JP2003078555A - 適応的ネットワーク負荷分散方式およびパケット交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワーク全体の輻輳緩和や回線使用効率
の改善に寄与し、かつ、経路設定時にサービス品質を保
証でき、かつ、ネットワークにスケーラビリティを持た
せることのできるネットワーク負荷分散方式およびパケ
ット交換装置を提供する。 【解決手段】 入力側パケットバッファのキューに負荷
分散閾値を設定し、パケット蓄積量が該負荷分散閾値に
達した場合、同タイプのキューの追加処理を行い、前記
閾値超過分のパケットを該追加キューにキューイングし
て廃棄の救済を行い、同時に、該超過フローについて、
要求されているサービス品質を満たす分散経路を求め、
該分散経路へ転送するためのキューを出力側パケットバ
ッファに追加構成し、前記フローの内の所定量を前記分
散経路に対応する転送先アドレスにヘッダ更新してキュ
ーイングすることにより負荷分散処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パケット交換型ネ
ットワークにおける負荷分散方式およびパケット交換装
置に関し、特に、ネットワーク層／インターネット層に
おける負荷分散を行う負荷分散方式およびパケット交換
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ストリーミングなどのリアルタイ
ム性（等時性）が要求されるアプリケーションやマルチ
メディア（テキスト・音声・動画データなどの混在）を
扱うアプリケーションの増加に伴い、そのトラフィック
が急増している。特に、音声データに比べて、動画像デ
ータの伝送では広帯域を確保する必要があったり、ま
た、ストリーミングでは、定常的な伝送速度を確保する
必要があるなど、トラフィックの特性に応じたサービス
品質の保証が要求される。

【０００３】しかし、基本的にベストエフォート型・コ
ネクションレス型（ＩＰ）のネットワークであるインタ
ーネットにおいては、伝送遅延によるパケット到着時間
の変動（ジッター）や、輻輳などによるパケット廃棄が
発生してしまう。そこで、リアルタイム性が要求される
タイプのデータフローに対しては、伝送帯域を保証する
などのトラフィック制御を行うことによりサービスの保
証を行うなどして対応している。

【０００４】このようなトラフィック制御を可能とする
ためには、ネットワーク構成要素のそれぞれが、その機
能を持つプロトコルを実装する必要がある。さらに現状
では、各通信ノードをネットワークのポリシーに沿って
制御するネットワークサーバ（ポリシーサーバ）が必要
となっている。しかし、そのネットワークサーバの性能
などからネットワークのスケールが制限されてしまうと
いう問題がある。また、そのようなネットワークの運用
や設備導入のためにコストがかかるという問題がある。

【０００５】そこで、このような現状を踏まえ、各ノー
ドにおいて、ネットワーク状況（負荷や障害、トポロジ
など）に応じて適応的な経路設定を行って負荷分散を行
うことにより、ネットワーク全体の輻輳緩和や回線使用
効率の改善に寄与し、かつ、経路設定時のサービス品質
を保証することのできる通信方式の実現が望まれる。ま
た、その通信方式は、ネットワークにスケーラビリティ
（scalability:拡張性）を持たせることが望まれる。

【０００６】ネットワーク層・インターネット層におけ
る経路制御の方式として静的ルーティング（static rou
ting）がある。静的ルーティングを行うノードでは、ネ
ットワーク障害時、あるいは、ネットワーク負荷分散を
行う時、予め設定された経路に切り替えを行う。特に、
ネットワーク負荷分散方式としては、ネットワークの負
荷状況を考慮せずに、宛先または送信元アドレスなどの
情報に基づきトラフィックを振り分けることにより、転
送先ノードの負荷を軽減させる方式が一般的であった。

【０００７】上記従来の方式では、優先されるべき、あ
るいは、優先したいデータフローが輻輳などのネットワ
ーク状況により廃棄されてしまう可能性があった。ま
た、マルチメディアデータなどを経路切り替えによって
振り分けるような場合、経路によって伝送遅延によりパ
ケット到着時間に差異が発生するため、ユーザに対する
サービス品質を保証することが困難であった。

【０００８】また、経路制御の方式としては、上記静的
ルーティングとともに、動的ルーティング（dynamic ro
uting)を用いることができる。動的ルーティングを行う
従来方式として例えば、特開平５−１３０１４４号公報
に開示された方式がある。この方式では、各ノードが隣
接ノードとの間で回線障害などのネットワーク状況を検
出し、検出した情報をもとにその都度、コスト（cost）
が最小な経路を再計算により求めて経路選択を行う。し
かし、この方式は、ノード間での局所的な経路変更（最
短迂回経路選択）を行っているに過ぎないので、ネット
ワーク全体としての輻輳状態の緩和や回線使用効率の改
善には至らない。

【０００９】また、特開２００１−２４６９９号公報
は、複数のノードからネットワーク状態情報を収集し、
対象ネットワーク全体として最適な経路選択情報を各ノ
ードに対して送信する負荷分散サーバにより負荷分散を
行うネットワーク負荷分散システムについて開示してい
る。しかし、このシステムでは、前述の通り、負荷分散
サーバの性能などによりネットワークのスケーラビリテ
ィが制限されるという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みてなされたものであり、パケット交換型ネット
ワークにおいて、ルーティングあるいはスイッチを行う
ノードが、トラフィックのタイプや負荷や回線障害やト
ポロジなどのネットワーク状況に対して適応的に経路設
定および負荷分散処理を行うことにより、ネットワーク
全体の輻輳緩和や回線使用効率の改善に寄与し、かつ、
経路設定時のサービス品質を保証でき、ネットワークに
スケーラビリティを持たせることのできる適応的ネット
ワーク負荷分散方式およびパケット交換装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、パケット交換ネットワー
クにおけるルーティング処理を行う各ノードにおいて、
入力側パケットバッファのキューに負荷分散閾値を設定
し、パケット蓄積量が負荷分散閾値に達した場合、同タ
イプのキューの追加処理を行い、閾値超過分のパケット
を追加キューにキューイングして廃棄の救済を行い、同
時に、閾値超過フローについて、サービス品質要求を満
たす分散経路を求め、分散経路への転送用のキューを出
力側パケットバッファに確保し、超過フローの内の所定
量を分散経路に対応する転送先アドレスにヘッダ更新し
てキューイングすることにより負荷分散処理を行うこと
を特徴としている。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、各ノードは、入力パケットのサービスクラ
ス情報を識別し、転送処理における優先度への分類ある
いはマッピングを行う手段と、入力側バッファおよび出
力側バッファを優先度別のキューにより構成して管理す
る手段と、各ポートに対して設けられ、出力側バッファ
の各優先度別キューから所定の優先処理方針で蓄積パケ
ットを取り出して転送スケジューリングを行うスケジュ
ーラ手段とをさらに有し、優先度別のフロー単位で負荷
分散処理を行うことを特徴としている。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
に記載の発明において、各ノードは、入力側バッファお
よび出力側バッファにおいて、所定の最大メモリ量の範
囲内で、蓄積パケット量および負荷分散閾値に応じてキ
ュー追加処理および負荷分散処理を多重に行い、逆に、
分散転送用キューを含む各追加キューにおいて蓄積パケ
ット量がゼロになるとキューの削除処理を行ってメモリ
を開放することを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項２または３
に記載の発明において、各ノードは、分散経路として、
超過フローについてのサービス品質要求を満たす複数の
経路が確保できる場合は、複数の分散経路に対して超過
フローを振り分けて負荷分散処理を行うことを特徴とし
ている。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項２または４
に記載の発明において、各ノードは、各フローについて
のサービス品質要求への対応として、宛先ノードまでの
伝送遅延時間を所定方法により評価し、評価値に基づき
分散経路の選定を行うことを特徴としている。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、各ノードは、宛先ノードまでの伝送遅延時
間の評価方法として、ホップ数を用いることを特徴とし
ている。

【００１７】請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明において、各ノードは、隣接ノード間で、制御パケッ
トの授受によりリンクの伝送遅延時間を測定して交換し
あうことにより、宛先ノードまでの伝送遅延時間を評価
し、評価値に基づき分散経路の選定を行うことを特徴と
している。

【００１８】請求項８記載の発明は、請求項１から８の
いずれか１項に記載の発明において、各ノードは、リン
クについて物理的あるいは論理的な回線障害の検出およ
びその復旧の検出を行い、障害検出時は、障害のあるリ
ンクへの転送を停止し、リンクに転送予定のフローにつ
いて、サービス品質要求を満たす切り替え経路を求め、
経路に対応する転送用キューを出力側バッファに確保
し、ルーティングテーブルを更新し、切り替え先経路へ
のヘッダ書き換えを行ってキューイングし、元のキュー
は削除することにより回線障害対応処理を行い、また、
障害復旧検出時は、復旧したリンクについて、対応する
キューを再構成し、ルーティングテーブルを更新して転
送を再開することにより自動的な回線切り戻しを行うこ
とを特徴としている。

【００１９】請求項９記載の発明は、ルーティング処理
を行うパケット交換装置であって、入力パケットについ
てルーティング処理および転送先解決を行うヘッダ処理
手段と、負荷分散閾値の設定されたキューにより構成さ
れる入力バッファ手段と、入力バッファ手段からの出力
の抑制を行うための出力制御信号のオン／オフを行う閾
値が設定されたキューにより構成される出力バッファ手
段と、入力バッファ手段の蓄積パケットについて、出力
バッファ手段へ、転送先に応じてスイッチを行うスイッ
チ手段と、宛先ノードへの経路について、分散経路の候
補を所定の評価方法により求めてテーブルに保持する手
段と、入力側キューにおいてパケット蓄積量が負荷分散
閾値に達した場合、同タイプの追加キューの追加処理を
行い、閾値超過分のパケットを追加キューにキューイン
グして廃棄の救済を行う手段と、キュー追加処理と同時
に、閾値超過フローについて、サービス品質要求を満た
す分散経路をテーブルから求め、分散経路への転送用の
キューを出力バッファ手段内に確保し、フローの内の所
定量を分散経路に対応する転送先アドレスにヘッダ更新
してキューイングする手段とを有することを特徴として
いる。

【００２０】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
発明において、入力パケットのサービスクラス情報を識
別し、転送処理における優先度への分類あるいはマッピ
ングを行う手段と、入力バッファ手段および出力バッフ
ァ手段を優先度別のキューにより構成して管理する手段
と、各ポートに対して設けられ、出力バッファ手段の各
優先度別キューから所定の優先処理方針でパケットを取
り出して転送スケジューリングを行うスケジューラ手段
とをさらに有し、優先度別のフロー単位で負荷分散処理
を行うこと請求項記載の発明において、を特徴としてい
る。

【００２１】請求項１１記載の発明は、請求項９または
１０に記載の発明において、入力バッファ手段および出
力バッファ手段において、所定の最大メモリ量の範囲内
で、蓄積パケット量および負荷分散閾値に応じてキュー
追加処理および負荷分散処理を多重に行い、逆に、分散
転送用キューを含む各追加キューにおいて蓄積パケット
量がゼロになるとキューの削除処理を行ってメモリを開
放することを特徴としている。

【００２２】請求項１２記載の発明は、請求項１０また
は１１に記載の発明において、分散経路として、超過フ
ローについてのサービス品質要求を満たす複数の経路が
確保できる場合は、複数の分散経路に対して超過フロー
を振り分けて負荷分散処理を行うことを特徴としてい
る。

【００２３】請求項１３記載の発明は、請求項１０から
１２のいずれか１項に記載の発明において、各フローに
ついてのサービス品質要求への対応として、宛先ノード
までの伝送遅延時間を所定方法により評価し、評価値に
基づき分散経路の選定を行うことを特徴としている。

【００２４】請求項１４記載の発明は、請求項１３記載
の発明において、宛先ノードまでの伝送遅延時間の評価
方法として、ホップ数を用いることを特徴としている。

【００２５】請求項１５記載の発明は、請求項１３記載
の発明において、隣接ノード間で、制御パケットの授受
によりリンクの伝送遅延時間を測定して交換しあうこと
により、宛先ノードまでの伝送遅延時間を評価してネッ
トワーク状況を把握する手段をさらに有し、評価値に基
づき分散経路の選定を行うことを特徴としている。

【００２６】請求項１６記載の発明は、請求項９から１
５のいずれか１項に記載の発明において、リンクについ
て物理的あるいは論理的な回線障害の検出およびその復
旧の検出を行って通知する回線障害検出手段をさらに有
し、回線障害検出時は、障害のあるリンクへの転送を停
止し、リンクに転送予定のフローについて、サービス品
質要求を満たす切り替え経路をテーブルから求め、経路
に対応する転送用キューを出力バッファ手段内に確保
し、ルーティングテーブルを更新し、切り替え先経路へ
のヘッダ書き換えを行ってキューイングし、元のキュー
は削除することにより回線障害対応処理を行う手段と、
障害復旧検出時は、復旧したリンクについて、対応する
キューを再構成し、ルーティングテーブルを更新して転
送を再開することにより自動的な回線切り戻しを行う手
段とをさらに有することを特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２８】図１は、本発明の実施の形態におけるパケ
ット交換装置の構成を示す機能ブロック図である。本装
置は、ヘッダ処理部１０と、サービスクラス処理部２０
と、入力バッファ部３０と、入力バッファ監視部４０
と、スイッチ部５０と、スイッチ制御部６０と、出力バ
ッファ部７０と、出力バッファ監視部８０と、スケジュ
ーラ部９０と、中央制御部１００と、回線障害検出部１
１０と、ルーティングテーブル１２０とを含んで構成さ
れる。

【００２９】本装置は、パケット交換型のネットワーク
における通信ノードであり、特に、経路制御（ルーティ
ング）処理をメインとしてネットワーク層以下の処理を
主に行うものである。一般的には、ルータ、Ｌ３スイッ
チなどと呼ばれる装置である。本装置は、パケットを入
力し、パケットのヘッダ（ＩＰヘッダ）内の宛先アドレ
スなどの情報と自身の管理するルーティングテーブルと
を参照してルーティング処理および転送先解決を行い、
転送先ノード（次ノード、次ホップ）へ出力する標準的
なルーティング機能を備える。

【００３０】なお当然ながら、本装置は、接続されるリ
ンク（回線）の数Ｎに応じた、Ｎ個の入出力ポート・回
線Ｉ／Ｆボードを有するが、図１では、省略して１つの
入出力ポートについてまとめた形で示している。

【００３１】中央制御部１００は、所定のルーティング
プロトコルの実装に基づきルーティングテーブル１２０
を管理し、装置全体の制御を行う。また、入力バッファ
監視部４０および出力バッファ監視部８０を通じて、入
力バッファ部３０および出力バッファ部７０内のキュー
の閾値の設定を制御する（後述）。

【００３２】本発明では、各ノードにおいてネットワー
クの状況に応じて適応的に負荷分散処理を行うネットワ
ーク負荷分散方式を提供する。この方式での通信ノード
となる本パケット交換装置は、サービスクラス処理部２
０において、パケットヘッダ内のサービスタイプ（Type
of service ；（ＩＰｖ４））、トラフィッククラス
（Traffic class ；（ＩＰｖ６））などのサービスクラ
ス情報を参照し、パケットを「優先クラス（優先度）」
へ分類あるいはマッピングする。「優先クラス」とは、
本装置でのパケット転送処理の優先度を示す指標であ
り、高い優先度を持つパケット程、優先的に次ノードへ
の転送処理を施される。

【００３３】入力バッファ部３０および出力バッファ部
７０は、この優先クラスに対応したキューから構成され
ており、優先クラスのマーキングがなされた各パケット
（フロー）は、その優先クラスを識別されて、優先クラ
ス別に各キューにキューイングされる。出力側のスケジ
ューラ部９０では、パケットについてこの優先クラスを
識別して、所定の処理方針で、出力ポートにおける転送
スケジューリング処理を行う。スケジューリングの方針
として、例えば、各優先クラスを持つキューから、各優
先クラスに対して予め設定された重み付け値（：処理量
の割合を決定する値）でパケットを取り出し、出力ポー
トに出力する。

【００３４】ヘッダ処理部１０は、入力パケットのヘッ
ダ情報を処理する。ヘッダ処理部１０は、ルーティング
テーブル１２０の一部をフォワーディングテーブル（転
送用キャッシュ）として有している。ヘッダ処理部１０
は、入力パケットについて、ヘッダ情報およびフォワー
ディングテーブルを参照して転送先を決定し、転送先ア
ドレスに基づいてヘッダ情報の更新を行う。また、フォ
ワーディングテーブルにより転送先が解決しない場合
は、ルーティングテーブル１２０を参照して解決を行
い、フォワーディングテーブルを更新するなどの処理を
行う。

【００３５】サービスクラス処理部２０は、入力パケッ
トについて、ヘッダ情報を参照・識別して、転送処理に
おける優先クラスｎへの分類あるいはマッピングを行
う。参照するヘッダ情報としては、サービスタイプ、ト
ラフィッククラスなどが考えられる。優先クラスの決定
の仕方としては、予め、ヘッダ情報と優先クラスとを対
応させるテーブルを作成しておき、それに基づいてマッ
ピングを行うなどの方法が考えられる。

【００３６】入力バッファ部３０および出力バッファ部
７０は、所定の最大メモリサイズ内で、優先クラス別の
キューによって構成される。図２に入力バッファ部３０
の基本構成を示す。また、図３に出力バッファ部７０の
基本構成およびスケジューラ部９０を示す。入力側にお
いて、各パケットは、サービスクラス処理部２０によっ
て優先クラスｎに分類されてから、対応する優先クラス
ｎを持つキューｑｎにキューイングされる。図２および
図３では、優先クラスｎとして、３つの優先度、高・中
・低（ｈ・ｍ・ｌ）を設けた例を示している。優先クラ
スは、より詳細に設けても良い。

【００３７】入力バッファ部３０および出力バッファ部
７０では、フロー単位で各クラスのキューｑｎへのキュ
ーイング処理を扱う。フローは、送信元アドレス、宛先
アドレス、あるいはフロー識別子などのヘッダ情報から
識別される。例えば、１まとまりのストリーミングデー
タなどは１フローとする。また、各キューは、複数のフ
ローを扱うことができる構成とする。

【００３８】図２および図３では、入力バッファおよび
出力バッファは、回線Ｉ／Ｆ・入出力ポートに関係なく
概念的に１つにまとめて示してあるが、ハードウェア的
な構成としては、回線Ｉ／Ｆごとに各バッファを持つ構
成でも良い。入力バッファｘおよび出力バッファｘは、
初期構成として、各優先クラスｎに対応した基本キュー
ｑｎ１（高優先キューｈ１〜低優先キューｌ１）により
構成される。

【００３９】入力バッファ部３０の各クラス別キューｑ
ｎから出力される各クラス別パケット（ｉ＿ｎ）は、そ
れぞれスイッチ部５０へ入力される。スイッチ部５０
は、スイッチ制御部６０による制御に基づき、各パケッ
トをその転送先アドレス／転送先ポートに応じてスイッ
チし、転送先に対応する出力バッファ部７０へ送る（ｏ
＿ｎ）。

【００４０】図３において、出力バッファｘは、リンク
数Ｎの内の１つの出力ポート＃ｘに対応して構成されて
いるものとする。スイッチ部５０から出力されたパケッ
ト（ｏ＿ｎ）は、その転送先ｘに対応する出力バッファ
ｘに入力される。出力バッファ部７０では、入力バッフ
ァ部３０での場合と同様、各パケット（フロー）を、優
先クラスｎに応じて各優先クラス別キューｑｎにキュー
イングする。スケジューラ部９０は、出力ポート＃１〜
Ｎごとに設けられたスケジューラポート＃ｘから成る。
スケジューラポート＃ｘは、出力バッファｘから、所定
の優先処理方針でパケットｘｎ（ｘｈ〜ｘｌ）を取り出
し、出力ポート＃ｘに出力する。

【００４１】本ネットワーク負荷分散方式および装置で
は、極力、パケットの廃棄を起こさない仕組みを提供す
る。そのために、各バッファにおいて、蓄積パケットの
量に応じて、柔軟にキューの追加および削除処理を行
う。また、超過分のフローについて、経路切り替えを行
って負荷分散処理を行う。以下、その仕組みについて説
明する。

【００４２】入力バッファ部３０において、各キューｑ
ｎは、それぞれ、負荷分散閾値Ｔｈ（Ｔｈ＿ｎ）を持
つ。この閾値Ｔｈは、中央制御部１００により、入力バ
ッファ監視部４０を通じてその設定が行われる。入力バ
ッファ監視部４０は、各キューおよび閾値Ｔｈを監視・
制御する。

【００４３】また、出力バッファ部７０において、各キ
ューｑｎは、それぞれ、出力制御信号ｓｎを出力するた
めの閾値Ｔｈｓ（Ｔｈｓ＿ｎ）を持つ。この閾値Ｔｈｓ
は、中央制御部１００により、出力バッファ監視部４０
を通じてその設定が行われる。出力バッファ監視部４０
は、各キューおよび閾値Ｔｈｓを監視・制御する。

【００４４】出力バッファ部７０側のあるキューｑｎに
おいて、蓄積パケット量が閾値Ｔｈｓ＿ｎに達すると、
対応する優先クラスの出力制御信号ｓｎ（図３では、ｓ
ｈ、ｓｍ、ｓｌ）が入力バッファ部３０の対応する優先
クラスｎのキューｑｎに対して出力される。入力バッフ
ァ部３０では、出力制御信号ｓｎにより、パケット出力
ｉ＿ｎが制御される。つまり、出力制御信号がＯＮの場
合、パケット出力ｉ＿ｎを一時停止して出力バッファ側
への出力を抑制し、出力側バッファのオーバーフローを
防ぐ。

【００４５】ネットワークの輻輳（回線障害を含む）が
発生すると、出力側バッファにおいて蓄積されるパケッ
ト量が増加する。従来の装置における対応処理の例を述
べると、まず、出力側バッファにおいて、蓄積パケット
量がバッファサイズの上限に達し、それ以上蓄積できな
くなると、出力制御信号を入力バッファ側に出力して入
力バッファからのパケット出力を抑制する。そして、輻
輳が納まらず入力バッファ側においてもパケットを蓄積
できなくなると、廃棄閾値によりパケットの廃棄を開始
することになる。

【００４６】本装置では、入力バッファ部３０の各キュ
ーに、廃棄閾値とは別に負荷分散閾値Ｔｈを設け、輻輳
時には、廃棄の救済および負荷分散処理を行う。以下、
図５を参照しながら本方式および装置における輻輳時の
動作について説明する。図５・ａにおいて、ネットワー
クの輻輳（回線障害を含む）により、例えば、出力ポー
ト＃ｘの転送が滞り、出力バッファｘの内、例えば、優
先クラスｈのキューｑｈ１において、蓄積パケット量が
閾値Ｔｈｓ＿ｈに達すると、その優先クラスｈに対応す
る出力制御信号ｓｈが入力バッファ部３０の対応する優
先クラスｈのキューｑｈ１に対し出力される（出力制御
信号オン）。入力バッファからの出力ｉ＿ｈは、出力バ
ッファ部７０からの上記出力制御信号ｓｈにより抑制さ
れる。

【００４７】図５・ｂにおいて、輻輳が継続し、入力バ
ッファ部３０のキューｑｈ１においても蓄積パケット量
が負荷分散閾値Ｔｈ＿ｈに達すると、まず、同一の優先
クラスｈのキューｑｈ２の追加処理を行って超過分のフ
ローをキューし、パケット廃棄を救済する。図４に入力
バッファ部３０におけるキューの追加構成の様子を示
す。廃棄救済後、そのクラスｈのキュー内のフローにつ
いて、負荷分散処理を開始する。

【００４８】負荷分散処理として、まず、分散対象フロ
ーについて、負荷分散先の経路・転送先を求める。中央
制御部１００は、分散先経路の選択のために、宛先ノー
ドへの経路について所定方法で評価を行っておく。例え
ば、ホップ数、コストなどの所定のメトリックを用い
る。中央制御部１００は、随時、標準ルーティング用の
経路と共に、分散用の経路の候補を求めてテーブルに格
納しておく。分散処理時には、このテーブルを参照し、
分散経路・転送先を決定する。

【００４９】また、中央制御部１００は、分散対象フロ
ーについて、その要求されているサービス品質（伝送遅
延の品質など）を満たす分散経路を求めねばならない。
フローにおいて、サービス品質の要求は、サービスクラ
ス情報に反映されている。中央制御部１００は、分散経
路を求める際、フローについてのサービスクラス情報ま
たはそれに対応する優先クラスを考慮した分散経路の選
定を行う。例えば、各優先クラスごとに、元の経路と分
散先経路との間での経路の評価値の差の許容値を予め設
定しておき、この許容値以内に納まる経路を分散先の候
補とする方法が考えられる。

【００５０】負荷分散の１つの方法として、中央制御部
１００は、条件を満たす分散先候補を１つだけ選択す
る。この方法では、元の経路に比して最も評価値の差が
小さい経路を選択する。中央制御部１００は、分散先候
補を求めると、その出力ポートにおいて帯域が確保でき
るかどうか確認する。分散用の帯域が確保できる場合、
負荷分散を行うことが決定する。確保できない場合、他
の分散先候補を検討する。

【００５１】分散対象フローについて分散転送先が決定
すると、次に、出力バッファ側に、入力側の構成に追随
させて分散転送用の入力側と同一優先クラスのキューを
構成する。そして、分散処理に対応したルーティングテ
ーブル１２０の更新処理を行い、ヘッダ処理部１０にお
いて、対象フローについて新たな転送先アドレスへのヘ
ッダ書き換え処理を行う。ヘッダの書き換えられたパケ
ット（フロー）を対応するキューにキューイングする。
分散されたフローは、分散経路を経由して宛先ノードへ
送信される。

【００５２】また、分散転送用キューにも、出力側初期
キューと同様、出力制御信号用の閾値Ｔｈｓが設定され
る。分散転送用キューにおいてもパケットが閾値Ｔｈｓ
に達する場合、前述の処理同様の流れで出力抑制処理、
負荷分散処理などが行われる。

【００５３】また、別の方法として、中央制御部１００
は、条件を満たす分散先候補を全て（複数）選択する。
中央制御部１００は、分散先候補について、その帯域が
確保できるかどうか確認し、確保できる分散先に対して
負荷分散を行うことを決定する。そして、出力バッファ
側に分散転送用のキューを追加構成し、ルーティングテ
ーブル１２０の更新処理を行い、ヘッダ処理部１０にお
いて、対象フローについて、複数の分散先への振り分け
を行う。ヘッダ処理部１０では、各分散先に対応した転
送先アドレスへのヘッダ書き換え処理を行い、対応する
キューにキューイングする。各分散フローは、各分散経
路を経由して宛先ノードへ送信される。

【００５４】追加キューｑｎ２は、初期キューｑｎ１と
同様に閾値Ｔｈを持つ。ネットワークの輻輳状態が緩和
されず、引き続き出力制御信号ｓｎが入力バッファ側に
入力されることにより、入力側の追加キューｑｎ２にお
いても、蓄積パケット量が負荷分散閾値Ｔｈ＿ｎに達す
る場合、バッファの備える所定の最大メモリサイズが許
す範囲内で、同一優先クラスｎのキュー（ｑｎ３〜）の
追加処理を順次、同様に行ってゆく。

【００５５】また、本装置では、各バッファにおいて、
蓄積パケット量が閾値Ｔｈを下回ることをもって自律的
に輻輳の収束・回復を判断する。そして、空になった追
加キューについては、順次、削除処理を行ってメモリを
開放する。図６に追加キューの削除処理の例について示
す。負荷分散処理後、転送の滞っていた出力側キューｑ
ｈ１で転送が進み、蓄積パケット量が出力制御信号出力
用の閾値Ｔｈｓ＿ｈを下回ることにより出力制御信号ｓ
ｈがオフになると、入力バッファ側からの出力ｉ＿ｈが
再開される。また、負荷分散先＃ｙへの転送が進み、入
力側において、追加キューｑｈ２の蓄積パケットが空に
なると、追加キューの削除処理を行う。同様に、追加キ
ューｑｎ３〜についても、蓄積パケットが空になったら
順次削除して、他の優先クラスのキューのためにメモリ
を開放する。

【００５６】回線障害検出部１１０は、リンク（回線）
について、物理的または論理的な回線障害について検出
を行う。また、検出した回線状態を中央制御部１００へ
通知する。中央制御部１００は、この通知に基づき、障
害があるリンクに転送予定のフローについては、他の出
力ポートの帯域が確保できるかどうか確認してから、障
害時の対応処理としての経路切り替え処理を行う。つま
り、中央処理部１００においてルーティングテーブル１
２０を参照しながら切り替え経路を決定し、切り替え先
ポートの帯域が確保できる場合は、ルーティングテーブ
ル１２０の更新を行い、ヘッダ処理部１０で切り替え転
送先アドレスに応じてヘッダ書き換え処理を行って、対
応するキューへキューイングする。転送先出力ポートの
帯域が確保できない場合は、接続を切断する。

【００５７】また、回線障害検出部１１０は、回線障害
のあるリンクについては、ルーティングテーブル１２０
の更新を行い、障害が復旧するまで、対応する出力バッ
ファへの蓄積を禁止する（対応するキューの削除を行
う）。また、障害復旧を検出した場合、禁止（削除）さ
れていた出力バッファを再構成し、ルーティングテーブ
ル１２０を書き換えてそのリンクへの出力を再開するこ
とにより、回線の切り戻しを自動的に行う。

【００５８】図７は、本発明の実施の形態におけるネッ
トワーク負荷分散方式およびパケット交換装置での主要
な制御を示すフローチャートである。入力バッファ部３
０において、蓄積パケット量が負荷分散閾値Ｔｈを越え
ない範囲では（ステップＳ１・ＮＯ）、通常ルーティン
グを行う（ステップＳ２）。

【００５９】入力バッファ部３０において、蓄積パケッ
ト量が負荷分散閾値Ｔｈに達した場合（ステップＳ１・
ＮＯ）、中央制御部１００は、その要因が回線障害でな
いかどうか確認し（ステップＳ３）。回線障害でない場
合（ステップＳ３・ＹＥＳ）、前述の負荷分散処理を行
う（ステップＳ４）。

【００６０】図８は、負荷分散処理について示すフロー
チャートである。まず、対象フローについて、要求され
ているサービス品質を満たす分散先経路の候補を１つあ
るいは複数求める（ステップＳ４１）。そして、分散先
候補について、出力ポートの帯域が確保できるかどうか
確認する（ステップＳ４２）。帯域確保できない経路・
転送先については候補から落とす。帯域確保できる経路
・転送先を負荷分散先として決定する。次に、出力側バ
ッファに分散出力用のキューを構成する（ステップＳ４
３）。そして、分散処理に対応させてルーティングテー
ブル１２０を更新し（ステップＳ４４）、ヘッダ処理部
１０で、対象フローについて、分散先ごとに、対応する
転送先アドレスへのヘッダ書き換え処理を行い（ステッ
プＳ４５）、対応するキューに再キューイングする（ス
テップＳ４６）。各分散フローは、各分散経路を経由し
て宛先へ届けられる。分散出力キューにおいても輻輳に
よりパケットが閾値に達する場合、前述の仕組みにより
同様に分散先が確保できる限りは負荷分散処理が繰り返
される。

【００６１】図７において、回線障害がある場合（ステ
ップＳ３・ＮＯ）、その回線ポートに転送予定のパケッ
トについて、回線障害時の対応としての経路切り替え処
理を行うために、他の出力ポートの帯域が確保できるか
どうか調べる（ステップＳ５）。他出力ポートの帯域が
確保できる場合（ステップＳ５・ＹＥＳ）、経路切り替
え処理を行う（ステップＳ６）。つまり、切り替え経路
を求め、ルーティングテーブル１２０を更新し、対象パ
ケットについてヘッダ処理部１０においてヘッダ書き換
え処理を行って対応するキューにキューイングする。他
出力ポートの帯域が確保できない場合（ステップＳ５・
ＮＯ）、接続をリジェクト（切断）する（ステップＳ
７）。

【００６２】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。第２の実施例におけるネットワーク負荷分散方
式およびパケット交換装置では、各ノードが、ネットワ
ークの状況を能動的に把握する。図９に第２の実施例の
パケット交換装置のブロック構成を示す。第２の実施例
におけるパケット交換装置は、第１の実施例における装
置の備える構成要素に加え、ネットワーク情報取得部１
３０をさらに備える。

【００６３】ネットワーク情報取得部１３０は、ルーテ
ィングテーブル１２０に基づき、所定の周期であるいは
随時、隣接ノードに対して、ネットワーク状況を把握す
るための制御用最小パケットを生成して送信（ブロード
キャスト）する。図１０にその様子を示す。隣接ノード
は、その要求パケットを受信し、リンクにおける伝送遅
延時間が測定される。隣接ノードは、そのリンク伝送遅
延時間情報と、自ノードの持っているネットワーク情報
（ネットワークの他ノードから取得した他リンクについ
ての伝送遅延時間情報を含む）を応答パケットとして返
送する。各ノードは、ネットワークの他のノードから隣
接ノード間の授受によって取得されるリンク伝送遅延時
間情報を総合して、宛先ノードへの伝送遅延時間の評価
値としてルーティングテーブル１２０に反映する。これ
により、本装置（各ノード）は、ネットワーク状況、特
に伝送遅延について把握することができる。図１１にル
ーティングテーブル１２０の例を示す。

【００６４】中央制御部１００は、ネットワーク情報取
得部１３０が能動的に取得した伝送遅延時間などのネッ
トワーク情報に基づき、随時、ルーティングテーブル１
２０を再構築する。本装置は、負荷分散処理時あるいは
回線障害の際の経路切り替え処理時には、ルーティング
テーブル１２０内の伝送遅延時間情報を参照して、分散
先経路あるいは切り替え経路の評価・決定を行う。その
際は、対象フローについて要求されている伝送遅延の品
質を満たす経路・転送先を候補として求める。品質の評
価処理として、例えば、優先クラスｎごとに、満たすべ
き品質条件を設定する。例えば、高優先クラスｈでは、
元の経路と分散先経路との伝送遅延時間の差は何ミリセ
コンドを許容値とするなどのように設定する。そして、
第１の実施例における処理と同様に、転送先への帯域が
確保できると、ルーティングテーブル１２０の更新およ
びヘッダ処理部１０におけるヘッダ書き換え処理を行
い、転送先に対応する優先クラス別キューにキューイン
グする。

【００６５】以上により本発明について説明した。な
お、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一
例を示すものであり、本発明はそれに限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変
形実施が可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、各ノードにおいて、パケットバッファに設定
された負荷分散閾値により、蓄積パケット量に応じたバ
ッファの追加処理を行って廃棄を救済し、同時に要求さ
れているサービス品質を満たす経路への負荷分散処理を
行うことにより、輻輳などのネットワーク状況に対して
自律的・適応的に対応してネットワーク負荷分散を行
い、ネットワーク全体の帯域と、装置内部のリソースを
有効利用することができる。また、回線障害時も同様
に、経路切り替えとその切り戻しを適応的に行うことが
できる。

【００６７】また、各種トラフィックのタイプに対し
て、優先度スケジューリング処理により対応し、要求さ
れている伝送遅延時間品質などのサービス品質を満たし
ながら負荷分散処理を行うことができる。

【００６８】また、各ノードで、自律的・適応的なルー
ティングおよび負荷分散処理を行うので、ネットワーク
サーバを必要とせず、ネットワークにスケーラビリティ
を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるパケット交換装置
の構成を示す機能ブロック図である。

【図２】入力バッファ部３０の基本構成を示す図であ
る。

【図３】出力バッファ部７０の基本構成およびスケジュ
ーラ部９０を示す図である。

【図４】入力バッファ部３０におけるキューの追加構成
について示す図である。

【図５】キューの追加処理および負荷分散処理について
示す図である。

【図６】追加キューの削除処理について示す図である。

【図７】本発明の実施の形態における適応的ネットワー
ク負荷分散方式およびパケット交換装置での主要な制御
を示すフローチャートである。

【図８】負荷分散処理についてのフローチャートであ
る。

【図９】本発明の第２の実施の形態におけるパケット交
換装置の構成を示すブロック図である。

【図１０】ネットワーク情報取得部１３０によるネット
ワーク状況の把握について示す図である。

【図１１】ルーティングテーブル１２０の例を示す図で
ある。

【符号の説明】 １０ ヘッダ処理部 ２０ サービスクラス処理部 ３０ 入力バッファ部 ４０ 入力バッファ監視部 ５０ スイッチ部 ６０ スイッチ制御部 ７０ 出力バッファ部 ８０ 出力バッファ監視部 ９０ スケジューラ部 １００ 中央制御部 １１０ 回線障害検出部 １２０ ルーティングテーブル １３０ ネットワーク情報取得部

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パケット交換ネットワークにおけるルー
   ティング処理を行う各ノードにおいて、 入力側パケットバッファのキューに負荷分散閾値を設定
   し、パケット蓄積量が該負荷分散閾値に達した場合、同
   タイプのキューの追加処理を行い、前記閾値超過分のパ
   ケットを該追加キューにキューイングして廃棄の救済を
   行い、同時に、該閾値超過フローについて、サービス品
   質要求を満たす分散経路を求め、該分散経路への転送用
   のキューを出力側パケットバッファに確保し、前記超過
   フローの内の所定量を前記分散経路に対応する転送先ア
   ドレスにヘッダ更新してキューイングすることにより負
   荷分散処理を行うことを特徴とする適応的ネットワーク
   負荷分散方式。
2. 【請求項２】 前記各ノードは、 入力パケットのサービスクラス情報を識別し、転送処理
   における優先度への分類あるいはマッピングを行う手段
   と、 前記入力側バッファおよび出力側バッファを前記優先度
   別のキューにより構成して管理する手段と、 各ポートに対して設けられ、前記出力側バッファの各優
   先度別キューから所定の優先処理方針で蓄積パケットを
   取り出して転送スケジューリングを行うスケジューラ手
   段と、をさらに有し、 前記優先度別のフロー単位で前記負荷分散処理を行うこ
   とを特徴とする請求項１記載の適応的ネットワーク負荷
   分散方式。
3. 【請求項３】 前記各ノードは、 前記入力側バッファおよび出力側バッファにおいて、所
   定の最大メモリ量の範囲内で、蓄積パケット量および前
   記負荷分散閾値に応じて前記キュー追加処理および前記
   負荷分散処理を多重に行い、逆に、前記分散転送用キュ
   ーを含む各追加キューにおいて蓄積パケット量がゼロに
   なると該キューの削除処理を行ってメモリを開放するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の適応的ネット
   ワーク負荷分散方式。
4. 【請求項４】 前記各ノードは、 前記分散経路として、前記超過フローについてのサービ
   ス品質要求を満たす複数の経路が確保できる場合は、該
   複数の分散経路に対して前記超過フローを振り分けて負
   荷分散処理を行うことを特徴とする請求項２または３に
   記載の適応的ネットワーク負荷分散方式。
5. 【請求項５】 前記各ノードは、 各フローについてのサービス品質要求への対応として、
   宛先ノードまでの伝送遅延時間を所定方法により評価
   し、該評価値に基づき前記分散経路の選定を行うことを
   特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の適応
   的ネットワーク負荷分散方式。
6. 【請求項６】 前記各ノードは、 前記宛先ノードまでの伝送遅延時間の評価方法として、
   ホップ数を用いることを特徴とする請求項５記載の適応
   的ネットワーク負荷分散方式。
7. 【請求項７】 前記各ノードは、 隣接ノード間で、制御パケットの授受によりリンクの伝
   送遅延時間を測定して交換しあうことにより、前記宛先
   ノードまでの伝送遅延時間を評価し、該評価値に基づき
   前記分散経路の選定を行うことを特徴とする請求項５記
   載の適応的ネットワーク負荷分散方式。
8. 【請求項８】 前記各ノードは、 リンクについて物理的あるいは論理的な回線障害の検出
   およびその復旧の検出を行い、障害検出時は、障害のあ
   るリンクへの転送を停止し、該リンクに転送予定のフロ
   ーについて、サービス品質要求を満たす切り替え経路を
   求め、該経路に対応する転送用キューを出力側バッファ
   に確保し、ルーティングテーブルを更新し、前記切り替
   え先経路へのヘッダ書き換えを行ってキューイングし、
   元のキューは削除することにより回線障害対応処理を行
   い、また、障害復旧検出時は、復旧したリンクについ
   て、対応するキューを再構成し、ルーティングテーブル
   を更新して転送を再開することにより自動的な回線切り
   戻しを行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか
   １項に記載の適応的ネットワーク負荷分散方式。
9. 【請求項９】 ルーティング処理を行うパケット交換装
   置であって、 入力パケットについてルーティング処理および転送先解
   決を行うヘッダ処理手段と、 負荷分散閾値の設定されたキューにより構成される入力
   バッファ手段と、 該入力バッファ手段からの出力の抑制を行うための出力
   制御信号のオン／オフを行う閾値が設定されたキューに
   より構成される出力バッファ手段と、 前記入力バッファ手段の蓄積パケットについて、前記出
   力バッファ手段へ、転送先に応じてスイッチを行うスイ
   ッチ手段と、 宛先ノードへの経路について、分散経路の候補を所定の
   評価方法により求めてテーブルに保持する手段と、 前記入力側キューにおいてパケット蓄積量が前記負荷分
   散閾値に達した場合、同タイプの追加キューの追加処理
   を行い、前記閾値超過分のパケットを該追加キューにキ
   ューイングして廃棄の救済を行う手段と、 前記キュー追加処理と同時に、前記閾値超過フローにつ
   いて、サービス品質要求を満たす分散経路を前記テーブ
   ルから求め、該分散経路への転送用のキューを前記出力
   バッファ手段内に確保し、前記フローの内の所定量を前
   記分散経路に対応する転送先アドレスにヘッダ更新して
   キューイングする手段と、を有することを特徴とするパ
   ケット交換装置。
10. 【請求項１０】 入力パケットのサービスクラス情報を
    識別し、転送処理における優先度への分類あるいはマッ
    ピングを行う手段と、 前記入力バッファ手段および出力バッファ手段を該優先
    度別のキューにより構成して管理する手段と、 各ポートに対して設けられ、前記出力バッファ手段の各
    優先度別キューから所定の優先処理方針でパケットを取
    り出して転送スケジューリングを行うスケジューラ手段
    と、をさらに有し、 前記優先度別のフロー単位で前記負荷分散処理を行うこ
    とを特徴とする請求項９記載のパケット交換装置。
11. 【請求項１１】 前記入力バッファ手段および出力バッ
    ファ手段において、所定の最大メモリ量の範囲内で、蓄
    積パケット量および前記負荷分散閾値に応じて前記キュ
    ー追加処理および前記負荷分散処理を多重に行い、逆
    に、前記分散転送用キューを含む各追加キューにおいて
    蓄積パケット量がゼロになると該キューの削除処理を行
    ってメモリを開放することを特徴とする請求項９または
    １０に記載のパケット交換装置。
12. 【請求項１２】 前記分散経路として、前記超過フロー
    についてのサービス品質要求を満たす複数の経路が確保
    できる場合は、該複数の分散経路に対して前記超過フロ
    ーを振り分けて負荷分散処理を行うことを特徴とする請
    求項１０または１１に記載のパケット交換装置。
13. 【請求項１３】 各フローについてのサービス品質要求
    への対応として、宛先ノードまでの伝送遅延時間を所定
    方法により評価し、該評価値に基づき前記分散経路の選
    定を行うことを特徴とする請求項１０から１２のいずれ
    か１項に記載のパケット交換装置。
14. 【請求項１４】 前記宛先ノードまでの伝送遅延時間の
    評価方法として、ホップ数を用いることを特徴とする請
    求項１３記載のパケット交換装置。
15. 【請求項１５】 隣接ノード間で、制御パケットの授受
    によりリンクの伝送遅延時間を測定して交換しあうこと
    により、前記宛先ノードまでの伝送遅延時間を評価して
    ネットワーク状況を把握する手段をさらに有し、 該評価値に基づき前記分散経路の選定を行うことを特徴
    とする請求項１３記載のパケット交換装置。
16. 【請求項１６】 リンクについて物理的あるいは論理的
    な回線障害の検出およびその復旧の検出を行って通知す
    る回線障害検出手段をさらに有し、 回線障害検出時は、障害のあるリンクへの転送を停止
    し、該リンクに転送予定のフローについて、サービス品
    質要求を満たす切り替え経路を前記テーブルから求め、
    該経路に対応する転送用キューを前記出力バッファ手段
    内に確保し、ルーティングテーブルを更新し、前記切り
    替え先経路へのヘッダ書き換えを行ってキューイング
    し、元のキューは削除することにより回線障害対応処理
    を行う手段と、 障害復旧検出時は、復旧したリンクについて、対応する
    キューを再構成し、ルーティングテーブルを更新して転
    送を再開することにより自動的な回線切り戻しを行う手
    段と、をさらに有することを特徴とする請求項９から１
    ５のいずれか１項に記載のパケット交換装置。