JP2022125878A

JP2022125878A - network switch and program

Info

Publication number: JP2022125878A
Application number: JP2021023703A
Authority: JP
Inventors: 智史小山; Satoshi Koyama; 政宏河原木; Masahiro Kawaragi; 卓也倉掛; Takuya Kurakake
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-08-29

Abstract

To prevent a packet of a flow being transmitted from being discarded due to the start of transmission of a new flow without registering information of a flow to be protected.SOLUTION: A network switch 10 includes a flow registration unit 133 that registers, as a protected flow, a flow in which the amount of change in data rate is equal to or less than a predetermined threshold and the number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold, a flow classification unit 132 that identifies a flow containing the received packet, a flow measurement unit 133 that distributes packets to a protection flow transmission queue 134 when the identified flow is registered as a protected flow, and distributes packets to a non-protected flow transmission queue when the identified flow is not registered as a protected flow, and a transmission queue control unit 136 that controls transmission of packets from a transmission queue such that the data rate of packet transmission from the protection flow transmission queue 134 is equal to or higher than the protection data rate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ネットワークスイッチおよびプログラムに関する。 The present invention relates to network switches and programs.

これまでＳＤＩ（Serial Digital Interface）（非特許文献１参照）によって構成されていた番組制作システムを、一般的なEthernet（登録商標）/IP（非特許文献２参照）ネットワークに置き換えて構築することが検討されている。ＩＰネットワークは、ＳＤＩと比較して、時間当たりに伝送可能なデータ量が大きく、また、映像信号および音声信号といった異なる種類の信号を同じネットワークに多重して伝送することができる。したがって、ＩＰネットワークによって構成された番組制作システムは、従来行われていたＨＤ（High Definition）画質の番組制作のみならず、４Ｋあるいは８Ｋといったより高解像度の番組制作にも適している。 It is possible to construct a program production system that has been configured by SDI (Serial Digital Interface) (see Non-Patent Document 1) by replacing it with a general Ethernet (registered trademark)/IP (see Non-Patent Document 2) network. being considered. Compared to SDI, IP networks can transmit a large amount of data per unit time, and can multiplex and transmit different types of signals such as video signals and audio signals over the same network. Therefore, a program production system configured by an IP network is suitable not only for conventional HD (High Definition) image quality program production but also for higher resolution program production such as 4K or 8K.

映像信号をＩＰパケット化し、ＩＰネットワークを介して伝送するための規格として、ＳＭＰＴＥＳＴ２１１０－２０（非特許文献３）が発行されている。また、音声信号をＩＰパケット化し、ＩＰネットワークを介して伝送するための規格として、ＳＭＰＴＥＳＴ２１１０－３０／３１が発行されている。これらの規格では、映像信号はＵＤＰ（非特許文献４参照）／ＲＴＰ（非特許文献５参照）により伝送される。 SMPTE ST2110-20 (Non-Patent Document 3) has been published as a standard for converting video signals into IP packets and transmitting them via IP networks. In addition, SMPTE ST2110-30/31 has been issued as a standard for converting voice signals into IP packets and transmitting them via IP networks. In these standards, video signals are transmitted by UDP (see Non-Patent Document 4)/RTP (see Non-Patent Document 5).

SMPTE ST292-1: 1.5Gb/S Signal/Data Serial InterfaceSMPTE ST292-1: 1.5Gb/S Signal/Data Serial Interface RFC791: Internet ProtocolRFC791: Internet Protocol SMPTE ST2110-20: Professional Media Over Managed IP Networks: Uncompressed Active VideoSMPTE ST2110-20: Professional Media Over Managed IP Networks: Uncompressed Active Video RFC768: User Datagram ProtocolRFC768: User Datagram Protocol RFC3550: RTP: A Transport Protocol for Real-Time ApplicationsRFC3550: RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications

パケットが伝送されるネットワーク上には、ネットワークスイッチが設けられる。ネットワークスイッチは、受信したパケットのヘッダに記載された情報から、パケットの転送先に応じたパケットの出力ポートを決定する。そのため、複数のポートから受信したパケットが１つのポートから出力される場合、そのポートが出力可能なデータレートを超過してパケットが割り当てられることがある。以下では、このような状態を輻輳という。輻輳が生じると、パケットがネットワークスイッチ内で破棄されることがある。例えば、デバイスＡがある映像１を受信している最中に、デバイスＢが同じ経路を経由する別の映像２の受信を開始すると、途中の経路で輻輳が発生し、結果として、映像１および映像２の両方のパケットが破棄されてしまうことがある。 A network switch is provided on the network through which packets are transmitted. The network switch determines the output port of the packet according to the transfer destination of the packet from the information written in the header of the received packet. Therefore, when packets received from a plurality of ports are output from one port, the packets may be allocated exceeding the data rate that the port can output. Such a state is hereinafter referred to as congestion. When congestion occurs, packets may be dropped in network switches. For example, while device A is receiving video 1, if device B starts receiving another video 2 via the same route, congestion occurs in the middle route, resulting in video 1 and Both packets of image 2 may be discarded.

パケットが破棄されると、ＳＭＰＴＥ２１１０－２０／３０のように、トランスポートプロトコルにＵＤＰ／ＲＴＰを使い、ＦＥＣ（Forward Error Coding）を用いない方式で伝送される映像・音声は、その品質が劣化してしまう。そのため、映像および音声のパケットが破棄されないようにするための工夫が行われてきた。 If packets are discarded, the quality of video and audio transmitted by a method such as SMPTE2110-20/30 that uses UDP/RTP as a transport protocol and does not use FEC (Forward Error Coding) deteriorates. end up Therefore, efforts have been made to prevent video and audio packets from being discarded.

例えば、映像・音声の伝送に用いられるグレードのネットワークスイッチには、ＩＰヘッダ内の送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元Ｌ４ポート、宛先Ｌ４ポートおよびＩＰヘッダ内のＤＳＣＰ（Differentiated Services Code Point）フィールドの値によってパケットを選別して、任意の送信キューに割り当てる機能がある。そこで、伝送する映像・音声フローのアドレス情報によるフィルタをスイッチに設定し、フィルタにマッチするパケットを特定の送信キューへ割り当て、その特定の送信キューからの出力データレートが事前に設定した映像・音声フローのデータレート以上となるように制御する手法がある。 For example, a grade network switch used for video/audio transmission has a source IP address, a destination IP address, a source L4 port, a destination L4 port in the IP header, and a DSCP (Differentiated Services Code Point) in the IP header. There is a function to sort packets by field values and assign them to arbitrary transmission queues. Therefore, a filter based on the address information of the video/audio flow to be transmitted is set in the switch, packets that match the filter are assigned to a specific transmission queue, and the output data rate from that specific transmission queue is set in advance. There is a method of controlling to be equal to or higher than the data rate of the flow.

また、番組制作では映像・音声の伝送のマルチキャストを利用することが多いため、マルチキャストの伝送をリクエストするＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol）パケットのペイロードを参照して、事前に登録されたマルチキャストアドレスではないリクエストを破棄する手法もある。 In addition, since multicast transmission of video and audio is often used in program production, the payload of the IGMP (Internet Group Management Protocol) packet requesting multicast transmission is referred to, and a multicast address that is not registered in advance is used. There is also a technique to discard the request.

しかしながら、番組制作では、多くの映像・音声を伝送するために、事前にＩＰアドレスあるいはポート番号の情報を登録するのは困難である。また、設定に間違いがあった場合には、パケットの破棄が発生したり、リクエストが受け付けられず、伝送が全く行われなかったりするなどの障害が発生してしまう。 However, in program production, it is difficult to register IP address or port number information in advance because many images and sounds are transmitted. Also, if there is an error in the settings, failures such as packet discarding, requests not being accepted, and transmission not being performed at all will occur.

本発明の目的は、上述した課題を解決し、保護したいフローのＩＰアドレスあるいはポート番号などの情報を登録することなく、伝送中のフローのパケットが、新たなフローの伝送の開始により破棄されることを防ぐことができるネットワークスイッチおよびプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to discard packets of a flow that is being transmitted by starting transmission of a new flow without registering information such as the IP address or port number of the flow to be protected. The object is to provide a network switch and a program capable of preventing this.

上記課題を解決するため、本発明に係るネットワークスイッチは、ネットワーク上でパケットを転送するネットワークスイッチであって、所定時間内におけるデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、破棄パケット数が所定の閾値以下であるフローを、保護フローとして登録するフロー登録部と、受信したパケットのヘッダに基づき、前記パケットが含まれるフローを特定し、該特定したフローが前記保護フローとして登録されているか否かを判定するフロー分類部と、前記特定したフローが前記保護フローとして登録されている場合、前記パケットを第１の送信キューに振り分け、前記特定したフローが前記保護フローとして登録されていない場合、前記パケットを第２の送信キューに振り分ける振り分け部と、前記第１の送信キューからのパケットの送信のデータレートが、前記保護フローとして登録されたフローのデータレート以上となるように、前記第１の送信キューおよび前記第２の送信キューからのパケットの送信を制御する送信キュー制御部と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems, a network switch according to the present invention is a network switch that forwards packets on a network, the amount of change in data rate within a predetermined period of time being equal to or less than a predetermined threshold, and the number of discarded packets is less than or equal to a predetermined threshold as a protected flow; and a flow including the packet is specified based on the header of the received packet, and the specified flow is registered as the protected flow. and a flow classifying unit for determining whether or not the specified flow is registered as the protected flow, allocating the packet to a first transmission queue, and determining whether the specified flow is not registered as the protected flow. a sorting unit that sorts the packets to a second transmission queue, and the a transmission queue control unit that controls transmission of packets from the first transmission queue and the second transmission queue;

また、本発明に係るネットワークスイッチにおいて、前記フロー登録部は、前記フローごとに、前記データレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、前記破棄パケット数が所定の閾値以下の状態が継続する時間である伝送継続時間を記憶し、前記伝送継続時間が所定の閾値を超えたフローを前記保護フローとして登録する。 Further, in the network switch according to the present invention, the flow registration unit maintains a state in which the amount of change in data rate is equal to or less than a predetermined threshold value and the number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold value for each flow. A transmission continuation time, which is the time for the transmission to continue, is stored, and a flow whose transmission continuation time exceeds a predetermined threshold value is registered as the protection flow.

また、本発明に係るネットワークスイッチにおいて、前記振り分け部は、前記フローごとに、前記第１の送信キューまたは前記第２の送信キューへキューイングしたパケットの数である処理パケット数と、前記破棄パケット数とを計測し、前記フロー登録部は、前記振り分け部の計測結果を所定の取得周期で取得して記憶し、新たに取得した前記計測結果における処理パケット数と記憶している前回の計測結果における処理パケット数との差分と、前記取得周期とに基づき前記データレートを算出し、前記算出したデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、前記新たに取得した計測結果における破棄パケット数と、記憶している前記前回の計測結果における破棄パケット数との差が所定の閾値以下である場合、記憶している前回の伝送継続時間に前記取得周期を加算した時間を新たな伝送継続時間として記憶する。 Further, in the network switch according to the present invention, the sorting unit includes, for each flow, the number of processed packets, which is the number of packets queued in the first transmission queue or the second transmission queue, and the number of discarded packets. The flow registration unit acquires and stores the measurement result of the distribution unit at a predetermined acquisition cycle, and the number of processed packets in the newly acquired measurement result and the stored previous measurement result The data rate is calculated based on the difference between the number of processed packets and the acquisition period, and the amount of change in the calculated data rate is equal to or less than a predetermined threshold, and the discarded packets in the newly acquired measurement result number and the number of discarded packets in the stored previous measurement result is equal to or less than a predetermined threshold value, the time obtained by adding the acquisition period to the previous transmission duration time stored is used as a new continuation of transmission. remember as time.

また、本発明に係るネットワークスイッチにおいて、前記フロー登録部は、前記フローのデータレートの変化量が所定の閾値より大きい、または、前記新たに取得した計測結果における破棄パケット数と、記憶している前記前回の計測結果における破棄パケット数との差が所定の閾値より大きい場合、前記フローの伝送継続時間をリセットする。 Further, in the network switch according to the present invention, the flow registration unit stores the amount of change in the data rate of the flow greater than a predetermined threshold, or the number of discarded packets in the newly acquired measurement result. If the difference from the number of discarded packets in the previous measurement result is larger than a predetermined threshold, the transmission duration of the flow is reset.

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記ネットワークスイッチとして機能させる。 Further, in order to solve the above problems, a program according to the present invention causes a computer to function as the above network switch.

本発明に係るネットワークスイッチおよびプログラムによれば、保護したいフローのＩＰアドレスあるいはポート番号などの情報を登録することなく、伝送中のフローのパケットが、新たなフローの伝送の開始により破棄されることを防ぐことができる。 According to the network switch and program according to the present invention, packets of a flow that is being transmitted can be discarded when transmission of a new flow starts without registering information such as the IP address or port number of the flow to be protected. can be prevented.

本発明の一実施形態に係るネットワークスイッチの構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a network switch according to one embodiment of the present invention; FIG. 図１に示す送信部の構成例を示す図である。2 is a diagram showing a configuration example of a transmission unit shown in FIG. 1; FIG. 図２に示す送信部の動作の一例を示すフローチャートである。3 is a flow chart showing an example of the operation of the transmitting unit shown in FIG. 2;

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係るネットワークスイッチ１０の構成例を示す図である。本実施形態に係るネットワークスイッチ１０は、ネットワーク上で伝送されるパケット（ＩＰパケット）を受信し、受信したパケットを当該パケットの宛先に転送する。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a network switch 10 according to one embodiment of the present invention. The network switch 10 according to this embodiment receives a packet (IP packet) transmitted over a network and transfers the received packet to the destination of the packet.

図１に示すように、本実施形態に係るネットワークスイッチ１０は、複数の受信部１１と、ルーティング部１２と、複数の送信部１３とを備える。 As shown in FIG. 1 , the network switch 10 according to this embodiment includes a plurality of receivers 11 , a routing unit 12 and a plurality of transmitters 13 .

受信部１１は、ネットワークを介して外部から送信されてきたパケットを受信し、ルーティング部１２に出力する。 The receiving unit 11 receives packets transmitted from the outside via the network and outputs the packets to the routing unit 12 .

ルーティング部１２は、受信部１１から出力されたパケットの出力ポートを決定し、パケットを送信部１３に出力する。 The routing unit 12 determines the output port of the packet output from the receiving unit 11 and outputs the packet to the transmitting unit 13 .

送信部１３は、ルーティング部１２から出力されたパケットを、ルーティング部１２により決定された出力ポートに送信する。 The transmission unit 13 transmits the packet output from the routing unit 12 to the output port determined by the routing unit 12 .

次に、送信部１３の構成について説明する。なお、受信部１１およびルーティング部１２の構成は従来と同様であるため、説明を省略する。 Next, the configuration of the transmission section 13 will be described. Since the configuration of the receiving unit 11 and the routing unit 12 is the same as that of the conventional art, the description thereof will be omitted.

図２は、送信部１３の構成例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the transmission unit 13. As shown in FIG.

図２に示すように、送信部１３は、フロー分類部１３１と、フロー計測部１３２と、フロー登録部１３３と、保護フロー送信キュー１３４と、非保護フロー送信キュー１３５と、送信キュー制御部１３６と、送信インタフェース１３７とを備える。 As shown in FIG. 2, the transmission unit 13 includes a flow classification unit 131, a flow measurement unit 132, a flow registration unit 133, a protected flow transmission queue 134, an unprotected flow transmission queue 135, and a transmission queue control unit 136. and a transmission interface 137 .

フロー分類部１３１は、ルーティング部１２から出力されたパケット（外部から受信したパケット）が入力される。フロー分類部１３１は、入力されたパケットのヘッダに基づき、そのパケットが含まれるフローを特定する。具体的には、フロー分類部１３１は、パケットのヘッダ内の「送信元ＩＰアドレス」、「宛先ＩＰアドレス」、「Ｌ４プロトコルタイプ」、「送信元Ｌ４ポート」および「宛先Ｌ４ポート」が一致するパケットの集まりを１つのフローとして取り扱う。フロー分類部１３１は、受信したパケットが含まれるフローが保護フローとして登録されているか否かを判定する。このように、フロー分類部１３１は、受信したパケットのヘッダに基づき、受信したパケットが含まれるフローを特定し、特定したフローが保護フローとして登録されているか否かを判定する。フロー分類部１３１は、ルーティング部１２から出力されたパケットと、そのパケットが含まれるフローが保護フローとして登録されているか否かの判定結果とを、フロー計測部１３２に出力する。 A packet output from the routing unit 12 (a packet received from the outside) is input to the flow classification unit 131 . Based on the header of the input packet, the flow classification unit 131 identifies the flow containing the packet. Specifically, the flow classification unit 131 determines that the “source IP address”, “destination IP address”, “L4 protocol type”, “source L4 port” and “destination L4 port” in the header of the packet match. A collection of packets is treated as one flow. The flow classification unit 131 determines whether or not the flow containing the received packet is registered as a protection flow. In this way, the flow classification unit 131 identifies the flow containing the received packet based on the header of the received packet, and determines whether the identified flow is registered as a protected flow. The flow classification unit 131 outputs the packet output from the routing unit 12 and the judgment result as to whether or not the flow containing the packet is registered as a protection flow to the flow measurement unit 132 .

フロー計測部１３２は、フロー分類部１３１から、パケットと、そのパケットが含まれるフローが保護フローとして登録されているか否かの判定結果とが入力される。フロー計測部１３２は、判定結果が、パケットが含まれるフローが保護フローとして登録されていることを示す場合、パケットを保護フロー送信キュー１３４へキューイングする。また、フロー計測部１３２は、その他の場合には、パケットを非保護フロー送信キュー１３５へキューイングする。このように、振り分け部としてのフロー計測部１３２は、特定したフローが保護フローとして登録されている場合、受信したパケットを保護フロー送信キュー１３４（第１の送信キュー）に振り分け、特定したフローが保護フローとして登録されていない場合、受信したパケットを非保護フロー送信キュー１３５（第２の送信キュー）に振り分ける。 The flow measuring unit 132 receives, from the flow classifying unit 131, a packet and a determination result as to whether or not the flow containing the packet is registered as a protected flow. The flow measurement unit 132 queues the packet in the protection flow transmission queue 134 when the determination result indicates that the flow including the packet is registered as the protection flow. The flow metering unit 132 also queues the packet to the unprotected flow transmission queue 135 in other cases. In this way, when the specified flow is registered as a protection flow, the flow measurement unit 132 as the sorting unit sorts the received packet to the protection flow transmission queue 134 (first transmission queue), and the specified flow is If not registered as a protected flow, the received packet is distributed to the unprotected flow transmission queue 135 (second transmission queue).

また、フロー計測部１３２は、フローごとの破棄パケット数および処理パケット数を記録する記憶部（不図示）を備える。フロー計測部１３２は、パケットを保護フロー送信キュー１３４または非保護フロー送信キュー１３５へキューイングすると、そのパケットを含むフローの処理パケット数を１つ増やす。また、フロー計測部１３２は、保護フロー送信キュー１３４または非保護フロー送信キュー１３５へのパケットのキューイングの際に、パケットがあふれて破棄されると、そのパケットを含むフローの破棄パケット数を１つ増やす。 The flow measurement unit 132 also includes a storage unit (not shown) that records the number of discarded packets and the number of processed packets for each flow. When the flow measurement unit 132 queues a packet to the protected flow transmission queue 134 or the non-protected flow transmission queue 135, the flow measurement unit 132 increments the number of processed packets of the flow including the packet by one. Further, when a packet overflows and is discarded during queuing of packets to the protected flow transmission queue 134 or the unprotected flow transmission queue 135, the flow measurement unit 132 reduces the number of discarded packets of the flow including the packet to 1. increase one.

フロー登録部１３３は、フローごとに、データレート、伝送継続時間、処理パケット数、破棄パケット数および保護フローであるか否かを示す保護フラグを記憶するフローリストを保持する。フロー登録部１３３は、任意の周期（例えば、１秒ごと）で、フローごとの処理パケット数および破棄パケット数の計測結果を、フロー計測部１３２から取得する。フロー登録部１３３は、フロー計測部１３２から取得した計測結果に基づき、フローリストを更新する。 The flow registration unit 133 holds a flow list that stores, for each flow, a data rate, a transmission duration, the number of processed packets, the number of discarded packets, and a protection flag indicating whether the flow is a protection flow. The flow registration unit 133 acquires the measurement results of the number of processed packets and the number of discarded packets for each flow from the flow measurement unit 132 at an arbitrary period (for example, every second). The flow registration unit 133 updates the flow list based on the measurement results obtained from the flow measurement unit 132 .

フロー登録部１３３は、取得した処理パケット数と、記憶している処理パケット数との差分と、フロー計測部１３２からの計測結果の取得周期とに基づき、フローのデータレートを算出する。フロー登録部１３３は、算出したフローのデータレートと、フローリストに記憶されているそのフローの前回のデータレートとの差が所定の閾値以下であり、かつ、取得した破棄パケット数とフローリストに記憶されている破棄パケット数との差が所定の閾値以下（例えば、同一）であれば、フローリストに記憶されている、そのフローの伝送継続時間に取得周期を加算する。なお、伝送継続時間とは、フローのデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、破棄パケット数が所定の閾値以下の状態が継続する時間である。 The flow registration unit 133 calculates the data rate of the flow based on the difference between the acquired number of processed packets and the number of stored processed packets, and the acquisition cycle of the measurement result from the flow measurement unit 132 . The flow registration unit 133 determines that the difference between the calculated data rate of the flow and the previous data rate of the flow stored in the flow list is equal to or less than a predetermined threshold, and that the number of discarded packets acquired and the If the difference from the number of discarded packets stored is equal to or less than a predetermined threshold (for example, the same), the acquisition period is added to the transmission duration of the flow stored in the flow list. Note that the transmission continuation time is the time during which the amount of change in the data rate of the flow is less than or equal to a predetermined threshold and the number of discarded packets is less than or equal to a predetermined threshold.

フロー登録部１３３は、加算後のフローの伝送継続時間が所定の閾値（例えば、１０秒）を超えた場合、フローリストに記憶されている、そのフローの保護フラグを、そのフローが保護フローであることを示す「真」に設定する。その後、フロー登録部１３３は、算出したデータレートと取得した破棄パケット数とでフローリストを更新する。このように、フロー登録部１３３は、所定時間内におけるデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、破棄パケット数が所定の閾値以下であるフローを、保護フローとして登録する。 When the transmission continuation time of the flow after addition exceeds a predetermined threshold value (for example, 10 seconds), the flow registration unit 133 sets the protection flag of the flow stored in the flow list as a protected flow. set to "true" to indicate that After that, the flow registration unit 133 updates the flow list with the calculated data rate and the acquired number of discarded packets. In this way, the flow registration unit 133 registers, as a protected flow, a flow in which the amount of change in data rate within a predetermined period of time is equal to or less than a predetermined threshold and the number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold.

また、フロー登録部１３３は、算出したフローのデータレートと、フローリストに記憶しているそのフローの前回のデータレートとの差が所定の閾値よりも大きい、あるいは、取得した破棄パケット数とフローリストに記憶されている破棄パケット数との差が所定の閾値より大きい場合、そのフローの伝送継続時間をリセットし（例えば、０に更新し）、そのフローの保護フラグを、当該フローが保護フローではないことを示す「偽」に設定する。フローに設定された保護フラグを参照することで、フロー分類部１３１は、受信したパケットを含むフローが保護フローであるか否かを判定することができる。 In addition, the flow registration unit 133 determines that the difference between the calculated data rate of the flow and the previous data rate of the flow stored in the flow list is greater than a predetermined threshold, or that the acquired number of discarded packets and the flow If the difference from the number of discarded packets stored in the list is greater than a predetermined threshold, the transmission duration of that flow is reset (for example, updated to 0), and the protection flag of that flow is set to the protected flow. set to "false" to indicate that it is not By referring to the protection flag set in the flow, the flow classification unit 131 can determine whether or not the flow including the received packet is the protection flow.

フロー登録部１３３は、フローのデータレートと、フローリストに記憶しているそのフローの前回のデータレートとの差と比較する閾値として、例えば、１Ｍｂｐｓといった固定値を用いてよい。また、フロー登録部１３３は、フローのデータレートと、フローリストに記憶しているそのフローの前回のデータレートとの差と比較する閾値として、前回のデータレートの１％といった割合に応じた値を用いてよい。 The flow registration unit 133 may use a fixed value such as 1 Mbps as a threshold for comparing the difference between the data rate of the flow and the previous data rate of the flow stored in the flow list. In addition, the flow registration unit 133 uses a value corresponding to the ratio of the previous data rate, such as 1%, as a threshold to be compared with the difference between the data rate of the flow and the previous data rate of the flow stored in the flow list. can be used.

フロー登録部１３３は、フローリストに記憶されているフローのうち、フロー計測部１３２から取得した、処理パケット数および破棄パケット数の計測結果に含まれていないフローは、フローリストから削除する。また、フロー登録部１３３は、処理パケット数および破棄パケット数の計測結果に、フローリストに含まれていないフローの計測結果が含まれる場合、そのフローを新たにフローリストに登録する。 The flow registration unit 133 deletes from the flow list, among the flows stored in the flow list, flows that are not included in the measurement results of the number of processed packets and the number of discarded packets acquired from the flow measurement unit 132 . Further, when the measurement result of the number of processed packets and the number of discarded packets includes the measurement result of a flow that is not included in the flow list, the flow registration unit 133 newly registers the flow in the flow list.

フロー登録部１３３は、フロー計測部１３２の計測結果に基づきフローリストを更新すると、フローリストに記憶されているフローのうち、保護フラグが「真」であるフローのデータレートの和（以下、「保護データレート」と称する。）を計算する。フロー登録部１３３は、計算した保護データレートを送信キュー制御部１３６に出力する。 When the flow registration unit 133 updates the flow list based on the measurement results of the flow measurement unit 132, the flow registration unit 133 obtains the sum of the data rates of the flows whose protection flag is “true” among the flows stored in the flow list (hereinafter referred to as “ (referred to as the "protected data rate"). The flow registration unit 133 outputs the calculated protected data rate to the transmission queue control unit 136 .

保護フロー送信キュー１３４は、フロー計測部１３２からキューイングされたパケット（保護フローに含まれるパケット）を保持し、送信キュー制御部１３６の制御に従い、保持しているパケットを送信インタフェース１３７に出力する。 The protection flow transmission queue 134 holds packets queued from the flow measurement unit 132 (packets included in the protection flow), and outputs the held packets to the transmission interface 137 under the control of the transmission queue control unit 136. .

非保護フロー送信キュー１３５は、フロー計測部１３２からキューイングされたパケット（保護フロー以外のフローのパケット）を保持し、送信キュー制御部１３６の制御に従い、保持しているパケットを送信インタフェース１３７に出力する。 The unprotected flow transmission queue 135 holds packets queued from the flow measuring unit 132 (packets of flows other than the protected flow), and sends the held packets to the transmission interface 137 under the control of the transmission queue control unit 136. Output.

送信キュー制御部１３６は、フロー登録部１３３から出力された保護データレートに基づき、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５からのパケットの出力を制御する。具体的には、送信キュー制御部１３６は、保護フロー送信キュー１３４から出力されたパケットの送信のデータレートが保護データレート以上となるように、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５からのパケットの出力を制御する。例えば、送信キュー制御部１３６は、保護フロー送信キュー１３４から出力されたパケットの送信のデータレートとして、保護データレートに任意のパラメータα（α＞１、例えば、１．１）を乗じた値が保証されるように、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５からのパケットの出力を制御する。各送信キューからのパケットの出力の制御方式として、例えば、各送信キューの重み付け（Weight値）に応じた割合で各送信キューからのパケットの出力を制御するWeighted Round Robin方式が用いられる。この場合、送信キュー制御部１３６は、Weight値を制御することで、保護フロー送信キュー１３４から出力されたパケットの送信のデータレートが保護データレート以上となるように、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５からのパケットの出力を制御する。保護フロー送信キュー１３４から出力されたパケットの送信のデータレートが保護データレート以上となるように送信キューからのパケットの出力を制御することで、既に安定して伝送されているフローのパケットが、新たなフローの伝送の開始により破棄されることを防ぐことができる。 The transmission queue control unit 136 controls output of packets from the protection flow transmission queue 134 and the non-protection flow transmission queue 135 based on the protection data rate output from the flow registration unit 133 . Specifically, the transmission queue control unit 136 controls the protection flow transmission queue 134 and the non-protection flow transmission queue 135 so that the transmission data rate of the packets output from the protection flow transmission queue 134 is equal to or higher than the protection data rate. control the output of packets in For example, the transmission queue control unit 136 sets a value obtained by multiplying the protection data rate by an arbitrary parameter α (α>1, for example, 1.1) as the transmission data rate of packets output from the protection flow transmission queue 134. Controls the output of packets from protected flow transmit queue 134 and unprotected flow transmit queue 135 as warranted. As a method for controlling the output of packets from each transmission queue, for example, a weighted round robin method that controls the output of packets from each transmission queue at a rate corresponding to the weighting (Weight value) of each transmission queue is used. In this case, the transmission queue control unit 136 controls the Weight value so that the transmission data rate of packets output from the protection flow transmission queue 134 is equal to or higher than the protection data rate. Controls the output of packets from the protection flow transmission queue 135 . By controlling the output of packets from the transmission queue so that the transmission data rate of packets output from the protection flow transmission queue 134 is equal to or higher than the protection data rate, the packets of the flow that have already been stably transmitted It is possible to prevent discarding due to the start of transmission of a new flow.

送信インタフェース１３７は、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５から出力されたパケットを、ネットワークを介して、ルーティング部１２により決定された出力ポートに送信する。 The transmission interface 137 transmits the packets output from the protection flow transmission queue 134 and the non-protection flow transmission queue 135 to the output port determined by the routing section 12 via the network.

次に、本実施形態に係るネットワークスイッチ１０の動作について、送信部１３の動作を中心に説明する。 Next, the operation of the network switch 10 according to this embodiment will be described, centering on the operation of the transmission unit 13. FIG.

図３は、本実施形態に係るネットワークスイッチ１０の動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flow chart showing an example of the operation of the network switch 10 according to this embodiment.

フロー登録部１３３は、フローリストに保護フローを登録する（ステップＳ１１）。具体的には、フロー登録部１３３は、所定時間内におけるデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、破棄パケット数が所定の閾値以下であるフローを、保護フローとしてフローリストに登録する。フロー登録部１３３は、所定の時間間隔で、フロー計測部１３２による、フローごとの処理パケット数および破棄パケット数の計測結果を取得し、取得した計測結果に基づき、そのフローを保護フローとして登録するか否かを判定する。フロー登録部１３３は、フローリストに保護フローとして登録したフローのデータレートの和（保護データレート）を送信キュー制御部１３６に出力する。 The flow registration unit 133 registers the protected flow in the flow list (step S11). Specifically, the flow registration unit 133 registers, in the flow list, a flow in which the amount of change in data rate within a predetermined period of time is equal to or less than a predetermined threshold and the number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold, as a protected flow. do. The flow registration unit 133 acquires the measurement result of the number of processed packets and the number of discarded packets for each flow by the flow measurement unit 132 at predetermined time intervals, and registers the flow as a protected flow based on the acquired measurement result. Determine whether or not The flow registration unit 133 outputs the sum of the data rates of the flows registered as protection flows in the flow list (protection data rate) to the transmission queue control unit 136 .

フロー分類部１３１は、外部から受信したパケットがルーティング部１２を介して入力されると、その受信したパケットのヘッダに基づき、そのパケットを含むフローを特定する（ステップＳ１２）。フロー分類部１３１は、受信したパケットのヘッダにおける、「送信元ＩＰアドレス」、「宛先ＩＰアドレス」、「Ｌ４プロトコルタイプ」、「送信元Ｌ４ポート」および「宛先Ｌ４ポート」に基づき、そのパケットを含むフローを特定する。 When a packet received from outside is input through the routing unit 12, the flow classification unit 131 identifies a flow including the packet based on the header of the received packet (step S12). The flow classification unit 131 classifies the received packet based on the “source IP address”, “destination IP address”, “L4 protocol type”, “source L4 port” and “destination L4 port” in the header of the received packet. Identify the containing flows.

フロー分類部１３１は、特定したフローが保護フローであるか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、フロー分類部１３１は、特定したフローが保護フローとしてフローリストに登録されているか否かを判定する。フロー分類部１３１は、受信したパケットと判定結果とを振り分け部としてのフロー計測部１３２に出力する。 The flow classification unit 131 determines whether or not the identified flow is a protection flow (step S13). Specifically, the flow classification unit 131 determines whether or not the identified flow is registered in the flow list as a protected flow. The flow classification unit 131 outputs the received packet and the determination result to the flow measurement unit 132 as a distribution unit.

フロー分類部１３１により、特定したフローが保護フローであると判定された場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、フロー計測部１３２は、フロー分類部１３１から出力されたパケットを保護フロー送信キュー１３４に振り分ける（ステップＳ１４）。 When the flow classification unit 131 determines that the specified flow is a protection flow (step S13: Yes), the flow measurement unit 132 distributes the packet output from the flow classification unit 131 to the protection flow transmission queue 134 ( step S14).

フロー分類部１３１により、特定したフローが保護フローでないと判定された場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、フロー計測部１３２は、フロー分類部１３１から出力されたパケットを非保護フロー送信キュー１３５に振り分ける（ステップＳ１５）。 When the flow classification unit 131 determines that the specified flow is not the protected flow (step S13: No), the flow measurement unit 132 distributes the packet output from the flow classification unit 131 to the unprotected flow transmission queue 135 ( step S15).

送信キュー制御部１３６は、フロー登録部１３３から出力された保護データレートに基づき、送信キュー（保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５）からのパケットの送信を制御する（ステップＳ１６）。具体的には、送信キュー制御部１３６は、保護フロー送信キュー１３４から出力されたパケットの送信のデータレートが保護データレート以上となるように、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５からのパケットの出力を制御する。 The transmission queue control unit 136 controls transmission of packets from the transmission queues (the protected flow transmission queue 134 and the unprotected flow transmission queue 135) based on the protection data rate output from the flow registration unit 133 (step S16). Specifically, the transmission queue control unit 136 controls the protection flow transmission queue 134 and the non-protection flow transmission queue 135 so that the transmission data rate of the packets output from the protection flow transmission queue 134 is equal to or higher than the protection data rate. control the output of packets in

このように本実施形態においては、ネットワークスイッチ１０は、フロー分類部１３１と、振り分け部としてのフロー計測部１３２と、フロー登録部１３３と、送信キュー制御部１３６とを備える。フロー登録部１３３は、所定時間内におけるデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、破棄パケット数が所定の閾値以下であるフローを、保護フローとして登録する。フロー分類部１３１は、受信したパケットのヘッダに基づき、受信したパケットが含まれるフローを特定し、特定したフローが保護フローとして登録されているか否かを判定する。フロー計測部１３２は、特定したフローが保護フローとして登録されている場合、受信したパケットを保護フロー送信キュー１３４に振り分け、特定したフローが保護フローとして登録されていない場合、受信したパケットを非保護フロー送信キュー１３５に振り分ける。送信キュー制御部１３６は、保護フロー送信キュー１３４からのパケットの伝送レートが、保護フローとして登録されたフローのデータレート以上となるように、保護フロー送信キュー１３４および非保護フロー送信キュー１３５からのパケットの送信を制御する。 As described above, in this embodiment, the network switch 10 includes the flow classification unit 131 , the flow measurement unit 132 as a distribution unit, the flow registration unit 133 , and the transmission queue control unit 136 . The flow registration unit 133 registers, as a protected flow, a flow in which the amount of change in data rate within a predetermined period of time is equal to or less than a predetermined threshold and the number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold. The flow classification unit 131 identifies a flow containing the received packet based on the header of the received packet, and determines whether the identified flow is registered as a protection flow. If the identified flow is registered as a protected flow, the flow measurement unit 132 distributes the received packet to the protected flow transmission queue 134. If the identified flow is not registered as a protected flow, the flow measurement unit 132 unprotects the received packet. Allocate to the flow transmission queue 135 . The transmission queue control unit 136 controls the transmission rate of packets from the protected flow transmission queue 134 and the unprotected flow transmission queue 135 so that the transmission rate of packets from the protected flow transmission queue 134 is equal to or higher than the data rate of the flow registered as the protected flow. Control packet transmission.

所定時間内におけるデータレートの変化量が所定の閾値以下であり、かつ、破棄パケット数が所定の閾値以下であるフローは、既に安定して伝送されているフローである。本実施形態においては、このようなフローが保護フローとして登録され、受信したパケットの含まれるフローが保護フローである場合、そのパケットは、保護フロー送信キュー１３４に割り当てられる。そして、保護フロー送信キュー１３４からのパケットの送信のデータレートが、保護フローとして登録されたフローのデータレート以上となるように、送信キューからのパケットの送信を制御することで、伝送中のフローのパケットが、新たなフローの伝送の開始により破棄されることを防ぐことができる。また、保護フローであるか否かを、所定時間内におけるデータレートの変化量と、破棄パケット数とに基づき判定するため、保護したいフローのＩＰアドレスあるいはポート番号などの情報を登録する必要もない。 A flow whose amount of change in data rate within a predetermined period of time is equal to or less than a predetermined threshold and whose number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold is a flow that has already been stably transmitted. In the present embodiment, such flows are registered as protected flows, and if the flow in which the received packet belongs is a protected flow, the packet is assigned to protected flow transmission queue 134 . Then, by controlling the transmission of packets from the transmission queue so that the data rate of packet transmission from the protection flow transmission queue 134 is equal to or higher than the data rate of the flow registered as the protection flow, the flow being transmitted is controlled. packets from being discarded due to the start of transmission of a new flow. In addition, since whether or not a flow is protected is determined based on the amount of change in data rate within a predetermined period of time and the number of discarded packets, there is no need to register information such as the IP address or port number of the flow to be protected. .

なお、実施形態では特に触れていないが、コンピュータを、ネットワークスイッチ１０として機能させるプログラムが提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭなどの記録媒体であってもよい。 Although not specifically mentioned in the embodiment, a program that causes a computer to function as the network switch 10 may be provided. Also, the program may be recorded on a computer-readable medium. It can be installed on a computer using a computer readable medium. Here, the computer-readable medium on which the program is recorded may be a non-transitory recording medium. The non-transitory recording medium is not particularly limited, but may be, for example, a recording medium such as a CD-ROM or a DVD-ROM.

あるいは、ネットワークスイッチ１０が行う各処理を実行するためのプログラムを記憶するメモリ、および、メモリに記憶されたプログラムを実行するプロセッサによって構成され、ネットワークスイッチ１０に搭載されるチップが提供されてもよい。 Alternatively, a chip mounted on the network switch 10 and configured by a memory storing a program for executing each process performed by the network switch 10 and a processor executing the program stored in the memory may be provided. .

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions are possible within the spirit and scope of the invention. Therefore, this invention should not be construed as limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes are possible without departing from the scope of the claims. For example, it is possible to combine a plurality of configuration blocks described in the configuration diagrams of the embodiments into one, or divide one configuration block.

１０ネットワークスイッチ
１１受信部
１２ルーティング部
１３送信部
１３１フロー分類部
１３２フロー計測部（振り分け部）
１３３フロー登録部
１３４保護フロー送信キュー（第１の送信キュー）
１３５非保護フロー送信キュー（第２の送信キュー）
１３６送信キュー制御部
１３７送信インタフェース REFERENCE SIGNS LIST 10 network switch 11 reception unit 12 routing unit 13 transmission unit 131 flow classification unit 132 flow measurement unit (sorting unit)
133 flow registration unit 134 protection flow transmission queue (first transmission queue)
135 Unprotected Flow Transmit Queue (Secondary Transmit Queue)
136 transmission queue control unit 137 transmission interface

Claims

A network switch that forwards packets on a network,
a flow registration unit that registers, as a protected flow, a flow in which the amount of change in data rate within a predetermined period of time is less than or equal to a predetermined threshold and the number of discarded packets is less than or equal to a predetermined threshold;
a flow classification unit that identifies a flow containing the packet based on the header of the received packet and determines whether or not the identified flow is registered as the protection flow;
If the specified flow is registered as the protected flow, the packet is assigned to a first transmission queue, and if the specified flow is not registered as the protected flow, the packet is assigned to a second transmission queue. a sorting unit that sorts
transmission of packets from the first transmission queue and the second transmission queue such that a data rate of transmission of packets from the first transmission queue is equal to or higher than a data rate of the flow registered as the protected flow; A network switch comprising: a transmission queue control unit that controls transmission.

The network switch of claim 1, wherein
The flow registration unit stores, for each flow, a transmission continuation time, which is a time during which the amount of change in the data rate is equal to or less than a predetermined threshold and the number of discarded packets is equal to or less than a predetermined threshold. , a network switch that registers a flow whose transmission duration exceeds a predetermined threshold as the protection flow.

A network switch according to claim 2,
The sorting unit measures the number of processed packets, which is the number of packets queued in the first transmission queue or the second transmission queue, and the number of discarded packets for each flow,
The flow registration unit acquires and stores the measurement result of the distribution unit at a predetermined acquisition cycle, and compares the number of processed packets in the newly acquired measurement result with the number of processed packets in the stored previous measurement result. calculating the data rate based on the difference and the acquisition period, and storing the number of discarded packets in the newly acquired measurement result, and the amount of change in the calculated data rate being equal to or less than a predetermined threshold; If the difference from the number of discarded packets in the previous measurement result is equal to or less than a predetermined threshold, the time obtained by adding the acquisition period to the previous transmission duration stored is stored as a new transmission duration. switch.

A network switch according to claim 3,
The flow registration unit determines whether the amount of change in the data rate of the flow is greater than a predetermined threshold, or the number of discarded packets in the newly acquired measurement result and the number of discarded packets in the stored previous measurement result. a network switch that resets the transmission duration of the flow if the difference between the flows is greater than a predetermined threshold.

A program that causes a computer to function as the network switch according to any one of claims 1 to 4.