QoS（サービス品質）の概要と必要性
現代のIPネットワークにおいて、トラヒックの種類は増え続けており、音声や映像のようなリアルタイム通信が、従来のデータ通信と同じリンクを共有することが一般的です。帯域幅は物理的に限られているため、トラヒックが集中すると輻輳が発生し、遅延やジッター、パケットロスが生じ、サービス品質の低下を招きます。物理的な帯域増強だけではコスト効率が悪いため、限られたリソースの中で重要な通信を優先的に扱う技術、すなわちQoS（Quality of Service）が不可欠です。
QoSは、ネットワーク内のトラヒックを分類し、それぞれのトラヒッククラスに応じて優先制御、帯域保証、輻輳回避などの処理を施すことで、サービスごとに必要な品質を確保するメカニズムです。
QoSサービスモデル
QoSの実装モデルには、主に以下の3種類が存在します。
- ベストエフォート（Best-Effort）モデル: インターネットの初期のモデルです。ネットワークは可能な限りパケットを転送しようとしますが、遅延や損失の保証は一切行いません。
- 総合サービス（IntServ）モデル: アプリケーションが通信を開始する前にRSVP（Resource ReSerVation Protocol）などのシグナリングを使用してネットワークにリソースを予約します。個々のフローごとに厳密な制御を行いますが、スケーラビリティに課題があります。
- 区分サービス（DiffServ）モデル: 現在のネットワークで主流のモデルです。パケットをクラスごとに分類し、クラス単位で集約して転送処理を行います。スケーラビリティが高く、大規模なネットワークでの実装に適しています。
トラヒックの分類とマーキング
DiffServモデルにおいて、最初のステップはトラヒックの分類とマーキングです。ルータはパケットヘッダーの情報（MACアドレス、VLAN ID、IPアドレス、DSCP値など）に基づいてトラヒックを識別し、内部処理用の優先度を割り当てます。
MQC（モジュラQoSコマンドライン）による設定
複雑な分類ルールを実装する場合、MQCフレームワークを使用します。これは「トラヒック分類」、「トラヒック挙動」、「トラヒックポリシー」の3要素で構成されます。
# 1. トラヒック分類の定義 (ACL 3000にマッチするトラヒックを抽出)
system-view
[~HUAWEI] traffic classifier voice-operator
[*HUAWEI-classifier-voice-operator] if-match acl 3000
[*HUAWEI-classifier-voice-operator] quit
# 2. トラヒック挙動の定義 (DSCP値を46(EF)に書き換え)
[~HUAWEI] traffic behavior mark-ef
[*HUAWEI-behavior-mark-ef] remark dscp ef
[*HUAWEI-behavior-mark-ef] quit
# 3. トラヒックポリシーの適用 (分類と挙動を紐付け)
[~HUAWEI] traffic policy policy-wan
[*HUAWEI-policy-policy-wan] classifier voice-operator behavior mark-ef
[*HUAWEI-policy-policy-wan] quit
# 4. インターフェースへの適用
[~HUAWEI] interface GigabitEthernet 0/0/1
[*HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] traffic-policy policy-wan inbound
[*HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] commit
優先度の信頼設定
端末がすでに適切なタグ付けを行っている場合、ルータはそのタグを「信頼」して内部優先度にマッピングします。
# インターフェースで802.1pタグを信頼する設定
interface GigabitEthernet 0/0/1
trust 8021p
帯域制御技術：ポリシングとシェーピング
トラヒックのレートを制限し、帯域を適切に利用するために、トークンバケットアルゴリズムを用いた帯域制御が行われます。
トラヒックポリシング（Policing）
ポリシングは、トラヒックが規定のレートを超過した場合、そのパケットを破棄するか、優先度を引き下げることで、ネットワークへの過剰な流入を防ぎます。主にインバウンド方向で使用されます。
# インターフェースベースのポリシング設定 (CIR: 10Mbps)
interface GigabitEthernet 0/0/0
qos car inbound cir 10240 cbs 2048000 green pass red discard
トラヒックシェーピング（Shaping）
シェーピングは、アウトバウンド方向のトラヒックのバーストを平滑化（クランプ）するために、バッファに一時的にパケットを蓄積し、規定レートで送出します。これにより、下流のルータでの輻輳を防ぎます。
# MQCを用いたシェーピング設定
traffic behavior shape-video
gts cir 20480 cbs 512000 # 20Mbpsに制限
traffic policy policy-outbound
classifier video-stream behavior shape-video
interface GigabitEthernet 0/0/2
traffic-policy policy-outbound outbound
輻輳管理（Congestion Management）
輻輳が発生した際に、どのパケットから先に送信するかを決定するためのキューイングアルゴリズムです。
- FIFO (First In First Out): 到着順に処理します。制御を行いません。
- PQ (Priority Queuing): 優先度の高いキューが空になるまで、低いキューは処理されません。リアルタイムトラヒックに適していますが、低優先度トラヒックが飢餓状態になるリスクがあります。
- WFQ (Weighted Fair Queuing): フローごとに重み付けを行い、公平に帯域を分配します。
# キュープロファイルによるスケジューリング設定
qos queue-profile qp-multimedia
schedule pq 0 to 2 # キュー0-2をPQ（高優先）に設定
schedule wfq 3 to 7 # キュー3-7をWFQ（重み付け）に設定
interface GigabitEthernet 0/0/1
qos queue-profile qp-multimedia
輻輳回避（Congestion Avoidance）
テイルドロップ（キュー満杯時の全パケット破棄）によるTCPグローバル同期現象を回避するため、キューが満杯になる手前で確率的にパケットを破棄する技術です。
WRED (Weighted Random Early Detection)
WREDは、パケットの優先度（DSCPやIP precedence）に応じて破棄確率を変化させます。優先度の低いパケットから先に破棄し、重要なトラヒックの保護を図ります。
# WREDドロッププロファイルの作成と適用
drop-profile dp-wred
wred dscp
dscp 10 low-limit 30 high-limit 70 discard-percentage 10
# 挙動への紐付け
traffic behavior apply-wred
drop-profile dp-wred
階層型QoS (HQoS)
従来のQoSはインターフェース単位の処理が主でしたが、HQoS（Hierarchical QoS）は、ユーザーやサブスクライバ単位、さらにその配下のアプリケーションフロー単位で、階層的に帯域制御とスケジューリングを行います。これにより、ISPや企業ネットワークにおいて、複数のテナントやユーザーに対して厳密なSLA（Service Level Agreement）を提供可能になります。
実装には親ポリシー（ユーザー/サブスクライバー制御）と子ポリシー（フロー/サービス制御）を組み合わせたMQC構成を使用します。
# 子ポリシー（サービスクラス制御）
traffic policy child-policy
classifier voip behavior ef-queue
classifier browsing behavior wfq-queue
# 親ポリシー（サブスクライバー制御：子ポリシーを呼び出す）
traffic behavior parent-act
car cir 50000000 # ユーザー全体の帯域制限
statistic enable # 統計情報収集
traffic-policy child-policy # 子ポリシーの適用
traffic policy parent-policy
classifier user-a-behavior parent-act
interface GigabitEthernet 0/0/10
traffic-policy parent-policy outbound