LANスイッチの5つの主要技術

LANスイッチは仮想回線交換（VCS）技術を採用しているため、すべての入出力ポート間の帯域幅が競合しないことを技術的に保証し、伝送ボトルネックを発生させることなくポート間の高速データ伝送を可能にします。これにより、ネットワーク情報ポイントのデータスループットが大幅に向上し、ネットワークシステム全体が最適化されます。この記事では、この技術に関連する5つの主要な技術について説明します。

1. プログラマブルASIC（特定用途向け集積回路）

これは、レイヤ2スイッチングを最適化するために特別に設計された専用集積回路チップです。今日のネットワークソリューションで使用されている中核的な統合技術です。複数の機能を1つのチップに統合できるため、シンプルな設計、高い信頼性、低消費電力、高性能、低コストといった利点が得られます。LANスイッチに広く採用されているプログラマブルASICチップは、メーカーだけでなくユーザー自身もアプリケーションのニーズに合わせてカスタマイズできます。LANスイッチアプリケーションにおける重要な技術の一つとなっています。

2. 分散パイプライン

分散パイプラインにより、複数の分散フォワーディングエンジンがそれぞれのパケットを高速かつ独立して転送できます。単一のパイプラインでは、複数のASICチップが複数のフレームを同時に処理できます。この同時実行性とパイプライン化により、転送性能は新たなレベルに引き上げられ、全ポートにおいてユニキャスト、ブロードキャスト、マルチキャストトラフィックのラインレート性能を実現します。したがって、分散パイプラインはLANスイッチング速度の向上において重要な要素となります。

3. 動的にスケーラブルなメモリ

高度なLANスイッチング製品では、高性能かつ高品質な機能を実現するために、インテリジェントなメモリシステムが搭載されていることがよくあります。動的に拡張可能なメモリ技術により、トラフィック要件に応じてスイッチのメモリ容量をリアルタイムで拡張できます。レイヤ3スイッチでは、メモリの一部がフォワーディングエンジンに直接関連付けられているため、インターフェースモジュールを追加できます。フォワーディングエンジンの数が増えると、関連付けられたメモリもそれに応じて拡張されます。パイプラインベースのASIC処理により、バッファを動的に構築することでメモリ使用率を向上させ、大量のデータバースト発生時のパケットロスを防止できます。

4. 高度なキューメカニズム

ネットワークデバイスがどれほど高性能であっても、接続されたネットワークセグメントにおける輻輳は依然として問題となります。従来、ポート上のトラフィックは単一の出力キューに格納され、優先度に関係なく厳密にFIFO順に処理されます。キューがいっぱいになると、超過したパケットは破棄され、キューが長くなると遅延が増加します。この従来のキューイングメカニズムは、リアルタイムアプリケーションやマルチメディアアプリケーションに支障をきたします。
そのため、多くのベンダーが、遅延とジッターを制御しながら、イーサネットセグメント上で差別化されたサービスをサポートする高度なキューイング技術を開発してきました。これらの技術には、ポートごとに複数レベルのキューが含まれるため、トラフィックレベルの差別化をより適切に実現できます。マルチメディアおよびリアルタイムデータパケットは優先度の高いキューに配置され、重み付け公平キューイングによってこれらのキューはより頻繁に処理されますが、優先度の低いトラフィックを完全に無視することはありません。従来のアプリケーションユーザーは応答時間やスループットの変化に気付かない一方で、タイムクリティカルなアプリケーションを実行しているユーザーはタイムリーな応答を得ることができます。

5. 自動交通分類

ネットワーク伝送において、一部のデータフローは他のデータフローよりも重要度が高くなります。レイヤー3 LANスイッチは、トラフィックの種類や優先度を区別するために、自動トラフィック分類技術の導入を開始しています。自動分類により、スイッチはパケット処理パイプラインにユーザーが指定したフローを区別するよう指示し、低遅延かつ優先度の高い転送を実現できることが実証されています。これは、特定のトラフィックストリームを効果的に制御・管理できるだけでなく、ネットワークの輻輳防止にも役立ちます。