ヤマハのルーターで実現する高速・高信頼性ネットワーク環境

ヤマハの通信機器事業の歴史は、思いのほか長い。1989年、自社開発のISDN通信用LSI発売を皮切りに、ISDN向けのTAやブロードバンドルーター、TAとルーターの両機能を持つ機器の開発など、そのときどきの通信環境に応じたコンシューマー向け製品を発表してきた。特に、初期のTAやルーターは、その高機能性と高い信頼性でヘビーユーザーから強い支持を受けている。そして今、ヤマハはエンタープライズ向け製品へと注力をシフトした。VPNによる多拠点ネットワーク構築を実現するイーサアクセスルーターなどで、数多くの採用実績を誇る。

ヤマハのエンタープライズ向け製品は、大規模ネットワーク対応からSOHOや個人のヘビーユーザー向けまで、幅広いニーズに合わせた充実のラインアップが魅力だ。企業向けルーターの標準モデル「RTシリーズ」、高機能VoIPゲートウェイの「RTVシリーズ」、ブロードバンド＆VPN用ルーターの定番「RTXシリーズ」、さらに標準機能を1台にパッケージしたオールインワンタイプの「NetVolanteシリーズ」などがある。

それぞれ、VPNとIPv6機能を標準で装備し、QoSのサポート（機種による）、障害時におけるISDN回線への自動接続バックアップ機能など、安全性や信頼性を第一に考えた機能搭載がなされている。さらには、迅速なファームウェアによる対応といった先進性も見逃せないポイントだ。

そんなエンタープライズ向け製品の中核となる製品が、RTX1000である。特に、VPNをはった状態で高速回線に引けをとらないスピードを維持できるのが、この製品の大きな魅力の1つだ。

では、どのようにして実現しているのだろうか。それは、ヤマハ独自の高速化技術「ファストパス」があるからだ。

「ファストパス」は、高速なパケット転送を可能にする技術だ。ファストパスに対して、従来のパケット転送を「ノーマルパス」、あるいは「スローパス」と呼ぶ。

ファストパスは、独自の経路テーブルを持ち、それに従って処理を行う。ギガビット・イーサネットサービスにも対応する「RTX2000」では、パケット転送専用のCPUであるマイクロエンジンを6個搭載し、ファストパス処理を行っている。ただし、RTX1000では独自の経路テーブルを持たず、1つの CPUでファストパスとノーマルパスを処理している。それでもなお、ファストパスを可能にしているのは、パケットを種類別に分類し、フローとして扱う方式があるからだ。

ファストパスの分類は、始点・終点のIPアドレス、プロトコル、始点・終点のポート番号などを基に行われる。まず、各フローの先頭パケットがノーマルパスで処理されるとき、これ以降のパケットをどう処理するかをフローテーブルに記録する。パケットをフィルタで落とす、NAT/IPマスカレード変換したときの書き換え方、パケット送信時のポートおよびL2ヘッダなどだ。この情報を参照しながら、後続のパケットはファストパスとして処理されるようになる。つまり、すべてのパケットを同一処理するのではなく、最初のパケットの処理方法をルーターに教えることで、その後の通信を効率化しているのだ。

実際のスループットを見れば、ファストパスとノーマルパスの違いがよくわかる。グラフ1は、RTX1000のスループット実測値だ。さらに、グラフ2では VPNを利用したときのスループットを示している。ノーマルパスでも、パケットサイズが大きくなればスループットの速度も理論値に近づき、それだけ高速処理ができている。しかし、パケットサイズが小さくなればなるほど、スループットが落ちている。それだけルーターへの負荷が大きいということだ。

また、注目すべきキーワードに、「経路MTU探索」がある。MTU（Maximum Transmission Unit）とは、1回の転送で送信できる最大データ値のことだ。それを探索するとは、どういうことなのか。

MTUは、データ回線によって違ってくる。送信側のホストが受信側のホストよりも大きなMTUだった場合には、送信側が受信側のMTUに従ってデータを再分割し、送信することになる。従来は、そうしたパケット分割をルーター側で行っていた。だが、それではルーターへの負担が大きく、速度の低下を招く。

そこで注目されるのが、「経路MTU探索」という仕組みだ。送信元のホストでパケット分割をするときに、経路内のMTUの最小値に最初から分割してしまえば、ルーターの負荷は極端に減るという発想からくる。つまり、経路上の最小MTUを探索し、それに合わせたパケット分割を最初から行うということだ。ルーターによるパケット分割と再構築をなくすことで、負荷を軽減させる。その結果、安定したデータ転送につながるわけだ。

ヤマハのルーターの特筆すべき点は、この両機能を組み合わせたことだろう。ファストパス機能により、より細分化されたパケットでも速度低下を起こさなくなった。それならば、最初からルーターに負荷が少ないパケットサイズに分割すれば、より効率化を図ることができる。最初から細かく分割してもかまわないという発想が生まれたのだ。ファストパス機能と経路MTU探索の組み合わせにより、より高速で安定したパケット処理が現実のものとなった。

ここで気になるのが、信頼性だ。経路MTU探索を行った場合、「経路MTU探索ブラックホール」と呼ばれる現象を起こすことがある。これは、経路の途中にあるファイアウォールの影響などで、特定の相手とだけ通信ができなくなってしまう現象を指す。経路MTU探索に利用されるアルゴリズム「DFビット」がうまく動作しないために起こるのだが、RTX1000などではDFビット関連コマンドでDFビットを0に書き換え、回避することも可能だ。経路MTU探索は動作しなくなるものの、通信は確保される。高速化も重要だが、万が一のことを考えた通信環境の確保を意識した姿勢は、ヤマハのルーター全般に当てはまる。 VPNに障害が起きた場合に、自動的にISDN回線に切り替えてネットワーク環境を保持するというバックアップ機能も、そうした例の1つだ。

ヤマハルーターの人気の秘密は、高速処理のみならず、接続面での信頼性も意識した設計が評価された結果なのだろう。