差別化されたサービス

差別化サービスまたはDiffServ は、ネットワーク トラフィックを分類および管理し、最新のIPネットワーク上でサービス品質(QoS)を提供するためのメカニズムを指定するコンピュータ ネットワークアーキテクチャです。たとえば、DiffServ を使用すると、音声やストリーミング メディアなどの重要なネットワーク トラフィックに低遅延を提供しながら、Web トラフィックやファイル転送などの重要でないサービスにベスト エフォート サービスを提供することができます。

DiffServは、パケット分類の目的で、IPヘッダーの6ビット差別化サービスフィールド（DSフィールド）内の6ビット差別化サービスコードポイント（DSCP ）を使用します。DSフィールドは、ECNフィールドとともに、古いIPv4 TOSフィールドに代わるものです。^[1]

現代のデータネットワークは、音声、ビデオ、ストリーミング音楽、ウェブページ、電子メールなど、さまざまな種類のサービスを伝送します。これらのサービスの共存を可能にする提案されたQoSメカニズムの多くは複雑であり、パブリックインターネットの需要を満たすのに拡張できませんでした。1998年12月、IETFはIPv4ヘッダーのTOSフィールドとIP優先順位フィールドをDSフィールドに置き換えました。これは後に、上位6ビットのみを参照するように分割され、ECNフィールドは下位2ビットになりました。^{[2] [3]} IPv6ヘッダーでは、DSフィールドはトラフィッククラスフィールドの一部であり、最上位6ビットを占めます。^[2]

DS フィールドでは、以前の IPv4 IP 優先順位フィールドとの下位互換性を保つために、8 つの値 (クラス セレクタ) の範囲が使用されます。現在、DiffServ は、 QoS を提供するためにルーターが使用する主要なアーキテクチャとして、 TOSやその他のレイヤー 3 QoS メカニズム (統合サービス(IntServ)など) に取って代わっています。

DiffServ は、トラフィック管理のための粗粒度のクラスベースのメカニズムです。一方、IntServ は、細粒度のフローベースのメカニズムです。DiffServ は、パケットを特定のクラスに属するものとして分類およびマークするメカニズムに依存しています。DiffServ 対応ルーターは、トラフィックのクラスに関連付けられたパケット転送プロパティを定義するホップごとの動作(PHB) を実装します。たとえば、低損失または低遅延のサービスを提供するために、さまざまな PHB を定義できます。

DiffServ は、個々のフローの要件に基づいてネットワーク トラフィックを区別するのではなく、トラフィック分類の原則に基づいて動作し、各データ パケットを限られた数のトラフィック クラスのいずれかに配置します。ネットワーク上の各ルータは、クラスに基づいてトラフィックを区別するように設定されます。各トラフィック クラスは別々に管理できるため、ネットワーク上の優先度の高いトラフィックが優先的に処理されます。Diffserv の前提は、パケット分類やポリシングなどの複雑な機能を、ネットワークのエッジにあるエッジ ルータによって実行できることです。コア ルータでは分類やポリシングは不要なので、そこでの機能はシンプルに保つことができます。コア ルータは、パケットのマーキングに基づいて PHB 処理をパケットに適用するだけです。PHB 処理は、スケジューリング ポリシーとキュー管理ポリシーの組み合わせを使用して、コア ルータによって実現されます。

共通の管理上定義されたDiffServポリシーを実装するルータのグループは、DiffServドメインと呼ばれます。^[4]

DiffServ は標準化されたトラフィック クラスのセットを推奨していますが、^[5] DiffServ アーキテクチャには、どのタイプのトラフィックを優先的に処理すべきかという事前の判断は組み込まれていません。DiffServ は、分類と差別化された処理を可能にするフレームワークを提供するだけです。標準トラフィック クラス (以下で説明) は、異なるネットワークと異なるベンダーの機器間の相互運用性を簡素化するのに役立ちます。

DiffServ ドメインに入るネットワーク トラフィックは、分類と調整の対象となります。トラフィック分類器は、送信元アドレス、宛先アドレス、トラフィックの種類など、着信パケット内のさまざまなパラメータを検査し、個々のパケットを特定のトラフィック クラスに割り当てることができます。トラフィック分類器は、受信パケット内の DiffServ マーキングを尊重することも、それらのマーキングを無視または上書きすることもできます。特定のクラスのトラフィックの量と種類を厳密に制御するために、ネットワーク オペレータは、DiffServ ドメインへの入口でマーキングを尊重しないことを選択できます。各クラスのトラフィックは、レート リミッタ、トラフィック ポリサー、またはシェーパーにトラフィックをさらに合わせて調整できます。^{[6] : §3}

ホップごとの動作は、IPヘッダーのDSフィールドとECNフィールドによって決定されます。DSフィールドには、6ビットのDSCP値が含まれます。^[2] 明示的輻輳通知（ECN）は、IPv4 TOSフィールドとIPv6トラフィッククラス（TC）フィールドの最下位2ビットを占めます。^{[7] [8] [9]}

理論上、ネットワークは 64 個の DSCP 値を使用して最大 64 個の異なるトラフィック クラスを持つことができます。DiffServ RFC では、特定のエンコードが推奨されていますが、必須ではありません。これにより、ネットワーク オペレータはトラフィック クラスを柔軟に定義できます。ただし、実際には、ほとんどのネットワークでは、一般的に定義されている次のホップごとの動作が使用されます。

• デフォルト転送（DF）PHB — 通常はベストエフォートトラフィック
• 高速転送（EF）PHB — 低損失、低遅延トラフィック専用
• 保証付き転送（AF）PHB — 規定の条件の下での配送を保証します
• クラス セレクタPHB — IP 優先順位フィールドとの下位互換性を維持します。

デフォルト転送 (DF) PHB は、唯一必要な動作です。基本的に、他の定義済みクラスの要件を満たさないトラフィックは DF を使用します。通常、DF はベストエフォート転送特性を持っています。DF の推奨 DSCP は 0 です。^[5]

IETF は、 RFC  3246で Expedited Forwarding (EF) の動作を定義しています。EF PHB は、低遅延、低損失、低ジッタという特性を備えています。これらの特性は、音声、ビデオ、その他のリアルタイム サービスに適しています。EF トラフィックは、他のすべてのトラフィック クラスよりも優先的にキューイングされることがよくあります。EF トラフィックの過負荷によりキューイング遅延が発生し、クラス内のジッタと遅延許容値に影響するため、アドミッション コントロール、トラフィック ポリシング、その他のメカニズムを EF トラフィックに適用できます。EF の推奨 DSCP は 101110 _B (46 または 2E _H ) です。

IETF は、RFC  5865 で音声許可の動作を定義しています。音声許可 PHB は、Expedited Forwarding PHB と同じ特性を持っています。ただし、音声許可トラフィックも、コール アドミッション制御(CAC) 手順を使用してネットワークによって許可されます。音声許可に推奨される DSCP は 101100 _B (44 または 2C _H )です。

IETF は、 RFC  2597 およびRFC 3260で保証転送 (AF) の動作を定義しています。 保証転送により、トラフィックがサブスクライブされたレートを超えない限り、オペレータは配信の保証を提供できます。サブスクリプション レートを超えるトラフィックは、輻輳が発生した場合にドロップされる可能性が高くなります。

AF 動作グループは、4 つの個別の AF クラスを定義します。1 つのクラス内のすべてのトラフィックは同じ優先度を持ちます。各クラス内では、パケットにドロップ優先度 (高、中、低、優先度が高いほどドロップが多くなります) が与えられます。クラスとドロップ優先度の組み合わせにより、AF11 から AF43 までの 12 個の個別の DSCP エンコーディングが生成されます (表を参照)。

異なるクラスのトラフィック間では、何らかの優先度と比例公平性が定義されています。クラス間で輻輳が発生した場合、上位クラスのトラフィックが優先されます。厳密な優先度キューイングを使用するのではなく、公平キューイングや重み付け公平キューイングなどのよりバランスのとれたキュー サービス アルゴリズムが使用される可能性が高くなります。クラス内で輻輳が発生した場合、ドロップ優先度の高いパケットが最初に破棄されます。テール ドロップに関連する問題を防ぐために、ランダム早期検出などのより高度なドロップ選択アルゴリズムがよく使用されます。

DF=デフォルト転送

DiffServ 以前は、IPv4 ネットワークはIPv4 ヘッダーのTOSバイトのIP 優先順位フィールドを使用して優先トラフィックをマークできました。TOS オクテットと IP 優先順位は広く使用されていませんでした。IETF は、DiffServ ネットワークの DS フィールドとして TOS オクテットを再利用することに同意し、後にそれを DS フィールドと ECN フィールドに分割しました。優先順位フィールドをまだ使用しているネットワーク デバイスとの下位互換性を維持するために、DiffServ はクラス セレクタPHB を定義します。

クラス セレクタ コード ポイントは、バイナリ形式 'xxx000' です。最初の 3 ビットは IP 優先順位ビットです。各 IP 優先順位値は、DiffServ クラスにマップできます。IP 優先順位 0 は CS0 にマップされ、IP 優先順位 1 は CS1 にマップされます。IP 優先順位マーキングを使用した DiffServ 非対応ルータからパケットを受信した場合、DiffServ ルータは、エンコードをクラス セレクタ コード ポイントとして認識できます。

クラス セレクタ コード ポイントの使用に関する具体的な推奨事項は、RFC 4594 に記載されています。

RFC  4594 では、コード ポイントの使用と構成に関する詳細かつ具体的な推奨事項が提供されています。RFC 8622 などの他の RFC では、これら の推奨事項が更新されています。

sr+bs = バースト サイズ制御付きシングル レート。

DiffServ では、すべてのポリシングと分類は DiffServ ドメイン間の境界で行われます。つまり、インターネットの中核では、ルータは支払いの収集や契約の強制といった複雑な作業に煩わされることはありません。つまり、IntServとは対照的に、DiffServ では、フローごとに事前の設定や予約、時間のかかるエンドツーエンドのネゴシエーションは必要ありません。

個々のルータが DS フィールドを処理する方法の詳細は設定に固有であるため、エンドツーエンドの動作を予測することは困難です。パケットが宛先に到達する前に 2 つ以上の DiffServ ドメインを通過する場合、状況はさらに複雑になります。商業的な観点からは、あるプロバイダのゴールド パケットが別のプロバイダのブロンズ パケットになる可能性があるため、エンド ユーザーに異なるクラスのエンドツーエンド接続を販売することは不可能です。DiffServ またはその他の IP ベースの QoS マーキングでは、サービスの品質や指定されたサービス レベル契約(SLA) が保証されるわけではありません。パケットをマーキングすることで、送信者はパケットを特定のサービスとして処理することを希望していることを示しますが、これが実行される保証はありません。パケットが適切に処理されるようにポリシーが適用されるかどうかは、パス内のすべてのサービス プロバイダとルータの責任です。

DiffServの枠組みにおける帯域幅ブローカーは、組織の優先順位とポリシーに関する知識を持ち、それらのポリシーに従って帯域幅を割り当てるエージェントです。^[10]別々のドメイン間でエンドツーエンドのリソース割り当てを実現するために、ドメインを管理する帯域幅ブローカーは隣接するピアと通信する必要があり、これにより、エンドツーエンドのサービスを純粋に二国間協定から構築できるようになります。

• RFC 2474 — IPv4およびIPv6ヘッダー の差別化サービスフィールド（DSフィールド）の定義。 ^[2]の8ビットのDSフィールド（下位2ビットは未使用）は、後に現在の6ビットのDSフィールドと別の2ビットのECNフィールドに分割されたことに注意してください。^[3]
• RFC  2475 — 差別化サービスのアーキテクチャ。
• RFC  2597 — 保証転送 PHB グループ。
• RFC  2983 — 差別化サービスとトンネル。
• RFC  3086 — ドメインごとの差別化サービス動作の定義とその仕様のルール。
• RFC  3140 — ホップごとの動作識別コード。( RFC  2836 は廃止されました。)
• RFC  3246 — 高速転送 PHB。( RFC  2598 は廃止されました。)
• RFC  3247 — EF PHB (Expedited Forwarding Per-Hop Behavior) の新しい定義に関する補足情報。
• RFC  3260 — Diffserv の新しい用語と説明。( RFC  2474、RFC  2475、およびRFC  2597 を更新します。)
• RFC  4594 — DiffServ サービス クラスの構成ガイドライン。
• RFC  5865 — 容量が許可されたトラフィックの差別化サービス コード ポイント (DSCP)。 ( RFC  4542 およびRFC  4594 を更新します。)
• RFC  8622 — 差別化サービスのための低労力ホップ単位動作 (LE PHB)。 ( RFC  4594 およびRFC  8325 を更新し、RFC  3662 を廃止します。)

• RFC  3289 — 差別化サービス アーキテクチャの管理情報ベース。
• RFC  3290 — 差別化サービス ルーターの非公式管理モデル。
• RFC  3317 — 差別化サービス QoS ポリシー情報ベース。

• サービスクラス
• テレトラフィックエンジニアリング

• John Evans、Clarence Filsfils (2007)。『マルチサービス ネットワーク向け IP および MPLS QoS の導入: 理論と実践』Morgan Kaufmann。ISBN 978-0-12-370549-5。
• Kalevi Kilkki (1999)。インターネット向け差別化サービス。Macmillan Technical Publishing。ISBN 1-57870-132-5。

• IETF DiffServワーキンググループページ
• Cisco ホワイトペーパー - DiffServ - スケーラブルなエンドツーエンドの QoS モデル
• ACM SIGCOMM'09 論文 - 運用ネットワークにおけるエンドツーエンドのサービス クラス ポリシーのモデル化と理解: DiffServ ポリシーを抽出するための実用的なモデルを提案
• Cisco: DSCP を使用したサービス品質ポリシーの実装