パイプライン転送 - 百科事典

パイプラインフォワーディング（PF）
「パイプラインの基本的な概念が適用されるコンピュータネットワークのパケットフォワーディングは、計算におけるパイプラインが広く成功して使用されている——特に、主要な中央処理装置（CPU）のアーキテクチャ——そして製造業における——特に自動車から多くの他の業界の組み立てライン——において、非常に重要です。パイプラインは特定の実装に関係なく最適とされています。特に、PFは以下の点で最適です：

ネットワークリソースの利用効率が高く、ネットワーク上での交通量を増やすことができ、運営コストを削減し、現代のネットワークの指数的成長を支える基盤となります。
実装複雑さが低く、低コストでより大規模で強力なネットワークシステムを実現できるため、ネットワーク成長をさらにサポートします。
高いスケーラビリティがあり、前述の2つの特徴の直接の結果です。
決定的で予測可能な動作であり、フルロード条件下でも最小の遅延とパケットロスがなく、これは、電話、ビデオ会議、バーチャルプレゼンス、ビデオオンデマンド、分散型ゲームなどの新規で価値のあるサービスが現代のネットワーク上で導入される場合や導入される予定である場合の要求をサポートする鍵となります。
この技術のさまざまな側面は、アメリカ特許商標局および欧州特許庁が発行した複数の特許でカバーされています。


機構
他のパイプライン実装と同様に、パイプラインフォワーディングには一般的な時間参照（CTR）が必要です。グローバルネットワークの文脈では、CTRはGPS（全球測位システム）や将来のGalileoを通じて全世界で利用可能な協定世界時（UTC）を使用して効果的に実現できます。例えば、UTC秒は固定時間枠に分割され、それらは時間サイクルにグループ化され、各UTC秒に事前定義された整数の時間サイクルが存在します。または、それに加えて、CTRはIEEE 1588などの同期プロトコルを使用してネットワークを通じて取得できます。

パケットは、以下の図に示されるように、ノードからノードに予定されたスケジュールに従ってフォワードされます。つまり、各ノードは予定された時間枠中に特定のフローのパケットをフォワードします。時間サイクルは、さまざまな予定されたスケジュールの周期的な再発現を定義します。各ノード内の周期的なスケジューリングは、ネットワーク全体における周期的なパケットフォワードを引き起こし、これがパイプラインフォワーディングと呼ばれます。パケットが目的地に向かって移動する順序とステップで進むことから、これは「パイプラインフォワーディング」と呼ばれます。

リソース予約手続きを通じて、フレーム（またはフレーム群）中の各リンクでフォワードに必要な時間枠（または時間枠群）でフローに伝送容量が予約されます。これにより、同期仮想パイプ（SVP）が設定されます。各時間枠中の容量は、1つまたは複数のフローに部分または完全に予約できます。結果として、時間サイクルは、各リンクにそれぞれのフローのパケットをフォワードするのに十分な伝送リソースを確保するための予約の周期的な繰り返しの基盤を提供し、リソース競合による遅延や混雑による損失を防止します。


= フォワーディングオプション =
上記の図に示されるように、ノードAからノードDへのパケットの移動を3つのパイプラインフォワーディングスイッチを通じて例示する場合、フォワーディング遅延は、異なるリンク（例：Tab、Tbc、Tcd）での異なる伝搬遅延や、異なるノード（例：TbbとTcc）での異なるパケット処理とスイッチング時間によるため、異なるノードで異なる値を持つことがあります。さらに、基本的なパイプラインフォワーディング操作の2つのバリエーションが可能です。ノードnが即時フォワーディングを導入した場合、フォワーディング遅延はノードnが入力リンクiで受け取るすべてのパケットで同じ値を持つため、パケットの伝搬、処理、スイッチング時間を適切に対応するために必要な最小値です。非即時フォワーディングを実装する場合、ノードnは異なるパケットに対して異なるフォワーディング遅延を使用することができます。

パイプラインフォワーディングの2つの実装が提案されています：時間駆動スイッチング（TDS）——光ネットワークにおける分數ラムダスイッチング（FλS）としても知られています——および時間駆動優先（TDP）であり、これらは将来のインターネットでパイプラインフォワーディング並列ネットワークを作成するために使用できます。


参考文献