JP3309212B2 - ネットワークスイッチ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はネットワークスイッ
チ装置に関し、特に複数のノードを相互に結合するノー
ド間ネットワークの中核となり、ノード間相互のパスを
スイッチングするネットワークスイッチ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ネットワークスイッチ装置におい
ては、複数のノードを相互に結合するノード間ネットワ
ークの中核になり、ノード間相互のパスをスイッチング
し、通信やデータ転送等の経路となる。ここで、ノード
は単一または複数のプロセッサからなる１つのスーパコ
ンピュータシステムのことであり、複数のノードを結合
することによってクラスタシステムが構築される。

【０００３】上記のネットワークスイッチ装置は性能を
追求するため、ノード間ネットワークをデータバッファ
を使用したフルクロスポイント型で実現している。しか
しながら、フルクロスポイント型のネットワークは接続
対象となるノード台数分の入力ポートと出力ポートとを
ネットワークスイッチ装置一点に集中させている。

【０００４】そのため、接続台数の増加に伴って装置が
大規模化し、バッファの容量やコネクタの大きさ、及び
ケーブルの本数等が増加する。例えば、５００台以上の
ノードをフルクロスポイント型のネットワークスイッチ
装置で接続しようとしても、物理的な問題から実現する
ことができない。

【０００５】上述したようなネットワークスイッチ装置
は送信側ノード（または前段のネットワークスイッチ装
置）から送られてくる転送データを受信する入力ポート
と、入力ポートから受信したデータに付帯している行き
先情報（＝受信側ノード番号）とを解読して複数の出力
ポートから目的の出力ポートを選択するクロスポイント
スイッチと、受信側ノード（または次段のネットワーク
スイッチ装置）への転送路である出力ポートと、複数の
入力ポートからのデータが同一の出力ポートを使用した
場合に優先順位等で１つの入力ポートにのみに該当出力
ポートの占有権を与える調停回路と、調停によって目的
とする出力ポートが空くまでの間だけ調停に敗れた入力
ポートが待ち合わせを行うデータバッファとからなる。

【０００６】複数のノードを接続することによってクラ
スタシステムを構築する際に、ネットワークスイッチ装
置が使用される。例えば、図３に示すように、各々４本
ずつの入力ポート４６〜４９及び出力ポート５０〜５３
を備えたネットワークスイッチ装置４では、送信側ノー
ド２−１〜２−４（または前段のネットワークスイッチ
装置）から送られてくる転送データを夫々対応する入力
ポート４６〜４９で受信する。

【０００７】送信側ノード２−１〜２−４から受信した
データには行き先情報（＝受信側ノード３−１〜３−４
の番号）が付加されており、この行き先情報から使用す
る出力ポート５０〜５３を決定する。

【０００８】複数の入力ポート４６〜４９が出力ポート
５０〜５３のうちの１つを同時に使用しようとした場
合、例えば送信側ノード２−１と送信側ノード２−２と
が同時に受信側ノード３−１にデータを転送しようとし
た時、クロスポイント４１上で競合が発生する。この競
合を調停し、例えば優先順位の高い入力ポート４６のデ
ータを優先する場合、目的の出力ポート５０の占有権を
送信側ノード２−１に与えるのが調停回路４０である。

【０００９】一方、調停に敗れた入力ポート４７は目的
の出力ポート５０が解放されるまで、データの内容を失
わないように入力バッファ４３でバッファリングしなが
ら、出力ポート５０が解放されるまで待つことになる。

【００１０】また、この入力ポート４６から出力ポート
５０への転送、入力ポート４７から入力バッファ４３へ
のバッファリングを行っている最中でも、他の出力ポー
トを使用してデータ転送を行うことができる。

【００１１】この種のネットワークスイッチ装置４は複
数の出力ポート５０〜５３を使用する複数の転送による
多重動作を可能とし、かつ転送性能を上げるために予め
データをネットワークスイッチ装置４内でバッファリン
グする必要があり、ネットワークスイッチ装置４におい
ては入力バッファ４２〜４５が必須となっている。ま
た、入力バッファ４２〜４５の大きさは転送性能に大き
く影響する。

【００１２】上記のようなネットワークシステムについ
ては、特開平３−６５７５０号公報や特開平５−２６５
９７９号公報、及び特開平６−１６８２１４号公報等に
開示された技術がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のネット
ワークスイッチ装置では、複数のノードを接続してノー
ド間のデータ転送を実現する場合、ネットワーク上の競
合に耐えるためにデータバッファが必須であり、データ
転送能力は大量のデータ転送程、有利になる傾向にあ
る。

【００１４】上記のネットワークスイッチ装置は送信側
ノード（または前段のネットワークスイッチ装置）から
のデータを受信する入力ポートと、データの行き先によ
って出力ポートを選択するクロスポイントと、受信側ノ
ード（または後段のネットワークスイッチ装置）ヘデー
タを送信する出力ポートと、複数の入力ポートが１つの
出力ポートを使用しようとした場合に競合を調停する調
停回路と、調停に敗れた入力ポートのデータを失わない
ためにそのデータをバッファリングするデータバッファ
とからなる。

【００１５】そのため、ネットワークスイッチ装置には
大規模なノード間接続ネットワークにおいて入力ポート
／出力ポートが一点に集中するため、物理的な制約から
大規模なネットワークを実現することが困難である。

【００１６】つまり、フルクロスポイント型のネットワ
ークでは接続対象となるノード台数分の入力ポートと出
力ポートとをネットワークスイッチ装置一点に集中させ
るため、接続台数の増加に伴って装置が大規模化し、バ
ッファの容量やコネクタの大きさ、及びケーブルの本数
等が増加する。したがって、例えば５００台以上のノー
ドをフルクロスポイント型のネットワークスイッチ装置
で接続しようとしても、物理的な問題から実現すること
ができない。

【００１７】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、接続台数の増加に伴う大規模なネットワークをフ
ルクロスポイントネットワークで安価に実現することが
でき、少量のデータ転送に関わる転送速度を向上させる
ことができるネットワークスイッチ装置を提供すること
にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によるネットワー
クスイッチ装置は、複数の送信側ノードと複数の受信側
ノードとの間を相互に接続するネットワークスイッチ装
置であって、前記複数の送信側ノード各々からのリクエ
ストに応答して自装置内における前記複数の受信側ノー
ド各々までの転送経路を確定する確定手段と、前記確定
手段で確定された転送経路を用いて前記送信側ノードと
前記受信側ノードとの間のデータ転送を実行する手段と
を備えている。

【００１９】本発明による他のネットワークスイッチ装
置は、複数の送信側ノードと複数の受信側ノードとの間
を相互に接続するネットワークスイッチ装置であって、
前記複数の送信側ノードに接続されかつ前記複数の送信
側ノードからのあて先情報を含むリクエスト信号及び制
御情報と前記複数の受信側ノードからの受信可能状態を
示すレディ信号とが夫々独立に入力される複数の入力ポ
ートと、前記複数の受信側ノードに接続されかつ前記リ
クエスト信号及び前記制御情報と前記レディ信号とが夫
々独立に入力される複数の出力ポートと、前記複数の送
信側ノード各々からのリクエスト信号が入力される入力
ポートと前記リクエスト信号の送出先の受信側ノードに
対応する出力ポートとをスイッチングするリクエスト用
クロスポイントと、前記複数の送信側ノード各々からの
データ信号が入力される入力ポートと前記データ信号の
送出先の受信側ノードに対応する出力ポートとをスイッ
チングするデータ用クロスポイントと、前記複数の送信
側ノード各々からのリクエスト信号に応答して前記複数
の受信側ノードから出力されるレディ信号が入力される
出力ポートと前記レディ信号の送出先の送信側ノードに
対応する入力ポートとをスイッチングするレディ用クロ
スポイントと、前記複数の送信側ノード各々からのリク
エスト信号に応答して前記リクエスト用クロスポイント
と前記データ用クロスポイントと前記レディ用クロスポ
イントとにおけるスイッチング動作を制御しかつ前記制
御情報と前記レディ信号とを用いて前記複数の受信側ノ
ード各々までの自装置内の転送経路を確定する確定手段
と、前記確定手段で確定された転送経路を用いて前記送
信側ノードと前記受信側ノードとの間で前記データ信号
の転送を実行する手段とを備えている。

【００２０】すなわち、本発明のネットワークスイッチ
装置は送信側ノードの指示によって受信側ノードまでの
パス（ルート）を決定し、データ転送を行う。送信側ノ
ードから転送されるデータには目的とする受信側ノード
を示す情報が付加されており、ネットワークスイッチ装
置はその情報を基に受信側ノードまでのパスを選択す
る。

【００２１】ネットワークスイッチ装置はクロスポイン
トの出入り口に、入力ポートと出力ポートとを持ち、ク
ロスポイントをスイッチングしながらデータ転送を実現
している。ここで、ネットワークスイッチ装置は従来例
の入力ポートと出力ポートと調停回路との他に、リクエ
スト／データ／レディ用の各専用クロスポイントを有し
ている。また、入力ポートと出力ポートとには夫々独立
に形成されたリクエスト信号線とデータ信号線とレディ
信号線とからなるインタフェースを持っている。

【００２２】つまり、ノード間ネットワークを一点に集
中させないようにするために、フルクロスポイントの適
当な単位（例えば８×８）のネットワークスイッチを多
段に接続して実現する。その場合、フルクロスになるよ
うに接続するため、結果として１つの目的に対して複数
の経路が存在することになる。

【００２３】一方、従来のクロスポイント型のネットワ
ークスイッチにはバッファが内蔵されていたが、本発明
の構成では各ネットワークスイッチ上にデータバッファ
が存在すると、転送に関するターン・アラウンド・タイ
ムを悪化させることになるのでデータバッファを取り除
いている。そのため、ネットワークスイッチ上にデータ
バッファが存在しないので、ネットワーク上での競合が
回避できない。

【００２４】そこで、転送に先立って予め送信側ノード
から目的の受信側ノードまでの経路（ルート）を確定
し、それに関わる各ネットワークスイッチを占有させる
ことでネットワーク上の経路をロック（予約）する。

【００２５】結果として、５００台を越えるノードをフ
ルクロス構成で接続することができ、またデータバッフ
ァが存在しないので、安価なシステムを提供することが
できる。併せて、データ転送を開始する前に転送経路を
確定するが、その際に少量のデータを付随させること
で、少量のデータ転送に関わる転送速度（ターン・アラ
ウンド・タイム）の向上を図る。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によ
るネットワークスイッチ装置の構成を示すブロック図で
ある。図において、ネットワークスイッチ装置１はネッ
トワークの中核に位置し、送信側ノード２−１〜２−４
及び受信側ノード３−１〜３−４を相互に接続してい
る。

【００２７】ネットワークスイッチ装置１は調停回路１
０と、リクエスト（ｒｅｑ）用クロスポイント１１と、
データ（ｄａｔａ）用クロスポイント１２と、レディ
（ｒｄｙ）用クロスポイント１３と、入力ポート１４〜
１７と、出力ポート１８〜２１とを備えている。

【００２８】調停回路１０は入力ポート１４〜１７から
のリクエスト信号を入力とし、複数のリクエスト信号の
中から予め設定された優先順位等によって１つのリクエ
スト信号を選択し、その結果をリクエスト用クロスポイ
ント１１とデータ用クロスポイント１２とレディ用クロ
スポイント１３とに夫々送出し、出力ポート１８〜２１
に関する占有権を選択された入力ポート１４〜１７に与
えるものである。

【００２９】リクエスト用クロスポイント１１とデータ
用クロスポイント１２とレディ用クロスポイント１３と
は入力ポート１４〜１７及び出力ポート１８〜２１各々
からの入力信号を調停回路１０からの指示によって選択
（スイッチング）するものである。

【００３０】送信側ノード２−１〜２−４は夫々ネット
ワークスイッチ装置１の入力ポート１４〜１７に接続さ
れており、夫々独立に形成されたリクエスト（ｒｅｑ）
信号線１１１，１２１，１３１，１４１とデータ（ｄａ
ｔａ）信号線１１２，１２２，１３２，１４２とレディ
（ｒｄｙ）信号線１１３，１２３，１３３，１４３とか
らなるインタフェースを持っている。

【００３１】また、受信側ノード３−１〜３−４は夫々
ネットワークスイッチ装置１の出力ポート１８〜２１に
接続されており、夫々独立に形成されたリクエスト（ｒ
ｅｑ）信号線２１１，２２１，２３１，２４１とデータ
（ｄａｔａ）信号線２１２，２２２，２３２，２４２と
レディ（ｒｄｙ）信号線２１３，２２３，２３３，２４
３とからなるインタフェースを持っている。

【００３２】リクエスト信号線１１１，１２１，１３
１，１４１，２１１，２２１，２３１，２４１に送出さ
れるリクエスト信号は転送要求を行う際にアクティブに
なる信号である。データ信号線１１２，１２２，１３
２，１４２，２１２，２２２，２３２，２４２は転送の
際に使用するデータ線である。

【００３３】レディ信号線１１３，１２３，１３３，１
４３，２１３，２２３，２３３，２４３に送出されるレ
ディ信号は送信側からリクエストがあった場合に、受信
側が受信可能な場合にアクティブになる信号である。

【００３４】図２は本発明の一実施例によるライト転送
に関する手順を示す図である。これら図１及び図２を参
照して送信側ノード２−１から受信側ノード３−１への
データ転送（ライト転送）について説明する。

【００３５】送信側ノード２−１がリクエスト信号をア
クティブにしてリクエスト信号線１１１に送出すること
によって、転送リクエストを行うネットワークスイッチ
装置１の入力ポート１４はアクティブになったリクエス
ト信号をリクエスト信号線１１１を介して受け取り、こ
れを調停回路１０にかける。

【００３６】この時、他の送信側ノード２−２〜２−４
からも受信側ノード３−１に対するアクティブなリクエ
スト信号があった場合には、調停回路１０において競合
調停が行われる。

【００３７】この調停回路１０の競合調停において予め
設定された優先順位等の条件によって、送信側ノード２
−１のリクエスト信号が選択されたとする。この時、受
信側ノード３−１に接続されている出力ポート１８は送
信側ノード２−１に接続されている入力ポート１４に占
有されることになる。

【００３８】リクエスト用クロスポイント１１及びデー
タ用クロスポイント１２は調停回路１０からの指示によ
って、入力ポート１４からのリクエスト信号とデータと
を出力ポート１８にスイッチングする。

【００３９】リクエスト用クロスポイント１１で選択さ
れたリクエスト信号は出力ポート１８を介して受信側ノ
ード３−１に到達する。同時に、受信側ノード３−１に
対する制御情報（ライト／リード等の転送種別・メモリ
の書込み／読出しアドレス等）は、データ信号線１１２
→データ用クロスポイント１２→データ信号線２１２と
いう経路で転送される。

【００４０】この制御情報は本来転送経路が確定してか
ら転送されるデータであるが、データ信号線１１２のデ
ータ幅に収まる範囲であれば、転送経路を確定する期間
だけ送出し続けることによって受信側ノード３−１〜３
−４に伝達させることが可能になる。これによって、少
量のデータ転送に関わる転送速度（ターン・アラウンド
・タイム）が向上する。

【００４１】受信側ノード３−１はアクティブになった
リクエスト信号及びデータ（制御情報）をリクエスト信
号線２１１及びデータ信号線２１２を介して受信する
と、受信可能な状態であればレディ信号をアクティブに
してレディ信号線２１３に出力する。

【００４２】このレディ信号はレディ信号線２１３と出
力ポート１８とレディ用クロスポイント１３とを介して
調停回路１０の指示によって入力ポート１４に接続され
ているレディ信号線１１３に送出され、パスが確立しか
つ受信可能であることが送信側ノード２−１に通知され
る。

【００４３】レディ信号を受信した送信側ノード２−１
はデータ信号線１１２→データ用クロスポイント１２→
データ信号線２１２という経路で受信側ノード３−１に
対してデータ転送を行う。

【００４４】上記の場合、送信側ノード２−１はデータ
信号線１１２を用いて受信側ノード３−１へのデータ転
送を行う前に、リクエスト信号及び制御信号を送出して
転送経路を確保しているので、他の送信側ノード２−２
〜２−４が受信側ノード３−１へのデータ転送をリクエ
スト信号及び制御信号でリクエストしても受信側ノード
３−１が使用中であることが通知されるだけである。

【００４５】すなわち、従来技術では送信側ノード２−
１〜２−４からリクエスト信号及びデータが同一信号線
で送出されているので、その時のデータを入力バッファ
に保持しておかなければならない。

【００４６】これに対し、本発明では送信側ノード２−
１〜２−４とネットワークスイッチ装置１との間及び受
信側ノード３−１〜３−４とネットワークスイッチ装置
１との間が夫々独立のリクエスト信号線１１１，１２
１，１３１，１４１，２１１，２２１，２３１，２４１
とデータ信号線１１２，１２２，１３２，１４２，２１
２，２２２，２３２，２４２とレディ信号線１１３，１
２３，１３３，１４３，２１３，２２３，２３３，２４
３とで接続されているため、データ転送前に転送経路を
確定することが可能となり、一度転送経路が確定すると
それ以外のノードによるデータ転送が不可となるので、
ネットワークスイッチ装置１に対して待ち状態にあるノ
ードからデータが送出されることはない。

【００４７】このように、リクエスト用クロスポイント
１１とデータ用クロスポイント１２とレディ用クロスポ
イント１３と入力ポート１４〜１７と出力ポート１８〜
２１とによって送信側ノード２−１〜２−４と受信側ノ
ード３−１〜３−４との間の転送経路を確定してからデ
ータ転送を開始するので、ネットワークスイッチ装置１
上でデータバッファが不要となり、またパスを確定する
期間にデータに先行すべき制御情報が事前に格納される
ので、ターン・アラウンド・タイムを向上させることが
できる。

【００４８】図１に示す構成例では送信側ノード２−１
〜２−４×受信側ノード３−１〜３−４が４×４のケー
スを例示しているが、送信側ノード及び受信側ノードの
台数が４台よりも多い場合には複数台のネットワークス
イッチ装置を使用して大規模なネットワークを実現する
ことができる。その場合には送信側ノードから送信され
た信号やデータが受信側ノードまで到達するのに複数の
ネットワークスイッチ装置を経由するが、各信号やデー
タの受け渡しは上述したのと同様な手順で行われる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の送信側ノードと複数の受信側ノードとの間を相互に
接続するネットワークスイッチ装置において、複数の送
信側ノード各々からのリクエストに応答して自装置内に
おける複数の受信側ノード各々までの転送経路を確定
し、この確定された転送経路を用いて複数の送信側ノー
ドと複数の受信側ノードとの間のデータ転送を実行する
ことによって、接続台数の増加に伴う大規模なネットワ
ークをフルクロスポイントネットワークで安価に実現す
ることができ、少量のデータ転送に関わる転送速度を向
上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるネットワークスイッチ
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例によるライト転送に関する手
順を示す図である。

【図３】従来例によるネットワークスイッチ装置の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ネットワークスイッチ装置 ２−１〜２−４ 送信側ノード ３−１〜３−４ 受信側ノード １０ 調停回路 １１ リクエスト用クロスポイント １２ データ用クロスポイント １３ レディ用クロスポイント １４〜１７ 入力ポート １８〜２１ 出力ポート

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の送信側ノードと複数の受信側ノー
   ドとの間を相互に接続するネットワークスイッチ装置で
   あって、前記複数の送信側ノードに接続されかつ前記複
   数の送信側ノードからのあて先情報を含むリクエスト信
   号及び制御情報と前記複数の受信側ノードからの受信可
   能状態を示すレディ信号とが夫々独立に入力される複数
   の入力ポートと、 前記複数の受信側ノードに接続されかつ前記リクエスト
   信号及び前記制御情報と前記レディ信号とが夫々独立に
   入力される複数の出力ポートと、 前記複数の送信側ノード各々からのリクエスト信号が入
   力される入力ポートと前記リクエスト信号の送出先の受
   信側ノードに対応する出力ポートとをスイッチングする
   リクエスト用クロスポイントと、 前記複数の送信側ノード各々からのデータ信号が入力さ
   れる入力ポートと前データ信号の送出先の受信側ノード
   に対応する出力ポートとをスイッチングするデータ用ク
   ロスポイントと、 前記複数の送信側ノード各々からのリクエスト信号に応
   答して前記複数の受信側ノードから出力されるレディ信
   号が入力される出力ポートと前記レディ信号の送出先の
   送信側ノードに対応する入力ポートとをスイッチングす
   るレディ用クロスポイントと、 前記複数の送信側ノード各々からのリクエスト信号に応
   答して前記リクエスト用クロスポイントと前記データ用
   クロスポイントと前記レディ用クロスポイントとにおけ
   るスイッチング動作を制御しかつ前記制御情報と前記レ
   ディ信号とを用いて前記複数の受信側ノード各々までの
   自装置内の転送経路を確定する確定手段と、 前記確定手段で確定された転送経路を用いて前記送信側
   ノードと前記受信側ノードとの間で前記データ信号の転
   送を実行する手段とを有することを特徴とするネットワ
   ークスイッチ装置。
2. 【請求項２】 前記確定手段は、前記複数の送信側ノー
   ド各々からのリクエスト信号の競合時に予め設定された
   優先順位に基づいてそれらのリクエスト信号のうちの一
   つを選択するように構成したことを特徴とする請求項２
   記載のネットワー クスイッチ装置。