JP2009534005A

JP2009534005A - 双方向リンク集約

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Publication number: JP2009534005A
Application number: JP2009508659A
Authority: JP
Inventors: ゼリグ，デビッド; ソロモン，ロネン; キル，ユージ
Original assignee: コリジェントシステムズリミティド
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2009-09-17
Also published as: WO2007116391A2; EP2008387A2; WO2007116391A3; EP2008387A4; US7545740B2; US20070237172A1

Abstract

通信を行うための方法が、並列に配置された第１の物理リンク（56）の第１のグループを使用してネットワークノード（36）を１つまたは２つ以上のインタフェースモジュール（40）に結合し、並列に配置された第２の物理リンク（24）の第２のグループを使用して１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を通信ネットワークに結合し、通信ネットワークとネットワークノードとの間で送信されるフレーム属性を有するデータフレームを受信し、フレーム属性のうちの少なくとも１つに基づく単一の計算で、第１のグループからの第１の物理リンクと第２のグループからの第２の物理リンクとを選択し、選択された第１および第２の物理リンク上でデータフレームを送信することを含む。この方法は、各々のリンク集約グループ（58、68）内の各フレームについてポート割り当てを決定する単一の処理段階を使用して、２つ以上のリンク集約グループの連結を可能にする。

Description

本発明は、一般に通信ネットワークに関し、特に、ネットワーク要素におけるリンク集約（Link Aggregation）のための方法およびシステムに関する。

リンク集約（以下、ＬＡＧと略記することもある）は、データネットワーク内の２つの端点間の並列物理リンクのグループを単一の論理リンク（「ＬＡＧグループ」と呼ばれる）に結合させることができる技術である。端点間で伝送されるトラフィックが、当該トラフィックを送受信するクライアントにとってトランスペアレント（transparent）の形式で、物理リンク間で分配される。イーサネット（登録商標）ネットワークの場合、リンク集約は、その開示内容が引用によって本願明細書に取り込まれている下記の非特許文献１によって規定されている。下記の非特許文献１はリンク集約プロトコル副層を規定する。このリンク集約プロトコル副層は、リンク集約グループ内の物理リンクの標準媒体アクセス制御（ＭＡＣ：standard Media Access Control）層機能と、集約リンク上でトラフィックを送受信するＭＡＣクライアントとの間のインタフェースを行う機能を有するものである。さらに、リンク集約プロトコル副層は、グループ内の物理リンク間でＭＡＣクライアントが送出するデータフレームを分配する分配機能と、集約リンク上でフレームを受信し当該フレームを適切なＭＡＣクライアントに渡す収集機能とを有する。

ＩＥＥＥ標準８０２．３ａｄ第４３節「搬送波感知多重アクセス／衝突検出（ＣＳＭＡ／ＣＤ）アクセス方法および物理層仕様（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications）」（２００２年版）

様々な通信適用業務において、ユーザは、種々のデータサービスを得るためのアクセス集信装置または集約装置といったようなネットワーク要素を介して通信ネットワークに接続される。
本発明の目的は、より高い能力およびサービス品質で、ネットワーク要素を介してユーザを通信ネットワークに接続することにある。

以下に説明する本発明の実施形態は、より高い能力およびサービス品質でユーザを通信ネットワークに接続するための改善された方法およびシステムを提供する。ネットワーク要素は、各々のユーザインタフェースモジュール（以下、ＵＩＭと略記することもある）が１つまたは２つ以上のユーザポートにサービスを提供するような１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュールを備える。いくつかの実施形態では、所定のサービス品質（以下、ＱｏＳと略記することもある）のレベルで十分な帯域幅を提供するために、各々のＵＩＭは、並列に配置された２つ以上の物理リンクを使用して通信ネットワークに接続される。

ユーザポートから通信ネットワークに送信されるアップストリームデータフレームと、通信ネットワークからユーザポートに送信されるダウンストリームデータフレームとは、並列の物理リンク間で分配されて、リンク間のトラフィック負荷のバランスを取る。負荷のバランスを取ることによって、各々のＵＩＭ、およびネットワーク要素は全体として、所定のＱｏＳでより高い帯域幅を供給するか、または所定の帯域幅でＱｏＳを向上させることができる。

いくつかの実施形態では、ＵＩＭはネットワーク要素のバックプレーンに結合され、並列の物理リンクはバックプレーントレースを有する。いくつかの実施形態では、物理リンクはイーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループとして構成される。個別の物理リンクへのフレームの分配は、ハッシュ関数のような適切なマッピング関数を適用することを含む。マッピング関数は、通常、フレームの様々なヘッダフィールドのようなフレーム属性を使用して、各々のフレームを送信する経路となる物理リンクを決定する。

各々のユーザポートがある特定のバックプレーントレースに対して固定的に割り当てられるようないくつかの既知のネットワーク構成と異なり、本発明の実施形態での負荷のバランスを取る動作は、フレームの統計的多重化を可能にするものである。ここでは、ユーザポートとバックプレーントレースとの間の直接の関係または接続は存在しない。

いくつかの実施形態では、２つ以上の物理ユーザポートをネットワーク要素の外部のＬＡＧグループに集約して、より高い帯域幅を有する集約ユーザポートを形成する。集約ユーザポートとの間で送受信されるフレームを物理ユーザポート間で分配して負荷のバランスを取り、より高い帯域幅、およびより高いＱｏＳを可能にする。ダウンストリーム方向では、集約ユーザポートに対してアドレス指定がなされたフレームに対する結合マッピング動作によって、単一のマッピング計算において各々のフレームを送信する経路となる個別のバックプレーントレースおよび物理ユーザポートが決定される。

ここで開示されている方法を実現するためのいくつかのシステム構成を以下に説明する。さらに、ネットワーク要素の様々なリソースに対して十分な帯域幅を割り当てるための帯域幅の割り当ての検討も説明しかつ実証する。

本明細書にて説明する実施形態のいくつかは、特にアクセス集信装置に関するが、本発明の態様は、他の種類のネットワーク要素により実行されるリンク集約にも適用可能である。

すなわち、本発明のある実施形態によれば、通信を行うための方法であって、
並列に配置された第１の物理リンクの第１のグループを使用してネットワークノードを１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合するステップと、
並列に配置された第２の物理リンクの第２のグループを使用して１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を通信ネットワークに結合するステップと、
通信ネットワークとネットワークノードとの間で送信されるフレーム属性を有するデータフレームを受信するステップと、
フレーム属性のうちの少なくとも１つに基づく単一の計算で、第１のグループからの第１の物理リンクと第２のグループからの第２の物理リンクとを選択するステップと、
選択された第１および第２の物理リンク上でデータフレームを送信するステップとを有する方法が提供される。

ある実施形態では、ネットワークノードはユーザノードを有しており、データフレームを送信するステップは、ユーザノードと通信ネットワークとの間の通信サービスを確立するステップを有する。

別の実施形態では、第２の物理リンクは、１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの結合先であるバックプレーン上に形成されたバックプレーントレースを有する。

さらに別の実施形態では、物理リンクの第１および第２のグループのうちの少なくとも１つが、イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループを有する。

さらに別の実施形態では、ネットワークノードを１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合するステップは、第１の物理リンクのうちの２つ以上を外部イーサネット（登録商標）ＬＡＧグループに集約してネットワークノードに提供される帯域幅を増大させるステップを有する。

ある実施形態では、１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を通信ネットワークに結合するステップは、ネットワークノードから通信ネットワークに送信されるアップストリームデータフレームを多重化するステップと、通信ネットワークからネットワークノードに送信されるダウンストリームデータを多重分離するステップのうちの少なくとも１つを有する。

別の実施形態では、第１のグループからの第１の物理リンクと第２のグループからの第２の物理リンクとを選択するステップは、第１および第２の物理リンクのうちの少なくともいくつかの間でフレームデータ速度のバランスを取るステップを含む。

ある実施形態では、第１のグループからの第１の物理リンクと第２のグループからの第２の物理リンクとを選択するステップは、マッピング関数をフレーム属性のうちの少なくとも１つに適用するステップを有する。別の実施形態では、マッピング関数を適用するステップは、ハッシュ関数を適用するステップを含む。さらに別の実施形態では、ハッシュ関数を適用するステップは、第１および第２の物理リンクのうちの少なくともいくつかの数に応じてハッシュサイズを決定するステップと、ハッシュ関数をフレーム属性のうちの少なくとも１つに適用してハッシュキーを生成するステップと、ハッシュキーをハッシュサイズで除算する演算のモジュロを計算するステップと、モジュロに応じて第１および第２の物理リンクを選択するステップとを有する。ある実施形態では、モジュロに応じて第１および第２の物理リンクを選択するステップは、モジュロの２進表現中のビットの第１および第２のサブセットに応じて、第１および第２の物理リンクをそれぞれ選択するステップを有する。

ある実施形態では、フレーム属性のうちの少なくとも１つは、レイヤ２ヘッダフィールド、レイヤ３ヘッダフィールド、レイヤ４ヘッダフィールド、送信元インターネットプロトコル（以下、ＩＰと略記することもある）アドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元媒体アクセス制御（以下、ＭＡＣと略記することもある）アドレス、宛先ＭＡＣアドレス、送信元伝送制御プロトコル（以下、ＴＣＰと略記することもある）ポートおよび宛先ＴＣＰポートのうちの少なくとも１つを有する。

別の実施形態では、ネットワークノードを１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合するステップと、１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を通信ネットワークに結合するステップとは、通信ネットワークによりネットワークノードに提供される通信サービスの認定情報速度（ＣＩＲ）、ピーク情報速度（ＰＩＲ）および超過情報速度（ＥＩＲ）のうちの少なくとも１つを含む帯域幅要求を指定するステップと、帯域幅要求に応じて第１および第２の物理リンク上の通信サービスのために帯域幅を割り当てるステップとを有する。

さらに、本発明のある実施形態によれば、ユーザポートを通信ネットワークに接続するための方法であって、
ユーザポートを１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュールに結合するステップと、
並列に配置された２つ以上のバックプレーントレースを使用するバックプレーンを介して各々のユーザインタフェースモジュールを通信ネットワークに結合するステップと、
ユーザポートと通信ネットワークとの間で送信される、それぞれのフレーム属性を有するデータフレームを受信するステップと、
各々のデータフレームについて、それぞれのフレーム属性のうちの少なくとも１つに応じて、２つ以上のバックプレーントレースからバックプレーントレースを選択するステップと、
選択されたバックプレーントレース上でデータフレームを送信するステップとを有する方法が提供される。

さらに、ネットワークノードを通信ネットワークに接続し、ユーザポートを通信ネットワークに接続するための装置も提供される。

本発明は、添付の図面と共になされる本発明の実施形態の以下の詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。

システムの説明
図１は、本発明のある実施形態に係る通信システム２０を概略的に例示するブロック図である。システム２０は、複数のユーザポート２４を通信ネットワーク２８に相互接続する。ネットワーク２８は、インターネットのような広域ネットワーク（ＷＡＮ）、特定の組織内部のネットワーク（イントラネット）、または任意の他の適切な通信ネットワークを備えてもよい。

ネットワーク集信装置のようなネットワーク要素３２は、通常、ネットワークプロセッサ（ＮＰ）３８を介して、ユーザポート２４をネットワーク２８内のノード（ネットワークノード）３６に接続する。ノード３６は、スイッチのような任意の適切なネットワーク要素を具備してもよい。ネットワーク要素は、アップストリーム（すなわち、ユーザポートからネットワーク２８）およびダウンストリーム（すなわち、ネットワーク２８からユーザポート）の両方向への双方向通信を可能にする。

いくつかの実施形態では、システム２０は、ネットワーク要素３２を介してユーザにサービスを提供する。通常、システムは、イーサネット（登録商標）通信プロトコルのようなレイヤ２通信プロトコルを使用し、この場合には、イーサネット（登録商標）フレームを使用して様々なシステムコンポーネント間でデータを転送する。場合によっては、サービスは、マルチプロトコルラベルスイッチング（以下、ＭＰＬＳと略記することもある）のような高水準プロトコルを使用する。代替的には、インターネットプロトコル（ＩＰ）または他のレイヤ２プロトコルまたはレイヤ３プロトコルを使用してもよい。

ネットワーク要素３２は、ラインカード４０のような１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュール（ＵＩＭ）を有する。各々のラインカードは、１つまたは２つ以上のユーザポートのデータフレームの処理を割り当てられる。いくつかの実施形態では、ラインカードは、差し込み、搭載、または他の形でバックプレーン５２に結合し、バックプレーン５２は、ラインカード４０との間でフレームを搬送するデジタル信号を分配する。バックプレーン５２は、通常、プリント回路基板（ＰＣＢ）導体の形態の、バックプレーントレース５６のような物理リンクを有する。各々のバックプレーントレース５６は有限の帯域幅を有し、ある最大フレームスループットをサポートする。

マルチプレクサ（以下、ＭＵＸと略記することもある）４４はバックプレーントレース５６に結合される。アップストリーム方向では、ＭＵＸ４４は、ラインカード４０から供給されるアップストリーム・フレームを多重化してアップストリーム出力を生成する。アップストリーム出力は、ネットワークプロセッサ３８に提供される。そして、アップストリーム出力は、ネットワークプロセッサ３８により、ネットワーク接続部４８を介してネットワーク２８に送信される。ダウンストリーム方向では、ネットワーク要素３２のネットワークプロセッサ３８は、ノード３６から接続部４８を介してユーザポート２４に対しアドレス指定がなされたダウンストリーム・フレームを有するダウンストリーム入力を受容する。ＭＵＸ４４は、以下に説明する方法を使用し、適切なラインカードを介して、各々のフレームを適切なユーザポートに送信する。

多くの場合、個々のラインカードは、このラインカードに割り当てられたユーザポートの合計帯域幅をサポートするために、２つ以上の並列のバックプレーントレースを使用してＭＵＸ４４に接続される。一般に、種々のバックプレーントレース上で送信されるフレームの統計的分布は、同じラインカードに属するトレースに関する場合であっても、トレース毎に大きく異なることがある。ラインカードと、ひいてはネットワーク要素３２全体の能力を向上させるためには、種々のトレース上で送信されるフレームの負荷のバランスを取って、隣接するバックプレーントレースでは余分な能力が利用可能であるにもかかわらず、あるバックプレーントレースは過負荷になるという状況を回避することが望ましい。

多くの場合、ネットワーク要素３２によりユーザに提供される帯域幅は、保証帯域幅（ＣＩＲ：認定情報速度と呼ばれることもある）およびピーク帯域幅（ＰＩＲ：ピーク情報速度と呼ばれることもある）といったような、サービス品質（ＱｏＳ）性能指数によって指定される。代替的な規定として、超過情報速度（ＥＩＲ）を指定することもあり、この場合には、ＣＩＲ＋ＥＩＲ＝ＰＩＲである。バックプレーントレース５６間のフレーム負荷のバランスを取ることで、バックプレーントレースの過負荷によるフレーム脱落の確率が低くなる。すなわち、負荷のバランスを取ることでＱｏＳ性能指数が改善され、コンセントレータが提供するサービス品質が向上し、かつ／または所定のＱｏＳに対する帯域幅を増大させることが可能になる。

負荷のバランスを取る１つの方法は、イーサネット（登録商標）フレームのデータ速度を、バックプレーントレース間でできる限り均一に分布させることである。代替的には、任意の他の負荷バランス基準を使用してもよい。負荷のバランスを達成するために、個々のラインカードに属するバックプレーントレースの各々のグループが、イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループ５８として構成される。各々のＬＡＧグループ５８は、関連するラインカードおよびマルチプレクサ４４によって、グループ内の個別のバックプレーントレースの帯域幅の合計に等しい集約帯域幅（すなわち、能力）を有する単一の論理リンクとみなされる。この結果、いくつかの従来のネットワーク要素におけるような、任意の所定のユーザポート２４とある特定のバックプレーントレース５６との間の事前に割り当てられた関係または接続は存在しない。イーサネット（登録商標）フレームは、バックプレーントレース間のバランスを取るように統計的に多重化される。

いくつかの実施形態では、ハッシュ関数のような適切なマッピング関数によって、イーサネット（登録商標）フレームをＬＡＧグループ内の個別のバックプレーントレースにマッピングする。マッピング関数は、種々のバックプレーントレース間の負荷のバランスを取るように、トレース間でフレームを分配する。いくつかの実施形態では、マッピング関数は、イーサネット（登録商標）フレームのヘッダフィールドのような１つまたは２つ以上のフレーム属性のハッシュ値を計算して、ハッシュキーを生成する。ハッシュキーは、フレームを送信する経路となるバックプレーントレースのインデックスに対応する。ヘッダフィールドは、送信元インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、宛先ＭＡＣアドレス、送信元伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）ポートおよび宛先ＴＣＰポート、ＭＰＬＳラベル、仮想回路（ＶＣ）ラベル、仮想ローカルエリアネットワーク識別（ＶＬＡＮ−ＩＤ）タグおよび任意の他の適切なヘッダフィールドといったような、イーサネット（登録商標）フレームの任意の適切なレイヤ２、３または４ヘッダを具備してもよい。

いくつかの実施形態では、アップストリーム方向で、各々のラインカード４０は、適切なマッピング関数を使用して、そのＬＡＧグループ内の個別のバックプレーントレースへのアップストリーム・フレームのアップストリームマッピングを実行する。以下に説明するように、マッピング関数は、通常、アップストリーム・フレームの属性を使用する。

いくつかの実施形態では、ダウンストリーム方向で、ネットワーク要素３２内の制御モジュール６０は、適切なマッピング関数を使用して、適切なバックプレーントレースへの、接続部４８を介して受信した各々のダウンストリーム・フレームのダウンストリームマッピングを決定する。フレームのアドレス指定がなされるユーザポートにサービスを提供するラインカードにフレームを送信するために、モジュール６０が実行するマッピングは、当然のことながら、このユーザポートを考慮すべきである。モジュール６０は、適切なバックプレーントレース上で各々のフレームを送信するために、マルチプレクサ４４を制御する。各々のフレームのために適切なラインカードを決定すること（すなわち、どのＬＡＧグループ上で当該フレームを送信するかを決定すること）に加えて、ダウンストリームマッピングは、ダウンストリーム・フレームの属性に応じて、各々のＬＡＧグループ内のフレームの負荷のバランスを取る。

例えば、ダウンストリームマッピングは、２つの連続した段階で実現してもよい。第１に、各々のイーサネット（登録商標）フレームについて、モジュール６０は、宛先ユーザポートに応じて、フレームの送信先となるべき適切なラインカードを決定する。そして、第２に、その適切なラインカードのＬＡＧグループに属するバックプレーントレース内で、モジュール６０はある特定のトレースを選択し、選択されたトレース上でフレームを送信するようにＭＵＸ４４を制御する。代替的には、モジュール６０は、任意の他の適切なマッピング法を使用してもよい。

制御モジュール６０は、ハードウェアにおいて、適切なプロセッサ上で実行されるソフトウェアコード、またはハードウェアおよびソフトウェア要素の組み合わせとして実現してもよい。モジュール６０は、独立したモジュールを具備してもよく、またネットワーク要素３２の他のコンポーネントと一体化してもよい。ネットワーク要素３２の他の実施形態は、任意の数のラインカード４０を具備してもよい。各々のラインカードは、任意の数のユーザポート２４および任意の数のバックプレーントレースのインデックス５６にサービスを提供してもよい。一般に、ユーザポートの数とバックプレーントレースの数とが直接関連する必要はない。各々のユーザポートおよび各バックプレーントレースは、任意の適切な帯域幅を有してもよい。ユーザポートは等しい帯域幅を有してもよく、または異なる帯域幅を有してもよい。同様に、各々のＬＡＧグループ５８内のバックプレーントレースも等しい帯域幅を有してもよく、または異なる帯域幅を有してもよい。

図２は、本発明の別の実施形態に係る通信システム２０を概略的に例示するブロック図である。場合によっては、ある特定のユーザは、単一のユーザポート２４の帯域幅より高い帯域幅を必要とする。この目的で、図２の例示実施形態では、いくつかのユーザポート２４は、集約ユーザポート６４を形成するように構成される。ポート６４を形成するユーザポート２４は、外部のＬＡＧグループ６８と呼ばれるイーサネット（登録商標）ＬＡＧグループとして構成される。すなわち、ポート６４の帯域幅は、一般に、アップストリームおよびダウンストリームの両方向で、外部のＬＡＧグループ６８内の個別のユーザポート２４の帯域幅の合計に等しい。

外部のＬＡＧグループ６８は、任意の数のラインカード４０に属する任意の数のユーザポート２４を具備してもよい。一般に、個々のラインカード４０では、ユーザポート２４の一部が外部のＬＡＧグループに割り当てられており、他のユーザポート２４は個別に使用されるか、または別の外部のＬＡＧグループに割り当てられてもよい。

外部のマルチプレクサ（ＭＵＸ）７２は、外部のＬＡＧグループの多重化および多重分離（マッピング）機能を実行する。ＭＵＸ７２はネットワーク要素３２の外部にあり、ネットワーク要素３２から分離されて区別されるユーザ機器７６内に設置されることが多い。集約ポート６４は、通常、ダウンストリーム側で、レイヤ２またはレイヤ３スイッチ（図示せず）のようなユーザノードに接続される。

ダウンストリーム方向では、ＭＵＸ７２は、外部のＬＡＧグループ６８のユーザポート上からポート６４に到達するダウンストリーム・フレームを多重化する。アップストリーム方向では、ＭＵＸ７２は、ハッシュ関数のような適切なマッピング関数を適用して、ポート６４からＬＡＧグループ６８の種々のユーザポート上で送信されるアップストリーム・フレームの負荷のバランスを取る。上記で説明したように、マッピング関数はアップストリーム・フレームの属性を使用する。このように負荷のバランスを取ることは、ポート６４のアップストリーム帯域幅および／またはそのサービス品質を向上させる助けとなる。

単一段階ダウンストリームマッピング法
図２のシステム構成において、ネットワーク２８からネットワークプロセッサ３８を介してマルチプレクサ４４に到達し、集約ユーザポート６４に対してアドレス指定がなされるダウンストリーム・フレームを検討する。一般に、ネットワーク要素３２における上記のようなフレームの処理は、２つの連続したマッピング動作を有する。第１に、各々のフレームを、外部のＬＡＧグループ６８内のユーザポート２４の１つにマッピングする。ユーザポートを決定することは、フレームが通過するラインカード４０を暗黙的に決定することである。そして、第２に、同じフレームを、選択されたラインカードにサービスを提供する適切なＬＡＧグループ５８内のバックプレーントレース５６の１つにマッピングする。いくつかの実施形態では、ネットワーク要素３２のハードウェアの複雑さおよび／または計算の複雑さを減らすために、制御モジュール６０は、上記で説明した２つのマッピング動作を結合した単一の結合マッピングを実行する。

すなわち、結合マッピングは、当該ダウンストリーム・フレームの各々について、フレームをラインカード４０の１つに送信する経路となるバックプレーントレース５６と、外部のＬＡＧグループ６８内で使用されるユーザポート２４との両方を決定する単一のハッシュ動作を有する。

図３は、本発明のある実施形態に係るシステム２０の複数の要素を概略的に例示するブロック図である。図３は、単一段階ハッシュ法の説明を目的として単純化した図である。すなわち、単一段階ハッシュ法を説明するために不要なシステム要素は図から省略している。図３のネットワーク要素３２の構成例は、４つのラインカード４０を備える。各々のラインカードは、４つのバックプレーントレース５６を使用してＭＵＸ４４に接続される。各々のラインカードの４つのバックプレーントレースは、ＬＡＧグループとして構成される。各々のラインカード４０は、１つのユーザポート２４にサービスを提供する。上記で説明したように、４つのユーザポートは、集約ユーザポート６４を形成する外部のＬＡＧグループとして構成される。

図４は、本発明のある実施形態に係る単一段階ダウンストリームハッシュ法を実行するための方法を概略的に例示するフローチャートである。以下の説明では、上記の図３の単純化したシステム構成を使用して本方法を実証するが、本方法は、上記の図１および図２の説明で論じた構成のような、２段階のリンク集約を有する任意の他のシステム構成にも適用可能である。

本方法は、ハッシュサイズを規定するステップ８０で、制御モジュール６０がＮ_bpowで示されるハッシュサイズパラメータを決定することによって開始される。Ｎ_extpが外部のＬＡＧグループ６８内のユーザポートの数を示し、Ｎ_bptが各ＬＡＧグループ５８内のバックプレーントレース５６の数を示すときに、Ｎ_bpowは、Ｎ_bpow＝Ｎ_extp・Ｎ_bptとして規定される。簡潔にするために、外部のＬＡＧグループ６８内のユーザポートを有する全てのラインカード４０は、これらのラインカードをＭＵＸ４４に接続するための同じ数のバックプレーントレース５６を有すると仮定される。本例では、Ｎ_extp＝４、Ｎ_bpt＝４なので、Ｎ_bpow＝１６である。

ネットワーク要素３２の他の実施形態では、ハッシュサイズＮ_bpowの値は、コンセントレータの設計においてハードウェアに組み込まれてもよい。代替的には、ハッシュサイズは、ネットワーク要素の構成の一部としてネットワーク要素に提供されてもよく、またはモジュール６０により検出されたネットワーク要素３２の構成の設定に応じて、制御モジュール６０により決定されてもよい。一般に、種々のラインカード４０は、外部のＬＡＧグループ６８に属する異なる数のユーザポートを具備してもよい。

正常動作時には、フレームを受信するステップ８２で、ネットワーク要素３２は、ネットワーク接続部３６を介してダウンストリーム・フレームを受信する。ハッシュキーを計算するステップ８４で、各々のダウンストリーム・フレームについて、制御モジュール６０はフレームのハッシュキーを計算する。上記で説明したように、ハッシュキーは、通常、適切なハッシュ関数をダウンストリーム・フレームのフレーム属性に適用することによって計算される。

マッピングを計算するステップ８６では、モジュール６０は、ハッシュキーの整数モジュロＮ_bpow除算を実行する。モジュール６０は、Ｎ_bpowによってダウンストリーム・フレームのハッシュキーを除算し、モジュロ、すなわち、除算演算の余りをマッピングインデックスとして保持する。マッピングインデックスは、Ｎ_bpowの値に応じて定められたビット数を有する２進数として表現することができる。Ｎ_bpow＝１６である本例では、１６で除算した余りであるマッピングインデックスは０〜１５の範囲内の整数であり、４ビットを使用して表現することができる。

モジュール６０は、マッピングインデックスの２進表現を、Ｎ１およびＮ２ビットを有する２つの部分に分割する。モジュール６０は、Ｎ１ビットを、外部のＬＡＧグループ６８内のどのユーザポート２４上でフレームを送信すべきかを示すユーザスロット／ポートインデックスとして使用する。残りのＮ２ビットは、関連するラインカードのどのバックプレーントレース上でフレームを送信すべきかを示すバックプレーントレースインデックスとして使用する。本例では、４ビットマッピングインデックスは、２ビットがユーザポートを符号化し、かつ、２ビットがバックプレーントレースを符号化するように分割される。換言すれば、Ｎ１＝Ｎ２＝２である。ユーザポートインデックスとバックプレーントレースインデックスとは、個々のダウンストリーム・フレームをどのように処理するかを決定するための結合マッピング動作を共同で規定する。代替的には、モジュール６０は、フレーム属性に応じて結合マッピングを決定するための任意の他の適切な方法を適用してもよい。

結合マッピングを決定したら、フレームを送信するステップ８８として、モジュール６０は、ダウンストリーム・フレームを送信するようにＭＵＸ４４を制御する。ＭＵＸ４４は、それぞれユーザポートインデックスとバックプレーントレースインデックスとに応じて、フレームを適切なラインカードに対して適切なバックプレーントレースインデックス上で送信する。いくつかの実施形態では、ＭＵＸ４４は、ユーザポートインデックスをフレームと共にラインカードに送信する。そして、ラインカードは、ユーザポートインデックスに応じて、フレームを集約ユーザポート６４に送信する経路となるユーザポートを選択する。

適切なバックプレーントレースおよびユーザポート上でフレームを送信した後、本方法は受信ステップ８２に戻り、次のダウンストリーム・フレームを処理する。

帯域幅の割り当ての検討
図５は、本発明のある実施形態に係る通信システム２０の帯域幅の割り当ての態様を概略的に例示するブロック図である。図５の構成例では、ネットワーク要素３２は、上記の図１〜図３のラインカード４０と同様の構造および機能を各々有する２つのラインカード１００および１０１を備える。ネットワーク要素３２は、本例ではレイヤ２スイッチ１０２を有するユーザノードに対してネットワーク２８を接続する。外部のＬＡＧグループ６８として構成された３つのユーザポート２４が、ポート６４にサービスを提供する。上記で説明したように、スイッチ１０２とネットワーク２８との間で送信されるフレームは、２段階のリンク集約を受ける。ポート６４に加えて、ネットワーク要素３２は、ラインカード１０１上の独立ユーザポート１０４をもサポートする。ポート１０４とネットワーク２８との間で送信されるフレームは、１回だけのリンク集約を受ける。

各々のユーザポート２４および１０４は、当該ユーザポートのフレームを待ち行列に入れるそれぞれの待ち行列１０６に結合する。いくつかの実施形態では、各々のユーザポートは、アップストリーム・フレームとダウンストリーム・フレームのために独立した待ち行列を有してもよい。各々のラインカードはリンク集約装置１０８を具備しており、このリンク集約装置は、アップストリームおよびダウンストリームの両方向で上記ラインカードのバックプレーントレース５６をそれぞれのＬＡＧグループ５８に集約する。

図５に示す構成は、簡潔にするために選択された構成例である。種々の数および配置のラインカード、ユーザポート、集約ユーザポートおよびバックプレーントレースを有する構成といったような、システム２０の任意の他の適切な構成と共に、以下に示す帯域幅の割り当ての計算を使用してもよい。

ネットワーク２８により集約ポート６４に提供されるようなある特定の通信サービスを検討する。上記で説明したように、この通信サービスの帯域幅の割り当ては、一般に、ＣＩＲおよびＰＩＲまたはＣＩＲおよびＥＩＲの性能指数について指定される。指定されたサービス品質でこれらの帯域幅を提供するために、フレームを転送する際に使用される種々の物理リソースに十分な帯域幅を割り当てることが望ましい。このようなリソースは、例えば、ユーザポート２４、バックプレーントレース５６およびラインカード１００、１０１の種々の待ち行列を有する。いくつかの実施形態では、種々の物理リソースに対して適切な帯域幅マージンを規定することによって高いサービス品質を達成している。以下の説明は、システム２０の種々のリソースに十分な帯域幅を割り当てるための計算例を詳述する。代替的には、任意の他の適切な帯域幅の割り当て法を使用してもよい。

アップストリーム方向で、ＢＷ_SERVICEは、当該通信サービスの合計帯域幅を示すものとする（ＢＷ_SERVICEは、該当する場合、サービスのＣＩＲ、ＥＩＲまたはＰＩＲを指すこともある。同様に、以下の説明を通じて付与される種々の帯域幅の計算は、ＣＩＲ、ＥＩＲまたはＰＩＲを種々のシステムリソースに割り当てるために使用されてもよい）。スイッチ１０２から送出された上記サービスに属するアップストリーム・フレームは、ＭＵＸ７２によってマッピングされ、かつ、外部のＬＡＧグループ６８の３つのユーザポート２４間で分配される。理論的には、マッピング動作はユーザポート間でフレームを均一に分配し、各々のポートは、ＢＷ_SERVICE／３の帯域幅を受け取るようになるべきである。しかしながら、現実的には、実際の帯域幅分配は上記のような値から大きく偏移することがある。特に、マッピング動作が、ハッシュ法のようにデータ依存の動作である実施形態では偏移が発生しやすい。

したがって、このような偏移を考慮するために、外部のＬＡＧグループ６８の３つのユーザポートの各々に、次の式［１］によって与えられるようなより高い帯域幅が割り当てられる。
ＢＷ_ELAGPORT＝（ＢＷ_SWERVICE／３）・ＭＡＲＧＩＮ_UPELAG ---［１］
ここでは、ＭＡＲＧＩＮ_UPELAGは、外部のＬＡＧグループ内の各々のユーザポート２４のアップストリーム帯域幅マージンを示す（換言すれば、ＭＡＲＧＩＮ_UPELAG＝１．５は、５０％の帯域幅マージンに対応する）。

マッピングされ１つのユーザポート２４上で送信された後、アップストリーム・フレームは、ラインカード１００またはラインカード１０１のいずれか一方によって処理される。この処理の一部として、ラインカード内のリンク集約装置１０８によってフレームが再びマッピングされて、ＬＡＧグループ５６の４つのバックプレーントレース５６間でフレームが分配されるようにする。したがって、各々のバックプレーントレース５６に十分な帯域幅を割り当てることが望ましい。バックプレーントレース間の最適（均一）な分配を想定すると、各々のバックプレーントレースが受け取る帯域幅は、ＢＷ_ELAGPORT＊＃ＰＯＲＴＳ_ELAG／＃ＢＰＴによって書き表すことができる。ここでは、＃ＰＯＲＴＳ_ELAGは、特定のラインカードにより処理される外部のＬＡＧグループ６８のユーザポートの数を示し、＃ＢＰＴは、このラインカードのＬＡＧグループ５８内のバックプレーントレース５６の数を示す。

上記で説明したように、マッピング動作（この場合、集約装置１０８によって実行されるバックプレーントレース間のマッピング）によって達成される実際の分配は、均一な分配から偏移することが多いので、ＭＡＲＧＩＮ_UPBPLAGとして示されるような適切なマージンが追加される。すなわち、各々のバックプレーントレースの帯域幅の割り当ては、ＢＷ_ELAGPORT＊＃ＰＯＲＴＳ_ELAG＊ＭＡＲＧＩＮ_UPBPLAG／＃ＢＰＴによって書き表すことができる。ここでは、＃ＰＯＲＴＳ_ELAGは、特定のラインカード内のユーザポートの数を示す。しかしながら、場合によっては、この帯域幅の割り当ては、通信サービスの合計帯域幅であるＢＷ_SERVICEより大きくなる。明らかに、任意の単一のバックプレーントレースに対して合計サービス帯域幅より大きい帯域幅を割り当てる必要はない。したがって、各々のバックプレーントレースに割り当てられる帯域幅は次の式［２］（〔数１〕）のように書き表すことができる。

式［１］によれば、ＢＷ_ELAGPORTは、既に、外部のＬＡＧの帯域幅マージンであるＭＡＲＧＩＮ_UPELAGを含むことに注意されたい。＃ＰＯＲＴＳ_ELAGは、当該特定のラインカードを指す。

したがって、ＬＡＧグループ５６に割り当てられる合計帯域幅は次の式［３］（〔数２〕）によって与えられる。

独立ポート１０４から送出されるアップストリーム・フレームの場合のように、外部のＬＡＧを使用しない場合、ＬＡＧグループ５６に割り当てられる合計帯域幅はより簡単な次の式［４］（〔数３〕）によって与えられる。

ダウンストリーム方向では、上記で説明したように、ダウンストリーム・フレームが受けるマッピング動作は１回だけである。外部のＬＡＧを使用する場合、同様の計算を使用すると、ある特定のサービスのダウンストリーム・フレームのためにＬＡＧグループ５６に割り当てられる合計帯域幅は、次の式［５］（〔数４〕）によって表すことができる。

ここでは、適切なダウンストリーム帯域幅マージンが、既に、ＢＷ_ELAGPORTに含まれていると仮定される。独立ポート１０４に対してアドレス指定がなされるダウンストリーム・フレームの場合のように、外部のＬＡＧを使用しない場合、合計帯域幅の割り当ては、次の式［６］（〔数５〕）によって表すことができる。

ここでは、ＭＡＲＧＩＮ_DNBPLAGは、バックプレーントレースのためのダウンストリーム帯域幅マージンを示すが、このＭＡＲＧＩＮ_DNBPLAGは、ＭＡＲＧＩＮ_UPBPLAGと同じことも異なることもある。

本明細書で説明した方法およびシステムは主として、イーサネット（登録商標）通信システムにおけるバックプレーントレースのリンク集約および外部リンク集約を対象にしているが、本発明の原理は、ユーザインタフェースモジュールが、１つまたは２つ以上のユーザポートを２つ以上の並列物理リンクを介して通信ネットワークに接続するような任意のシステム構成にて使用されてもよい。すなわち、本発明の原理は、単一の計算を使用した２つの連続リンク集約段階での物理リンクの選択を含むような他のアプリケーションにて使用されてもよい。

上記で説明した実施形態は一例として引用されたものであり、本発明は、上記で特に図示し説明したものに制限されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、上記で説明した様々な特徴の組み合わせおよび副次的な組み合わせ、ならびに上記の説明を読んだ当業者により想到され先行技術で開示されていないような本発明の変形および修正を含む。

本発明の実施形態に係る通信システムを概略的に例示するブロック図である。本発明の実施形態に係る通信システムを概略的に例示するブロック図である。本発明の実施形態に係る通信システムの複数の要素を概略的に例示するブロック図である。本発明の実施形態に係る単一段階ハッシュ法を実行するための方法を概略的に例示するフローチャートである。本発明の実施形態に係る通信システムの帯域幅の割り当ての態様を概略的に例示するブロック図である。

Claims

通信を行うための方法であって、
並列に配置された第１の物理リンクの第１のグループを使用してネットワークノードを１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合するステップと、
並列に配置された第２の物理リンクの第２のグループを使用して前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を通信ネットワークに結合するステップと、
前記通信ネットワークと前記ネットワークノードとの間で送信されるフレーム属性を有するデータフレームを受信するステップと、
前記フレーム属性のうちの少なくとも１つに基づく単一の計算で、前記第１のグループからの第１の物理リンクと前記第２のグループからの第２の物理リンクとを選択するステップと、
前記選択された第１および第２の物理リンク上で前記データフレームを送信するステップとを有することを特徴とする方法。
前記ネットワークノードがユーザノードを有しており、前記データフレームを送信する前記ステップが、前記ユーザノードと前記通信ネットワークとの間の通信サービスを確立するステップを有する、請求項１に記載の方法。
前記第２の物理リンクが、前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの結合先であるバックプレーン上に形成されたバックプレーントレースを有する、請求項１に記載の方法。
前記物理リンクの第１および第２のグループのうちの少なくとも１つが、イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループを有する、請求項１に記載の方法。
前記ネットワークノードを前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合する前記ステップが、前記第１の物理リンクのうちの２つ以上を外部のイーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループに集約して、前記ネットワークノードに提供される帯域幅を増大させるステップを有する、請求項１に記載の方法。
前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を前記通信ネットワークに結合するステップが、前記ネットワークノードから前記通信ネットワークに送信されるアップストリームデータフレームを多重化するステップと、前記通信ネットワークから前記ネットワークノードに送信されるダウンストリームデータを多重分離するステップのうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載の方法。
前記第１のグループからの第１の物理リンクと前記第２のグループからの第２の物理リンクとを選択する前記ステップが、前記第１および第２の物理リンクのうちの少なくともいくつかの間でフレームデータ速度のバランスを取るステップを有する、請求項１に記載の方法。
前記第１のグループからの第１の物理リンクと前記第２のグループからの第２の物理リンクとを選択する前記ステップが、マッピング関数を前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つに適用するステップを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記マッピング関数を適用する前記ステップが、ハッシュ関数を適用するステップを有する、請求項８に記載の方法。
前記ハッシュ関数を適用する前記ステップが、前記第１および第２の物理リンクのうちの少なくともいくつかの数に応じてハッシュサイズを決定するステップと、前記ハッシュ関数を前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つに適用してハッシュキーを生成するステップと、前記ハッシュキーを前記ハッシュサイズで除算する演算のモジュロを計算するステップと、前記モジュロに応じて前記第１および第２の物理リンクを選択するステップとを有する、請求項９に記載の方法。
前記モジュロに応じて前記第１および第２の物理リンクを選択する前記ステップが、前記モジュロの２進表現中のビットの第１および第２のサブセットに応じて、前記第１および第２の物理リンクをそれぞれ選択するステップを有する、請求項１０に記載の方法。
前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つが、レイヤ２ヘッダフィールド、レイヤ３ヘッダフィールド、レイヤ４ヘッダフィールド、送信元インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、宛先インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、送信元媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、宛先媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、送信元伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）ポートおよび宛先伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）ポートのうちの少なくとも１つを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記ネットワークノードを前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合する前記ステップと、前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの各々を前記通信ネットワークに結合する前記ステップとが、前記通信ネットワークにより前記ネットワークノードに提供される通信サービスの認定情報速度（ＣＩＲ）、ピーク情報速度（ＰＩＲ）および超過情報速度（ＥＩＲ）のうちの少なくとも１つを含む帯域幅要求を指定するステップと、前記帯域幅要求に応じて前記第１および第２の物理リンク上の前記通信サービスのために帯域幅を割り当てるステップとを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
ユーザポートを通信ネットワークに接続するための方法であって、
前記ユーザポートを１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュールに結合するステップと、
並列に配置された２つ以上のバックプレーントレースを使用するバックプレーンを介して各々のユーザインタフェースモジュールを前記通信ネットワークに結合するステップと、
前記ユーザポートと前記通信ネットワークとの間で送信される、それぞれのフレーム属性を有するデータフレームを受信するステップと、
各々のデータフレームについて、前記それぞれのフレーム属性のうちの少なくとも１つに応じて、前記２つ以上のバックプレーントレースからバックプレーントレースを選択するステップと、
前記選択されたバックプレーントレース上で前記データフレームを送信するステップとを有することを特徴とする方法。
前記バックプレーントレースのうちの少なくともいくつかが、イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループに集約される、請求項１４に記載の方法。
前記バックプレーントレースを選択する前記ステップが、ハッシュ関数を前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つに適用するステップを有する、請求項１４または１５に記載の方法。
ネットワークノードを通信ネットワークに接続するための装置であって、
前記ネットワークノードと前記通信ネットワークとの間で送信されるフレーム属性を有するデータフレームを処理するように配置された１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールと、
前記ネットワークノードを前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールに結合するように並列に配置された第１の物理リンクの第１のグループと、
前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールを前記通信ネットワークに結合するように並列に配置された第２の物理リンクの第２のグループと、
前記通信ネットワークと前記ネットワークノードとの間で送信される各々のデータフレームについて、前記フレーム属性のうちの少なくとも１つに基づく単一の計算で、前記データフレームを送信する経路となる前記第１のグループからの第１の物理リンクと前記第２のグループからの第２の物理リンクとを選択するように配置された制御モジュールとを備えることを特徴とする装置。
前記装置が、さらに、前記１つまたは２つ以上のインタフェースモジュールの結合先であるバックプレーンを備え、前記第２の物理リンクは、前記バックプレーン上に形成されたバックプレーントレースを有する、請求項１７に記載の装置。
前記物理リンクの第１および第２のグループのうちの少なくとも１つが、イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループを有する、請求項１７に記載の装置。
前記第１の物理リンクのうちの２つ以上が、前記ネットワークノードに提供されるデータ帯域幅を増大させるように外部イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループに集約される、請求項１７に記載の装置。
前記装置が、さらに、前記ネットワークノードから前記通信ネットワークに送信されるアップストリームデータフレームの多重化と、前記通信ネットワークから前記ネットワークノードに送信されるダウンストリームデータの多重分離のうちの少なくとも１つを実行するように配置されたマルチプレクサを備える、請求項１７に記載の装置。
前記制御モジュールが、前記第１および第２の物理リンクのうちの少なくともいくつかの間でフレームデータ速度のバランスを取るように配置される、請求項１７に記載の装置。
前記制御モジュールが、前記第１および第２の物理リンクを選択するために、マッピング関数を前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つに適用するように配置される、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の装置。
前記マッピング関数がハッシュ関数を有する、請求項２３に記載の装置。
前記制御モジュールが、前記第１および第２の物理リンクの少なくともいくつかの数に応じてハッシュサイズを決定し、前記ハッシュ関数を前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つに適用してハッシュキーを生成し、前記ハッシュキーを前記ハッシュサイズで除算する演算のモジュロを計算し、前記モジュロに応じて前記第１および第２の物理リンクを選択するように配置される、請求項２４に記載の装置。
前記制御モジュールが、前記モジュロの２進表現中のビットの第１および第２のサブセットに応じて、前記第１および第２の物理リンクをそれぞれ選択するように配置される、請求項２５に記載の装置。
前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つが、レイヤ２ヘッダフィールド、レイヤ３ヘッダフィールド、レイヤ４ヘッダフィールド、送信元インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、宛先インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、送信元媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、宛先媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、送信元伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）ポートおよび宛先伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）ポートのうちの少なくとも１つを有する、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の装置。
前記通信ネットワークが、通信サービスを前記ネットワークノードに提供するように配置され、前記通信サービスには、認定情報速度（ＣＩＲ）、ピーク情報速度（ＰＩＲ）および超過情報速度（ＥＩＲ）のうちの少なくとも１つを含む帯域幅要求が指定され、前記物理リンクの第１および第２のグループが、前記帯域幅要求に応じて前記通信サービスのために割り当てられる帯域幅を提供するような大きさを有する、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の装置。
ユーザポートを通信ネットワークに接続するための装置であって、
前記ユーザポートと前記通信ネットワークとの間で送信されるフレーム属性を有するデータフレームを処理するように配置された、前記ユーザポートに結合される１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュールと、
前記１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュールの結合先であり、前記１つまたは２つ以上のユーザインタフェースモジュールと前記通信ネットワークとの間で前記データフレームを転送するように並列に配置された複数のバックプレーントレースを有するバックプレーンと、
各々のデータフレームについて、前記フレーム属性のうちの少なくとも１つに応じて、前記データフレームを送信する経路となる前記複数のバックプレーントレースからバックプレーントレースを選択するように配置された制御モジュールとを備えることを特徴とする装置。
前記バックプレーントレースのうちの少なくともいくつかが、イーサネット（登録商標）リンク集約（ＬＡＧ）グループに集約される、請求項２９に記載の装置。
前記制御モジュールが、前記バックプレーントレースを選択するために、ハッシュ関数を前記フレーム属性のうちの前記少なくとも１つに適用するように配置される、請求項２９または３０に記載の装置。