QoS - ポリシングとシェーピング

帯域制御

帯域制御とは、事前に決めておいた帯域上限を超えたトラフィックを
制御するしくみをいいます。

帯域制御には以下の 2 つの方式があります。

ポリシング
シェーピング

ポリシング

ポリシングを適用した場合、帯域上限を超えたパケットは破棄されます。

上図のように、帯域上限を超えたパケットを問答無用でバサっと破棄します。

ポリシングは受信・送信のトラフィックに対して設定可能です。
ポリシングには、「Committed Access Rate（CAR）」や
「Class-Based Policing（CB-Policing）」などがあります。

シェーピング

シェーピングを適用した場合、帯域上限を超えたパケットはキューに
バッファされたのちに配送されます。
そのため、出力レートは平滑化されます。
キューにバッファされたパケットは FIFO または WFQ で処理されます。
シェーピングの場合、機能としてキューにバッファされるため遅延が
発生する可能性があります。

上図のように、帯域上限を超えたパケットを一度、キューに格納して
一定時間おいて送信されるため、トラフィックレートは平滑化されます。

ただし、キューに格納できる量には当然限界がありますので、
キューに格納しきれなかったパケットは破棄されます。

シェーピングには、「Generic Traffic Shaping (GTS)」や
「Class-Based Shaping（CB-Shaping）」、
「Frame-relay Traffic Shaping（FRTS）」などがあります。

ポリシングもシェーピングもトークン・バケットという機能を利用して、
パケットレートを測定しています。

トークン・バケット

トークン・バケットの考え方の基本は、一定量のパケットを転送した直後は
パケットの転送を止めるということ。
この動作を繰り返すことで、パケット送出レートを一定量以下に抑える
ようにしています。

トークンとはパケットのデータ量に相当するもので、バケットとは
バケツの意味で、転送すべきトラフィックを格納するバッファに
相当します。

まずは、トークン・バケット方式で使用する用語を整理しておきましょう。

CIR（Committed information rate）
定期的にバケ&ットに貯められるトークンの流量（平均レート（bit/s））
CIR 値を超過してパケットが入ってきた場合に、ポリシングの場合は
破棄され、シェーピングの場合はキューに貯めて後から送信する動作に
なります。
Bc（Burst Committed）
一度に取り除けるトークンのトラフィック量（bit）
通常時に Tc 時間内に送信できる最大のデータ量
Be（Burst Exceed）
ボーナス値とも言われ、バケットに貯められる最大量を示します。
Tc（Token Create）
定期的にトークンが入る間隔
Tc 時間経つと Bc 分のトークンが補充されます。
つまり、Tc 時間内でBc 分のトラフィックを送出できることになるので、
以下の関係が成り立ちます。
CIR = Bc / Tc

トークンバケットを概念化すると以下のようになります。

ルータにパケットが到着すると、到着したパケットのデータ量がバケット内の
トークン以内かどうかを調べます。
トークン以内であればそのデータを転送し、データ量分のトークンを
バケットから取り除きます。
ここで、もしデータ量分のトークンがなかったら、ポリシングではパケットを
破棄し、シェーピングではパケットをキューに入れます。