通信ネットワークはネットワークに接続された通信デバイス間でデータ、音声、テキスト、ビデオ情報などの情報を転送する。たいていの企業は、企業内の様々なデバイスを相互接続するためにイーサネット(登録商標)・プロトコルに基づくものなどのローカル・エリア・ネットワーク(LAN)を採用する。たいていのLANは接続なしで、データが高度の確率まで誤りなしで送信されるが、配信の保証はない。データが正しく受信されない場合、受信局は送り手に通知せずに単にデータを廃棄するだけである。
さらに、データを転送ネットワーク上で送信することに成功したときでも、受信局でバッファが利用できないためにデータが失われることがある。受信局が送信局の送信速度に等しいかまたはそれよりも高い速度でデータを受信および処理することが不可能な場合、受信局のバッファはオーバフローすることがある。バッファが利用できないことによるデータの損失は、ビット誤りによって失われるフレームと同じ効果を有する。したがって、オーバフロー状態がバッファで起こるのを許すのではなくデータ・パケットの到着を保留または低減することが望ましい。いくつかの技術がLANでのフロー制御のために提案または示唆されている。
IEEE802.3xデータ通信プロトコルは(「ポーズ」フレームなど)フロー制御メッセージに基づく全二重イーサネット(登録商標)・リンクのポートベース・フロー制御構成を指定している。ポーズ・フレームを受信する送信局は、ネットワーク上のフレームの送信が指定された時間中保留されるポーズ状態に入り、これによって受信機での輻輳を軽減する。このポートベース・フロー制御構成は、しかしながら、かなりのバッファリングを必要とし、平均帯域幅をかなり低減することがある。
いくつかのLANはしばしばワイド・エリア・ネットワーク(WAN)などのより大きいネットワークに接続される。イーサネット(登録商標)・プロトコルはLAN環境に好適であるが、イーサネット(登録商標)・プロトコルは、主としてイーサネット(登録商標)衝突回避機構が最も遠い局の許容できる距離および転送ネットワーク上のトラフィックの分離に関係するプライバシー問題を制限するので、WANに対する実行可能なオプションではない。したがって、効率的でシームレスな信頼できる様式でLAN間の通信を可能にするためには、様々なLAN間の高速転送リンクが必要であった。
高まる帯域幅要求に応じるために、同期光ネットワーク(SONET)などの光ファイバ・システムがしばしばWANにおける転送リンクとして採用される。WANリンク上で遠隔送信局からパケットを受信しているイグレスLANがイングレスLANの送信速度に等しいかまたはそれよりも高い速度でパケットを受信および処理することができない場合、イグレスLANに関連するバッファはオーバフローすることがある。したがって、イングレスLANの周波数がイグレスLANの周波数を超えるような周波数オフセットがイグレスLANとイングレスLANの間に存在する場合、イグレス・バッファは結局オーバフローすることになる。
米国特許出願10/285221号
図1は、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110とイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160との間でパケットを伝送するための従来の転送ネットワーク150を示す。転送ネットワーク150は、たとえばSONETネットワーク、同期デジタル階層(SDH)ネットワークまたは光転送ネットワーク(OTN)として実施することができる。本発明はイーサネット(登録商標)・パケットを転送する例示的なSONETネットワーク150の文脈で本明細書に示されるが、本発明は、たとえばジェネリック・フレーミング手順(GFP)マッピング法またはハイレベル・データ・リンク制御(HDLC)プロトコルを使用して、非同期パケットを一定ビット転送速度ストリームにマッピングする光転送ネットワークで採用することができる。
図1に示すように、ローカル・エリア・ネットワーク110に接続された複数の端局105−1〜105−Nはローカル・エリア・ネットワーク160に接続された1つまたは複数の端局170−1〜170−NにSONETリンク150上でパケットを送信することができる。ローカル・エリア・ネットワーク110、160は、たとえば、企業内の様々な端局105−1〜105−Nを相互接続するためにイーサネット(登録商標)・プロトコルに基づくことができる。パケットは、イーサネット(登録商標)・パケットごとに固定帯域幅オーバヘッドを提供するジェネリック・フレーミング手順(GFP)マッピング法でカプセル化される。パケットは、ジェネリック・フレーミング手順(GFP)線形マッピング法を採用するGFPマッピング機能ゲートウエイ130によって転送ネットワーク150上で転送するためにオプションとして集合し、準備することができる。パケットがカプセル化されたとき、GFPマッピング機能130は、イーサネット(登録商標)ベースのローカル・エリア・ネットワーク110からの非同期パケットを知られている様式でSONETネットワーク150上での転送に適した一定ビット転送速度ストリームにアセンブルする。同様に、GFPマッピング機能155は、SONETネットワーク150で受信した一定ビット転送速度ストリームをイーサネット(登録商標)ベースのローカル・エリア・ネットワーク160に適した非同期パケットに変換する。
転送ネットワーク150とローカル・エリア・ネットワーク110、160との間のインタフェースを図3〜図5に関して以下でさらに議論する。一般に、GFPマッピング機能155はローカル・エリア・ネットワーク160用にパケットを記憶するための関連バッファ(図1には示さず)を有する。以下で議論するように、バッファは高速転送ネットワーク150とローカル・エリア・ネットワーク110、160との間のクロッキング差に適応する。前記のように、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110の周波数がイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160の周波数を超えるように、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110とイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160との間に周波数オフセットがあるとき、GFPマッピング機能155に関連するイグレス・バッファは高帯域幅条件下でオーバフローすることになる。
本発明の一態様によれば、バッファをオーバフローせずにパケットを配信することができるようにイグレス・ポートの帯域幅を調節するために周波数オフセット制御機構が設けられる。イーサネット(登録商標)標準はパケット間ギャップ(IPG)を遠隔受信機の回復期間と定義している。パケット間ギャップは、各パケット間で送信される指定された数のバイトである。一般に、パケット間ギャップは各パケット間に挿入された12バイトからなる。本発明は、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110の周波数がGFPマッピング転送ネットワーク上のイーサネット(登録商標)・サービスに対するイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160の周波数を超える場合にイグレス・ポートの帯域幅を調節することができる周波数オフセット制御機構を今や提供するようにパケット間ギャップを採用することができることを認識する。
特に、本発明の周波数オフセット制御機構は、イグレス・バッファがオーバフローするのを防ぐために、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110の周波数がイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160の周波数よりも大きいときにパケット間ギャップに含まれるバイトの数を減らす。イグレス・ポートがイングレス・ポートよりも遅いクロックを有する場合、本発明によってパケット間ギャップのサイズを小さくすることによって得られる追加の帯域幅は周波数オフセットを補償する。イグレス・ポートがイングレス・ポートよりも速いクロックを有する場合、パケット間ギャップを拡張することができる。イングレス・ローカル・エリア・ネットワークによって送るべきパケットがない場合、パケット間ギャップは遊休時間を満たすために従来の技術によって自動的に拡張されることに留意されたい。
たとえば、12バイトの通常のパケット間ギャップを仮定すると、本発明の周波数オフセット制御機構の静的実施態様は、イグレス・ポートでのパケット間ギャップを、たとえば10バイトに静的に減少させることができる。本発明の静的実施態様では、減少したパケット間ギャップ値はイングレスおよびイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク110、160間の最悪の場合の周波数オフセットに基づいて選択されることに留意されたい。本発明の動的実施態様では、イグレス・バッファの実際のレベルはモニタされ、イグレス・ポートでのパケット間ギャップのサイズはイグレス・バッファのレベルを所望の範囲内に維持するために相応して調節される。
図2は図1の転送ネットワーク150上のパケット・フローの従来のフォーマットを示す。図2に示すように、従来のパケット・フローは、各々が対応するパケット間ギャップ220−1〜220−Nによって分離されている一連のパケット210−1〜210−Nを含む。一般に、GFPベース転送ネットワーク上にマッピングされたパケットは、パケット・インジケータの開始部、ヘッダ(たとえばアドレス情報を含む)、ペイロード(一般に64〜1518バイトからなる)およびパケット・インジケータの終了部を含む。前述のように、パケット間ギャップは一般に従来のイーサネット(登録商標)・システムでは12遊休バイトである。
図3は本発明の静的実施態様による転送ネットワーク環境を示す。図3に示すように、ローカル・エリア・ネットワーク110は、転送ネットワーク150上で転送すべきパケットを発生するクライアント装置(CE)を含む。前記のように、各パケットは、一般に12バイトであるパケット間ギャップによって分離される。パケット間ギャップは、クライアント装置のMAC層(CE−MAC1)によってパケット・ストリームに挿入される。物理層(CE−PHY1)は、パケット・ストリームをワイヤ315上でローカル・エリア・ネットワーク・ドメインからプロバイダ装置(PE)のユーザ・ネットワーク・インタフェース(UNI)まで送信する。ワイヤ315上のパケット・ストリームは例示的な実施形態の12バイトのパケット間ギャップとともに、図2に示すフォーマットを有する。破線ボックス310に示す装置はすべて、たとえば10Mbps、100Mbpsまたは1Gbps(+/−100ppm)とすることができるローカル・エリア・ネットワーク110の公称周波数で動作する。
イングレス・プロバイダ装置340はMAC層およびPHY層を含む。イングレス・プロバイダ装置の物理層(PE−PHY1)は、知られている様式でネットワーク150上で転送するためにパケット・ストリームのパケット間ギャップをドロップする。イングレス・プロバイダ装置340は先入れ先出しバッファ(FIFO1)にパケット・ストリームを提供する。バッファFIFO1は、1Gbpsイーサネット(登録商標)実施態様では155.52MHzのSONET速度など、転送ネットワーク150に適した速度でGFPマッピング機能130にパケット・ストリームを提供する。前記のように、GFPマッピング機能130は、イーサネット(登録商標)ベースのローカル・エリア・ネットワーク110からのパケットを、知られている様式でSONETネットワーク150上での転送に適した一定ビット転送速度ストリームにアセンブルする。GFPマッピング機能130の後に、パケット・ストリームは高位または低位仮想連鎖(HO/LO VC)グループに処理され、次いで光搬送波構造(OC−N)または同期転送モード(STM−N)構造に配置され、転送ネットワーク150上でイグレスGFPマッピング機能155に転送される。破線ボックス320に示す装置はすべて、たとえば155.52MHzのSONET速度とすることができる転送ネットワーク150の公称周波数で動作する。
前記のように、GFPマッピング機能155は、ローカル・エリア・ネットワーク160用にパケットを記憶するための関連バッファ(FIFO2)360を有する。バッファ360は高速転送ネットワーク150とローカル・エリア・ネットワーク160との間のクロッキング差に適応する。イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110の周波数がイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160の周波数を超えるように、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110とイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160との間に周波数オフセットが存在する場合、GFPマッピング機能155に関連するイグレス・バッファ360はオーバフローすることになる。ローカル・エリア・ネットワーク160の周波数はそれぞれ、たとえば10Mbps、100Mbpsまたは1Gbps(+/−100ppm)とすることができることに留意されたい。したがって、例示的な実施形態では予想される最悪の場合の周波数オフセットは200ppmである。
本発明は、バッファ360をオーバフローせずにパケットをローカル・エリア・ネットワーク160に配信することができるようにイグレス・ポートの帯域幅を調節するための周波数オフセット制御機構を提供する。本発明は、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110の周波数がイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160の周波数を超えた場合にイグレス・ポートの帯域幅を調節するためにパケット間ギャップのバイトの数を減らす。
イグレスFIFOバッファ360は、イグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160に適した速度でパケット・ストリームをイグレス・プロバイダ装置350に提供する。イグレス・プロバイダ装置350のMAC層(PE−MAC2)は、パケット・ストリームの各パケット間にパケット間ギャップを再導入する。本発明の静的実施態様によれば、MAC層(PE−MAC2)は、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110によって採用されたパケット間ギャップよりも小さいサイズを有するパケット間ギャップを挿入するように構成される。たとえば、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110のクライアント装置のMAC層(CE−MAC1)によってパケット・ストリームに挿入されたパケット間ギャップが12バイトであった場合、MAC層(PE−MAC2)によってイグレス・パケット・ストリームに挿入されたパケット間ギャップは、たとえば10バイトとすることができる。減少したパケット間ギャップ値はイングレスおよびイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク110、160間の最悪の場合の周波数オフセットおよびイングレス・ローカル・エリア・ネットワークによって使用されるパケット間ギャップのサイズに基づいて選択される。
プロバイダ装置の物理層(PE−PHY2)370は、パケット・ストリームをワイヤ375上でイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク・ドメインに送信する。ワイヤ375上のパケット・ストリームは、例示的な実施形態の10バイトの減少したパケット間ギャップとともに、図2に示したフォーマットを有することになる。破線ボックス330に示す装置はすべて、たとえば10Mbps、100Mbpsまたは1Gbps(+/−100ppm)とすることができるローカル・エリア・ネットワーク160の公称周波数で動作することに留意されたい。
図4は本発明の動的実施態様による転送ネットワーク環境のイグレス部分を示す。動的実施態様での転送ネットワーク環境のイングレス部分は、図3に関して上述したのと同じ形態で実施することができることに留意されたい。
図4に示すように、本発明の動的実施態様によれば、イグレス・プロバイダ装置のMAC層(PE−MAC2)は、FIFOバッファ460の瞬時的フィル・レベルを示すインジケータFill_Lvlを備える。さらに、イグレス・プロバイダ装置のMAC層(PE−MAC2)は、イグレス・バッファのレベルを所望の範囲内に維持するために採用される上側しきい値HIおよび下側しきい値LOを備える。したがって、本発明の動的実施態様は、イグレス・バッファ460の実際のレベルをモニタし、イグレス・バッファのレベルを所望の範囲内に維持するためのイグレス・ポートのパケット間ギャップのサイズを動的に調節する。たとえば、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110のクライアント装置のMAC層(CE−MAC1)によってパケット・ストリームに挿入されたパケット間ギャップが12バイトであった場合、MAC層(PE−MAC2)によってイグレス・パケット・ストリームに挿入されたパケット間ギャップは、たとえば10バイトとすることができる。バッファ・フィル・レベルFill_Lvlが上側しきい値HIに近づいているとき、パケット間ギャップは10バイトよりも小さい値に減らされる。バッファ・フィル・レベルFill_Lvlが下側しきい値LOに近づいているとき、パケット間ギャップは10バイトよりも大きい値に増やされる。一変形形態では、MAC層(PE−MAC2)は各々がパケット間ギャップ変化の対応する度合を有する多数のしきい値レベルを採用することができる。
本発明の動的実施態様は、イングレス・ローカル・エリア・ネットワークによって採用されるパケット間ギャップのサイズの知識を必ずしも必要としない。さらに、本発明の動的実施態様は、複数のネットワークがイングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110とイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160との間のエンドツーエンド経路で横断される場合に好ましいことがある。複数のネットワークが横断されるそのような場合、図3に関して上記で論じた本発明の静的実施態様は、各横断されるネットワークとともにパケット間ギャップ・サイズの段階的減少をもたらす。したがって、イグレス・ポートで必要とされるパケット間ギャップが受信機によって処理されるべき十分な最低サイズを有しないという危険がある。本発明の動的実施態様は最小の必要とされるパケット間ギャップを保証するように構成することができることに留意されたい。
図5は本発明の「ファストMAC」実施態様による転送ネットワーク環境のイグレス部分を示す。動的実施態様での転送ネットワーク環境のイングレス部分は図3に関して上記で論じたのと同じ形態で実施することができることに留意されたい。
図5に示す本発明のファストMAC実施形態は、イグレス・プロバイダ装置のMAC層(PE−MAC2)を転送ネットワーク150のクロック速度で動作させる。弾性FIFOバッファ565は、MAC(PE−MAC2)層が転送ネットワーク150のクロック速度で動作し、物理(PE−PHY2)層がイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160のクロック速度で動作することができるようにイグレス・プロバイダ装置のMAC(PE−MAC2)層と物理(PE−PHY2)層との間に設けられる。弾性FIFOバッファ565のサイズは最大パケット(フレーム)長さに基づいて選択される。他の利点のうち、本発明のファストMAC実施形態は、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110によって採用される周波数またはパケット間ギャップ・サイズの知識を必要としない。
図6は図5の転送ネットワーク環境のイグレス部分の様々な段階におけるパケット・フローを示す。一般に、CE−MAC1層は、パケット・ストリーム610によって示されるように、イングレス・ローカル・エリア・ネットワーク110の速度でパケット・フローを送る。PE−MAC2層はパケット・ストリームをより速いSONET速度で弾性FIFOバッファ565に書き込み、それによってパケット・ストリーム620によって示されるように、パケット間ギャップの持続時間を延長する。MAC2層は各パケットをより迅速に書き込むので、パケット間ギャップは遊休時間を充填するように拡張される。その後、PE−PHY2層はイグレス・ローカル・エリア・ネットワーク160のより遅い速度で弾性FIFOバッファ565からのパケットを読み取り、パケット速度に追従するために、パケット・ストリーム630によって示されるように、パケット間ギャップから遊休シンボルのいくつかを削除しなければならない。PE−PHY2層がいくつかの遊休シンボルを削除したとき、イグレス・パケット間ギャップのサイズは、全帯域幅で動作している間にイングレス周波数がイグレス周波数よりも大きくなる最悪の場合の状態中にイングレス・パケット間ギャップよりも小さくなるように効果的に減らされる。
転送ネットワーク150上でパケットを集合するための適切なシステムの議論のために、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる「Method for Flow Control of Packets Aggregated from Multiple Logical Ports Over a Transport Link」という名称の2002年10月31日出願の米国特許出願第10/285221号を参照されたい。
本明細書に図示および説明した実施形態および変形形態は、本発明の原理を例示するものにすぎないこと、および様々な変更が本発明の範囲および精神から逸脱せずに当業者が実施することができることを理解されたい。