JP2015177534A - Packet exchange device, and packet exchange method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パケット交換装置、及びパケット交換方法に関し、パケット交換方式と呼ばれる通信方式を利用した通信網で用いられるノード装置としてのパケット交換装置、及びパケット交換方法に適用し得るものである。 The present invention relates to a packet switching device and a packet switching method, and can be applied to a packet switching device and a packet switching method as node devices used in a communication network using a communication method called a packet switching method.
ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やインターネットなどのネットワークは、パケット交換方式と呼ばれる通信方式を利用した通信網である。従来、これらのネットワークでは、ノード装置としてパケット交換機が使用される。 A network such as a LAN (Local Area Network) or the Internet is a communication network using a communication method called a packet switching method. Conventionally, in these networks, a packet switch is used as a node device.
従来のパケット交換方式は情報をパケットと呼ばれる単位に分割して送信する。このため、パケット単位での待ち合わせが可能となり、複数のユーザで回線を共有し、効率よく並列に転送することができる。また、パケット交換装置の記憶部に一旦パケットを蓄積して転送するので、様々な通信状況に対応できるインテリジェントなネットワークを構築することができる。 In the conventional packet switching method, information is divided into units called packets and transmitted. This makes it possible to wait in units of packets, share a line among a plurality of users, and efficiently transfer in parallel. In addition, since packets are temporarily stored and transferred to the storage unit of the packet switching apparatus, an intelligent network that can cope with various communication situations can be constructed.
一方、近年、ネットワークを利用して提供されるサービスやアプリケーションの多様化に伴って、様々な通信品質を保証する必要性が高まってきている。通信品質を表す指標には、データ廃棄率、伝搬遅延、伝搬遅延ゆらぎなどがある。たとえばリアルタイム性を必要とする音声／動画通信では、低廃棄率、低遅延および低ゆらぎの保証が要求される。一方、それほどリアルタイム性を必要としないデータ通信では低廃棄率の保証が要求される。 On the other hand, in recent years, with the diversification of services and applications provided using a network, there is an increasing need to guarantee various communication qualities. The index representing the communication quality includes a data discard rate, a propagation delay, a propagation delay fluctuation, and the like. For example, in audio / video communication that requires real-time performance, a low discard rate, low delay, and low fluctuation are required. On the other hand, a low discard rate guarantee is required for data communications that do not require real-time performance.
サービスやアプリケーションの違いによって、それぞれの通信品質レベルを保証するために、サービスやアプリケーション毎に優先度を決め、その優先度に従って、パケットを出力する優先制御機能を有するパケット交換装置の要求が高まってきている。 Due to differences in services and applications, in order to guarantee the respective communication quality levels, priority is determined for each service and application, and the demand for packet switching devices having a priority control function for outputting packets according to the priority has increased. ing.
また、通信事業者と利用者間で、通信サービスに対応する最低帯域を保証したり、最大制限帯域で利用可能な帯域を制限したりする帯域制御機能も必要となってきている。 In addition, a bandwidth control function for guaranteeing a minimum bandwidth corresponding to a communication service or limiting a usable bandwidth with a maximum restricted bandwidth is required between a communication carrier and a user.
そこで、このような優先制御機能や帯域制御機能を有するパケット交換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されているパケット交換装置は、入力インタフェース、出力インタフェース及びパケット交換部を備えて構成されている。入力インタフェースは、受信したユーザパケットを優先度に従って、パケット交換部に転送する。パケット交換部は、入力インタフェースから受け取ったユーザパケットを、その宛先アドレスに基づいて、対応する出力インタフェースに送る。出力インタフェースは、ユーザパケットの優先度に応じたパケットキューと、それらのキューをグループ化したキューグループを有している。各キューグループには、通信サービス契約で定められた最低保証帯域が割り当てられていて、各キューグループからの読出し帯域を制御することにより、最低帯域の保証や、利用者間での余剰帯域の割り当ての公平性を実現している。また、キューグループからの読み出しの際に、キューグループ内の優先度に従って、読出し制御することにより、通信品質レベルが保証される。 Therefore, a packet switching apparatus having such a priority control function and a bandwidth control function has been proposed (for example, see Patent Document 1). The packet switching device disclosed in Patent Document 1 includes an input interface, an output interface, and a packet switching unit. The input interface transfers the received user packet to the packet switching unit according to the priority. The packet switching unit sends the user packet received from the input interface to the corresponding output interface based on the destination address. The output interface has a packet queue corresponding to the priority of user packets and a queue group in which these queues are grouped. Each queue group is allocated the minimum guaranteed bandwidth specified in the communication service contract. By controlling the read bandwidth from each queue group, the minimum bandwidth is guaranteed and the surplus bandwidth is allocated between users. Realization of fairness. Further, when reading from the queue group, the communication quality level is guaranteed by performing read control according to the priority in the queue group.
しかしながら、上述の特許文献１に開示されているパケット交換装置では、複数の入力インタフェースから１つの出力インタフェースにパケットを送るときに、各入力インタフェースからのパケットの合計が、パケット交換部と、出力インタフェースの間の伝送帯域を超過してしまうと、出力インタフェースにパケットが到着する前に、パケット廃棄が発生することになる。このため、帯域制御が不完全になり、最低帯域の保証や、各利用者間の公平性の維持したい場合、その実現が困難になる。 However, in the packet switching device disclosed in Patent Document 1 described above, when packets are sent from a plurality of input interfaces to one output interface, the total number of packets from each input interface is determined by the packet switching unit and the output interface. If the transmission bandwidth is exceeded, packet discard occurs before the packet arrives at the output interface. For this reason, the bandwidth control becomes incomplete, and it is difficult to realize the minimum bandwidth guarantee and the fairness among users.
この課題を解決した発明として、特許文献２に開示されている交換装置がある。この特許文献２に開示されているパケット交換装置は、出力インタフェースにおいて、各入力インタフェースから受け取る送信要求量に応じて送信許可量を算出し、入力インタフェースでは、送信許可量に応じて、送信を行う。出力インタフェースで帯域を管理されるので、入力インタフェースと出力インタフェースの間など、出力インタフェースが受け取るまでのパケットの廃棄がなくなり、各契約の最低帯域の保証や、各利用者間の公平性の維持が実現される。
As an invention that solves this problem, there is an exchange device disclosed in
しかしながら、上述の特許文献２に開示されているパケット交換装置では、パケットキュー毎の送信要求量を入力インタフェースから出力インタフェースに送信し、出力インタフェースで各送信要求量と最低保証帯域などの情報から各パケットキューの送信許可量を計算し、そのパケットキュー毎の送信許可量を出力インタフェースから入力インタフェースへ送信する必要がある。そのため、パケットキューおよびパケットキューグループが多くなると、入出力インタフェース間の送受信情報の増大、および出力インタフェースでの計算処理負荷の増大等の要因により、パケット交換装置の実現が困難になる。
However, in the packet switching device disclosed in
この課題を解決した発明として、特許文献３に開示されている交換装置がある。この特許文献３に開示されているパケット交換装置では、入力インタフェース側から出力インタフェース側へ通知される帯域制御用の情報は各キューグループの閾値超過状態（０か１かの１ビット）である。また、特許文献３のパケット交換装置では、出力インタフェース側から入力インタフェース側へ通知される帯域制御用の情報は各キューグループ個別の送信許可量ではなく、入力インタフェース単位の送信制限帯域であるため、帯域制御用情報の伝送量の削減を可能としている。また帯域制御用情報が少なくなるため、送信制限帯域演算の処理負荷の低減を可能としている。
As an invention that solves this problem, there is an exchange device disclosed in
しかしながら、上述の特許文献３に開示されているパケット交換装置では、以下の様な課題がある。
However, the packet switching device disclosed in
以下では、特許文献３のパケット交換装置（特許文献３の図３参照）において、仮に、第１の入出力インタフェース部、及び第２の入出力インタフェース部のポート帯域がそれぞれ１０Ｇｂｐｓ、第３の入出力インタフェース部のポート帯域が１０Ｇｂｐｓとした想定について説明する。 In the following, in the packet switching apparatus of Patent Document 3 (see FIG. 3 of Patent Document 3), it is assumed that the port bandwidths of the first input / output interface unit and the second input / output interface unit are 10 Gbps and third input, respectively. The assumption that the port bandwidth of the output interface unit is 10 Gbps will be described.
この想定の場合、第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部から第３の入出力インタフェース部方向への通信は総帯域２０Ｇｂｐｓから１０Ｇｂｐｓへの集線となるが、第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部の読出制御によりユーザ間帯域公平性が実現可能であるため問題ない。また、第３の入出力インタフェース部から第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部方向への通信は１０Ｇｂｐｓから１０Ｇｂｐｓとなるため帯域制御は必要なく問題ない。一方で、第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部のポート帯域がそれぞれ１０Ｇｂｐｓ、第３の入出力インタフェース部のポート帯域が２０Ｇｂｐｓの場合、第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部から第３の入出力インタフェース部方向への通信は総帯域２０Ｇｂｐｓから２０Ｇｂｐｓとなるため帯域制御は必要なく問題ないが、第３の入出力インタフェース部から第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部方向への通信に関しては、第３の入出力インタフェース部からの通信がすべて第１の入出力インタフェース部または第２の入出力インタフェース部のいずれかに集中した場合に輻輳が発生するため、第３の入出力インタフェース部に帯域制御機能が必要となる。さらに第３の入出力インタフェース部からは第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部へのルートがあるため、それぞれのルートで個別に帯域制御機能を実装する必要がある。つまり第１の入出力インタフェース部および第２の入出力インタフェース部側をダウンリンク、第３の入出力インタフェース部側をアップリンクとすると、アップリンクポート１に対して、ダウンリンクポート数が多くなると、アップリンクポート側にダウンリンクポート数分の帯域制御回路が必要になる。 In this case, communication from the first input / output interface unit and the second input / output interface unit toward the third input / output interface unit is concentrated in the total bandwidth from 20 Gbps to 10 Gbps. There is no problem because inter-user bandwidth fairness can be realized by reading control of the interface unit and the second input / output interface unit. Further, since communication from the third input / output interface unit toward the first input / output interface unit and the second input / output interface unit is changed from 10 Gbps to 10 Gbps, the bandwidth control is unnecessary and there is no problem. On the other hand, when the port bandwidth of the first input / output interface unit and the second input / output interface unit is 10 Gbps, and the port bandwidth of the third input / output interface unit is 20 Gbps, the first input / output interface unit and the second input / output interface unit In the communication from the input / output interface unit to the third input / output interface unit, the total bandwidth is changed from 20 Gbps to 20 Gbps, so there is no need to control the bandwidth, but there is no problem, but the third input / output interface unit to the first input / output interface unit As for communication in the direction of the second input / output interface unit, when all communication from the third input / output interface unit is concentrated on either the first input / output interface unit or the second input / output interface unit. Due to congestion, the third input / output interface unit has a bandwidth control function. The cornerstone. Furthermore, since there is a route from the third input / output interface unit to the first input / output interface unit and the second input / output interface unit, it is necessary to individually implement the bandwidth control function in each route. In other words, if the first input / output interface unit and the second input / output interface unit side are downlinks, and the third input / output interface unit side is uplinks, the number of downlink ports increases with respect to uplink port 1. On the uplink port side, as many bandwidth control circuits as the number of downlink ports are required.
そのため、特許文献３に記載のパケット交換装置では、回路規模の大きい帯域制御回路を複数搭載する必要があり、パケット交換装置の実現が困難になってしまうという課題がある。
For this reason, the packet switching device described in
そこで、上述の課題に鑑みて、帯域制御に必要となる回路規模を増大することなく、各回線の最低帯域保証に応じた公平性を実現する、パケット交換装置及びパケット交換方法が望まれている Therefore, in view of the above-described problems, there is a demand for a packet switching apparatus and a packet switching method that achieve fairness according to the minimum bandwidth guarantee for each line without increasing the circuit scale required for bandwidth control.
第１の本発明は、（１）パケットが入力される複数の入力インタフェース手段と、パケットを出力する複数の出力インタフェースと手段とを備えたパケット交換装置において、（２）それぞれの入力インタフェース手段は、（２−１）入力されたパケットを、キューごとにバッファに蓄積して出力する入力バッファ手段と、（２−２）上記入力バッファ手段で、輻輳状態になったキューを検出する輻輳状態検出手段と、（２−３）輻輳状態となったキューに係る上記出力インタフェース手段に輻輳状態に係る輻輳状態通知情報を送信する輻輳状態通知手段とを備え、（４）それぞれの上記出力インタフェース手段は、（１）上記入力インタフェース手段から輻輳状態通知情報が通知されると、所定の最低保証帯域に基づいて、それぞれの上記入力インタフェース手段について、パケット供給を制限する送信制限帯域を算出する送信制限帯域算出手段と、（２）それぞれの上記入力インタフェース手段に、算出した送信制限帯域に基づく送信制限帯域の情報を通知する送信制限帯域通知手段とを有し、（３）それぞれの入力インタフェース手段は、上記出力インタフェース手段から送信制限帯域情報が通知された場合、その送信制限帯域の情報に基づいて、上記入力バッファ手段を制御する帯域制御手段をさらに有することを特徴とするパケット交換装置。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a packet switching apparatus comprising: (1) a plurality of input interface means for inputting a packet; and a plurality of output interfaces and means for outputting a packet. (2) (2-1) Input buffer means for storing input packets in a buffer and outputting them for each queue, and (2-2) Congestion state detection for detecting a queue that has become congested with the input buffer means. And (2-3) congestion state notification means for transmitting congestion state notification information relating to the congestion state to the output interface means relating to the queue in the congestion state, and (4) each of the output interface means (1) When the congestion state notification information is notified from the input interface means, each of the above-mentioned information is based on a predetermined minimum guaranteed bandwidth. Transmission limit band calculating means for calculating a transmission limit band for limiting packet supply, and (2) transmission for notifying each input interface means of information on the transmission limit band based on the calculated transmission limit band. (3) Each input interface means controls the input buffer means based on the information on the transmission limit band when the transmission interface band information is notified from the output interface means. A packet switching device further comprising:
第２の本発明は、（１）複数のパケットが入力される入力インタフェース手段と、パケットを出力する複数の出力インタフェースと手段と、上記入力インタフェース手段から出力されたパケットを宛先に応じた上記出力インタフェース手段に供給するパケット交換手段とを備えたパケット交換装置が行うパケット交換方法において、（２）入力インタフェース手段、及び出力インタフェース手段を有し、（３）それぞれの入力インタフェース手段が、入力されたパケットを、キューごとにバッファに蓄積して出力する入力バッファ工程と、（４）それぞれの入力インタフェース手段が、上記入力バッファ工程で、輻輳状態になったキューを検出する輻輳状態検出工程と、（６）それぞれの入力インタフェース手段が、輻輳状態となったキューに係る上記出力インタフェース手段に輻輳状態に係る輻輳状態通知情報を送信する輻輳状態通知工程と、（７）それぞれの上記出力インタフェース手段が、上記入力インタフェース手段から輻輳状態通知情報が通知されると、所定の最低保証帯域に基づいて、それぞれの上記入力インタフェース手段について、パケット供給を制限する送信制限帯域を算出する送信制限帯域算出工程と、（８）それぞれの上記入力インタフェース手段に、算出した送信制限帯域に基づく送信制限帯域の情報を通知する送信制限帯域通知工程と、（９）それぞれの入力インタフェース手段が、上記出力インタフェース手段から送信制限帯域情報が通知された場合、その送信制限帯域の情報に基づいて、上記入力バッファ工程を制御する帯域制御工程とを含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, (1) input interface means for inputting a plurality of packets, a plurality of output interfaces and means for outputting the packets, and the output according to the destination of the packets output from the input interface means In a packet switching method performed by a packet switching device having a packet switching means for supplying to an interface means, (2) having an input interface means and an output interface means, (3) each input interface means being input (4) a congestion state detection step in which each input interface means detects a queue that has become congested in the input buffer step; 6) Each input interface means is queued in a congested state A congestion state notification step of transmitting congestion state notification information related to a congestion state to the output interface unit, and (7) when each of the output interface units is notified of the congestion state notification information from the input interface unit. A transmission limit bandwidth calculating step for calculating a transmission limit bandwidth for limiting the packet supply for each of the input interface means based on the minimum guaranteed bandwidth, and (8) a transmission limit bandwidth calculated for each of the input interface means. (9) When each of the input interface means is notified of the transmission limited band information from the output interface means, the transmission limited band notification step of notifying the information of the transmission limited band based on And a bandwidth control step for controlling the input buffer step. And features.
本発明によれば、帯域制御に必要となる回路規模を増大することなく、各回線の最低帯域保証に応じた公平性を実現する、パケット交換装置及びパケット交換方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a packet switching apparatus and a packet switching method that realize fairness according to the minimum bandwidth guarantee of each line without increasing the circuit scale required for bandwidth control.
（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明のパケット交換装置、及びパケット交換方法の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) Main Embodiment Hereinafter, an embodiment of a packet switching device and a packet switching method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、この実施形態のパケット交換装置１０の全体構成を示すブロック図である。
(A-1) Configuration of Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a packet switching apparatus 10 of this embodiment.
図１において、この実施形態のパケット交換装置１０は、複数の入出力インタフェース部１−１〜１−Ｎ（Ｎは正の整数）、パケット交換部３を少なくとも有して構成される。
In FIG. 1, the packet switching device 10 of this embodiment is configured to include at least a plurality of input / output interface units 1-1 to 1-N (N is a positive integer) and a
入出力インタフェース部１は、入力インタフェース部１００と出力インタフェース部２００により構成され、入力インタフェース部１００は入力ポートから入力されるパケットをパケット交換部３へ転送し、出力インタフェース部２００はパケット交換部３から出力されるパケットを出力ポートへ転送する機能を有する。
The input / output interface unit 1 includes an input interface unit 100 and an output interface unit 200. The input interface unit 100 transfers a packet input from an input port to the
入力インタフェース部１００は、パケット受信部１１０、方路振分部１２０、非輻輳ポートバッファ制御部１３０、複数個（Ｌ個）の輻輳ポートバッファ制御部１４０（１４０−１〜１４０−Ｌ）、スレーブ側帯域制御部１５０、及び送信制御部１６０を有している。
The input interface unit 100 includes a
パケット受信部１１０は、入力ポートからの受信パケットを受け取るものである。
The
方路振分部１２０は、ＲＭｍパケット受信部１５３で受信した輻輳情報、およびパケット受信部１１０で受信したパケットのＩＰアドレス、ポート番号、その他の情報などからパケット種別を識別し、該当する後段の非輻輳ポートバッファ制御部１３０または輻輳ポートバッファ制御部１４０へ受信パケットを振り分けるものである
スレーブ側帯域制御部１５０は、各輻輳ポートバッファ制御部１４０から出力されるパケット量の帯域制御を行うものである。
The
送信制御部１６０は、非輻輳ポートバッファ制御部１３０および各輻輳ポートバッファ制御部１４０から出力されるユーザパケットと、スレーブ側帯域制御部１５０から出力されるスレーブリソースマネジメントパケット（ＲＭｓパケット）と、マスター側帯域制御部２３０から出力されるマスターリソースマネジメントパケット（ＲＭｍパケット）を多重してパケット交換部３へ出力するものである。
The
非輻輳ポートバッファ制御部１３０は、パケット受信部１１０で受信したパケットの優先識別子、その他の情報などからパケット優先度を識別し、該当する後段のパケットキューへ受信パケットを振り分けるクラス識別部１３１と、クラス識別部１３１により振り分けられたパケットを蓄積するパケットキューＱ１、…、Ｑｍと、複数のパケットキューを１つのグループとして構成されるキューグループからパケット読み出し順序を制御するＱＧ読出制御部１３２を有している。
The non-congested port
輻輳ポートバッファ制御部１４０は、フロー識別部１４１、フロー識別部１４１により振り分けられたパケットを蓄積するパケットキューＱ１１、…、Ｑ１ｍ、…、Ｑｎｍ、ＱＧ読出制御部１４２（１４２−１〜１４２−ｎ）、及び読出制御部１４３を有している。
The congestion port buffer control unit 140 includes a flow identification unit 141, a packet queue Q11 that accumulates packets distributed by the flow identification unit 141, ..., Q1m, ..., Qnm, and a QG read control unit 142 (142-1 to 142-n). ) And a
輻輳ポートバッファ制御部１４０では、パケットキューＱ１１、…、Ｑ１ｍ、…、Ｑｎｍは、ｎ個のキューグループＱＧに分けて管理されている。そして、各キューグループＱＧにはｍ個のパケットキューＱが配置されている。ここでは、第１のキューグループＱＧ１に、パケットキューＱ１１、Ｑ１２、…、Ｑ１ｍが配置され、第２のキューグループＱＧ２に、パケットキューＱ２１、Ｑ２２、…、Ｑ２ｍが配置され、…、第ｎのキューグループにパケットキューＱｎ１、Ｑｎ２、…、Ｑｎｍが配置されているものとして説明する。 In the congestion port buffer control unit 140, the packet queues Q11, ..., Q1m, ..., Qnm are managed by dividing them into n queue groups QG. In each queue group QG, m packet queues Q are arranged. Here, packet queues Q11, Q12,..., Q1m are arranged in the first queue group QG1, and packet queues Q21, Q22,..., Q2m are arranged in the second queue group QG2,. A description will be given assuming that packet queues Qn1, Qn2,..., Qnm are arranged in the queue group.
フロー識別部１４１は、パケット受信部１１０で受信したパケットのＩＰアドレス、ポート番号、優先識別子、その他の情報などからパケット種別を識別し、該当する後段のパケットキューグループＱＧのパケットキューＱへ受信パケットを振り分けるものである。
The flow identifying unit 141 identifies the packet type from the IP address, port number, priority identifier, and other information of the packet received by the
ＱＧ読出制御部１４２（１４２−１〜１４２−ｎ）は、それぞれキューグループＱＧ１〜ＱＧｎのパケット読み出し順序を制御するものである。 The QG read control units 142 (142-1 to 142-n) control the packet read order of the queue groups QG1 to QGn, respectively.
読出制御部１４３は、各ＱＧ読出制御部１４２−１〜１４２−ｎから出力されたパケットを、送信制御部１６０に転送する処理を行う。
The
スレーブ側帯域制御部１５０は、各キューのデータ蓄積量と各キューに設定された閾値を比較し、キューグループ毎の閾値超過状態を検出する閾値超過検出部１５１と、閾値超過検出部１５１で検出した各キューグループの閾値超過状態をマスター側帯域制御部２３０へ送信するためのＲＭｓパケットを生成するＲＭｓパケット送信部１５２と、マスター側帯域制御部２３０から送信されたＲＭｍパケットを受信し、ＲＭｍパケットにより通知されたキューグループ毎の送信制限帯域および輻輳情報を、読出制御部１４３および方路振分部１２０に通知するＲＭｍパケット受信部１５３とを有している。
The slave-side
出力インタフェース部２００は、受信制御部２１０、パケット振分部２２０、マスター側帯域制御部２３０、受信バッファ２４０、及びパケット送信部２５０を有している。
The output interface unit 200 includes a
受信制御部２１０は、パケット交換部３から出力されるパケットを受信し、パケット振分部２２０へ出力するものである。
The
パケット振分部２２０は、ユーザパケット、ＲＭｍパケット、ＲＭｓパケットを識別し、それぞれ受信バッファ２４０、ＲＭｍパケット受信部１５３、ＲＭｓパケット受信部２３１へパケットを振り分けるものである。
The
マスター側帯域制御部２３０は、複数の入力インタフェース部１００から出力されたＲＭｓパケットを受信し、それらのＲＭｓパケットにより通知された閾値超過状態などの値から各キューグループへ割り当てる送信制限帯域を計算する。そして、マスター側帯域制御部２３０は、その計算された送信制限帯域をＲＭｍパケットにより各入力インタフェース部１００のスレーブ側帯域制御部１５０へ通知する。
The master-side
受信バッファ２４０は、パケット振分部２２０から出力されたユーザパケットを一時蓄積するものである。
The
パケット送信部２５０は、受信バッファ２４０に蓄積されたパケットを出力ポートへ送信するものである。
The
マスター側帯域制御部２３０は、ＲＭｓパケット受信部２３１、送信制限帯域演算部２３２、及びＲＭｍパケット送信部２３３を有している。
The master side
ＲＭｓパケット受信部２３１は、複数の入力インタフェース部１００から出力されたＲＭｓパケットを受信し、ＲＭｓパケットで通知された各キューグループの閾値超過状態を送信制限帯域演算部２３２へ通知するものである。
The RMs
送信制限帯域演算部２３２は、通知された各キューグループの閾値超過状態、最低保証帯域、およびパケット交換部３の出力バッファ３２０輻輳状態をもとに、各キューグループの送信帯域が公平にかつ最低保証帯域を満足するように送信制限帯域を計算するものである。
Based on the notified threshold excess state, the minimum guaranteed bandwidth, and the
ＲＭｍパケット送信部２３３は、送信制限帯域演算部２３２で得られた各キューグループの送信制限帯域および出力バッファ３２０輻輳状態を該当する入力インタフェース部１００のスレーブ側帯域制御部１５０へ通知するＲＭｍパケットを生成するものである。
The RMm packet transmission unit 233 notifies the slave side
パケット交換部３は、入力バッファ３１０、出力バッファ３２０、パケットスイッチ３３０、及びフロー制御部３４０を有している。
The
入力バッファ３１０は、入力インタフェース部１００から出力されたパケットを受信するものである。
The
パケットスイッチ３３０は、受信したパケットをその宛先に該当する出力インタフェース部２００へ中継するものである。
The
出力バッファ３２０は、出力インタフェース部２００へパケットを出力するものである。
The
フロー制御部３４０は、入力バッファ３１０が輻輳状態となった場合に、パケットを廃棄しないように、各入力インタフェース部１００に対してフロー制御を実施するものである。また、パケット交換部３の出力バッファ３２０の輻輳状態は出力インタフェース部２００の送信制限帯域演算部２３２から読み出しが可能な構成となっている。
The
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、この実施形態のパケット交換装置１０の動作（実施形態のパケット交換方法）について、図２、図３を用いて、詳細に説明する。
(A-2) Operation of Embodiment Next, the operation (packet switching method of the embodiment) of the packet switching apparatus 10 of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
図２、図３は、この実施形態のパケット交換装置１０の動作について示した説明図である。 2 and 3 are explanatory diagrams showing the operation of the packet switching apparatus 10 of this embodiment.
図２に示すパケット交換装置１０の構成では、ダウンリンク側（出力側）の入出力インタフェース１−１、１−２のポート帯域をそれぞれ１０Ｇｂｐｓとし、アップリンク側（入力側）の入出力インタフェース１−３のポート帯域を２０Ｇｂｐｓとする。また、図２に示すパケット交換装置１０の構成では、入出力インタフェース１−３から入力されるパケットを入出力インタフェース１−１および入出力インタフェース１−２の出力ポートに出力する場合の動作例を説明する。また説明を簡略化するために、図２では、各インタフェースの動作説明に必要な機能ブロックのみ図示している。 In the configuration of the packet switching apparatus 10 shown in FIG. 2, the port bandwidths of the input / output interfaces 1-1 and 1-2 on the downlink side (output side) are 10 Gbps, and the input / output interface 1 on the uplink side (input side). -3 port bandwidth is 20 Gbps. In the configuration of the packet switching apparatus 10 shown in FIG. 2, an operation example in the case of outputting a packet input from the input / output interface 1-3 to the output ports of the input / output interface 1-1 and the input / output interface 1-2. explain. In order to simplify the explanation, FIG. 2 shows only functional blocks necessary for explanation of the operation of each interface.
入出力インタフェース１−３の閾値超過検出部１５１は、キューグループＱＧ単位にパケット蓄積量が閾値を超えているか否かを、周期的に検出する。閾値超過判定方法としては、例えば、各キューグループＱＧに属するすべてのパケットキューＱにそれぞれ閾値を持たせ、いずれかのパケットキューＱが閾値超過状態になったらそのキューグループＱＧは閾値超過状態として取り扱う、あるいは、すべてのパケットキューＱの合計蓄積パケット量に対して閾値を設け、その閾値に対して閾値超過状態になったらそのキューグループＱＧは閾値超過状態として取り扱う等の方法がある。 The threshold value excess detection unit 151 of the input / output interface 1-3 periodically detects whether or not the packet accumulation amount exceeds the threshold value for each queue group QG. As a threshold excess determination method, for example, all packet queues Q belonging to each queue group QG have a threshold value, and when any packet queue Q is in a threshold excess state, the queue group QG is treated as a threshold excess state. Alternatively, there is a method in which a threshold is set for the total accumulated packet amount of all the packet queues Q, and the queue group QG is handled as exceeding the threshold when the threshold is exceeded.
各キューグループＱＧの閾値超過状態は、ＲＭｓパケット送信部１５２へ通知され、ＲＭｓパケットにより周期的に入出力インタフェース１−１および入出力インタフェース１−２のＲＭｓパケット受信部２３１へ送信される。ＲＭｓパケット受信部２３１は、受信した各キューグループＱＧの閾値超過状態を送信制限帯域演算部２３２へ通知する。送信制限帯域演算部２３２は、周期的にパケット交換部３の自ＩＦに該当する出力バッファ３２０輻輳状態を読み出し、出力バッファ３２０輻輳状態と通知された各キューグループＱＧの閾値超過状態と最低保証帯域（例えば、予め設定された所定の帯域）から、たとえば以下のような方法により入力インタフェース単位（アップリンク側の入出力インタフェース１単位）の送信制限帯域を計算する。
The threshold excess state of each queue group QG is notified to the RMs packet transmission unit 152, and is periodically transmitted to the input / output interface 1-1 and the RMs
パケット交換部３出力バッファ３２０が非輻輳状態の場合、すべての送信制限帯域は入力インタフェース部１００−パケット交換部３間の物理帯域とする（つまり制限なし）。
When the
一方、パケット交換部３の出力バッファ３２０が輻輳状態の場合、アップリンク側の入出力インタフェース部１毎の送信制限帯域Ｘは、例えば、以下の（１）式を用いて算出することができる。ただし、以下の（１）式において、「ｉ」は、アップリンク側の入出力インタフェースの識別子（以下、「インタフェース番号」とも呼ぶ）である。以下では、入出力インタフェース１−１〜１−ｎのインタフェース番号を、それぞれ１〜ｎであるものとする。
On the other hand, when the
送信制限帯域Ｘ［ｉ］＝ＢＷ ｘ Ｒｍｉｎ［ｉ］／ΣＲｍｉｎ［ｉ］ …（１）
上記の（１）式において、「ＢＷ」はパケット交換部３と出力インタフェース部２００間の物理帯域である。また、（１）式において、Ｒｍｉｎ［ｉ］は、アップリンク側の入出力インタフェース部１−ｉのなかで、閾値超過状態が超過状態となっているキューグループＱＧの最低保証帯域を合計した値である。さらに上記の（１）式において、ΣＲｍｉｎ［ｉ］は、Ｒｍｉｎ［ｉ］を全てのアップリンク側の入出力インタフェース１分合計した値である。
Transmission limited band X [i] = BW × Rmin [i] / ΣRmin [i] (1)
In the above equation (1), “BW” is a physical band between the
この実施形態では、アップリンク側の入出力インタフェース１は、入出力インタフェース１−３のみであるため、出力バッファ３２０輻輳時、送信制限帯域Ｘ［３］は入出力インタフェース１−１（または入出力インタフェース１−２）の物理帯域（ポート帯域）である１０Ｇｂｐｓとなる。
In this embodiment, the input / output interface 1 on the uplink side is only the input / output interface 1-3. Therefore, when the
計算された送信制限帯域および出力バッファ３２０の輻輳状態は、ＲＭｍパケット送信部２３３により、該当する入力インタフェースのＲＭｍパケット受信部１５３へ送信される。ＲＭｍパケット受信部１５３で受信された送信制限帯域は、読出制御部１４３へ通知され、読出制御部１４３により各キューグループＱＧからの送信帯域が制限される。
The calculated transmission limit band and the congestion state of the
また、ＲＭｍパケット受信部１５３で受信された出力バッファ３２０の輻輳状態は方路振分部１２０へ通知され、輻輳状態にある入出力インタフェース１へ転送されるパケットは、輻輳ポートバッファ制御部１４０へ振り分けられ、輻輳状態にない入出力インタフェース１へ転送されるパケットは非輻輳ポートバッファ制御部１３０へ振り分けられる。
Further, the congestion state of the
読出制御部１４３は、読出制御部１４３からの出力が、通知された送信制限帯域以下になるように出力帯域を制御する。また制限された出力帯域内での各キューグループＱＧからのパケット出力は、キューグループＱＧの最低保証帯域を重みとしたラウンドロビン等の分散処理により制御する。ＱＧ読出制御部１３２は、読出制御部１４３で割り当てられた帯域内で、優先度の高いキューから完全優先制御より各キューからパケットを読み出す。
The
ここで、図２の例の場合、入出力インタフェース１−３のポート帯域が２０Ｇｂｐｓ、入出力インタフェース１−１、入出力インタフェース１−２のポート帯域が１０Ｇｂｐｓであり、入出力インタフェース１−１と入出力インタフェース１−２が同時に輻輳状態になることはないため、入出力インタフェース１−１が輻輳状態の時には、入出力インタフェース１−１へ転送されるパケットは輻輳ポートバッファ制御部１４０へ、入出力インタフェース１−２へ転送されるパケットは非輻輳ポートバッファ制御部１３０へ振り分けられ、入出力インタフェース１−１宛のパケットに対して帯域制御が行われることになる。逆に、入出力インタフェース１−２が輻輳状態の時には、入出力インタフェース１−２へ転送されるパケットは輻輳ポートバッファ制御部１４０へ、入出力インタフェース１−１へ転送されるパケットは非輻輳ポートバッファ制御部１３０へ振り分けられ、入出力インタフェース１−２宛のパケットに対して帯域制御が行われることになる。
In the case of the example of FIG. 2, the port bandwidth of the input / output interface 1-3 is 20 Gbps, the port bandwidth of the input / output interface 1-1 and the input / output interface 1-2 is 10 Gbps, Since the input / output interface 1-2 is not congested at the same time, when the input / output interface 1-1 is congested, packets transferred to the input / output interface 1-1 enter the congestion port buffer control unit 140. Packets transferred to the output interface 1-2 are distributed to the non-congested port
従って、入出力インタフェース１−３では、輻輳ポートバッファ制御部１４０を２つ搭載する必要はなく、１つ搭載されればよい。また、入出力インタフェース１−１、入出力インタフェース１−２側をダウンリンク、入出力インタフェース１−３側をアップリンクとすると、アップリンクインタフェースが２０Ｇｂｐｓ、ダウンリンクインタフェースが１０Ｇｂｐｓとなり、ダウンリンクインタフェース数が３以上に増加しても、同時に輻輳発生するインタフェース数は最大１であるため、輻輳ポートバッファ制御部１４０をダウンリンクインタフェース数分搭載する必要はなく、１つ搭載されればよい。 Therefore, in the input / output interface 1-3, it is not necessary to install two congestion port buffer control units 140, and only one may be installed. Also, if the input / output interface 1-1 and the input / output interface 1-2 side are downlink and the input / output interface 1-3 side is uplink, the uplink interface is 20 Gbps, the downlink interface is 10 Gbps, and the number of downlink interfaces Even if the number increases to 3 or more, the maximum number of interfaces for which congestion occurs simultaneously is 1. Therefore, it is not necessary to install as many congestion port buffer control units 140 as the number of downlink interfaces.
次に、パケット交換装置１０を図３のような構成で動作させた場合の例について説明する。 Next, an example in which the packet switching apparatus 10 is operated with the configuration shown in FIG. 3 will be described.
図３の例では、出力側（ダウンリンク側）の入出力インタフェース１−１〜１−８のポート帯域をそれぞれ１０Ｇｂｐｓ、入力側（アップリンク側）の入出力インタフェース１−９のポート帯域を４０Ｇｂｐｓとした場合の構成を示している。この場合は、入出力インタフェース１−９では、同時に輻輳発生するインタフェース数は最大３である。したがって、入出力インタフェース１−９において、輻輳ポートバッファ制御部１４０をダウンリンクインタフェース数分（８つ）搭載する必要はなく、３つ搭載されればよい。 In the example of FIG. 3, the port bandwidth of the input / output interfaces 1-1 to 1-8 on the output side (downlink side) is 10 Gbps, and the port bandwidth of the input / output interface 1-9 on the input side (uplink side) is 40 Gbps. The configuration in the case of In this case, in the input / output interface 1-9, the maximum number of interfaces in which congestion occurs simultaneously is three. Therefore, in the input / output interface 1-9, it is not necessary to mount the congestion port buffer control unit 140 by the number of downlink interfaces (eight), and it is sufficient to mount three.
（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏するができる。
(A-3) Effects of Embodiment According to this embodiment, the following effects can be achieved.
パケット交換装置１０では、アップリンク側の入出力インタフェース部１で、輻輳ポートバッファ制御部１４０を、ダウンリンクの数分全て確保（搭載）する必要はなく、同時に輻輳が発生し得る分のみ確保（搭載）すればよいため、回路規模の大きい帯域制御回路の搭載数を削減でき、より低コストで実現することができる。 In the packet switching apparatus 10, it is not necessary to secure (install) the congestion port buffer control unit 140 for the number of downlinks in the input / output interface unit 1 on the uplink side. Mounting), the number of band control circuits having a large circuit scale can be reduced, which can be realized at a lower cost.
また、パケット交換装置１０では、上述のように回路規模を削減しつつ、契約ユーザ間での帯域公平性（各ダウンリンクに対する帯域公平性）を実現することができる。 In addition, the packet switching apparatus 10 can realize bandwidth fairness (bandwidth fairness for each downlink) between contract users while reducing the circuit scale as described above.
（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
(B) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and may include modified embodiments as exemplified below.
（Ｂ−１）上記の実施形態では、ダウンリンク（出力）側の入出力インタフェース１が２つまたは８つの場合を示しているが、それ以外の場合でも同様の効果が得られる。特に、ダウンリンクインタフェース数が多く、ダウンリンクとアップリンクのポート帯域差が小さい場合、本発明のパケット交換装置を適用することの効果は大きい。 (B-1) In the above embodiment, the case where there are two or eight input / output interfaces 1 on the downlink (output) side is shown, but the same effect can be obtained in other cases. In particular, when the number of downlink interfaces is large and the difference in port bandwidth between the downlink and the uplink is small, the effect of applying the packet switching apparatus of the present invention is great.
１０…パケット交換装置、１…入出力インタフェース部、１００…入力インタフェース部、１１０…パケット受信部、１２０…方路振分部、１３０…非輻輳ポートバッファ制御部、１３１…クラス識別部、Ｑ、Ｑ１〜Ｑｍ…パケットキュー、１３２…ＱＧ読出制御部、ＱＧ、ＱＧ１〜ＱＧｍ、１４０…輻輳ポートバッファ制御部、１４１…フロー識別部、１４２…ＱＧ読出制御部、１４２−１〜１４２−ｎ…ＱＧ読出制御部、１４３…読出制御部、１５０…スレーブ側帯域制御部、１５１…閾値超過検出部、１５２…ＲＭｓパケット送信部、１５３…ＲＭｍパケット受信部、１６０…送信制御部、２００…出力インタフェース部、２１０…受信制御部、２２０…パケット振分部、２３０…マスター側帯域制御部、２３１…ＲＭｓパケット受信部、２３２…送信制限帯域演算部、２３３…ＲＭｍパケット送信部、２４０…受信バッファ、２５０…パケット送信部、３…パケット交換部、３１０…入力バッファ、２０…出力バッファ、３３０…パケットスイッチ、３４０…フロー制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Packet switching apparatus, 1 ... Input / output interface part, 100 ... Input interface part, 110 ... Packet receiving part, 120 ... Route allocation part, 130 ... Non-congestion port buffer control part, 131 ... Class identification part, Q, Q1 to Qm ... packet queue, 132 ... QG read control unit, QG, QG1 to QGm, 140 ... congestion port buffer control unit, 141 ... flow identification unit, 142 ... QG read control unit, 142-1 to 142-n ... QG Read control unit, 143... Read control unit, 150... Slave side bandwidth control unit, 151... Threshold value excess detection unit, 152... RMs packet transmission unit, 153. , 210 ... reception control unit, 220 ... packet distribution unit, 230 ... master side bandwidth control unit, 231 ... RMs packet reception 232: Transmission bandwidth limit calculation unit, 233: RMm packet transmission unit, 240: Reception buffer, 250 ... Packet transmission unit, 3 ... Packet exchange unit, 310 ... Input buffer, 20 ... Output buffer, 330 ... Packet switch, 340 ... Flow control unit.
Claims (3)
それぞれの入力インタフェース手段は、
入力されたパケットを、キューごとにバッファに蓄積して出力する入力バッファ手段と、
上記入力バッファ手段で、輻輳状態になったキューを検出する輻輳状態検出手段と、
輻輳状態となったキューに係る上記出力インタフェース手段に輻輳状態に係る輻輳状態通知情報を送信する輻輳状態通知手段とを備え、
それぞれの上記出力インタフェース手段は、
上記入力インタフェース手段から輻輳状態通知情報が通知されると、所定の最低保証帯域に基づいて、それぞれの上記入力インタフェース手段について、パケット供給を制限する送信制限帯域を算出する送信制限帯域算出手段と、
それぞれの上記入力インタフェース手段に、算出した送信制限帯域に基づく送信制限帯域の情報を通知する送信制限帯域通知手段とを有し、
それぞれの入力インタフェース手段は、上記出力インタフェース手段から送信制限帯域情報が通知された場合、その送信制限帯域の情報に基づいて、上記入力バッファ手段を制御する帯域制御手段をさらに有する
ことを特徴とするパケット交換装置。 In a packet switching apparatus comprising a plurality of input interface means for inputting packets, and a plurality of output interfaces and means for outputting packets,
Each input interface means
Input buffer means for storing and outputting input packets in a buffer for each queue;
A congestion state detection means for detecting a queue in a congestion state in the input buffer means;
Congestion state notification means for transmitting congestion state notification information related to the congestion state to the output interface means related to the queue that has become a congestion state,
Each said output interface means is
When the congestion state notification information is notified from the input interface means, based on a predetermined minimum guaranteed bandwidth, for each of the input interface means, transmission limit bandwidth calculating means for calculating a transmission limit bandwidth for limiting packet supply;
Each of the input interface means has transmission limit band notification means for notifying information of a transmission limit band based on the calculated transmission limit band,
Each of the input interface means further includes a bandwidth control means for controlling the input buffer means based on the information of the transmission restricted bandwidth when the transmission restricted bandwidth information is notified from the output interface means. Packet switching equipment.
入力インタフェース手段、及び出力インタフェース手段を有し、
それぞれの入力インタフェース手段が、入力されたパケットを、キューごとにバッファに蓄積して出力する入力バッファ工程と、
それぞれの入力インタフェース手段が、上記入力バッファ工程で、輻輳状態になったキューを検出する輻輳状態検出工程と、
それぞれの入力インタフェース手段が、輻輳状態となったキューに係る上記出力インタフェース手段に輻輳状態に係る輻輳状態通知情報を送信する輻輳状態通知工程と、
それぞれの上記出力インタフェース手段が、上記入力インタフェース手段から輻輳状態通知情報が通知されると、所定の最低保証帯域に基づいて、それぞれの上記入力インタフェース手段について、パケット供給を制限する送信制限帯域を算出する送信制限帯域算出工程と、
それぞれの上記入力インタフェース手段に、算出した送信制限帯域に基づく送信制限帯域の情報を通知する送信制限帯域通知工程と、
それぞれの入力インタフェース手段が、上記出力インタフェース手段から送信制限帯域情報が通知された場合、その送信制限帯域の情報に基づいて、上記入力バッファ工程を制御する帯域制御工程とを含む
ことを特徴とするパケット交換装置。 Input interface means for inputting a plurality of packets; a plurality of output interfaces and means for outputting packets; and a packet switching means for supplying packets output from the input interface means to the output interface means corresponding to a destination. In the packet switching method performed by the provided packet switching device,
Input interface means and output interface means,
Each input interface means stores input packets in a buffer for each queue and outputs them, and an input buffer process;
Each input interface means detects a queue that has become congested in the input buffer step, and a congestion state detection step;
A congestion state notification step in which each input interface means transmits congestion state notification information related to the congestion state to the output interface means related to the queue that is in a congestion state;
When the output interface means is notified of the congestion state notification information from the input interface means, based on a predetermined minimum guaranteed bandwidth, the transmission limit band for limiting the packet supply is calculated for each input interface means. A transmission bandwidth limit calculation step to perform,
A transmission limit band notification step of notifying each of the input interface means of information on a transmission limit band based on the calculated transmission limit band;
Each of the input interface means includes a bandwidth control step for controlling the input buffer step based on the information on the transmission restricted bandwidth when the transmission restricted bandwidth information is notified from the output interface means. Packet switching equipment.
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