Экспедирование трубопроводов - Pipeline forwarding

Экспедирование трубопроводов (ПФ) [1] относится к пересылка пакетов в компьютерная сеть основная концепция конвейерная обработка, который широко и успешно используется в вычислительной технике, в частности, в архитектуре всех основных центральные процессоры (ЦП) - и производство - особенно на сборочных линиях в различных отраслях промышленности, от автомобильной до многих других. Известно, что конвейерная обработка оптимальна независимо от конкретного экземпляра. В частности, ПФ оптимален с разных точек зрения:

  1. Высокая эффективность использования сетевых ресурсов, что позволяет разместить в сети больший объем трафика, тем самым снижая эксплуатационные расходы и являясь основой для экспоненциального роста современных сетей.
  2. Низкая сложность реализации, который позволяет реализовать более крупные и более мощные сетевые системы с низкими затратами, тем самым обеспечивая дополнительную поддержку для роста сети.
  3. Высокая масштабируемость, что является непосредственным следствием двух вышеупомянутых функций.
  4. Детерминированная и предсказуемая работа с минимальной задержкой и без потери пакетов даже при полной нагрузке, что является ключевым фактором для поддержки высоких требований новых и ценных услуг, которые развертываются или планируются к развертыванию в современных сетях, таких как телефония, видеоконференцсвязь, виртуальное присутствие , видео по запросу, распределенные игры.

Различные аспекты технологии охвачены несколько патентов выпущен как Ведомство США по патентам и товарным знакам и Европейское патентное ведомство.[нужна цитата ]

Принцип работы

Как и в других реализациях конвейерной обработки, общее время (CTR) необходим для выполнения конвейерной пересылки. В контексте глобальных сетей CTR можно эффективно реализовать, используя универсальное глобальное время (Всемирное координированное время ), который доступен по всему миру через GPS (спутниковая система навигации ) или же Галилео в ближайшем будущем. Например, секунда UTC делится на фиксированную продолжительность. временные рамки, которые сгруппированы в временные циклы так что в каждой секунде UTC есть предопределенное целое число временных циклов. Альтернативно или дополнительно, CTR может быть получен через сеть с помощью протоколов синхронизации, таких как IEEE 1588.

Пакеты пересылаются от узла к узлу в соответствии с предопределенными расписаниями, как показано на рисунке ниже, то есть каждый узел пересылает пакеты определенного потока в течение предопределенных временных рамок. Временные циклы определяют периодическое повторение различных предопределенных расписаний. Периодическое планирование в каждом узле приводит к периодической пересылке пакетов по сети, которая называется конвейерной пересылкой для упорядоченного, пошагового способа, с которым пакеты перемещаются к месту назначения.

Пример пересылки конвейера

Посредством процедуры резервирования ресурсов пропускная способность резервируется для потока на каждом канале, который он пересекает в течение периода времени (или временных рамок), заранее определенного для его пересылки, таким образом синхронная виртуальная труба (Старший вице-президент ). Пропускная способность в течение каждого временного интервала может быть частично или полностью зарезервирована для одного или нескольких потоков. Следовательно, временной цикл обеспечивает основу для периодического повторения резервирования, которое гарантирует, что на каждом канале будет доступно достаточно ресурсов передачи для пересылки пакетов каждого потока, что предотвращает задержки из-за конфликта ресурсов и потерь, приводящих к перегрузке.

Варианты пересылки

Как проиллюстрировано на рисунке выше, который изображает путь пакета от узла A к узлу D через три конвейерных коммутатора пересылки, задержка пересылки могут иметь разные значения для разных узлов из-за разных задержек распространения на разных каналах (например, Tab, Tbc и Tcd), а также разного времени обработки пакетов и переключения в гетерогенных узлах (например, Tbb и Tcc). Причем возможны два варианта базовой операции конвейерного экспедирования. Когда узел n развертывается немедленная пересылка задержка пересылки имеет одинаковое значение для всех пакетов, полученных узлом n по входному каналу i, и является минимумом, необходимым для обеспечения времени распространения, обработки и переключения пакетов. При реализации немедленная пересылка, узел n может использовать разные задержки пересылки для разных пакетов.

Было предложено две реализации конвейерной пересылки: Временное переключение (TDS ) - a.k.a. Дробное переключение лямбда (FλS ) в контексте оптические сети -[2] и приоритет по времени (TDP) [3] и может быть использован для создания параллельной сети конвейерной пересылки в будущем Интернете.[4]

Рекомендации

  1. ^ Балди, М .; Marchetto, G .; Офек, Ю. (2007), "Масштабируемое решение для проектирования потокового трафика в Интернете будущего", Компьютерные сети (COMNET), 51 (14): 4092–4111, CiteSeerX  10.1.1.559.3251, Дои:10.1016 / j.comnet.2007.04.019[мертвая ссылка ]
  2. ^ Балди, М .; Офек, Ю. (2004), «Дробное переключение лямбда - принципы работы и вопросы производительности» (PDF), МОДЕЛИРОВАНИЕ: Труды Международного общества моделирования и моделирования, 80 (10): 527–544, CiteSeerX  10.1.1.131.6794, Дои:10.1177/0037549704046461
  3. ^ Li, C.-S .; Офек, Ю .; Юнг, М. (1996), "Управляемое временем управление приоритетным потоком для гетерогенного межсетевого взаимодействия в реальном времени", IEEE Int. Конф. по компьютерным коммуникациям (INFOCOM 1996) (PDF), IEEE
  4. ^ Балди, М .; Офек Ю. (2009 г.), «Время для« зеленого »Интернета», 1-й Международный семинар по экологическим коммуникациям (GreenComm'09), приуроченный к Международной конференции по коммуникациям IEEE (IEEE ICC 2009) (PDF), IEEE