CoS仮想出力キュー(VOQ)について

ラウンドトリップタイムバッファリング

輻輳期間中の出力キューバッファリングはありませんが(長期保存はありません)、トラフィックがイングレスからエグレスへスイッチファブリックを通過する往復時間に対応するために、エグレスラインカードには小さな物理出力キューバッファがあります。往復時間は、イングレスポートがエグレスポートリソースを要求し、リソースのエグレスポートから許可を受信し、スイッチファブリックを介してデータを送信するのにかかる時間で構成されます。

つまり、スイッチのイングレスでパケットがドロップされず、スイッチがファブリックを介してパケットをエグレスポートに転送する場合、パケットはドロップされず、ネクストホップに転送されます。すべてのパケットドロップは、ingressパイプラインで行われます。

スイッチには、遅延帯域幅バッファ(DBB)として使用する4GBの外付けDRAMがあります。DBBは、ポートがトラフィックをegressポートに転送できるようになるまで、ingressポート用のストレージを提供します。

エグレスポート帯域幅の要求と許可

パケットがイングレスポートに到着すると、イングレスパイプラインは、宛先出力キューの一意のバッファIDを持つパケットをイングレスキューに保存します。スイッチは、パケット ルックアップを実行した後にバッファリングの決定を行います。パケットが最大トラフィックしきい値を超えたクラスに属している場合、パケットはバッファリングされず、ドロップされる可能性があります。スイッチファブリックを介してegressポートにパケットを転送するには:

1. イングレス ライン カード PFE リクエスト スケジューラは、エグレス ライン カード PFE 許可スケジューラにリクエストを送信し、データが送信可能であることをエグレス PFE に通知します。

2. 使用可能なエグレス帯域幅がある場合、エグレス ライン カード許可スケジューラは、イングレス ライン カード PFE に帯域幅許可を送信して応答します。

3. イングレス ライン カード PFE は、エグレス ライン カード PFE から許可を受信し、そのデータをエグレス ライン カードに送信します。

イングレスパケットは、出力キューがより多くのトラフィックを受け入れて転送する準備ができるまで、イングレスポートの入力キューのVOQに残ります。

ほとんどの場合、スイッチ ファブリックはエグレス CoS(サービス クラス)ポリシーに対して透過的であるのに十分な速度であるため、イングレス パイプラインからスイッチ ファブリックを介してエグレス ポートにトラフィックを転送するプロセスは、トラフィックに設定された CoS ポリシーに影響を与えません。ファブリックは、ファブリック障害がある場合、またはポートの公平性の問題がある場合にのみ、CoSポリシーに影響を与えます。

パケットが同じPFEチップ(ローカルスイッチング)を受信および送信する場合、パケットはスイッチファブリックを通過しません。ただし、スイッチは、ファブリックを通過するパケットと同じリクエストと許可メカニズムを使用してエグレス帯域幅を受信するため、ローカルでスイッチングされたパケットや、スイッチファブリックを通過した後にPFEチップに到着したパケットは、トラフィックが同じ出力キューをめぐって競合している場合には公平に扱われます。

ヘッドオブラインブロッキングを排除

VOQアーキテクチャにより、ヘッドオブラインブロッキング(HOLB)の問題を解消します。非VOQスイッチでは、エグレスポートでの輻輳が輻輳していない別のエグレスポートに影響を与える場合にHOLBが発生します。HOLBは、輻輳しているポートと輻輳していないポートがイングレスインターフェイス上で同じ入力キューを共有している場合に発生します。

HOLBシナリオの例として、1つのイングレスポート(IP-1)に入るトラフィックのストリームがあり、そのトラフィックのストリームは2つの異なるエグレスポート(EP-2およびEP-3)に向けられている。

1. 輻輳はエグレスポートEP-2で発生します。 図1に示すように、エグレスポートEP-3に輻輳はありません。

   図1:EP-2で発生する輻輳

2. 図2に示すように、エグレスポートEP-2はイングレスポートIP-1にバックプレッシャ信号を送信します。

   図2:EP-2背圧IP-1

3. 背圧信号により、イングレスポートIP-1は、送信を再開する信号を受信するまでトラフィックの送信を停止し、トラフィックをバッファリングします( 図3を参照)。輻輳していない出口ポートEP-3宛てのイングレスポートIP-1に到着するトラフィックは、ポートEP-3に転送されるのではなく、輻輳ポートEP-2宛てのトラフィックと一緒にバッファリングされます。

   図3:EP-2からのバックプレッションにより、IP-1はトラフィックを送信する代わりにトラフィックをバッファリングし、EP-3の に影響を与える

4. 図4に示すように、イングレスポートIP-1は、エグレスポートEP-2が十分にクリアしてイングレスポートIP-1がトラフィックの送信を再開できる場合にのみ、混雑していないエグレスポートEP-3にトラフィックを送信します。

   図4:EP-2の輻輳が解消され、IP-1は両方のエグレスポートへのトラフィック送信を再開できます

このように、混雑したエグレスポートEP-2は、両方のエグレスポートがイングレスポートIP-1で同じ入力キューを共有するため、混雑していないエグレスポートEP-3に悪影響を及ぼします。

VOQアーキテクチャでは、 図5に示すように、各インターフェイスの出力キューごとに異なる専用仮想キューを作成することでHOLBを回避します。

異なるエグレス キューは同じ入力キューを共有しないため、 図 6 に示すように、あるポートで混雑したエグレス キューが別のポートのエグレス キューに影響を与えることはありません。(同じ理由で、あるポートで混雑したエグレス キューが、同じポートの別のエグレス キューに影響を与えることはできません。各出力キューには、イングレス インターフェイス入力キューで構成される専用の仮想出力キューがあります)。

イングレスインターフェイスでキューバッファリングを実行することで、スイッチは、エグレスキューがトラフィックを受信する準備ができている場合のみ、ファブリックを介してエグレスキューにトラフィックを送信するようになります。egressキューがトラフィックを受信する準備ができていない場合、トラフィックはingressインターフェイスでバッファリングされたままになります。

ファブリックの効率と使用率の向上

従来の出力キューアーキテクチャには、VOQアーキテクチャが対処する固有の非効率性がいくつかあります。

• パケットバッファリング—従来のキューイングアーキテクチャは、各パケットを長期DRAMストレージに2回バッファリングします。1回はingressインターフェイスで、1回はegressインターフェイスでバッファリングします。VOQアーキテクチャは、各パケットをingressインターフェイスの長期DRAMストレージに一度だけバッファリングします。スイッチ ファブリックは、エグレス CoS ポリシーに対して透過的であるほど高速であるため、エグレス インターフェイスで 2 回パケットをバッファリングする代わりに、設定されたエグレス CoS ポリシー(スケジューリング)に影響を与えることなく、ディープ エグレス バッファを必要としない速度でトラフィックを転送できます。

• リソースの消費—従来のキューイングアーキテクチャは、イングレスインターフェイス入力キュー(バッファ)からスイッチファブリックを介して、エグレスインターフェイス出力キュー(バッファ)にパケットを送信します。egressインターフェイスでは、スイッチがファブリックを介してパケットを転送し、egressキューに保存するためにリソースを費やしたとしても、パケットがドロップされることがあります。VOQアーキテクチャは、egressインターフェイスがトラフィックを送信する準備が整うまで、ファブリックを介してegressインターフェイスにパケットを送信しません。これにより、後でドロップするパケットの転送や保存にリソースを浪費することがないため、システム使用率が向上します。

VOQアーキテクチャとは無関係に、ジュニパーネットワークスのスイッチングアーキテクチャはパケットをセルに変換するため、ファブリックの使用率も向上します。セルのサイズが予測可能なため、スイッチでファブリックリンク全体にセルを均等にスプレーし、ファブリックリンクをよりフルに活用できます。パケットのサイズは大きく異なり、パケットサイズは予測不可能です。パケットベースのファブリックは、パケットサイズにばらつきがあり予測不可能であるため、使用率が65〜70%以下です。ジュニパーネットワークスのセルベースファブリックは、セルサイズの予測性と制御性により、ファブリック利用率を約95%実現できます。