JP4815284B2 - パケット転送装置 - Google Patents

Description

本発明はパケットの経路検索を行う中継装置に関し、さらに詳しくは、中継装置の機能に関する。

ネットワーク中継装置の役割は、ネットワーク内におけるパケットを目的の宛先まで中継することである。中継装置のアーキテクチャとして、分散型と集中型と集中分散型とが存在する。中継装置は、収容する回線よりパケットを受信し、パケット内の宛先から転送先を検索し、該転送先に接続される回線より送信する。

分散型アーキテクチャから成る中継装置の構成を図１に示す。分散型ネットワーク中継装置(1)は、クロスバスイッチなどのスイッチモジュール(10)と、複数の経路検索転送部(11)とから成る。各経路検索転送部11には一つ以上の回線収容部(12)が接続される。分散型アーキテクチャの特徴は、該分散型ネットワーク中継装置1がパケットを受信する際、各々の経路検索転送部11が、パケットの経路検索を実行できることである。すなわち、パケットに対する経路検索動作を分散可能である。

分散型アーキテクチャにおける経路検索転送部11の構成を図２に示す。経路検索転送部11は、パケットの転送先の検索を行うプロセッサ部(110)と、該転送先の情報を保存するアドレスバッファ(111）と、回線収容部との間でパケットの送受信するためのパケット転送部(112)と、受信したパケットを保持しておくためのパケットバッファ(113)とを有する。経路検索転送部11はパケット転送部112を介して、スイッチモジュール10及び回線収容部12と接続しており、両者との間でパケットの送受信を行う。

分散型アーキテクチャから成る装置1において、ポートから受信されたパケットは回線収容部12から経路検索転送部11へ送信される。経路検索転送部11は該パケットの経路検索を行い、スイッチモジュール10を経由して次の経路検索転送部11へパケットを転送する。スイッチモジュール10を経由した次の経路検索転送部11は、パケットの経路検索を行い、回線収容部12に転送する。

分散型アーキテクチャから成る中継装置の例としては、特許文献１に開示されている。特許文献１の中継装置は、パケット内の複数のレイヤにわたる情報を読み取り、伝送する分散型のネットワーク中継装置を示している。

分散型アーキテクチャから成る別の中継装置の例としては、特許文献２に開示されている。特許文献２の中継装置は、単一のバスで相互に接続されている複数のインタフェースカードを有し、該インタフェースカード毎に演算装置を有する。該特許文献２の中継装置では、各々のインタフェースカードが受信したパケットの経路検索処理を行うことで、インタフェースカードが有するインタフェース制御手段と転送制御手段のみによってパケット転送が実現され、中継装置全体を管理するCPUの負荷を軽減することを特徴としている。

分散型アーキテクチャから成る中継装置は、多数の経路検索転送部を用い経路検索処理を分散するほど、装置全体としてのパケットの転送処理能力が高くなる特徴を有する。よって、経路検索転送部を追加するという手法によって、容易に高速化が可能である。集中型アーキテクチャから成る中継装置の構成を図３に示す。集中型ネットワーク中継装置(2)は単一の経路検索転送部(20)を有し、該経路検索転送部20は複数の回線収容部(21)と接続している。集中型ネットワーク中継装置の経路検索転送部20の構成を図４に示す。集中型ネットワーク中継装置の経路系検索転送部20はプロセッサ部(200)と、アドレスバッファ(201)と、パケット転送部(202)と、パケットバッファ(203)とを有する。経路検索転送部20は、全ての回線収容部21と接続しており、回線収容部21より受信したパケットの検索を行い、検索結果に応じた回線収容部21へパケットを送信する。パケットを受信した該回線収容部21は、経路検索転送部20の指示に従いポートよりパケットを送信する。

集中型アーキテクチャから成る中継装置の例としては特許文献３に開示されている。該特許文献３では、集中型アーキテクチャから成る中継装置の冷却に関する工夫について記述されている。

集中型アーキテクチャから成る中継装置は、分散型アーキテクチャから成る中継装置と比較して、経路検索転送部が単一で、各々の経路検索転送部間をスイッチで接続する必要が無いため、中継装置としては簡便で小規模に抑えられる。

前記２つの中継装置と異なる中継装置として、集中分散型アーキテクチャから成る中継装置が存在する。該中継装置の構成を図５に示す。集中分散型アーキテクチャより成る中継装置(3)は、複数の経路検索転送部(30)と複数の回線収容部(31)とを有する。全ての該経路検索転送部30は各々、全ての回線収容部31と1対1で接続されている。すなわち、図５の例では経路検索転送部30は、それぞれが全ての回線収容部31と接続しており、一方で経路検索転送部同士、回線収容部同士の間には接続を持たない構成をとる。

該中継装置は分散型アーキテクチャから成る中継装置と同様に、複数の経路検索転送部を有しながら、集中型アーキテクチャから成る中継装置と同様に、各々の経路検索転送部が全ての回線収容部と接続する構成を取る。該構成により、複数の経路検索転送部を利用することによる経路検索性能の向上と、各経路検索転送部が全ての回線収容部と接続していることによる処理性能の有効利用が可能である。また、集中型アーキテクチャから成る中継装置と比較して、経路検索転送部の増設や変更が可能であり、高い拡張性が獲得された。

集中分散型アーキテクチャの別の例として、特許文献４に開示されている方法が存在する。特許文献４では、高機能処理部を搭載していることを特徴とする集中分散型ネットワーク中継装置について記述されている。該特許文献４の中継装置の構成を図６にて示す。高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置(4)は、高機能パケット処理部(40)と、経路検索を実行する複数のルーティングマネージャー(41)と、入出力ポートを収容する複数の回線収容部(42)とを、クロスバスイッチ(43)を用いて結合している。ルーティングマネージャー41は、任意の回線収容部42より送られてくるパケットのヘッダ情報に基づいて出力先インタフェース情報を検索し、該出力インタフェース情報に記載される回線収容部へ送出する機能を有する。さらに、回線収容部42は、ルーティングマネージャー41の負荷を分散する機能を有する。負荷を分散する機能として、パケット内の宛先IPアドレスを入力とするHASH関数から得られる値を用いた振り分け機能と、順序逆転防止機能を付加した巡回選択振り分け機能と、順序逆転防止機能を付加した負荷観測に基づく負荷分散機能とが挙げられる。

特許文献４の中継装置は、高機能パケット処理部40を有し、高機能処理を要するパケットの処理と経路検索処理を異なる部位で実現する。これにより、前記経路検索転送部間で通信を行う場合と比較して高速化が可能となった。

特表2002-510451号公報 特開2004-120642号公報 特開2001-36272号公報 特開2004-135106号公報

分散型アーキテクチャには、特定の経路検索転送部において、パケットの経路検索処理が集中した場合において、他の経路検索転送部が輻輳状態になくとも、その経路検索性能を利用することはできず、単一の経路検索転送部の輻輳においても、パケットの喪失が生じうる。そのため、各経路検索転送部は各回線収容部の最大容量に対応した能力を有する必要があり、コストが上昇し装置が大型化するという問題がある。

また、集中型アーキテクチャから成る中継装置は、経路検索転送部が単一であるため、分散型と比較して、経路検索転送部の個体数の増加による大幅な性能の向上は見込めない。また、経路検索転送部の交換を意図しない構成をとるため、装置としての拡張性が低いという問題がある。

さらに、集中分散型アーキテクチャでは、経路検索転送部における、タイマーを用いた特定の制御パケットの処理などを実現するためには、各経路検索転送部間での通信が必要とされた。この方法では、これらの特定の制御パケットの処理の高速化が難しいという問題を有する。

また、複数の経路検索転送部が独立して動作する集中分散型アーキテクチャでは、タイミングの監視が必要な制御用パケットの処理などの、特定の判定プロセスが、経路検索転送部では行えない。それらの特定の判定プロセスを実現するためには、別の高機能処理部を設けるか、経路検索転送部間で連携を取り制御用タイマーを共有することを必要とした。しかし、高機能処理部を用いる場合はコストが高くなり、経路検索転送部間で連携を取る場合は、高速な通信を要する制御用プロトコルが実現できず装置の拡張性も低くなるという課題が存在した。

従来の集中分散型アーキテクチャより成る中継装置においては、回線収容部から経路検索転送部への転送能力を超えるフローの入力があった場合、経路検索転送部内のパケット転送部からプロセッサ部間に送信される間で破棄されるフローが生じた。この際、従来の装置では、入力パケットの優先度を把握する手段を持たなかったため、パケットの優先度に関わらず破棄されるという課題が存在した。

上記課題を解決するために、特定の判定プロセスに関するパケットは回線収容部から必ず特定の経路検索転送部に送信するというルール付けをする。しかし、経路検索転送部で高機能処理が必要な判定プロセスが全て単一の経路検索転送部に集中することは、該経路検索転送部に負荷が集中することと成る。そのため、特定の判定プロセスであっても、その種類毎に、送信先の経路検索転送部を変更することで、負荷を分散する。

また、本発明装置の回線収容部には、入力パケットを監視し、経路検索転送部へ送信する前にパケットの優先度を判定する機構を有する。優先度としては、廃棄優先度と転送優先度が存在し、これらを、回線収容部から経路検索転送部に転送する際の転送方法に反映する。

本発明の中継装置は、従来の集中分散型ネットワーク中継装置では高機能処理部を用いるか、経路検索転送部間の通信を必要とした、タイミングの監視が必要な制御用パケットの処理などの、特定の判定プロセスを、高機能処理部や経路検索転送部間の通信なしで可能とする。これにより、高機能処理部を用いる場合より、装置のコストの低下と小規模化の効果が、経路検索転送部間の通信を行う場合より、処理の高速化の効果が得られる。
また、本発明の中継装置は、従来の集中分散型アーキテクチャでは課題となっていた、回線収容部から経路検索転送部に対する転送能力を上回るパケットを受信した場合においても、転送優先度の高いパケットだけは失うことなく、転送及び処理を行うことを可能とする効果を有する。

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例は図７に示す構成を採り、複数の経路検索転送部(50)と複数の回線収容部(51)と管理用プロセッサ部(52)とを有する。また、全ての経路検索転送部は、各々が全ての回線収容部と接続している構造をとる。本構成では、中継装置が有する経路検索転送部及び回線収容部は増減が可能である。本装置の構成は、経路検索転送部が単一の場合、集中型アーキテクチャの装置と同等の構成であり、本方式の経路検索転送部は集中型アーキテクチャの経路検索転送部を用いることが可能である。

本構成における回線収容部の詳細を図８に示す。回線収容部(51)は、ネットワークと接続するための複数のネットワークポート(510)と、各ポートより入力されたパケットを識別し、転送先の経路検索転送部を選択するためのパケット送受信部(511)と、データフローを経路検索転送部へ送信するために一時的に保存する転送キューバッファ(512)と、データフローの判定方法に関する設定を格納するための判定用バッファ(513)とを有する。

ネットワークポート510はネットワーク上の回線よりパケットを受信し、パケット送受信部510に送信する。このとき、ネットワークは、物理層に銅ケーブルや光ファイバなどの多様な回線を用いることが可能であり、ネットワークポートはそれら物理層に対応したインタフェースを有し、物理層における処理を行い、パケット送受信部511へデータリンク層の形式にてパケットを転送する。これにより、該ネットワークポートを除く中継装置全体において、物理層に関する処理は無視することが可能である。

パケット送受信部511は、入力パケットを判定するための入力パケット判定部5110と、送信パケットを適切なネットワークポートに受け渡す働きを有する送信パケット転送部5111より成る。

入力パケット判定部5110は受信したパケットに対して、経路検索転送部へ転送するために二段階の判定を実施する。入力パケット判定部は第一の判定にて、受信したパケットが、特定の経路検索転送部にて処理を行う必要を有するパケットであるかどうかを判定する。該判定のために、入力パケット判定部5110は、該パケットに対して、判定用バッファ503が有するパケット形式とのパターンマッチングにより、これら特定の経路検索転送部にて処理を行う必要を有するパケットを判別する。入力パケット判定部は、特定の経路検索転送部にて処理を要すると判定したパケットを、第二の判定を行うことなく、判定用バッファ513が保有する設定を元に固定の経路検索転送部に送信する。

このような、特定の経路検索転送部にて処理を要するパケットの一例としては、制御用のパケットの一部が挙げられる。該制御用パケットは、経路検索転送部にて中継装置の制御に関する処理や、それらの制御用パケットに対する返信用パケットの送信などの処理を実施する。この例を図９に示す。この例では、ある制御用パケットが、単一の経路検索転送部に送信されている様子が示されている。ただし、制御用パケットは全てが単一の宛先に送信されるわけではなく、制御用パケットの種類に応じて、単一の経路検索転送部が選択される形式を取る。

これにより、制御パケットを特定の経路検索転送部に送信し、該経路検索部にて、処理を実行することによって、パケットの高速な処理が実現できることと、経路検索転送部にて障害発生時においても、異なる経路検索部にて代替の処理を実現できるという冗長構成が実現できる効果が得られる。

さらに、前記、制御用パケットの一例としては、リングプロトコルに関する制御パケットが挙げられる。このとき、本中継装置が構成するリングトポロジーの構成を図１０に示す。リングプロトコルは、本中継装置が構成するリングトポロジーを正常に動作させるために、リング接続の切断を監視するためのパケットを送受信する働きを有する。本中継装置の経路検索転送部50aは、リング監視用パケットを作成し、回線収容部のネットワークポート510aを通じて、リングに送信する。また、該経路検索転送部はリング監視を行うためのタイマーを有する。リングを構成する各ノードは該監視用パケットをリング上で中継する。リングを経由して中継された該監視用パケットはネットワークポート510bにて受信され、リングプロトコルであることが回線収容部にて判定され、経路検索転送部50aに送信される。

該経路検索転送部では、該監視用パケットの受信することで、リングの監視を実施しているタイマーを更新する。監視用パケットは一定時間毎に送信される。該タイマーが一定時間更新されなかった場合、該経路検索転送部は、リングが切断されたものと判定し、閉塞していたネットワークポートの開放を行う。リング上にて障害が発生していることを管理用プロセッサ部に伝達し、また、リングを構成している各ノードに対して、リングプロトコルに基づいて、障害の発生を通知するパケットを送信する。また、経路検索転送部は切断と判定されている間も、回線の復旧を観測するため、ネットワークポートを通じて、リング監視用のパケットを送信する。これにより、高速な回線の切断と復旧を検出することが可能となる。また、分散型で実行する場合と比較して、単一の経路検索転送部での、リング切断検出が可能であること、タイマーで経路検索転送部にて、障害が発生した場合においても、他の経路検索転送部にてタイマーによる監視の動作を引き継ぐことで、リング切断検出を継続することが可能となることより、リング切断検出の信頼性が向上する。

入力パケット判定部の第二の判定では、第一の判定において固定の経路検索転送部に送信すると判定されなかったパケットを対象に、該パケットを送信する経路検索転送部を判定する。転送先経路検索転送部の判定は、パケットが入力されたポートによって送信先の経路検索転送部を一意に決める方法と、パケットのL2以上のヘッダ情報から送受信MACアドレス、送受信IPアドレス、送受信ポート番号など、同一フローにおいて、共通するパラメータを識別し、該領域に対してHASH関数を適用し、得られたHASH値を元に送信する経路検索転送部を選択する方法と、特定のポートより入力されたパケットに関してはポートを元に経路検索転送部を選択し、特定のポート以外から入力されたパケットについてはHASH関数を適用する方法との、いずれかを用いることができる。いずれの方法を用いるかについては、判定用バッファに格納された情報を元に選択される。

経路検索転送部50の動作を図１１に基づいて説明する。回線収容部51及び管理用プロセッサ部52よりパケットを受信した経路検索転送部は、パケット転送部502にて、パケットバッファ503に該パケットを送信する手段と、プロセッサ部500にパケットのL2以上のヘッダ部分を送信する手段と、アドレス情報を保持するアドレスバッファ501とを有する。パケットバッファでは、受信したフローを蓄積し、パケット転送部からの呼び出しの命令を待つ。

ヘッダ情報を受信したプロセッサ部は、該当パケットの宛先解決とその他の処理に関する検索の２種類の検索を行う。

プロセッサ部は、宛先検索を行うために、入力パケットに対してL2層での転送を実行するのか、L3層での転送を実行するのかを判定する。この判定は、予め設定された内容によって、必ずどちらか一方での転送を行うことも、L2層のヘッダ情報を元にいずれの転送を行うことも可能となる。プロセッサ部は該判定に基づき、アドレスバッファ501を検索し、該パケットの宛先情報を得る。IPアドレスなどL3のアドレスでの転送が行われる場合の検索処理の結果としては、パケットを送信するポート及びそのポートが属する回線収容部の情報と、転送先のL2アドレスを得る。プロセッサ部はこの情報を元にL2のヘッダ情報を書き換え、出力ポート情報と共にパケット転送部に通知する。MACアドレスなどL2のアドレスでの転送が行われる場合の該検索処理の結果としては、パケットを送信するポート及びそのポートが属する回線収容部の情報を得る。プロセッサ部は、この出力ポート情報をパケット転送部に通知する。

これら以外に、管理用プロセッサ部に送信するという結果を得る場合と、経路検索転送部にて高機能処理を実行する場合もあり、パケット転送部にその情報が送信される。管理用プロセッサに送信されるパケットは、転送先が不明なパケットや、管理用プロセッサ部における処理が必要な制御パケットなどである。

プロセッサ部でのその他の処理の検索では、パケットのフィルタリング、パケットの書き換え、送信の優先度の判定、ミラーリング、統計情報を取得する必要性の有無など、中継装置の有する転送機能以外の高機能処理に関する判定を行う。これらの検索結果も、宛先情報と合わせて、パケット転送部に送信される。

プロセッサ部よりパケットの宛先や高機能処理に関する情報を受信したパケット転送部は、パケットバッファより対象のパケットを読み出し、それらの情報を元にパケットの処理を行い、回線収容部宛てまたは管理用プロセッサ部宛ての転送キューバッファに、該当するパケットとプロセッサ部にて得られた情報を積む。この際、プロセッサ部にて、判定された送信の優先度情報がある場合、転送キューバッファに対するパケットの積み方が変化する。

管理用プロセッサ部では、回線収容部の判定用バッファや経路検索転送部のアドレスバッファが保有する情報の書き換えの指示を行うことができるほか、経路検索転送部より送信されたパケットについての処理を行う。経路検索転送部より送信されるパケットとしては、制御用パケット、宛先が不明なパケットなどである。管理用プロセッサ部では、これらのパケットを処理するために、経路検索転送部に対してパケットを送信することができる。これにより、制御用パケットの送信や宛先の学習などの動作を実現する。

経路検索転送部より、パケット及び該パケットの出力ポート情報を得た回線収容部は、送信パケット転送部にて、これらの情報を元に出力先ポートにパケットを転送し、ネットワークポートより該パケットが転送されることで、中継処理が完了する。

この方式では、集中分散型のアーキテクチャを使用することにより、拡張性を維持しつつ、柔軟な装置構成の変更が可能となっている。また、経路検索転送部の負荷分散を実現しつつ、高機能処理を要するパケットのみを特定の経路検索転送部に送信することによって、経路検索転送部における処理を実現することを可能としている。これによって、高機能処理部を要しないことによるコストの低減と、経路検索転送部で処理を実現することによる高速化を得ることができる。

本特許の第2の実施例を示す。本実施例の基本構成は図７で示される。

集中分散型アーキテクチャから成る中継装置は、回線収容部と経路検索転送部の増設・削減が独立に実施できるという特徴をもつ。そのため、経路検索転送部の検索転送能力と比較して、回線収容部が収容できるポートからの入力がはるかに多い場合も想定される。本方式では、そのような場合においても、最大限有効な転送を実現することを目的としたものである。

本実施例では、実施例１の装置の経路検索転送部と、管理用プロセッサ部と、回線収容部のうちネットワークポートと送信パケット転送部とを有し、さらに、以下に示す回線収容部の入力パケット判定部と転送キューバッファとを有する構成を取る。本構成の入力パケット判定部では、実施例１における、入力ポートや入力パケットのヘッダ情報のうちL2、L3の送受信アドレス値と入出力ポート番号を元にした、転送先経路検索転送部の判定機能を有する。

回線収容部の概要を図12に示す。ネットワークポート510よりパケットを受信した回線収容部511aは、入力パケット判定部5110aにて該パケットの廃棄優先度の判定をも行う。該判定は、設定されたポリシーに基づき行われる。一般的には、パケットのQoS情報や、パケットの宛先などから、重要度が高く、優先して転送すべきパケットや制御用パケットと、重要度が低く、必要ならば廃棄してもかまわないパケットとを識別する。この識別結果に基づき、パケット毎に廃棄優先度のパラメータを判定する。該廃棄優先度の値は、その範囲として、複数の値を付加する事が可能であるが、装置によって、その値の上限が設定されることになる。また、複数の値を設定することによって、転送性能にも影響を与えることとなるため、ここでは、廃棄優先度を示すパラメータは1bitで示す。本例での廃棄優先度は0の場合に廃棄を許可せず、1の場合に廃棄を許可するものとする。該判定がなされた、パケットは、該廃棄優先度と共に、転送キューバッファ512aに送信される。

転送キューバッファの構成について図13に示す。転送キューバッファに格納されたパケットは、キューの上位に格納されているパケットから順番に経路検索転送部に送信される。転送が行われると、転送キューバッファ上に格納されている全てのパケットは、１つ上のバッファに順次移動する。転送キューバッファにおいて、入力パケット判定部より受信された入力パケット量が、経路検索転送部への転送能力や経路検索転送部でのパケット処理能力を超えている場合には、転送キューバッファに格納されるパケット量が増加していく。転送キューバッファに格納されているパケットが増加して、転送キューバッファが全て埋まってしまった場合には、廃棄パケットが生じることになる。その際、転送キューバッファに格納されている最後方のパケットが廃棄されることになる。

そこで、入力パケット判定部より受信されたパケットは、廃棄優先度の値に基づき、転送キューバッファに格納される。転送キューバッファに格納されるパケットは、該廃棄優先度に基づいて、その格納される位置が変更される。すなわち、パケットの廃棄優先度が高いほどスタックの後ろのほうに格納され、低いものほど前に格納される形を取る。

さらに具体的な実現の例の一つを示す。この例では、廃棄優先度が0のパケットに関しては、転送キューバッファ上を検索し、格納されている全ての廃棄優先度が0のパケットの一つ下のバッファに格納される。それ以降の廃棄優先度が1のパケットは、それぞれ、一つ後方のバッファに格納される。廃棄優先度が1のパケットに関しては、転送キューバッファに格納された全てのパケットの下のバッファに格納されることとなる。これにより、パケットが転送キューバッファに転送されたときに、転送キューバッファが全て埋まっていた場合、転送されたパケットの廃棄優先度が1の場合はそのまま廃棄される。一方、転送されたパケットの廃棄優先度が０の場合、最後尾の廃棄優先度が1のパケットが優先して廃棄され、もし、転送キューバッファに格納されている全てのパケットの廃棄優先度が０であったならば、転送されたパケットが廃棄されることとなる。これにより、廃棄優先度が1のものが優先して廃棄される形を取ることになる。

もう一つ具体的な実現の方法を示す。この例では、廃棄優先度が0のパケットに関しては、転送キューバッファに格納されているパケットの廃棄優先度に関わらず、特定の位置に格納される形式を取る。廃棄優先度が1のパケットに関しては、転送キューバッファに格納された全てのパケットの一つ下のバッファに格納される点は、先の一つの例と同様である。このとき、転送キューバッファが全て埋まっている状況で、廃棄優先度が1のパケットが転送キューバッファに対して転送された場合、該パケットは廃棄されるが、廃棄優先度が0のパケットが転送キューバッファに対して転送された場合、該パケットが廃棄されることはない。これは、制御用パケットなどの情報は、新しいものほど有用であり、古くなってしまった制御用パケットより、新しいものを優先して送信するべきであるという観点により、廃棄優先度が0のパケットに関しては、転送キューバッファが先に受信し、経路検索転送部に転送されずに残っているパケットから、順に廃棄される形式を取っている。

これにより、パケットの廃棄優先度を判定しての転送が実現される。
この方式を用いて、回線収容部にて廃棄優先度を判定することによって、制御パケットなど、廃棄されると、中継処理に支障をきたすパケットや、パケットロスを許容しない通信を効果的に経路検索転送部に転送することができる。

本特許の第３の実施例を示す。
本実施例では、実施例２と同様に、実施例１の装置の経路検索転送部と、管理用プロセッサ部と、回線収容部のうちネットワークポートと送信パケット転送部とを有し、さらに、以下に示す回線収容部の入力パケット判定部と転送キューバッファとを有する構成を取る。本構成の入力パケット判定部では、実施例１における、入力ポートや入力パケットのヘッダ情報のうちL2、L3の送受信アドレス値と入出力ポート番号を元にした、転送先経路検索転送部の判定機能を有する。

回線収容部の概要を図14に示す。ネットワークポートよりパケットを受信した回線収容部は、入力パケット判定部にて該パケットの転送優先度の判定を行う。該判定は、設定されたポリシーに基づき行われる。一般的には、パケットのQoS情報や、パケットの宛先などから、重要度が高く、優先して転送すべきパケットや制御用パケットと、重要度が低く転送を遅らせてもかまわないパケットとを識別する。この識別結果に基づき、パケット毎に転送優先度のパラメータを判定する。該転送優先度の値は、その範囲として、複数の値を付加する事が可能であるが、装置によって、その値の上限が設定される。本実施例では転送優先度が0〜3の2bitの値を取るものとする。本例での転送優先度は、その数字が小さいものほど優先的に転送が行われるものとする。該判定がなされた、パケットは、該転送優先度と共に、転送キューバッファに送信される。

転送キューバッファの構成について図15に示す。本方式では、複数の転送キューバッファを有しそれぞれに経路検索転送部への転送優先度が設定されている。本方式では、パケットは0〜3の2bitの転送優先度を有しており、転送キューバッファも同様に４つの転送優先度が設定されているものとする。

転送キューバッファから経路検索転送部へのパケットの転送方法のひとつとしては、転送優先度が高い転送キューバッファから行われ、転送優先度の高い転送キューバッファに格納されたパケットが無くなるまで、優先的に経路検索転送部への転送が行われる方法がある。転送優先度の高い転送キューバッファにパケットが無くなると、次に転送優先度の高い転送キューバッファに格納されたパケットの転送を行う。これにより、転送優先度の高いパケットから、優先的に経路検索転送部にパケットが送信されることとなる。

転送キューバッファから経路検索転送部へのパケットのもう一つの転送方法としては、転送優先度に応じて各転送キューバッファからの転送の頻度に重み付けを行う方式も存在する。つまり、例として、10回の経路検索転送部へのパケットの転送において、0番の転送キューバッファからは4回、1番の転送キューバッファからは3回、2番の転送キューバッファからは2回、3番の転送キューバッファからは1回の転送を行うような方式である。

入力パケット判定部より転送されたパケットの転送キューバッファへの格納方法の一つの例を示す。パケットは該パケットが有する転送優先度に基づき、転送キューバッファに振り分けて格納される。本例では、パケットはその転送優先度の値と同じ番号の転送キューバッファに転送され、該転送キューバッファに格納されているパケットの後ろに格納される。転送キューバッファが全て埋まっていた場合、転送されたパケットは廃棄される。

もう一つの例では、転送されたパケットは、転送優先度の値と同じ番号の転送キューバッファに格納されているパケットの後ろに格納されるが、転送される転送キューバッファが全て埋まっていた場合、パケットは本来転送される転送キューバッファより1つ大きな番号の転送キューバッファの一番上に格納され、該転送キューバッファに格納されていたパケットは順番に一つずつ番号がずれる。もし、転送キューバッファに転送されたパケットの転送優先度が最大で、その転送優先度の番号の転送キューバッファが全て埋まっていた場合、該パケットは廃棄される。転送されたパケットの転送優先度の番号の転送キューバッファと、1つ大きな番号の転送キューバッファの双方が全て埋まっていた場合、転送されたパケットは1つ大きな番号の転送キューバッファの一番上に格納され、該転送キューバッファに格納されていたパケットは全て1つずつ下にずれる。このとき、最後尾に格納されていたパケットは、さらに1つ大きな番号の転送キューバッファが、存在する場合にはその転送キューバッファの一番上に格納され、存在しない場合には該パケットは廃棄される。同様に、他の転送キューバッファも埋まっていた場合、該転送キューバッファの最後尾にあったパケットは、さらに番号の大きな転送キューバッファに格納されていき、最大の番号の転送キューバッファの最後のパケットのみが廃棄される。

以上の方式を用いることにより、回線収容部から経路検索転送部への転送優先度を判定しての転送が実現される。
本方式により、転送優先度が高く、高速に転送される必要がある制御パケットや、遅延の少なさが要求されるパケットなどを優先的に経路検索転送部に転送することが可能と成るという効果を得る。

本特許の第４の実施例を示す。
本実施例では、実施例２及び実施例３と同様に、実施例１の装置の経路検索転送部と、管理用プロセッサ部と、回線収容部のうちネットワークポートと送信パケット転送部とを有し、さらに、以下に示す回線収容部の入力パケット判定部と転送キューバッファとを有する構成を取る。本実施例の回線収容部に関する詳細を図に示す。本構成の入力パケット判定部では、実施例１における、入力ポートや入力パケットのヘッダ情報のうちL2、L3の送受信アドレス値と入出力ポート番号を元にした、転送先経路検索転送部の判定機能を有する。

回線収容部の概要を図16に示す。ネットワークポートよりパケットを受信した回線収容部は、入力パケット判定部にて該パケットの廃棄優先度及び転送優先度の判定を行う。該判定は、設定されたポリシーに基づき行われる。パケットのQoS情報や、パケットの宛先から、重要度が高く、優先して転送すべきパケットと、重要度が低く転送を遅らせてもかまわないまたは廃棄してもかまわないパケットとを識別する。この識別結果に基づき、パケット毎に廃棄優先度及び転送優先度のパラメータを判定する。本実施例では廃棄優先度が0か1の1bitの値を、転送優先度が0〜3の2bitの値を取るものとする。本例での廃棄優先度は0の場合に廃棄を許可せず、1の場合に廃棄を許可するものとし、転送優先度は、その数字が小さいものほど優先的に転送が行われるものとする。該判定がなされた、パケットは、該廃棄優先度及び転送優先度と共に、転送キューバッファに送信される。

転送キューバッファの構成について図17に示す。本方式の転送キューバッファはその転送優先度に応じて複数のバッファを有する。本方式では、転送優先度を2bitで示しており、転送キューバッファも同様に４つ保持している例を示すが、転送キューバッファの数は必ずしも、転送優先度が有する値の個数と同等である必要はない。複数の転送キューバッファは、それぞれ、経路検索転送部への転送の優先度が設定されている。

転送キューバッファから経路検索転送部へのパケットの転送方式としては、転送優先度が高い転送キューバッファから転送し、転送優先度の高い転送キューバッファに格納されたパケットが無くなるまで、優先的に経路検索転送部への転送が行う方式が存在する。転送優先度の高い転送キューバッファにパケットが無くなると、次に転送優先度の高い転送キューバッファに格納されたパケットの転送を行う。これにより、転送優先度の高いパケットから、優先的に経路検索転送部にパケットが送信されることとなる。

転送キューバッファから経路検索転送部への、別のパケットの転送方式としては、転送優先度の高い転送キューバッファから、転送優先度が低い転送キューバッファまで、全ての転送キューバッファから、転送しつつ、その転送の頻度に重み付けを行うことで、転送を実行する方式が存在する。

廃棄優先度の値は、パケットを転送キューバッファのどの位置に格納するかを変化させる。具体的には、パケットを格納する転送キューバッファ内において廃棄優先度を検索し、廃棄優先度が高いパケットより、廃棄優先度が低いパケットが、上位に位置するように格納する方法と、該転送キューバッファに一定数以上のパケットが格納されていて、格納するパケットの廃棄優先度が低い場合に、特定の位置にパケットを格納し、それ以下のパケットを一つ下のバッファに格納する方法とが存在する。いずれの場合も、該転送キューバッファが全て埋まっている状態においては、転送キューバッファの最後に位置するパケットが、廃棄されることとなる。

この方式では、どの転送キューバッファにパケットを格納するかを転送優先度で選択し、該転送キューバッファにパケットを格納する際の位置を、廃棄優先度で選択している。このように、本方式では、廃棄優先度と転送優先度という2つの優先度を判定し、該2つの優先度の転送キューバッファへの格納の仕方に対して異なる反映方法を用いることで、それぞれを単体で反映する場合より、詳細な転送及び廃棄の管理を実施することが可能となっている。

本特許の第５の実施例を示す。
本実施例では、実施例１と同様の構成を有し、加えて、回線収容部では、実施例４の入力パケットに対する廃棄優先度及び転送優先度を判定する。回線収容部の詳細を以下に示す。

回線収容部は図１8の構成を有する。入力パケット判定部における判定では、入力パケットが特定の経路検索転送部にて処理を行う必要があるパケットであるかどうかの判定を行い、経路検索転送部の負荷分散を目的とした転送を行う。また、該パケットに廃棄優先度及び転送優先度のパラメータを付加する機能を有する。これらの機能を実現するための詳細は、実施例１および実施例４の機能と同様である。このとき、これらの機能を実現するために行う判定は、同時に行うことが可能である。これによって、入力パケット判定部における、検索で、実施例１及び実施例４における効果を得ることを目的とする。

入力パケット判定部における検索では、入力パケットにパターンマッチングを行うことで、該パケットが特定の経路検索転送部にて処理を行う必要があるパケットであるかどうかの判定を行う。該判定により、特定の経路検索転送部にて処理を行う必要があると判定されたパケットは、ポリシーにより、廃棄優先度及び転送優先度が設定される。特定の経路検索転送部に手処理を行う必要が無いパケットであると判定されたパケットは、ヘッダ情報から、そのパケットの廃棄優先度と転送優先度を判定すると共に、入力されたポートやL2、L3の送受信アドレス値や入出力ポートの情報を元に、転送先の経路検索転送部の判定を行う。

このように、実施例１及び実施例４における判定を同時に行うことにより、本構成では、これらの判定を個別に行った場合より、効率の良い判定が実現できる。

本発明は一般的に、ネットワーク上にある中継装置のパケット転送方法に利用できる。

分散型ネットワーク中継装置の概要。 分散型ネットワーク中継装置の経路検索転送部。 集中型ネットワーク中継装置の概要。 集中型ネットワーク中継装置の経路検索転送部。 高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置の概要。 集中分散型ネットワーク中継装置の概要。 本特許の集中分散型ネットワーク中継装置の概要。 本特許の集中分散型ネットワーク中継装置の回線収容部。 本特許の集中分散型ネットワーク中継装置での制御用パケットの転送。 本特許の集中分散型ネットワーク中継装置でのリングプロトコルの利用。 本特許の集中分散型ネットワーク中継装置での経路検索転送部。 廃棄優先度を付加する機能を有する回線収容部。 廃棄優先度に対応した転送キューバッファ。 転送優先度を付加する機能を有する回線収容部。 転送優先度に対応した転送キューバッファ。 廃棄優先度と転送優先度を付加する機能を有する回線収容部。 廃棄優先度と転送優先度に対応した転送キューバッファ。 特定パケットの判定及び廃棄優先度と転送優先度に対応した転送キューバッファ。

符号の説明

１……分散型ネットワーク中継装置
１０……分散型ネットワーク中継装置のスイッチモジュール
１１……分散型ネットワーク中継装置の経路検索転送部
１１０……分散型ネットワーク中継装置のプロセッサモジュール
１１１……分散型ネットワーク中継装置のアドレスバッファ
１１２……分散型ネットワーク中継装置のパケット転送部
１１３……分散型ネットワーク中継装置のパケットバッファ
１２……分散型ネットワーク中継装置の回線収容部
２……集中型ネットワーク中継装置
２０……集中型ネットワーク中継装置の経路検索転送部
２００……集中型ネットワーク中継装置のプロセッサ部
２０１……集中型ネットワーク中継装置のアドレスバッファ
２０２……集中型ネットワーク中継装置のパケット転送部
２０３……集中型ネットワーク中継装置のパケットバッファ
２１……集中型ネットワーク中継装置の回線収容部
３……集中分散型ネットワーク中継装置
３０……集中分散型ネットワーク中継装置の経路検索転送部
３１……集中分散型ネットワーク中継装置の回線収容部
４……高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置
４０……高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置の高機能パケット処理部
４１……高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置のルーティングマネージャー
４２……高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置の回線収容部
４３……高機能パケット処理部搭載集中分散型ネットワーク中継装置のクロスバスイッチ
５……本特許の構成における集中分散型ネットワーク中継装置
５０……経路検索転送部
５００……プロセッサ部
５０１……アドレスバッファ
５０２……パケット転送部
５０３……パケットバッファ
５１……回線収容部
５１０……ネットワークポート
５１１……パケット送受信部
５１１０……入力パケット判定部
５１１１……送信パケット転送部
５１２……転送キューバッファ
５１２０……キュー
５１３……判定用バッファ
５２……管理用プロセッサ部
６……リングを構成する中継装置。

Claims (8)

1. 複数の回線収容部と、該複数の回線収容部のそれぞれと１対１接続された複数の経路検索転送部とを有するパケット転送装置であって、
   上記複数の回線収容部のそれぞれは、入力されたパケットに含まれるフローで共通する情報に対してＨＡＳＨ関数を適用して得られるＨＡＳＨ値による識別結果に基づいて上記複数の経路検索転送部のうち予め定められた経路検索転送部に上記パケットを転送し、
   さらに、上記複数の回線収容部は、特定の制御パケットが入力された場合は、上記複数の回線収容部のいずれから入力した場合も、特定の一の経路検索転送部に転送することを特徴とするパケット転送装置。
2. 請求項１記載のパケット転送装置であって、
   上記複数の回線収容部のうち少なくともいずれか一つは、上記入力されたパケットの識別結果に基づいて、該パケットに廃棄優先度を設定し、上記経路検索転送部への転送をする際に輻輳を検出した場合には、上記廃棄優先度に従って該パケットを廃棄するか否かを判定することを特徴とするパケット転送装置。
3. 請求項１記載のパケット転送装置であって、
   上記複数の回線収容部のうち少なくともいずれか一つは、上記入力されたパケットの識別結果に基づいて、該パケットに転送優先度を設定し、上記経路検索転送部への転送をする際に輻輳を検出した場合には、上記転送優先度に従って、該パケットを優先的に転送するか否かを判定することを特徴とするパケット転送装置。
4. 請求項１記載のパケット転送装置であって、
   上記特定の制御パケットはリングプロトコルに準拠する制御パケットであることを特徴とするパケット転送装置。
5. 請求項４記載のパケット転送装置であって、
   上記リングプロトコルに準拠する制御パケットは接続監視用パケットであることを特徴とするパケット転送装置。
6. 請求項１記載のパケット転送装置であって、
   上記特定の経路検索転送部及び上記他の経路検索転送部は、それぞれ入力されたパケットの宛先解決処理を行い、
   上記特定の経路検索転送部は、さらに、他の上記経路検索転送部とは異なる処理として、上記宛先解決処理以外の検索処理を行うことを特徴とするパケット転送装置。
7. 請求項６記載のパケット転送装置であって、上記特定の経路検索転送部を複数備え、冗長的に構成され、一の上記特定の経路検索転送部の障害発生時は、他の上記特定の経路検索転送部が代替して上記検索処理を行う、ことを特徴とするパケット転送装置。
8. 請求項１記載のパケット転送装置であって、
   上記特定の制御パケットは、少なくとも２種類の制御用パケットのいずれかであって、
   上記制御用パケットの転送先が、上記少なくとも２種類の制御用パケットの間で、異なる上記特定の経路検索転送部である、ことを特徴とするパケット転送装置。

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