JP2000232470A - スイッチングハブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全てのポートに対する送信が一時停止してし
まう確率を下げ、ネットワーク全体としてのスループッ
トを向上させるスイッチングハブを提供する。 【解決手段】 ＬＡＮにフレームを送受信する複数のポ
ート１０８ａ〜１０８ｄと、受信したフレームの宛先ア
ドレスから転送先を判定するアドレス検索部１０３と、
判定した転送先にフレームのデータを転送する転送制御
部１０５ａ〜１０５ｄと、そのフレームのデータをポー
ト別に一時的に格納するバッファ１０６ａ〜１０６ｄ
と、このバッファ内に蓄積されるデータの蓄積量を監視
してフロー制御を行う監視部１０１とを備えたスイッチ
ングハブにおいて、前記監視部１０１は、データ蓄積量
の監視に複数の敷居値Ｓ，Ａ，Ｂ，Ｃを用い、データ蓄
積量が超えた敷居値に応じて異なるフロー制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フロー制御を行う
スイッチングハブに係り、特に、全てのポートに対する
送信が一時停止してしまう確率を下げ、ネットワーク全
体としてのスループットを向上させるスイッチングハブ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、スイッチングハブは、ネットワー
クの帯域を容易に拡張可能なＬＡＮ器機として注目され
ている。スイッチングハブは、所定のポート速度を維持
したまま、複数のポート間通信を同時に実現できるもの
で、フレームに格納されているＬＡＮアドレスを読取
り、その端末が接続されるＬＡＮにのみフレーム中継を
行うものである。

【０００３】スイッチングハブの基本動作を図８により
説明する。スイッチングハブ６０１は、複数の入出力ポ
ート（以下、ポートと記す）と、入力ポート（入力に使
用されているポート）と出力ポート（出力に使用されて
いるポート）とを接続するスイッチング部とを持ち、遅
延時間が短く、ポートが重複しない限り複数のポート間
で同時通信が可能な装置である。例えば、ポート１（６
０２）とポート５（６０６）とが、ポート２（６０３）
とポート４（６０５）とが、ポート３（６０４）とポー
ト６（６０７）とがそれぞれ同時に通信可能である。

【０００４】従来のスイッチングハブの内部構成を図９
により説明する。スイッチングハブは、フレームの送受
信の制御を行うポート毎の通信制御ＬＳＩ７０６、ＭＡ
Ｃアドレスとポート番号とを対にして格納するテーブル
を構成するアドレス登録メモリ７０２、受信したフレー
ムの宛先アドレスでアドレス登録メモリを検索して転送
先のポート番号を判定するアドレス検索部７０１、その
転送先へのフレームのデータの転送を制御するデータ転
送制御部７０４、受信又は転送されたフレームのデータ
を一時的に格納するバッファメモリ７０５、フレームの
データを転送するための共有バス７０３を備えている。

【０００５】データ転送制御部７０４は、通信制御ＬＳ
Ｉ７０６が受信したフレームより宛先ＭＡＣアドレスを
抽出すると共に、アドレス検索部７０１に対しアドレス
登録メモリ７０２の検索を依頼し、受信したフレームの
データをバッファメモリ７０５に一時的に格納する。ア
ドレス検索部７０１は、アドレス登録メモリ７０２を検
索することによって転送先ポートを判定し、データ転送
制御部７０４に転送先ポートのポート番号を通知する。
転送先ポートのポート番号の通知を受けたデータ転送制
御部７０４は、バッファメモリ７０５から当該フレーム
のデータを読み出し、共有バス７０３を介して転送先ポ
ートにデータを転送し、この転送先ポートの通信制御Ｌ
ＳＩ７０６は、フレームの送信を開始する。

【０００６】スイッチングハブにおいては、一般に、ス
トア・アンド・フォワードと呼ばれるスイッチング方式
が用いられている。スイッチング方式は、受信フレーム
全体を一時的にバッファメモリに格納した後、送信を開
始する方式であり、エラーフレーム等の判定が可能であ
るため、この方式を採用しているスイッチングハブが最
も多い。

【０００７】図９のスイッチングハブの場合、バッファ
メモリ７０５が送信待ち又は転送待ちのフレームのデー
タで満杯になると、バッファメモリ７０５の容量以上の
データは溢れてしまい、フレームが廃棄されることにな
る。この問題を解決するためには、ネットワーク上を流
れるデータ量を調節するフロー制御が必要となる。

【０００８】図１０を用いて従来のフロー制御について
説明する。

【０００９】スイッチングハブ１４０１は、各ポート共
通のバッファメモリ１４０３を有する。このバッファメ
モリ１４０３には、データ蓄積量が敷居値１４０３ａを
超えたか否かを監視するバッファデータ蓄積量監視部
（以下、監視部という）１４０２が接続されており、こ
の監視部１４０２にはネットワークＩ／Ｆ部１４０５ａ
〜１４０５ｄが接続されている。バッファメモリ１４０
３内に蓄積されているデータの量が敷居値１４０３ａを
超えると同時に、ネットワークＩ／Ｆ部１４０５ａ〜１
４０５ｄが接続されている端末に対し、ネットワークＩ
／Ｆ部１４０５ａ〜１４０５ｄから送信停止命令１４０
６を出力する。送信停止命令１４０６は、送信停止を続
ける固定の時間（送信停止時間）を含んでおり、その時
間が経過すると端末は送信停止が解除となるが、バッフ
ァメモリ１４０１内のデータ量が敷居値１４０３ａより
小さいある値以下に下がるまでは送信停止命令１４０６
が継続して出力される。イーサネット（登録商標）にお
いては、送信停止命令１４０６としてバックプレッシャ
と呼ばれる方式が用いられている。バックプレッシャ方
式は、ジャム（ｊａｍ）信号を意図的に出力して衝突状
況を発生させることによって、送信側（端末）を送信待
機状態にするものである。ただし、この方式は、半二重
（片方向）通信の場合のみに適用され、全二重（双方
向）通信の場合には適用できない。

【００１０】イーサネットの規格を審議するＩＥＥＥ８
０２．３Ｘ委員会において、特殊な制御用フレームを用
いて、全二重通信の場合でもフロー制御を実現できる方
法が既に規格化されている。

【００１１】フロー制御用フレームの構成を説明する。
図１１に示されるように、フロー制御用フレーム８０１
は、宛先アドレス８０２、送信元アドレス８０３、タイ
プ識別領域８０４、フロー制御識別領域８０５、送信停
止時間指定値８０６、予備８０７、ＦＣＳ８０８より構
成されている。フロー制御用フレーム８０１を受信した
器機は、送信停止時間指定値８０６により指定された時
間、送信を停止する。この方式により、バッファがオー
バーフローするのを未然に防ぐと共に。ネットワーク上
のデータ量を適切に保つことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来技術には、以下の
ような問題がある。一般に、スイッチングハブを用いた
ネットワークにおいては、各ポート間の通信が同頻度で
行われることは、皆無に等しく、大抵は、ある特定ポー
ト間の通信に偏る場合が多い。図１２に示されるよう
に、スイッチングハブ１１０１は、スイッチングハブ１
４０１と同様に共通のバッファメモリ１１０２を有す
る。スイッチングハブ１１０１において、ポート１１０
４ａからポート１１０４ｂへの通信、ポート１１０４ｃ
からポート１１０４ｂへの通信、ポート１１０４ｂから
ポート１１０４ｄへの通信（全二重通信）が同時に行わ
れていたとすると、ポート１１０４ａからの通信とポー
ト１１０４ｃからの通信とがポート１１０４ｂにおいて
競合し、ポート１１０４ｂでの伝送容量が限界を越え、
ポート１１０４ｂは全ての通信を処理できなくなり、ポ
ート１１０４ａ及びポート１１０４ｃからのデータはバ
ッファメモリ１１０２に次々と格納されることになる。
すると、バッファがオーバーフローするのを避けるた
め、フロー制御が働き、全てのポートに送信停止命令が
出力される。このため、ポート１１０４ａ及びポート１
１０４ｃのみから端末に送信停止命令を出力すればよい
にもかかわらず、全てのポートから端末に送信停止命令
が出力される。このため全てのポートに対する送信が一
時停止してしまう。また、フロー制御用フレーム８０１
の送信停止時間指定値８０６が固定されているため、必
要以上の送信停止を余儀なくされるポートが生じてしま
い（必要と想定される最も長時間の送信停止時間が指定
してあるため）、ネットワーク全体としてのスループッ
トを低下させてしまう。

【００１３】また、従来のスイッチングハブには、仮想
ＬＡＮに適したフロー制御を行うものがなかった。

【００１４】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、全てのポートに対する送信が一時停止してしまう確
率を下げ、ネットワーク全体としてのスループットを向
上させるスイッチングハブを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ＬＡＮにフレームを送受信する複数のポー
トと、受信したフレームの宛先アドレスから転送先を判
定するアドレス検索部と、判定した転送先にフレームの
データを転送する転送制御部と、そのフレームのデータ
をポート別に一時的に格納するバッファと、このバッフ
ァ内に蓄積されるデータの蓄積量を監視してフロー制御
を行う監視部とを備えたスイッチングハブにおいて、前
記監視部は、データ蓄積量の監視に複数の敷居値を用
い、データ蓄積量が超えた敷居値に応じて異なるフロー
制御を行うものである。

【００１６】あるポートのバッファのデータ蓄積量があ
る敷居値を超えたとき、そのポートのデータから優先的
に転送するフロー制御を行ってもよい。

【００１７】あるポートのバッファのデータ蓄積量があ
る敷居値を超えたとき、そのポートを競合して転送先と
しているポートに接続されたＬＡＮ上の送信機器に対し
て送信停止命令を送信するフロー制御を行ってもよい。

【００１８】仮想ＬＡＮのグループ別に通信頻度を統計
し、その通信頻度に応じてグループ別にフロー制御を行
う通信頻度監視部を設けてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００２０】図１に示されるように、本発明に係るスイ
ッチングハブは、ＬＡＮにフレームを送受信する複数の
ポート１０８ａ〜１０８ｄと、フレームの送受信の制御
を行うポート毎の通信制御ＬＳＩ１０７ａ〜１０７ｄ
と、ＭＡＣアドレスとポート番号とを対にして格納する
テーブルを構成するアドレス登録メモリ１０４と、受信
したフレームの宛先アドレスでアドレス登録メモリを検
索して転送先ポートを判定するアドレス検索部１０３
と、その転送先ポート又は転送先ポートのバッファメモ
リにフレームのデータを転送するポート毎のデータ転送
制御部１０５ａ〜１０５ｄと、フレームのデータの転送
に使用される共有バス１０９と、自ポートで受信したフ
レームのデータ及び自ポートから送信するべく他のバッ
ファメモリより転送されたデータを一時的に格納するポ
ート毎のバッファメモリ１０６ａ〜１０６ｄと、各バッ
ファメモリに蓄積されるデータの量（データ蓄積量）を
複数の敷居値を用いて監視し、ポート別にデータ蓄積量
が超えた敷居値に応じて異なるフロー制御を行うデータ
蓄積量監視部１０１と、仮想ＬＡＮのグループ別に通信
頻度を監視してフロー制御を行う通信頻度監視部１０２
とを備えている。

【００２１】このスイッチングハブは全二重通信を行う
ものであるが、本発明は、半二重通信を行うものにも適
用することができる。

【００２２】図２に示されるように、各ポートに対応す
る４つのバッファメモリ２０１〜２０４について、それ
ぞれ複数の敷居値Ｓ，Ａ，Ｂ，Ｃ（Ｓ＞Ａ＞Ｂ＞Ｃ）が
データ蓄積量監視部１０１に設定されている。図中、
「格納されたフレーム」と記した黒点部の高さがデータ
蓄積量を表している。

【００２３】通信制御ＬＳＩ１０７ａ〜１０７ｄがフレ
ームを受信すると、アドレス検索部１０３は、アドレス
登録メモリ１０４を検索することにより、転送先ポート
を判定し、データ転送制御部１０５ａ〜１０５ｄに対し
て転送先ポートを指示する。このとき、転送されたフレ
ームのデータは、送信の順番待ちのため、一時的にバッ
ファメモリ１０６ａ〜１０６ｄに格納される。バッファ
メモリ１０６ａ〜１０６ｄに蓄積されるデータの量は、
データ蓄積量監視部１０１において複数の敷居値Ｓ，
Ａ，Ｂ，Ｃをもって常時監視される。

【００２４】なお、バッファメモリ１０６ａ〜１０６ｄ
は、図１のように各ポートに分散して設けるのではな
く、各ポート共通のバッファメモリをスイッチングハブ
全体に１個だけ設けてもよい。その場合、格納フレーム
をポート番号に対応させて管理するなどにより、各ポー
トに分散したバッファメモリ１０６ａ〜１０６ｄと等価
的にポート別のバッファとしての機能を持たせることが
でき、図２のように、それぞれのポートのバッファのデ
ータ蓄積量に対して複数の敷居値を設定して本発明を実
施することができる。以下では、スイッチングハブ全体
に１個だけ設けた構成のスイッチングハブを図示する。

【００２５】ここで、図３に示されるように、スイッチ
ングハブ３０１のポート３０４ａに接続される端末３０
５ａは、ポート３０４ｂに接続される端末３０５ｂと通
信を行っている。同様に他のポートでも通信を行ってい
るが、ポート３０４ａで受信したフレームがポート３０
４ｃで受信したフレームに対して、転送先のポート３０
４ｂが同じため競合する。このように競合が起きると、
バッファメモリ３０２のポート３０４ｂに対応するバッ
ファに次々とフレームのデータが格納される。同様に、
端末３０５ｂからポート３０４ｂへ送信されたフレーム
のデータもポート３０４ｂのバッファに格納される。

【００２６】データ蓄積量が敷居値Ｃを超過した場合、
図４に示されるように、敷居値Ｃを超過したポート５０
２のバッファメモリに格納されているデータから優先的
に送信又は転送を行うようにする。図中、「格納される
フレーム」と記した長方形は１フレームのデータを表
し、丸囲み数字は、本フロー制御によって生じる送信又
は転送の優先順序を表している。このようにして、敷居
値Ｃを超過したポート５０２のバッファメモリからデー
タが送出される機会を多くする。図示例では、丸囲み数
字の順序でデータが送出されるので、ポート５０３，５
０４のバッファメモリよりもポート５０２のバッファメ
モリからデータが送出される機会が多いことになる。こ
の一時的な優先度の変更は、データ蓄積量が敷居値Ｃ以
下となるまで継続的に実施する。これにより、ポート５
０２のバッファメモリは送出されるデータが多くなり、
蓄積されているデータが減ることになる。

【００２７】しかし、上記の優先度の変更を行っても、
なお、データ蓄積量の増加を抑えきれず、データが増え
続けることがある。この場合、上記の優先度の変更だけ
では、オーバーフローが起こるおそれがある。そこで、
データ蓄積量が敷居値Ｂ或いは敷居値Ａを超過した場
合、図５に示されるように、競合が発生しているポート
へ転送を行っているポートに対し、送信停止命令を発行
する。図５では、スイッチングハブ４０１のデータ蓄積
量監視部４０２は、バッファメモリ４０３においてデー
タ蓄積量が敷居値Ｂ或いは敷居値Ａを超過した場合、例
えば、ポート４０５ａ，４０５ｃに対して送信停止命令
４０６を発行し、これにより、ポート４０５ａ，４０５
ｃから端末に対して送信停止命令４０６が送信される。
これらの端末が送信を停止することにより、競合が発生
しているポートのバッファメモリは新たに格納されるデ
ータが少なくなり、蓄積されているデータが減ることに
なる。

【００２８】また、本発明では、送信停止命令４０６に
含まれている送信停止時間を可変に設定することができ
る。ここでは、データ蓄積量が敷居値Ｂを超過した場合
の送信停止時間よりも敷居値Ａを超過した場合の送信停
止時間を長くする。これにより、より競合が激しい場合
における端末の送信停止時間をより長くして新たに蓄積
されるデータをより少なくすることができる。この送信
停止時間の設定は、敷居値に限らず、ネットワーク構成
やポート数等を条件にして適切に変化させてもよい。

【００２９】ポートへの競合がさらに高密度に行われる
と、データ蓄積量が敷居値Ｓを超過する場合もある。こ
の場合は、全ポートに対して送信停止命令４０６を発行
する。

【００３０】以上のように、本発明のスイッチングハブ
は、データ蓄積量の監視に複数の敷居値を用い、データ
蓄積量が超えた敷居値に応じて異なるフロー制御を行
う。即ち、データ蓄積量がある敷居値を超えたときに
は、そのポートのデータから優先的に転送することによ
ってデータ蓄積量を減らし、送信停止命令は発行しな
い。また、データ蓄積量が別の敷居値を超えたときに
は、そのポートを競合して転送先としているポートに対
して送信停止命令を発行する。そして、送信停止命令に
含まれる送信停止時間指定値を可変とし、敷居値の高低
により送信停止時間を長短異ならせる。このように段階
的に敷居値を設定し、敷居値に応じて異なるフロー制御
を実行するようにしたので、必要以上の送信停止を極力
回避することができる。

【００３１】次に、他の実施形態として、図１に示した
スイッチングハブの仮想ＬＡＮシステムにおける動作を
説明する。図６の仮想ＬＡＮシステムは、本発明のスイ
ッチングハブ９０１〜９０４から構成され、端末９０５
〜９１６が接続されている。これらの端末は、Ａ〜Ｃの
各グループ（セグメントともいう）にグループ分けされ
ており、同じグループ内の端末同士のみでの通信が可能
である。仮想ＬＡＮシステムには、ポート番号でグルー
プ分けするものや、ＭＡＣアドレスでグループ分けする
ものがある。ＭＡＣアドレスでグループ分けするスイッ
チングハブは、スイッチングハブ内部に図７に示すよう
なＭＡＣアドレス、ポート番号、ＶＬＡＮ−ＩＤ（仮想
ＬＡＮ識別番号）を対応する１組としたテーブルを持っ
ており、このテーブルの対応関係に基づいて通信セグメ
ントを構成する。

【００３２】これらのスイッチングハブは、図１に示さ
れるように、通信頻度監視部１０２を具備しており、ア
ドレス検索部１０３において検索を行った回数をカウン
トすることにより、通信頻度を常に監視しておくことが
可能である。これにより、仮想ＬＡＮのグループ別に通
信頻度を監視することが可能なため、ある特定のグルー
プにおける通信頻度が偏って大きい場合、その通信頻度
の偏りの状態をフロー制御にフィードバックできる。

【００３３】例えば、図６においてグループＣに属する
端末９０５及び９０６が端末９１５及び９１６と通信し
ていた場合、グループＢに属する端末９１１と端末９１
３とが通信を開始すると、スイッチングハブ９０１のポ
ート４では競合が発生し、バッファのオーバーフローが
発生する可能性が生じる。この場合、通信頻度のより高
いグループＣに属する端末９０５及び９０６が接続され
るスイッチングハブ９０１のポート１に対し送信停止命
令を発行することによりオーバーフローを回避する。つ
まり、通信頻度の高いグループを認識した上で、送信停
止命令を発行することが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３５】（１）バッファ内のデータ蓄積量を段階的
な敷居値をもって把握することができ、データ蓄積量に
応じたフロー制御が可能となるため、全てのポートに対
する送信が一時停止してしまう確率を大幅に下げること
ができると共に、ネットワーク上のデータ量を適切に保
つことができる。

【００３６】（２）仮想ＬＡＮのグループ別の通信頻度
の情報をフロー制御にフィードバックでき、バッファメ
モリの使用効率が高められるため、ネットワーク全体と
してのスループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すスイッチングハブの
内部構成図である。

【図２】本発明により敷居値を適用したバッファメモリ
におけるデータ蓄積量を示す図である。

【図３】本発明のスイッチングハブにおける、ある通信
状態を示す図である。

【図４】本発明のフロー制御によるバッファメモリから
のデータ送出順序を示す図である。

【図５】本発明のフロー制御による送信停止命令発行を
示す図である。

【図６】本発明のスイッチングハブを用いた仮想ＬＡＮ
システムの構成図である。

【図７】仮想ＬＡＮのためのテーブルの構成図である。

【図８】スイッチングハブの基本的な通信中継の動作を
示す図である。

【図９】従来のスイッチングハブの内部構成図である。

【図１０】従来のフロー制御による送信停止命令発行を
示す図である。

【図１１】フロー制御用フレームの構成図である。

【図１２】従来のスイッチングハブにおける、ある通信
状態を示す図である。

【符号の説明】

１０１ データ蓄積量監視部 １０２ 通信頻度監視部 １０３ アドレス検索部 １０４ アドレス登録メモリ １０５ａ〜１０５ｄ データ転送制御部 １０６ａ〜１０６ｄ バッファメモリ １０７ａ〜１０７ｄ 通信制御ＬＳＩ １０８ａ〜１０８ｄ ポート ２０１〜２０４ バッファメモリ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｓ 敷居値

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＡＮにフレームを送受信する複数のポ
   ートと、受信したフレームの宛先アドレスから転送先を
   判定するアドレス検索部と、判定した転送先にフレーム
   のデータを転送する転送制御部と、そのフレームのデー
   タをポート別に一時的に格納するバッファと、このバッ
   ファ内に蓄積されるデータの蓄積量を監視してフロー制
   御を行う監視部とを備えたスイッチングハブにおいて、
   前記監視部は、データ蓄積量の監視に複数の敷居値を用
   い、データ蓄積量が超えた敷居値に応じて異なるフロー
   制御を行うことを特徴とするスイッチングハブ。
2. 【請求項２】 あるポートのバッファのデータ蓄積量が
   ある敷居値を超えたとき、そのポートのデータから優先
   的に転送するフロー制御を行うことを特徴とする請求項
   １記載のスイッチングハブ。
3. 【請求項３】 あるポートのバッファのデータ蓄積量が
   ある敷居値を超えたとき、そのポートを競合して転送先
   としているポートに接続されたＬＡＮ上の送信機器に対
   して送信停止命令を送信するフロー制御を行うことを特
   徴とする請求項１又は２記載のスイッチングハブ。
4. 【請求項４】 仮想ＬＡＮのグループ別に通信頻度を統
   計し、その通信頻度に応じてグループ別にフロー制御を
   行う通信頻度監視部を設けたことを特徴とする請求項１
   〜３いずれか記載のスイッチングハブ。