5G、ネットワークスライシング、エッジコンピューティングの加速に伴い、ネットワークパフォーマンスはもはや帯域幅のみで決まるものではなく、精度、予測可能性、そしてインテリジェントな制御によって決まるようになっています。現代のインフラストラクチャは、ミッションクリティカルなワークロードに対して決定論的なパフォーマンスを保証すると同時に、ベストエフォート型のトラフィックを効率的に管理する必要があります。特に、レイテンシとSLAの適用が重要なエッジにおいては、その重要性が増しています。
iWaveのiW-Fibre SmartNICは、 P4プログラマビリティを使用して階層型サービス品質（Class of Service）とプッシュインファーストアウト（PIFO）パケットスケジューリングをFPGAデータパスに直接統合することで、このニーズに対応します。このハードウェアアクセラレーションによるポリシー駆動型アーキテクチャは、ラインレートのトラフィック管理を可能にし、輻輳時にも優先度の高いフローを保護し、次世代ネットワーク向けに拡張性とSLA保証を備えたパフォーマンスを提供します。
課題：FIFOが現代のネットワークで不十分な理由
先入先出（FIFO）キューイングを基盤としたレガシーNICは、よりシンプルな時代を想定して設計されました。しかし、今日のマルチテナント、クラウドネイティブ、そしてレイテンシが重視される環境では、FIFOだけではもはや十分ではありません。
FIFOでは、優先度やサービス要件に関係なく、トラフィックは均等に扱われます。低優先度フローの突発的なバーストは、バッファを急速に飽和させ、ミッションクリティカルなパケットを待機状態にさせたり、最悪の場合、テールドロップによってドロップされたりする可能性があります。その結果、SLA違反やアプリケーションパフォーマンスの低下につながります。
次のような要求の厳しい環境向け:
- 5G ユーザープレーン機能 (UPF)
- セルサイトゲートウェイ
- 多様な混合ワークロードをホストするエッジデータセンター
ベストエフォート型の公平性だけでは不十分です。事業者は、確定的な帯域幅制御、厳格なトラフィック分離、そしてパフォーマンスの保証を求めています。
ソリューション: iW-Fibre 上の PIFO スケジューリングを備えた P4 駆動型 HCoS
FIFOを超えるには、単純な優先キュー以上のものが必要です。ハードウェアで確定的な精度で実現される階層型サービスクラスが必要です。
iW-Fibre SmartNICは、P4を使用してFPGAデータプレーンに直接、完全にプログラム可能なPIFOスケジューラを実装します。構造化されたHCoSポリシー制御とランクベースのパケット挿入を組み合わせることで、iW-FibreはQoSを静的な設定からリアルタイムのハードウェアベースのインテリジェンスへと変換します。
HCoS + PIFOが重要な理由
階層型サービス品質基準は、どのようなパフォーマンス保証を適用しなければならないかを定義します。
- 認定情報レート（CIR） ミッションクリティカルなサービスが常に予約された帯域幅を受け取ることを保証します。
- ピーク情報レート（PIR） ノイズの多い近隣ノードが割り当てを超過するのを防ぎます。
- 多層階層 テナント、スライス、サービス間の分離を強制します。
PIFOは、これらの保証が回線速度でどのように適用されるかを決定します。
従来のテールドロップ キューとは異なり、PIFO スケジューラは計算されたランクに基づいてパケットを挿入しながら常に先頭から送信するため、HCoS に合わせた正確なポリシー主導の順序付けが可能になります。
仕組み
- トラフィックの分類
着信パケットは、P4 マッチアクション パイプラインを使用して VIP やベスト エフォートなどの転送クラスに分類されます。 - 階層的警察活動
トラフィックは、設定されたCIRおよびPIRポリシーに基づいて計測され、緑、黄、赤のマーキングが行われます。QoSポリシングの詳細については、次の記事を参照してください。[SmartNIC での P4 の有効化: QoS 分類とレート制限] - インテリジェントスケジューリング
各パケットにはランクが割り当てられます。優先度の高いパケットはキューの先頭に近づき、優先度の低いパケットよりも先に処理されます。一方、優先度の低いトラフィックは待機状態になるか、輻輳時に破棄されます。
その結果、高負荷時でも予測可能なレイテンシと保証されたパフォーマンスが実現します。
SLAを考慮したトラフィック優先順位付け
この機能を説明するために、異なる SLA ポリシーで動作する 2 つのクライアントで輻輳シナリオを評価しました。
この構成では、QSFPループバックがP4パイプラインを実行しているiW-Fibre SmartNICに接続され、物理機能にマッピングされます。サーバーおよびクライアントVMは、Linux仮想ネットワークインターフェイスを介して物理機能に接続されます。
サーバーVMは、MACアドレスによって区別される両方のクライアント向けにトラフィックを生成します。iW -Fibre SmartNICはインラインプロセッサとして機能し、階層型サービス品質ポリシーをリアルタイムで適用し、分類に基づいて適切なクライアントインターフェイスにパケットを転送します。
輻輳シナリオ：VIPフローの保護
高優先度 VIP トラフィックに対するパケット配信の保証
HCoS および PIFO 適用下でのベストエフォート トラフィック動作
図1と図2に示すように、Client_1には高い優先度が割り当てられ、Client_2には低い優先度が割り当てられているため、輻輳時にもトラフィックを決定論的に差別化できます。サーバートラフィックが利用可能な出力帯域幅を超えると、階層型ポリサーがレートコンプライアンスに基づいてパケットを分類・マークし、PIFOスケジューラがリアルタイムでパケットの順序を変更します。高優先度パケットは遅延を最小限に抑えるためにキューの先頭に配置され、低優先度トラフィックはバッファがしきい値に達した場合にのみ遅延またはドロップされます。
このアプローチにより、リンク飽和時にもミッションクリティカルなトラフィックが保護されたままになり、ベストエフォートフローが残りの帯域幅を使用するように効率的に調整され、予測可能な QoS と最適化されたリンク使用率が実現されます。
インテリジェントエッジはここから始まる
iWaveは、HCoS強制とPIFOスケジューリングをiW-Fibre SmartNICに直接統合することで、NICを完全なインテリジェントトラフィック管理プラットフォームへと進化させました。トラフィック制御をFPGAベースのP4エンジンにオフロードすることで、CPUのボトルネックを解消し、回線速度のパフォーマンスを維持するとともに、ネットワークリソースの割り当て方法を柔軟かつプログラム可能な方法で制御できます。その結果、iW-Fibre SmartNICは、ネットワークエッジにおいて決定論的でSLAに基づいたトラフィック制御を実現し、ネットワーク全体の効率性を損なうことなく、重要なアプリケーションが常に優先的に処理されることを保証します。
プラットフォームの評価や詳細情報については、mktg@iwave-global.comまでお問い合わせください。
