JP2001326688A - シェーピング装置 - Google Patents

シェーピング装置

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JP2001326688A
JP2001326688A JP2000149811A JP2000149811A JP2001326688A JP 2001326688 A JP2001326688 A JP 2001326688A JP 2000149811 A JP2000149811 A JP 2000149811A JP 2000149811 A JP2000149811 A JP 2000149811A JP 2001326688 A JP2001326688 A JP 2001326688A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユーザ毎の最低帯域を保証するシェーピング
を、ユーザ数増加時にも高速実行できるシェーパを提供
する。 【解決手段】 シェーパ部500にパケットが到着する
と、廃棄制御部510は到着パケットの「蓄積」「廃棄」
を判定する。パケット蓄積FIFO520は「蓄積」と判定し
たパケットを蓄積し、各ユーザの最低帯域の総和以上で
送信する。帯域監視部600はユーザ毎に帯域をチェック
して、最低帯域以内のパケットを優先パケットと、それ
以外を非優先パケットと判定する。パケット蓄積FIFO52
0に大量にパケットが蓄積すると、廃棄制御部510は非優
先パケットを優先的に「廃棄」と判定して優先パケット
を保護する事により、シェーパ部500は各ユーザの最低
帯域を保証する。 【効果】 ユーザ毎の最低帯域を保証するシェーピング
を、ユーザ数増加時にも高速実行できるシェーパを提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パケットの送信帯
域を成形するシェーピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インターネットで用いられているパケッ
ト型通信方式では、多数のユーザからのパケットが同じ
回線を共用使用できるため、帯域あたりのコストを低く
抑えることが出来る。このインターネットにおいて、従
来の電話網や企業網が実現していた低遅延時間や低廃棄
率等の通信品質（QoS：Quality of Service）を実現す
る要求がでてきた。
【０００３】QoSを実現するサービスの一つである最低
帯域保証サービスは、各ユーザ(契約者)毎に契約された
最低帯域が保証され、この最低帯域を超過したパケット
に関してはネットワーク資源が許す限り転送される。
【０００４】例えば、図2のインターネット200で最低帯
域保証サービスが提供されており、エッジルータB204に
直接接続する5つの端末(端末E235、端末F236、端末G23
7、端末Ｈ238、端末I239)が受信する最低帯域が、それ
ぞれユーザE、ユーザF、ユーザG、ユーザH、ユーザIと
契約されている場合について考える。エッジルータA201
に直接接続する端末A231、端末B232、端末C233、端末D23
4の送信したトラヒックはエッジルータA201、バックボー
ンルータA202、バックボーンルータB203、エッジルータ2
04Bにより端末E235、 端末F236、端末G237、端末Ｈ238、
端末I239まで転送されている。バックボーンルータB203
からエッジルータB204へ至る回線がボトルネックとなっ
ている場合、バックボーンルータB203は前記回線用のシ
ェーパを所持し、各ユーザ毎に最低帯域を保証して転送
する。
【０００５】最低帯域保証するシェーパのスケジューリ
ング方式としては例えばWFQ(Weighted Fair Queueing)
と呼ばれるスケジューリング方式が知られている。WFQ
のアルゴリズムは、SCFQ(Self Clocked Fair Queueing)
と呼ばれるアルゴリズムがS.Golestani, A Self-Clocke
d Fair Queueing Scheme for Broadband Applications,
In proc. of INFOCOM94, pp.636-646,1994.に記述され
ている(従来技術1)。従来技術1ではシェーパは複数のキ
ューi(=1〜N)を所持し、前記キューi毎に使用帯域に比
例した重みWiと変数Fiを持ち、パケットがシェーパに到
着すると変数Fiの更新を行う。パケット出力時には、パ
ケットが蓄積しているキューiの先頭パケットの変数Fi
の中から最小のFiを持つキューiのパケットをサービス
する。変数のFiの更新は Fi = L/Wi+max(Fi, V(ta)) に従って行われる。ここで、Ｌは到着パケットのパケッ
ト長、taはパケットの到着時刻、V(t)は時刻ｔにおける
キューiのパケット変数Fiの値を返す関数である。この方
式では、キューiからはWi /(Wiの総和)×回線帯域 分の
最低帯域が保証される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術1のシェーパ
には2つの問題点がある第一の問題点は、ユーザ数が増
加すると高速にシェーピングできない点である。従来技
術1のシェーパは各ユーザ(＝契約者)のトラヒックをユ
ーザ毎のキューにキューイングする。パケットを送信す
るキューを判定する時間はユーザ数が増加すると共に増
加するため、高速にシェーピングできない。
【０００７】第二の問題点は、ユーザが最低帯域を効率
良く利用できない点である。前述した図2のインターネ
ット200でこの問題点を説明する。端末A231、端末B23
2、端末C233、端末D234からユーザEの端末E235行きのト
ラヒックが図9の様にバックボーンルータB203に入力す
る。また、バックボーンルータB203のシェーパはユーザ
Eの最低帯域を保証してシェーピングしている。バック
ボーンルータB203において全ユーザのトラヒックの総和
が図10に示す様に変化すると、前記シェーパが出力する
トラヒックは図11の様に変化する。時間taでは全ユーザ
のトラヒックの総和が回線帯域を下回っている為、ユー
ザEへのトラヒックはユーザ毎のキューに蓄積されると
直ぐに出力される。また、時間tbでもユーザEの帯域が
最低帯域を下回っているためユーザEのトラヒックは全
て出力される。時間tcでは全ユーザのトラヒックの総和
が回線帯域を超え、ユーザEの帯域が最低帯域を超過し
ているため、ユーザEのパケットはユーザ毎のキューに
蓄積され、tcの期間が長いとキュー長が増加しパケット
は廃棄されてしまう。シェーパはパケットの重要度を考
慮していないため、ユーザが受信端末まで必ず到達させ
たい重要なパケットを廃棄し、それ以外のパケットを転
送する場合もある。従来技術1のシェーパはユーザにと
って重要なパケットを廃棄してそれ以外のパケットを送
信してしまい、ユーザが最低帯域を効率良く利用出来な
い場合がある。なお、本発明ではユーザが受信端末まで
必ず到達させたい重要なパケットを重要パケットと、そ
れ以外のパケットを非重要パケットと呼ぶ。
【０００８】以上に述べた様に従来の技術のシェーパは
多くのユーザの最低帯域を保証して高速にシェーピング
することができなかった。
【０００９】本発明の第一の目的は、多くのユーザの最
低帯域を保証して高速にシェーピングするシェーピング
装置を提供することである。
【００１０】また、従来の技術のシェーパは、重要パケ
ットを保護して、最低帯域を効率良く利用できないた
め、ユーザが最低帯域を効率良く利用できなかった。
【００１１】本発明の第二の目的は、重要パケットを保
護して、最低帯域を効率良く利用するシェーピング装置
を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るために、本発明のシェーピング装置は、パケットを蓄
積するパケット蓄積FIFOと、前記パケットのキューイン
グ優先度を決定する優先度決定手段と、前記キューイン
グ優先度に基づいて前記パケット蓄積FIFOへのパケット
蓄積・廃棄を判定する廃棄制御部とを備え、複数のユー
ザのパケットが同一の前記パケット蓄積FIFOに蓄積され
ることを特徴とする。本発明のシェーピング装置は一つ
のパケット蓄積FIFO520からパケットを出力するため、
複数のバッファからパケットを出力するバッファを選択
する必要がなく高速にシェーピングを行う事ができる。
【００１３】上記第二の目的を達成するために、本発明
のシェーピング装置は、複数のユーザのパケットに対し
てそれぞれのユーザに保証している最低帯域分のパケッ
トを優先パケットとする優先度決定手段を備え、前記優
先度決定手段があるユーザのパケットを前記最低帯域を
超えて受信した場合に、前記ユーザが予め決定した重要
パケットを優先的に優先パケットと決定することを特徴
とする。本発明のシェーピング装置は重要パケットを保
護して転送するため、最低帯域を効率良く利用すること
ができる。
【００１４】その他の本発明が解決しようとする課題、
その解決手段は、本発明の「発明の実施の形態」の欄及
び図面で明らかにされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】まず、本発明のシェーピング機能
を所持するルータの概要動作を図1乃至図4を用いて説明
する。図1は本発明を適用したルータ100を示す。ルータ
100はパケットが入力するN個の入力回線110-i(i=1〜N)
とパケットの受信処理を行うパケット受信回路120-i
と、ルーティング処理部130と、パケットをスイッチン
グするパケット中継処理手段140と、出力回線毎のシェ
ーパ部500-j(j=1〜N)と送信処理を行うパケット送信回
路150-jと、パケットが出力されるN個の出力回線160-j
より構成される。
【００１６】図3はインターネット200におけるパケット
のフォーマットの一例を示す。インターネット200にお
けるパケットはヘッダ部310とデータ部320から構成され
る。ヘッダ部310は送信元アドレス（送信端末のアドレ
ス）である送信元IPアドレス（Source IP Address：以
下「SIP」という。）311と、宛先アドレス（受信端末の
アドレス）である宛先IPアドレス（Destination IP Add
ress：以下「DIP」という。）312と、送信元のプロトコ
ル（＝上位アプリケーション）を表す送信元ポート（So
urce Port：以下「SPORT」という。）313と宛先のプロ
トコルを表す宛先ポート（Destination Port：以下「DP
ORT」という。）314から構成される。また、データ部32
0はユーザデータ321から構成される。ヘッダ部310には
前記情報以外にサービス識別子(TOS : Type of Servic
e)等の情報も格納されているが、前記情報と同様に後述
の処理を実行することができる。
【００１７】図4は本発明を適用したルータ100内部にお
けるパケットのフォーマットを示す。ルータ100内部に
おけるパケットのフォーマットはインターネット200に
おけるパケットのフォーマットに内部ヘッダ部330が備
わる。この内部ヘッダ部330はパケットのバイト長を表
すパケット長331とパケットが入力した回線の識別子で
ある入力回線番号332と、パケットが出力される回線の
識別子である出力回線番号333から構成される。
【００１８】本発明が想定しているネットワーク構成を
図2に示した。図2のインターネット200では最低帯域保
証サービスが提供されており、エッジルータB204に直接
接続する5つの端末(端末E235、端末F236、端末G237、端
末Ｈ238、端末I239)が受信する最低帯域がそれぞれユー
ザE、ユーザF、ユーザG、ユーザH、ユーザIと契約され
ている。端末A231、端末B232、端末C233、端末D234がパ
ケットを送信し、端末E235、 端末F236、端末G237、端末
Ｈ238、端末I239が受信している。バックボーンルータB
203からエッジルータB204へ至る回線の帯域は各ユーザ
と契約している最低帯域の総和よりも大きいがボトルネ
ックとなっている。本発明を適用したルータ100がバッ
クボーンルータB203として使用され、エッジルータB204
へ至る出力回線160-jのシェーパ部500-jが各ユーザへの
最低帯域を保証するようにシェーピングを実行してい
る。
【００１９】本発明を適用したルータ100の入力回線110
-iよりパケットが入力するとパケット受信回路120-iは
内部ヘッダ部330を付加し、前記パケットのバイト長を
カウントしてパケット長331(単位はByte)に書き込む。
さらに、パケットが入力した入力回線110-iの回線番号i
を入力回線番号332に書き込み、ルーティング処理部130
へパケットを送信する。なお、この時点では出力回線番
号333は無意味な値となっている。ルーティング処理部1
30はパケットを受信するとDIP312よりパケットを出力す
る出力回線160-jを判定し、出力回線160-jの回線番号j
を出力回線番号333に書き込みパケット中継処理手段140
に送信する。パケット中継処理手段140は出力回線番号3
33に従いパケットをスイッチングし、出力回線毎のシェ
ーパ部500-jに送信する。シェーパ部500-jはユーザ毎の
最低帯域を保証して、パケットをパケット送信回路150-
jに送信する。パケット送信回路150-jはパケットを受信
すると、内部ヘッダ部330を削除し、出力回線160-jにパ
ケットを送信する。
【００２０】次に、本発明のシェーパ部500の詳細動作
について説明する。図5に本発明のシェーパ部500のブロ
ック図を示した。シェーパ部500はパケットを蓄積する
パケット蓄積FIFO520と、前記パケット蓄積FIFO520に蓄
積した順番でパケットを出力するパケット出力制御部53
0と、前記パケット蓄積FIFO520へのパケット入力や廃棄
を制御する廃棄制御部510と、前記パケット蓄積FIFO520
に蓄積する時のキューイング優先度を決定する帯域監視
部600より構成される。本発明では帯域監視部600がキュ
ーイング優先度を「優先」と決定するパケットを優先パ
ケットと、「非優先」と決定するパケットを非優先パケ
ットと呼ぶ。優先パケットは輻輳が発生してパケット蓄
積FIFO520にパケットが大量に蓄積された場合に、前記
パケット蓄積FIFO520に優先的に蓄積される。
【００２１】廃棄制御部510はパケットを一旦蓄積する
一時蓄積バッファ511と、パケット蓄積FIFＯ520に蓄積
しているパケット数をカウントするFIFOカウンタ513
と、前記FIFOカウンタ513の優先パケット用のパケット
蓄積FIFＯ520の閾値を格納する優先パケット用閾値蓄積
手段514と、非優先パケット用のパケット蓄積FIFＯ520
の閾値を格納する非優先パケット用閾値蓄積手段515
と、廃棄判定回路512より構成される。なお、優先パケ
ット用閾値蓄積手段514に蓄積される閾値は非優先パケ
ット用閾値蓄積手段515に蓄積される閾値よりも大き
い。
【００２２】パケット中継処理手段140よりパケットが
入力すると、ヘッダ部310、データ部320、内部ヘッダ部
330の全てが一時蓄積バッファ511に、ヘッダ部310、内
部ヘッダ部330が帯域監視部600に蓄積される。帯域監視
部600は蓄積した情報を基にキューイング優先度を決定
する。ユーザ毎に入力するパケットの帯域を監視し、最
低帯域以内のパケットに対して「優先」と判定し、超過
したパケットに対して「非優先」と判定する。さらに、
この判定情報から構成されるキューイング優先度12を廃
棄判定回路512に送信する。なお、帯域監視部600の動作
の詳細については後述する。
【００２３】廃棄制御部510の廃棄判定回路512は前記キ
ューイング優先度12とFIFOカウンタ513の値と優先パケ
ット用閾値蓄積手段514内の閾値と非優先パケット用閾
値蓄積手段515内の閾値から一時蓄積バッファ511内のパ
ケットを廃棄するか否かを判定する。キューイング優先
度12が「優先」の場合、優先パケット用閾値蓄積手段51
4内の閾値 ＞ FIFOカウンタ513の値の時に「蓄積」と判
定して前記パケットをパケット蓄積FIFO520へ送信する
ように一時蓄積バッファ511に指示する。一時蓄積バッ
ファ511はこの信号を受信するとパケット蓄積FIFO520に
パケットを送信し、パケット蓄積FIFO520はこのパケッ
トを蓄積する。
【００２４】優先パケット用閾値蓄積手段514内の閾値
＝ FIFOカウンタ513の値の時には「廃棄」と判定して、
一時蓄積バッファ511に前記パケット送信の指示を行わ
ない。一時蓄積バッファ511は「廃棄」と判定したパケ
ットの情報に次に到着したパケットの情報を上書きす
る。一方、キューイング優先度12が「非優先」の場合、
非優先パケット用閾値蓄積手段515内の閾値 ＞ FIFOカ
ウンタ513の値の時に「蓄積」と判定し、非優先パケッ
ト用閾値蓄積手段515内の閾値 ≦ FIFOカウンタ513の値
の時には「廃棄」と判定する。廃棄判定回路512は判定
結果(「蓄積」か「廃棄」か)を廃棄判定結果13としてFI
FOカウンタ513に送信する。FIFOカウンタ513は廃棄判定
結果13が「蓄積」の場合には、蓄積情報に1加算し、
「廃棄」の場合には加算を行わない。
【００２５】パケット出力制御部530はパケット蓄積FIF
O520に蓄積した順番に回線帯域でパケットを送信するよ
うにパケット送信起動信号14を送信し、この信号を受信
したパケット蓄積FIFO520はパケット送信回路150へパケ
ットを送信する。また、FIFOカウンタ513は前記パケッ
ト送信起動信号14を受信すると蓄積情報から1減算す
る。本発明では、パケット出力制御部530は回線帯域で
パケットを送信するようにパケット送信起動信号14を送
信するが、ネットワーク運用者によって設定された回線
帯域以下の帯域(例えば、回線帯域の半分)で送信しても
良い。
【００２６】本発明のシェーパ部500-jは一つのパケッ
ト蓄積FIFO520からパケットを出力するため、複数のバ
ッファからパケットを出力するバッファを選択する必要
がなく高速にシェーピングを行う事ができる。
【００２７】ユーザE(端末E235)行きのトラヒックが図9
に示す様にシェーパ部500-jに入力し、全ユーザのトラ
ヒックの総和が図10に示す様にシェーパ部500-jに入力
する場合、出力回線160-jより出力されるユーザE行きの
トラヒックは図11の様になる。時間taでは全ユーザのト
ラヒックの総和が回線帯域を下回っている為、ユーザE
のパケットはパケット蓄積FIFO520に蓄積されて出力さ
れる。時間tb、tcでは全ユーザのトラヒックの総和が回
線帯域を超えている為、パケット蓄積FIFO520に非優先
パケット用閾値蓄積手段515内の値を超えてパケットが
蓄積される。この時、非優先パケットは蓄積されず、優
先パケットのみパケット蓄積FIFO520に蓄積される。パ
ケット蓄積FIFO520からは回線帯域でパケットは出力さ
れ、各ユーザの優先パケットは最低帯域以下で入力す
る。各ユーザの最低帯域の総和は回線帯域以下であるか
ら、優先パケットは廃棄されずにパケット蓄積FIFO520
に蓄積され、出力回線160-jより出力される。時刻tbで
はユーザEの帯域は最低帯域以下であるため、最終的に
ユーザEのパケットは出力回線160-jより出力される。時
間tcではユーザEの最低帯域以下のパケットは優先パケ
ットと判定され出力回線160-jより出力されるが、最低
帯域以上のパケットは非優先パケットと判定されて廃棄
される。
【００２８】次に、帯域監視部600の詳細動作について
説明する。時間tcでは帯域監視部600は重要パケットを
選択的に優先パケットと判定する。この機能によりシェ
ーパ部500は重要パケットを保護することが出来る。帯
域監視のアルゴリズムとして固定長パケットであるセル
の監視アルゴリズムであるcontinuousLeaky Bucket Alg
orithm(以下リーキーバケットアルゴリズム)を可変長パ
ケットの帯域監視用に拡張したアルゴリズムを使用す
る。リーキーバケットアルゴリズムに関しては例えばTh
e ATM Forum Specification version 4.1の4.4.2章に記
載されている。リーキーバケットアルゴリズムはある深
さを持った穴の空いた漏れバケツのモデルで、バケツに
水が入っている間は監視帯域で水は漏れ、セル到着時に
はバケツに１セル分の水が注ぎ込まれる。セルの到着揺
らぎを許容するためにバケツに深さを持ち、バケツが溢
れない内は入力セルは遵守と、溢れると違反と判定され
る。本発明ではパケット到着時に注ぎ込む水の量を可変
とすることにより、可変長パケットの帯域監視を実現す
る。
【００２９】図6に帯域監視部600のブロック図を示す。
帯域監視部600は帯域監視テーブル制御部650と、バケツ
蓄積量判定部610と、監視結果判定部620と、帯域監視テ
ーブル630と、フロー検出部640より構成される。フロー
検出手段640は帯域監視を行うために、入力パケット毎
にヘッダ内の情報等によりフロー識別子を判定する。帯
域監視部600は前記フロー識別子に対応する帯域監視制
御情報を用いて帯域監視を実行する。なお、本発明で
は、ヘッダ内の情報等を組み合わせて作成したパケット
識別の条件をフロー条件と、フロー条件に一致する一連
のトラヒックをフローと、フロー条件に入力パケットが
一致するか否かを判定してフローの識別を行うことをフ
ロー検出と呼ぶ。
【００３０】図7に帯域監視テーブル630のフォーマット
を示す。前記帯域監視テーブル630はM個の帯域監視制御
情報700-k(k=1〜M)をより構成される。帯域監視部600は
一つの前記帯域監視制御情報700-kにより１ユーザの帯
域監視を実行する。帯域監視制御情報700-kは重要パケ
ット用のバケツの深さTHR-Ａ701-k(Byte) (Threshold-
A)と、非重要パケット用のバケツの深さTHR-B702-k(Byt
e)(Threshold-B)と、バケツから水が漏れる速度であり
監視レートを表すPOLR703-k(Byte/sec)(Policing Rate)
と、同一の帯域監視制御情報700-k(k=1〜M)を参照する
パケットの水が前回バケツに蓄積した時刻TS704-k(sec)
(Time Stamp)と、時刻TS704-kにバケツに蓄積していた
水の量であるCNT705-k(Byte)(Count)より構成される。
なお、バケツの深さを表すTHR-A701-kとTHR-B702-kは、
THR-Ａ701-k≧THR-B702-kの関係がある。
【００３１】図8に帯域監視部600のフローチャートを示
す。帯域監視部600の処理は帯域監視開始処理800、バケ
ツ蓄積量判定処理810、監視結果判定処理820である。後
の２処理はそれぞれバケツ蓄積量判定部610と、監視結
果判定部620が主に実行する。
【００３２】帯域監視部600がヘッダ部310と内部ヘッダ
部330から構成されるパケットヘッダ情報11を受信する
と、監視結果判定部620のパケット長蓄積手段622はパケ
ット長331を、フロー検出部640は入力回線番号332と、出
力回線番号333と、SIP311と、DIP312と、SPORT313と、DP
ORT314を蓄積する(ステップ801)。ステップ802では、フ
ロー検出部640は蓄積した情報に基づいてフロー検出を
行う。ここでは、一時蓄積バッファ511内のパケットの
フロー識別子と重要または非重要パケットかを判定す
る。さらに、前記フロー識別子から構成されるフロー識
別子情報15を帯域監視テーブル制御部650の帯域監視テ
ーブル制御回路651へ、パケットの重要度を表すパケッ
ト重要度情報17を監視結果判定部620のパケット重要度
蓄積手段624へ送信する。
【００３３】このフロー識別子情報15とユーザは１対１
で対応する。図2のインターネット200ではフロー検出部
640は、例えば、端末E235、端末F236、端末G237、端末
Ｈ238、端末I239のIPアドレス(DIP312)によってユーザ
を識別してフロー識別子を判定し、TCPのポート番号(SP
ORT313、DPORT314)からアプリケーションを識別してパ
ケットの重要度を判定する。
【００３４】帯域監視テーブル制御回路651は前記フロ
ー識別子情報15を受信すると、帯域監視テーブル630の
アドレスを作成して帯域監視制御情報700-kを読み出
し、THR-Ａ701-kとTHR-B702-kを監視結果判定部620のTH
R蓄積手段623に、POLR703-kとTS704-kとCNT705-kをバケ
ツ蓄積量判定部610のそれぞれPOLR蓄積手段613、TS蓄積
手段614、CNT蓄積手段615に蓄積する(ステップ803)。
【００３５】バケツ蓄積量判定処理810では、バケツ蓄
積量判定部610はパケット入力直前のバケツの水の量(バ
ケツ蓄積量)を判定する。まず、バケツ蓄積量判定回路6
11は現時刻をカウントするタイマー612の値(単位はsec)
とTS蓄積手段614内のTS704-k(sec)との差分を計算し、
バケツに水が前回蓄積されてから経過した経過時間(se
c)を計算する(ステップ811)。次に経過時間(sec)にPOLR
蓄積手段613内のPOLR703-k(Byte/sec)を乗じて、バケツ
に水が前回蓄積されてから漏れた水の量(バケツ減少量)
を計算する(ステップ812)。さらに、CNT蓄積手段615内
のCNT705-kからバケツ減少量を減算してパケットが入力
する直前のバケツ蓄積量を判定する(ステップ813)。前
記バケツ蓄積量の正負を判定し(ステップ814)、判定結
果が負の場合にはバケツ蓄積量を"0"(バケツは空)に修
正する(ステップ815)。
【００３６】監視結果判定処理820では、監視結果判定
部620の監視結果判定回路621は一時蓄積バッファ511内
のパケットに相当する水がバケツに入るか否かを判定し
てパケットの優先度を決定する。まず、監視結果判定回
路621はバケツ蓄積量判定処理810で判定されたバケツ蓄
積量(Byte)にパケット長(Byte)を加算する(ステップ82
1)。次に、パケット重要度蓄積手段624はフロー検出部6
40が送信しているパケット重要度情報17を蓄積する。こ
の蓄積情報に基づき帯域監視処理は分岐する(ステップ8
22)。監視結果判定回路621は前記蓄積情報が「重要」の
場合にはTHR蓄積手段623に蓄積されている重要パケット
用のバケツの深さTHR-A701-kと前記加算値との大小比較
を行う(ステップ823)。バケツ蓄積量＋パケット長＞THR
-A701-k、即ち、バケツが溢れてしまう時には、一時蓄
積バッファ511に蓄積されているパケットを違反パケッ
トと判定して「違反」を表す帯域監視結果情報18を帯域
監視テーブル制御部650の帯域監視テーブル制御回路651
に、「非優先」を表すキューイング優先度12を廃棄判定
回路512に送信する(ステップ826)。一方、バケツ蓄積量
＋パケット長≦THR-A701-kの時には、入力パケットを遵
守パケットと判定し、「遵守」を表す帯域監視結果情報
18を帯域監視テーブル制御回路651に、「優先」を表す
キューイング優先度12を廃棄制御部510の廃棄判定回路5
12に送信し、「バケツ蓄積量＋パケット長」の値をバケ
ツ蓄積量情報16として帯域監視テーブル制御回路651に
送信する(ステップ825)。ステップ822の参照結果が「非
重要」の場合にはバケツ蓄積量＋パケット長の値がTHR
蓄積手段623に蓄積されている非重要パケット用のバケ
ツの深さTHR-B702-kと前記加算値との大小比較を行う
(ステップ824)。バケツ蓄積量＋パケット長≦THR-B702-
kの時には前記ステップ825を、バケツ蓄積量＋パケット
長＞THR-B702-kの時には前記ステップ826を実行する。
【００３７】帯域監視テーブル制御回路651は「遵守」
を表示した帯域監視結果情報18を受信すると、バケツ蓄
積量情報16とタイマー612の値を、それぞれ帯域監視直
後のバケツ蓄積量およびパケットの到着時刻として、帯
域監視テーブル630のCNT705-kとTS704-kに書き込む(ス
テップ827)。帯域監視テーブル制御回路651は「違反」
を表示した帯域監視結果情報18を受信すると前記ステッ
プ827を行わない。以上の処理が終了すると帯域監視は
終了する(ステップ828)。
【００３８】ステップ822およびステップ824は本発明固
有の処理である。帯域監視部600は2つのバケツの深さTH
R-A701-k、THR-B702-kを所持し、ステップ822およびス
テップ824を実行することにより、重要パケットを選択
的に優先パケットと判定する。前記ユーザE行きのトラ
ヒックの重要パケットと非重要パケットの内訳が図12の
場合について考える。この場合、帯域監視部600の判定
結果は図13の様になる。メッシュ部が優先パケット、白
抜き部が非優先パケットである。時間tbでは最低帯域以
下でパケットが入力される為、バケツに水は蓄積され
ず、全てのパケットが「優先」と判定される。一方、時
間ta、tcでは最低帯域以上にパケットが入力される為、
非重要パケット用のバケツの深さTHR-B702-kまで水が蓄
積される。この時、非重要パケットは蓄積されず「非優
先」と判定され、重要パケットのみがバケツに蓄積され
「優先」と判定される。
【００３９】出力回線160-jより出力されるトラヒック
を図14に示した。時間taでは全ユーザのトラヒックの総
和が回線帯域を下回っている為(図10参照)、ユーザE行
きのパケットはパケット蓄積FIFO520に蓄積されると直
ぐに出力される。時間tcでは全ユーザのトラヒックの総
和が回線帯域を超えている為、パケット蓄積FIFO520に
非優先パケット用閾値蓄積手段515内の閾値を超えてパ
ケットが蓄積される。この時、非優先パケットはパケッ
ト蓄積FIFO520に蓄積されず、優先パケットのみ蓄積さ
れる。パケット蓄積FIFO520からは回線帯域でパケット
は出力され、優先パケットは回線帯域以下で入力する
為、優先パケットは廃棄されずにパケット蓄積FIFO520
に蓄積されて最終的に出力回線160-jより出力される。
このため、ユーザEの全ての重要パケットは出力回線160
-jより出力される。時間tbではユーザE行きのパケット
は全て優先パケットと判定されるため、全て出力回線16
0-jより出力される。
【００４０】以上に説明した様にシェーパ部500の帯域
監視部600が重要パケットを選択的に優先パケットと判
定して廃棄制御部510が前記優先パケットをパケット蓄
積FIFO520に優先的に蓄積することにより、シェーパ部5
00は重要パケットを保護して転送することができる。
【００４１】これまで、ルータ100の動作について説明
した。ATM交換機やフレームリレー交換機の場合、ヘッ
ダ部310はVPI/VCIやDLCIといったコネクション識別子や
CLPやＤＥといった廃棄優先度情報から構成される。こ
れに対応してルーティング処理部１３０はDIP312の代わ
りに前記コネクション識別子よりパケットを出力する出
力回線160-jを判定し、フロー検出部640はSIP311と、DI
P312と、SPORT313と、DPORT314の代わりにコネクション
識別子や廃棄優先度情報を使用してフロー検出を行う。
【００４２】
【発明の効果】本発明のシェーパ部500を備えたルータ1
00は多くのユーザの最低帯域を保証して高速にシェーピ
ングすることができる。ネットワーク運用者はこのルー
タ100を用いることにより、高速なネットワークにおい
て多くのユーザに最低帯域保証サービスを提供すること
ができる。
【００４３】さらに、本発明のシェーパ部500を備えた
ルータ100は重要パケットを保護して、最低帯域を効率
良く利用するシェーピングを行うことができる。ネット
ワーク運用者はこのルータ100を用いることにより、ユ
ーザにとって重要なパケットを保護して送信する「最低
帯域を有効に利用できるサービス」を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したルータ100の構成を示すブロ
ック図。
【図２】ネットワークの構成図。
【図３】インターネット200におけるパケットのフォー
マットを示す図。
【図４】本発明を適用したルータ100におけるパケット
のフォーマットを示す図。
【図５】本発明のシェーパ部500の構成を示すブロック
図。
【図６】本発明の帯域監視部600の構成を示すブロック
図。
【図７】帯域監視テーブル630のフォーマットを示す
図。
【図８】本発明を適用した帯域監視部600のフローチャ
ート。
【図９】シェーパ部500に入力するトラヒックで端末E23
5行きトラヒックの時間変化を表す図。
【図１０】シェーパ部500に入力する全ユーザのトラヒ
ックの総和の時間変化を表す図。
【図１１】出力回線160-jから出力するトラヒックで端
末E235行きトラヒックの時間変化を表す図。
【図１２】シェーパ部500に入力するトラヒックで、端
末E235行きの重要パケットと非重要パケットの内訳の時
間変化を表す図。
【図１３】帯域監視部600が「優先」または「非優先」
と判定するトラヒックの時間変化を表す図。
【図１４】出力回線160-jから出力するトラヒックで端
末E235行きトラヒックの時間変化を表す図。
【符号の説明】
11…パケットヘッダ情報 12…キューイング優先度 13…廃棄判定結果 14…パケット送信起動信号 15…フロー識別子情報 16…バケツ蓄積量情報 17…パケット重要度情報 18…帯域監視結果情報。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】パケットを蓄積するバッファと、前記パケ
    ットのキューイング優先度を判定する優先度判定手段
    と、前記キューイング優先度に基づいて前記バッファへ
    のパケット蓄積・廃棄を判定する廃棄制御手段とを備
    え、 前記廃棄制御手段は、前記バッファへの非優先パケット
    蓄積・廃棄を判定する非優先パケットしきい値が設定さ
    れることを特徴とするシェーピング装置。
  2. 【請求項２】前記廃棄制御手段は、前記バッファへの優
    先パケット蓄積・廃棄を判定する優先パケットしきい値
    が設定されることを特徴とする請求項１記載のシェーピ
    ング装置。
  3. 【請求項３】前記バッファに蓄積しているパケット数を
    カウントするカウンタを備えることを特徴とする請求項
    1又は2記載のシェーピング装置。
  4. 【請求項４】複数のユーザからのパケットに対してそれ
    ぞれのユーザに対して保証している帯域分のパケットを
    優先パケットとする帯域監視部を有することを特徴とす
    る請求項1又は2記載のシェーピング装置。
  5. 【請求項５】最低帯域を保証してパケットを送信するシ
    ェーピング装置において、パケットを蓄積する１つのバ
    ッファと、前記バッファに蓄積した順番でパケットを出
    力する出力制御手段と、前記バッファに蓄積する際のキ
    ューイング優先度を判定する優先度判定手段と、前記キ
    ューイング優先度に基づいて前記バッファへのパケット
    蓄積・廃棄を判定する廃棄制御手段を備えることを特徴
    とするシェーピング装置。
  6. 【請求項６】前記廃棄制御手段がキューイング優先度が
    「優先」のパケットを蓄積または廃棄するかを判定する
    際に参照する前記バッファの最大値(閾値)を保存する優
    先パケット用閾値蓄積手段と、キューイング優先度が
    「非優先」のパケットを蓄積するか廃棄するかを判定す
    る際に参照する前記バッファの最大値(閾値)を保存する
    非優先パケット用閾値蓄積手段と、前記バッファに蓄積
    しているパケット数をカウントするカウンタを備えるこ
    とを特徴とする請求項５記載のシェーピング装置。
  7. 【請求項７】前記優先度判定手段がパケットヘッダ内の
    情報等からパケットの一連のフローを検出して前記フロ
    ーの識別子であるフロー識別子を判定するフロー検出手
    段と、帯域を監視するのための制御情報である帯域監視
    制御情報から構成されるエントリを一つあるいは複数所
    持する帯域監視テーブルと、前記フロー識別子に対応す
    るエントリを帯域監視テーブルから読み出す帯域監視テ
    ーブル制御手段と、前記帯域監視テーブル制御手段が読
    み出したエントリ内の帯域監視制御情報と現時刻を示す
    タイマーの値とパケットヘッダ内のパケット長に基づい
    てキューイング優先度を判定する監視結果判定手段を備
    えることを特徴とする請求項５乃至６記載のシェーピン
    グ装置。
  8. 【請求項８】前記フロー検出手段が前記フロー識別子に
    加えて前記フロー内のパケットの重要度を判定し、前記
    監視結果判定手段が前記帯域監視制御情報と現時刻を示
    すタイマーの値とパケットヘッダ内のパケット長に加え
    て前記重要度に基づいてキューイング優先度を判定する
    ことを特徴とする請求項７記載のシェーピング装置。
  9. 【請求項９】請求項５乃至６記載のシェーピング装置で
    あって、前記優先度判定手段がパケットヘッダ内の情報
    等からパケットの一連のフローを検出して前記フローの
    識別子であるフロー識別子を判定するフロー検出手段
    と、帯域を監視するのための制御情報であるバケツの深
    さ情報と帯域情報と前パケットの到着時刻情報と前パケ
    ット到着時のバケツの蓄積量情報から構成されるエント
    リを一つあるいは複数所持する帯域監視テーブルと、前
    記フロー識別子に対応するエントリを帯域監視テーブル
    から読み出す帯域監視テーブル制御手段と、読み出した
    帯域情報と前パケットの到着時刻情報と前パケットの到
    着時のバケツの蓄積量情報と現時刻を示すタイマーの値
    から帯域監視直前のバケツの蓄積量を計算するバケツ蓄
    積量判定手段と、前記帯域監視直前のバケツの蓄積量と
    パケットヘッダ内のパケット長とバケツの深さ情報に基
    づいてキューイング優先度を判定する監視結果判定手段
    を備えることを特徴とするシェーピング装置。
  10. 【請求項１０】請求項９記載のシェーピング装置であっ
    て、前記フロー検出手段が前記フロー識別子に加えて前
    記フロー内のパケットの重要度を判定し、前記帯域監視
    テーブルが前記バケツの深さ情報として複数のバケツの
    深さを所持し、前記監視結果判定手段が前記帯域監視直
    前のバケツの蓄積量とパケットヘッダ内のパケット長と
    バケツの深さ情報に加えて前記重要度に基づいてキュー
    イング優先度を判定することを特徴とするシェーピング
    装置。
  11. 【請求項１１】パケットを蓄積するパケット蓄積FIFO
    と、前記パケットのキューイング優先度を決定する優先
    度決定手段と、前記キューイング優先度に基づいて前記
    パケット蓄積FIFOへのパケット蓄積・廃棄を判定する廃
    棄制御部とを備え、前記廃棄制御部は、前記パケット蓄
    積FIFOへの非優先パケットの蓄積・廃棄を判定する際に
    参照する非優先パケット閾値が設定されることを特徴と
    するシェーピング装置。
  12. 【請求項１２】前記廃棄制御部は、前記パケット蓄積FI
    FOへの優先パケットの蓄積・廃棄を判定する際に参照す
    る優先パケット閾値が設定されることを特徴とする請求
    項１1記載のシェーピング装置。
  13. 【請求項１３】前記パケット蓄積FIFOに蓄積しているパ
    ケット数をカウントするカウンタを備えることを特徴と
    する請求項１1又は１2記載のシェーピング装置。
  14. 【請求項１４】複数のユーザのパケットに対してそれぞ
    れのユーザに保証している最低帯域分のパケットを優先
    パケットとする優先度決定手段を有することを特徴とす
    る請求項1乃至3記載のシェーピング装置。
  15. 【請求項１５】前記優先度決定手段が、あるユーザのパ
    ケットを前記最低帯域を超えて受信した場合に、前記ユ
    ーザが予め決定した重要パケットを優先的に優先パケッ
    トと決定することを特徴とする請求項１4記載のシェー
    ピング装置。
  16. 【請求項１６】前記複数のユーザのパケットが同一の前
    記パケット蓄積FIFOに蓄積されることを特徴とする請求
    項１1乃至１5記載のシェーピング装置。
  17. 【請求項１７】最低帯域を保証してパケットを送信する
    シェーピング装置において、パケットを蓄積する１つの
    パケット蓄積FIFOと、前記パケット蓄積FIFOに蓄積した
    順番でパケットを出力する出力制御手段と、前記パケッ
    ト蓄積FIFOに蓄積する際のキューイング優先度を決定す
    る優先度決定手段と、前記キューイング優先度に基づい
    て前記パケット蓄積FIFOへのパケット蓄積・廃棄を判定
    する廃棄制御部を備えることを特徴とするシェーピング
    装置。
  18. 【請求項１８】前記廃棄制御部がキューイング優先度が
    「優先」のパケットを蓄積または廃棄するかを判定する
    際に参照する前記パケット蓄積FIFOの最大値(閾値)を保
    存する優先パケット用閾値蓄積手段と、キューイング優
    先度が「非優先」のパケットを蓄積するか廃棄するかを
    判定する際に参照する前記パケット蓄積FIFOの最大値
    (閾値)を保存する非優先パケット用閾値蓄積手段と、前
    記パケット蓄積FIFOに蓄積しているパケット数をカウン
    トするカウンタを備えることを特徴とする請求項１7記
    載のシェーピング装置。
  19. 【請求項１９】前記優先度決定手段がパケットヘッダ内
    の情報等からパケットの一連のフローを検出して前記フ
    ローの識別子であるフロー識別子を判定するフロー検出
    手段と、帯域を監視するのための制御情報である帯域監
    視制御情報から構成されるエントリを一つあるいは複数
    所持する帯域監視テーブルと、前記フロー識別子に対応
    するエントリを帯域監視テーブルから読み出す帯域監視
    テーブル制御手段と、前記帯域監視テーブル制御手段が
    読み出したエントリ内の帯域監視制御情報と現時刻を示
    すタイマーの値とパケットヘッダ内のパケット長に基づ
    いてキューイング優先度を決定する監視結果判定手段を
    備えることを特徴とする請求項１7乃至１8記載のシェー
    ピング装置。
  20. 【請求項２０】前記フロー検出手段が前記フロー識別子
    に加えて前記フロー内のパケットの重要度を判定し、前
    記監視結果判定手段が前記帯域監視制御情報と現時刻を
    示すタイマーの値とパケットヘッダ内のパケット長に加
    えて前記重要度に基づいてキューイング優先度を決定す
    ることを特徴とする請求項１9記載のシェーピング装
    置。
  21. 【請求項２１】請求項１7乃至１8記載のシェーピング装
    置であって、前記優先度決定手段がパケットヘッダ内の
    情報等からパケットの一連のフローを検出して前記フロ
    ーの識別子であるフロー識別子を判定するフロー検出手
    段と、帯域を監視するのための制御情報であるバケツの
    深さ情報と帯域情報と前パケットの到着時刻情報と前パ
    ケット到着時のバケツの蓄積量情報から構成されるエン
    トリを一つあるいは複数所持する帯域監視テーブルと、
    前記フロー識別子に対応するエントリを帯域監視テーブ
    ルから読み出す帯域監視テーブル制御手段と、読み出し
    た帯域情報と前パケットの到着時刻情報と前パケットの
    到着時のバケツの蓄積量情報と現時刻を示すタイマーの
    値から帯域監視直前のバケツの蓄積量を計算するバケツ
    蓄積量判定手段と、前記帯域監視直前のバケツの蓄積量
    とパケットヘッダ内のパケット長とバケツの深さ情報に
    基づいてキューイング優先度を決定する監視結果判定手
    段を備えることを特徴とするシェーピング装置。
  22. 【請求項２２】請求項２1記載のシェーピング装置であ
    って、前記フロー検出手段が前記フロー識別子に加えて
    前記フロー内のパケットの重要度を判定し、前記帯域監
    視テーブルが前記バケツの深さ情報として複数のバケツ
    の深さを所持し、前記監視結果判定手段が前記帯域監視
    直前のバケツの蓄積量とパケットヘッダ内のパケット長
    とバケツの深さ情報に加えて前記重要度に基づいてキュ
    ーイング優先度を決定することを特徴とするシェーピン
    グ装置。
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