JP2012501583A - マルチキャスト・トラフィックの収束改善 - Google Patents

マルチキャスト・トラフィックの収束改善 Download PDF

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Abstract

送信元ノードから送信されたマルチキャスト・データパケットがトランジット・ノードにより受信される(310)。マルチキャスト・データパケットは、送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを含む。トランジット・ノードにおいて、このマルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュミスが検出される(320)。このマルチキャスト・データパケットが、ネットワークのポート上にハードウェア・フラッディングされる(340)。フラッディングは、仮想ローカルエリア・ネットワーク(VLAN)メンバシップに基づいてトランジット・ノードの隣接ノードへマルチキャスト・データパケットのコピーをフォワーディングするステップで構成される。マルチキャスト・データパケットのキャッシュミスコピーがアウトオブライン処理装置へ送信され(350)、ここでソフトウェア処理される。このソフトウェア処理は、ハードウェア抽象化レイヤを介してマルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリを確立するステップを含む(360)。キャッシュミスのコピーがネットワークへフォワーディングされることはない。

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、2008年8月29日に出願された「マルチキャスト・トラフィックの収束改善」という名称の係属中の米国特許出願第12/201,799号の一部継続出願であり、この特許出願に対する優先権を主張するものである。
本明細書で開示する実施形態は、コンピュータ・ネットワーキングに関し、より具体的には、ネットワークにおけるトポロジ変更後のマルチキャスト・トラフィックの収束に関する。
マルチキャスティングは、インターネット・プロトコル(IP)インフラストラクチャを介したポイント・ツー・マルチポイント通信のための技術である。単一のパケットを複数の宛先に配信する必要がある場合でも、マルチキャスティングは、ネットワーク・インフラストラクチャを利用して、送信元(ソース)がネットワークに単一のパケットを送出するだけで済むようにする。この利用は、複数の受信者に配信されるように(必要な場合にのみ)ネットワーク・ノードにパケットを複製させることによって行われる。
送信元及び受信者は、(IPマルチキャストなどの)マルチキャスト・グループ・アドレスを使用してコンテンツを送受信する。送信元は、自身のデータパケット内でマルチキャスト・グループ・アドレスを宛先IPアドレスとして使用する。受信者は、マルチキャスト・グループ・アドレスを使用して、このマルチキャスト・グループ・アドレスに関連するマルチキャスト・トラフィックに「加入」する。換言すれば、これらの受信者は、マルチキャスト・グループ・アドレスを使用して、このマルチキャスト・グループ宛てのトラフィックを受信したいという要望をネットワークに通信する。
インターネット・グループ管理プロトコル(IGMP)は、IPマルチキャスト・グループのメンバシップを管理するために使用されるプロトコルの一例である。通常、IPホストはIGMPクエリを送出し、これがマルチキャスト・ルータを介して他のネットワーク・ホストへブロードキャストされる。(レイヤ2スイッチなどの)ネットワーク装置は、ホストとルータの間の会話を「リスン」することができ、これは当業者においてIGMPスヌーピングとして知られている処理である。装置がマルチキャスト・グループの「参加」メッセージをホストから聞くと、装置は、このメッセージを聞いた(ポートなどの)インターフェイスを記録して、このインターフェイスをグループに追加する。同様に、装置がマルチキャスト・グループの「離脱」メッセージを聞き、或いは応答タイマが切れると、スイッチは、このホストのスイッチインターフェイスをグループから削除する。これらの「参加」及び/又は「離脱」メッセージは、一般に「IGMPレポート」と呼ばれる。これを受けて、IGMPスヌーピング・テーブルが、IGMPレポートに基づいて、マルチキャスト・グループのメンバであるホスト及び/又はインターフェイスのリストを(キャッシュなどの)ハードウェア内に保持する。
マルチキャスティングを使用するネットワーク内でトポロジ変更があると、IGMPスヌーピング・テーブルがクリアされてIGMPクエリが送出され、ネットワーク内の装置がIGMPスヌーピングのメンバシップを再認識できるようになる。トポロジ変更中にネットワーク内にデータパケットが存在する場合、IGMPスヌーピング・テーブルがクリアされたことにより、これらのパケットはハードウェア内でキャッシュミスを被る。キャッシュミスを被るパケットは、全て装置のCPUへ送信されてソフトウェアでフォワーディングされるが、ソフトウェアでのフォワーディングはハードウェアでのフォワーディングよりも非常に遅いので、これを「スローパス」フォワーディングと呼ぶことがある。
しかしながら、トポロジ変更中にネットワーク内に何千ものデータパケットが存在する場合には、より問題が大きくなる。この場合、CPUキュー内に何千ものデータパケットが存在し、これらが、ハードウェアキャッシュを新たなIGMPスヌーピング・テーブル項目で再プログラミングするために使用されたであろうはずのCPUリソースを消費する。換言すれば、ネットワーク内のマルチキャスト・パケットの数が増加すると、ネットワーク内のマルチキャスト・トラフィックの収束時間(すなわち、ハードウェアキャッシュを再プログラムして、マルチキャスト・トラフィックにおける許容可能なキャッシュミスレートを回復するのにかかる時間)も増加する。しかも、上述のシナリオは、単一の仮想ローカルエリア・ネットワーク(VLAN)を前提としたものである。ネットワーク内に数多くの(例えば何千もの)VLANが存在する場合、個々のIGMPクエリがVLANの各々において送出され、個々のVLAN上のホストが全て、これらのメンバシップを示すそれぞれのIGMPレポートで応答するようになる。従って、CPUがさらに多くのスローパス・フォワーディングを抱え、マルチキャスト収束の問題がますます悪化する。
本明細書で開示する実施形態は、トポロジ変更後のネットワークにおけるマルチキャスト・トラフィックの収束を容易にする。ネットワーク・ノードがマルチキャスト・データパケットを受信すると、このパケットが処理される。ノードがこのデータパケットのキャッシュミスを検出した場合、このパケットが、ハードウェアを介してネットワークのポート上にフラッディングされる。また、(キャッシュミスを引き起こした)パケットのコピーがアウトオブライン処理装置へ送信される。このパケットのコピーは、処理装置からネットワーク上へコピーをフォワーディングすることなく処理される。パケットの処理は、ハードウェア抽象化レイヤを介してパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリを確立することを含む。
以下の説明は、本発明の実施形態の実施構成例として与える説明図を有する図についての説明を含む。図面は、限定ではなく一例として理解すべきである。本明細書における1又はそれ以上の「実施形態」への言及は、本発明の少なくとも1つの実施構成に含まれる特定の特徴、構造、又は特性について説明するものであると理解されたい。従って、本明細書に出現する「1つの実施形態では」又は「代替の実施形態では」などの語句は、本発明の様々な実施形態及び実施構成を示すものであり、必ずしも全てが同じ実施形態を示すものではない。しかしながら、これらの実施形態は必ずしも互いに排他的なものでもない。
ネットワーク装置を示すブロック図である。 様々な実施形態による、マルチキャスティングを使用するネットワークを示すブロック図である。 マルチキャスト収束のための処理を示すフロー図である。 従来技術のイーサネット(登録商標)自動保護スイッチング(EAPS)システムを示すブロック図である。 イーサネット自動保護スイッチング(EAPS)を利用するネットワーク装置を示すブロック図である。 EAPSリング・ネットワークにおけるマルチキャスト収束のための処理を示すフロー図である。 本明細書で説明する様々な実施形態を実施するのに適したコンピュータ環境を示すブロック図である。
以下の説明では、数多くの詳細を示す。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細を伴わずに本発明を実施できることが明らかであろう。場合によっては、本発明を曖昧にしないために、周知の構造及び装置については詳細にではなくブロック図形式で示している。
本明細書に示すように、方法、装置、及びシステムが、トポロジ変更後のネットワークにおけるマルチキャスト・トラフィックの収束改善を容易にする。ネットワーク・ノードがマルチキャスト・データパケットを受信すると、このパケットが処理される。ノードがこのデータパケットのキャッシュミスを検出した場合、このパケットが、ハードウェアを介してネットワークのポート上にフラッディングされる。また、(キャッシュミスを引き起こした)パケットのコピーがアウトオブライン処理装置へ送信される。このパケットのコピーは、処理装置からネットワーク上へコピーをフォワーディングすることなく処理される。パケットの処理は、ハードウェア抽象化レイヤを介してパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリを確立することを含む。
いくつかの実施形態では、新たなマルチキャスト・ストリームがネットワーク上でトラフィックの送信を開始するときに、キャッシュミスが発生して検出される。キャッシュミスを単純にCPUへフォワーディングして(ハードウェアで)認識し、その後(IGMPスヌーピング対応の)ネットワーク上へフォワーディング(すなわちスローパス・フォワーディング)するのではなく、特別なフォワーディング・モードを使用する。この特別なフォワーディング・モードでは、キャッシュミスを引き起こしたパケットを、まずハードウェアを介してネットワークのポートにフラッディングする。また、キャッシュミスをCPUへ送信して処理する。この処理は、個々のパケットの(単複の)アドレス(送信元IPアドレス及びマルチキャスト・グループIPアドレスなど)を認識すること、及びハードウェア内で新規エントリをプログラムすることを含む。ハードウェア内でエントリをプログラムすることにより、これと同一の送信元及びグループ(S、G)・アドレスを有する将来のパケットがキャッシュヒットを引き起こし、実際の受信者が存在するポートへのみ直ちにフォワーディングされる。実際の受信者が存在するポート上でのみフォワーディングを行うことを「選択的フォワーディング」と呼ぶことができる。選択的にフォワーディングされたパケットは、この時点からフラッディングされなくなる。
様々な実施形態では、CPUによる処理が、特にCPUからネットワーク上へキャッシュミスパケットのコピーをフォワーディング(「スローパス・フォワーディング」「ソフトウェア・フォワーディング」など)することを含まない。この理由は、(キャッシュミスを引き起こしたパケットが既にネットワークにフラッディングされている場合には)スローパス・フォワーディングにより、ネットワーク上で二重のパケットが送出されるからである。特別なフォワーディング・モードは、例えばコマンドラインインターフェイス(CLI)を介してユーザが制御することができる。
(イーサネット自動保護スイッチング(EAPS)リング・トポロジなどの)リング・トポロジを有するネットワークで使用するための実施形態では、ネットワークにおけるトポロジ変更を検出したことに応答して、同様の特別なフォワーディング・モードを自動的にトリガすることができる。EAPSリング・ネットワークにおいてトポロジが変更された場合、(フォワーディング用データベース(FDB)エントリと呼ばれる)フォワーディング用エントリがクリアされ、これを再認識する必要がある。従って、これらの実施形態では、トポロジ変更を検出したことにより、リング・ネットワークが、タイマにより制限されるハードウェア・フラッディング・モードに入る。本明細書で使用するフラッディングとは、例えばVLANメンバシップに基づいてネットワーク装置の出口ポートにおいてパケットのコピーを送信することを意味する。換言すれば、フラッディングにより、ネットワーク装置の出口ポートにおいてパケットをフォワーディングすることはできるが、必ずしも全ての出口ポートにおいて行うとは限らない。
フラッディング期間中、キャッシュミスを引き起こしたパケットは、ネットワーク装置の処理装置へもフォワーディングされる。処理装置は、キャッシュミス・パケットごとにマルチキャスト・キャッシュ・エントリを生成し、キャッシュ・エントリが、ハードウェア抽象化レイヤを介してハードウェア内でプログラムされる。ハードウェアエントリにヒットする後続パケットは、このエントリに関連するプログラムされた出口ポートに基づいてハードウェア内でフォワーディングされる。このようにして、新たなマルチキャスト・エントリがプログラムされるにつれ、最終的にキャッシュミスが次第に減少する。
ハードウェア・フラッディング・モードのタイマが切れると、ネットワーク装置は以前の動作モードに戻ることができる。例えば、装置が「初期ハードウェア・フラッディングモード」の前にIGMPスヌーピング対応モードで動作していた場合、装置はタイマ切れのときにそのモードに戻ることができる。IGMPスヌーピングを使用しない実施形態では、タイマ切れになったら現在の/更新済みのマルチキャスト・キャッシュ・リストをハードウェア抽象化レイヤ(HAL)にプッシュして、今後のキャッシュミスを防ぐ必要があり得る。
図1は、様々な実施形態によるネットワーク装置を示すブロック図である。ネットワーク装置110は、(キャッシュなどの)1又はそれ以上のハードウェア・テーブル120、(中央処理装置(CPU)、ネットワーク処理装置(NPU)などの)処理装置130、及びパケット・プロセッサ140を含む。パケット・プロセッサ140は、着信パケットを受け取る。(送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを有する)個々の着信パケットごとに、パケット・プロセッサ140がハードウェア・テーブル120を検索して、着信パケットの送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレス(S、G)がテーブル内のエントリの1つとマッチするかどうかを判定する。マッチする場合、パケット・プロセッサ140は、(例えばマルチキャスト・グループ・アドレスに基づいて)そのパケットをネットワークへフォワーディングをする。
(S、G)アドレスの組み合わせがテーブル120内のエントリにマッチしない場合、パケット・プロセッサ140は、この(S、G)アドレスの組み合わせを有する全てのトラフィックをネットワークにフラッディングしてキャッシュミスを生成する。このキャッシュミスイベント、又は単純にキャッシュミスは、処理装置130へ、具体的にはカーネル132へ送信される。カーネル132は、キャッシュミスをマルチキャスト(MC)マネージャ134へ送信する。いくつかの実施形態では、フラッディングにより、ネットワーク装置110の全ての出口ポートにおいてトラフィックが送出される。他の実施形態では、パケットが、例えばVLANメンバシップに基づく出口ポートにおいてのみフォワーディングされる。
パケット・プロセッサ140が(S、G)トラフィックをフラッディングするのに併せて、処理装置130がキャッシュミスの解決に努める。MCマネージャ134は、プロキシIGMPクエリを開始して、これをネットワーク上へ送出する。プロキシIGMPクエリに応答して受信するあらゆるIGMPレポートに基づいて、MCマネージャ134は、(S、G)トラフィックのフォワーディング用エントリでハードウェア抽象化レイヤ(HAL)136をプログラムする。次に、HAL136は、フォワーディング用エントリを含むようにハードウェア・テーブル120を構成する。(S、G)グループに関してフォワーディング用エントリが「認識」(すなわちプログラム)されると、後続の(S、G)トラフィックがハードウェア・テーブル120に「ヒット」し、フォワーディング用エントリに基づいてフォワーディングされる(すなわちフラッディングされない)ようになる。処理後には、キャッシュミスが再びフォワーディングされてネットワークへ戻ることがない(標準のIGMPスヌーピング対応モードではあり得る)点に留意することが重要である。本明細書で説明する実施形態では、二重パケットを避けるために、キャッシュミスがCPUによりネットワークへスローパス・フォワーディングされることはない(これは、上述したように、パケットが既にハードウェア・フラッディングを介してネットワークへフォワーディングされているからである)。
様々な実施形態では、装置110が使用する初期ハードウェア・フラッディングモードが、コマンドライン・インターフェイス138を介してユーザにより制御される。従って、ユーザは、装置を標準IGMPスヌーピング対応又はスヌーピング非対応モードで動作させることができ、或いは初期ハードウェア・フラッディングモードとともにIGMPスヌーピング対応モードを使用するように装置を動作させることができる。
図2は、マルチキャスティング及びIGMPスヌーピングを利用するネットワークを示すブロック図である。標準的なスヌーピング対応のシナリオでは、ネットワーク200においてマルチキャスト送信機(MCTx)210がIGMPクエリを送信して、(もしあれば)いずれのノードが特定のマルチキャスト・グループ、例えばグループABCのマルチキャスト・トラフィックの受信に関心があるかを判定する。マルチキャスト受信機(MCRx)224が、MCTx210からクエリを受け取って、このMCRx224がグループABCのマルチキャスト・トラフィックの受信に関心があることを報告する。様々なネットワーク・ノードが、MCTx210とMCRx224との間の通信を「リスン」して、グループABCに関するそれぞれのマルチキャスト・リストを更新することにより、MCRx224がグループABCのマルチキャスト・トラフィックに関心があることを記録する。例えば、MCRxがポートP2を介してノード222に通信可能に接続されている場合、ノード222は、グループABCに関する自己のマルチキャスト・リストにポートP2を追加する。同様に、ポートP2が、MCRx224にトラフィックを届けるためのポートである場合、ノード220は、グループABCに関する自己のマルチキャスト・リストに自己のポートP2を追加する。図2に示すように、ノード218、216、214、及び212もまた、自己のそれぞれのP2ポートを、グループABCに関する自己のそれぞれのマルチキャスト・リストに追加する。このようにして、ノード212に到達するグループABCのトラフィックが、ネットワークを介して適切にMCRx224へフォワーディングされる。また、標準的なスヌーピング対応のシナリオでは、キャッシュミスがCPUへ送信される。CPUは、これらのパケットをスローパス・フォワーディングすることができるが、ハードウェア抽象化レイヤがハードウェアをプログラムするまではハードウェア内ではフォワーディングされない。
しかしながら、様々なシナリオでは、上述のIGMPクエリ及び/又はレポートを伴わずに新たなマルチキャスト・ストリームをネットワーク200上で開始することができる。例えば、先行するIGMPクエリ及び/又はレポートが存在しない状態でグループXYZのストリームがノード228から開始される場合、グループXYZのマルチキャスト・リストエントリを有するノードがネットワーク200内に存在しなければ、ネットワーク200に到達する個々のグループXYZのパケットがキャッシュミスを引き起こすようになる。上述の標準的なIGMPスヌーピング対応技術を使用すると、これらのキャッシュミスが、ネットワーク・ノードの処理装置内のスローパス・フォワーディング・キュー内に蓄積し、処理リソースを消耗し、XYZストリームの収束を遅らせることになる。ネットワーク200上で同時に、又は比較的ほぼ同時に複数の新たな異なるストリームが開始された場合、収束の遅れはさらに悪化する。
様々な実施形態では、上述したようなネットワーク・ノードにおけるキャッシュミスにより、ネットワーク・ノードが初期ハードウェア・フラッディングの状態に入るようになる。本明細書で使用する「ハードウェア・フラッディング」又は「初期ハードウェア・フラッディング」とは、キャッシュミスに対する初期対応としてのハードウェア・フラッディング行為を意味する。前述のように、キャッシュミスは、ネットワーク装置の(図1の処理装置130などの)処理装置へ送信されて処理される。初期ハードウェア・フラッディングは、処理装置がキャッシュミスを処理している間に少なくとも部分的に発生する。キャッシュミスが処理されると(例えば、XYZマルチキャスト・グループに関して新たなエントリがハードウェア内でプログラムされると)、XYZグループに属する後続パケットがキャッシュに「ヒット」する(すなわち、XYZパケットのテーブル検索がマッチを生じる)ようになる。キャッシュヒットが尊重される(すなわち、これらのパケットをフラッディングするのとは対照的に、これらのパケットが、対応するフォワーディング用エントリ内で定義される出口ポート上でのみフォワーディングされる)。
従って、キャッシュに「ヒット」するパケットの数が増加するにつれ、処理装置内のキャッシュミスの処理キューのサイズが減少する。初期ハードウェア・フラッディングにより、処理装置の処理負荷が低減され、(単複の)ストリームのより速い収束が容易になる。
図3は、マルチキャスト収束のための処理を示すフロー図である。マルチキャスト・パケットがネットワーク装置において受信される(310)。ネットワーク装置は、パケットの送信元IPアドレス及びグループ・マルチキャストIPアドレス(すなわち(S、G)アドレスの組み合わせ)に少なくとも部分的に基づいて、このパケットのキャッシュヒット又はキャッシュミスが存在するかどうかを判定する(320)。パケットがキャッシュヒットを生じる場合、このパケットは、キャッシュ・エントリ内のフォワーディング情報に基づいてフォワーディングされる(330)。パケットがキャッシュミスを生じる場合、ネットワーク装置は、この(S、G)組み合わせを有するトラフィックに関して初期ハードウェア・フラッディングの状態に入る(340)。ハードウェア・フラッディングにより、パケットは、ネットワーク装置の出口ポートにおいてVLANメンバシップごとにフォワーディングされる。換言すれば、ネットワーク装置の全ての出口ポートにおいてパケットをフォワーディングすることができるが、必ずしも全ての出口ポートにおいて行うとは限らない。
パケットのフラッディングに加え、キャッシュミスを生じたパケットのコピーが、ネットワーク装置上の処理装置へ送信される(350)。次に、処理装置は、その(S、G)組み合わせのキャッシュ・エントリを生成する(360)。キャッシュミスパケットの送信及び処理は、ハードウェア・フラッディングを開始する前、最中、及び/又は後に行うことができる。キャッシュ・エントリにより、同じ(S、G)組み合わせを有する後続パケットにキャッシュミス処理を行わずに、これらをハードウェア内でフォワーディングできるようになる。上述したように、キャッシュミスパケットの処理は、ネットワーク上で二重パケットを生成することになるという理由でスローパス・フォワーディングを含まない。
図4は、従来技術のイーサネット自動保護スイッチング(EAPS)システムを示すブロック図である。EAPSシステム400が、1又はそれ以上のEAPSドメイン401で構成される。EAPSシステム制御メッセージ417を送受信するために、EAPSドメインごとに制御VLAN403が生成される。EAPSドメイン401は、VLANを支える1又はそれ以上のデータのグループ404を保護するために作成される。
EAPSシステム400は、リング・ネットワーク402上で動作する。リング・ネットワーク402上の1つのノードが、マスタ・ノード405として指定される。マスタ・ノード405上の2つのリング・ポートが、1次ポート406及び2次ポート407として指定される。リング・ネットワーク402上の他の全てのノードがトランジット・ノード411であり、各々が独自のリング・ポート412を有する。個々のマスタ・ノード405及びトランジット・ノード411は、フォワーディング用データベース(FDB)408及び413をそれぞれ有し、この中にネットワーク通信経路に関する情報を記憶する。マスタ・ノード405は、リング・ネットワーク402の状態を記憶するための状態レジスタ409を有する。例示を目的として、リング・ネットワーク402の状態については、リング・ネットワーク402内に障害又は遮断が存在することを意味する「不十分」、或いはリング・ネットワークが遮断されておらず、又はリング・ネットワークが回復して全てのノードが正しく通信していることを意味する「完全」のいずれかで示す。トランジット・ノード411は、フォワーディング前の状態を記憶する状態レジスタ414、及びフォワーディング前タイマ415を有する。トランジット・ノード411はまた、一時的に遮断されたポートの識別情報を記憶する一時遮断ポート記憶領域(TBP)416も有する。
マスタ・ノード405及びトランジット・ノード411は、制御メッセージ417を使用して、制御VLAN403を介して通信する。実施形態における制御メッセージ417のいくつかの例には、ヘルスチェック・メッセージ、リンクダウン・メッセージ、及びフラッシュFDBメッセージがある。制御VLAN403上で送信されるメッセージは、フォワーディング用データベース413内のエントリに対応する特別なMAC(媒体アクセス制御)アドレスを有するため、トランジット・ノード411は、このメッセージを制御メッセージ417として認識する。マスタ・ノード及びトランジット・ノードは、制御メッセージ417をとりわけトラブルシューティングで使用するために記録するノードの中央処理装置(CPU)にコピーする前に、このメッセージをフォワーディングする。CPUが処理する前に制御メッセージ417をフォワーディングすることにより、以前の従来技術の方法により達成できるよりも大幅に短い時間での障害後のリング・ネットワーク402の収束が容易になる。
マスタ・ノード405は、ヘルスチェック制御メッセージ417を送信するためのクロックであるハロータイマ418を有する。ハロータイマ418が開始されると、このタイマは、マスタ・ノード405に、例えば1秒ごとなどの定期的に制御VLAN403上でヘルスチェック・メッセージ417を送信するように指示する。ヘルスチェック・メッセージ417は、リング・ネットワーク407を回ってフォワーディングされ、ほぼ瞬時にマスタ・ノード405へ戻る。マスタ・ノード405は、ヘルスチェック・メッセージ417を送信するときにフェイルタイマ410をセットする。ヘルスチェック・メッセージがマスタ・ノード405へ戻る前にフェイルタイマ410が切れた場合、マスタ・ノード405は、リング・ネットワーク402内に障害があると判断する。ヘルスチェック・メッセージ417は障害中でも送信される。障害が回復すると、ヘルスチェック・メッセージ417が再び戻ってくるようになるので、マスタ・ノード405は直ちにこれを知る。
図5は、様々な実施形態による、イーサネット自動保護スイッチング(EAPS)を利用するネットワーク装置を示すブロック図である。ネットワーク装置510は、(キャッシュなどの)1又はそれ以上のハードウェア・テーブル520、(中央処理装置(CPU)、ネットワーク処理装置(NPU)などの)処理装置530、及びパケット・プロセッサ540を含む。いくつかの実施形態では、EAPSトポロジ変更があった場合には常に、EAPS538が、VLANのリストを自己のポートリストとともにMCマネージャ534へ送信する。MCマネージャ534は、ハードウェア抽象化レイヤ(HAL)536内でプログラムされたフォワーディング用エントリのリスト、及びソフトウェア内に存在するその他のエントリのリストを、IGMPレポートに基づいて既に有している。
従って、MCマネージャ534は、EAPS538からVLANのリスト及びポートリストを受け取ると、この情報をIGMPレポートと全く同じように扱う。換言すれば、HAL536内で既にプログラムされているフォワーディング用エントリに関しては、MCマネージャ534が、(特定のマルチキャスト・ストリームに対応する)EAPS出口ポートを自己のキャッシュリストに追加して、更新済みのキャッシュリストをHAL536へ送信する。MCマネージャ534が、EAPS出口ポートリストをIGMPレポートよりもかなり速く受け取る点が異なっており、従って(単複の)マルチキャスト・ストリームの収束時間が大幅に短縮される。
HAL536内でプログラムされていない既知のマルチキャスト・ストリームのフォワーディング用エントリに関しては、MCマネージャ534が、EAPSポートを自己の既存のマルチキャスト・グループリストに追加する。HAL536内に存在しないストリームの場合、このようなストリームがネットワーク装置に到達するとデータフローが再開して、レイヤ2(L2)のキャッシュミスを引き起こし、このL2キャッシュミスがMCマネージャ534へ送信される。MCマネージャ534は、HAL536を新たなキャッシュ・エントリで更新することにより、キャッシュミスを処理する。新たなキャッシュ・エントリが生成されると、ハードウェア内でこの(単複の)新たなストリームのデータフローが切り替えられる。
他の実施形態では、(IGMPレポートを待つのではなく)EAPS538からポートリストを受け取るのに加え、MCマネージャ534が、ハードウェア・フラッディング状態を開始してタイマを起動する。いくつかの実施形態では、タイマの長さを約45秒とすることができるが、特定のネットワークのニーズに応じて、これよりもずっと短く又は長くすることができる。フラッディング状態を開始する一部として、MCマネージャ534は、関連するVLANをハードウェア・フラッディング・モードにセットするようにHAL536をプログラムする。このハードウェア・フラッディング状態/モードでは、MCマネージャ534がL2キャッシュミスを受け取り、キャッシュ・エントリを生成し、前述したようにHAL536をプログラムし、ハードウェアエントリが蓄積するにつれてL2キャッシュミスは次第に減少し始める。しかしながら、ハードウェア(すなわち、パケット・プロセッサ540及び(単複の)ハードウェア・テーブル520)は、(例えば特定のVLAN上で)ハードウェア・フラッディング状態/モードにあるような状態になるが、同時にハードウェアにおけるキャッシュヒットに対応する出口ポートリストに基づいてフォワーディングを行うことにより、このキャッシュヒットが尊重されるようになる。従って、ハードウェア内でプログラムされたこれらのエントリに関しては、パケットがフラッディングされたり、或いは処理装置530へ送信されることはない。しかしながら、キャッシュミスが存在する他の全てのマルチキャスト・データパケットに関しては、これらのパケットがハードウェア内でフラッディングされる一方で、キャッシュミスパケットのコピーがCPU530に送信されて処理される(すなわち、パケットをネットワークへフォワーディングして戻すことなく新たなキャッシュ・エントリを認識及び/又は生成する)。
フラッディングタイマが切れると、MCマネージャ534は、標準的なIGMPスヌーピング対応モードに戻る。
なお、EAPS538がMCマネージャ534にメッセージを送信してハードウェア・フラッディングを開始する際には、既存のキャッシュ・エントリをフラッシュすべきではない。さもなければ、追加のキャッシュミスが発生して処理装置530へ送信され、さらなる処理の負担が生じる。
EAPSリングに関する実施形態では、受信機が存在しない出口ポートをマルチキャスト・グループリストに追加することができる。通常のIGMPエージングを使用すると、受信機の無いポートへ送信されるトラフィックも最終的にはエージアウトするが、望ましいものよりも長い時間がかかることがある。従って、「高速」エージアウトを使用することができる。例えば、IGMPクエリを使用している場合、IGMPレポートを(5〜10秒、又はこれよりも短い又は長い)一定の期間内に期待すべきである。レポートを受け取るための期待時間を「高速」エージアウト時間として使用して、不要なトラフィック量を低減させることができる。
図6は、EAPSリング・ネットワークにおけるマルチキャスト収束のための処理を示すフロー図である。EAPSネットワークにおいてトポロジ変更が検出される(610)。これに応じて、少なくとも1つのノードが自己のIGMPスヌーピング・テーブルをクリアする(620)。プロキシIGMPクエリが送信されて(630)、マルチキャスト・フォワーディング用エントリが再認識される。ある時点において、EAPSネットワーク上でキャッシュミスが検出される(640)。キャッシュミスパケットを処理装置へ送信してスローパス・フォワーディングするのではなく、1又はそれ以上のポート上でハードウェアを介してパケットをネットワークにフラッディングする(650)。キャッシュミスパケットのコピーが装置の処理装置へ送信され(660)、ここでこのキャッシュミスパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリが生成される(670)。処理装置が、キャッシュミスパケットをネットワークへスローパス・フォワーディングして戻すことはない。
図7は、本明細書で説明する方法のいずれか1つ又はそれ以上をマシンに実施させるための命令セットを実行することができるコンピュータ・システム700の例示的な形のマシンの図形表示である。代替の実施形態では、このマシンを、ローカルエリア・ネットワーク(LAN)、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内の他のマシンに接続(例えばネットワーク接続)することができる。このマシンは、クライアントサーバネットワーク環境においてサーバ又はクライアントマシンとして、或いはピアツーピア(又は分散)ネットワーク環境においてピアマシンとして動作することができる。このマシンは、パーソナル・コンピュータ(PC)、タブレットPC、セットトップボックス(STB)、携帯情報端末(PDA)、携帯電話、又はこのマシンが行う動作を指定する命令セット(シーケンシャル又は他の方法で)を実行することができるいずれのマシンであってもよい。さらに、単一のマシンしか図示していないが、「マシン」という用語については、本明細書で説明する方法のいずれか1又はそれ以上を実施するための(1又は複数の)命令セットを個別に又は共同で実行するあらゆる一群のマシン(コンピュータなど)を含むとも解釈すべきである。
例示的なコンピュータ・システム700は、プロセッサ702と、(読み取り専用メモリ(ROM)、フラッシュメモリ、同期型DRAM(SDRAM)又はRambus DRAM(RDRAM)などのダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)のような)メインメモリ704と、(フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)などの)スタティックメモリ806と、(データ記憶装置などの)2次メモリ818とを含み、これらはバス708を介して互いに通信する。
プロセッサ702は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などの1又はそれ以上の汎用処理装置を表す。より具体的には、プロセッサ702は、複合命令セットコンピュータ(CISC)マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ(RISC)マイクロプロセッサ、超長命令語(VLIW)マイクロプロセッサ、その他の命令セットを実行するマイクロプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実行するマイクロプロセッサであってもよい。プロセッサ702はまた、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ(FPGA)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、ネットワークプロセッサなどの1又はそれ以上の専用処理装置であってもよい。プロセッサ702は、本明細書で説明した動作及びステップを実施するための処理ロジック126を実行するように構成される。
コンピュータ・システム700は、ネットワークインターフェイス装置716をさらに含むことができる。コンピュータ・システム700はまた、(液晶ディスプレイ(LCD)又はブラウン管(CRT)などの)ビデオディスプレイユニット710、(キーボードなどの)英数字入力装置712、及び(マウスなどの)カーソル制御装置714を含むこともできる。
2次メモリ718は、本明細書で説明した方法又は機能のいずれか1つ又はそれ以上を具体化する(ソフトウェア722などの)1又はそれ以上の命令セットを記憶するマシン可読記憶媒体(又はより具体的にはコンピュータ可読記憶媒体)724を含むことができる。ソフトウェア722は、コンピュータ・システム700により実行されている間、やはりマシン可読記憶媒体を構成するメインメモリ704及び/又は処理装置702内に完全に又は少なくとも部分的に常駐することができる。さらに、ソフトウェア722を、ネットワークインターフェイス装置716を通じてネットワーク720を介して送受信することもできる。
例示的な実施形態では、マシン可読記憶媒体724を単一の媒体として示しているが、「マシン可読記憶媒体」という用語は、1又はそれ以上の命令セットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体(集中又は分散データベース及び/又は関連するキャッシュ及びサーバなど)を含むと解釈すべきである。「マシン可読記憶媒体」という用語は、マシンが実行するための命令セットを記憶又はエンコードできるとともに本発明の方法のいずれか1つ又はそれ以上をマシンに実行させるあらゆる媒体を含むとも解釈すべきである。従って、「マシン可読記憶媒体」という用語は、以下に限定されるわけではないが、固体メモリ、並びに光学及び磁気媒体を含むと解釈すべきである。
本明細書では様々な動作又は機能について説明しているが、これらをソフトウェアコード又は命令として実現又は定義することができる。このようなコンテンツは、直接実行可能なもの(「オブジェクト」又は「実行可能」形式)、送信元コード、又は差分コードとすることができる。本明細書で説明した実施形態のソフトウェア実施構成は、コード又は命令を記憶した製造の物品を介して、或いは通信インターフェイスを動作させ、これを介してデータを送信する方法を通じて提供することができる。マシン又はコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で説明した機能又は動作をマシンに実行させることができ、また(読み取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置などの)記録可能/記録不能媒体のような、(コンピュータ装置、電子システムなどの)マシンがアクセスできる形で情報を記憶するあらゆる機構を含む。通信インターフェイスは、メモリバス・インターフェイス、プロセッサバスインターフェイス、インターネット接続、ディスク・コントローラなどの、配線接続、無線、光学などの媒体のいずれかにインターフェイス接続して別の装置と通信するあらゆる機構を含む。通信インターフェイスは、構成パラメータを提供し及び/又は信号を送信して通信インターフェイスを準備することにより、ソフトウェア・コンテンツを記述するデータ信号を提供するように構成することができる。通信インターフェイスには、この通信インターフェイスへ送信される1又はそれ以上のコマンド又は信号を介してアクセスすることができる。
本発明は、本明細書で説明した動作を行うためのシステムにも関する。このシステムは、必要な目的のために特別に構築することができ、或いはコンピュータに記憶されたコンピュータ・プログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを含むことができる。このようなコンピュータ・プログラムを、以下に限定されるわけではないが、フロッピー(登録商標)ディスク、光ディスク、CDROM、及び光磁気ディスクを含むあらゆる種類のディスク、読み取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、EPROM、EEPROM、磁気又は光カード、或いは電子命令を記憶するのに適したあらゆる種類の媒体などの、各々がコンピュータ・システムバスに結合されたコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができる。
本質的に、本明細書で示す方法及び表示は、いずれの特定のコンピュータ又はその他の装置に関するものでもない。本明細書の教示による様々なプログラムとともに汎用システムを使用することもでき、或いは必要な方法の動作を行うために、より専門的なシステムを構築するほうが便利であると分かる場合もある。様々なこれらのシステムの構造は、以下の説明に示すとおりである。また、本発明は、いずれかの特定のプログラミング言語又はオペレーティングシステムを参照しながら説明したものではない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書で説明した本発明の教示を実施することができ、これらの教示を様々なオペレーティングシステム内で実施できることが理解されよう。
本明細書で説明した様々な構成要素は、本明細書で説明した機能を実施するための手段とすることができる。本明細書で説明した個々の構成要素は、ソフトウェア、ハードウェア、又はこれらの組み合わせを含む。本明細書で説明した動作及び機能は、ソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール、(特定用途向けハードウェア、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)などの)専用ハードウェア、埋め込みコントローラ、ハードウェア回路などとして実現することができる。
本明細書で説明した内容に加え、開示した本発明の実施形態及び実施構成には、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることができる。従って、本明細書における例示及び用例は、限定的な意味ではなく例示的な意味で解釈すべきである。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することによってのみ評価すべきである。
110 ネットワーク装置; 120 ハードウェア・テーブル;
130 処理装置; 132 カーネル;
134 マルチキャスト・マネージャ; 136 ハードウェア抽象化レイヤ;
138 コマンドライン・インターフェイス; 140 パケット・プロセッサ。

Claims (19)

  1. トランジット・ノードにおいて、送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを有するマルチキャスト・データパケットを送信元ノードから受信するステップと、
    前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュミスを前記トランジット・ノードにおいて検出するステップと、
    前記マルチキャスト・データパケットを、ハードウェアを介して前記ネットワークのポート上にフラッディングするステップと、
    を含み、前記フラッディングが、仮想ローカルエリア・ネットワーク(VLAN)メンバシップに少なくとも部分的に基づいて、前記マルチキャスト・データパケットのコピーを前記トランジット・ノードの隣接ノードへフォワーディングするステップを含み、
    前記マルチキャスト・データパケットのキャッシュミスコピーをアウトオブライン処理装置へ送信するステップと、
    前記キャッシュミスコピーを前記処理装置から前記ネットワーク上へフォワーディングすることなく、前記マルチキャスト・データパケットの前記キャッシュミスコピーに、ソフトウェア処理にして、前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリをハードウェア抽象化レイヤを介して確立することを含んでいるソフトウェア処理を行うステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記アウトオブライン処理装置が、中央処理装置(CPU)又はネットワーク処理装置(NPU)の一方である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記ネットワークのノード上でインターネット・グループ管理プロトコル(IGMP)スヌーピングが有効にされる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. イーサネット自動保護スイッチング(EAPS)及びインターネット・グループ管理プロトコル(IGMP)スヌーピングを利用するネットワーク内のトポロジ変更を検出するステップを備え、
    前記EAPSネットワークに関連するIGMPスヌーピング・テーブルをクリアするステップを備え、
    前記EAPSネットワーク上へIGMPプロキシクエリを送出するステップと、
    送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを有するマルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュミスをEAPSノードにおいて検出するステップを備え、
    前記マルチキャスト・データパケットを、ハードウェアを介して前記EAPSネットワークのポート上にフラッディングをするステップを備え、このフラッディングには、仮想ローカルエリア・ネットワーク(VLAN)メンバシップに少なくとも部分的に基づいて、前記マルチキャスト・データパケットのコピーを前記EAPSノードの隣接ノードへフォワーディングすることが含まれ、
    前記マルチキャスト・データパケットのキャッシュミスコピーをアウトオブライン処理装置へ送信するステップを備え、
    前記キャッシュミスコピーを前記処理装置から前記EAPSネットワーク上へフォワーディングすることなく、前記マルチキャスト・データパケットの前記キャッシュミスコピーに、ソフトウエア処理にして、前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリをハードウェア抽象化レイヤを介して確立することを含んでいるソフトウェア処理を行うステップを備える、
    ことを特徴とする方法。
  5. 前記ハードウェア・フラッディングが、対応するタイマとともに開始する、
    ことを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 前記タイマが切れると、前記ハードウェア・フラッディングを停止するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. IGMPスヌーピングが有効にされる、
    ことを特徴とする請求項4に記載の方法。
  8. 送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを有するマルチキャスト・データパケットを受信するためのパケット・プロセッサを備え;
    マルチキャスト・トラフィックの、送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスに少なくとも部分的に基づくフォワーディング用エントリを記憶するためのハードウェアキャッシュを備え;
    前記パケット・プロセッサは、
    前記ハードウェアキャッシュの検索に基づいて前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュミスを検出すること、
    前記マルチキャスト・パケットを前記ネットワークのポート上にフラッディングをすること、このフラッディングには、VLANメンバシップに少なくとも部分的に基づいて、前記マルチキャスト・データパケットのコピーを前記トランジット・ノードの隣接ノードへフォワーディングすることが含まれ、
    前記マルチキャスト・データパケットのキャッシュミスコピーを処理装置へ送信し; そして、
    前記処理装置は、前記キャッシュミスコピーをネットワーク上へフォワーディングすることなく、前記マルチキャスト・データパケットの前記キャッシュミスコピーに、ソフトウェア処理にして、前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリをハードウェア抽象化レイヤを介して確立することを含んでいるソフトウェア処理を行う、
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  9. 前記処理装置が、前記ネットワーク装置をEAPSネットワーク上で構成するためのイーサネット自動保護スイッチング(EAPS)構成要素を含む、
    ことを特徴とする請求項8に記載のネットワーク装置。
  10. 前記処理装置が、前記ネットワーク装置をネットワーク上で構成するためのコマンドラインインターフェイス(CLI)を含む、
    ことを特徴とする請求項8に記載のネットワーク装置。
  11. 前記装置が、IGMPスヌーピングを有効にさせる、
    ことを特徴とする請求項8に記載のネットワーク装置。
  12. 前記パケット・プロセッサがタイマをさらに含み、前記タイマが切れると、前記パケット・プロセッサによる前記フラッディングが停止する、
    ことを特徴とする請求項9に記載のネットワーク装置。
  13. マシンに動作を実行させる命令を与えるためのコンテンツを有するコンピュータ可読記憶媒体であって、前記動作が、
    トランジット・ノードにおいて、送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを有するマルチキャスト・データパケットを送信元ノードから受信し、
    前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュミスを前記トランジット・ノードにおいて検出し、
    前記マルチキャスト・データパケットを、ハードウェアを介して前記ネットワークのポート上にフラッディングを行い、
    を含み、前記フラッディングが、仮想ローカルエリア・ネットワーク(VLAN)メンバシップに少なくとも部分的に基づいて、前記マルチキャスト・データパケットのコピーを前記トランジット・ノードの隣接ノードへフォワーディングを行い、
    前記マルチキャスト・データパケットのキャッシュミスコピーをアウトオブライン処理装置へ送信し、
    前記キャッシュミスコピーを前記処理装置から前記ネットワーク上へフォワーディングすることなく、前記マルチキャスト・データパケットの前記キャッシュミスコピーに、ソフトウェア処理にして、前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリをハードウェア抽象化レイヤを介して確立することを含んでいるソフトウェア処理を行うこと、
    を含んでいる、ことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
  14. 前記アウトオブライン処理装置が、中央処理装置(CPU)又はネットワーク処理装置(NPU)の一方である、
    ことを特徴とする請求項13に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  15. 前記ネットワークのノード上でインターネット・グループ管理プロトコル(IGMP)スヌーピングが有効にされる、
    ことを特徴とする請求項13に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  16. イーサネット自動保護スイッチング(EAPS)及びインターネット・グループ管理プロトコル(IGMP)スヌーピングを利用するネットワーク内のトポロジ変更を検出すること、
    前記EAPSネットワークに関連するIGMPスヌーピング・テーブルをクリアすること、
    前記EAPSネットワーク上へIGMPプロキシクエリを送出すること、
    送信元アドレス及びマルチキャスト・グループ・アドレスを有するマルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュミスをEAPSノードにおいて検出すること、
    前記マルチキャスト・データパケットを、ハードウェアを介して前記EAPSネットワークのポート上にフラッディングすること、
    を含み、前記フラッディングが、仮想ローカルエリア・ネットワーク(VLAN)メンバシップに少なくとも部分的に基づいて、前記マルチキャスト・データパケットのコピーを前記EAPSノードの隣接ノードへフォワーディングすること、
    前記マルチキャスト・データパケットのキャッシュミスコピーをアウトオブライン処理装置へ送信すること、
    前記キャッシュミスコピーを前記処理装置から前記EAPSネットワーク上へフォワーディングすることなく、前記マルチキャスト・データパケットの前記キャッシュミスコピーに、ソフトウェア処理にして、前記マルチキャスト・データパケットのハードウェア・キャッシュ・エントリをハードウェア抽象化レイヤを介して確立することを含んでいるソフトウェア処理を行うこと、
    を備える、
    ことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
  17. 前記ハードウェア・フラッディングが、対応するタイマとともに開始する、
    ことを特徴とする請求項16に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  18. 前記タイマが切れると、前記ハードウェア・フラッディングを停止するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項17に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  19. IGMPスヌーピングが有効にされる、
    ことを特徴とする請求項16に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
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