【ITニュース解説】いまさら聞けない「QoS技術」とは　ネットワーク性能を高める“3つの仕組み”

ITニュース概要

QoS（Quality of Service）は、ネットワークの信頼性を高める重要な技術だ。データ通信の優先順位を制御し、遅延や混雑（輻輳）を防ぐことで、安定した通信品質を保証する。ネットワーク性能を向上させる上で不可欠な仕組みである。

ITニュース解説

QoS（Quality of Service）は、ネットワークの安定した通信品質を保証し、向上させるための重要な技術である。現代のネットワーク環境では、音声通話やビデオ会議、オンラインゲーム、業務アプリケーション、メール、ウェブ閲覧など、様々な種類のデータが同時に流れている。これらのデータはそれぞれ求められる品質が異なり、特にリアルタイム性が重要な音声や動画の通信は、わずかな遅延やパケットの損失が品質の劣化に直結し、ユーザー体験を著しく損ねる可能性がある。QoSは、このような課題を解決するために、ネットワーク上のデータ通信に優先順位をつけ、限られた帯域を効率的に利用することで、特定の通信に対して必要な品質を確保する仕組みを提供する。 ネットワークが混雑すると、すべてのデータ通信の速度が低下したり、データが破棄されたりする。これは、まるで一本の道路に車が集中して渋滞が発生し、緊急車両も進めなくなるような状況に似ている。QoS技術は、この渋滞を管理し、緊急車両にあたる重要なデータを優先的に通すことで、ネットワーク全体の安定性を高める役割を果たす。 QoSを実現するためには、主に「トラフィックの識別と分類」「キューイングとスケジューリング」「輻輳回避」という3つの仕組みが連携して動作する。 最初の仕組みは「トラフィックの識別と分類」である。これは、ネットワークを流れるデータ（トラフィック）がどのような種類のもので、どれくらいの重要度を持つのかを特定し、適切に区別する作業を指す。データは種類によって重要度が異なる。例えば、緊急を要する音声通話のデータと、後で確認しても問題ないメールのデータでは、ネットワーク上で処理されるべき優先度が全く違う。この識別には、データの送信元IPアドレスや宛先IPアドレス、使用されているアプリケーションのポート番号、あるいは通信プロトコルといった情報が利用される。データが識別された後、その重要度に応じて「マーキング（印付け）」が行われる。これは、データのヘッダ部分に特定の値を書き込むことで、後続のネットワーク機器がそのデータの優先順位を瞬時に認識できるようにする作業だ。例えば、IPパケットにはDSCP（Differentiated Services Code Point）というフィールドがあり、ここに特定の値を設定することで、そのパケットが「高優先度」であるとか「通常」であるといった情報を伝達できる。このマーキングによって、ネットワーク機器はパケットの中身を詳細に検査することなく、優先度を判断し、適切な処理を行うことができる。 次に重要な仕組みは「キューイングとスケジューリング」である。識別され、マーキングされたデータは、ネットワーク機器内部の「キュー（待ち行列）」に入れられる。キューは、データが次に処理されるのを待つ場所であり、ここでのデータの処理順序を決めるのが「スケジューリング」である。単純なネットワークでは、データは先着順（FIFO: First-In, First-Out）で処理されるが、これでは優先度の高いデータも低いデータも平等に扱われるため、重要な通信が遅延する可能性がある。QoSでは、優先度に応じて異なるキューを使用したり、キューの中から優先度の高いデータを優先的に送信したりする仕組みが導入される。代表的なスケジューリング方式の一つに、プライオリティキューイング（PQ）がある。これは、優先度が最も高いキューのデータを先に全て送信し、それが終わったら次の優先度のキューのデータを送信するという方式だ。音声通話のように遅延が許されないデータは、この最高優先度のキューに入れられることが多い。また、重み付け公平キューイング（WFQ）という方式もある。これは、それぞれのキューに重み（比率）を割り当て、各キューに公平に帯域幅を割り振りつつ、重みに応じて利用できる帯域を調整する。例えば、特定の業務アプリケーションには全体の帯域の30%を割り当てる、といった設定が可能になる。これにより、高優先度だけでなく、低優先度の通信も全く滞ってしまうことを防ぎながら、バランス良く帯域を利用できる。 最後の仕組みは「輻輳回避（Congestion Avoidance）」である。これは、ネットワークが混雑し始めてから対処するのではなく、混雑が本格化する前にその兆候を捉え、事前に回避策を講じる技術である。ネットワーク機器のバッファ（一時的にデータを保持する記憶領域）が満杯になると、それ以上データを受け入れられなくなり、新たなデータは強制的に破棄される。これは「テールロップ（tail drop）」と呼ばれ、通信品質が著しく悪化する原因となる。輻輳回避技術の一つにRED（Random Early Detection）がある。これは、バッファの使用率を監視し、ある閾値を超えたら、ランダムに一部のパケットを破棄し始めることで、送信元にネットワークの混雑を通知する。パケットが破棄された送信元は、パケットが届かなかったことを検知し、一時的にデータの送信量を減らす（フロー制御）よう促される。その結果、バッファが完全に満杯になる前に混雑を緩和し、大規模なデータ破棄を防ぐことができる。さらに、WRED（Weighted Random Early Detection）は、REDにQoSの優先度を組み合わせたもので、優先度の低いパケットから先に破棄する確率を高めることで、重要なデータの損失を回避し、より効果的な輻輳回避を実現する。 これらのQoS技術を適切に組み合わせることで、ネットワーク管理者は、特定のアプリケーションやサービスに対して、必要な通信品質を安定的に提供することが可能になる。これにより、ビジネスの継続性や生産性の向上、ユーザー満足度の維持に大きく貢献する。システムエンジニアを目指す上で、ネットワークの基本的な仕組みとともに、QoSのような性能向上技術を理解することは、信頼性の高いシステム設計や運用を行う上で不可欠な知識となる。 1924文字