JP2013005080A - ルータおよび転送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワームホールルーティングを行う際の転送効率の低下を抑制する。
【解決手段】パケットを受け付けて記憶し、記憶したパケットを転送する複数のポートと、記憶したパケットの転送を許可することを示す転送許可情報を、複数のポートのうち、パケットを記憶しているポートに対してラウンドロビン方式によって順番に発行する発行部とを有するルータであって、複数のポートのうち、転送許可情報が発行されたポートは、記憶したパケットを転送し、発行部は、転送許可情報が発行されたポートからのパケットの転送が中断した場合、当該ポートに対して優先的に転送許可情報を発行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワームホールルーティングを行うルータおよび転送方法に関する。

オンチップネットワークや大規模並列計算機等において、ノード（ルータ）間でデータ（パケット）を転送する方式としてワームホールルーティングと呼ばれるものがある。ワームホールルーティングを行う場合パケットは、フリットという最小転送単位に分割される。

図５は、複数のフリットに分割されたパケットの一例を示す図である。

ワームホールルーティングを行う場合、パケットは図５に示すように、複数のフリットに分割される。なお、複数のフリットのうち、パケットの転送方向に対して先頭のフリットのことをヘッダフリットといい、最後のフリットのことをテイルフリットという。なお、ヘッダフリットは、そのヘッダフリットを含むパケットの宛先を示す情報を記憶している。そして、ヘッダフリットとテイルフリットとの間のフリットのことをボディフリットという。

ここで、複数のポートを有し、その複数のポートのそれぞれが、パケットを受け付けて記憶するバッファを備えるルータを用いてワームホールルーティングを行う場合、その複数のポートのそれぞれに同一の長さのタイムスライスが順番に割り当てられる。

図６は、複数のポートのそれぞれに順番に割り当てられるタイムスライスの一例を示す図である。なお、図６では、ルータがポートＡ〜Ｅの５つのポートを備えている場合を一例として示している。

図６に示す例では、時刻ｔ１１にポートＡにタイムスライスが割り当てられ、時刻ｔ１２にポートＢにタイムスライスが割り当てられる。同様に、時刻ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５のそれぞれにポートＣ、ポートＤ、ポートＥのそれぞれにタイムスライスが割り当てられ、そして、時刻ｔ１６に再びポートＡにタイムスライスが割り当てられる。

このように、複数のポートのそれぞれに同一の長さのタイムスライスが順番に割り当てられることにより、その複数のポートのそれぞれが備えるバッファに記憶されたパケットの転送順番が決定される。それとともに、その複数のポートのそれぞれに、パケットを転送する機会が均等に与えられることになる。

図６を参照しながら説明したタイムスライスの割り当てにより、ルータが有する複数のポートのうち、バッファにパケットが記憶されているポートに対してラウンドロビン方式によって転送許可情報が順番に発行されることになる。転送許可情報とは、ポートが備えるバッファに記憶されたパケットの転送を許可することを示す情報である。

複数のポートのそれぞれは、そのポートに対して転送許可情報が発行されると、そのポートが備えるバッファに記憶されたパケットを転送する。なお、転送許可情報が発行されたポートが備えるバッファに記憶されたパケットが転送されている間、他のポートからはパケットを転送することができない。

そして、転送許可情報が発行されたポートが備えるバッファに記憶されたパケットの転送が完了または中断すると、ラウンドロビン方式による転送許可情報の発行が再開される。

なお、ワームホールルーティングを行うルータにおいてパケットを転送する順番を調停するための技術が例えば、非特許文献１に開示されている。

三浦ほか「ワームホールルーティングにおける仮想チャネルフロー制御」情報処理学会研究報告［ハイパフォーマンスコンピューティング］98(115),59-64,1998.12.11

ここで、上述したラウンドロビン方式によって転送許可情報が発行されたポートが備えるバッファに記憶されたパケットの転送が中断した場合を考えてみる。なお、パケットの転送が中断する理由としては例えば、そのパケットの転送先のバッファに空きがなくなったこと等である。また、パケットの転送が中断した場合、パケットを構成する複数のフリットの一部がバッファに記憶されたままとなっている。

図７は、複数のポートのそれぞれに順番に割り当てられるタイムスライスの他の例を示す図である。なお、図７では図６と同様に、ルータがポートＡ〜Ｅの５つのポートを備えている場合を一例として示している。

図７に示す例では、時刻ｔ２１においてポートＣにタイムスライスが割り当てられ、ポートＣに対して転送許可情報が発行されてポートＣが備えるバッファに記憶されたパケットが転送される。

そして、時刻ｔ２２において、その転送先のバッファに空きがなくなったため、パケットの転送が中断する。そのため、ラウンドロビン方式による転送許可情報の発行が再開される。

その後、時刻ｔ２３においてその転送先のバッファに空きができるが、ラウンドロビン方式による転送許可情報の発行が継続している。そのため、例えば時刻ｔ２４においてポートＢにタイムスライスが割り当てられ、ポートＢに対して転送許可情報が発行されると、ポートＢが備えるバッファに記憶されたパケットが転送される。

これにより、ポートＣが備えるバッファに記憶されたままのフリットが転送されるまでの時間が長くなる。

複数のポートのそれぞれが備えるバッファは、ヘッダフリットを受け付けてからテイルフリットが転送されるまでの間、次のパケットを受け付けることができない。すなわち、複数のポートのそれぞれは、ヘッダフリットを受け付けてからテイルフリットが転送されるまでの間、そのパケットによって占有されることになる。

そのため、図７に示した例のように、ポートが備えるバッファに記憶されたままのフリットが転送されるまでの時間が長くなると、そのポートが１つのパケットに占有される時間が長くなる。この場合、ルータにおけるパケットの転送効率が低下してしまうという問題点がある。

本発明は、ワームホールルーティングを行う際のパケットの転送効率の低下を抑制することを可能にするルータおよび転送方法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のルータは、パケットを受け付けて記憶し、該記憶したパケットを転送する複数のポートと、前記記憶したパケットの転送を許可することを示す転送許可情報を、前記複数のポートのうち、パケットを記憶しているポートに対してラウンドロビン方式によって順番に発行する発行部とを有するルータであって、
前記複数のポートのうち、前記転送許可情報が発行されたポートは、前記記憶したパケットを転送し、
前記発行部は、前記転送許可情報が発行されたポートからのパケットの転送が中断した場合、当該ポートに対して優先的に前記転送許可情報を発行する。

また、上記目的を達成するために本発明の転送方法は、パケットを受け付けて記憶し、該記憶したパケットを転送する複数のポートを有し、前記記憶したパケットの転送を許可することを示す転送許可情報を、前記複数のポートのうち、パケットを記憶しているポートに対してラウンドロビン方式によって順番に発行するルータにおける転送方法であって、
前記複数のポートのうち、前記転送許可情報が発行されたポートから、前記記憶したパケットを転送する処理と、
前記転送許可情報が発行されたポートからのパケットの転送が中断した場合、当該ポートに対して優先的に前記転送許可情報を発行する優先発行処理と、を有する。

本発明は以上説明したように構成されているので、複数のポートのそれぞれが１つのパケットに占有される時間が長くなるのを回避することができる。

従って、ワームホールルーティングを行う際の転送効率の低下を抑制することが可能となる。

本発明のルータの実施の一形態の構成を示すブロック図である。 図１に示したポートの一構成例を示すブロック図である。 図１および図２に示したルータにおいて転送許可情報を発行する際の動作を説明するためのフローチャートである。 図１〜図３に示したルータにおいて複数のポートのそれぞれに順番に割り当てられるタイムスライスの一例を示す図である。 複数のフリットに分割されたパケットの一例を示す図である。 複数のポートのそれぞれに順番に割り当てられるタイムスライスの一例を示す図である。 複数のポートのそれぞれに順番に割り当てられるタイムスライスの他の例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のルータの実施の一形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態のルータ１０は図１に示すように、ポート１１−１〜１１−ｎと、ポート１１−１〜１１−ｎのそれぞれに対して転送許可情報を発行する発行部１２と、交換接続部１３とを備えている。なお、ポート１１−１〜１１−ｎのそれぞれは、例えばルータ１０に隣接する相互に異なる複数の隣接ルータ（不図示）のそれぞれと接続されている。

図２は、図１に示したポート１１−１の一構成例を示すブロック図である。なお、ポート１１−２〜１１−ｎも同様の構成である。

ポート１１−１は図２に示すように、ルーティングロジック記憶部１１ａと、転送用情報記憶部１１ｂと、制御部１１ｃと、バッファ１１ｄとを備えている。

バッファ１１ｄは、隣接ルータから送信されてきたパケットを受け付けて記憶する。具体的にはバッファ１１ｄは、受け付けたパケットを構成するフリットを、ヘッダフリット、ボディフリット、テイルフリットの順番で記憶する。そして、バッファ１１ｄは、後述する制御部１１ｃからの指示に応じ、記憶しているフリットを交換接続部１３へ出力する。なお、バッファ１１ｄは、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）に従い、記憶した順番と同じ順番でフリットを出力する。

ルーティングロジック記憶部１１ａは、パケットの転送先を決定するためのルーティングロジックを記憶している。

転送用情報記憶部１１ｂは、転送許可情報が発行される際の優先度を定める情報である優先度情報を記憶している。ここでは、優先度情報は整数値であるものとし、値がより大きいほどより優先度が高いものとする。また、転送用情報記憶部１１ｂは、ポート１１−１の状態を示すフラグを記憶している。ここでは、以下に示す（１）〜（３）の３つの状態のいずれかがフラグによって示されているものとする。

（１）転送待ち状態（転送許可情報が発行されるのを待っている状態）
（２）転送状態（転送許可情報が発行され、バッファ１１ｄに記憶されたパケットを転送している状態）
（３）待機状態（バッファ１１ｄに記憶されたパケットの転送先のバッファに空きがないために転送許可情報が発行されていない状態）
制御部１１ｃは、バッファ１１ｄにヘッダフリットが記憶されたかどうかを確認する。制御部１１ｃは、バッファ１１ｄにヘッダフリットが記憶されたことを確認すると、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報を、所定の基準値である０に設定する。そして、制御部１１ｃは、記憶されたヘッダフリットに含まれる情報と、ルーティングロジック記憶部１１ａに記憶されたルーティングロジックとに基づき、バッファ１１ｄに記憶されたヘッダフリットを含むパケットの転送先を決定する。そして、制御部１１ｃは、決定した転送先を示す転送先情報を発行部１２へ出力する。また、制御部１１ｃは、発行部１２から出力されたフラグ設定指示を受け付ける。フラグ設定指示は、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが示す状態を、制御部１１ｃに設定させるための指示である。そして、制御部１１ｃは、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが示す状態を、受け付けたフラグ設定指示が示す状態に設定する。また、制御部１１ｃは、発行部１２から出力された転送許可情報を受け付ける。そして、制御部１１ｃは、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが示す状態を転送状態に設定する。それとともに、制御部１１ｃは、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報を１つインクリメントする。そして、制御部１１ｃは、バッファ１１ｄに記憶されたフリットを交換接続部１３へ出力させる。すなわち、制御部１１ｃは、バッファ１１ｄに記憶されたパケットを転送する。なお、バッファ１１ｄに記憶されたパケットの転送が中断した場合、その後、制御部１１ｃは、発行部１２から出力された転送許可情報を再度受け付けることになる。この場合、制御部１１ｃは、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報をさらに１つインクリメントする。

再度、図１を参照すると、発行部１２は、ポート１１−１〜１１−ｎのそれぞれから出力された転送先情報を受け付ける。そして、発行部１２は、受け付けた転送先情報が示す転送先のバッファの空き状態を確認する。確認の結果、受け付けた転送先情報が示す転送先のバッファに空きがない場合、発行部１２は、受け付けた転送先情報の出力元のポートに、待機状態を示すフラグ設定指示を出力する。一方、確認の結果、受け付けた転送先情報が示す転送先のバッファに空きがある場合、発行部１２は、受け付けた転送先情報の出力元のポートに、転送待ち状態を示すフラグ設定指示を出力する。また、発行部１２は、ポート１１−１〜１１−ｎのそれぞれの転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグを確認し、フラグが転送待ち状態を示すポートに対してラウンドロビン方式によって順番に転送許可情報を発行する。具体的には発行部１２は、フラグが転送待ち状態を示すポートにラウンドロビン方式によって順番に転送許可情報を出力する。但し、このとき、発行部１２は、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが転送待ち状態を示すポートのうち、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報がより大きなポートに優先的に転送許可情報を出力する。この動作の詳細については、後述する動作フローにて説明する。また、発行部１２は、転送許可情報を出力するとともに、転送許可情報の出力先のポートから受け付けた転送先情報を交換接続部１３へ出力する。そして、発行部１２は、転送許可情報の出力先のポートからのパケットの転送が完了すると、そのポートから受け付けた転送先情報を削除する。なお、転送許可情報の出力先のポートは、そのポートからのパケットの転送が完了または中断するまで、後述する交換接続部１３を占有する。そして、そのポートからのパケットの転送が完了または中断し、交換接続部１３が解放された後、発行部１２は、次の転送許可情報を出力する。

交換接続部１３は、ポート１１−１〜１１−ｎのそれぞれから出力されたフリットを受け付ける。また、交換接続部１３は、発行部１２から出力された転送先情報を受け付ける。そして、交換接続部１３は、受け付けたフリットを、受け付けた転送先情報が示す転送先へ向けて出力する。つまり、交換接続部１３は、ポート１１−１〜１１−ｎのうちの２つのポートの一方をパケットの入力側のポートとし、もう一方のポートをそのパケットの出力側のポートとして接続する機能を有している。なお、図１では、ポート１１−１にて受け付けられたパケットが、ポート１１−２と接続された隣接ルータを転送先として転送されている状態を太線にて表している。

以下に、上記のように構成されたルータ１０において転送許可情報を発行する際の動作について説明する。

図３は、図１および図２に示したルータ１０において転送許可情報を発行する際の動作を説明するためのフローチャートである。なお、上述したように、ポート１１−１〜１１−ｎのそれぞれの制御部１１ｃは、バッファ１１ｄにヘッダフリットが記憶されたことを確認した後、転送先情報を発行部１２へ出力する。

発行部１２は、受け付けた転送先情報が示す転送先のバッファの空き状態を確認する（ステップＳ１）。

次に、発行部１２は、確認した空き状態に応じたフラグ設定指示を、ポート１１−１〜１１−ｎのうち、受け付けた転送先情報の出力元のポートへ出力する（ステップＳ２）。

次に、発行部１２は、ポート１１−１〜１１−ｎのうち、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが転送待ち状態を示すポートが存在するかどうかを確認する（ステップＳ３）。

ステップＳ３における確認の結果、ポート１１−１〜１１−ｎのうち、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが転送待ち状態を示すポートが存在しない場合、ステップＳ１の動作へ遷移する。

一方、ステップＳ３における確認の結果、ポート１１−１〜１１−ｎのうち、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが転送待ち状態を示すポートが存在する場合、発行部１２は、そのポートのうち、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報が１以上のポートが存在するかどうかを確認する（ステップＳ４）。

ステップＳ４における確認の結果、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報が１以上のポートが存在しない場合、発行部１２は、フラグが転送待ち状態を示すポートにラウンドロビン方式によって順番に転送許可情報を出力する（ステップＳ５）。また、発行部１２は、転送許可情報の出力先のポートから受け付けた転送先情報を交換接続部１３へ出力する。

次に、発行部１２は、転送許可情報の出力先のポートのうち、パケットの転送が完了したポートがあるかどうかを確認する（ステップＳ６）。

ステップＳ６における確認の結果、転送許可情報の出力先のうちパケットの転送が完了したポートがある場合、発行部１２は、そのポートから受け付けた転送先情報を削除する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ１の動作へ遷移する。

一方、ステップＳ６における確認の結果、転送許可情報の出力先のポートのうちパケットの転送が完了したポートがない場合、ステップＳ１の動作へ遷移する。

ここで、ステップＳ４における確認の結果、転送用情報記憶部１１ｂに記憶された優先度情報が１以上のポートが存在する場合、発行部１２は、転送用情報記憶部１１ｂに記憶されたフラグが転送待ち状態を示すポートの中に、優先度情報が最大である最優先ポートが複数存在するかどうかを確認する（ステップＳ８）。

ステップＳ８における確認の結果、最優先ポートが複数存在する場合、発行部１２は、ラウンドロビン方式によって複数の最優先ポートに順番に転送許可情報を出力する（ステップＳ９）。また、発行部１２は、転送許可情報の出力先のポートから受け付けた転送先情報を交換接続部１３へ出力する。そして、ステップＳ６の動作へ遷移する。

一方、ステップＳ８における確認の結果、最優先ポートが複数存在しない場合、すなわち、最優先ポートが１つだけ存在する場合、発行部１２は、その１つの最優先ポートに転送許可情報を出力する（ステップＳ１０）。また、発行部１２は、転送許可情報の出力先のポートから受け付けた転送先情報を交換接続部１３へ出力する。そして、ステップＳ６の動作へ遷移する。

以上が図１および図２に示したルータ１０において転送許可情報を発行する際の動作である。次に、図３に示した動作による転送許可情報の発行の具体例について説明する。

図４は、図１〜図３に示したルータ１０において複数のポートのそれぞれに順番に割り当てられるタイムスライスの一例を示す図である。なお、図４では、ルータ１０がポートＡ〜Ｅの５つのポートを備えている場合を一例として示している。ポートＡ〜Ｅは、例えば図１に示したポート１１−１〜１１−ｎのうちの５つである。

図４に示す例では、時刻ｔ１においてポートＣにタイムスライスが割り当てられ、ポートＣ対して転送許可情報が発行されてポートＣが備えるバッファに記憶されたパケットが転送される。

そして、時刻ｔ２において、その転送先のバッファに空きがなくなったため、パケットの転送が中断する。そのため、ラウンドロビン方式による転送許可情報の発行が再開される。

その後、時刻ｔ３においてその転送先のバッファに空きができると、ラウンドロビン方式による順番に従えばポートＥにタイムスライスが割り当てられるところであるが、ポートＣにタイムスライスが割り当てられ、ポートＣに対して転送許可情報が発行される。これは、ポートＣが備えるバッファに記憶されたパケットの転送が中断したことにより、ポートＣに対して転送許可情報が再度発行され、ポートＣに記憶された優先度情報が、ポートＡ、ポートＣ、ポートＤおよびポートＥのそれぞれに記憶された優先度情報よりも大きくなっていたためである。

このように本実施形態においてルータ１０は、パケットを受け付けて記憶し、記憶したパケットを転送するポート１１−１〜１１−ｎを有する。また、ルータ１０は、記憶したパケットの転送を許可することを示す転送許可情報を、ポート１１−１〜１１−ｎのうち、パケットを記憶しているポートに対してラウンドロビン方式によって順番に発行する発行部１２を有する。

ポート１１−１〜１１−ｎのうち転送許可情報が発行されたポートは、受け付けたパケットを転送する。

そして、発行部１２は、転送許可情報が発行されたポートからのパケットの転送が中断した場合、当該ポートに対して優先的に転送許可情報を発行する。

これにより、複数のポートのそれぞれが１つのパケットに占有される時間が長くなるのを回避することができる。

従って、ワームホールルーティングを行う際の転送効率の低下を抑制することが可能となる。

１０ ルータ
１１−１〜１１−ｎ ポート
１１ａ ルーティングロジック記憶部
１１ｂ 転送用情報記憶部
１１ｃ 制御部
１１ｄ バッファ
１２ 発行部
１３ 交換接続部

Claims (6)

1. パケットを受け付けて記憶し、該記憶したパケットを転送する複数のポートと、前記記憶したパケットの転送を許可することを示す転送許可情報を、前記複数のポートのうち、パケットを記憶しているポートに対してラウンドロビン方式によって順番に発行する発行部とを有するルータであって、
   前記複数のポートのうち、前記転送許可情報が発行されたポートは、前記記憶したパケットを転送し、
   前記発行部は、前記転送許可情報が発行されたポートからのパケットの転送が中断した場合、当該ポートに対して優先的に前記転送許可情報を発行するルータ。
2. 請求項１に記載のルータにおいて、
   前記複数のポートのそれぞれは、パケットを受け付けると、前記転送許可情報が発行される際の優先度を定める情報として記憶している値を所定の基準値に設定し、当該ポートに対して前記転送許可情報が発行されると、前記記憶している値を１つインクリメントし、
   前記発行部は、前記複数のポートのうち前記記憶している値がより大きなポートに対して優先的に前記転送許可情報を発行するルータ。
3. 請求項２に記載のルータにおいて、
   前記発行部は、前記複数のポートの中に前記記憶している値が最大である最優先ポートが複数存在する場合、該複数の最優先ポートに対してラウンドロビン方式によって前記転送許可情報を順番に発行するルータ。
4. パケットを受け付けて記憶し、該記憶したパケットを転送する複数のポートを有し、前記記憶したパケットの転送を許可することを示す転送許可情報を、前記複数のポートのうち、パケットを記憶しているポートに対してラウンドロビン方式によって順番に発行するルータにおける転送方法であって、
   前記複数のポートのうち、前記転送許可情報が発行されたポートから、前記記憶したパケットを転送する処理と、
   前記転送許可情報が発行されたポートからのパケットの転送が中断した場合、当該ポートに対して優先的に前記転送許可情報を発行する優先発行処理と、を有する転送方法。
5. 請求項４に記載の転送方法において、
   前記複数のポートのそれぞれが、パケットを受け付けると、前記転送許可情報が発行される際の優先度を定める情報として記憶している値を所定の基準値に設定する処理と、
   前記複数のポートのそれぞれが、当該ポートに対して前記転送許可情報が発行されると、前記記憶している値を１つインクリメントする処理と、をさらに有し、
   前記優先発行処理は、前記複数のポートのうち前記記憶している値がより大きなポートに対して優先的に前記転送許可情報を発行する処理である転送方法。
6. 請求項５に記載の転送方法において、
   前記優先発行処理では、前記複数のポートの中に前記記憶している値が最大である最優先ポートが複数存在する場合、該複数の最優先ポートに対してラウンドロビン方式によって前記転送許可情報を順番に発行する転送方法。

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