QoS(キューオーエス)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

QoSはQuality of Serviceの略であり、ネットワーク上で特定の種類の通信に対して、その品質を保証または優先的に制御する技術である。現代のネットワーク環境では、VoIP（Voice over IP）による音声通話、ビデオ会議、オンラインゲームといったリアルタイム性が求められるサービスから、Webサイトの閲覧、電子メールの送受信、ファイル転送といった遅延が多少許容されるサービス、さらには企業の基幹業務システムのような安定性が最優先されるサービスまで、多種多様な通信が混在している。これらの通信はそれぞれ異なる品質要件を持っており、ネットワークが混雑した際にすべての通信が平等に扱われると、リアルタイム性を損なうことでサービス品質が著しく低下したり、重要な業務通信が滞ったりする可能性がある。QoSはこのような状況を回避するため、あらかじめ定めたルールに基づき、重要な通信やリアルタイム性が求められる通信を識別し、優先的に処理することで、安定したサービス提供を可能にする。具体的には、通信の遅延（latency）やジッター（jitter：遅延のばらつき）を最小化し、パケットロス（packet loss：パケットの欠落）を防ぎ、特定のアプリケーションに十分な帯域幅（bandwidth）を確保することを目的とする。

QoSを実現するためには、複数の技術要素が連携して機能する。まず、ネットワークを流れる多様なデータパケットの中から、どの通信をQoSの対象とし、どのような優先度を適用するかを決定する「分類（Classification）」が行われる。これは、送信元・宛先のIPアドレス、ポート番号、使用されているプロトコル、アプリケーションの種類、またはIPヘッダに含まれるDSCP（Differentiated Services Code Point）やEthernetフレームに含まれるCoS（Class of Service）といったQoS識別子に基づいて行われる。分類されたパケットには、その優先度を示す「マーキング（Marking）」が施される。このマークは、以降のネットワーク機器がパケットを適切に処理するための重要な情報となる。

次に、ネットワーク機器内部でパケットが一時的に蓄積される「キュー（Queuing）」の管理が重要である。ネットワーク機器が処理能力を超える量のパケットを受信した場合、パケットはキューに格納されて処理待ちとなる。この際、優先度の高いパケットから先に送信されるように「スケジューリング（Scheduling）」が行われる。一般的なキューイング方式には、パケットを到着順に処理するFIFO（First-In, First-Out）があるが、QoSでは優先度を考慮した方式を用いる。例えば、特定の優先度のパケットを最優先で処理するPQ（Priority Queuing）、各通信フローに公平に帯域を割り当てるWFQ（Weighted Fair Queuing）、さらにクラスごとに最小限の帯域を保証しつつ余剰帯域も分配するCBWFQ（Class-Based Weighted Fair Queuing）などがある。これらのスケジューリングアルゴリズムにより、優先度の高い通信は遅延なく、また必要な帯域を確保して送信される。

さらに、ネットワークの輻輳を未然に防ぐための「輻輳回避（Congestion Avoidance）」技術もQoSの重要な要素である。代表的な技術にRED（Random Early Detection）やWRED（Weighted Random Early Detection）があり、これらはキューのバッファ使用率が一定のしきい値を超え始めた段階で、ランダムまたは優先度に基づいて一部のパケットを破棄することで、本格的な輻輳状態への移行を抑制し、TCPのフロー制御を促す。これにより、ネットワーク全体のパフォーマンスが急激に劣化することを抑え、安定した通信を維持する効果が期待できる。

また、特定のトラフィックが設定された帯域幅を超えて過剰にネットワーク資源を使用することを防ぐための技術として、「トラフィックシェーピング（Traffic Shaping）」と「トラフィックポリシング（Traffic Policing）」がある。トラフィックシェーピングは、設定された上限帯域を超えてバースト的に発生したトラフィックを一時的にバッファリングし、平滑化して送出することで、帯域利用を安定させる。これにより、ネットワークの過負荷を防ぎながらもパケットロスを最小限に抑えることができるが、バッファリングによる遅延が発生する可能性がある。一方、トラフィックポリシングは、設定された上限帯域を超過したトラフィックを即座に破棄するか、優先度を下げて送信することで、ネットワークへの影響を厳しく制限する。こちらは遅延は発生しないが、超過したパケットは破棄されるため、アプリケーションによっては再送処理が必要となる場合がある。

QoSを適切に導入することで、企業のミッションクリティカルなアプリケーションや、リアルタイム性が求められる音声・映像サービスの安定稼働が期待でき、結果としてユーザー満足度の向上にも繋がる。しかし、QoSの設定はネットワーク全体の設計と機器の機能、性能を十分に考慮して慎重に行う必要がある。不適切なQoS設定は、かえってネットワーク全体のパフォーマンスを損ねる可能性もあるため、深い理解と計画が求められる。また、QoSは通信経路上の複数のネットワーク機器で連携して設定されることで初めて効果を発揮するエンドツーエンドの品質保証を目指すものだが、異なる組織が管理するネットワーク間（例えばインターネットを介した通信など）での一貫したQoSの実現は技術的・運用的に困難な場合が多い。そのため、主に企業やデータセンター内部など、比較的管理・制御可能な範囲で適用されることが一般的である。