JP2006180279A - カスケード接続ネットワークの帯域平等化方法及び装置並びにスイッチングハブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、カスケード接続された全ての端末に平等な帯域を割り当てることを、低コスト・簡単な設定で実現できるカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、ＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブにおいて、各スイッチングハブに接続された端末に平等に帯域を与える帯域平等化方法であって、各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出し、各スイッチングハブにおいて、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）中のカスケード接続されたスイッチングハブにおいて、各スイッチングハブに接続された端末に平等に帯域を与える帯域平等化方法及び装置並びにスイッチングハブに関するものである。例えば、ＬＡＮ中のイーサネット（登録商標）ファミリ構築に使用される。

多階層構造物（集合住宅）に高速ネットワークを構築する場合、ＵＴＰ（Ｕｎｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｐａｉｒ）給電技術を利用し、ＬＡＮ、装置への電力供給を１本のＵＴＰケーブルで行うことで、各階に小型のスイッチングハブを分散設置できる。また、ネットワークにカスケード接続を用いることにより、縦系配線は１本のＵＴＰケーブルで済むため、配線スペースの少ない既築多階層構造物では、非常に効率的に高速ネットワークを構築することができる。

図５は従来のカスケード接続されたスイッチングハブを示す説明図である。図５において、スイッチングハブＨＵＢ［１］〜［５］の全てのポートに端末（パソコン）が接続されて通信が行われ、また、全ての端末が上り方向へ１００Ｍｂｐｓで通信しようとしており、さらに、各スイッチングハブＨＵＢ［１］〜［５］には、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を行う機構を持たない（平等にパケットが落ちる）と、仮定して説明する。Ｂ−フレッツラインからのＢ−フレッツによるアクセス速度が１００Ｍｂｐｓしかないため、スイッチングハブＨＵＢ［１］では、下部４台の端末からのパケット及びスイッチングハブＨＵＢ［２］からのパケットを処理しきれずに、それぞれ４／５の確率で破棄されるので、スイッチングハブＨＵＢ［１］に接続されている端末よりスイッチングハブＨＵＢ［２］に接続されている端末が帯域的に不利になる。
ＨＵＢ［１］＞ＨＵＢ［２］＞ＨＵＢ［３］＞ＨＵＢ［４］＞ＨＵＢ［５］
の関係が成立する。

図５の状況では、スイッチングハブＨＵＢ［１］〜［５］に接続している端末が使用可能な帯域は、Ｂ−フレッツの帯域を１とした場合、
スイッチングハブＨＵＢ［１］＝１／５
スイッチングハブＨＵＢ［２］＝１／２５
スイッチングハブＨＵＢ［３］＝１／１２５
スイッチングハブＨＵＢ［４］＝１／６２５
スイッチングハブＨＵＢ［５］＝１／３１２５
となり指数的に減少する。

図５の例ではトラヒックの流れによって、帯域が不平等になる。すなわち、下り方向に関しては、上位ネットワークのインターフェイスでトラヒックの制限をしているため、帯域の輻輳は生じないが、上り方向では、全ての端末が一斉に帯域いっぱい（図５の例では１００Ｍｂｐｓ）に送信しようとすると、輻輳が生じて、帯域の不平等が発生する。

このように従来の技術では、スイッチングハブをカスケード接続した場合、トラヒックの流れによる帯域の不平等が生じて、カスケード接続段数が多いほど、その不平等の差が大きくなる。この不平等を解消するために、非常に高価なマルチレイヤスイッチかルータを使用して、または、ホストコンピュータやパソコンを仲介させて、複雑なＱｏＳ設定を行って実現する方法しかなかった。しかも、殆どのＱｏＳ設定はリアルタイムにネットワークの状態に対応することができず、ネットワークの帯域を有効に利用しているとは言い難かった。
特開２００３−２５８８３１号公報 特開平１０−１２６４３０号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、カスケード接続された全ての端末に平等な帯域を割り当てることを、低コスト・簡単な設定で実現できるカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法及び装置並びにスイッチングハブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブにおいて、各スイッチングハブに接続された端末に平等に帯域を与える帯域平等化方法であって、各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出する端末数算出ステップと、各スイッチングハブにおいて、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定する通信量設定ステップとよりなることを特徴とする。

また、本発明のカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法の端末数Ｎ_Ｕ及び端末数Ｎ_Ｄの算出は、各スイッチングハブに接続されている端末のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒ）アドレスが記憶されるＭＡＣアドレステーブルの情報に基づいて算出されることを特徴とする。

また、本発明のカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法は、各スイッチングハブにおいて、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量をＴ_ＵＡとし、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量をＴ_ＤＡとするとき、Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡになるように通信量を設定することを特徴とする。

また本発明は、ＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブにおいて、各スイッチングハブに接続された端末に平等に帯域を与える帯域平等化装置であって、各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出する端末数算出手段と、各スイッチングハブにおいて、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定する通信量設定手段とよりなることを特徴とするものである。

また、本発明のスイッチングハブは、各ポートから転送されてきたパケットから宛先ＭＡＣアドレスを確認し、ＭＡＣアドレステーブルの情報から宛先ＭＡＣアドレスを収容しているポートを探し、そのポートに設定された通信量に従って転送を行うトラヒックコントローラと、前記ＭＡＣアドレステーブルの情報に基づいて、各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出し、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定する帯域制御用計算ブロックとを具備することを特徴とするものである。

本発明のカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法及び装置並びにスイッチングハブは、カスケード接続された全ての端末に平等な帯域を割り当てることを、低コスト・簡単な設定で自動的に実現できる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態例に係るＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブを示す構成説明図である。第１のスイッチングハブＨＵＢ［１］、第２のスイッチングハブＨＵＢ［２］、第３のスイッチングハブＨＵＢ［３］………はカスケード接続されてＬＡＮが構成される。各スイッチングハブＨＵＢ［１］〜［３］………はそれぞれ上部ネットワーク接続用に設けている１つのアップリンクポートＰ_Ａ、下部ネットワーク接続用に設けている１つのダウンリンクポートＰ_Ｄ、ユーザの端末接続用に設けている複数のユーザポートＰ_Ｕが設けられる。本システムでは、ＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）機能によって、ダウンリンクポートＰ_ＤとアップリンクポートＰ_Ａ間、ユーザポートＰ_ＵとアップリンクポートＰ_Ａ間の通信のみ許されている。

図２は本発明の実施形態例に係るスイッチングハブを示す構成説明図である。ダウンリンクポートＰ_ＤとアップリンクポートＰ_Ａ間の通信はトラヒックコントローラＣを介在して行われる。また、ユーザポートＰ_ＵとアップリンクポートＰ_Ａ間の通信はトラヒックコントローラＣを介在して行われる。前記トラヒックコントローラＣは帯域制御計算ブロックＢの設定に従って転送を行う。

前記トラヒックコントローラＣの機能は、先ず各ポートＰ_ＤとＰ_Ｕから転送してきたパケットを認識し、宛先ＭＡＣアドレスを確認する。次に、ＭＡＣアドレステーブルの情報から宛先ＭＡＣアドレスを収容しているポートを探し出す。次に、そのポートはどのグループ（アップリンクポートＰ_Ａ、ダウンリンクポートＰ_Ｄ、ユーザポートＰ_Ｕ）に属しているかを確認する。次に、その属するグループのトラヒック比例の設定（帯域制御計算ブロックＢから読み込む）された通信量に従って転送を行う。

図３は本発明の実施形態例に係る帯域制御計算ブロックの処理を示すフローチャートである。帯域制御計算ブロックは、ＣＰＵの計算機能を利用するか、あるいは専用のユニットを使用する。すなわち、ステップＳ１で、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量をＴ_ＤＡとユーザポートからアップリンクポートへの通信量をＴ_ＵＡの値を初期化（＝１）する。次にステップＳ２で、スイッチングハブのＭＡＣアドレステーブルの情報を調べる。次にステップＳ３で、ＭＡＣアドレステーブルの情報に変化がない場合は、ステップＳ４で、時間が５分経つのを待って後、ステップＳ２に戻る。ステップＳ３で、ＭＡＣアドレステーブルの情報に変化がある場合は、ステップＳ５で、ＭＡＣアドレステーブルの情報に基づいてスイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕを計算する。同時にステップＳ６で、ＭＡＣアドレステーブルの情報に基づいてスイッチングハブのダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを計算する。次に、ステップＳ７及びステップＳ８で、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比
Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ
に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＵＡ及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＤＡを設定する。前記通信量Ｔ_ＵＡ及びＴ_ＤＡの値をトラヒックコントローラＣに伝える。トラヒックコントローラＣでは新しい値が伝えられるまで、現在の値を維持する。

図４は本発明の実施形態例に係るカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法の設定例を示す構成説明図である。図４の例では、５台のスイッチングハブＨＵＢ［１］〜［５］をカスケード接続して、各スイッチングハブＨＵＢ［１］〜［５］にそれぞれ対応して１台の端末ＰＣ１〜５を接続させた場合である。各端末ＰＣ１〜５の通信量はそれぞれ２０Ｍｂｐｓとし、ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）の通信量は１００Ｍｂｐｓとする。スイッチングハブＨＵＢ［５］ではユーザポートに接続されている端末数Ｎ_ＵはＰＣ５の１台、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄはないので、Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ（＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ）の比例値は１：０となり、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＵＡは２０Ｍｂｐｓ、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＤＡは０となる。スイッチングハブＨＵＢ［４］ではユーザポートに接続されている端末数Ｎ_ＵはＰＣ４の１台、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_ＤはＰＣ５の１台であるので、Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ（＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ）の比例値は１：１となり、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＵＡは２０Ｍｂｐｓ、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＤＡは２０Ｍｂｐｓとなる。スイッチングハブＨＵＢ［３］ではユーザポートに接続されている端末数Ｎ_ＵはＰＣ３の１台、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_ＤはＰＣ４、ＰＣ５の２台であるので、Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ（＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ）の比例値は１：２となり、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＵＡは２０Ｍｂｐｓ、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＤＡは４０Ｍｂｐｓとなる。スイッチングハブＨＵＢ［２］ではユーザポートに接続されている端末数Ｎ_ＵはＰＣ２の１台、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_ＤはＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５の３台であるので、Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ（＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ）の比例値は１：３となり、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＵＡは２０Ｍｂｐｓ、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＤＡは６０Ｍｂｐｓとなる。スイッチングハブＨＵＢ［１］ではユーザポートに接続されている端末数Ｎ_ＵはＰＣ１の１台、ダウンリンクポートに接続したダウンリンクポートされている端末数Ｎ_ＤはＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５の４台であるので、Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ（＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ）の比例値は１：４となり、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＵＡは２０Ｍｂｐｓ、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量Ｔ_ＤＡは８０Ｍｂｐｓとなる。

以上のように、ＬＡＮに接続しているパソコン等の端末が、同じセグメント内にあるスイッチングハブに対して、必ず自端末のＭＡＣ層のアドレスを知らせる動きをすることを利用している。それによって、スイッチングハブは、ＭＡＣアドレステーブルの情報（各端末のＭＡＣアドレスを記憶しているメモリ区域）から自スイッチングハブのユーザポートに接続されているのか、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されているのかが分かり、自スイッチングハブより下部側に接続している端末数をリアルタイムで知ることができる。ＭＡＣアドレステーブルの情報は５分おきに更新される。

また、多階層構造物内ネットワークでは、ユーザポートとダウンリンクポート間の通信がないことが特徴である。そのため、ＭＡＣアドレステーブルの情報から、簡単にユーザポートに接続している端末数とダウンリンクポートに接続している下部ネットワークの端末総数を知ることができる。この特徴を利用して、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量と、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量の比を各スイッチングハブで設定することができる。

この方法を利用すれば、カスケード接続の状態で、接続している各スイッチングハブは他のスイッチングハブの状態を確認しなくても、各スイッチングハブに接続しているすべての端末に平等な帯域を割り当てることができる。したがって、ネットワークに接続している端末の数に応じて、リアルタイムに自動的に最適な設定値を適用させることができ、ネットワーク帯域を最大限に利用することができる。

また、本発明は、１０ＢＡＳＥ−Ｔ，１００ＢＡＳＥ−ＴＸ，１０００ＢＡＳＥ−Ｔ，１０００ＢＡＳＥ−ＳＸ，１０００ＢＡＳＥ−ＬＸ，１０ＧｉｇａＢｉｔＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ファミリー等のＬＡＮに適用することができる。

なお、本発明は、上記実施形態例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の実施形態例に係るＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブを示す構成説明図である。 本発明の実施形態例に係るスイッチングハブを示す構成説明図である。 本発明の実施形態例に係る帯域制御計算ブロックの処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態例に係るカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法の設定例を示す構成説明図である。 従来のカスケード接続されたスイッチングハブを示す説明図である。

符号の説明

ＨＵＢ［１］〜［５］…スイッチングハブ、ＰＣ１〜５…端末。

Claims (5)

1. ＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブにおいて、各スイッチングハブに接続された端末に平等に帯域を与える帯域平等化方法であって、
   各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出する端末数算出ステップと、
   各スイッチングハブにおいて、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定する通信量設定ステップと
   よりなることを特徴とするカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法。
2. 端末数Ｎ_Ｕ及び端末数Ｎ_Ｄの算出は、各スイッチングハブに接続されている端末のＭＡＣアドレスが記憶されるＭＡＣアドレステーブルの情報に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載のカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法。
3. 各スイッチングハブにおいて、ユーザポートからアップリンクポートへの通信量をＴ_ＵＡとし、ダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量をＴ_ＤＡとするとき、
   Ｎ_Ｕ：Ｎ_Ｄ＝Ｔ_ＵＡ：Ｔ_ＤＡ
   になるように通信量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のカスケード接続ネットワークの帯域平等化方法。
4. ＬＡＮ中のカスケード接続されたスイッチングハブにおいて、各スイッチングハブに接続された端末に平等に帯域を与える帯域平等化装置であって、
   各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出する端末数算出手段と、
   各スイッチングハブにおいて、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定する通信量設定手段と
   よりなることを特徴とするカスケード接続ネットワークの帯域平等化装置。
5. 各ポートから転送されてきたパケットから宛先ＭＡＣアドレスを確認し、ＭＡＣアドレステーブルの情報から宛先ＭＡＣアドレスを収容しているポートを探し、そのポートに設定された通信量に従って転送を行うトラヒックコントローラと、
   前記ＭＡＣアドレステーブルの情報に基づいて、各スイッチングハブのユーザポートに接続されている端末数Ｎ_Ｕと、ダウンリンクポートに接続した下部ネットワークに接続されている端末数Ｎ_Ｄを算出し、前記端末数Ｎ_Ｕ及び前記端末数Ｎ_Ｄの比に対応してユーザポートからアップリンクポートへの通信量及びダウンリンクポートからアップリンクポートへの通信量を設定する帯域制御用計算ブロックと
   を具備することを特徴とするスイッチングハブ。

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