요약

  • Craig Partridge의 1989년 BBN 보고서는 1기가비트 속도만으로 새로운 네트워크 아키텍처가 필요하다고 주장하지 않았다. 그는 헤드라인 속도를 패킷 속도, 프로세서 작업, 데이터 접촉, 버퍼링, 제어 지연에 대한 별도 테스트로 대체했다.
  • 그 결과는 명시된 예측에 달려 있었다. 더 큰 평균 패킷, 60~70 MIPS 프로세서, 64비트 경로, 충분한 메모리다. 전파 속도는 빨라지지 않았으므로 대역폭-지연 재고와 용량을 학습하는 데 필요한 시간은 여전히 실제 제약으로 남았다.
  • 1998년 BBN MultiGigabit Router 팀은 50Gb/s 백플레인과 초당 최대 3,200만 패킷을 보고했다. 이는 경계가 분명한 구현 영수증이었으며, 단독 발명이나 향후 모든 속도와 트래픽 조합이 자동으로 확장된다는 증거는 아니었다.

속도 단위가 헌법적 권위를 얻다

Partridge의 출발점은 고장 난 기계가 아니라 하나의 신념이었다. 네트워킹 연구자들은 10메가비트 로컬 네트워크에서 초당 1기가비트 이상으로의 도약이 데이터그램 아키텍처에 심각한 부담을 줄 것으로 예상했다. 그러나 그것이 언제 한계에 부딪히는지에 대한 임계값은 좀처럼 명시되지 않았다. 1기가비트는 아키텍처 교체가 불가피하게 느껴지는 편리한 규모가 되어 있었다.

1989년 6월 5일자로 작성되어 IETF 제14차 회의 자료에 보존된 BBN Report No. 7080은 그 추론을 공격했다. Partridge는 기가비트 네트워크에 어려운 문제가 전혀 없다고 말하지 않았다. 그는 그 문제들이 다른 아키텍처를 요구할 만큼 이례적인지 물었다. 또한 데이터그램과 가상 회로 사이에서 중립을 유지하려 했다. 둘 다 목표를 충족할 수 있다면, 그중 하나를 선택하는 것은 기술적 필연성이 아니라 선호와 기능의 문제였다.

그 구분은 놓치기 쉽다. 설계는 정의된 워크로드를 충족하지 못하기 때문에 바뀔 자격이 있을 수 있다. 단지 큰 숫자가 연속성을 구식처럼 들리게 한다는 이유만으로 바뀔 자격이 있는 것은 아니다.

회선 속도가 패킷 마감 시간이 되다

보고서는 두 가지 가정을 밝혔다. 기가비트 네트워크의 평균 패킷은 당시 인터넷 패킷보다 작지 않을 것이며, 이미 시험 생산 중인 부품은 1990년대 초 라우터와 호스트가 무엇을 할 수 있을지 보여줄 수 있었다. Partridge는 60~70 MIPS RISC 프로세서와 64비트 데이터 경로를 보수적인 후보로 삼았다. 이는 보장이 아니라 예측이었다.

라우터의 경우 유용한 분모는 초당 패킷 수였다. 두세 개의 이더넷 사이에서 초당 6,000~10,000개라는 당시의 예상은 기가비트에서 초당 600,000~1,000,000개로 외삽되었다. 그러면 60 MIPS 프로세서는 패킷당 대략 60~100개 명령어, 즉 다음 패킷이 도착하기 전까지 1~1.6마이크로초를 가질 수 있었다.

그 계산은 기회와 위험을 모두 드러냈다. 가상 회로 고속 경로는 설정 비용을 분산할 수 있었다. 기본 IP 포워딩은 당시 흔했던 32비트 프로세서에서 대략 100~150개 명령어에 드라이버 작업을 더한 것으로 추정되었다. 더 넓은 연산, 더 단순한 드라이버, 파이프라이닝 또는 하드웨어 지원이 경계를 이동시킬 수 있었다. 작은 패킷은 경계를 반대 방향으로 이동시킬 수 있었다. ‘1기가비트’는 하나의 워크로드가 아니었다. 확인 응답의 흐름과 대용량 전송의 흐름은 라우터에 매우 다른 수의 결정을 요구했다.

호스트는 라우터가 건드리지 않아도 되는 바이트에 비용을 치렀다

호스트와 라우터는 같은 일을 하지 않았다. 라우터는 보통 헤더가 필요했다. 수신 애플리케이션은 종종 데이터가 필요했다. Partridge는 프로토콜 처리, 운영체제 작업, 애플리케이션 작업을 분리하고, 이전 TCP 측정값을 사용해 대략 1,000개의 고정 명령어에 패킷 길이를 기계 워드 크기로 나눈 값에 비례하는 작업을 더한 예시적 호스트 예산을 구성했다.

그 그래프는 패킷 크기를 자유 변수로 만들었다. 논문의 60 MIPS 모델에서 평균 패킷이 약 3KB이면 호스트가 기가비트를 채울 수 있었다. 512바이트에서는 링크의 거의 4분의 1을 사용할 수 있었고, 100바이트에서는 약 50Mb/s였다. 이는 제품에 대한 약속이 아니었다. 회선 속도, 패킷 속도, 데이터 접촉 속도를 하나의 용량 주장으로 합쳐서는 안 되는 이유를 보여준 것이었다.

Partridge는 이미 Bob Braden, David Borman과 함께 RFC 1071을 공동 작성했다. 그 구현 조언에는 메모리 복사와 체크섬 계산을 결합해 바이트를 두 작업을 위해 한 번만 가져오도록 하는 내용이 포함되었다. 산술도 중요했지만, 메모리를 거치는 여정이 희소 자원일 수 있었다. RFC 4297은 나중에 이 계열의 증거를 요약했으며, 여기에는 데이터 접촉 작업이 측정된 오버헤드의 64%, 복사가 48%를 차지한 과거 Sun-3/60 측정도 포함되었다. 이 비율은 현대 하드웨어나 Partridge 개인에 속한 것이 아니라 인용된 Clark 연구에 속한다. 이들이 남긴 오래가는 교훈은 더 좁다. 프로토콜 명령어만 세지 말고 메모리를 통과하는 경로를 세라.

전파 지연은 업그레이드를 거부했다

링크 속도가 광섬유를 짧게 만들지는 않았다. 더 빠른 네트워크는 같은 왕복 시간 동안 더 많은 비트를 비행 상태로 두었다. Partridge의 최장 경로 예시는 약 5.9MB의 대역폭-지연 재고를 낳았고, 최소 120ms 왕복을 함축하는 캐리어 지연을 사용하면 15MB가 나왔다. 1989년에 이는 심각하지만 그럴듯한 메모리 약속이었다. 보편적인 버퍼 권고는 아니었다.

보고서는 전파와 스위칭도 분리했다. 100개의 포워딩 요소가 각각 기가비트 패킷 예산이 허용하는 작은 지연을 더한다면, 결합된 버퍼링 결과는 약 12.5~20KB에 불과했다. 재고를 지배한 것은 빠른 지역 결정의 행렬이 아니라 장거리 전파였다.

흐름 제어에는 두 번째 시계가 있었다. 송신자는 경로가 받아들일 용량이 얼마인지 학습해야 할 수 있었다. 보고서는 8바이트 프로브로 시작해 왕복마다 기하급수적으로 확장하는 데이터그램 송신자를 고려했으며, 이는 2초 이내에 기가비트 규모에 도달할 수 있었다. 이는 긴 전송에는 고무적이었지만 일부 짧거나 대화형 작업에는 받아들일 수 없었다. 아키텍처가 실패한 것은 아니지만, 애플리케이션에는 여전히 더 빠르고 신뢰할 수 있는 용량 신호가 필요할 수 있었다.

9년 뒤, 논쟁은 하드웨어를 얻었다

나중의 영수증은 더 영리한 구호로 도착하지 않았다. 1998년 Partridge와 대규모 BBN 팀은 MultiGigabit Router를 설명했다. 논문은 초당 최대 3,200만 패킷 포워딩과 50Gb/s 전이중 백플레인을 보고하면서, 오버헤드 트래픽이 백플레인 용량의 약 4분의 1을 소비한다고 밝혔다.

그 아키텍처는 값비싼 이동을 경계 지었다. 인바운드 라인 카드는 패킷 본문을 보관하고 헤더를 포워딩 엔진으로 보냈다. 엔진은 경로를 조회하고 헤더를 갱신한 뒤 지시를 반환했으며, 그때서야 전체 패킷이 아웃바운드 카드로 건너갔다. 완전한 포워딩 테이블을 엔진에 복제해 중앙 조회가 천 배 더 비싼 우회로가 되지 않게 했다. 공유 버스는 스위치 패브릭으로 대체되었다. 포워딩 엔진은 라인 카드와 분리되었고, 링크별 헤더는 고속 경로 전에 정규화되었으며, QoS 분류는 출력 스케줄링과 분리되었다.

이는 단서가 붙은 실행 코드 증거였다. 발표 당시 인터페이스 카드를 제외한 모든 하드웨어가 제작·시험되었고, 대부분의 소프트웨어가 실행되고 있었다. 128바이트 데이터그램에 대해 인용된 7~8마이크로초 지연은 측정된 소프트웨어, 하드웨어 디버그 관찰, 시뮬레이션으로 구성된 추정치였다. 외부 인터페이스와 완전한 내부 타이밍이 아직 확보되지 않았기 때문이다. 라우터를 완성품이라고 부르면 영수증에서 가장 유용한 부분이 지워진다. 어떤 주장이 측정되었고, 어떤 주장이 추론되었으며, 무엇이 아직 완료되어야 하는지다.

팀은 모든 IP 헤더를 고속으로 검사하는 것이 실행 가능하며 라우터 기술이 구식이 되지 않았다고 결론지었다. 모든 라우팅 테이블, 장애 모드, 패킷 분포 또는 미래의 회선 속도가 같은 방식으로 작동한다는 것을 증명한 것은 아니었다.

분모 뒤의 사람

Internet Hall of Fame은 Partridge가 도메인 이름 메일 라우팅을 설계하고, 최초의 멀티기가비트 라우터 팀을 이끌고, 애니캐스트 발명에 기여하고, TCP 타이밍에 공헌한 것으로 기록한다. Colorado State University는 현재 그를 기계 간의 비트, 패킷, 청크, 파일 이동을 연구 관심사로 삼는 교수로 소개한다. 이 폭넓음이 여기서 중요한 이유는 1989년 논문이 하나의 상자를 변호한 것이 아니라 범주 오류를 거부하는 방법이었기 때문이다.

그 오래가는 규칙은 주장에 반박할 수 있는 분모를 찾는 것이다. 속도는 초당 패킷 수가 된다. 패킷은 명령어와 메모리 통과가 된다. 긴 경로는 비행 중인 바이트가 된다. 연결은 유용한 작업 전의 왕복 시간이 된다. 프로토타입은 완료된 증거, 추정된 증거, 없는 증거의 장부가 된다.

그 지점에서 논쟁은 실행 코드 우선주의와 만난다. 기관, 공급업체 또는 표준 기구는 새 아키텍처를 선호할 수 있다. 선호는 무서운 규모를 붙이는 것만으로 필요성이 되지 않는다. 다른 이들에게 호환성, 자본 또는 운영 통제를 포기하라고 요구하는 당사자는 실패하는 실행 경로를 보여주고 그 실패를 검증 가능하게 만드는 측정값을 보존해야 한다.

출처