ネットワーク機器の処理性能について

スイッチなどのLAN機器のカタログを見ると

 バックプレーン 8.8Gbps

だとか

 スイッチング処理能力 3.6Mpps

なんて書かれていたりします。

そもそもここで書かれている数字がどれほどの能力を示しているのかって分かりますか?
普通にスイッチを使用しているのであれば特に気にしなくても使えてしまうので意外に気にしていない方もいるようなのですが、いざというときに重要だったりします。

今回はネットワーク機器の処理能力について説明していきます。

バックプレーン

バックプレーン容量とはスイッチ全体での1秒間で処理できるデータ量を表しています。
メーカによっては「スイッチングファブリック」だとか「スイッチング容量」なんていう場合もあります。
bps(Bit Per Second)の単位で表されます。

バックプレーンとは、本来スイッチ内部のデータ用バスのことで、シャーシ型スイッチの場合、シャーシ間の接続部分(内部バス)を指します。

そのため、本来は「スイッチング容量」と「バックプレーン」の意味は違うのですが、どちらもスイッチの最大転送速度を決めるための指標のため、そういう意味では同じことと考えて良いかと思います。

例えば1ポートあたり100Mbpsの24ポートスイッチでバックプレーン容量が3Gbpsであったとして、このスイッチにPCを20台接続したとします。

このときの最大の転送量を計算してみると、

100Mbps × 20台 = 2000Mbps = 2Gbps

となりバックプレーン容量が3Gbpsなら余裕じゃ~んと思ったあなた、残念ながら間違いです。

通常スイッチは全二重通信を行います。つまり1ポート上りと下りで100Mbpsづつ、合計200Mbpsの通信が発生します。

100Mbps × 20台 × 2 = 4000Mbps = 4Gbps

となりバックプレーン容量が3Gbpsだと100%の転送量を保証できないことになります。

1ポートあたり100Mbpsの24ポートスイッチで100%の転送量を保証するには、

100Mbps × 24台 × 2 = 4800Mbps = 4.8Gbps

となり、バックプレーン容量が4.8Gbps以上あれば100%の転送量を保証することが出来ます。

この100%の転送量を保証することを「ノンブロッキング」といいます。

ただしここで注意しなければいけないのが、バックプレーン容量は1秒間で処理できるデータ量です。
ネットワーク機器は「フレーム」や「パケット」の単位で処理されます。
たとえバックプレーン容量が多くても1秒間に処理できる「フレーム(パケット)数」が少ないと、そこでボトルネックが発生してしまいます。

そこで通常カタログなどにはバックプレーン容量の他に1秒間に処理できる「フレーム(パケット)数」についても記述されています。

 

スイッチング処理能力

スイッチング処理能力とはスイッチ全体で1秒間で処理できるパケット数を表しています。
単位はpps(Packet Per Second)で表されます。

イーサネットのフレームサイズは64byte~1518byteのサイズですが、通常スイッチング処理能力を計算する場合は、最も負荷のかかるフレームサイズの64byteで計算します。

ちなみになぜ64byteが最も負荷がかかるかといいますと、フレームサイズが小さいと当然ネットワークに流れるフレームの数が増加するので、その分スイッチが処理するフレームも増加し負荷も上がるからですね。

それではスイッチング処理能力についても例を上げて計算してみましょう。

例)1ポートあたり100Mbpsの24ポートスイッチでスイッチング処理能力が3Mppsであったとして、このスイッチにPCを20台接続したとします。

計算を行う上で注意する点は通常ネットワークに流れるパケットにはイーサネットフレームの前にプリアンブルとSFD(Start Frame Delimeter)が付き、後ろにはIFG(Inter Frame Gap)が付くので注意してください。

8byte(プリアンプル+SFD)+64byte(最小フレーム)+12byte(IFG) = 84byte = 672bit

続いて1ポートあたりの最大スイッチング処理能力を算出してみましょう。

伝送速度は100Mbpsなので

100000000bps ÷ 672bit ≒ 148810pps

となります。
つまり1秒間に64byteのフレーム(パケット)を148810個転送することが出来るわけです。

PCが20台の場合は20ポート使用するわけですから、

148810pps × 20台 = 2976200 ≒ 3Mpps

となりスイッチング処理能力が3Mppsであれば100%の転送が可能です。

ただし24ポートすべてのスイッチング処理能力を計算してみると、

148810pps × 24台 = 3571440 ≒ 3.6Mpps

となり3Mbpsでは100%の転送の保証は無いことになります。

以上ネットワーク機器の処理能力について説明しました。

ただ実際は「最大バックプレーン」や「最大スイッチング能力」を使い切ることはめったに無いかと思います。
ですので敢えて処理能力の高い機器を無理に選択するのではなく、現状のトラフィックとコスト見合いで適切な機器を選択していくのがベストではないでしょうか。

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