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方式を採用しているため、技術的にはすべての入出力ポート間の帯域幅が競合しないことを保証でき、伝送ボトルネックを発生させることなくポート間で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。本稿では、関連する5つの主要技術について解説します。

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コア統合技術です。複数の機能を1つのチップに統合できるため、設計の簡素化、高い信頼性、低消費電力、高性能、低コストといった利点があります。LANスイッチで広く採用されているプログラマブルASICチップは、メーカーやユーザー自身が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。これらは、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

分散パイプライン処理により、複数の分散転送エンジンがそれぞれのパケットを迅速かつ独立して転送できます。単一のパイプライン内で、複数のASICチップが複数のフレームを同時に処理することが可能です。この並列処理とパイプライン処理によって転送性能が飛躍的に向上し、すべてのポートでユニキャスト、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、分散パイプライン処理は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. 動的に拡張可能なメモリ

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不可欠です。動的に拡張可能なメモリ技術により、スイッチはトラフィックの要求に応じてメモリ容量をオンザフライで拡張できます。レイヤ3スイッチでは、メモリの一部が転送エンジンに直接関連付けられており、インターフェースモジュールの追加が可能になります。転送エンジンの数が増えるにつれて、関連する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利用率を高め、大量のデータバースト時のパケット損失を防ぐことができます。

4. 高度なキューイングメカニズム

ネットワーク機器の性能がどれほど高くても、接続されたネットワークセグメントの輻輳は避けられません。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、優先順位に関係なく厳密にFIFO（先入れ先出し）方式で処理されます。キューが満杯になると余分な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。このような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とって問題となります。
そのため、多くのベンダーは、遅延とジッタ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。これには、ポートごとに複数のレベルのキューが含まれる場合があり、トラフィックレベルの差別化をより適切に行うことができます。マルチメディアおよびリアルタイムデータパケットは高優先度キューに配置され、重み付き公平キューイングにより、これらのキューは低優先度トラフィックを完全に無視することなく、より頻繁に処理されます。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づかず、時間制約のある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受け取ることができます。

5. 自動交通分類

ネットワーク伝送において、データフローの中には他のフローよりも重要なものがあります。レイヤ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採用を開始しています。実際の運用では、自動分類によって、スイッチはパケット処理パイプラインにユーザー指定のフローを区別するように指示することができ、低遅延かつ高優先度の転送を実現できることが示されています。これは、特別なトラフィックストリームに対する効果的な制御と管理を提供するだけでなく、ネットワークの輻輳防止にも役立ちます。