JP2010213023A - ネットワーク通信機器、通信ネットワークシステム、通信ネットワークシステムの帯域割当て方法、帯域割当てプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】単一の通信回線で帯域を有効利用する。
【解決手段】ネットワーク通信機器１は、全二重もしくは半二重で通信を行う１本の入出力インタフェース１１０と、１本の入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する入出力インタフェース制御部１２と、を含み構成される入出力インタフェース制御部１２は、ネットワーク通信機器間の上り下りの通信量を監視し、通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定し、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワーク通信機器、通信ネットワークシステム、通信ネットワークシステムの帯域割当て方法、帯域割当てプログラムに関し、例えば、上り／下り双方向の通信量が大きく異なる場合に帯域を有効に利用することのできる、例えば、クライアントサーバシステムに用いて好適な技術に関する。

図４は、一般的なクライアントサーバシステム４０の構成例を示す図である。図４を参照すると、クライアントサーバシステム４０は、ＰＣ（Personal Computer）等のクライアント群４１が、ルータ等のネットワーク通信機器４２、ＷＡＮ（Wide Area
Network）等のネットワーク４３、およびネットワーク通信機器４４を介してサーバ群４５に接続され、構成される。

一般的なクライアントサーバシステム４０によれば、サーバ群４５が、例えば、Ｗｅｂ（World Wide Web）サーバや動画配信サーバによって構築される場合、クライアント群４１からサーバ群４５に対する上り通信は、ページ要求等比較的小さな通信量で済むが、サーバ群４５からクライアント群４１への下り通信は、画像や音声等の場合上りに比べ通信量が膨大になる。

ネットワーク通信では、例えば、図５に示されるように、（ａ）ネットワーク通信機器４２、４４間で１００Ｍｂｐｓの全二重通信を行う場合は、上り下りとも最大で１００Ｍｂｐｓの通信速度しか出ない。また、下りは、ほぼ最大速度で利用されたとしても、上りはほとんど使用されない。

一方、（ｂ）１００ｂｐｓの半二重を行う場合は、１００Ｍｂｐｓの帯域を上り下りで共有するため、通信量の大きな下りに帯域をより多く割当てることができるが、上り下り合わせて１００Ｍｂｐｓを越えることはない。

上述した上り／下り方向の通信速度に関する非対称性を含む現行システムの制限を回避するための帯域制御に関する技術はいままでに多数出願されており、例えば、特許文献１には、全二重回線を複数用意して帯域を確保する技術が開示されている。

特開平１１−７４９８１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、複数の通信回線が用意されるものであり、限られた資源の中で帯域を有効に使用するものではない。

（発明の目的）
本発明の目的は、単一の通信回線で帯域を有効利用することのできる、ネットワーク通信機器、通信ネットワークシステム、通信ネットワークシステムの帯域割当て方法、帯域割当てプログラムを提供することにある。

本発明の第１のネットワーク通信機器は、全二重もしくは半二重で通信を行う１本の入出力インタフェースと、前記１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する入出力インタフェース制御部と、を含む。

本発明の第２の通信ネットワークシステムは、２以上のネットワーク通信機器が単一の通信回線を介して接続される通信ネットワークシステムであって、前記ネットワーク通信機器は、全二重もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する手段を備え、前記単一の通信回線を介して他のネットワーク通信機器と通信を行う。

本発明の第３の通信ネットワークシステムの帯域割当方法は、２以上のネットワーク通信機器が単一の通信回線経由で接続される通信ネットワークシステムの帯域割当て方法であって、全二重、もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する第１のステップと、前記分割設定された入出力インタフェースにそれぞれの帯域を割当てる第２のステップと、前記割当てられた帯域に基づき前記単一の通信回線を介して他のネットワーク通信機器と通信を行う第３のステップと、を含む。

本発明の第４の帯域割当プログラムは、２以上のネットワーク通信機器が単一の通信回線経由で接続される通信ネットワークシステムにおいて用いられる前記ネットワーク通信機器上で実行される帯域割当てプログラムであって、前記ネットワーク通信機器に、全二重、もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する設定処理と、前記分割設定された入出力インタフェースにそれぞれの帯域を割当てる割当処理と、前記割当てられた帯域に基づき前記単一の通信回線を介して他のネットワーク通信機器と通信を行う通信処理と、を実行させる。

本発明によれば、単一の通信回線で帯域を有効利用することのできる、ネットワーク通信機器、通信ネットワークシステム、通信ネットワークシステムにおける帯域の割当て方法、帯域割当てプログラムを提供することができる。

その理由は、入出力インタフェース制御部が、全二重もしくは半二重で通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定するからである。

本発明の実施の形態によるネットワーク通信機器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態によるネットワーク通信機器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態による通信ネットワークシステムのシステム構成の一例を記す図である。 一般的なクライアントサーバシステムの構成例を示す図である。 クライアントサーバシステムにおけるネットークの帯域を説明するために示した図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるネットワーク通信機器１の構成を示すブロック図である。

図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態によるネットワーク通信機器１は、入出力インタフェース部１１と、入出力インタフェース制御部１２と、スイッチ処理部１３と、を含む構成になっている。

入出力インタフェース部１１は、ネットワークケーブルとしての１本のイーサネットケーブル２に接続される複数の入出力インタフェース１１０を有し、この入出力インタフェース１１０には、イーサネットケーブル２を介して他のネットワーク通信機器が接続される。入出力インタフェース１１０は、全二重、もしくは半二重で通信を行う機能を有し、ここでは、２個の送信回路１１１、１１２と、２個の受信回路１１３、１１４と、２個の信号混合分離回路１１５、１１６と、を含む。

送信回路１１１、１１２はドライバＩＣ、受信回路１１３、１１４はレシーバＩＣ、信号混合分離回路１１５、１１６は、セレクタであり、その動作は後述する。

入出力インタフェース制御部１２は、入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する機能を有する。具体的には、図５（ｃ）に示されるように、単一の通信回線（１本のイーサネットケーブル２）を、半二重で使用される２本の入出力インタフェースがあるものとして扱う。

また、入出力インタフェース制御部１２は、ネットワーク通信機器１間の上り下りの通信量を監視し、上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てる機能も有する。

このため、入出力インタフェース制御部１２は、通信量監視部１２１と、主制御部１２２と、帯域割当管理部１２３と、設定ファイル１２４と、を含み、構成される。

通信量監視部１２１は、ネットワーク通信機器間の上りと下りの通信量を測定し、主制御部１２２ならびに帯域割当管理部１２３に引き渡す機能を有する。

主制御部１２２は、通信量監視部１２１による上り下りの通信量の測定結果を監視し、その通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、１本の入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する機能を有する。主制御部１２０はまた、設定ファイル１２４に予め登録された設定情報に基づき、１本の入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェース（以下、通常の全二重、半二重に対し、「半二重×２」という）に設定する機能を有し、また、帯域設定を行う機能も有する。

帯域割当管理部１２３は、通信量監視部１２１から受け取ったネットワーク通信機器間の上り下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てる機能を有する。

スイッチ処理部１３は、入出力インタフェース部１１の入出力インタフェース１１０が受信したパケットを適切な入出力インタフェース１１０に転送する、レイヤ２もしくはレイヤ３スイッチである。ここでは、スイッチ処理部１３は、スイッチ間を接続する複数の通信回線を１本の論理回線として扱うことで帯域を拡大し、冗長性を確保可能なリンクアグリゲーション機能を備えているものとする。

（第１の実施の形態の動作）
次に、本発明の第１の実施の形態によるネットワーク通信機器１の動作について図２に示すフローチャートを参照して説明する。

図２を参照すると、入出力インタフェース部１１は、入出力インタフェース制御部１２による制御の下、全二重、もしくは半二重で通信を行っているものとし、このとき通信量監視部１２１は、常時、上り／下り方向の通信量の測定および監視を行っているものとする（ステップＳ２０１）。

通信量監視部１２１による監視の下で、上り下りの通信量の差分が、例えば、２：８を超えると（ステップＳ２０２“Ｙｅｓ”）、主制御部１２２は、１本の入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェース１１０に分割設定する（ステップＳ２０３）。このように、「半二重×２」と設定された入出力インタフェース１１０は、スイッチ処理部１３により、２本の半二重インタフェースをＩＥＥＥＥ８０２．３ａｄで規定されるリンクアグリゲーションで結合した１本の結合インタフェースとして扱われる。

次に主制御部１２１は帯域管理部１２３に制御を移し、帯域管理部１２３は、上り下りの通信量が大きく異なっているため、通信量が多い方に帯域を多く割り当てる変更制御を行う（ステップＳ２０４）。通常は、通信速度やトラフィックの特性に応じて帯域を割り当てるものとするが、ここでは通信量の差分に基づき動的に切り替えを行うものとした。

この帯域設定を動的に変更するにあたり、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する際の契機である２：８と同じにしても、またはそれ以上、あるいは以下の差分としてもよい。

なお、ステップＳ２０２の処理で、上り下り通信量の差分が未だ２：８を超えていないと判定された場合（ステップＳ２０２“Ｎｏ”）、主制御部１２２は、全二重、もしくは半二重で入出力インタフェース１１０を使用した通信を継続する

次に、図３に示す通信ネットワークシステム１０の構成図を参照しながら、全二重、半二重、あるいは「半二重×２」に設定された入出力インタフェースの具体的な動作について説明する。

図３を参照すると、本発明の第１の実施の形態による通信ネットワークシステム１０は、２以上のネットワーク通信機器１、３が単一の通信回線（イーサネットケーブル２）を介して接続される。ネットワーク通信機器１は、図１に示したそれと同じであり、ネットワーク通信機器３も、ネットワーク通信機器１と同じ構成を有するものとする。

ネットワーク通信機器１（３）は、上述したように、全二重もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェース１１０（３１０）を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する手段としての入出力インタフェース制御部１２（３２）を備えており、イーサネットケーブル２を介して他のネットワーク通信機器３（１）との間で通信を行うことができる。

説明を図２に戻す。例えば、ネットワーク通信機器１における入出力インタフェース部１１のある入出力インタフェース１１０から入力されたパケットは（ステップＳ２０５“Ｙｅｓ”）、スイッチ処理部１３に伝播され、スイッチ処理部１３で出力先の入出力インタフェース１１０が決定される（ステップＳ２０６）。

ここで出力される入出力インタフェース１１０が通常の半二重に設定されていた場合は、入出力インタフェース１１０の送信回路１１１、１１２の一つ、例えば、送信回路１１１が有効となり、信号混合分離回路１１５、イーサネットケーブル２を経由して送信され、イーサネットケーブル２経由で接続されるネットワーク通信機器３の入出力インタフェース３１０の信号混合分離回路３１６、受信回路３１３で受信され、スイッチ処理部３３へ引き渡される。

一方、「半二重×２」の場合、ネットワーク通信機器１の入出力インタフェース１１０の送信回路１１１、１１２が有効となり、信号混合分離回路１１５、１１６、イーサネットケーブル２経由で送信され、接続されるネットワーク通信機器３の入出力インタフェース１１０の信号混合分離回路３１５、３１６、受信回路３１３、３１４で受信され、スイッチ処理部３３へ引き渡される。なお、全二重の場合は、入出力インタフェース110の送信回路111、112の一つ、例えば送信回路111が有効となり、同時に受信回路113が有効となり、イーサネットケーブル2内の信号線の一つが送信専用、もう一つが受信専用となる。

すなわち、出力される入出力インタフェース１１０が通常通りの全二重もしくは半二重であれば（ステップＳ２０７“Ｎｏ”）、ネットワーク通信機器１のスイッチ処理部１３は、通常の出力処理を行い（ステップＳ２０８）、「半二重×２」であれば（ステップＳ２０７“Ｙｅｓ”）、入出力インタフェース１１０を２本のインタフェースを束ねた１本の結合インタフェースと見なし上述した出力処理を行う（ステップＳ２０９）。

（第１の実施の形態による効果）
本実施の形態によるネットワーク通信機器１では、入出力インタフェース制御部１２が、全二重もしくは半二重で通信を行う１本の入出力インタフェース１１０を、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定することで、全二重または半二重で使用されていた入出力インタフェース１１０を、半二重で使用される２本の入出力インタフェースがあるものとして扱うことができ、帯域を有効使用することができる。また、入出力インタフェース１１０を２本束ねた結合インタフェースとして扱うため、本実施の形態によるネットワーク通信機器１では、信号線の一本が断線した場合でも他方の信号線で通信を継続でき、したがって耐障害性が高くなる。

なお、上述した第１の実施の形態によるネットワーク通信機器１では、入出力インタフェース制御部１２が上り下りの通信量を監視してその通信量が所定の割合を超えた場合、入出力インタフェース１１０に自動で「半二重×２」を設定することとしたが、設定ファイル１２４を利用することで、通信量の差が大きい場合にネットワーク設計者の判断の下に手動で設定しても良い。この場合、主制御部１２２は、設定ファイル１２４を参照して入出力インタフェース１１０を「半二重×２」に設定することになり、ネットワーク通信機器１の負荷が軽減される。

また、上述した第１の実施の形態によるネットワーク通信機器１では、１００ｂａｓｅ−ＴＸのイーサネット（登録商標）の規格に基づいて説明を行ったが、その他のイーサネット規格でもよい。また、２本の半二重インタフェースを結合するためにＩＥＥＥ８０２．３ａｄで規定されるリンクアグリゲーション機能を用いたが、これに制限されるものでなく、例えば、Ｌｉｎｕｘのボンディングインタフェースに基づくａｃｔｉｖｅ−ｂａｃｋ方式、ｂａｌａｎｃｅ−ａｌｂ方式、ｂａｌａｎｃｅ−ｒｒ方式等、他のインタフェース結合手段を用いても良い。

なお、図１の入出力インタフェース制御部１２が有する機能は、全てをソフトウェアによって実現しても、あるいはその少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。例えば、入出力インタフェース制御部１２が、ネットワーク通信機器１間の上り下りの通信量を監視し、上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定するデータ処理、あるいは、上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てるデータ処理は、１または複数のプログラムによりコンピュータ上で実現してもよく、また、その少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。

以上好ましい実施の形態と実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上述実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。

１：ネットワーク通信機器
１０：通信ネットワークシステム
１１、３１：入出力インタフェース部
１２、３２：入出力インタフェース制御部
１３：スイッチ処理部
１１０、３１０：入出力インタフェース
１１１、１１２、３１１、３１２：送信回路
１１３、１１４、３１３、３１４：受信回路
１１５、１１６、３１５、３１６：信号混合分離回路
１２１：通信量監視部
１２２：主制御部
１２３：帯域管理部
１２４：設定ファイル

Claims (19)

1. 全二重もしくは半二重で通信を行う１本の入出力インタフェースと、
   前記１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する入出力インタフェース制御部と、
   を備えたことを特徴とするネットワーク通信機器。
2. 前記入出力インタフェース制御部は、
   ネットワーク通信機器間の上り下りの通信量を監視し、前記上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、前記入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定することを特徴とする請求項２記載のネットワーク通信機器。
3. 前記入出力インタフェース制御部は、
   前記上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てることを特徴とする請求項２記載のネットワーク通信機器。
4. 予め設定される通信モードを記憶する設定ファイル記憶部を備え、
   前記入出力インタフェース制御部は、
   前記設定ファイル記憶部が特定の通信モードを示していた場合、前記入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定することを特徴とする請求項１記載のネットワーク通信機器。
5. 前記入出力インタフェースから入力されたパケットの出力先となる入出力インタフェースを決定するスイッチ処理部と、
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載のネットワーク通信機器。
6. 前記スイッチ処理部は、
   前記決定される入出力インタフェースが、全二重もしくは半二重に設定されていた場合、前記入出力インタフェース部を制御して通常の出力処理を行い、
   半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定されていた場合、前記入出力インタフェース部を制御して前記分割された２本の仮想的な入出力インタフェースを束ねた１本の結合インタフェースとして出力処理を行うことを特徴とする請求項５記載のネットワーク通信機器。
7. ２以上のネットワーク通信機器が単一の通信回線を介して接続される通信ネットワークシステムであって、
   前記ネットワーク通信機器は、
   全二重もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する手段を備え、
   前記単一の通信回線を介して他のネットワーク通信機器と通信を行うことを特徴とする通信ネットワークシステム。
8. ２以上のネットワーク通信機器が単一の通信回線経由で接続される通信ネットワークシステムの帯域割当て方法であって、
   全二重、もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する第１のステップと、
   前記分割設定された入出力インタフェースにそれぞれの帯域を割当てる第２のステップと、
   前記割当てられた帯域に基づき前記単一の通信回線を介して他のネットワーク通信機器と通信を行う第３のステップと、
   を有することを特徴とする通信ネットワークシステムの帯域設定方法。
9. 前記第１のステップは、
   ネットワーク通信機器間の上り下りの通信量を監視するサブステップと、
   前記上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、前記入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定するサブステップと、
   を有することを特徴とする請求項８記載の通信ネットワークシステムの帯域割当て方法。
10. 前記第１のステップは、
    設定ファイルを参照するサブステップと、
    前記設定ファイルに設定された通信モートが特定の通信モードを示していた場合、前記入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定するサブステップと、
    を有することを特徴とする請求項８記載の通信ネットワークシステムの帯域割当て方法。
11. 前記第２のステップは、
    前記上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てるサブステップ、
    を有することを特徴とする請求項８記載の通信ネットワークシステムの帯域割当て方法。
12. 前記第３のステップは、
    前記入出力インタフェースから入力されたパケットの出力インタフェースを決定するサブステップ、
    を有することを特徴とする請求項８記載の通信ネットワークシステムの帯域割当て方法。
13. 前記第３のステップは、
    前記決定される出力インタフェースが、全二重もしくは半二重に設定されていた場合、前記入出力インタフェース部を制御して通常の出力処理を行うサブステップと、
    半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定されていた場合、前記入出力インタフェース部を制御して前記分割された２本の仮想的な入出力インタフェースを束ねた１本の結合インタフェースとして出力処理を行うサブステップと、
    を有することを特徴とする請求項８記載の通信ネットワークシステムの帯域割当て方法。
14. ２以上のネットワーク通信機器が単一の通信回線経由で接続される通信ネットワークシステムにおいて用いられる前記ネットワーク通信機器上で実行される帯域割当てプログラムであって、
    前記ネットワーク通信機器に、
    全二重、もしくは半二重通信を行う１本の入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する設定処理と、
    前記分割設定された入出力インタフェースにそれぞれの帯域を割当てる割当処理と、
    前記割当てられた帯域に基づき前記単一の通信回線を介して他のネットワーク通信機器と通信を行う通信処理と、
    を実行させることを特徴とする帯域設定プログラム。
15. 前記設定処理は、
    ネットワーク通信機器間の上り下りの通信量を監視する処理と、
    前記上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、前記入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する処理と、
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の帯域割当てプログラム。
16. 前記設定処理は、
    設定ファイルを参照する処理と、
    前記設定ファイルに設定された通信モートが特定の通信モードを示していた場合、前記入出力インタフェースを、半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定する処理と、
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の帯域割当てプログラム。
17. 前記割当て処理は、
    前記上りと下りの通信量の差分が所定の割合を越えた場合に、通信量が大きい方に帯域をより多く割り当てる処理、
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の帯域割当てプログラム。
18. 前記通信処理は、
    前記入出力インタフェースから入力されたパケットの出力インタフェースを決定する処理、
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の帯域割当てプログラム。
19. 前記通信処理は、
    前記決定される出力インタフェースが、全二重もしくは半二重に設定されていた場合、前記入出力インタフェース部を制御して通常の出力処理を行う処理と、
    半二重通信を行う２本の仮想的な入出力インタフェースに分割設定されていた場合、前記入出力インタフェース部を制御して前記分割された２本の仮想的な入出力インタフェースを束ねた１本の結合インタフェースとして出力を行う処理と、
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の帯域割当てプログラム。

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