JP2001053799A - パケット転送システム及びそれに用いるスイッチング方法 - Google Patents

パケット転送システム及びそれに用いるスイッチング方法

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JP2001053799A
JP2001053799A JP22705999A JP22705999A JP2001053799A JP 2001053799 A JP2001053799 A JP 2001053799A JP 22705999 A JP22705999 A JP 22705999A JP 22705999 A JP22705999 A JP 22705999A JP 2001053799 A JP2001053799 A JP 2001053799A
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switching
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JP22705999A
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Inventor
Tadashi Numata
匡史 沼田
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Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パケットの優先度情報を損ねることなく、低
優先度のパケットが破棄される可能性を低くし、高信頼
性のネットワークを構築可能なパケット転送システムを
提供する。 【解決手段】 入口エッジノード11は入力されたパケ
ットが同一優先度でかつ送出時間以内に入力されると、
それらのパケットをつなぎ合わせ、1つの集約ラベルを
付けて次の中継ノード12に転送する。中継ノード1
2,13はそれぞれラベルの優先度に応じてスイッチン
グを行い、パケットを次のノードに転送する。出口エッ
ジノード14はパケットを受取ると、そのパケットがラ
ベル多重されていれば、そのパケットを元のパケットに
分離し、分離後のパケットのヘッダによってその優先度
に応じてスイッチングを行い、それぞれの宛先に転送す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はパケット転送システ
ム及びそれに用いるスイッチング方法に関し、特にIE
TF(Internet Engineering T
ask Force)が進めているレイヤ3スイッチの
スイッチング手法であるMPLS(Multiprot
ocol Label Switching)技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】現在、IETFにおいては、インタネッ
トトラフィック転送の高速化や高効率化を行うために、
MPLS技術の標準化が進められている。MPLSはネ
ットワークの階層化やルーティング経路の集約等ができ
るため、ラベル処理の負荷低減及び高速化を図ることが
できる。
【0003】すなわち、MPLS技術では、図13に示
すように、MPLS対応のラベルスイッチルータ61に
パケット(A,B,C)101,102,103が入力
されてきた場合、その出力パケット501,502,5
03にはそれぞれラベル(Lc,Lb,La)が付けら
れることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスイッ
チング手法では、MPLS対応のラベルスイッチルータ
からの出力パケットにそれぞれラベルが付けられるの
で、これらのパケットに同じラベルが付いている場合、
中継ノードが同じスイッチング動作を3回繰返すことに
なる。
【0005】結局、MPLSを用いると、各ノードはス
イッチングを高速に行うことができるようになるが、ス
イッチング処理の負荷は減少しない。そのため、低い優
先度が与えられたパケットは、中継ノードにおいて破棄
される可能性が高くなる。
【0006】また、これらのパケットが同じパスを転送
されて、出口のエッジノードに到達する場合でも、これ
らのパケットの属するクラス等が異なれば、異なったラ
ベルが付けられることになる。そうすると、必要となる
ラベルの数が多くなり、また、必要となるラベルの数も
予想することができない。
【0007】そのため、各ノードにおいてラベルを検索
したり、処理するための負荷が大きくなるだけでなく、
装置に必要な性能の見積もりができないので、コストが
増大するという問題もある。
【0008】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、パケットの優先度情報を損ねることなく、低優先
度のパケットが破棄される可能性を低くすることがで
き、高信頼性のネットワークを構築することができるパ
ケット転送システム及びそれに用いるスイッチング方法
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるパケット転
送システムは、入力したパケットのラベルを多重化する
入口エッジノードと、ラベルによってパケットをスイッ
チングする中継ノードと、ラベル多重化されたパケット
を分離して転送する出口エッジノードとから構成される
ラベル多重パスを備えている。
【0010】本発明によるパケット転送システムのスイ
ッチング方法は、パケットを入力する入口エッジノード
と、前記入口エッジノードからのパケットを中継する中
継ノードと、前記中継ノードからのパケットを宛先に転
送する出口エッジノードとから構成されるラベル多重パ
スを含むパケット転送システムのスイッチング方法であ
って、前記入口エッジノードは入力したパケットのラベ
ルを多重化し、前記中継ノードは前記ラベルによってパ
ケットをスイッチングし、前記出口エッジノードはラベ
ル多重化されたパケットを分離して転送するようにして
いる。
【0011】すなわち、本発明のパケット転送システム
のスイッチング方法は、パケットがネットワーク中を転
送される時に中継機器のスイッチング処理の負荷を低減
させる方式である。
【0012】より具体的に、本発明のパケット転送シス
テムでは、入口エッジノードにほぼ同じ時間に入力した
パケットが出口エッジノードに向かってラベル多重パス
を通過するような場合、入口エッジノードがそれらのパ
ケットを一つに束ね、出口エッジノード宛のラベルを一
つ付けて中継ノードに転送している。
【0013】中継ノードでは入口エッジノードで一つに
束ねられたパケットの一つのラベルによってスイッチン
グを行い、そのパケットを出口エッジノードに転送す
る。出口エッジノードでは中継ノードから受け取ったパ
ケットを再び元のパケットに分解してそれぞれの宛先へ
転送を行う。
【0014】また、パケットの多重度を変化させること
によって、スイッチングの負荷をほぼ一定にすることが
可能となる。この方法によって、ラベル多重パスの内部
で必要とされるラベルの数が大幅に減少するとともに、
中継ノードにおけるスイッチングの負荷が大幅に小さく
なる。この場合、中継ノードはラベル多重を意識しない
で、通常のラベルスイッチを行うことが可能となる。ラ
ベル多重化をサポートする必要があるのは、ラベル多重
パスの両エッジノードのみである。
【0015】これによって、優先度情報を保ちながら
も、スイッチングの負荷をほぼ一定になるように多重化
を行うことが可能となるため、スイッチング負荷の大幅
な減少を図ることが可能となる。そのため、中継ノード
においてパケットが破棄される可能性が非常に低くな
り、高信頼性のネットワークが構築可能となる。
【0016】また、パケットの属するクラスに関係な
く、ラベルを割り当てることが可能となるので、必要と
なるラベル数が出口エッジノードの数だけですみ、ラベ
ル数を大幅に削減することが可能となり、ラベル処理の
負荷を減少し、必要となる装置性能の見積もりも可能と
なる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例による
パケット転送システムの構成を示すブロック図である。
図1において、パケット転送システムを構成するラベル
多重パス1は、入力したパケットのラベルを多重化する
入口エッジノード11と、ラベルによってパケットをス
イッチングする中継ノード12,13と、ラベル多重化
されたパケットを分離して転送する出口エッジノード1
4とから構成されている。
【0018】図2は本発明の一実施例によるラベルスイ
ッチングドメインの構成を示す図である。図2におい
て、ラベルスイッチングドメイン21は、ラベルによっ
てパケットをスイッチングすることができるノードが集
合した領域である。
【0019】ラベルスイッチングドメイン21はドメイ
ン内に入るパケットに対してラベル多重化を行い、また
ドメインから向けるパケットに対してラベル分離を行う
エッジノード22,23,24,25と、パケットをラ
ベルでスイッチングを行う中継ノード26,27,28
とから構成されている。
【0020】図3は図1の入口エッジノード1に入力し
たパケットに対するラベル多重化処理を示す図である。
図3においては、図1の入口エッジノード1に入力した
3つのパケットが多重化される場合を示している。
【0021】入力したパケットはデータ部(データA,
B,C)201,202,203に、ヘッダにその宛先
に相当するラベル(ラベルA,B,C)204,20
5,206が付いた状態で入口エッジノード11に到達
する。
【0022】ここで、ラベル204,205,206は
ネットワークレイヤのヘッダでもかまわないし、現在、
IETFにおいて標準化が進められているMPLSで定
義されるようなラベルでもかまわない。ラベル204,
205,206にはパケットの宛先や優先度が記述され
ている。
【0023】ラベル多重化したパケットは元のパケット
を1つにつなぎ合わせたデータ部207と、1つの集約
ラベル208とによって構成されている。集約ラベル2
08にはラベル多重化の有無が記述されており、これに
よって出口エッジノード14はデータ分離の必要性を認
識することができる。
【0024】図4は図1の入口エッジノード11の構成
を示すブロック図である。図4において、入口エッジノ
ード11は入力インタフェース35,36から入力した
パケットのヘッダによってスイッチングを行うスイッチ
ング装置31と、スイッチング装置31でスイッチング
されたパケットが送出されるまで一時的に保管するため
のメモリ32と、パケットをラベル多重化して出力イン
タフェース37,38から出力するパケット組立部33
と、メモリ32に格納されたパケットをその優先度に応
じて送出時間を制御する送出時間管理制御部35とから
構成されている。
【0025】図5は図1の出口エッジノード14の構成
を示すブロック図である。図5において、出口エッジノ
ード14は入力インタフェース45,46から入力した
パケットを集約ラベルに応じて分離するパケット分離部
41と、パケット分離部41で分離されたパケットが送
出されるまで一時的に保管するためのメモリ42と、パ
ケットのヘッダによってスイッチングを行うスイッチン
グ装置43と、メモリ42に格納されたパケットをその
優先度に応じて送出時間を制御する送出時間管理制御部
45とから構成されている。
【0026】図6は図1の入口エッジノード11の処理
動作を示すフローチャートであり、図7は図1の出口エ
ッジノード14の処理動作を示すフローチャートであ
る。これら図1〜図7を参照して本発明の一実施例によ
るスイッチング動作について説明する。
【0027】以下、図1において、あるサービスクラ
ス、つまり優先度が等しく割当てられたパケット10
1,102,103が入口エッジノード11からラベル
多重パス1に入り、出口エッジノード14からラベル多
重パス1を抜ける場合について説明する。
【0028】この場合、例えば図2のラベルスイッチン
グドメイン21において、あるパケットがエッジノード
22からラベルスイッチングドメイン21に入り、中継
ノード26,28を通過してエッジノード24からラベ
ルスイッチングドメイン21を抜けるような場合、図1
のラベル多重パス1において、入口エッジノード11は
図4のエッジノード22、中継ノード12,13はそれ
ぞれ図4の中継ノード26,28、出口エッジノード1
4は図4のエッジノード24に相当する。
【0029】始めに、入口エッジノード11にパケット
101が入力すると(図6ステップS1)、図4のスイ
ッチング装置31はそのパケットのヘッダ情報に基づい
てスイッチングするとともに、その優先度を送出時間管
理制御部35に送る(図6ステップS2)。
【0030】スイッチング装置31でスイッチングされ
たパケットはメモリ32に一時的に格納される(図6ス
テップS3)。送出時間管理制御部35では各優先度に
応じてそのパケットがメモリ32からパケット組立部3
3に送出される時間を管理制御することができるように
なっており、優先度が高いほど送出時間は早くなる。
【0031】例えば、パケット101の優先度がY1
で、送出時間がT1であるとする。この送出時間T1以
内にパケット102が入口エッジノード11に入力さ
れ、そのパケットの優先度がパケット101と同じY1
であり、同じ出口エッジノード14を通過する場合、パ
ケット102をパケット101の後ろにつなぎ合わせ
る。パケット103が入力した時にも上記と同様のこと
を繰返し行う。
【0032】このようにして、パケット101が入力し
てから送出時間T1後に、メモリ32からパケット組立
部33に向かって送出される。パケット組立部33では
パケットのヘッダに1つの集約ラベルを付けて次のノー
ドに転送する(図6ステップS4〜S7)。この時のパ
ケットの形態は図3に示すようになっている。
【0033】図3に示すデータ部207は入口エッジノ
ード11において多重化する前のパケットを、ヘッダを
含めて一つにつなぎ合わせたものである。これを新しい
パケットのデータグラムとする。そのヘッダとして、中
継ノード12,13がスイッチングを行うための集約ラ
ベル208を付ける。集約ラベル208には出口エッジ
ノード14の宛先と、パケット101,102,103
に共通する優先度と、ラベル多重化の有無とが記述され
ている。
【0034】ラベル多重化されたパケット111を受取
った中継ノード12は、そのヘッダのラベルの優先度に
応じてスイッチングを行い、中継ノード13に転送す
る。中継ノード12ではラベルの値は書換えても、書換
えなくてもかまわないが、データグラムの値は変化しな
い。中継ノード13も中継ノード12と同様の動作を行
い、出口エッジノード14にパケットを転送する。
【0035】出口エッジノード14はパケット113を
受取ると(図7ステップS11)、パケット113のヘ
ッダのラベルを分析する(図7ステップS12)。出口
エッジノード14はそのパケットがラベル多重されてい
れば(図7ステップS13)、そのパケットを元のパケ
ットに分離し(図7ステップS14)、分離後のパケッ
トのヘッダによってその優先度に応じてスイッチングを
行い、それぞれの宛先に転送する(図7ステップS1
5)。
【0036】このように、パケットを優先度に応じてラ
ベル多重化することによって、複数のパケットを一つに
多重化し、一つのパケットとして扱うので、中継ノード
12,13においてスイッチング処理の負荷の大幅な低
減及び分散を行うことができる。そのため、低優先度の
パケットも破棄される可能性が非常に低くなり、高信頼
性のネットワークを構築することができる。
【0037】また、優先度に応じてパケットを多重化し
ているため、各ノードにおいても、その優先度情報を損
ねることがないので、リアルタイム性が必要なパケット
にも対応することができる。
【0038】さらに、エッジノード(入口エッジノード
11)のみがラベル多重を行うので、中継ノード12,
13においてはラベル多重を意識しないでスイッチング
することができる。そのため、ネットワーク形態を大き
く変えることなく、ラベル多重スイッチングを行うこと
ができ、また混在もできる。
【0039】図8は本発明の他の実施例による入口エッ
ジノードの構成を示すブロック図である。図8におい
て、本発明の他の実施例による入口エッジノードは送出
時間管理制御部34にスイッチング負荷を制御するため
の優先度決定制御部51とスイッチング負荷監視部52
とを追加してスイッチング負荷制御系53とした以外
は、図4に示す本発明の一実施例による入口エッジノー
ド11と同様の構成となっており、同一構成要素には同
一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発
明の一実施例による入口エッジノード11と同様であ
る。
【0040】図9は図8に示す本発明の他の実施例によ
る入口エッジノードの処理動作を示すフローチャートで
ある。これら図8及び図9を参照して本発明の他の実施
例による入口エッジノードの処理動作について説明す
る。尚、本発明の他の実施例のシステム構成は図1及び
図2と同様の構成であり、本発明の他の実施例によるラ
ベル多重化処理は図3に示すラベル多重化処理と同様で
ある。
【0041】以下、図1において、パケット101,1
02,103が入口エッジノード11からラベル多重パ
ス1に入り、出口エッジノード14からラベル多重パス
1を抜ける場合について説明する。
【0042】ある時間T0において、パケット101が
入口エッジノード11に入力すると(図9ステップS2
1)、パケット101はスイッチング装置31に入力
し、ヘッダ情報を基にスイッチングされ、メモリ32に
格納される。スイッチング装置31はパケット101の
ヘッダ情報を優先度決定制御部51に転送する(図9ス
テップS22,S23)。
【0043】優先度決定制御部51は各ヘッダ情報に基
づく優先度、つまり送出時間を、スイッチング負荷監視
部52からの情報を基に動的に決定する(図9ステップ
S24)。この場合、優先度が高いほど送出時間は小さ
くなる。優先度決定制御部51は決定した許容遅延時間
Taの情報を送出時間管理制御部205に送る。送出時
間管理制御部34はその情報を受取ると、時間Taから
ダウンカウンタ(図示せず)を動作させる。
【0044】次に、Taー(T1ーT0)>0であるよ
うな時間T1において、入口エッジノード11にパケッ
ト102が入力してくると(図10ステップS25)、
このパケット102もスイッチング装置部31に入力
し、そのヘッダ情報によってスイッチングされるが、同
時にパケット102はパケット101と同じ出口エッジ
ノード14を通過するということがわかり、優先度決定
制御部51においてその許容遅延時間Tbが割り当てら
れる(図10ステップS26)。
【0045】送出時間管理制御部34において、もしT
b<Taー(T1ーT0)であれば、ダウンカウンタの
値をTbに置換える。次のパケット103が入力した時
も同じことを繰返し、ダウンカウンタの値が0になると
(図10ステップS27)、これらのパケットがすべて
パケット組立部33に送られる(図10ステップS2
8)。
【0046】パケット組立部33ではこれらのパケット
を図3に示すデータ部207のように1つのデータとし
てつなぎあわせて、そのヘッダに集約ラベル208を添
付して次のノードに転送する(図10ステップS29,
S30)。
【0047】この場合、多重化されたパケットのデータ
グラムにはさまざまな優先度をもったパケットが格納さ
れているため、多重化したパケットの中で最大の優先度
を割当てる方法と、最優先度のみを割当てる方法とがあ
る。最優先度のみを割当てた場合には、必要となるラベ
ルの数を大幅に少なくすることができる。
【0048】例えば、図2に示すようなスイッチングド
メイン21内に、エッジノード数がNであるならば、必
要となるラベルの数はNー1となる。そのため、中継ノ
ードにおけるラベル検索等の処理の負荷をさらに小さく
することができる。その後の動作は上述した通りであ
る。
【0049】図11は中継ノードにおけるスイッチング
速度の分散を示す図であり、図12は高優先度と割当て
るパケットの数との関係を示す図である。これら図8と
図11と図12とを参照してスイッチング負荷制御系5
3の動作について詳しく説明する。
【0050】送出時間管理制御部34は各出口エッジノ
ードに対して送出時間を制御するとともに、その情報を
スイッチング負荷監視部52に送る。スイッチング負荷
監視部52は送出時間情報を基に中継ノードにおけるス
イッチング速度の分散を算出する。これは図11に示す
ようになる。
【0051】スイッチング負荷監視部52は平均スイッ
チング速度と、スイッチング負荷変動幅301とを監視
し、ある一定値を越えると、優先度決定制御部51に対
して、図12に示すように、高優先度を割当てるパケッ
トの数を減らすように要求する。
【0052】優先度決定制御部51は要求を受ける前
に、図12に示す401のように各優先度に対してパケ
ットの数を割当てていたとすると、図12に示す402
のように優先度の割当て方法を変える。そのようにする
ことによって、1つのラベルに対するパケットの多重度
が上がり、入口エッジノードからラベルスイッチングド
メイン内に転送されるパケットの数が減少するため、パ
ケットの優先度をほとんど損なうことなく、中継ノード
におけるスイッチング負荷をほぼ一定に保つことができ
る。そのため、パケット破棄の確率は非常に小さくな
る。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、入
口エッジノードが入力したパケットのラベルを多重化
し、中継ノードがラベルによってパケットをスイッチン
グし、出口エッジノードがラベル多重化されたパケット
を分離して転送することによって、パケットの優先度情
報を損ねることなく、低優先度のパケットが破棄される
可能性を低くすることができ、高信頼性のネットワーク
を構築することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるパケット転送システム
の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例によるラベルスイッチングド
メインの構成を示す図である。
【図3】図1の入口エッジノードに入力したパケットに
対するラベル多重化処理を示す図である。
【図4】図1の入口エッジノードの構成を示すブロック
図である。
【図5】図1の出口エッジノードの構成を示すブロック
図である。
【図6】図1の入口エッジノードの処理動作を示すフロ
ーチャートである。
【図7】図1の出口エッジノードの処理動作を示すフロ
ーチャートである。
【図8】本発明の他の実施例による入口エッジノードの
構成を示すブロック図である。
【図9】図8に示す本発明の他の実施例による入口エッ
ジノードの処理動作を示すフローチャートである。
【図10】図8に示す本発明の他の実施例による入口エ
ッジノードの処理動作を示すフローチャートである。
【図11】中継ノードにおけるスイッチング速度の分散
を示す図である。
【図12】高優先度と割当てるパケットの数との関係を
示す図である。
【図13】従来のMPLS技術によるラベル添付処理を
示す図である。
【符号の説明】
1 ラベル多重パス 11 入口エッジノード 12,13 中継ノード 14 出口エッジノード 21 ラベルスイッチングドメイン 22,23,24,25 エッジノード 26,27,28 中継ノード 31,43 スイッチング装置 32,42 メモリ 33 パケット組立部 34,45 送出時間管理制御部 35,36,45,46 入力インタフェース 37,38,47,48 出力インタフェース 41 パケット分離部 51 優先度決定制御部 52 スイッチング負荷監視部 53 スイッチング負荷制御系 201,202,203,207 データ部 204,205,206 ラベル 208 集約ラベル

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力したパケットのラベルを多重化する
    入口エッジノードと、ラベルによってパケットをスイッ
    チングする中継ノードと、ラベル多重化されたパケット
    を分離して転送する出口エッジノードとから構成される
    ラベル多重パスを有することを特徴とするパケット転送
    システム。
  2. 【請求項2】 前記入口エッジノードは、略同一時間に
    入力したパケットが前記出口エッジノードに向かって前
    記ラベル多重パスを通過するかを判定する判定手段と、
    前記判定手段で前記出口エッジノードに向かって前記ラ
    ベル多重パスを通過すると判定されたパケットを一つに
    束ねる手段と、その一つに束ねられたパケットに前記出
    口エッジノード宛のラベルを一つ付けて中継ノードに転
    送する手段とを含むことを特徴とする請求項1記載のパ
    ケット転送システム。
  3. 【請求項3】 前記中継ノードは、前記入口エッジノー
    ドで一つに束ねられたパケットの一つのラベルによって
    スイッチングを行ってそのパケットを出口エッジノード
    に転送するよう構成したことを特徴とする請求項2記載
    のパケット転送システム。
  4. 【請求項4】 前記出口エッジノードは、前記中継ノー
    ドから受取ったパケットを元のパケットに分解してそれ
    ぞれの宛先へ転送を行うよう構成したことを特徴とする
    請求項3記載のパケット転送システム。
  5. 【請求項5】 前記入口エッジノードは、前記パケット
    の多重度を可変するよう構成したことを特徴とする請求
    項1から請求項4のいずれか記載のパケット転送システ
    ム。
  6. 【請求項6】 パケットを入力する入口エッジノード
    と、前記入口エッジノードからのパケットを中継する中
    継ノードと、前記中継ノードからのパケットを宛先に転
    送する出口エッジノードとから構成されるラベル多重パ
    スを含むパケット転送システムのスイッチング方法であ
    って、前記入口エッジノードは入力したパケットのラベ
    ルを多重化し、前記中継ノードは前記ラベルによってパ
    ケットをスイッチングし、前記出口エッジノードはラベ
    ル多重化されたパケットを分離して転送するようにした
    ことを特徴とするスイッチング方法。
  7. 【請求項7】 前記入口エッジノードは、略同一時間に
    入力したパケットが前記出口エッジノードに向かって前
    記ラベル多重パスを通過するかを判定し、前記出口エッ
    ジノードに向かって前記ラベル多重パスを通過すると判
    定されたパケットを一つに束ね、その一つに束ねられた
    パケットに前記出口エッジノード宛のラベルを一つ付け
    て中継ノードに転送するようにしたことを特徴とする請
    求項6記載のスイッチング方法。
  8. 【請求項8】 前記中継ノードは、前記入口エッジノー
    ドで一つに束ねられたパケットの一つのラベルによって
    スイッチングを行ってそのパケットを出口エッジノード
    に転送するようにしたことを特徴とする請求項7記載の
    スイッチング方法。
  9. 【請求項9】 前記出口エッジノードは、前記中継ノー
    ドから受取ったパケットを元のパケットに分解してそれ
    ぞれの宛先へ転送を行うようにしたことを特徴とする請
    求項8記載のスイッチング方法。
  10. 【請求項10】 前記入口エッジノードは、前記パケッ
    トの多重度を可変するようにしたことを特徴とする請求
    項6から請求項9のいずれか記載のスイッチング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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