JP2000078203A - パケットル―タ - Google Patents
パケットル―タInfo
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- Signal Processing (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
Abstract
トスイッチ(ルータ)を実装する。 【解決手段】 複数のルーティングスライスの間で制御
を拡散する。各スライスは小規模でスタンドアロン型の
ルータであり、これは他のスライスと自律的または協調
的のいずれかで動作することができる。後者の場合、他
のスライスとともに、スライスはスケーラブルなルータ
を形成する。大バンド幅相互接続によって、データグラ
ムがスライスの間を容易にルーティングできることが可
能になる。従って、1つのスライスに入るデータグラム
は別のスライスに向かって出る。外部接続を獲得する1
つの方法として、TSIを用いるものがある。
Description
ットスイッチ(ルータ)を実装する装置および方法に関
する。
タは、IPヘッダにより指定されるあて先へとパケット
をスイッチングするパケットスイッチングシステムであ
る。多数のソースを多数の中間および最終のあて先へと
スイッチングし、典型的なIPパケットがルーティング
される中間ノードの数を最小化するために、非常に大規
模なルータを備えることが望ましい。これらのノードの
数を最小化することにより、システムのコストを減ら
し、ソースからあて先へとIPデータグラム(パケッ
ト)を伝送する際の遅延を減らすことができる。
示す図である。ネットワークアクセスリンクノード1は
ルータに対して外部との入力/出力を与える。ネットワ
ークアクセスリンクノード1はそれぞれ、プロセッサ6
およびローカルルーティングテーブル5においてローカ
ルインテリジェンスを備える。このテーブルはキャシュ
に記録される。ルータの全体のルーティングテーブルは
データベースサーバ7からなる中央化ルーティングテー
ブルデータベース4において保持される。このルータの
ルーティング動作を以下の(1)〜(4)に示す。
えば、フレームリレー接続)を介してデータグラムが到
来し、そのIP(あて先)アドレスがローカルルーティ
ングテーブルにおいて検索される。 (2)もしエントリを見つけた場合、データグラムがル
ーティングされる。ここで、出物理的接続は、あて先ノ
ードまたは中間ノードへと向けられ、同じリンクノード
上にあるべきである。 (3)もしエントリを見つけることができなかった場
合、データグラムのあて先IPアドレスは、中央化ルー
ティングテーブルデータベースノードへと送られ、そこ
で検索が行われる。入データグラムを受信したリンクノ
ードが適切な出パスへの物理的接続を持っていれば、そ
のデータグラムのアドレスは必要なルーティングテーブ
ル更新情報とともに戻される。この情報がキャッシュか
ら除去されない限り、この更新されたリンクノードはこ
の同じあて先IPアドレスでデータグラムを自律的(オ
ートノマス)にルーティングする。 (4)もしルーティング情報を利用可能でない場合、デ
ータグラムは別のルータ(デフォルトデータ)へと送ら
れる。
たアーキテクチャは実装が比較的簡単で、制限内では有
効であることを認識した。しかし、性能に関する制限が
幾つかある。このような制限の一部として以下のものが
ある。
ング能力が制限されている。1つのリンクノード上に入
るデータグラムは別のノードへと容易にルーティングさ
れることはできない。外部のデータグラムリンクを取り
入れることができるが、そのように加えた接続性はコス
ト的に許されないものとなってしまう。 (2)特定の種類の重負荷(例えば、ノードへと入り多
くのランダムなあて先へと向かうようなトラフィック)
では、中央化したルーティングテーブルデータベースお
よび/またはそれをリンクノードへと接続するバスは性
能上のボトルネックとなってしまう。従って、大きな遅
延が発生してしまう。この種の動作はリアルタイムのア
プリケーション(例えば、インターネットテレフォニ
ー)に対して許されないものである。
タに対して良いアーキテクチャがないという欠点があっ
た。
ルータ」を実装することができる。複数のルーティング
「スライス」(ユニット)の間で制御を拡散する。各ス
ライスは小規模でスタンドアロン型のルータであり、こ
れは他のスライスと自律的または協調的のいずれかで動
作することができる。後者の場合、他のスライスととも
に、スライスはスケーラブルなルータを形成する。
造する5ESS(登録商標)スイッチによって利用可能
な大バンド幅相互接続によって、データグラムがスライ
スの間を容易にルーティングできることが可能になる。
従って、1つのスライスに入るデータグラムは別のスラ
イスに向かって出る。5ESS(登録商標)スイッチに
おいて外部ルーティング接続を獲得する1つの方法とし
て、TSIを用いるものがある。
ライスが集合的に、ルーティングモジュールを形成す
る。この実施例では、ルーティングモジュールは1つの
全体のコントローラ、スイッチングモジュールプロセッ
サを有する。ルーティングスライスはタイムスロットイ
ンターチェンジ(TSI)ユニット内で相互接続され
る。1つの大規模ルータを形成する複数のモジュール
は、通信モジュールにおいて時間多重化スイッチにより
相互接続された個々のモジュールのTSIを有する。こ
の構成によって、非常に大規模ルータを形成するため
に、複数のルーティングモジュールの間の柔軟性のある
接続が可能となる。
タスライスは直接の高速相互接続によって相互接続する
ことができ、このような構成により、相互接続されたス
ライスのTSIから相当な負荷を除くことができる。こ
の特徴は、異なるスイッチ上のルータスライスを相互接
続するのに用いることができ、従って、大規模なトラフ
ィック量がスイッチ境界を横断するのを可能にし、複数
のスイッチが1つの大規模ルータとして有効に機能する
ことを可能にさせる。
ングテーブルをスライスへと分配し(中央化テーブルを
保持する必要はなくなる)、および5ESS(登録商
標)スイッチのような大規模デジタルスイッチの遍在性
(ubiquitous)リンク間接続に任せることによって、中央
化ルータ問題をなくすことができる。図2は、大規模ル
ータの一部のアーキテクチャの図である。2つのルータ
スライス201のみを1つのスイッチモジュール(S
M)200内に示したが、TSIユニットのルータスラ
イスおよび非ルータスライスの間に複数の相互接続が存
在することに留意されたい。この例では、その相互接続
は、スイッチのTSI経由、およびATMリンクのよう
なスライス間リンク経由である。
ータベースへとデフォルトルーティングテーブルがロー
ドされ、各スライスを制御する。また、スピードを増す
ため、データグラムを直接ルーティングするために特殊
なハードウェアを用いることができる。このハードウェ
アはデータベースを離れて直接機能する。スライスは、
中央化制御によって(例えば、5ESS(登録商標)に
おいては通信モジュールプロセッサ(CMP)はスライ
スに関するグローバルな情報を保持することができ
る)、あるいは分散制御によって(例えば、各スライス
はどのような他のスライスが大規模ルータにて存在する
かのような情報を周期的に要求するメッセージをブロー
ドキャストすることができる)のいずれかによってお互
いの存在に関して認識する。
イスがお互いを知るようにできる。例えば、データグラ
ムが到来し、スライスがこのデータグラムのあて先を知
るような他のスライスが存在するか知りたいと欲する場
合である。最終的に、スライスは「関心事のルータの群
(community of interest router)」を形成することがで
きる。すなわち、幾つかのスライスは1つの大規模ルー
タを形成することができ、他の幾つかは別のものを形成
することができる等々である。別の言い方をすれば、複
数のルータを5ESS(登録商標)スイッチ内で構築す
ることができる。
203はスイッチモジュール(SM)200の1もしく
は複数のスライスを制御することができる。これらのス
ライスはお互い認識しているようにできるがそれは必要
ではない。もしお互い認識している場合、スライスは大
規模(分散)ルータの一部を形成する。そうでない場
合、複数のより小規模のルータを1つのスイッチモジュ
ール(SM)200または1つのスイッチ210内で形
成することができる。このコンセプトは、スパンが1も
しくは複数のスイッチである複数の大規模ルータを越え
て拡張することができる。
ば、独立的または協調的のいずれかで複数の通信メカニ
ズムを用いることができる。これを以下で説明する。
部でパスを形成することができ、お互い通信ができる。 ・スライスは外部のデータハイウェイ205,206ま
たは209(すなわち、SONETリング、ATM等)
を介して通信することができる。 ・あるスライスが別のスライスと通信する必要があると
きにおいて通信パスが「最適」であるような内部負荷バ
ランシングロジック決定とともに両方のメカニズムを用
いることができる。
よって、データグラムはあるスライスと別のスライスに
送られる場合の低いデータグラム遅延、オンデマンドル
ーティングテーブルアップデートにおける低い遅延、信
頼性の向上を確実にする。(1つのパスが故障した場
合、動的負荷バランシングメカニズムが、データグラ
ム、管理情報等を残りのパスを用いて自然とルーティン
グさせる。)
モジュールは1つのTSI213を有する。このTSI
213は、ルータスライスがお互いおよび外部設備とで
相互接続するように機能する。通信モジュール207に
より相互接続されたスイッチ210内の異なるスイッチ
モジュール(SM)200のTSIは、空間分割スイッ
チ(時間多重化スイッチ)である。
CM相互接続は、ルータスライス201の間の直接の相
互接続により増大される。図2には、このような相互接
続を3つ示した。すなわち、モジュール内相互接続20
5,モジュール間相互接続206,スイッチ間相互接続
209である。これらの高速直接相互接続は、TSIと
CM、あるいはスイッチ間相互接続209の場合にはス
イッチ設備において、ボトルネックを緩和する。
詳細を示した。入インタフェース221は TSI21
3から入力を受け取り、これら入力を共通の高速バス2
25へと渡す。高速バス225は出インタフェース22
3を介してTSI213へと出力を供給する。外部ルー
タインタフェース227は高速バス225をスライス間
リンク205とスライス間リンク206のうちの1つと
つなぐ。ルータスライスはCPU204により制御さ
れ、これはRAM/ROM229に記憶されたルーティ
ング情報にアクセスすることができ、バッファ231に
記憶したデータグラムの内容にアクセスすることができ
る。
Intel社から製造されているFLASH(登録商標)メ
モリのような(EEPROM)がよく、これによりRO
Mの内容を変更できるようにすることができる。前述し
たルーティングのための特殊なハードウェアである高速
ルーティングプロセッサ233は、RAM/ROM22
9に記憶されたルーティング情報に基づいてバッファ2
31のロードとアンロードを制御する。
モジュールプロセッサ(SMP)203により与えら
れ、これはスイッチモジュール200内の全てのルータ
スライスを制御する。スイッチモジュールプロセッサ
(SMP)203は、SMPインタフェース222を介
してCPU204と通信する。RAM/ROM229の
大量更新に対しては、SMPインタフェース222への
直接へのリンクを用いることができるが、これはルータ
の動作時において、通常用いられない。
を示す。リンク209上の2つのスイッチの間のデータ
フローは、光リンクのような非常な高速なリンクとする
ことができる。異なるモジュール上のルータスライスは
高速リンク206により相互接続され、これは通信モジ
ュール207にもつながれる。同じスイッチングモジュ
ール上のスライスをローカル高速リンク205より相互
接続することもできる。図2,3に示した構成の目的
は、外部から1つの大規模ルータとして見えるような複
数のエンティティを作ることである。
実現する方法を示してある。スライスがデータグラムを
受信する(400)。スライスは、巡回冗長検査法のよ
うなカプセル化情報からデータグラムを抽出する(図
4.401)。スライスは自身のメモリから論理あて先
アドレスをルックアップする(403)。スライスは論
理アドレスを有するかどうかを判断するのにテストを行
う(405)。
ば、スライスがあて先へと直接接続されているかどうか
を判断する(406)。もしスライスがあて先へと直接
接続されていれていれば、データグラムは接続している
物理リンクへと直接ルーティングされる。もしスライス
が直接接続されていなければ(テスト406の否定結
果)、データグラムは最終あて先の物理アドレスを有す
るような別のスライスへとルーティングされる(51
5)。
7が実行される。もしルーティングスライスが、そのル
ーティングメモリ内にあて先の論理アドレスを記憶され
ていなければ、そのルーティングスライスはそれが所属
する大規模ルータの全てのスライスへとアドレスクエリ
ーをブロードキャストする(407)。クエリーに対す
る応答としてあて先アドレスを見つけたことを示すもの
があるかどうかをテストする(409)。もしそうでな
ければ、データグラムはデフォルト外部ルータへと送ら
れる(411)。
合、1つの応答を受けたのか複数の応答を受けたのか判
断するテストを行う(図5の501)。もし複数の応答
を受けた場合、これらの応答は最良のものからそうでな
いものへと並び替えられ、ルーティングテーブルが更新
される(503)。テスト501の否定結果の後、ある
いは503を完成させた後のブロック505は、最良の
ルーティングパスを選択する。
ことができる。すなわち、 (1)そのルーティングテーブル内に論理あて先アドレ
スを有するルーティングスライスにおいて短い遅延の方
が長い遅延より望ましい。 (2)あて先ルータへと直接接続されるルーティングス
ライスの方が中間ルータに関して接続されたのより望ま
しい。 (3)低いトラフィック負荷のルーティングスライスの
方が高いノードのルーティングスライスより望ましい。
(実地)の経験によって行われる。これらの基準のいず
れかにおいて極端になると、極端なケースを「最良」の
ルーティングパスとして選んでしまう。その並び替えら
れた結果は、次のルーティングの試みがより効果的に行
われるように記憶される。テスト507はスライスがあ
て先への直接物理リンクを有するかどうかを判断するの
にテストを用いる(507)。
っていれば、そのスライスのルーティングテーブルはこ
のリンクを記憶するように変更され、同じあて先に対す
るその後のデータグラムがこのスライスのルーティング
テーブルにて見つかるようにされる(509)。データ
グラムはそのあて先へとルーティングされる(51
1)。もしスライスがあて先へと物理リンクを持ってい
なければ(507の否定結果)、データグラムは最良の
ルートを有するスライスへと送られる(513)。
クチャと比べて以下のような幾つかの利点がある。 (1)多くのスライスへのルーティングテーブルの分配
は、大規模ルータが大きなサイズのルーティングテーブ
ルを使うことを可能とする。このテーブルのコンポーネ
ントはスライスの間でオンデマンドに交換される。例え
ば、もしスライスがルーティング情報を持たないデータ
グラムを受信すると、ルーティング情報のために他の全
てのスライスへと(ブロードキャストメッセージによっ
て)問い合わせる(クエリーする)ことができる。デフ
ォルトルーティングテーブルをスイッチモジュールプロ
セッサ(SMP)2に記憶することができるが、全体の
ルーティングテーブルはCMのプロセッサ(あるいは他
の中央位置)にて記憶することができ、スライスは大規
模ルータの残りを初期化するのに用いることができる。
のアクセスにおいてボトルネックがなくなる。
って、動的負荷バランシング(dynamic load balancing)
を可能にする。例えば上述のように、スライスはそれが
持っていないルーティング情報を大規模ルータにおける
全ての他のスライスに対して問い合わせることができ
る。もし複数のスライスが応答すれば(あて先への複数
のパスがあれば)、その応答をそのクエリーを発してい
るスライスはサービス品質(QOS)に関して並び替え
ることができ、出あて先リンクへの「最適」パスを決定
することができる。
する。サービスしていない出リンクないし出スライスに
関する情報を用いて、「最適」パスを決定することがで
きる。なぜなら、機能不全なリンクないしスライスによ
って、スライスの間の「最適」パスの(動的な)再構成
を得られるからである。
かの高速相互接続を備えるように、幾つかの5ESS
(登録商標)スイッチをまたがって分配することができ
る。従って、大規模ルータは1つのモノリシックなエン
ティティとして表れるにもかかわらず、大規模ルータを
物理的に分配することができる。
入るデータグラムは、幾つかのデータを介して、他のい
ずれのスライスへとルーティングされることができる。
従って物理的接続性において拡張がなされる。幾つかの
スライスが物理的あて先接続性を備えれば、大規模ルー
タは動的負荷バランシングによって、最適な内部ルート
を選択することができる。物理的接続性の増強および大
規模ルータのその内部データパスに対する動的再構成の
増強によって、多数の代替ルーティングパスを提供する
ことによりシステムの信頼性を向上させることができ
る。
とによって、非常に大きなルーティングテーブルを分配
された方式で用いることができる任意の大きさのルータ
を作ることを可能にする。このルータの性能上の制限
は、接続性(connectivity)のバンド幅とローカル処理能
力のみによって制限される。(例えば、もしスライスの
ルーティングがソフトウェアではなくカスタムハードウ
ェアによってなされたならば、スライスは、より多くの
インターネットリンクにアクセスでき、より大きなルー
ティングテーブルを用いたりできる。)内部負荷バラン
シングは性能を増強するだけでなく、耐故障性を増強
し、信頼性を向上させることにも貢献する。スライスは
5ESS(登録商標)スイッチ内に複数のルータを形成
するように構成させることができる。
成。
を示すブロック図。
るか? 407 物理リンクへと直接ルーティング 408 全スライスに問い合わせをブロードキャスト 409 あて先アドレスを見つけたか? 411 外部ルータへとデータグラムを送る 501 複数の応答があったか? 503 応答を獲得し、最良から最悪へと並び替え、T
BLを更新 505 最良ルーティングパスを選択 507 スライスはあて先への物理的リンクを有するか
? 509 スライスがあて先へとルーティングするように
ルーティングテーブルを変更 511 データグラムをあて先へと送る 513 「最良」ルートを有するスライスへとデータグ
ラムを送る 515 最終あて先の物理アドレスを有するであろうス
ライスへとデータグラムを送る
Claims (10)
- 【請求項1】 (A)複数のルータスライスと、 (B)前記ルータスライスをお互い接続する手段とから
なるパケットルータであって、 前記ルータスライスはそれぞれ、不完全なルーティング
情報を有し、 前記接続する手段(B)は、前記ルータスライスへとル
ーティング要求およびルーティング応答状況を送信する
手段を有し、 前記ルーティングスライスのそれぞれは、パケットを受
信しスイッチングし送信する手段を有することを特徴と
するパケットルータ。 - 【請求項2】 前記接続する手段(B)は、複数のパケ
ットスイッチへと接続されている1もしくは複数個の時
間スロットインターチェンジユニット(TSI)を有す
ることを特徴とする請求項1記載のパケットルータ。 - 【請求項3】 前記TSIユニットをお互い接続する少
なくとも1つの通信モジュール更に有することを特徴と
する請求項2記載のパケットルータ。 - 【請求項4】 前記通信モジュールは時間多重化スイッ
チからなることを特徴とする請求項3記載のパケットル
ータ。 - 【請求項5】 前記接続する手段(B)は、それぞれが
パケットスライスの対をお互い接続する複数のバスから
なることを特徴とする請求項1記載のパケットルータ。 - 【請求項6】 パケットスライスは、そのメモリー内に
ルーティング情報がない場合に、他のパケットスライス
へとルーティング情報の要求をブロードキャストするこ
とを特徴とする請求項1に記載のパケットルータ。 - 【請求項7】 前記複数のルーティングスライスは、複
数のスイッチングシステムにわたって分散されているこ
とを特徴とする請求項1に記載のパケットルータ。 - 【請求項8】 前記複数のルーティングスライスのそれ
ぞれは、ルーティングプロセッサ手段からなることを特
徴とする請求項1記載のパケットルータ。 - 【請求項9】 前記ルーティングプロセッサ手段は、特
殊化ルーティングハードウェアを用いる高速プロセッサ
からなることを特徴とする請求項8記載のパケットルー
タ。 - 【請求項10】 各ルータスライスは、全体制御プロセ
ッサと通信するインタフェースからなることを特徴とす
る請求項1記載のパケットルータ。
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