イーサネットフロー制御

イーサネットフロー制御は、イーサネットファミリのコンピュータネットワーク上でデータの送信を一時的に停止するメカニズムです。このメカニズムの目的は、ネットワークの輻輳時にパケット損失を回避することです。

最初のフロー制御メカニズムである一時停止フレームは、 IEEE 802.3x標準で定義されました。IEEE 802.1Qbb標準で定義されている後続の優先度ベースのフロー制御は、 IEEE P802.1pで定義されているサービスクラス(CoS)ごとに独立して制御できるリンクレベルのフロー制御メカニズムを提供し、データセンターブリッジング(DCB) ネットワークに適用でき、デフォルトのデータトラフィックやバルクファイル転送よりも、VoIP (Voice over IP)、ビデオオーバー IP、およびデータベース同期トラフィックを優先できます。

説明

送信ステーション (コンピュータまたはネットワークスイッチ) が、リンクのもう一方の端が受け入れ可能な速度よりも速くデータを送信している場合があります。フロー制御を使用すると、受信ステーションは、受信側が追いつくまで送信を一時停止するように送信側に信号を送ることができます。イーサネットのフロー制御は、データリンク層で実装できます。

最初のフロー制御メカニズムであるポーズフレームは、全二重イーサネットリンクセグメントを定義した電気電子技術者協会（IEEE）タスクフォースによって定義されました。IEEE標準802.3xは1997年に発行されました。^[1]

一時停止フレーム

過負荷状態のネットワークノードは一時停止フレームを送信できます。これにより、送信者の送信が指定された期間停止します。一時停止コマンドの伝送には、制御オペコードが 0x0001 ( 16 進数)に設定されたメディアアクセス制御(MAC)フレーム( EtherType 0x8808) が使用されます。 ^[1]全二重動作に設定されているステーションのみが一時停止フレームを送信できます。ステーションがリンクのもう一方の端を一時停止する場合、このリンクの一意の 48ビット宛先アドレスか、48 ビットの予約済みマルチキャストアドレス01-80-C2-00-00-01に一時停止フレームを送信します。^[2]^{: 付録 31B.3.3}既知のアドレスを使用すると、ステーションがリンクのもう一方の端にあるステーションのアドレスを検出して保存する必要がなくなります。

このマルチキャストアドレスを使用するもう 1 つの利点は、ネットワークスイッチ間のフロー制御の使用から生じます。使用される特定のマルチキャストアドレスは、ブリッジングに使用されるスイッチの動作を規定するIEEE 802.1D標準によって予約されているアドレス範囲から選択されます。通常、スイッチに送信されたマルチキャスト宛先のフレームは、スイッチの他のすべてのポートに転送されます。ただし、このマルチキャストアドレスの範囲は特殊であり、802.1D 準拠のスイッチによって転送されません。代わりに、この範囲に送信されたフレームは、スイッチ内でのみ処理されるフレームであると認識されます。

一時停止フレームには、要求されている一時停止時間の期間が、2バイト(16 ビット) の符号なし整数(0 ～ 65535) の形式で含まれています。この数値は、要求された一時停止の継続時間です。一時停止時間は一時停止量子単位で測定され、各量子は 512ビット時間に相当します。

1999年までに、いくつかのベンダーがポーズフレームの受信をサポートしましたが、送信を実装したベンダーは少数でした。^[3]^[4]

問題

ポーズフレームの元々の目的は、フルスピードの受信を処理するのに十分なバッファリングを持たないネットワークインターフェイスコントローラ(NIC) を処理することでした。この問題は、バス速度とメモリサイズの進歩により、それほど一般的ではなくなりました。より起こりやすいシナリオは、スイッチ内のネットワーク輻輳です。たとえば、フローがスイッチに入ってくる速度が、スイッチから出ていく速度よりも速いリンクである場合や、複数のフローが 2 つ以上のリンクから入ってきて、その合計が出力リンクの帯域幅を超える場合があります。これらの場合、最終的にはスイッチ内のバッファリングが枯渇します。ただし、送信リンクをブロックすると、輻輳を引き起こしていないフローも含め、そのリンク上のすべてのフローが遅延します。この状況はヘッドオブライン (HOL) ブロッキングのケースであり、一般に大量のフローが集約されるため、コアネットワークスイッチでより頻繁に発生する可能性があります。多くのスイッチは、仮想出力キューと呼ばれる手法を使用して内部的に HOL ブロッキングを排除するため、ポーズフレームを送信することはありません。^[4]

その後の取り組み

混雑管理

2004 年 3 月に別の取り組みが始まり、2004 年 5 月に IEEE P802.3ar 輻輳管理タスクフォースになりました。2006 年 5 月、タスクフォースの目標は、送信データレートを約 1% の粒度に制限するメカニズムを指定するように改訂されました。要求は取り下げられ、タスクフォースは 2008 年に解散しました。^[5]

優先フロー制御

イーサネットフロー制御は、既存のバッファをクリアするためにすべての優先度のデータが停止されるため、イーサネットのサービスクラス（IEEE 802.1pで定義）に支障をきたします。このため、低優先度データも含まれている可能性があります。この問題の解決策として、シスコシステムズは標準プロトコルに独自の優先度フロー制御拡張を定義しました。このメカニズムは、通常の一時停止フレームで 42 バイトのパディングのうち 14 バイトを使用します。優先度一時停止フレームの MAC 制御オペコードは 0x0101 です。元の一時停止とは異なり、優先度一時停止は 8 つの優先度クラスごとに個別に一時停止時間を量子で示します。^[6]この拡張はその後、2008 年 3 月 27 日に承認された優先度ベースフロー制御 (PFC) プロジェクトによって IEEE 802.1Qbb として標準化されました。^[7]ドラフト 2.3 は 2010 年 6 月 7 日に提案されました。シスコの Claudio DeSanti が編集者でした。^{[8]この取り組みは}、ファイバーチャネルオーバーイーサネットを開発したデータセンターブリッジングタスクグループの一部でした。^[9]

参照

参考文献

^ ab IEEE ローカルおよびメトロポリタンエリアネットワーク標準: キャリアセンス多重アクセス/衝突検出 (CSMA/CD) アクセスメソッドおよび物理層仕様の補足 - 802.3 全二重動作の仕様および 2 対のカテゴリ 3 以上の平衡ツイストペアケーブル (100BASE-T2) での 100 Mb/S 動作の物理層仕様。米国電気電子学会。1997 年。doi :10.1109/ IEEESTD.1997.95611。ISBN 978-1-55937-905-22012年7月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ IEEE イーサネット標準(PDF) . IEEE 標準協会. 2018-08-31. doi :10.1109/IEEESTD.2018.8457469. ISBN 978-1-5044-5090-4. 2022年11月29日閲覧。 {{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ) ^{[リンク切れ‍ ]}
^ アン・サリバン、グレッグ・キルマーティン、スコット・ハミルトン (1999 年 9 月 13 日)。「スイッチベンダーが相互運用性テストに合格」。Network World。pp . 81–82。2011年5 月 10 日閲覧。
^ ab 「フロー制御に関するベンダー」。Network World Fusion。1999年9月13日。2012年2月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。1999 年のテストにおけるフロー制御に関するベンダーのコメント。
^ 「IEEE P802.3ar 輻輳管理タスクフォース」 2008年12月18日. 2011年5月10日閲覧。
^ 「優先フロー制御: 信頼性の高いレイヤー 2 インフラストラクチャの構築」(PDF)。ホワイトペーパー。Cisco Systems。2009 年 6 月。2011 年5 月 10 日に閲覧。
^ IEEE 802.1Qbb
^ 「IEEE 802.1Q 優先度ベースフロー制御」。米国電気電子学会。2010 年 6 月 7 日。2011年5 月 10 日閲覧。
^ 「データセンターブリッジングタスクグループ」。米国電気電子学会。2010 年 6 月 7 日。2011年5 月 10 日閲覧。

外部リンク

「イーサネットメディアアクセス制御 - PAUSE フレーム」。TechFest Ethernet 技術概要。1999 年。2012 年 2 月 4 日にオリジナルからアーカイブ。2011年5 月 10 日に取得。
Tim Higgins (2007 年 11 月 7 日)。「フロー制御が適切でない場合」。Small Net Builder。2020年1 月 6 日閲覧。
フロー制御 PAUSE フレームを生成する Linux ツール 2012-05-24 にWayback Machineでアーカイブされました
PFC フレームを生成する Python ツール
「イーサネットフロー制御」。高性能メッセージングのトピック。2007 年 12 月 8 日にオリジナルからアーカイブされました。

[ieeexplore.ieee.org-1] IEEE ローカルおよびメトロポリタンエリアネットワーク標準: キャリアセンス多重アクセス/衝突検出 (CSMA/CD) アクセスメソッドおよび物理層仕様の補足 - 802.3 全二重動作の仕様および 2 対のカテゴリ 3 以上の平衡ツイストペアケーブル (100BASE-T2) での 100 Mb/S 動作の物理層仕様。米国電気電子学会。1997 年。doi :10.1109/ IEEESTD.1997.95611。ISBN 978-1-55937-905-22012年7月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[802.3-2018-2] IEEE イーサネット標準(PDF) . IEEE 標準協会. 2018-08-31. doi :10.1109/IEEESTD.2018.8457469. ISBN 978-1-5044-5090-4. 2022年11月29日閲覧。 {{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ) ^{[リンク切れ‍ ]}

[3] アン・サリバン、グレッグ・キルマーティン、スコット・ハミルトン (1999 年 9 月 13 日)。「スイッチベンダーが相互運用性テストに合格」。Network World。pp . 81–82。2011年5 月 10 日閲覧。

[vendor99-4] 「フロー制御に関するベンダー」。Network World Fusion。1999年9月13日。2012年2月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。1999 年のテストにおけるフロー制御に関するベンダーのコメント。

[5] 「IEEE P802.3ar 輻輳管理タスクフォース」 2008年12月18日. 2011年5月10日閲覧。

[6] 「優先フロー制御: 信頼性の高いレイヤー 2 インフラストラクチャの構築」(PDF)。ホワイトペーパー。Cisco Systems。2009 年 6 月。2011 年5 月 10 日に閲覧。

[7] IEEE 802.1Qbb

[8] 「IEEE 802.1Q 優先度ベースフロー制御」。米国電気電子学会。2010 年 6 月 7 日。2011年5 月 10 日閲覧。

[9] 「データセンターブリッジングタスクグループ」。米国電気電子学会。2010 年 6 月 7 日。2011年5 月 10 日閲覧。