JP2011160427A - デュアルポートを有するイーサネットシステムのスイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてデュアルポートに起因する衝突を解決することができるデュアルポートイーサネットのスイッチング装置を提供する。
【解決手段】この装置は、イーサネットを通じてフレームの送受信を制御する媒体制御器と、所定のバスを介して上位装置と連結されて上位装置とデータフレームを送受信する送受信バッファと、媒体制御器から受信フレームを受け取って、送受信バッファとスイッチバッファのうち少なくとも一つに伝達するデータ分配器と、データ分配器から受信フレームを受け取って他の媒体制御器のデータ選択器へ伝送するか否かを決定するスイッチバッファと、送受信バッファ及びスイッチバッファから送信フレームをそれぞれ受け取って媒体制御器に伝送し、送信フレームの優先順位を判断して、送受信バッファから入力されたデータフレームとスイッチバッファから入力されたデータフレームのうちいずれかを選択して媒体制御器に伝達するデータ選択器と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、デュアルポートを有するイーサネットシステムに係り、より詳細には、デュアルポート（Dual Port）を有するイーサネットシステムにおいてデュアルポートに起因する衝突を解決することができるデュアルポートイーサネットのスイッチング装置に関するものである。

近年、イーサネット通信は、速い速度、媒体の大衆化及び親近性、及びオフィスネットワークとの連結などによる多くの利点から、産業現場でその使用が広がっている。

特に、デュアルポートを用いるイーサネット技術は、各モジュールを連結させるスイッチ機能の内蔵、配線の便利性及びリダンダンシ（redundancy）機能を提供できる点から、次世代産業通信網として大きく脚光を浴びている通信方式である。

デュアルポートイーサネットを用いるには、各ポート間のスイッチング機能が必要である。既存のスイッチング方式は、ストアアンドフォーワード（Store and Forward）とカットスルー（Cut Through）が代表的であり、データフレーム（frame）を格納するか否かが固定的に定められている。参考として、フレームは、ＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス及びペイロード（payload）を含むデータ単位であり、パケットは、ＩＰアドレス及びペイロードを含むデータ単位である。

しかし、既存のイーサネットスイッチング方式は、リアルタイム特性とデイジーチェーン（Daisy Chain）形状のネットワークを考慮せず、産業向けイーサネットには不向きである。

図１Ａ及び図１Ｂは、一般のデュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてストアアンドフォーワード（Store and forward）スイッチング方式を説明するための図である。

まず、同図のイーサネットシステムは、複数のイーサネットポート（Port A，Port B）を有することから複数の媒体制御器１を含む。すなわち、各ポートは、イーサネットの各媒体制御器（Media Access Controller; MAC）に連結される。

各媒体制御器１は、バス（Bus）を介して上位装置と連結され、バスを介して上位装置とデータフレームを交換する。

複数のポート間のデータフレームのリレーのために、各媒体制御器１は、バッファ５を介在して他の媒体制御器と連結されている。リレーされるデータフレームは、バッファ５に格納され、バッファではエラーを検査した後に、異常がないとデータフレームをリレーする。

ここで、各ポートでイーサネットの媒体制御器１を通じて受信するデータフレームは、バッファ５を経由して他のポートにリレーされたるか、あるいはバスを通じて上位装置に伝達される。このとき、媒体制御器を通じて出力されたデータフレームはバッファに一時格納されるが、この場合、全体データフレームが全てバッファに格納された後に、リレーする対象ポートの媒体制御器にデータフレームを伝送する。そのため、図１Ｂに示すように、データフレームの長さだけ伝送遅延が起こることになる。

図２Ａ及び図２Ｂは、一般のデュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてカットスルー（Cut Through）スイッチング方式を説明するための図である。

まず、イーサネットシステムは、複数のイーサネットポートを有することから二つの媒体制御器１を含む。すなわち、各ポートは、イーサネットの媒体制御器（Media Access Controller）に連結され、媒体制御器１は上位装置とバス（Bus）を介して連結され、このバスを介してデータフレームを交換する。

複数のポート間のデータフレームのリレーのために各媒体制御器１は他の媒体制御器と連結されている。リレーされるデータフレームは他の媒体制御器に直接伝達されて他のポートに送信される。

ここで、各ポートでイーサネットの媒体制御器を通じて受信するデータフレームは、他のポートにリレーされるか、あるいはバスを通じて上位装置に伝達される。媒体制御器１から出力されたデータフレームは、リレーする対象媒体制御器に伝送されるが、この場合、上位装置からのデータ伝送時にデータフレームのポート間リレーが行われると相互衝突につながることがある。

要するに、一般に、ストアアンドフォーワード方式はデータフレームの長さだけリレー遅延が発生し、カットスルー方式は、上位装置からのデータ伝送時にデータフレームがリレーされると相互衝突につながるという問題があった。

本発明の一実施例に係るデュアルポートを有するイーサネットシステムのスイッチング装置は、イーサネットを通じてフレームの送受信を制御するもので、前記フレームのＩＰアドレスとあらかじめ設定されたＩＰアドレスとを比較して、前記フレームを取り込むか否かを決定する媒体制御器と、所定のバスを介して上位装置と連結されて上位装置とデータフレームを送受信する送受信バッファと、前記媒体制御器から受信フレームを受け取って送受信バッファ及びスイッチバッファのうち少なくとも一つに伝達するデータ分配器と、前記データ分配器から受信フレームを受け取って他の媒体制御器のデータ選択器に伝送するか否かを決定するスイッチバッファと、前記送受信バッファ及びスイッチバッファから送信フレームをそれぞれ受信して媒体制御器に伝送するもので、送信フレームの優先順位を判断して、送受信バッファから入力されたデータフレームとスイッチバッファから入力されたデータフレームのうちいずれか一つを選択して前記媒体制御器に伝達するデータ選択器と、を含む。

前記データ分配器は、受信フレームの送信元アドレス、宛先アドレス、及びデータタイプのうち少なくとも一つを判断してスイッチバッファに伝送するか否かを決定することができる。

好ましくは、前記スイッチバッファは、他の媒体制御器のデータ選択器へのフレームの伝送が遅延される場合、格納されたデータフレームに対してＦＣＳ（frame check sequence）をチェックし、誤りが検出されるとデータフレームを伝送しない。

前記スイッチバッファは、データ分配器から伝達された受信フレームを他の媒体制御器に伝送する第１スイッチバッファと、他の媒体制御器から伝達された送信フレームをデータ選択器に伝達する第２スイッチバッファと、を含むことができる。

一般のデュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてストアアンドフォーワード（Store and forward）スイッチング方式を説明するための図である。 一般のデュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてストアアンドフォーワード（Store and forward）スイッチング方式を説明するための図である。 一般のデュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてカットスルー（Cut Through）スイッチング方式を説明するための図である。 一般のデュアルポートを有するイーサネットシステムにおいてカットスルー（Cut Through）スイッチング方式を説明するための図である。 本発明の実施例によるデュアルポートを有するイーサネットシステムを示す図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照符号を付する。なお、下記の説明において、本発明の要旨を曖昧にするとされる公知の機能及び構成は適宜省略するものとする。

図３は、本発明の実施例によるデュアルポートを有するイーサネットシステムを示す図である。このイーサネットシステム１０は、媒体制御器１１、データ分配器１３、送受信バッファ１５、スイッチバッファ１７、及びデータ選択器１９を含んでなる。

媒体制御器１１は、イーサネットを通じてフレームを送受信する。媒体制御器１１は、送受信フレームを一時的に格納した後、格納されたフレームのヘッダを分析して、該フレームのＩＰアドレスとあらかじめ設定されたＩＰアドレスとを比較してフレームを取り込むか否かを決定する。

データ分配器１３は、媒体制御器１１から受信フレームを受け取って送受信バッファ１５及びスイッチバッファ１７にそれぞれ伝達する。データ分配器１３は、受信フレームの送信元アドレス、宛先アドレス、及びデータタイプのうち少なくとも一つをあらかじめ設定された基準情報と比較して、当該受信フレームをスイッチバッファ１７に伝送するか否かを決定する。

送受信バッファ１５は、バスを介して上位装置と連結されて上位装置とデータフレームを送受信する。

スイッチバッファ１７は、データ分配器１３から受信フレームを受け取り、それを他の媒体制御器１１に伝送するか否かを決定する。スイッチバッファ１７は、データ分配器１３からの受信フレームを他の媒体制御器１１に伝送する第１スイッチバッファ１７−１と、他の媒体制御器１１からの送信フレームをデータ選択器１９に伝達する第２スイッチバッファ１７−２と、を含んでなる。

データ選択器１９は送受信バッファ１５及びスイッチバッファ１７から送信フレームをそれぞれ受け取って媒体制御器１１に伝送する。データ選択器１９は、送信フレームの優先順位を判断して、送受信バッファ１５から入力されたデータフレームとスイッチバッファ１７から入力されたデータフレームのうちいずれか一つを選択して媒体制御器１１に伝送する。

上記のように構成されたイーサネットシステムは、二つのイーサネットポートを含み、各ポートはイーサネットの媒体制御器（Media Access Controller）１１に連結される。この場合、二つの媒体制御器１１が存在する。

各媒体制御器１１は、バスを介して上位装置と連結され、バスを介して上位装置と送受信フレームを交換する。各媒体制御器１１は、ポートを通して受信したフレームをデータ分配器１３に伝達し、データ分配器１３は、受信したフレームを、送受信バッファ１５及びスイッチバッファ１７に伝送する。

送受信バッファ１５は、データ分配器１３から伝達されたフレームをバスを介して上位装置に伝送する。そして、各媒体制御器１１にはデータ選択器１９が連結されており、媒体制御器１１は、上位装置から伝送された送信フレームをデータ選択器１９を介して受信してポートから送信する。

本発明では、各ポート間のデータフレームのリレーのためにデータ分配器１３、データ選択器１９及びスイッチバッファ１７が設けられている。

すなわち、データ分配器１３は、媒体制御器１１から受信したデータフレームを送受信バッファ（MAC FIFO）１５とスイッチバッファ（Switching FIFO）１７に同時に伝送する。このデータ分配器１３は、媒体制御器１１から受信したデータフレームの送信元アドレス、宛先アドレス、データタイプを判断して、該データフレームをスイッチバッファ１７に伝送するか否かを決定することができる。

スイッチバッファ１７は、全体データフレームを全て受信するまで他の媒体制御器１１へ伝送できない場合は、バッファ中のデータフレームに対してＦＣＳ（frame check sequence）をチェックし、誤りが検出される場合には、自体スイッチング動作を通じてデータフレームを伝送しない。このＦＣＳはフレーム中のエラーを検出するためのビット列であり、送信時に任意アルゴリズムにより計算されて情報フレームと共に伝送される。

データ分配器１３から入力されるデータフレームとデータ選択器１９に読み込まれるデータフレームに対するポインタが生成されている。スイッチバッファ１７は、データ選択器１９に読み込まれるデータフレームのポインタが、データ分配器１３から入力されるデータフレームのポインタよりも大きい場合は、エラー信号をデータ選択器１９に出力し、それ以上データ選択器１９にデータフレームを伝送しない。

データ選択器１９は、データフレームの伝送時に優先順位を判断して、送受信バッファ１５から入力されたデータフレームとスイッチバッファ１７から入力されたデータフレームのうちいずれか一つを選択して該当の媒体制御器１１に伝送する。

そして、データ選択器１９は、スイッチバッファ１７からエラー信号が伝送されると、スイッチバッファ１７からデータフレームを読み込む動作を中断する。

したがって、本発明では、二つのイーサネットポートを有するシステムにおいて各ポート間のデータフレームのリレー時に伝送遅延が少なく、上位装置からのフレーム伝送と同時にフレームリレー伝送が発生する場合、優先順位決定を通じて衝突を防止することができる。

すなわち、本発明では、リレーされるデータフレームをスイッチバッファ１７に格納し、データ選択器１９を設けることによって、上位装置との伝送線路の占有紛争の発生時には、優先順位に基づいて伝送すべきデータフレームを伝送し、伝送線路の占有紛争がない場合には、直ちにスイッチバッファ１７のデータフレームを伝送することによって、伝送遅延を最小化する。

このように、本発明では、データ分配器１３、スイッチバッファ１７及びデータ選択器１９をさらに設けることによって、既存のスイッチング方式であるカットスルーとストアアンドフォーワードの長所を同時に有することができ、これにより、産業用イーサネットにおいて重要とされる定時性とデイジーチェーン形状のための速いスイッチング応答を有することができる。

以上では好ましい実施例に挙げて本発明を説明してきたが、これらの実施例に限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な技術範囲内で様々変形実施が可能である。したがって、本発明の本質的技術範囲は添付の特許請求の範囲により定められ、この範囲内における変形はいずれも本発明に含まれるものと解釈すべきである。

Claims (4)

1. イーサネットを通じてフレームの送受信を制御するもので、前記フレームのＩＰアドレスとあらかじめ設定されたＩＰアドレスとを比較してフレームを取り込むか否かを決定する媒体制御器と、
   所定のバスを介して上位装置と連結されて上位装置とデータフレームを送受信する送受信バッファと、
   前記媒体制御器から受信フレームを受け取って送受信バッファとスイッチバッファのうち少なくとも一つに伝達するデータ分配器と、
   前記データ分配器から受信フレームを受け取って他の媒体制御器のデータ選択器に伝送するか否かを決定するスイッチバッファと、
   前記送受信バッファ及びスイッチバッファから送信フレームをそれぞれ受け取って媒体制御器に伝送するもので、送信フレームの優先順位を判断して、送受信バッファから入力されたデータフレームとスイッチバッファから入力されたデータフレームのうちいずれか一つを選択して前記媒体制御器に伝達するデータ選択器と、
   を含む、デュアルポートを有するイーサネットシステムのスイッチング装置。
2. 前記データ分配器は、前記受信フレームの送信元アドレス、宛先アドレス、及びデータタイプのうち少なくとも一つに基づいて、該受信フレームをスイッチバッファに伝送するか否かを決定する、請求項１に記載のデュアルポートを有するイーサネットシステムのスイッチング装置。
3. 前記スイッチバッファは、他の媒体制御器のデータ選択器へのフレームの伝送が遅延される場合、格納されたデータフレームに対してＦＣＳ（frame check sequence）をチェックし、誤りが検出されるとデータフレームを伝送しない、請求項１に記載のデュアルポートを有するイーサネットシステムのスイッチング装置。
4. 前記スイッチバッファは、
   データ分配器から伝達された受信フレームを他の媒体制御器に伝送する第１スイッチバッファと、
   他の媒体制御器から伝達された送信フレームをデータ選択器へ伝達する第２スイッチバッファと、
   を含む、請求項１に記載のデュアルポートを有するイーサネットシステムのスイッチング装置。