　<-分類されるトラフィックを指定
access-list 102 permit tcp any any eq 23　　　　　　　　　/* telnet */　　　　　　　<-分類されるトラフィックを指定
!
class-map voip　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　match access-group 100　　　　　　　　　<-アクセスリスト100にヒットするトラフィックをクラス voipに入れる
class-map data1　　　　　　　　　　　　　　　　　
　match protocol　　　　　　　　　　　　　　　<-アクセスリスト101にヒットするトラフィックをクラス data1に入れる？（access-group 101ではない？）class-map data2　　　　　　　　　　　　　　　　　
　match access-group 102　　　　　　　　　<-アクセスリスト102にヒットするトラフィックをクラス data2に入れる
!
policy-map llq　　　　　　　　　
　class voip　　　　　　　　　　　　
　　priority 32　　　　　　　　　　　　　　<-クラス voip は 32Kbpsまでの高いプライオリティを与えられる
　class data1　　　　　　　　　　　　
　　bandwidth 64　　　　　　　　　　　　<-クラス data1 は 64Kbpsまでの帯域幅を保証される
　class data2　　　　　　　　　　　　
　　bandwidth 32　　　　　　　　　　　　<-クラス data2 は 32Kbpsまでの帯域幅を保証される
　class class-default　　　　　　　　
　　fair-queue　　　　　　　　　　　　　　<-未分類のその他のトラフィックに残りの帯域幅を均等に分配
!
interface S0/0
bandwidth 256　　　　　　　　　　　　　<-I/Fの総帯域幅を設定（指定しないとSerialなのでデフォルトで1.544Mbps）
service-policy input llq　　　　　　　　<-作成したポリシーマップをI/Fに適用

＊ルーティングプロトコルが使用する帯域幅を考慮して、全てのクラスに保証された帯域幅の合計が、I/Fの総帯域幅の７５％未満でなければならない。

２，FIFO (First-In , First-Out)：到着順で出力される。シンプルな設定。Priorityサービスと帯域保証は不可能。

３、WFQ (Weighted Fair Queuing)：IP precedenceとDSCP値によるシンプルな設定。2Mbps未満リンクのデフォルト。Priorityサービスと帯域保証は不可能。

４，CO (Custom Queuing)：設定は比較的難しい。Priorityサービスは不可能。

５，PQ (Priority Queuing)：高、中、通常、低のPriorityキューに分類。帯域保証は不可能。

６，CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing)：分類にMQCを使用。ただしLLQと違いPriorityキューはないのでPriorityサービスは不可能。

７，PQ-WFQ (Priority Queue-Weighted Fair Queuing)：IP RTPプライオリティとも呼ばれる。特定範囲内の偶数ポート番号宛のUDPパケットにプライオリティサービスを提供する。インターフェースコンフィグモードでのシンプルな設定

フレームリレーネットワーク上でのVoIPのQoSの例

企業が本社（ハブサイト）と支社（リモートサイト）間の音声通話を運ぶため、既存のデータトラフィック用のフレームリレーWANのインフラを利用する、という状況を考えます。方法として２つ考えられます。

１，音声とデータを別々のPVCで運ぶ：PIPQ(PVC Interface Priority Queue)を使用。音声トラフィックに高、中、通常、低の４種類のPriority付け可能。

２，音声とデータのトラフィックを同じPVCで運ぶ。

フレームリレーのような、Point-to-multipointネットワーク（ハブ＆スポーク）では、ハブサイトとリモートサイト間のリンク速度の不一致により、パケットが破棄される恐れがあります。つまりハブサイトはフレームリレーネットワークにT1接続を持っていて、リモートサイトは１２８Kbpsしかない場合、ハブがリモートに対し、T1速度でトラフィックを送ったら、リモートは処理しきれないパケットを破棄してしまいます。これを防ぐのがトラフィックシェーピングと呼ばれるQoSメカニズムです。

基本的なフレームリレーのトラフィックシェーピング設定

interface Serial 0/1
　no ip address
　encapsulation frame-relay
　frame-relay traffic shaping　　　　　　　　　　<- 物理インタフェースでトラフィックシェーピングを有効
!
interface Serial 0/1.64 point-to-point
　ip address 10.14.96.2 255.255.255.252
　frame-relay interface-dlci 128
　　class voice　　　　　　　　　　　　　　　　　　<- このPVCにクラスvoiceを関連づける
!
map-class frame-relay voice　　　　　　　　　　<- マップクラスコンフィグモード　（class-map ではないので注意）
　no frame-relay adaptive-shaping
　frame-relay cir 256000　　　　　　　　　　　　<- サービスプロバイダと契約している最低保証レート値
　frame-relay bc 2560
　frame-relay mincir 256000　　　　　　　　　　<- CIRと同じ値にする

実際のフレームリレーWAN上でにVoIPのQoS設定はもっと複雑です。上記のトラフィックシェーピング設定の他に、レートを超過してキューされたトラフィックのプライオリティ付けのためのLLQ設定やcRTP（圧縮RTP：ヘッダ圧縮技術）、FRF.12フラグメンテーション設定などが必要です。ここではやめときます。

参照：Cisco VoIPソリューション導入ガイド(ソフトバンク)