パイプライン転送

パイプライン転送（PF）^[1]は、パイプラインの基本概念をコンピュータネットワークのパケット転送 に適用します。パイプラインは、コンピューティング（具体的には、すべての主要な中央処理装置（CPU）のアーキテクチャ）や製造（具体的には、自動車から他の多くの産業に至るまでさまざまな産業の組み立てライン）で広く使用され、成功しています。パイプラインは、特定のインスタンス化に関係なく最適であることが知られています。特に、PFはさまざまな観点から最適です。

1. ネットワーク リソースの利用効率が高いため、ネットワーク上で大量のトラフィックを収容でき、運用コストが削減され、現代のネットワークの急激な成長に対応するための基盤となります。
2. 実装の複雑さが低いため、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、ネットワークの成長をさらにサポートします。
3. 高いスケーラビリティ。これは、上記 2 つの機能から直接得られる結果です。
4. 遅延が最小限で、フルロード状態でもパケット損失のない確定的かつ予測可能な操作。これは、電話、ビデオ会議、仮想プレゼンス、ビデオオンデマンド、分散ゲームなど、最新のネットワークで導入されている、または導入が予定されている新しい価値あるサービスの厳しい要件をサポートする上で重要です。

この技術のさまざまな側面は​​、米国特許商標庁と欧州特許庁の両方が発行したいくつかの特許によって保護されています。^[要出典]

他のパイプライン実装と同様に、パイプライン転送を実行するには共通時間参照(CTR) が必要です。グローバル ネットワークのコンテキストでは、CTR は、近い将来GPS (全地球測位システム) またはGalileo を介して世界的に利用可能になるUTC (協定世界時) を使用することで効果的に実現できます。たとえば、UTC 秒は固定期間の時間フレームに分割され、時間サイクルにグループ化されるため、各 UTC 秒には定義済みの整数個の時間サイクルがあります。代わりに、または補足的に、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経由で取得できます。

パケットは、以下の図に示すように、定義済みのスケジュールに従ってノードからノードに転送されます。つまり、各ノードは、定義済みの時間枠内に特定のフローのパケットを転送します。時間サイクルは、さまざまな定義済みスケジュールの定期的な繰り返しを定義します。各ノード内の定期的なスケジュールにより、ネットワーク全体で定期的なパケット転送が行われます。これは、パケットが宛先に向かって順序付けられた段階的な方法で移動することから、パイプライン転送と呼ばれます。

リソース予約手順により、転送用に事前定義された時間枠 (または複数の時間枠) 中に通過する各リンク上のフローの伝送容量が予約され、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 つ以上のフローに対して部分的または全体的に予約できます。その結果、時間サイクルは、各リンクで各フローのパケットを転送するために十分な伝送リソースが利用可能であることを保証する予約の定期的な繰り返しの基盤となり、リソースの競合や、輻輳による損失による遅延を防止します。

上の図は、3 つのパイプライン転送スイッチに沿ってノード A からノード D にパケットが移動する様子を示していますが、リンク (Tab、Tbc、Tcd など) ごとに伝播遅延が異なること、および異種ノード (Tbb と Tcc など) ごとにパケット処理時間とスイッチング時間が異なることが原因で、転送遅延の値がノードごとに異なる場合があります。 さらに、基本的なパイプライン転送操作には 2 つのバリエーションがあります。 ノード n が即時転送を展開する場合、入力リンク i でノード n が受信するすべてのパケットの転送遅延は同じ値になり、パケットの伝播、処理、スイッチング時間に対応するために必要な最小限の値になります。非即時転送を実装する場合、ノード n はパケットごとに異なる転送遅延を使用できます。

パイプライン転送の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）（光ネットワークのコンテキストではフラクショナルラムダスイッチング（FλS ）とも呼ばれます） ^[2]と時間駆動優先度（TDP）^[3]であり、将来のインターネットでパイプライン転送並列ネットワークを作成するために使用できます。^[4]