Policing / Shaping

　◆　ポリシングとシェーピングの概要

　Cisco IOSでは、流れるトラフィックの通信速度の制限手法として「ポリシング」と「シェーピング」の
　大きく2つのメカニズムを提供しています。そして、ポリシングやシェーピングには次の種類があります。
　現在では、一般的にポリシングといえば「Class-Based Policing」の実装のことを指して、policeコマンド
　を使用し、シェーピングといえば「Class-Based Shaping」の実装を指してshapeコマンドを使用します。

レート制限の手法説明

ポリシング
　Class-Based Policing（policeコマンド）、CAR

シェーピング
　Class-Based Shaping（shapeコマンド）、GTS、DTS、FRTS

　◆　ポリシングとシェーピングの違い

　例えば、100MbpsのWAN帯域のなかで特定トラフィックの通信レートを15Mbpsまでに制限したい場合、
　ポリシングまたはシェーピングをデバイスに実装することで実現できるのですが、この15Mbpsを超えた
　トラフィックに対する処理方法は、以下の内容どおりポリシングとシェーピングとでは大きく異なります。

レート制限の手法制限レートを超えた場合の超過トラフィックに対するアクション

ポリシング
　制限レートを超えたパケットはドロップさせる。またはパケットの優先度の変更を行う。

シェーピング
　制限レートを超えたパケットはI/Fのキューにバッファさせる。遅延が生じる可能性がある。

　従って、現在のトラフィックレートが制限レートに達した場合は、ポリシングでは超過トラフィックだけを
　バッサリ切り落とすのでノコギリ歯状となります。一方、シェーピングでは超過トラフィックのパケットは
　I/Fのキューに格納されて一定の時間おいて送信されることから、トラフィックレートは平滑化されます。

　　

　上図を見た場合、一見、パケットをドロップさせないシェーピングの方が優れているように思いますが
　シェーピングではキューにバッファさせるための十分なメモリが必要になることや、遅延が許されない
　音声トラフィックに対する適用は適していません。以下は「シェーピングとポリシング」の比較表です。

比較項目ポリシングシェーピング

基本機能　CIRを超える超過パケットはドロップさせる　CIRを超える超過パケットはバッファリング

設定コマンド
　・　Class-Based Policing（ policeコマンド）
　・　CAR（ rate-limitコマンド）

　・　Class-Based Shaping（ shapeコマンド）
　・　FRTS（ frame-relay traffic-shapetコマンド）
　・　GTS（ traffic-shapeコマンド）

着信I/Fへの適用 ○ ×

発信I/Fへの適用 ○ ○

バースト　バーストを伝搬する。平滑化は行わない。　平滑化する。バーストは制御する。

利点　キューイングによる遅延が起らない。　超過パケットが廃棄される可能性は少ない

欠点
　超過パケットが廃棄される結果、ウィンドウサイズ
　が絞られ該当トラフィックの出力レートが下がる
　超過パケットキューイングによる遅延が発生する。

　◆　トークンバケットとは

　トークンバケットとは、ネットワークへのデータ流入量を制御するアルゴリズムであり、分かりやすく言えば
　トークンバケットはトラフィックの転送レートを定義するものです。このトークンバケットは、ポリシングや
　シェーピングなどで使用されるアルゴリズムです。トークンバケットの「トークン」とはパケットを転送する
　ためのデータ量に相当して、「バケット」はトークンを貯めておくための「バケツ」でありバッファに相当。
　トラフィックポリシングとトラフィックシェーピングは、このトークンバケットのアルゴリズムを使用します。

　　　　

　トークンバケットではトークンを定期的にバケットに補充したり、指定したバケットのサイズを超えた場合、
　定期的に補充される新たなトークンを廃棄したりする動作を行う位置づけにあります。トークンバケットは、
　以下の3つの構成要素になり成立しています。

構成要素説明

Mean rate
　CIR（ Committed information rate ）。単位は「bps」。定期的にBucketに補充されるトークンの流量。

Burst size
　Bc（ Committed burst ）。単位は計算式上では「bit」。TCの間隔で受け取るトークンのサイズ。

Time interval 　Tc（ Committed time interval ）。単位は「seconds」。トークンを受け取れる間隔。

　Mean rateは、Burst size/Time intervalで求められます。従って公式は、CIR（bps）= Be（bit）/ Tc（sec）