JP2001094605A - QoS(QualityofService)機能を持つLANスイッチ - Google Patents

QoS(QualityofService)機能を持つLANスイッチ

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JP2001094605A
JP2001094605A JP27178899A JP27178899A JP2001094605A JP 2001094605 A JP2001094605 A JP 2001094605A JP 27178899 A JP27178899 A JP 27178899A JP 27178899 A JP27178899 A JP 27178899A JP 2001094605 A JP2001094605 A JP 2001094605A
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qos
packet
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JP27178899A
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Takehiro Muroguchi
武廣 室口
Yoshihiro Mikami
由弘 三上
Tomokazu Iwata
知和 岩田
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Hitachi Ltd
Hitachi Information Technology Co Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Information Technology Co Ltd
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  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】輻輳発生時に通信トラフィック種類により優先
制御を行うが、ある優先度の高い特定の通信トラフィッ
クグループが一時的あるいは長時間中継先帯域を占有し
てしまいプロトコルに依存した制御状態が安定しなくな
る。 【解決手段】LANスイッチは、トラフィックグループ
コントローラの一番始めの処理として通信トラフィック
のグループ分けの前に制御パケット抽出機構410を備
えることにより、バスデータパケットをハードウェアあ
るいはソフトウェアによって制御パケットとデータパケ
ットとに振り分け、制御パケットはトラフィックグルー
プ分類機構420を通さず直接プライオリティキュー4
30〜433に格納し、データパケットのみトラフィッ
クグループ分類機構による優先度毎のグループ分類処理
を実施する。優先度の低いQoSグルプに割り当てられ
たセグメントにおいて、データパケットが流れない状態
が発生してもプロトコルに依存したシステムのトポロジ
に影響を与えることを回避する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LAN(local ar
ea network)ネットワークの構築に使用されるネットワ
ーク機器に関し、通信トラフィック毎に帯域を処理す
る、(QoS)LANスイッチに有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】急速なインターネット・イントラネット
の成長に伴い、イーサネット(登録商標)ワークLAN
が広く普及したが、ベストエフォートな回線であるた
め、輻輳発生時に通信トラフィックの重要度に関わらず
回線帯域を奪い合ってしまうことが欠点とされている。
【0003】通信トラフィックは端末やアプリケーショ
ンの性能が上がるとともに年々増え続けており、回線の
帯域を超えるようになると、通信トラフィック種類にお
ける優先制御の可否がLANスイッチにとって重要な技
術となっている。特に動画などのアプリケーションの発
達に伴い、大量画像データを一定の帯域で確保すること
が必要である。この問題を解決する手段として、LAN
スイッチのデータ中継制御時にデータ受信ポート単位や
VLAN(Virtual LAN)、ネットワークアドレス等を
トラフィックグループに分類して内部的に優先付けを行
い中継転送する機能を持つ製品が普及してきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】QoS機能を持つLA
Nスイッチのデータ中継制御技術において、輻輳発生時
に通信トラフィック種類(データ受信ポート単位、VL
AN、ネットワークアドレス等)により優先制御を行う
が、ある優先度の高い特定の通信トラフィックグループ
が一時的あるいは長時間中継先帯域を占有してしまう可
能性がある。この場合、別な通信トラフィックグループ
から各種プロトコルの制御パケットまで中継転送されな
くなるためプロトコルに依存した制御の状態が安定しな
くなるという問題がある。これに対する解決手段として
各通信トラフィックグループに最低保証帯域を割り当て
る方法もあるが、通信トラフィックグループの最低保証
帯域は0%で良いという考え方もある。このため最低保
証帯域を意識する必要のない確実な方法として、以下に
本発明者が検討した内容を図1、2、4にもとづいて説
明する。
【0005】図1は、LANスイッチのQoS設定例で
ある。通信トラフィックグループとしてVLAN1、V
LAN2,VLAN3,VLAN4があり、VLAN1
の通信トラフィックは最低保証帯域0%で優先度はHi
ghである。VLAN2の通信トラフィックは最低保証
帯域10%で優先度はMediumである。VLAN3
の通信トラフィックは最低保証帯域10%で優先度はN
ormalである。VLAN4の通信トラフィックは最
低保証帯域0%で優先度はLowである。優先度は優劣
関係はLow<Normal<Medium<High
であるとしている。
【0006】図2は、図1の設定が行われたLANスイ
ッチにVLAN1、VLAN2、VLAN3、VLAN
4の通信トラフィックを受信し、それぞれのトラフィッ
クがQoS設定にもとづいた帯域で出力している概念を
示している。
【0007】図4には、トラフィックグループコントロ
ーラとして通信トラフィックをデータパケットと制御パ
ケットに分類する制御パケット抽出機構と通信トラフィ
ックをLANスイッチに設定した種類毎に分類し優先度
の割合でプライオリティキューへ送出するトラフィック
グループ分類機構と分類したトラフィックの優先度毎の
プライオリティキューとプライオリティキューの出力を
制御するラウンドロビン機構が示されている。
【0008】図2のように出力帯域がそれぞれのVLA
NにQoSの設定に依存して割り当てられるがVLAN
4は最小保証帯域の設定が0%であるため、出力帯域が
VLAN1,VLAN2,VLAN3のみに消費されて
しまう可能性がある。この場合、VLAN4のセグメン
ト内に存在しうる各種のプロトコルの制御パケット含ん
だ全ての通信トラフィックが転送されなくなる。
【0009】これは、図4に示されるトラフィックグル
ープコントローラ内に今回の発明である制御パケット抽
出機構がない場合、通信トラフィックのデータパケット
や制御パケットの区別せず直接トラフィックグループ分
類機構によりQoS設定ごとのグループ分けをしていた
ためである。このような従来の作りでは、優先度を高く
設定した通信トラフィックグループの負荷が長時間続き
帯域を占有してしまうことがあると、優先度の低い通信
トラフィックグループの負荷がLANスイッチから中継
転送されなくなることが考えられる。当然、各種プロト
コルの制御パケットも中継されないため、プロトコルに
依存した制御状態が安定しなくなる。
【0010】このような問題は、大量画像データを常時
扱うシステム環境や、QoS動作確認のためのテストと
して意図的に高トラフィックを流し続けるようなときに
発生すると考えられる。
【0011】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
するためにトラフィックグループコントローラの一番始
めの処理として通信トラフィックのグループ分けの前に
制御パケットとデータパケットを分類する制御パケット
抽出機構を備えたLANスイッチを提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のQoSを持つLANスイッチは、トラフィ
ックグループコントローラの一番始めの処理として通信
トラフィックのグループ分けの前に制御パケット抽出機
構を備えることにより、イーサネットデータパケットを
ハードウェアあるいはソフトウェアによって制御パケッ
トとデータパケットとに振り分け、制御パケットはトラ
フィックグループ分類機構を通さず直接プライオリティ
キューに格納し、データパケットのみトラフィックグル
ープ分類機構による優先度毎にグループ分類処理が実施
されるようにしたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は一般的なLANスイッチに
設定されるQoS設定定義例である。
【0014】図2はLANスイッチが受信するVLAN
毎のトラフィックを、QoS制御により出力帯域が配分
されて送信している概念図である。
【0015】図3は本発明に関するQoS機能を持つL
ANスイッチの一般的な機能ブロック図である。
【0016】図4は本発明に関する機能が織り込まれる
トラフィックグループコントローラの機能ブロック図で
ある。
【0017】図5はQoSを持つLANスイッチを使用
したネットワークシステム例である。
【0018】図6は通信トラフィックとして考慮したイ
ーサネットパケットフォーマットである。
【0019】図7は通信トラフィックとして考慮したイ
ーサネッIPパケットフォーマット例である。
【0020】まず、図1により一般的なLANスイッチ
に設定されるQoS設定定義例を説明する。ここで説明
するLANスイッチには4つのブロードキャストドメイ
ンである通信トラフィックグループ100がVLAN
1、VLAN2、VLAN3、VLAN4として定義さ
れていることとしています。そしてこれらのVLANに
対してQoSの定義として最小保証帯域110の優先度
120を割り合てている。VLAN1の通信トラフィッ
クは最低保証帯域0%で優先度はHighである。VL
AN2の通信トラフィックは最低保証帯域10%で優先
度はMediumである。VLAN3の通信トラフィッ
クは最低保証帯域10%で優先度はNormalであ
る。VLAN4の通信トラフィックは最低保証帯域0%
で優先度はLowである。優先度より最小保証帯域の設
定が優先度よりも優先されるものとする。また、優先度
の優劣関係はLow<Normal<Medium<H
ighであるとしている。
【0021】図2は、図1の設定が行われたLANスイ
ッチ220にVLAN1トラフィック210、VLAN
2トラフィック211、VLAN3トラフィック21
2、VLAN4トラフィック213の通信トラフィック
を受信し、それぞれのトラフィックがQoS設定にもと
づいた帯域で出力している概念を示している。もし、V
LAN1、VLAN2、VLAN3、VLAN4の各入
力帯域が100%を超える通信トラフィックを受信した
時、最低保証帯域を設定しているVLAN3の通信トラ
フィックが出力帯域の10%分送信される。残りの90
%の出力帯域はVLAN1の通信トラフィックが出力さ
れる。従って図1のようなQoS定義ではVLAN1の
通信トラフィックが帯域を占有しVLAN2、VLAN
4の通信トラフィックが出力できないことが考えられ
る。
【0022】図5はQoSを持つLANスイッチを使用
したネットワークシステム例であり、VLAN4540
のセグメントが4つのLANスイッチ500、501、
502、503によるスパニングツリープロトコルを利
用した閉ループ構成を作っているとします。この場合ス
パニングツリープロトコルの働きにより閉ループを回避
するためいずれかのLANスイッチ500、501、5
02、503のポートが閉塞されるトポロジを形成しま
す。トポロジの形成にはIEEE802.1dで規定さ
れたスパニングツリーの制御パケットであるBPDU
(BridgeProtcol Data Unit)
のやり取りが行われる。もし、今回の発明が組み込まれ
ていないLANスイッチを用いると、LANスイッチ1
500で長時間の輻輳が発生した場合、LAN4540
の制御パケットBPDUのLANスイッチ間の受け渡し
ができなくなりトポロジが変化してしまいます。LAN
スイッチ1500の輻輳がなくなるとトポロジが元に戻
るため、輻輳が発生するたびにトポロジが安定しないこ
とが起こりうるため、安定した通信が行えなくなる可能
性がある。
【0023】図3は本発明に関するQoS機能を持つL
ANスイッチの一般的な機能ブロック図である。LAN
スイッチ300のポート1から受信した通信トラフィッ
クをQoS処理実施後にポート2へ送信する流れを説明
する。ポート1のLANインターフェース回線380よ
り通信トラフィックを受信し、MAC(MediumA
ccess Control)ポート1370、入出力
バッファ360を経由してパケット処理ユニット350
によりフォワーディングデータベース320に通信トラ
フィックの転送先を検索するとともにトラフィックグル
ープコントローラ330によりQoS処理を行う。Qo
S処理はQoSマネージャ340から、設定された内容
をCPU310の処理を介して指示を受ける。QoSマ
ネージャ340の設定内容は図1のようなものである。
トラフィックグループコントローラ330によりQoS
処理されたパケットはフォワーディングデータベース3
20から検索された転送先(ここではポート2とす
る。)へパケット処理ユニットによって送られ、入出力
バッファ361、MACポート2を経由してLANイン
ターフェース回線381へ送信される。
【0024】図4は本発明に関する機能が織り込まれる
トラフィックグループコントローラの機能ブロック図で
ある。パケット処理ユニット350よりトラフィックグ
ループコントローラ400が受け取った通信トラフィッ
クは、まず今回の発明である制御パケット抽出機構41
0により通信トラフィックを制御パケットとデータパケ
ットに分類する。この時分類した制御パケットはトラフ
ィックグループ分類機構420を通らず直接プライオリ
ティキューHigh430へと格納される。データパケ
ットはトラフィックグループ分類機構420によってQ
oS設定に依存した通信トラフィックグループ100毎
にデータパケットを分類し、QoSの最低保証帯域11
0と優先度120に従った帯域でプライオリティキュー
High430、プライオリティキューMidium4
31、プライオリティキューNormal432、プラ
イオリティキューLow433に割り振ります。これら
のプライオリティキューのパケットはラウンドロビン機
構440によって均等にパケット処理ユニット350へ
送り出される。
【0025】制御パケット抽出機構410は、イーサネ
ットパケットの宛先MACアドレスやTCP/UDPヘ
ッダのポート番号等によりソフトウェアあるいはハード
ウェアのANDやOR条件の組み合わせにより抽出する
こととする。例えば、ここで取り上げたスパニングツリ
ーの制御パケットであるBPDUは図6のイーサネット
パケットフォーマット600のDA部(宛先MACアド
レス)が01:80:C2:00:00:00であるこ
とをトリガに抽出できる。
【0026】その他、制御パケットとしてRIP(Ro
uting InformationProtoco
l)を考えると、図7のイーサネットIPパケットフォ
ーマット例700のUDPヘッダ内に割り当てられる送
り元ポート番号部が0x208であることをトリガに抽
出できる。
【0027】
【発明の効果】本発明を用いたQoSを持つLANスイ
ッチ用いることにより、優先度の低いQoSグループに
割り当てられたセグメントにおいて、データパケットが
流れない状態が発生してもプロトコルに依存したシステ
ムのトポロジに影響を与えることを回避することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なLANスイッチに設定されたQoS設
定定義例である。
【図2】LANスイッチが受信するVLAN毎のトラフ
ィックを、QoS制御により出力帯域が配分されて送信
している概念図である。
【図3】本発明に関するQoS機能を持つLANスイッ
チの一般的な機能ブロック図である。
【図4】本発明に関する機能が織り込まれるトラフィッ
クグループコントローラの機能ブロック図である。
【図5】QoSを持つLANスイッチを使用したネット
ワークシステム例である。
【図6】通信トラフィックとして考慮したイーサネット
パケットフォーマットである。
【図7】通信トラフィックとして考慮したイーサネット
IPパケットフォーマット例である。
【符号の説明】
100…通信トラフィックグループ、110…最低保証
帯域、120…優先度、200…LANスイッチ、21
0…VLAN1トラフィック、211…VLAN1トラ
フィック、212…VLAN3トラフィック、213…
VLAN4トラフィック、220…出力トラフィック、
300…LANスイッチ、310…CPU、320…フ
ォワーディングデータベース、330…トラフィックグ
ループコントローラ、340…QoSマネージャ、35
0…パケット処理ユニット、360…入出力バッファ、
361…入出力バッファ、370…MACポート1、3
71…MACポート2、380…LANインターフェー
ス回線、381…LANインターフェース回線、400
…トラフィックグループコントローラ、410…制御パ
ケット抽出機構、420…トラフィックグループ分類機
構、430…プライオリティキューHigh、431…
プライオリティキューMedium、432…プライオ
リティキューNormal、433…プライオリティキ
ューLow、440…ラウンドロビン機構、500…L
ANスイッチ1、501…LANスイッチ2、502…
LANスイッチ3、503…LANスイッチ4、510
…VLAN1セグメント、520…VLAN2セグメン
ト、530…VLAN3セグメント、540…VLAN
4セグメント、600…イーサネットパケットフォーマ
ット、700…イーサネットIPパケットフォーマット
例。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 由弘 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立インフォメーションテクノロジー内 (72)発明者 岩田 知和 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 株 式会社日立情報ネットワーク内 Fターム(参考) 5K030 GA08 HB06 HB17 HC14 HD07 LE05 5K033 BA04 CB08 CB17 CC01 DA05 DB18 9A001 BB04 CC07 CC08 JJ12 KK56

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】QoS機能を持つLANスイッチにおい
    て、通信トラフィックを制御パケットとデータパケット
    に振り分ける制御パケット抽出機構を持つことで、通信
    トラフィックをQoS設定毎のトラフィックに分類し優
    先度制御を行う前に制御パケットを抽出し、優先度の最
    も高いデータパケットトラフィックと同一の扱いとする
    制御を特徴とするLANスイッチ。
JP27178899A 1999-09-27 1999-09-27 QoS(QualityofService)機能を持つLANスイッチ Pending JP2001094605A (ja)

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