JP2015037227A

JP2015037227A - パケット転送装置およびパケット転送方法

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Publication number: JP2015037227A
Application number: JP2013168005A
Authority: JP
Inventors: 秀徳岩下; Hidenori Iwashita; 健坂入; Takeru Sakairi; 薫新井; Kaoru Arai; 宏一山田; Hirokazu Yamada; 小谷川　喬; Takashi Kotanigawa; 喬小谷川; 佳樹松末; Yoshiki Matsusue; 宏明小川; Hiroaki Ogawa
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2015-02-23

Abstract

【課題】パケット結合条件を見直すことにより、回路規模を増大を抑えながら複数の可変長パケットを結合して送出する。
【解決手段】バッファに格納された複数の可変長パケットを結合して送出するパケット転送装置において、バッファ読み出し時に、バッファに格納されている可変長パケットの数をカウントし、該格納パケット数が２以上であれば当該可変長パケットを結合して送出し、１つであれば結合せずにそのまま送出する処理手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、パケット転送網において、同じラベルをもつ複数のパケット（フレーム）を１つにまとめて転送するパケット転送装置およびパケット転送方法に関する。

ＭＰＬＳ−ＴＰ(Multiprotocol Label Switching-Transport Profile) 等のパケット転送網内で、パスと呼ばれる特定の通信経路を構築し転送を行う方式がある。この転送方式は、ＵＮＩ（User Network Interface）信号に対して、ラベルと呼ばれる短い固定長の識別標識（ＭＰＬＳ−ＴＰヘッダ）を付与してパスを識別する。このラベルをもとに転送を行うことにより、転送処理と経路計算処理の分離が可能となり、処理の高速化が実現できる。

図６は、ＭＰＬＳ−ＴＰにEthernet（登録商標）信号を収容したときのフレーム構成例を示す。図６(1) は、クライアント側から入力するパケットを結合する前のＵＮＩEthernet信号、図６(2) は、通常のＭＰＬＳ−ＴＰ方式でＵＮＩEthernet信号をカプセリングした場合のＮＮＩ信号を示す。１つのＵＮＩEthernet信号に対してラベルが付与され、ＮＮＩ側もEthernetインタフェースを利用していた場合、ＮＮＩのＭＡＣヘッダが付与される。ＮＮＩのＭＡＣヘッダには、ＮＮＩ−ＤＡ，ＮＮＩ−ＳＡ，Type（合計14byte）が含まれる。ラベルには、ラベルスタック＝２の場合で、Shim1 ，Shim2 ，ＣＷ（合計12byte）が含まれる。

このようなラベルを元に転送経路を決める方式では、ＵＮＩ信号に対してラベル分の帯域が増加することになる。また、ラベルスタック数が多くなるにつれて帯域が増加する。
ＵＮＩ信号のフレームサイズＦに対する帯域増加率Ｒ(Ｆ)は、ラベルスタック＝２の場合は、
Ｒ(Ｆ)＝（Ｆ＋50)／(Ｆ＋20）
となる。これをグラフにしたのが図７である。フレームサイズＦが小さくなるに従って帯域増加率が大きくなり、最小フレーム64byteのときに帯域増加率が最大値1.37になる。

これは、特にＵＮＩ信号の帯域を確実に保証した場合、収容数が圧迫されることを示す。例えば、ＵＮＩ信号がＧｂＥ(Giga Bit Ethernet) で、ＮＮＩが10ＧｂＥの場合、Ethernetのショートフレーム(64byte)を確実に転送しようとすると、10ＧｂＥ中にＧｂＥを収容したパスを７本しか設定できないことになる。
また、ＵＮＩ−ＩＦおよびＮＮＩ−ＩＦがともに10ＧｂＥ−ＩＦの場合、ＮＮＩの帯域圧迫があるため、10Ｇbps フルレート伝送ができないことになる。

このような問題を解決するため、固定長パケットの場合は複数のクライアントパケットを１つにまとめて転送するパケットバインド方式が適用されている。最近では、Ethernetのような複数の可変長パケットにも対応し、かつパケットの待ち合わせ処理を行うことで帯域増加を抑えて収容率を向上させられるパケットバインド方式（特許文献１）が提案されている。特許文献１のパケットバインド化処理例を図３(1) に示す。パケット２の受信後の待ち時間中にパケット３を受信し、パケット２とパケット３を結合して転送する。

図６(3) は、２フレームのバインド化フレーム構成を示す。各フィールドは、ＩＦＧ、ＰＡ＋ＳＦＤ、ＮＮＩのＭＡＣヘッダ、ラベル、レングス値Ｌ１、Ethernetフレーム１、Ethernetフレーム２、ＮＮＩのＦＣＳである。なお、Ethernetフレーム１のＵＮＩのＭＡＣヘッダを、ＮＮＩのＭＡＣヘッダとして転送してもよい。

レングス値Ｌ１は、バインド化Ethernetフレーム１とEthernetフレーム２を分割するためのEthernetフレーム１のサイズである。例えば、フレームサイズが65536byte まで対応できるように２byteとする。ラベルは、ラベルスタック＝２の場合に12byteであるが、ラベルスタック数に応じ、さらにレングス値Ｌ１を合せてａ₂byteとする。

図６(4) は、Ｎフレームのバインド化フレーム構成を示す。各フィールドは、ＩＦＧ、ＰＡ＋ＳＦＤ、ＮＮＩのＭＡＣヘッダ、ラベル、バインド化したフレーム数Ｎ、バインド化するEthernetフレーム１〜(N-1) のレングス値Ｌ１〜Ｌ(N-1) 、Ethernetフレーム１〜Ｎ、ＮＮＩのＦＣＳである。なお、Ethernetフレーム１のＵＮＩのＭＡＣヘッダを、ＮＮＩのＭＡＣヘッダとして転送してもよい。

このようなフレーム構成により、各Ethernetフレームの分割位置を把握することができ、さらにラベルを共有することにより、ペイロードに対するオーバーヘッドの割合を小さくし、帯域増加を低減することができる。

特開２０１１−１７１８２６号公報

特許文献１のフレームバインド方式は、図３(1) に示すように、パケットサイズごとに待ち時間を定義するため、パケット結合条件が複雑となり回路規模が増大する課題があった。

本発明は、パケット結合条件を見直すことにより、回路規模を増大を抑えながら複数の可変長パケットを結合して送出することができるパケット転送装置およびパケット転送方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、バッファに格納された複数の可変長パケットを結合して送出するパケット転送装置において、バッファ読み出し時に、バッファに格納されている可変長パケットの数をカウントし、該格納パケット数が２以上であれば当該可変長パケットを結合して送出し、１つであれば結合せずにそのまま送出する処理手段を備える。

第１の発明のパケット転送装置において、処理手段は、バッファ読み出し時に、トークンバケットのサイズを確認し、そのサイズから送出パケット数を算出し、格納パケット数と該送出パケット数の範囲で可変長パケットを結合し、または結合せずに送出する制御を行う。

第１の発明のパケット転送装置において、処理手段は、格納パケット数に応じて可変長パケットを結合し、または結合せずに送出するときに、送出するパケットのサイズに応じたＩＦＧを挿入またはＩＦＧ分だけ待機する制御を行う。

第２の発明は、バッファに格納された複数の可変長パケットを結合して送出するパケット転送方法において、処理手段がバッファ読み出し時に、バッファに格納されている可変長パケットの数をカウントし、該格納パケット数が２以上であれば当該可変長パケットを結合して送出し、１つであれば結合せずにそのまま送出する。

第２の発明のパケット転送方法において、処理手段は、バッファ読み出し時に、トークンバケットのサイズを確認し、そのサイズから送出パケット数を算出し、格納パケット数と該送出パケット数の範囲で可変長パケットを結合し、または結合せずに送出する制御を行う。

第２の発明のパケット転送方法において、処理手段は、格納パケット数に応じて可変長パケットを結合し、または結合せずに送出するときに、送出するパケットのサイズに応じたＩＦＧを挿入またはＩＦＧ分だけ待機する制御を行う。

本発明は、バッファ読み出し時に、バッファに格納されている可変長パケットの数に応じて、可変長パケットを結合して送出するか結合せずに送出するかを選択することができ、回路規模を抑えながらパケットバインド方式によるパケット転送が可能となる。
また、帯域制御を行いつつ、パケットバインド処理が可能となり、効率的な転送が可能になる。

本発明の実施例１のパケット転送装置における処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施例１の動作例を示す図である。パケットバインド化処理例を示す図である。本発明の実施例２のパケット転送装置において、トークンバケットにより帯域制御を行う処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施例２のパケット転送装置において、一定レート出力により帯域制御を行う処理手順を示すフローチャートである。ＭＰＬＳ−ＴＰにEthernet信号を収容したときのフレーム構成例を示す図である。ＭＰＬＳ−ＴＰにEthernet信号を収容したときの帯域増加率を示す図である。

図１は、本発明の実施例１のパケット転送装置における処理手順を示す。ここでは、パケット転送装置のバッファに対して入力側（クライアント側）のフレーム処理速度が、出力側（中継網側）のフレーム処理速度より早く、バッファに複数のパケットが蓄積されるが、３パケット結合までを上限とする例を示す。

図１において、アイドル状態（Ｓ１）のパケット転送装置に到着したパケットは、出力側の動作とは独立してバッファに格納される（Ｓ２）。出力側でバッファ読み出しが可能になれば（Ｓ３）、バッファに格納されているパケットの数をカウントする（Ｓ４）。ここで、バッファに格納されているパケットが３以上あれば（Ｓ５）、３つのパケットを結合して送出する（Ｓ６）。バッファに格納されている（残っている）パケットが２つであれば（Ｓ７）、２つのパケットを結合して送出し（Ｓ８）、バッファに格納されている（残っている）パケットが１つであれば（Ｓ９）、そのまま１つのパケットを送出する（Ｓ10）。そして、バッファに格納されているパケットが無くなれば、パケット転送装置にパケットが到着するまでアイドル状態となる（Ｓ１）。

このように、実施例１のパケット転送装置は、バッファ読み出し時にバッファに格納されているパケットの数をカウントし、その格納パケット数に応じて結合要否を判定し、格納パケット数が２以上であれば結合して転送し、１つであれば結合せずにそのまま転送する制御を行う。

図２は、本発明の実施例１の動作例を示す。
図２(1) は、フルレートでパケットがバッファに入力し、バッファ読み出し時に複数のパケットが格納されている場合を示す。バッファ読み出し時に、バッファに格納されているパケット数をカウントし、バッファ内に複数のパケットが存在すれば結合して転送する。ここでは、バッファからパケット１を送出後の次のバッファ読み出し時に、パケット２とパケット３が格納されていたため、そのパケット２とパケット３を結合して送出する。パケット中継網に出力されるパケットの冒頭には、図中ハッチングで示すラベルが付加される。また、パケット結合時には、バインド化したパケットを分割するためのパケットサイズの情報（図６(3) に示すレングス値Ｌ１）が付加される。

図２(2) は、バッファ読み出し時にバッファに１つのパケットが格納されている場合を示す。バッファ読み出し時に、バッファに格納されているパケット数が１つであれば、そのまま転送する。ここでは、パケット２を送出後の次のバッファ読み出し時に、バッファにパケット３しかないため、その１つのパケット３を即時に送出する。

図３は、パケットバインド化処理例を示す。図３(1) は特許文献１のパケットバインド化処理例を示し、図３(2) は本発明のパケットバインド化処理例を示す。

図３(2) において、パケット０はそのまま出力し、パケット１〜パケット６もそのまま出力する。なお、パケット０〜パケット６を出力する際に、フレーム冒頭に図中ハッチングで示すラベルが付加され、その分だけ出力タイミングが遅れていく。パケット７の出力時に、すでにパケット８がバッファに格納されているため、パケット７とパケット８を結合して送出する。

実施例１は帯域制御を行わない方式であり、物理的なＩＦ速度を上限としてバインド機能が働くため、帯域が小さければバインド処理が働かない。そこで、実施例２では、各フローごとにバインド処理を行わせたい場合に、各フローにて帯域制御を行ってバインド処理を行わせる例を示す。パケット転送装置の帯域制御には、トークンバケットをベースとした方式と、一定レートで送出する方式がある。

図４は、本発明の実施例２のパケット転送装置において、トークンバケットにより帯域制御を行う処理手順を示す。ここでは、３パケット結合までを上限とする。

図４において、ステップＳ１〜Ｓ10は実施例１と同様の処理を行う。ステップＳ５において、バッファに格納されているパケットが３以上あれば、先頭から３つ分のパケットのトークンがあるときに（Ｓ11：Yes ）、３つのパケットを結合して送出する（Ｓ６）。また、先頭から３つ分のパケットのトークンがない場合（Ｓ11：No）、あるいはバッファに格納されているパケットが２つであれば（Ｓ７：Yes ）、先頭から２つ分のパケットのトークンがあるときに（Ｓ12：Yes ）、２つのパケットを結合して送出する（Ｓ８）。また、先頭から２つ分のパケットのトークンがない場合（Ｓ12：No）、あるいはバッファに格納されているパケットが１つであれば（Ｓ９：Yes ）、先頭から１つ分のパケットのトークンがあるときに（Ｓ13：Yes ）、１つのパケットをそのまま送出する（Ｓ10）。そして、先頭から１つ分のパケットのトークンがない場合（Ｓ13：No）は、次のトークン入力まで待つ（Ｓ14）。

図５は、本発明の実施例２のパケット転送装置において、一定レート出力により帯域制御を行う処理手順を示す。ここでは、３パケット結合までを上限とする。

図５において、ステップＳ１〜Ｓ10は実施例１と同様の処理を行う。ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ10において、それぞれ３パケットまたは２パケットを結合して、あるいは１パケットをそのまま送出するときに、送出するパケットのサイズを換算し、パケットサイズに応じたＩＦＧを挿入またはＩＦＧ分だけ待機する処理を行う（Ｓ15）。図中に、送出したパケットサイズに応じて待ち時間（次の送出時間）であるＩＦＧの制御例を示す。パケットサイズをＥ、フルレートに対する制御レートをＲとすると、次の関係がある。
（１／（Ｅ＋ＩＦＧ))：（１／（Ｅ＋12byte))＝１：Ｒ
ＩＦＧ＝((Ｅ＋12byte) ／Ｒ) −Ｅ

１１パケット転送装置
１２バッファ

Claims

バッファに格納された複数の可変長パケットを結合して送出するパケット転送装置において、
バッファ読み出し時に、前記バッファに格納されている前記可変長パケットの数をカウントし、該格納パケット数が２以上であれば当該可変長パケットを結合して送出し、１つであれば結合せずにそのまま送出する処理手段を備えた
ことを特徴とするパケット転送装置。
請求項１に記載のパケット転送装置において、
前記処理手段は、前記バッファ読み出し時に、トークンバケットのサイズを確認し、そのサイズから送出パケット数を算出し、前記格納パケット数と該送出パケット数の範囲で前記可変長パケットを結合し、または結合せずに送出する制御を行う
ことを特徴とするパケット転送装置。
請求項１に記載のパケット転送装置において、
前記処理手段は、前記格納パケット数に応じて前記可変長パケットを結合し、または結合せずに送出するときに、送出するパケットのサイズに応じたＩＦＧを挿入またはＩＦＧ分だけ待機する制御を行う
ことを特徴とするパケット転送装置。
バッファに格納された複数の可変長パケットを結合して送出するパケット転送方法において、
処理手段は、バッファ読み出し時に、前記バッファに格納されている前記可変長パケットの数をカウントし、該格納パケット数が２以上であれば当該可変長パケットを結合して送出し、１つであれば結合せずにそのまま送出する処理を行う
ことを特徴とするパケット転送方法。
請求項４に記載のパケット転送方法において、
前記処理手段は、前記バッファ読み出し時に、トークンバケットのサイズを確認し、そのサイズから送出パケット数を算出し、前記格納パケット数と該送出パケット数の範囲で前記可変長パケットを結合し、または結合せずに送出する制御を行う
ことを特徴とするパケット転送方法。
請求項４に記載のパケット転送方法において、
前記処理手段は、前記格納パケット数に応じて前記可変長パケットを結合し、または結合せずに送出するときに、送出するパケットのサイズに応じたＩＦＧを挿入またはＩＦＧ分だけ待機する制御を行う
ことを特徴とするパケット転送方法。