JP2001057574A - データ分散化に基づくスイッチングシステム - Google Patents
データ分散化に基づくスイッチングシステムInfo
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Abstract
利用してデータストリームのスイッチングを行なうこと
ができるスイッチングシステムを提供する。またデータ
ストライプの一つが欠落しても、容易にデータストリー
ムの再構築を可能とする。 【解決手段】 下記の要素からスイッチングシステム1
0を構成する。 −データストリーム14を受信し複数のデータストライ
プ18を生成する受信インターフェース16 −受信インターフェースからデータストライプを受信
し、該当の伝送インターフェースに送信するスイッチ機
構20 −複数のデータストライプからデータストリームを再構
築する伝送インターフェース22 上記システムにおいて、スイッチ機構はN+1予備構成
をとり予備側にはパリティストライプを流しておき現用
側が障害となった場合にはパリティストライプを使って
データストリームを再構築する。
Description
に関し、これはデータストリームからのデータのストラ
イプを使用して、データストリームを切り換える(switc
h)ことができるスイッチングシステムに関する。特に、
本発明は、データストリームからのデータストライプを
用いるスイッチングシステムに関し、該スイッチングシ
ステムは、データストリームを切り換えることができ
る。パリティストライプが使用されるので、1のストラ
イプが欠落した場合に、データストリームを再構築する
のに、全てのストライプは要求されない。
システムを遂行するために使われる1つの技術である。
TDMスイッチには、中央リソース(システムの動作環
境)があり、これは入出力ポートの帯域幅の和に等しい
帯域幅で作動する。中央リソースは入出力ポートに割り
当てられるタイムスロットによって分割される。一般
に、中央リソースはメモリバスであって、入力ポートで
受信されるパケットに書き込み、出力ポートにて伝送さ
れるべきパケットを読み出す。TDMスイッチは、小型
から中規模のスイッチングシステムには実用的である
が、集中メモリバスの帯域幅によって処理能力(through
put)の点で制限されている。単一メモリバスの帯域幅の
限度を越えて大規模化(scale)するのに、多重メモリが
使われて夫々のキュー(待ち行列)が用いられる。分散化
したキューを具えたシステムについても大規模化は可能
であるけれども、一般に性能は低下する。大域的(globa
lly)に分割されたキューが優れた性能をもたらすのは、
全てのスイッチキュー資源(リソース)が、データの過渡
変動(data transients)の途中で(dynamically)、割り当
てができるからである。そうでなければ個別の資源をオ
ーバーロードするであろう。
ットを受信するN個の入力ポート、及び夫々がRの割合
でパケットを送り出すN個の出力ポートを持ったスイッ
チ構造を考える。分割されたメモリを有するTDMスイ
ッチングシステムにあっては、2×N×Rの総帯域幅を
有する1つのメモリバスが必要である。到達するパケッ
トは、集められてメモリに書き込まれる。一旦メモリに
書き込まれた後、そのパケットはメモリから読み出さ
れ、出力ポートに送られる。
力ポートと出力ポート全てに提供するだけの十分な帯域
幅を持っておれば、正しく支障なく(non-blocking fash
ion)作動する。メモリの帯域幅は、メモリバスのスピー
ド及び幅を増大させることによって増すことができる。
ay of inexpensive disks)ビデオサーバに於いて効果的
に使用され、BW(帯域幅)が広く容量が大きいビデオ
ストリームを生成するときに、ディスクドライブのBW
及び容量の必要条件を減らす。RAID−0(RAI
D,レベル0)では、データストリームは、いくつかの
ディスクドライブに分散化される。図2に於いて、ビデ
オストリームは、3つのディスクドライブに「分散」さ
れる。ビデオサーバは、3つのディスクのすべてから分
散化された情報を読み出し、ビデオストリームを再構築
して、BW(帯域幅)が広い1つのビデオストリームを
出力する。実施例のシステムに於いて、ドライブBW容
量は、ビデオストリームのBW容量の3分の1であるこ
とが要求される。
は、1つのディスクドライブが故障の場合、ビット状の
(bit-wise)パリティデータのストライプが追加され、デ
ータを再構築する。図3の例に於いて、ビデオストリー
ムは、3つのディスクドライブに分散化され、パリティ
ストライプは4番目のディスクへ格納される。ドライブ
2の故障を考えてみる(任意の1つのドライブが故障し
たときも同様である)。サーバは、パリティストライプ
とともに残りのデータストライプを読み出し、失われて
いるデータを再構築する。
グシステムは、いくつかのメモリバンクと共に実施さ
れ、このメモリバンクは全て一斉に作動する。スイッチ
処理能力の総計は、1つのメモリバンクの帯域幅によっ
て制限されないが、スイッチ内で相互接続され得るメモ
リバンクの総数によって制限される。多重識別メモリバ
ンク(multiple distinct memory bank)が使われている
としても、データは、集約化され大域的に分割されたモ
デル内で並べられる(queued)。データ分散化は、いくつ
かのバンクにより1つの広域メモリモデルを実施するた
めに使われる。データ分散化は、RAID(redudant ar
ray of inexpensive disk)サーバに於いて効果的に使用
されており、サーバ内の任意の1つのディスクドライブ
における帯域幅の必要条件を減らす。本発明は、データ
分散化の概念を、ネットワークスイッチングシステムに
応用するものである。
る。システムは、M個の受信インターフェースを具えて
おり、これらの夫々はデータストリームを受信する。M
は1以上の整数である。M個の受信インターフェースの
少なくとも第1受信インターフェースは、データストリ
ームのS個のストライプを生成し、Sは2以上の整数で
ある。システムは、N個のスイッチ構造を含み、Nは2
以上の整数である。N個のスイッチ構造の少なくとも第
1及び第2構造は、夫々M個の受信インターフェースの
第1番目から、データストリームのN個のストライプの
1つを受信する。各スイッチ構造は、M個の受信インタ
ーフェースの少なくとも1つへ接続されている。システ
ムは、O個の伝送インターフェースを含み、Oは1以上
の整数である。O個の伝送インターフェースの少なくと
も第1番目は、N個のスイッチ構造の第1及び第2スイ
ッチ構造によって受信されたデータストリームのストラ
イプからデータストリームを再構築する。各伝送インタ
ーフェースは、N個のスイッチ構造の少なくとも2つへ
接続されている。
る。該システムは、M個の受信インターフェースを具え
ており、これらの夫々はデータストリームを受信し、N
個のデータストライプを生成する。Mは2以上の整数で
あり、Nは2以上の整数である。システムは、N個のス
イッチ構造を含んでおり、夫々はM個の受信インターフ
ェースからN個のデータストライプを受信する。スイッ
チングシステムは、M個の伝送インターフェースを具え
ており、夫々はN個のデータストライプを受信し、それ
らを夫々のデータストリームに再構築する。
方法には、受信インターフェースでデータストリームを
受信する工程を有する。次に、受信インターフェースに
対して、データストリームをN個のストライプに分散化
する工程がある。ここでNは2以上の整数である。次
に、N個のストライプをN個のスイッチ構造へ供給する
工程がある。次に、N個のストライプを伝送インターフ
ェースへ伝送する工程があり、該伝送インターフェース
は、データストリームをストライプから再構築し、集約
化されたデータ(non-stripe data)をその出力ポートへ
伝送する。
要素については同じ符号を付している。特に、図4及び
図5は、スイッチングシステム(10)を示している。スイ
ッチングシステム(10)は、M個の受信インターフェース
(12)を有し、夫々はデータストリーム(14)を受信する。
Mは1以上の整数である。M個の受信インターフェース
(12)の少なくとも第1の受信インターフェース(16)は、
データストリーム(14)のS個のストライプ(18)を生成す
る。Sは2以上の整数である。スイッチングシステム(1
0)は、N個のスイッチ構造(20)を含む。Nは2以上の整
数である。N個のスイッチ構造(20)の少なくとも第1及
び第2構造は、夫々M個の受信インターフェース(12)の
第1番目から、データストリーム(14)のN個のストライ
プ(18)の1つを受信する。各スイッチ構造は、M個の受
信インターフェース(12)の少なくとも1つへ接続されて
いる。スイッチングシステム(10)は、O個の伝送インタ
ーフェース(22)を有する。Oは1以上の整数である。O
個の伝送インターフェース(22)の少なくとも第1番目
は、データストリーム(14)のストライプ(18)からデータ
ストリーム(14)を再構築し、該ストライプ(18)はN個の
スイッチ構造(20)の第1及び第2構造によって受信され
る。各伝送インターフェースは、N個のスイッチ構造(2
0)の少なくとも2つへ接続されている。
しい。M個の受信インターフェース(12)は、N個のスイ
ッチ構造(20)へ接続されて、N個のスイッチ構造(20)へ
別々に供給されるN個のストライプ(18)を生成すること
が望ましい。M個の受信インターフェース(12)の夫々
は、N個のスイッチ構造(20)の夫々へ接続されている。
O個の伝送インターフェース(22)の夫々は、N個のスイ
ッチ構造(22)の夫々と接続されており、N個のスイッチ
構造(20)からN個のストライプ(18)を受信して、夫々の
データストリーム(14)を再構築することが望ましい。
造(20)、及び各スイッチ構造(20)と伝送インターフェー
ス(22)の間にN×Mストライプ(18)が配備されることが
望ましい。各構造は、各受信インターフェース及び伝送
インターフェースと連繋した、M個の読取り・書込みキ
ュー(24)を有することが望ましい。第1の受信インター
フェース(16)は、パリティストライプ(26)を生成し、パ
リティストライプ(26)を受信する第3のスイッチ構造(2
8)を含んでいることが望ましい。前記の第3のスイッチ
構造(28)は第1受信インターフェース(16)へ接続されて
いるから、N個のスイッチ構造(20)の1つが故障の場合
でも、データストリーム(14)はなおも第1受信インター
フェース(30)上のパリティストライプ(26)を用いて再構
築される。
する。システム(10)は、M個の受信インターフェース(1
2)を含んでおり、Mは2以上の整数である。これらの夫
々はデータストリーム(14)を受信し、N個のデータスト
ライプ(18)を生成する。Nは2以上の整数である。シス
テム(10)は、N個のスイッチ構造(20)を有し、夫々M個
の受信インターフェース(12)からN個のストライプ(18)
を受信する。システム(10)は、M個の伝送インターフェ
ース(22)を有し、夫々N個のデータストライプ(18)を受
信し、それらを夫々のデータストリーム(14)に再構築す
る。
ム(14)からN個のストライプ(18)を生成することによっ
て、N個のストライプ(18)中の任意のX個のストライプ
(18)であっても、X個のストライプ(18)が生じたデータ
ストリームからデータストリーム(14)を再構築すること
が望ましい。Xは、N以下の整数である。N個のストラ
イプ(18)=X個のストライプ(18)+1つのストライプで
あることが望ましい。この1つのストライプは、パリテ
ィストライプ(26)であることが望ましい。
方法は、受信インターフェースにてデータストリーム(1
4)を受信する工程を含む。次に、受信インターフェース
に対して、データストリーム(14)をN個のストライプ(1
8)に分散化する工程があり、Nは2以上の整数である。
次に、N個のストライプ(18)をN個のスイッチ構造(20)
へ供給する工程がある。次に、N個のストライプ(18)を
伝送インターフェースへ伝送する工程があり、該伝送イ
ンターフェースは、ストライプ(18)からデータストリー
ム(14)を再構築し、集約化されたデータをその出力ポー
トへ伝送する。
分散化する工程、パリティストライプ(26)をスイッチ構
造へ供給する工程及び、パリティストライプ(26)を伝送
インターフェースへ伝送する工程を含むことが望まし
く、これにより、N個のスイッチ構造のどれか1つが故
障の場合に、データストリームは依然としてパリティス
トライプ(26)を用いて再構築される。
らN個のストライプ(18)を生成する工程を有することが
望ましく、N個のストライプ(18)内の何れのX個のスト
ライプも、X個のストライプが生じたところからデータ
ストリーム(14)を再構築することができる。XはN以下
の整数である。
スイッチ内の多重構造に入ってくるデータを分散化する
ことによって、ネットワーク切換えアーキテクチャまで
拡大される。スイッチ構造は中央TDMリソースから構
築される。これによって、任意の単一構造で必要とされ
るメモリ帯域幅を効果的に減少し、該帯域幅はスイッチ
の総帯域幅の一部(fraction)になる。RAID−3は、
スイッチ構造によりN+1冗長化(redundancy)を遂行す
るのに使用される。入力されるデータは、受信インター
フェース(12)によって利用可能な構造に分散化され、こ
れはデータストライプ(18)のビット状パリティを有する
パリティストライプ(26)を含んでいる。図4で示すよう
に、スイッチ構造の何れか1つが故障の場合、データは
伝送インターフェース上で再構築されることができる。
冗長化したスイッチ構造は故障しない(hit-less)。1つ
のスイッチ構造が故障の場合、その故障が起きた時にス
イッチ構造中に格納されたすべてのデータは、パリティ
ストライプ(26)を使用して再構築される。
テム(10)を正確に動作するには、RAIDサーバモデル
は不十分である。RAIDサーバは、総てのデータレー
トで作動しなくてはならない集約化リソース(サーバ)
を依然として含んでいる。サーバは、ディスクドライブ
に書き込まれるべきデータの全てを分散化(18)し、ディ
スクから読み出されるデータを再構築する。RAIDサ
ーバは、1:N冗長化モデルを遂行する。これは1つの
サーバが、N個のディスクドライブに対するすべてのデ
ータを分散化する(18)。サーバに関連した隘路を除くの
に、本発明ではM:N冗長化モデルが使用されている。
M個のネットワークインターフェースの夫々は、数個の
入力ポートから、集約化されたデータ(non-striped dat
a)を受信する。M個のネットワークインターフェース
は、受信データをN個のスイッチ構造(20)に分散化す
る。スイッチ構造(20)は、分散化されたデータを受信
し、該データを並べて、分散化されたデータをM個の伝
送インターフェース(22)へ伝送する。伝送インターフェ
ース(22)は、該データを再構築して、その出力ポート上
にて集約化されたデータを伝送する。
り、各スイッチ構造が操作しなければならないキュー
(待ち行列)の数が犠牲となる(減る)。RAIDサーバに
於いて、各ディスクドライブは1つのサーバを使用し
て、サーバへの1回の読出し・書込みキュー(24)を効果
的に操作する。各スイッチ構造はM:N冗長化モデルを
使って、M個の読出し・書込みキュー(24)を効果的に操
作し、それは各ネットワークインターフェースにつき1
回である。スイッチ構造上にて多重キューを操作するこ
とによる犠牲は、(集約化されたソリューションのため
の)高速TDMバスを操作することに比べると小さい。
キューは、分割されたメモリ空間内に読出し・書込みポ
インタを必要とすることが一般的である。
ターフェース及びN=2である分散化された構造を有す
るスイッチングシステム(10)の例が示されている。各受
信インターフェースは、1Gbpsで作動する1つの入力ポ
ートへ接続されていると仮定する。総計4Gbpsがスイッ
チングシステムへ到着する。受信インターフェースは、
受信したストリームの1/2Gbpsを各スイッチ構造へ送
る。各スイッチ構造は、1/2Gbpsで作動する4つの入
力キューを処理し、これによって、入力データの総計2
Gbpsを受信する。各スイッチ構造はまた、伝送インター
フェース(22)に対して1/2Gbpsでデータの4つのキュ
ーを出力する。各伝送インターフェースは、2つの1/
2Gbpsデータストリーム(14)を受信し、該データを再構
築して、1Gbpsで出力ポート上へ伝送する。スイッチ全
体は、中央に並んだ4GbpsTDMスイッチングシステム
(10)を動かすけれども、本例に於いて作動するスイッチ
構造の1つで最も速いのは、2Gbpsである。一般的に、
スイッチの容量がCであり、N個のスイッチ構造が使用
されるならば、各スイッチ構造はC/N帯域幅で作動す
る。
グローバル時分割多重スイッチングシステム(10)にて遂
行される。データはいくつかのポートの1つで送受信さ
れるので、受信及び伝送インターフェース(22)は空間分
割を遂行する。分散されたスイッチ構造は、ハイブリッ
ド空間/時分割システム(10)を遂行する。データストリ
ーム(14)の種々の部分が種々のスイッチ構造上で並ぶ際
に、データ分散化は空間分割を生じる。データが一旦1
つのスイッチ構造へ到着すると、スイッチ構造は多重時
分割を遂行する。スイッチングシステム(10)を遂行する
のに、可能な限り高い帯域幅時分割バスでスイッチ構造
を構築することが提案される。より大きな帯域幅がスイ
ッチングシステム(10)内で必要とされるならば、本発明
で示したように、いくつかのスイッチ構造へデータを分
散化して、ハイブリッド空間/時分割切換えシステム(1
0)を遂行する。
いて詳細に記載されてきたが、そのような詳細な記載は
単にその目的のためであり、当該分野の専門家であれ
ば、特許請求の範囲に記載されるものの他にも、発明の
精神と範囲から逸脱することなく変更を成し得るものと
理解されるべきである。
を遂行する望ましい方法が示されている。
ある。
バの概略図である。
る。
チングシステムの概略図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 夫々がデータストリームを受信するM個
の受信インターフェースを具え、Mは1以上の整数であ
り、M個の受信インターフェースの少なくとも第1受信
インターフェースは、データストリームのS個のストラ
イプを生成し、Sは2以上の整数であり;N個のスイッ
チ構造を具え、Nは2以上の整数であり、N個のスイッ
チ構造の少なくとも第1及び第2構造は、夫々M個の受
信インターフェースの第1インターフェースからデータ
ストリームのN個のストライプの1つを受信し、各スイ
ッチ構造は、少なくともM個の受信インターフェースの
1つへ接続され、 O個の伝送インターフェースであって、Oは1以上の整
数であり、O個の伝送インターフェースの少なくとも第
1インターフェースは、N個のスイッチ構造の第1及び
第2構造により受信されたデータストリームのストライ
プからデータストリームを再構築し、各伝送インターフ
ェースは、N個のスイッチ構造の少なくとも2つへ接続
されているスイッチングシステム。 - 【請求項2】 O=MでありSはNに等しい請求項1に
記載のシステム。 - 【請求項3】 M個の受信インターフェースは、N個の
スイッチ構造へ接続されており、N個のスイッチ構造へ
供給されるN個のストライプを生成し、M個の受信イン
ターフェースの夫々は、N個のスイッチ構造の夫々へ接
続されている請求項2に記載のシステム。 - 【請求項4】 O個の伝送インターフェースの夫々は、
N個のスイッチ構造の夫々と接続されており、N個のス
イッチ構造からN個のストライプを受信して、データス
トリームを再構築する請求項3に記載のシステム。 - 【請求項5】 各受信インターフェースとスイッチ構造
の間、及び各スイッチ構造と伝送インターフェースの間
に、N×M個のストライプが設けられた請求項4に記載
のシステム。 - 【請求項6】 各スイッチ構造は、各受信インターフェ
ース及び伝送フェースに連繋したM個の読取り・書込み
キューを有する請求項5に規定されたシステム。 - 【請求項7】 第1の受信インターフェースは、パリテ
ィストライプを生成し、パリティストライプを受信する
付加的なスイッチ構造(N+1)を具え、 前記の第3のスイッチ構造は第1の受信インターフェー
スへ接続され、N+1スイッチ構造の1つが故障の場
合、データストリームは依然として第1受信インターフ
ェース(30)上のパリティストライプで再構築される請求
項6に記載のシステム。 - 【請求項8】 夫々がデータストリームを受信するM個
の受信インターフェースを具え、Mは2以上の整数であ
り、N個のデータストライプを生成し、Nは2以上の整
数であり;N個のスイッチ構造を具え、夫々はM個の受
信インターフェースからN個のデータストライプを受信
し;M個の伝送インターフェースを具え、夫々はN個の
データストライプを受信し、それらを夫々のデータスト
リームに再構築するスイッチングシステム。 - 【請求項9】 インターフェースの夫々は、各データス
トリームからN個のストライプを生成することによっ
て、N個のストライプのどのX個のストライプであって
も、X個のストライプが生成したところからデータスト
リームを再構築し、XはN以下の整数である請求項8に
記載のシステム。 - 【請求項10】 N個のストライプは、X個のストライ
プに1つのストライプを加えた請求項9に記載のシステ
ム。 - 【請求項11】 1つのストライプはパリティストライ
プである請求項10に記載のシステム。 - 【請求項12】 受信インターフェースでデータストリ
ームを受信する工程;データストリームを受信インター
フェースに対してN個のデータストリームに分散化する
工程;N個のストライプをN個のスイッチ構造へ供給す
る工程;及びN個のストライプを伝送インターフェース
へ伝送する工程であって、該伝送インターフェースは、
データストリームをN個のストライプから再構築し、集
約化されたデータをその出力ポートへ伝送する工程;を
具えるスイッチング方法。 - 【請求項13】 分散化工程は、パリティストライプを
分散化する工程、パリティストライプをスイッチ構造へ
供給する工程、及びパリティストライプを伝送インター
フェースへ伝送する工程を有し、N個のスイッチ構造の
どれか1つが故障の場合、データストリームは依然とし
てパリティストライプで再構築される請求項12に記載
の方法。 - 【請求項14】 分散化工程は、各データストリームか
らN個のストライプを生成する工程を有し、N個のスト
ライプのどのX個のストライプであっても、X個のスト
ライプが生じたところからデータストリームを再構築す
ることができ、XはN以下の整数である請求項13に記
載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/333,450 US6842422B1 (en) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Data striping based switching system |
US09/333450 | 1999-06-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001057574A true JP2001057574A (ja) | 2001-02-27 |
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