JP2005073011A - 広域ＬＡＮサービスにおける中継装置およびＱｏＳ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イーサネット回線の帯域を有効利用できる中継装置およびそのＱｏＳ制御方法を提供する。
【解決手段】広域ＬＡＮサービスの各拠点に設置され、予め定められた送信帯域を有する１本の物理回線に複数の論理回線を多重化して他の中継装置へ伝送する中継装置において、複数の論理回線からのデータフローを物理回線に対応づけてグループ化し、グループ化された１つのデータフローに対してＱｏＳ制御を実行する。グループ化されたデータフローのヘッダ情報に基づいて複数のマイクロフローに振り分け、各マイクロフローに対して送信の優先度をおよび送信帯域を設定する。複数のマイクロフローの各々に対して、設定された送信帯域によってポリシングを実行し、ポリシングされた複数のマイクロフローに対して、それらに割り付けられた優先度に基づいて送信処理のスケジューリングを実行する。
【選択図】 図３

Description

本発明は広域ローカルネットワーク（ＬＡＮ）サービスの拠点に設置される中継装置に係り、特に異なるＬＡＮにそれぞれ対応する複数の論理回線を１本のイーサネット（登録商標、以下同じ）回線に多重化する中継装置及びサービス品質（ＱｏＳ）の制御方法に関する。

一般に、広域ＬＡＮサービスの拠点には、拠点間を結ぶ１本のイーサネット回線に複数のＬＡＮ向けの論理回線を多重化する中継装置が設けられている。

たとえば、図８に示す広域ＬＡＮサービスのネットワーク構成を考える。すなわち、拠点Ａと拠点Ｂとが１本のイーサネット回線ＡＢにより接続され、拠点Ａには各地に設置してあるＬＡＮａ１およびＬＡＮａ２が収容され、拠点Ｂには各地に設置してあるＬＡＮｂ１、ＬＡＮｂ２およびＬＡＮｂ３が収容されている。したがって、拠点ＡからＬＡＮｂ１、ＬＡＮｂ２およびＬＡＮｂ３への複数の論理回線が、物理的に１本のイーサネット回線ＡＢ内に収まることになる。この構成において、各拠点と直収ＬＡＮとの間の回線ａ１、ａ２、ｂ１〜ｂ３におけるサービス品質（ＱｏＳ）の帯域制御が２０Ｍｂｐｓ、拠点Ａと拠点Ｂとの間のイーサネット回線ＡＢのそれが５０Ｍｂｐｓに設定されていると仮定する。

拠点ＢからＬＡＮａ１へ送信する帯域は、他のトラフィックが無ければ回線ａ１に設定してある帯域を有効に使用するため２０Ｍｂｐｓの設定となる。同様に、拠点ＢからＬＡＮａ２へ送信する帯域も２０Ｍｂｐｓの設定となる。したがって、拠点Ｂから拠点Ａ直収の各ＬＡＮへの帯域の合計は４０Ｍｂｐｓとなり、拠点Ａと拠点Ｂとを接続するイーサネット回線ＡＢに設定されている帯域５０Ｍｂｐｓの範囲内で収まる。

しかしながら、拠点Ａから拠点Ｂ直収の各ＬＡＮへ送信する場合には、ＬＡＮｂ１向けの回線ｂ１、ＬＡＮｂ２向けの回線ｂ２、ＬＡＮｂ３向けの回線ｂ３の合計で６０Ｍｂｐｓとなり、イーサネット回線ＡＢに設定されている５０Ｍｂｐｓを越えてしまう。この事態を回避するには、たとえば、拠点Ａにおいて拠点Ｂ直収の各ＬＡＮ向けの帯域を１６Ｍｂｐｓに設定することで、イーサネット回線ＡＢの設定帯域５０Ｍｂｐｓ内に収めることが可能となる。

特開２００３−１８２０４号公報（特許文献１）には、複数のフローをフロー識別子を用いてフロー束にまとめ、フロー束単位で帯域監視等を実行するＩＰルータが開示されている。詳しくは、受信パケットのヘッダ情報を用いてＣＡＭをサーチすることでフローエントリを特定し、そのフローエントリ情報からアドレス変換テーブルを用いてフロー束番号を検索する。こうして複数のフローのフロー束番号に基づいて、フロー束ごとに帯域監視制御が実行され、入力パケットのトラフィックフローが契約帯域を遵守しているか否かが判定される。契約帯域を違反している場合には、当該パケットが廃棄されるか、あるいは、当該パケットの優先度を下げる処理が行われる。

特開２００３−１８２０４号公報（段落００２４、００２９〜００３３、図７）

しかしながら、図８において、拠点Ａで拠点Ｂ直収の各ＬＡＮ向けの帯域を１６Ｍｂｐｓに制限することでイーサネット回線ＡＢの設定帯域５０Ｍｂｐｓ内に収める方法では、ＬＡＮｂ２及びＬＡＮｂ３向けの送信データが全く無い場合、ＬＡＮｂ１向けにデータを送信しても、イーサネット回線ＡＢ及び回線ｂ１の帯域が余ってしまい、イーサネット回線を有効利用することができない。さらに、イーサネット回線ＡＢの帯域が上限帯域そのものであった場合には、それぞれの論理回線のＱｏＳ制御で個々の送信データに決められた優先順位に関係なく、イーサネット回線によってパケットの無差別廃棄が生じてしまう。

また、特許文献１にはＩＰネットワークを介した広域企業内ＬＡＮシステムが開示されており、図８に示すようなイーサネット回線を介した広域ＬＡＮを前提としていない。さらに、入力トラフィックフローが契約帯域違反を示した場合には、当該違反パケットを無条件に廃棄するか、あるいは、当該パケットの優先度を低下させるという処理が行われるために、パケットに設定された本来の優先度が無視される結果となる。

本発明の目的は、イーサネット回線の帯域を有効利用できる中継装置およびそのＱｏＳ制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数インターフェースを収容するイーサネット回線において、各論理回線で送信データに割り付けられた優先順位に従った転送を実行することができる中継装置およびそのＱｏＳ制御方法を提供することにある。

本発明による中継装置は広域ＬＡＮサービスの各拠点に設置され、複数の論理回線を予め定められた送信帯域を有する１本の物理回線に多重化して他の中継装置へ伝送するものであり、前記複数の論理回線からのデータフローを前記物理回線に対応づけてグループ化するグループ化手段と、前記グループ化された１つのデータフローに対してＱｏＳ（サービス品質）制御を行い、前記物理回線へ送出するＱｏＳ制御手段と、を有することを特徴とする。

前記グループ化手段は、前記複数の論理回線からのデータフローをそのタグ情報を用いて、あるいは、宛先ＩＰアドレスを用いてグループ化することができる。

前記ＱｏＳ制御手段は、前記データフローのヘッダ情報に基づいて前記データフローを複数のマイクロフローに振り分け、各マイクロフローに対して送信の優先度を割り付けおよび送信帯域の設定を行う振り分け手段と、前記複数のマイクロフローの各々に対して送信帯域制御を実行するポリシング手段と、前記ポリシング手段を通過した複数のマイクロフローに対して、それらに割り付けられた優先度に基づいて送信処理を実行するスケジューリング手段と、を有することが望ましい。

前記複数のマイクロフローは、高優先度、中優先度および低優先度の３グループに分類され、高優先度のマイクロフローは最優先に送信処理され、中優先度のマイクロフローは予め定められた送信比率に従って送信処理され、低優先度のマイクロフローは全体の帯域に余裕があった場合に送信処理される。

また、本発明の他の側面によれば、広域ＬＡＮサービスの各拠点に設置され、複数の論理回線を予め定められた送信帯域を有する１本の物理回線に多重化して他の中継装置へ伝送する中継装置のＱｏＳ（サービス品質）制御方法において、前記複数の論理回線からのデータフローを前記物理回線に対応づけてグループ化し、前記グループ化された１つのデータフローをそのヘッダ情報に基づいて複数のマイクロフローに振り分け、各マイクロフローに対して送信の優先度をおよび送信帯域を設定し、前記複数のマイクロフローの各々に対して、設定された送信帯域によってポリシングを実行し、前記ポリシングされた複数のマイクロフローに対して、それらに割り付けられた優先度に基づいて送信処理のスケジューリングを実行する、ことを特徴とする。

上述したように、本発明によれば、物理回線（イーサネット回線）を単位としてＱｏＳ処理を行うので、イーサネット回線で使用可能な帯域を超えることのない設定が可能となる。イーサネット回線ごとにＱｏＳ制御が実行されるために、論理回線毎の帯域に制約がなくなり、イーサネット回線でのデータ送信で無用な空き帯域を無くすことができる。

また、送信データのあて先で論理回線を特定することができるために、論理回線別にマイクロフローを作成することができ、論理回線毎に優先度および帯域を考慮することが可能となる。すなわち、各論理回線で送信データに割り付けられた優先順位に従った転送を実行することができる。

図１は本発明による中継装置を適用した拠点間をイーサネット回線で接続したネットワークの一例を示す概略的構成図である。ここでは、拠点Ａと拠点Ｂとが１本のイーサネット回線ＡＢによって接続され、拠点Ａにはｍ個のネットワークＬＡＮ_A1〜ＬＡＮ_Amがそれぞれ回線Ｌ_A1〜Ｌ_Amを通して収容され、同様に、拠点Ｂにはｎ個のネットワークＬＡＮ_B1〜ＬＡＮ_Bnがそれぞれ回線Ｌ_B1〜Ｌ_Bnを通して収容されているものとする。後述するように、拠点Ａおよび拠点Ｂには本発明による中継装置が設けられているが、説明を簡単にするために、以下、拠点Ａに直収されている各ＬＡＮから拠点Ｂに直収されているＬＡＮへデータ送信される場合を説明する。

図２（Ａ）は、拠点Ａにおける本発明の一実施形態による中継装置の概略的構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は本実施形態で使用されるIEEE802.1Qタグフレームのフォーマット図である。

図２（Ａ）に示すように、本実施形態による中継装置は、グループ化処理部１０と送信データＱｏＳ制御部１１とからなる。グループ化処理部１０は、回線Ｌ_A1〜Ｌ_Amを通してネットワークＬＡＮ_A1〜ＬＡＮ_Amから受信したデータフローをイーサネット回線ＡＢに対応づけてグループ化する。送信データＱｏＳ制御部１１は、グループ化されたフローを入力してＱｏＳ制御を行いイーサネット回線ＡＢへ送出する。受信側の拠点Ｂでは分離部１２が受信したフローを分離して宛先のＬＡＮへ転送する。

図２（Ｂ）に示すように、本実施形態で使用されるタグフレームは、宛先ＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス、タグ情報、タイプおよびデータからなる。タグ情報は、さらにタグ識別子およびＶＬＡＮ識別子（ＶＩＤ）を含み、タグ識別子によりタグフレームであることを判別し、ＶＩＤによりイーサネット回線ＡＢ上を流れるデータがどのＬＡＮのものであるかを特定することができる。したがって、グループ化処理部１０はＶＩＤに基づいてグループ化を行うことができる。あるいは、ＩＰパケットヘッダ内の宛先ＩＰアドレスに基づいてグループ化を行うことも可能である。

図３に示すように、たとえば論理回線Ｌ_A1〜Ｌ_A3を通して受信したデータフローにはそれぞれＬＡＮに対応したＶＩＤが割り当てられているから、グループ化処理部１０はＶＩＤをチェックしながら１本のイーサネット回線ＡＢに多重化されるフローを１つにまとめ、送信データＱｏＳ処理部１１へ出力する。次に、送信データＱｏＳ処理部１１のＱｏＳ制御について説明する。

図４は、本実施形態による中継装置の送信データＱｏＳ処理部の構成を示す概略的ブロック図である。送信データＱｏＳ処理部１１は、ヘッダ解析部１０１、マイクロフロー振り分け部１０２、ポリシング部１０３、スケジューリング部１０４および送信部１０５を有する。さらに、スケジューリング部１０４は、送信キューＱ_TX1〜Ｑ_TXp、スケジューラ制御部１０６および多重化部１０７を含む。

ヘッダ解析部１０１は、グループ化処理部１０から入力したパケットのヘッダを解析し、データの宛先、種類、データ受信時に付与されていた優先度等を抽出する。マイクロフロー振り分け部１０２は、抽出された宛先、種類および優先度などに従って、受信フローをマイクロフローに振り分け、振り分けられた各マイクロフローに対して送信の優先付けや送信帯域の設定を行う。

ポリシング部１０３は、各マイクロフローに設定されている送信帯域による制御を行い、帯域を超えるものについては送信処理を行わずに廃棄する。

スケジューリング部１０４では、送信されるデータに必要な合計帯域や各マイクロフローに対して設定されている優先度を考慮しながらデータ送信を実行する。詳しくは、ポリシング部１０３を通過した各マイクロフローを送信キューＱ_TX1〜Ｑ_TXpに順次格納する。続いて、スケジューラ制御部１０６が優先度を考慮しながら送信キューからデータを取り出し多重化部１０７へ出力し、送信部１０５からイーサネット回線ＡＢへ送出される。

スケジューラ制御部１０６によるデータの取り出し手順には次の３パターンがある。

（１）高優先度のマイクロフローを常に優先する。すなわち、高い優先度の送信キューにデータがあれば、低い優先度のキューにいくら送信待ちのデータ存在しても、常に高い優先度のキューからデータを取り出す。

（２）送信キューの送信比率に従う。すなわち、複数の送信キューに設定してある送信比率に従って、キューからデータを取り出して送信する。

（３）全体の帯域に余裕がある場合に送信する。

本実施形態では、パターン（１）を最高優先度のマイクロフローに適用し、パターン（２）を中間優先度のマイクロフローに、パターン（３）を最低優先度のマイクロフローに、それぞれ適用する。

具体的には、ＱｏＳでは、フローを優先度の高い順にＥＦ，ＡＦ，ＢＥの３つのクラスに分類する。ＥＦクラスのフローは、ＡＦおよびＢＥクラスのフローが送信待ちであっても、常に優先して送信処理される。

ＡＦクラスは、さらに、ＡＦ４，ＡＦ３，ＡＦ２，ＡＦ１の４クラスに分類され、それぞれ送信比率が順次４：３：２：１に設定される。たとえば、全体帯域１００に対して、ＡＦ４，ＡＦ３，ＡＦ２，ＡＦ１のすべてが４０で送信を行おうとすれば、４０：３０：２０：１０の比率で送信され、ＡＦ４，ＡＦ３，ＡＦ２，ＡＦ１のすべてが３０で送信を行おうとすれば、３０：３０：２７：１３の比率で送信される。これに対して、ＢＥクラスのフローは全体帯域に余裕があったときに送信処理される。

上述したように、本実施形態によれば、同一イーサネット回線を使用する論理回線で１つのグループを構成し、グループ単位でＱｏＳ処理を行うことができる。こうすることで、イーサネット回線が収容する論理回線の数に影響されず、１本のイーサネット回線に対応してＱｏＳ処理部１１が１つとなるため、実際にイーサネット回線が使用できる帯域に合わせた全体帯域内で設定を行うことが可能となる。

図５は、多重化された論理回線を分離して宛先のＬＡＮへ接続する拠点Ｂの機能を説明するための模式的なブロック図である。上述したように、タグフレームのＶＩＤによりイーサネット回線ＡＢ上を流れるデータがどのＬＡＮのものであるかを特定することができるから、受信側の拠点Ｂで受信したフローを分離して宛先のＬＡＮへ転送することができる。

図６は、本発明の他の実施形態による中継装置を適用したネットワークの一例を示す概略的構成図であり、図７は複数の形態帯域で分割されたイーサネット回線を模式的に示した図である。中継装置の基本的構成は上述したとおりであるが、イーサネット回線ＡＢが複数の契約帯域で分割された場合の対応についてさらに工夫している。

図７に示すように、拠点Ａと拠点Ｂとの間のイーサネット回線ＡＢにおいて、拠点Ａから拠点Ｃ、拠点Ｄ、拠点Ｅ向けにそれぞれ拠点別に契約帯域Ｗ１、Ｗ２およびＷ３が割り当てられている。このような場合、同じイーサネット回線ＡＢを使用する論理回線で１つのグループを作成するのではなく、図７に示すように、拠点別に論理回線をまとめ、契約帯域を全体帯域としたグループを作成する。言い換えれば、契約帯域Ｗ１、Ｗ２およびＷ３のそれぞれについて、上述したグループ化処理およびＱｏＳ処理が実行されることとなる。

したがって、図２（Ａ）におけるグループ化処理部１０のグループ化処理および送信データＱｏＳ制御部１１のＱｏＳ処理が契約帯域ごとに行われる点を除けは、基本的な動作は上述したものと同じであるから、詳細は省略する。

本発明による中継装置を適用した拠点間をイーサネット回線で接続したネットワークの一例を示す概略的構成図である。 （Ａ）は、拠点Ａにおける本発明の一実施形態による中継装置の概略的構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は本実施形態で使用されるIEEE802.1Qタグフレームのフォーマット図である。 本実施形態による中継装置の動作を説明するための概略的ブロック図である。 本実施形態による中継装置の送信データＱｏＳ処理部の構成を示す概略的ブロック図である。 多重化された論理回線を分離して宛先のＬＡＮへ接続する拠点Ｂの機能を説明するための模式的なブロック図である。 本発明の他の実施形態による中継装置を適用したネットワークの一例を示す概略的構成図である。 複数の形態帯域で分割されたイーサネット回線を模式的に示した図である。 広域ＬＡＮサービスのネットワーク構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１０ グループ化処理部
１１ 送信データＱｏＳ制御部
１２ 分離部
１０１ ヘッダ解析部
１０２ マイクロフロー振り分け部
１０３ ポリシング部
１０４ スケジューリング部
１０５ 送信部

Claims (7)

1. 広域ＬＡＮサービスの各拠点に設置され、複数の論理回線を予め定められた送信帯域を有する１本の物理回線に多重化して他の中継装置へ伝送する中継装置において、
   前記複数の論理回線からのデータフローを前記物理回線に対応づけてグループ化するグループ化手段と、
   前記グループ化された１つのデータフローに対してＱｏＳ（サービス品質）制御を行い、前記物理回線へ送出するＱｏＳ制御手段と、
   を有することを特徴とする中継装置。
2. 前記グループ化手段は、前記複数の論理回線からのデータフローをそのタグ情報を用いてグループ化することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
3. 前記グループ化手段は、前記複数の論理回線からのデータフローをその宛先ＩＰアドレスを用いてグループ化することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
4. 前記ＱｏＳ制御手段は、
   前記データフローのヘッダ情報に基づいて前記データフローを複数のマイクロフローに振り分け、各マイクロフローに対して送信の優先度を割り付けおよび送信帯域の設定を行う振り分け手段と、
   前記複数のマイクロフローの各々に対して送信帯域制御を実行するポリシング手段と、
   前記ポリシング手段を通過した複数のマイクロフローに対して、それらに割り付けられた優先度に基づいて送信処理を実行するスケジューリング手段と、
   を有する特徴とする請求項１に記載の中継装置。
5. 前記複数のマイクロフローは、高優先度、中優先度および低優先度の３グループに分類され、高優先度のマイクロフローは最優先に送信処理され、中優先度のマイクロフローは予め定められた送信比率に従って送信処理され、低優先度のマイクロフローは全体の帯域に余裕があった場合に送信処理される、ことを特徴とする請求項４に記載の中継装置。
6. 広域ＬＡＮサービスの各拠点に設置され、複数の論理回線を予め定められた送信帯域を有する１本の物理回線に多重化して他の中継装置へ伝送する中継装置のＱｏＳ（サービス品質）制御方法において、
   前記複数の論理回線からのデータフローを前記物理回線に対応づけてグループ化し、
   前記グループ化された１つのデータフローをそのヘッダ情報に基づいて複数のマイクロフローに振り分け、
   各マイクロフローに対して送信の優先度をおよび送信帯域を設定し、
   前記複数のマイクロフローの各々に対して、設定された送信帯域によってポリシングを実行し、
   前記ポリシングされた複数のマイクロフローに対して、それらに割り付けられた優先度に基づいて送信処理のスケジューリングを実行する、
   ことを特徴とする中継装置におけるＱｏＳ制御方法。
7. 前記複数のマイクロフローは、高優先度、中優先度および低優先度の３グループに分類され、高優先度のマイクロフローは最優先に送信処理され、中優先度のマイクロフローは予め定められた送信比率に従って送信処理され、低優先度のマイクロフローは全体の帯域に余裕があった場合に送信処理される、ことを特徴とする請求項６に記載の中継装置におけるＱｏＳ制御方法。