JP3398627B2 - パケット交換アダプタ - Google Patents

パケット交換アダプタ

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JP3398627B2
JP3398627B2 JP25218299A JP25218299A JP3398627B2 JP 3398627 B2 JP3398627 B2 JP 3398627B2 JP 25218299 A JP25218299 A JP 25218299A JP 25218299 A JP25218299 A JP 25218299A JP 3398627 B2 JP3398627 B2 JP 3398627B2
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    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00Packet switching elements
    • H04L49/30Peripheral units, e.g. input or output ports
    • H04L49/3036Shared queuing

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は例えばパケット処理
ネットワークなど、情報が可変長パケット・ストリーム
により伝送されるシステムに関して、これは超高速デー
タ伝送速度におけるパケットのオンザフライ式処理を可
能にする。
【0002】
【従来の技術】通信ネットワークや記憶システムなどの
パケット処理システムが、益々重要となっている。この
種のパケット・ベースのシステムの利点は、各々の及び
任意のパケットが自律的であって、例えばパケットのヘ
ッダにより伝送される情報だけを使用することにより、
ネットワークを介して経路指定されることである。非同
期転送モード(以下ATMと記す)・データ伝送ネット
ワークは、公知のパケット処理システムであり、そこで
は単一の処理パケットが固定長を有し、それはセルと呼
ばれる。このATM技術は高速データ伝送速度を可能に
し、多くのタイプのトラフィックをサポートする。それ
らには、典型的なマルチメディア環境において遭遇する
幾つかのタイプを挙げただけでも、データ、ファクシミ
リ、音声、ビデオ及びイメージなどが含まれる。インタ
ーネットや、テレビ会議、テレビ電話医療、リモート学
習、HDTV、リアルタイム共同制作などの関連オンラ
イン技術の出現により、一層高速のデータ速度を扱わね
ばならない状況である。従って、純粋なATMセルのた
めの交換システムから、ATMセルに加え、可変長IP
(インターネット・プロトコル)パケットをサポートす
るシステムへの変更に注目が注がれている。
【0003】本願は、本願の出願人に権利譲渡された1
996年2月6日付けのWO97/29613、"Paral
lel on-the-fly Processing of Fixed Length Cells"に
関連する。
【0004】任意の種類のパケット処理システムのため
の典型的な装置には、ハブ、ルータ、サーバ、交換機
(例えば接続目的に使用される)や、コンピュータや他
の装置(プリンタ、プロッタ、スキャナ、ディスク・ド
ライブ、ファックス・マシン、ネットワーク探知器(sn
iffer)など)を、パケット処理システムにリンクする
アダプタ・カードなどが含まれる。こうしたパケット処
理システムにおいて、パケットがより高速に伝送される
ようになると、パケット処理がより複雑且つ高価とな
る。
【0005】一部のパケット処理システムは、既に可能
性の限界に達したか、もしくは直に達するであろうデー
タ伝送速度に達している。この問題を回避または解決す
る新たなアプローチが求められている。ギガビット/秒
の範囲で動作する一部のネットワークは、新たな解決策
が必要とされる段階に達している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、超高速データ伝送速度における可変長パケット処理
のための新たな概念を提供することである。
【0007】本発明の別の目的は、可変長パケットの超
高速オンザフライ式処理を可能にする装置及び方法を提
供することである。
【0008】更に本発明の別の目的は、こうしたアプロ
ーチをパケット処理システムに適用することである。
【0009】更に本発明の別の目的は、サービス品質を
保持する、可変長パケットのオンザフライ式処理を保証
することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、受信可変長パ
ケットの入力パケット・ストリームを処理するパケット
処理装置を提供する。可変長パケットは以下では単にパ
ケットと呼ばれ、これはパケット・データ及びパケット
情報を含む。パケット・データはペイロードと呼ばれ、
パケット情報(例えば長さ、パケット寿命、ヘッダ・チ
ェックサム、アドレスなど)は、通常パケットのヘッダ
内に提供される。フレーム・チェックサムはFCSとも
呼ばれ、IP(インターネット・プロトコル)パケット
の終りに提供される。パケット処理装置は、パケットを
幾つかの並列で同一の構成を有する処理経路に分配する
ディストリビュータを含み、各処理経路は、パケットを
供給され、任意の瞬間に、1つのパケットだけのために
そのパケット情報を処理可能な、少なくとも1つの処理
ユニットを含む。このことは、パケット情報を有する1
つのパケットだけが、或いはパケットがパケット部分に
中断された場合には、パケット情報を有する1つのパケ
ット部分だけが、ある処理ユニット内に処理のために存
在できることを意味する。パケット情報を有さないパケ
ット・データまたはパケット部分は、処理ユニットによ
りそれらをシフトすることにより処理される。
【0011】受信パケットは異なる長さ及び優先順位を
有し得る。更に、クロック・サイクルに関して、処理経
路内の特定のユニットにつき、そのアクションを実行す
るために必要とされるクロック・サイクルの数が、パケ
ットの長さよりも大きいことも有り得る。従って、この
特定のユニットがまだ前のパケットにより占有されてい
るとき、次のパケットがこのユニットに到来し得る。そ
のため、異なるパケットを別の処理経路に供給するため
に、供給(feeding)が中断可能である。より高い優先
順位の短いパケットを供給するために、長いパケットの
供給を中断すること、または例えば良好に均衡の取れた
データ・スループットのために、長いパケットを交互に
中断することが可能である。必要に応じて、長いパケッ
トが幾つかのパケット部分に分割される。本発明の利点
は、サービス品質を保持する可変長パケットのオンザフ
ライ式処理を保証する、すなわち、可変長パケットの処
理の間に最小遅延が発生し、重要なパケットが高速に処
理される一方、可変長パケットを有するリアルタイム・
トラフィックが達成されることである。
【0012】1つの中断パケットの幾つかのパケット部
分が、同一の処理経路内で対応するユニットにより伝送
され、処理される。それにより、より多くのパケットが
同一の時刻に処理され得ることとなり、各それぞれの処
理経路の末端において、パケット部分を収集し、再組み
立てすることが容易になる。更に、パケット部分がどの
処理経路内に、及びどの処理ユニット内に存在するかが
知れており、他の処理経路内でパケット部分を探す必要
はない。
【0013】各処理経路に対して、幾つかのパケット部
分を収集するコレクタが、各処理経路の末端で使用され
る。それによりパケットが多重化されたり、エラーの存
在が検出される前に、パケット部分が収集され、元のパ
ケットに再組み立てされる利点がある。コレクタは好適
にはバッファである。全ての処理経路からパケット部分
を収集し、再組み立てするために、1つのコレクタだけ
が適用される場合、チップ面積が節約され、コレクタが
結合され、資源が共用され、収集及び再組み立てのため
に、1つのユニットだけが必要とされる利点がある。
【0014】各中断パケットに対して、パケットが中断
されたことを示す追加ビットの情報データが生成される
とき、パケット部分に分割されたあらゆる中断パケット
が、各処理ユニットにより認識され得る。それにより、
例えばペイロードがそれぞれの処理ユニットによりシフ
トされて、高速に処理され、続くパケットまたはパケッ
ト部分を待機する必要がない。情報データを用いること
による、処理経路の末端におけるパケット部分の収集
は、パケット部分を元のパケットに再編成することを可
能にする。追加ビットは後述のように、容易に実現され
得る。
【0015】処理ユニットにおける処理が所定のクロッ
クにより実行され、2つの続いて処理されるパケット間
の期間が、そのクロック期間の整数倍のとき、処理が同
期して実行される利点がある。更に、クロック・サイク
ルが決定され、パケットの処理が事前に計算され得る。
【0016】受信パケットをそれらの優先順位に従い、
優先キューに整列するソータが使用される場合、順次パ
ケット・ストリームが幾つかのサブストリームに分割さ
れ、整列されたパケットの優先順位に従い、それらのパ
ケットへの高速アクセスが達成される利点がある。
【0017】優先キューからパケットを選択するセレク
タが使用される場合、続く処理のために、パケットの優
先順位に従い選択が達成され、その結果、高優先パケッ
トのそれぞれが高速に処理される利点がある。
【0018】パケットを幾つかの並列で同一の構成を有
する処理経路に分配するディストリビュータが使用され
る場合、非占有処理ユニットまたは処理経路内の処理に
従い、パケットが分配され、それにより並列処理が可能
となり、処理システム全体が高速化する利点がある。
【0019】更に、可変長パケットの処理のためのパケ
ット交換アダプタが開示される。パケット・データ及び
パケット情報を含む可変長パケットは、順次ストリーム
として受信される。パケット交換アダプタは、パケット
を幾つかの並列で同一の構成を有する処理経路に分配す
るディストリビュータを含み、各処理経路は、パケット
を供給され、任意の瞬間に、1つのパケットだけのため
にそのパケット情報を処理可能な、少なくとも1つの処
理ユニットを含む。異なるパケットを別の処理経路に供
給するために、供給が中断可能である。このことは長い
パケットの処理のために、従ってリアルタイム・トラフ
ィックのために有利である。なぜなら、高優先順位のパ
ケットが到来し、別の処理経路内で即時処理されると
き、長いパケットまたは低優先順位のパケットが、パケ
ット部分に分割されるからである。パケット交換アダプ
タは更に、パケットが幾つかのパケット部分に中断され
たことを知らせるシグナライザを含み、それにより各中
断パケットに対して、情報データが生成される。更に、
アダプタは幾つかのパケット部分を収集し、それらを再
組み立てするコレクタを含む。
【0020】パケットのフィールドを、予め定義された
ルックアップ・テーブルのフィールドと比較するため
に、接続ラベル・ルックアップ・ユニットが使用され、
これらが合致する場合、ルックアップ・テーブルから対
応する内容がパケットに追加され、それにより別のユニ
ットは、パケットをどのように処理すべきかを知らさ
れ、認識する利点を有する。
【0021】1乃至複数ビット・エラーのために、パケ
ットのパケット・ヘッダを分析するヘッダ・エラー訂正
ユニットが適用される場合、エラーが認識されて訂正さ
れ、パケットが正しく処理される利点がある。
【0022】パケットのストリームから、少なくとも1
つの追加のパケットを抽出または挿入するために、オペ
レーション、管理及び保守用のパケット処理ユニットが
適用される場合、このユニットによりパケットのストリ
ームが影響され、制御される利点がある。すなわち、リ
ンク状態及びネットワーク状態がチェックされ得る。
【0023】接続のために転送されるパケットの数、及
び発生する無効パケットの数をカウントするパケット・
アカウンティング・ユニットが適用される場合、接続の
ために転送されるパケット及び可能な無効パケットの総
数が認識され、別の処理が適応化され得る利点がある。
【0024】パケット・ピーク・レート及び媒体レート
を制御するパケット・ポリシ・ユニットが適用される場
合、パケット・ピーク・レートが接続に与えられる許可
に従うか否かをチェックし、無効なまたは不要なパケッ
トを除去することにより、実行可能な高いパケット・ス
ループットが達成される利点がある。
【0025】各パケットに交換機特定のヘッダを追加す
る交換機ルーティング・ヘッダ挿入ユニットが適用され
る場合、続く交換機がそれぞれのパケットをどこに転送
すべきかを認識できる利点がある。
【0026】本発明は更に、パケット・データ及びパケ
ット情報を含む受信可変長パケットを幾つかの並列で同
一の構成を有する処理経路に供給することにより、パケ
ットを経路に分配するパケット処理方法について述べ
る。各経路は少なくとも1つの処理ユニットを含み、こ
れは任意の瞬間に、1つのパケットだけのために、その
パケット情報を処理できる。長いパケットであるか、後
続の第2のパケットよりも低い優先順位のパケットを有
する第1のパケットの場合、第2のパケットを別の処理
経路に供給するために、第1のパケットの供給が中断さ
れる。
【0027】最初に、受信パケットがそれらの優先順位
に従い優先キュー内に整列される。1つの中断パケット
の幾つかのパケット部分が、同一の処理経路内で処理さ
れ、処理経路の末端において、幾つかのパケット部分が
収集されて、再組み立てされる。その後、パケットはマ
ルチプレクサを通じて、好適には1つの出力パケット・
ストリームとして出力される。各中断パケットに対し
て、このパケットが中断されたことを示す情報データが
生成される。
【0028】
【発明の実施の形態】本発明は技術的に可能なクロック
・サイクル時間により、数10Gb/sのデータ伝送速
度を可能にする一方で、リアルタイム・トラフィックの
ためのサービス品質を保証する。従って、本発明は可変
長パケットのオンザフライ式処理のために、幾つかの仮
想データ経路を使用する。しかしながら、後述のよう
に、この概念は任意の他の種類のパケット・ベースのデ
ータ・システムにおいて使用され得ることが理解され
る。従来の順次パケット処理は、高速データ伝送システ
ムには適さないことが判明したので、新たなアプローチ
が提案される。本発明の基本概念は、好適な実施例と共
に、図1乃至図11を参照して説明される。図中、同一
の要素及びユニットは、同一の参照番号で示される。
【0029】図1では、可変長パケットα、β、γ、
δ、εの典型的なデータ・ストリーム8が示され、各パ
ケットはペイロードとも呼ばれるパケット・データと、
パケット情報を提供するヘッダとを含み、後者は黒塗り
されて示される。データ処理システムは通常、所定のま
たは調整可能なクロックにより動作する。パケット・ス
トリーム8は時間軸t上に示され、パケットα、β、
γ、δ、εは順次到来する。可変長パケットα、β、
γ、δ、εのパケット・ストリーム8は、第1のパケッ
トα、第2のパケットβ、第3のパケットγ、第4のパ
ケットδ、及び第5のパケットεを含む。以下では、可
変長パケットα、β、γ、δ、εはパケットと呼ばれ、
図4に示されるように、並列処理装置40を通じて供給
される。パケット及びパケット部分のスナップショット
が、図2乃至図9に幾度か示される。
【0030】図2は、入力ユニット60の概略図であ
り、到来する可変長パケットα、β、γ、δ、εはある
瞬間tにおいて、異なるキュー内に存在する。図1に
従い、パケットα、β、γ、δ、εが、不図示のレセプ
タにより、入力媒体から受信される。図2は、レセプタ
から到来する可変長パケット・ストリームを示す矢印"
入力"を表す。優先ソータ1とも呼ばれるソータ1が、
第1のキュー5、第2のキュー6、及び第3のキュー7
に接続される。これらのキュー5、6、7は並列に構成
されて、セレクタ3に導かれ、後者はディストリビュー
タ4に結合される。セレクタ3及びディストリビュータ
4は、一緒に選択ユニット2を形成する。ソータ1は、
到来する可変長パケットα、β、γ、δ、εをそれらの
優先順位に従い、それぞれのキュー5、6、7に整列す
る。ここで、パケットα、β、γ、δ、εは、それらの
重要度を示す3つの異なる種類の優先順位を有する。第
1のパケットα及び第3のパケットγは、低い優先順位
を有し、第2のパケットβ及び第4のパケットδは、中
間の優先順位を有し、第5のパケットεは高い優先順位
を有し、従って、高優先パケットεとも呼ばれる。高優
先パケットεが到来すると、その処理が即時開始されな
ければならない。一般に、パケットの優先順位は、パケ
ットの重要度に関して使用可能な任意の種類の情報であ
る。この情報は記憶され、パケットのヘッダと共に配送
される。パケットの優先順位はその長さ、起源または寿
命に従い決定され、それらはこのパケットの高速処理の
ための別の基準または例である。前述のように、ソータ
1はキュー5、6、7に接続され、それによりパケット
α、β、γ、δ、εが整列される。低優先順位を有する
第1のパケットα及び第3のパケットγは、第1のキュ
ー5内に整列され、従ってこのキューは低優先パケット
α、γのためにサービスする。中間優先順位を有する第
2のパケットβ及び第4のパケットδは、第2のキュー
6内に整列される。第3のキュー7は、第5のパケット
εなどの、高優先順位を有するパケットのためにサービ
スする。キュー5、6、7は、非リアルタイム・トラフ
ィックのための制限の無いパケット長と同様に、可変長
パケット及び固定長パケットのリアルタイム・トラフィ
ックのサポートにあてがわれる。交換アダプタまたは交
換アダプタ・カードとも呼ばれるパケット処理装置の機
能の1つは、優先キュー5、6 、7と同数のデータ・ス
トリームが接続交換機により処理されるように、トラフ
ィックを単一のデータ・ストリームに終結することであ
る。
【0031】図3は、ある瞬間t1における図2に従う
入力ユニット60を示す。時間内に受信される第1のパ
ケットαは、第1の先行パケット部分α1及び第1の後
続パケット部分α2の2つのパケット部分に分割され、
第1の先行パケット部分α1は、図4に示されるよう
に、続く処理経路10に供給される。第1の後続パケッ
ト部分α2は第1のキュー5内に留まり、ぎざぎざの線
により示される。分割される理由は、第1のパケットα
よりも高い優先順位を有する第2のパケットβが受信さ
れ、高速に処理される必要があるからである。第1のキ
ュー5では、第1の後続パケット部分α2の後に、第3
のパケットγが続く。第4のパケットδが第2のキュー
6に到来し、高優先パケットすなわち第5のパケットε
が第3のキュー7に到来し、それらが優先ソータ1によ
り、それぞれキュー5、6、7に整列される。
【0032】図4は、パケット処理装置40の瞬間t1
における第1のスナップショットを示す。図4におい
て、図2及び図3からの入力ユニット60の一部が、セ
レクタ3及びディストリビュータ4と共に、パケット処
理装置40の入力側に示される。セレクタ3は、優先キ
ュー5、6、7からパケットα、β、γ、δ、εを、そ
れらの優先順位及び到来時刻に従い選択する。すなわ
ち、選択は次の順序、すなわち、低優先順位を有する第
1のパケットα、中間優先順位を有し、第1のパケット
αを中断する第2のパケットβ、低優先順位を有する第
3のパケットγ、中間優先順位を有し、第3のパケット
γを中断する第4のパケットδ、高優先順位を有し、第
4のパケットδを中断する第5のパケットεの順であ
る。ディストリビュータ4は、パケットの負荷または処
理に従い、選択パケットα、β、γ、δ、εを、続く処
理経路10、20、30に分配及び配置する。一般に、
処理経路10、20、30内の処理ユニット11乃至1
3、21乃至23、31乃至33が、そのアクションを
実行するために必要とするクロック・サイクル数は、パ
ケットα、β、γ、δ、εの長さよりもクロック・サイ
クルの点で大きい。従って、次のパケットα、β、γ、
δ、εは、処理ユニット11乃至13、21乃至23、
31乃至33がまだ前のパケットにより占有されている
時に、この特定の処理ユニットに到来する。従って、次
のパケットは並列経路内の並列ユニットに、その処理の
ために送信されるべきである。このタスクはディストリ
ビュータ4により管理され、ディストリビュータはパケ
ットα、β、γ、δ、εを処理経路10、20、30上
に分配する。ディストリビュータ4はデマルチプレクサ
であり、続く処理経路10、20、30内のパケット
α、β、γ、δ、εのプロセスの状態に関する情報を提
供される。
【0033】選択ユニット2のディストリビュータ4
は、第1の処理経路10に接続される。この第1の処理
経路10は、第1の前処理ユニット11と、それに続く
第1の主処理ユニット12と、後者に接続される第1の
後処理ユニット13とを含む。第1の処理ユニット1
1、12及び13は一列に配列され、第1の処理経路1
0を提供する。最後の処理ユニット、この場合第1の後
処理ユニット13は、第1のコレクタ15を介してマル
チプレクサ9に接続され、後者は出力17を提供する。
更に、第1のシグナライザ14が、選択ユニット2と第
1の処理経路10との間に結合される。この第1のシグ
ナライザ14は、第1のコレクタ15との接続を有す
る。3つの処理経路10、20、30の構及び機能は
同じである。第2の処理経路20は第2の前処理ユニッ
ト21、第2の主処理ユニット22、及び第2の後処理
ユニット23を含む。第2のシグナライザ24が編成さ
れ、選択ユニット2と第2の処理経路20との間に接続
される。第2のコレクタ25は第2の処理経路20をマ
ルチプレクサ9に接続し、第2のシグナライザ24は第
2のコレクタ25との接続を有する。第3の処理経路3
0は第3の前処理ユニット31、第3の主処理ユニット
32、及び第3の後処理ユニット33を含む。第3のシ
グナライザ34が、選択ユニット2と第3の前処理ユニ
ット31との間に配置される。第3のコレクタ35は第
3の処理経路30をマルチプレクサ9に接続し、第3の
シグナライザ34は第3のコレクタ35との接続を有す
る。パケット処理装置40の実施例は、3つの並列で同
一の構成を有する処理経路10、20、30と、対応す
るシグナライザ14、24、34及びコレクタ15、2
5、35を含む。シグナライザ14、24、34は、各
中断パケットα、γ、δにそれぞれ対応する情報データ
を生成する。シグナライザ14、24、34からのこ
の"中断"情報は、対応する処理経路10、20、30に
伝達され、処理経路10、20、30内の各処理ユニッ
ト11乃至13、21乃至23、31乃至33、及び対
応するコレクタ15、25、35に伝達される。"中断"
情報を提供することによる1つの可能性は、ビット幅を
1ビット増加することであり、これはフルのまたは非中
断パケットに対して"1"にセットされ、中断パケットに
対して"0"にセットされる。
【0034】前述のように、ディストリビュータ4は第
1の先行パケット部分α1を、第1の処理経路10内の
第1の前処理ユニット11に分配する。間もなく、第1
のパケットαよりも高い優先順位を有する第2のパケッ
トβが受信されたので、第2のパケットβを処理するた
めに、第1のパケットαは第1の先行パケット部分α 1
と、第1の後続パケット部分α2とに分割され、図6に
関連して詳述されるように、リアルタイム・トラフィッ
クを保証する。第1のパケットαは分割されるので、第
1の処理経路10に対応する第1のシグナライザ14は
その事実を認識し、第1のパケットαが中断されたこと
を知らせる。すなわち、中断された第1のパケットαに
対して、第1の先行パケット部分α1と共に情報データ
が生成され、第1の処理経路10及び第1のコレクタ1
5に提供されることにより、第1のパケット部分α1
α2が収集され、第1のパケットαが再組み立てされ
る。従って、中断パケットの第1のパケット部分α1
α2を収集するために、第1のコレクタ15内のバッフ
ァが有用となる。情報データは追加ビットの形式で実現
され、これはパケットの情報とは別に提供されるか、追
加され得る。パケットが中断されたことを知らせる任意
の他のアプローチが代用され得る。
【0035】本発明によれば一般に、入来、受信及び整
列される可変長パケット8のパケット・ストリームが、
パケット処理装置40の並列処理経路に供給され、そこ
で可変長パケットのN個のサブストリームまたは仮想処
理経路にデマルチプレクスされる。デマルチプレクス操
作は、パケット内容を破損することなく実行される。数
Nはデータ伝送速度またはデータ・スループット、優先
順位の数、後続の処理が要するサイクル数、パケットの
長さ、及び他のパラメータに依存する。データ・スルー
プットが高いほど、より多くのサブストリームまたは仮
想処理経路が必要となる。本実施例では、ディストリビ
ュータ4を有する選択ユニット2が、可変長パケット・
ストリーム8を3つのサブストリームに分割する。すな
わち、N=3である。これらの3つのサブストリーム
は、ディストリビュータ4のN個の出力ポートに提供さ
れ、N個の同一の構成を有する並列処理経路10、2
0、30に供給される。各処理経路10、20、30は
ここでは、3つの処理ユニット11乃至13、21乃至
23、31乃至33を含み、それらの機能の幾つかの例
が、図11に関連して述べられる。並列処理経路10、
20、30による可変長パケットα、β、γ、δ、εの
処理について、図5乃至図9を参照しながら説明する。
サブストリームは処理後、マルチプレクサ9に供給さ
れ、これが可変長パケットα、β、γ、δ、εの出力ス
トリーム17を提供する。このマルチプレクサ9は、パ
ケットα、β、γ、δ、εのシーケンス、すなわち入力
媒体"入力"上の入力順序が再確立されるように、或いは
パケットの優先順位に従うβ、α、ε、δ、γのシーケ
ンス及び処理が達成可能なように、設計される。このこ
とは、優先順位により、一部のパケットα、γ、δが他
のパケットβ、δ、εにより追い越されることを意味す
る。但し、同一の優先キュー5、6、7から到来するパ
ケットα及びγ、β及びδ、εについては、それらの順
序は維持される。
【0036】図5は、ある瞬間t2における図2及び図
3に従う入力ユニット60を示し、そこでは3つのパケ
ットγ、δ、εがキュー5、6、7内に留まる。第1の
パケットα及び第2のパケットβは、図6に示されるよ
うに進行する。第3のパケットγ、第4のパケットδ及
び第5のパケットεは、対応する優先キュー5、6、7
内に整列されており、第3のパケットγは第1のキュー
5に記憶され、その処理を待機中である。また、第4の
パケットδは第2のキュー6に到来し、高優先パケット
εは第3のキュー7に到来する。
【0037】図6は、同一の構を有する図4のパケッ
ト処理装置40の瞬間tにおける第2のスナップショ
ットを示す。第2のパケットβが受信されたので、第2
のパケットβを処理し、リアルタイム・トラフィックを
保証するために、第1のパケットαが第1の先行パケッ
ト部分αと第1の後続パケット部分αとに分割され
る。
【0038】このことは一般に、第1のパケットαのよ
うな長いパケットが処理経路10内で処理される間に、
第2のパケットβのような、より高い優先順位を有する
パケットが他のキュー6、7の1つに到来する場合、供
給が中断されて、短いパケット、ここでは第2のパケッ
トβを、非占有状態の並列処理経路20、30の1つ、
ここでは第2の処理経路20に供給可能にすることを意
味する。この後、長い第1のパケットαの供給が、第1
の処理経路10上で継続し、これはリアルタイム・トラ
フィックに許容される最大パケット長、または長い第1
のパケットαの終りに対応する少なくともクロック・サ
イクル数の間に開始する。更に短い高優先パケットが、
長い第1のパケットαの供給の間に到来すると、この供
給はNクロック・サイクル毎に中断される。ここでN
は、リアルタイム・トラフィックに許容される最大パ
ケット長の処理に対応するクロック・サイクル数であ
る。この場合の総合的な状況としては、高い優先順位の
パケットβ、δ、εの供給は、N−1個の並列仮想処理
経路20、30を通じて、低優先順位のパケットα、γ
の供給は、1個の占有処理経路を通じて行われる。この
ことは一般に、低優先順位のパケットα、γ、δを中断
する高優先順位のパケットβ、δ、εは、別の非占有処
理経路20、30に供給されることを意味する。この状
況において、適正な処理を保証するために予約機構が確
立され、これがパケットαのために、低優先パケットα
が開始する処理経路10を予約する一方、高優先パケッ
トβ、δ、εを非占有処理経路20、30上に分配す
る。更に、情報が低優先パケットα、γの特定のパケッ
ト部分に追加される。これらの特定のパケット部分は実
際のデータか、または低優先パケットα、γの処理の中
断により生じた単に空バイトである。この情報は例え
ば、実際のデータに対して例えば値"1"を有し、中断の
間は値"0"を有する追加データ・ビットとして追加され
る。この技法では、各並列処理経路10、20、30は
ビット幅を1ビット増加させることになる。
【0039】第1のシグナライザ14は第1のパケット
αの中断を認識し、これを信号で知らせる。それにより
中断された第1のパケットαに関して、第1の先行パケ
ット部分α1に対して情報データが生成され、それが第
1の処理経路10、並びに第1の処理経路10の末端に
おいて、第1のコレクタ15に提供される。また、中断
パケットの信号化及び認識のための他のアプローチも適
用され得る。
【0040】第1の先行パケット部分α1が第1の前処
理ユニット11内で処理中に、第2のパケットβは第2
の前処理ユニット21内で処理され、第1の先行パケッ
ト部分α1に続き、第1の後続パケット部分α2が同一の
経路、すなわち第1の処理経路10に入力する。
【0041】図7は、瞬間t3における図2、図3及び
図5に従う入力ユニット60を示す。第3のパケット
γ、第4のパケットδ及び第5のパケットεが、それら
の対応する優先順位キュー5、6、7に従い整列され
る。第4のパケットδは第2のキュー6に受信され、そ
の処理を待機中である。そのために、第3のパケットγ
は中断されて、第3の先行パケット部分γ1と第3の後
続パケット部分γ2とに分割され、第3の後続パケット
部分γ2は第1のキュー5内で、その処理を待機する。
その間、高優先順位の第5のパケットεが第3のキュー
7に到来する。
【0042】図8は、図4及び図6に従うパケット処理
装置40の、瞬間t3における第3のスナップショット
を示す。第1の先行パケット部分α1は第1の主処理ユ
ニット12内で処理されており、第2のパケットβは第
2の前処理ユニット21内で処理されている。しかし間
もなく、図7に示されるように、第4のパケットδが受
信される。従って、第3のパケットγは第3の先行パケ
ット部分γ1と、第3の後続パケット部分γ2とに分割さ
れ、第3の後続パケット部分γ2は図7に示されるよう
に、第1のキュー5内に留まり、第3の先行パケット部
分γ1は、第1の前処理ユニット11内で処理される。
第1の前処理ユニット11内では更に、第1の後続パケ
ット部分α2が処理される。これが可能な訳は、1つの
処理可能な、換言すると修正可能なパケット部分、すな
わちここでは第3の先行パケット部分γ1が、同一の第
1の前処理ユニット11内に存在し得るからである。第
1の後続パケット部分α2はヘッダの無いペイロードを
含み、これは修正されること無く、シフトだけされて処
理され、従って第1の前処理ユニット11は、第3の先
行パケット部分γ1のヘッダなどの、別のパケット・ヘ
ッダを処理することができる。単に、パケットのヘッ
ダ、またはIPパケットの末端部分のフレーム・チェッ
クサム(FCS)だけが処理される。IPパケットの末
端のフレーム・チェックサムだけが、チェックサム・ユ
ニット内で処理される。このことは特に、IPパケット
の末端のフレーム・チェックサムが、チェックサム・ユ
ニット内で処理されている場合、通常ヘッダで始まる他
のまたは続くパケットは、処理の間にこのチェックサム
・ユニット内に存在し得ないことを意味する。第4のパ
ケットδが受信されるので、第3のパケットγは中断さ
れ、第1のシグナライザ14はそのことを信号で知ら
せ、情報データを生成して第1の処理経路10に提供す
る。従って情報データは、第1の処理ユニット11、1
2、13、及び第1の処理経路10の末端の第1のコレ
クタ15に提供される。
【0043】図9は、図4、図6及び図8に従うパケッ
ト処理装置40の、瞬間t4におけるスナップショット
を示す。可変長パケットα、β、γ、δ、εがパケット
処理装置40内に存在し、各処理経路10、20、30
が使用されている。第1の先行パケット部分α1は第1
のコレクタ15に達している。第1のコレクタ15はバ
ッファを含み、パケット部分α1、α2、γ1、γ2を収集
する。第1のコレクタ15は第1の後続パケット部分α
2を待機し、第1のパケット部分α1、α2を再度第1の
パケットαに再組み立てし、それをマルチプレクサ9に
送信する。マルチプレクサ9は後述のように、パケット
を多重化する。第1の後続パケット部分α2は第3の先
行パケット部分γ1と共に、第1の後処理ユニット13
内に存在する。第3の先行パケット部分γ1は、第1の
主処理ユニット12内にも延び、第3の後続パケット部
分γ2がそれに続き、第1の前処理ユニット11の先頭
に存在する。第2の処理経路20では、第2のパケット
βが第2の後処理ユニット23内で処理されており、第
2の主処理ユニット22内の第4の先行パケット部分δ
1、及び第2の前処理ユニット21内の第4の後続パケ
ット部分δ2がそれに続く。第4のパケットδの分割に
より、第2のシグナライザ24は、第2の処理経路20
のために情報データを生成済みであり、このことは生成
された情報データが、第2の処理経路20内の第2の処
理ユニット21、22、23及び第2のコレクタ25に
提供されることを意味する。高優先パケットεは、第3
の処理経路30内の第3の前処理ユニット31内で処理
されている。
【0044】N個の処理経路10、20、30の末端の
コレクタ15、25、35の後で、パケットα、β、
γ、δ、εは、1つの出力ストリーム17に多重化され
る。交換機ルーティング・ヘッダとも呼ばれる追加のヘ
ッダが、これらのパケット部分α1、α2;γ1、γ2;δ
1、δ2に属する場合、パケット部分α1、α2;γ1
γ2;δ1、δ2の収集及び再組み立て無しに、中断され
たまたは長いパケットα、γ、δを多重化することも可
能である。この時、交換機ルーティング・ヘッダは、全
ての切断されたパケット部分α1、α2;γ1、γ2
δ1、δ2に追加される。これが可能な訳は、長いパケッ
トα、γ、δのために処理経路10、20が予約され、
ヘッダ情報が長いパケットα、γ、δの最初の部分から
計算されるからである。この場合、マルチプレクサ9の
前のコレクタ15、25、35は必要でない。このヘッ
ダを単一のパケットに追加するための対応するユニット
が、"中断"情報が"0"から"1"に変化する都度、全ての
続くパケット部分に対してこの処理を繰り返す。しかし
ながら、これは交換機ルーティング・ヘッダとパケット
との間に、更に別の情報の追加を要求し得る。この"中
断"情報は、交換機自身によっては読出されず、交換機
の他の末端にある交換機アダプタにより読出される。こ
の交換機アダプタがパケットを再組み立てし、それを物
理回線に送信する。別の可能性は、こうした中断パケッ
トを再度多重化し、交換機のために予約されたキューに
配置することである。交換機アダプタは交換機に対し
て、各々が特定の優先順位に対応する幾つかの入力キュ
ーを提供できる。
【0045】本発明の更に別の実施例が、図10に示さ
れる。セレクタ73及びディストリビュータ74を有す
る選択ユニット70、及びそれに続く2つの並列処理経
路、すなわち第1の処理経路68及び第2の処理経路6
9を含む、並列処理パケット装置80が提供される。選
択ユニット70は、処理経路68内の第1の前処理ユニ
ット61、及び処理経路69内の第2の前処理ユニット
62に接続され、これらの後に結合処理ユニット65が
続く。このことは、前処理ユニット61、62の2つの
出力が、結合処理ユニット65の1つの入力に接続され
ることを意味する。サイクルに厳格でない結合処理ユニ
ット65の出力側は、デマルチプレクサ66に接続さ
れ、後者はパケットを第1の後処理ユニット63または
第2の後処理ユニット64に供給する。1つの結合処理
ユニット65が両方の処理経路68、69により使用さ
れ、必要なチップ面積が多大に低減される。一般に、処
理ユニットは全ての処理経路により、または幾つかの並
列な処理経路により共用される。サイクルに厳格でない
ユニットが、この目的には最適である。図10では、第
1のキュー71及び第2のキュー72が、選択ユニット
70の入力側に接続され、選択されたパケットが前述の
実施例に従い到来する。第1の処理経路68の末端に
は、第1のコレクタ75が配置され、第2の処理経路6
9の末端には、第2のコレクタ78が配置される。第1
のコレクタ75及び第2のコレクタ78は、マルチプレ
クサ79に接続され、マルチプレクサは処理パケットを
1つの出力ストリーム18に多重化する。この実施例で
は、サイクルに厳格でない結合処理ユニット65が、2
つの並列処理経路68及び69により共用される。すな
わち、第1の前処理ユニット61及び第2の前処理ユニ
ット62の出力側の全てのパケットが、サイクルに厳格
でない1つの同一の結合処理ユニット65に供給され、
処理される。これが可能な訳は、異なる処理経路68、
69からのパケットが同時にではなく、互い違いに到来
するからである。幾つかの並列処理経路68、69によ
り使用され得る結合処理ユニット65の識別は、チップ
設計者により達成されるか、ハイレベルの合成またはゲ
ート・レベルの合成において、合成最適化ステップによ
り、自動的に実行され得る。
【0046】パケット処理システムの帯域幅の一部は、
特定のアプリケーションに専用され得る。これはパケッ
ト・ベースのシステムの有利な特徴であり、時間に厳格
なまたはリアルタイム情報の伝送用のネットワークで使
用される。しかしながら、こうした時間に厳格なサービ
スがネットワーク上でサポートされる場合、全てのアダ
プタ及び交換機などは、この種のサービスをサポートす
る必要がある。すなわち、アプリケーションに割当てら
れるスロットは、変更されずに維持されることが保証さ
れる。これは本発明に従う並列処理装置により保証され
る。
【0047】図11は、本発明に従うパケット交換アダ
プタ54(アダプタ・カードとも呼ばれる)を含む、パ
ケット処理交換ユニットの概略図である。図11では、
本発明の実施例は、可変長パケット・データ伝送チャネ
ルをベンダ特定のパケット交換ファブリック50(ここ
では交換機50と呼ぶ)に結合するための、可変長パケ
ット交換アダプタ54の一部として使用されるように設
計される。こうした可変長パケット交換アダプタ54
は、可変長パケットの入力ストリームを、交換機50を
介して経路指定するのに適したパケットのストリーム1
9に変換するために使用され、ここで交換機50は、特
別に用意されたパケットを要求する。これらの特別に用
意されたパケットの構造及び内容は、使用される交換機
の種類に従い、ベンダごとに異なる。図示のように、こ
うした可変長パケット交換アダプタ54は、遅延ユニッ
トはもちろん、多くのユニットを含み、ユニットのある
ものは前述の並列パケット処理装置48の一部である。
可変長パケット交換アダプタ54では、それほど高速で
ないユニットが並列に実行される。しかしながら、他の
ユニットのあるものは、1度だけ必要とされる。特に、
パケットの処理のために、2スロット期間以上を必要と
する処理ユニットが、並列処理を可能にするために幾度
か提供され、ディストリビュータとマルチプレクサの間
に配列される。幾つかのプロセス・ステップが互い違い
に並列に実行される事実が、図11において、図4の機
能要素を含む並列パケット処理装置48により示され
る。可変長パケット交換アダプタ54により処理された
後、出力パケット・ストリームが交換機50を介して経
路指定され、その出力側には、別の可変長パケット交換
アダプタ90(アダプタ・カード90とも呼ばれる)が
配置され得る。この可変長パケット交換アダプタ・カー
ド90は、パケットのストリームを可変長パケット・ス
トリームに変換するために使用され得る。
【0048】図11に示されるように、可変長パケット
交換機50及び更に交換機50の反対側に至るデータ経
路内でのパケット処理ユニットの配列は、高度に順次的
であり、パケットが交換機50に転送される1つの分岐
点を含む。従って、これはオンザフライ式パケット処理
に理想的に適している。標準的な構成が図11に示され
る。最初のユニットは、可変長パケットを受信するリセ
プタ51であり、回線インタフェース・ハンドラ51と
も呼ばれ、幾つかの先入れ先出し(FIFO)ユニット
からの可変長パケットの受信を調停する。次に入力ユニ
ット52が続き、ここでは前述のように、入来パケット
がソータにより、それらの優先順位に従い優先キューに
整列され、続く処理経路のために、セレクタ及びディス
トリビュータによりそれぞれ選択され、分配される。簡
略化のために図示されないシグナライザが、前述のよう
に情報データを生成し、パケットが中断されたことを知
らせる。次のユニットは接続ラベル・ルックアップ・ユ
ニット41であり、これはパケットのフィールドを所定
のルックアップ・テーブルのフィールドと比較する。こ
れらのフィールドはアドレスまたは特殊な値を含み得
る。合致が発生すると、ルックアップ・テーブルからの
対応する内容が、1ビット乃至複数ビットの形式でパケ
ットに追加され、別のユニットに対して、この特定のパ
ケットに対して何を成すべきかを伝える。接続される列
内の更に別のユニットは、ヘッダ・エラー訂正ユニット
42であり、これはビット・エラーのためにパケット・
ヘッダを分析し、発生エラーを訂正するか、訂正不能な
エラーを有するパケットを除去するためにマークする。
オペレーション、管理及び保守用パケット処理ユニット
(以下OAMと略す)43は、パケット・ストリームに
追加のパケットまたはパケット部分を挿入、またはスト
リームから抽出し、リンク状態またはネットワーク状態
をチェックする。こうしたOAMユニットは、ATMセ
ルのための交換機内で使用されるが、一般にパケット処
理にとって有用である。交換機ルーティング・ヘッダ挿
入ユニット44は、可変長パケットに交換機特定のヘッ
ダを追加し、これは交換機にパケットが転送される出力
ポートを伝える。パケット交換アダプタ54内の第1の
パケット・アカウンティング・ユニット45、及び交換
機50の背後の交換アダプタ・カード90内の第2のパ
ケット・アカウンティング・ユニット92は、接続のた
めに転送されるパケットの数や、可能な無効パケットの
数などをカウントする。ユーザ・ネットワーク・インタ
フェース(UNIと略す)におけるパケット・ポリシ・
ユニット46は、パケット・ピーク・レート及び媒体レ
ートが、接続に与えられる許可に従うか否かをチェック
し、違反パケットを除去し得る。マルチプレクサ及び少
なくとも1つのコレクタを有する多重化ユニット53
は、パケットを収集し、再組み立てし、1つの出力スト
リーム19に多重化し、これが交換機50に供給され
る。多重化は交換機50の後でも実行され得る。交換機
50の出力側は、交換アダプタ・カード90に接続さ
れ、最初にヘッダ更新ユニット91に接続されて、これ
が交換機ルーティング・ヘッダを除去し、旧値を次のリ
ンクのための対応する値により置換する。第2のパケッ
ト・アカウンティング・ユニット92が、ヘッダ更新ユ
ニット91に接続され、接続のために転送されるパケッ
トの数、及び可能な無効パケットの数をカウントする。
続くトラフィック形成ユニット93は、パケットが再度
許可に従うまで、ネットワーク内でパケットを遅延させ
る。すなわち、トラフィック形成ユニット93は、ユー
ザによってではなく、ネットワークにより生じたトラフ
ィック許可の違反を訂正する。入力側同様、回線インタ
フェース・ハンドラ94が出力側にも設けられ、出力パ
ケット・ストリームの調停、及び別のパケット処理への
適応化を実行する。これらの全てのユニットは、その動
作のために特定のクロック・サイクル数を要し、一部の
ユニットについては、これを間に合って実行するため
に、複数の並列ユニットを必要とし得る。またユニット
のあるものは、更に細分化されたユニットに分割され得
る。
【0049】
【0050】
【図面の簡単な説明】
【図1】可変長パケットのストリームを示す図である。
【図2】可変長パケットをソータ及びディストリビュー
タを有する異なるキューに受信する概略図である。
【図3】第1のパケットが分割され、このパケットの残
りがまだキュー内に存在する、図2に従う概略図であ
る。
【図4】パケットのルーティング及び処理を表すために
使用される、3つの並列処理経路を有する並列パケット
処理装置の第1の概略スナップショットである。
【図5】3つのパケットが異なるキューに留まる、図2
及び図3に従う概略図である。
【図6】パケットが2つの異なる経路内に存在する、図
4に従う第2の概略スナップショットである。
【図7】別のパケットが分割され、パケット部分がキュ
ー内に留まる、図2、図3及び図6に従う概略図であ
る。
【図8】パケット及びパケット部分が2つの異なる経路
内に存在する、図4及び図8に従う第3の概略スナップ
ショットである。
【図9】パケット及びパケット部分が全ての処理経路内
に存在する、図4、図6及び図8に従う第4の概略スナ
ップショットである。
【図10】2つの並列処理経路を有し、1つの処理ユニ
ットが両方の処理経路により使用される並列パケット処
理装置を含む、本発明の別の実施例の概略図である。
【図11】本発明に従うアダプタ・カードを含むパケッ
ト処理交換ユニットの概略図である。
【符号の説明】
1 優先ソータ 2、70 選択ユニット 3、73 セレクタ 4、74 ディストリビュータ 5、6、7、71、72 優先キュー 8 可変長パケット 9、79 マルチプレクサ 10、20、30、68、69 処理経路 11、21、31、61、62 前処理ユニット 12、22、32 主処理ユニット 13、23、33、63、64 後処理ユニット 14、24、34、76、77 シグナライザ 15、25、35、75、78 コレクタ 40、48、80 パケット処理装置 41 接続ラベル・ルックアップ・ユニット 42 ヘッダ・エラー訂正ユニット 43 オペレーション、管理、保守用パケット処理ユニ
ット 44 交換機ルーティング・ヘッダ挿入ユニット 45、92 パケット・アカウンティング・ユニット 46 パケット・ポリシ・ユニット 50 パケット交換ファブリック(交換機) 51、94 リセプタ(回線インタフェース・ハンド
ラ) 52、60 入力ユニット 53 多重化ユニット 54、90 パケット交換アダプタ 65 結合処理ユニット 66 デマルチプレクサ 91 ヘッダ更新ユニット 93 トラフィック形成ユニット
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−23348(JP,A) 特開 平7−147590(JP,A) 特開 平10−233783(JP,A) 特開 平8−97831(JP,A) 国際公開97/29613(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 12/56

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パケット・データ及びパケット情報を含
    み、1つの順次入力パケット・ストリームとして受信さ
    れる複数の可変長パケットの処理のためのパケット交換
    アダプタであって、前記パケットをそれぞれの優先順位に従い複数の優先キ
    ュー内に整列する優先ソータと、 前記複数の優先キューからその内部に整列されている前
    記パケットをそれぞれの優先順位及び到来時刻に従い選
    択するセレクタと、 前記セレクタによって選択された 前記パケットを複数の
    並列で同一の構成を有する処理経路に分配するディスト
    リビュータであって、処理経路が、前記パケットを供
    給され、任意の瞬間に、1つの前記パケットだけのため
    にその前記パケット情報を処理可能な、少なくとも1つ
    の処理ユニットを含み、前記供給が中断可能であって、
    その場合には、各中断パケットを複数のパケット部分に
    分割することにより、当該複数のパケット部分相互間の
    期間内に、当該中断パケットとは別のパケットを、当該
    中断パケットを処理している1つの処理経路とは別の処
    理経路に供給する、ディストリビュータと、各処理経路に対応してそれぞれ設けられ、対応する処理
    経路内で処理されている 前記各中断パケットに対して、
    当該中断パケットが中断されたことを知らせる中断情報
    データを生成することにより、当該中断パケットが複数
    のパケット部分に分割されたことを知らせるシグナライ
    ザと、 各処理経路に対してそれぞれ設けられ、前記シグナラ
    イザからの前記中断情報データに従い、対応する処理経
    路内で処理されている前記各中断パケットの前記複数の
    パケット部分を収集し、それらを再組み立てするコレク
    タと 複数の前記コレクタからの複数の可変長パケットを1つ
    の順次出力パケット・ストリームとして多重化するマル
    チプレクサと を含む、パケット交換アダプタ。
  2. 【請求項2】1乃至複数ビット・エラーのために前記パ
    ケットのパケット・ヘッダを分析し、前記エラーを訂正
    する、ヘッダ・エラー訂正ユニットを含む、請求項
    載のアダプタ。
  3. 【請求項3】前記パケット・ストリームから少なくとも
    1つの追加パケットを抽出、または挿入する、オペレー
    ション、管理及び保守用のパケット処理ユニットを含
    む、請求項または請求項記載のアダプタ。
  4. 【請求項4】接続のために転送される前記パケットの
    数、及び発生する無効パケットの数をカウントするパケ
    ット・アカウンティング・ユニットを含む、請求項
    至請求項のいずれか1項記載のアダプタ。
  5. 【請求項5】パケット・ピーク・レート及び媒体レート
    を制御するパケット・ポリシ・ユニットを含む、請求項
    乃至請求項のいずれか1項記載のアダプタ。
  6. 【請求項6】各パケットに対して、交換機に当該パケッ
    トをどこに転送すべきかを伝える交換機特定のヘッダを
    追加する、交換機ルーティング・ヘッダ挿入ユニットを
    含む、請求項乃至請求項のいずれか1項記載のアダ
    プタ。
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