令和３年度春期ネットワークスペシャリスト試験午後Ⅰ問3過去問題解説 ‐サクラ先輩とモモちゃんの「VoIP品質救出大作戦」

Описание: 令和3年度春期ネットワークスペシャリスト試験午後I問3を題材に、クラウド電話への移行と音声品質確保の要諦を解説します。老朽化したPBXの廃棄からVoIP導入、そして予期せぬ動画トラフィックによる通話障害への対策まで、実務に直結するネットワーク設計のノウハウを学びましょう。帯域計算の落とし穴や、L2/L3における優先制御（QoS）の具体的な仕組みについて、図解を用いて分かりやすく紐解いていきます。

この動画で学習すべき中心的なキーワードは、VoIPとそれを取り巻く品質制御技術（QoS）です。まずVoIPは音声をIPパケット化する技術ですが、本事例で採用されている標準的な符号化方式であるCS-ACELPのビットレートは8kビット/秒であり、これにイーサネットフレームヘッダ、IP、UDP、RTPといった各階層のヘッダ情報を付加した結果、1回線あたり34.4kビット/秒の帯域が必要になるという計算を正確に行うことがネットワーク設計の出発点となります。次に、ネットワーク内で音声パケットとeラーニングなどの大容量動画データが混在する環境では、輻輳によって音声パケットの遅延や廃棄（ドロップ）が発生し、通話が途切れるといった品質低下を招くため、適切な優先制御の実装が不可欠です。レイヤ2レベルでの優先制御にはCoS値を用いますが、この値はIEEE 802.1Qで規定されるVLANタグ内のTCIフィールドに書き込まれる仕組みであるため、制御対象のポートにはタグVLANの設定が必須となる点を正しく理解しなければなりません。さらに、通信がルータを経由して異なるネットワークへ渡る際にはレイヤ2ヘッダが付け替えられてしまうため、IPヘッダ内のToSフィールドを再定義した6ビットのDSCP値へと優先情報をマッピングし、レイヤ3レベルで情報を引き継ぐ高度な設計が求められます。また、スイッチ内部でのパケットの送り出し、いわゆるキューイング制御も極めて重要です。音声のように極めて高いリアルタイム性が要求される通信には、他のキューにパケットが残っていても最優先で出力を行うPQ（優先キューイング）を割り当てます。その一方で、動画パケットと一般のデータ通信（Dパケット）の間では、設定した重み比率に基づいて公平に帯域を分配するWRR（重み付きラウンドロビン）を併用することで、特定の通信が帯域を占有しすぎて他の通信が全く処理されなくなる「餓死」状態を防ぐ工夫が必要です。最後に、どれほど優先順位を高く設定したとしても、物理的な制約として避けられないのが直列化遅延です。これは、サイズの大きなデータフレームが既にポートから出力され始めている場合、後から到着した優先度の高い音声パケットであってもその出力が完了するまで待機せざるを得ない現象であり、パケットの仕組みそのものに起因する遅延として把握しておく必要があります。これらの要素を体系的に組み合わせることで、クラウド化が進む現代のネットワークにおいても安定した通信品質を維持することができるようになります。