データセンターのイーサネット、パイプが太ければ十分か？：SYSTEM DESIGN JOURNAL（2/4 ページ）

クイック・ツアー

　問題の解決を探るためには、10Gbps（もしくはそれ以上）イーサネットインタフェースの内部を確認する必要があります。ブロックごとに見ていきましょう（図 2）。

図 2. 10Gbpsイーサネットインタフェースのバックエンドには、ごくわずかなファンクションブロックしかありません

　アプリケーションからのメッセージが、イーサネットのデータ長に対応したデータブロックに分割するポイントから始めることにしましょう。

　分割されたデータブロックは、宛先アドレスと恐らくは何らかの制御情報とともに、メディアアクセスコントローラー（MAC）と呼ばれる、イーサネットインタフェースの機能に渡されます。

　この転送は、TCP/IP（Transmission Control Protocol and Internet Protocol）またはUDP（User Datagram Protocol）によって、メッセージがそれぞれ固有の要件に合わせて形成された後、さらにPTP（Precision Time Protocol：時刻同期用プロトコル）のような機能がそれぞれ固有の特殊なメッセージを作成します。MACはデータブロックを受け取り、移動させるだけです。

　具体的に言えばMACの仕事は、各ブロックに同期信号を付加すること、イーサネット内の他のどこかにある別のMACアドレスを含むヘッダを追加すること、そしてTypeコードに組み込むことです。さらに、MACはCRC（Cyclic Redundancy Check）コードを計算して付加します。これは送信方向についての説明ですので、当然、受信側では逆の説明になります。

　これはごく単純な話に聞こえますが、それも速度についての考察を始めるまでのことです。

　速度が問題でない場合、MAC機能は全てソフトウェアで実装可能ですが、10Gbpsでは約100ミリ秒ごとに短いパケットが着信する可能性があります。このレートで処理できればよいのですが、さもなければバッファが必要になり、そのために追加のレイテンシや消費電力が発生します。

　レーンあたり25Gbpsまたは50Gbpsでは、比例して時間が短くなります。さらに高速なイーサネットリンク、例えば100ギガビットイーサネット（GbE）ならば10本の10Gbpsレーンというように、複数レーンとして実装されます。そのため、MACに対する負荷は上昇し続けます。

　セキュリティの一側面により、MACレイヤーはさらに複雑化します。MACsecはプリアンブルを含めてパケット全体（フレーム）を暗号化する規格で、データセンターのように、中間者攻撃が大きな脅威となる状況において特に役立ちます。このアルゴリズムは、多数の乗算および探索操作が必要であり、計算を極めて多用するため、ハードウェアアクセラレーションが欠かせず、それはレイテンシの追加につながります。