JP3508051B2 - パケットの廃棄処理方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパケット廃棄処理方
式、特にパケットバッファメモリに格納された、許容滞
留時間を越えて滞留しているパケットを廃棄する制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＥＥＥ８０２・３規格に代表されるＣ
ＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｐｔ
ｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔ
ｅｃｔｉｏｎ）方式の通常イーサネットと称されるロー
カルエリアネットワーク（ＬＡＮ）において、スター型
の接続形態（トポロジー）を構成する集線装置（ハブ）
の中でもスイッチング動作を行うネットワーク接続装置
にあっては、許容滞留時間を越えてバッファメモリに格
納されているパケットは廃棄される。

【０００３】一般に、ブリッジング機能を有するネット
ワーク装置では、アメリカ電気電子技術者協会（ＩＥＥ
Ｅ）が定めているＩＥＥＥ ｓｔｄ８０２．１Ｄで定め
られた規格に基づきパケットを廃棄する論理を実現して
いる。このＩＥＥＥ ｓｔｄ８０２．１Ｄは、「Ｍｅｄ
ｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｒｉｄｇｅ」
に関する標準規格である。

【０００４】この規格の中で、ブリッジ機能を有するネ
ットワーク接続装置では、パケットを受信してから送信
するまでの最大遅延時間として最大ブリッジ転送遅延が
定義されている。スイッチもしくはブリッジ機能を有す
るネットワーク装置では、受信したパケットをパケット
バッファメモリへ格納する際に、受信時刻を表すタイム
スタンプを同時に格納する。パケットを送信する際に、
読出したパケットのタイムスタンプをチェックすること
によって、最大ブリッジ転送遅延を越えてバッファに滞
留したかの判断を行い、パケットの廃棄処理を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、国際標準化機
構（ＩＳＯ）が定めたネットワークプロトコルの標準で
あるＯＳＩの７階層モデルにおける第２層（レイヤ
２）、第３層（レイヤ３）のアドレス情報に基づきスイ
ッチの処理を行う。レイヤ２スイッチや一般的にルータ
と称されるレイヤ３スイッチにおいて、音声や画像等パ
ケット単位で許容滞留時刻の制御を行う必要性が出てき
ている。ここで言う許容滞留時間とは、そのパケットが
ネットワーク接続装置内で滞留を許容される時間を指
す。一般に、映像や音声情報に代表されるパケットデー
タは、リアルタイム性を要求する為に、伝送遅延は短く
する必要がある。

【０００６】よって、ネットワークの輻輳等により、伝
送遅延が大きくなった場合には、積極的に廃棄されるべ
き性質のデータと言える。つまり、ネットワーク接続装
置内における許容滞留時間は短い。逆に、単なるファイ
ル転送のデータは、リアルタイム性はなく、多少の伝搬
遅延が発生しようとも、積極的に廃棄されることは好ま
しくなく、ネットワーク接続装置内における許容滞留時
間は長いとされる。

【０００７】次に、パケット単位で許容滞留時間を制御
する動作を図８のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップＳ１で、パケットの受信時刻に許容滞留
時間を加算して限界滞留時刻を算出する。ステップＳ４
では、限界滞留時刻をタイムスタンプとして、パケット
データと共にパケットバッファメモリに格納する。

【０００８】図８の受信パケットの処理フローに従っ
て、加算を行った際に、桁上がりが発生した場合に、次
に示す理由により、本来廃棄すべきでないパケットが不
正に廃棄されている虞れがあった。これにつき、図９を
参照して説明する。図９は、時刻を１６ビットで表現す
る装置の場合のタイムチャートである。タイムポイント
ａからポイントｂの範囲（タイムスタンプの最大値ｆｆ
ｆｆから許容滞留時間Ｔｏ、即ち００ｆｆ）を不正廃棄
時間帯とする。この不正廃棄時間帯にパケットの受信が
あった場合、先に説明した加算処理により得られる限界
滞留時刻である。

【０００９】タイムスタンプの値は桁上がりが発生す
る。加えて、このパケットの送信時刻がポイントａから
ポイントｂの範囲であるときは、限界滞留時刻の方が送
信時刻より小さい値となる。これは、このパケットが限
界滞留時間を越えて装置内に滞留したと同じ判断にな
り、送信可能なパケットが不正に廃棄されてしまう。Ｌ
ＡＮ上のトラフィックが飽和状態でない通常の場合で
は、パケットはスイッチの装置内で殆ど滞留することな
く、結果的に遅延も小さい。よって、上述した問題は頻
繁に発生する。

【００１０】この問題の解決策として、桁上げフラグを
持つことが考えられる。しかし、この場合には、桁上げ
情報を表すビット数がタイムスタンプのビット数として
増加する。その為に、パケットメモリ容量が増加すると
いう別の問題が生じる。

【００１１】従って、本発明の目的は、不正に廃棄され
ていたパケットを廃棄せず、しかもビット数増加を伴わ
ないパケットの廃棄処理方式を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるパケットの廃棄処理方式は、次のよう
な特徴的な構成を採用している。

【００１３】（１） パケット通信ネットワーク装置に
おけるパケットの限界滞留時刻をパケットバッファに格
納する際に、送信パケットを表す情報をタイムスタンプ
として同時に格納し、前記パケットを送信するとき前記
タイムスタンプと現在時刻を比較することにより前記パ
ケット廃棄の判断をするパケットの廃棄処理方式におい
て、前記パケットバッファに格納する前記タイムスタン
プを計算する際に、桁上がりが生じるか否か判断し、桁
上がりが生じた場合には前記タイムスタンプとして最大
値を設定するパケットの廃棄処理方式。

【００１４】（２）前記タイムスタンプは、前記各パケ
ットの受信時刻と許容滞留時間とを加算して求めた限界
滞留時刻ｔｓである上記（１）のパケットの廃棄処理方
式。

【００１５】（３）前記比較は、送信時刻ｔｔと前記限
界滞留時刻ｔｓとを比較し、ｔｔ＞ｔｓのとき前記パケ
ットは送信せず廃棄する上記（１）又は（２）のパケッ
トの廃棄処理方式。

【００１６】（４）前記限界滞留時刻を計算する際に、
桁上がりが生じた場合には、受信時刻と装置固有の閾値
時刻を比較し、前記受信時刻が前記閾値より小さいとき
前記限界滞留時刻に前記タイムスタンプとしての最大値
を設定する上記（１）のパケットの廃棄処理方式。

【００１７】（５）前記受信時刻が前記閾値時刻以上の
場合には前記タイムスタンプの変更をしない上記（４）
のパケットの廃棄処理方式。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のパケットの廃棄処
理方式の好適実施形態例を添付する図１乃至図７を参照
して詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明のパケットの廃棄処理方式
の限界滞留時刻算出動作を説明するフローチャートであ
る。図２は、図１のフローチャートに基づいてスイッチ
の処理を行うネットワーク装置のブロック図である。先
ず、図２のブロック図につき説明する。

【００２０】このネットワーク装置は、パケット受信部
３０、アドレス解決処理部３１、サーチメモリ３２、時
刻加算部３３、時刻発生部３４、パケットバッファ（メ
モリ）３５、時刻比較部３６、パケット送信部３７及び
送信キュー管理部３８より構成される。

【００２１】パケット受信部３０は、ＬＡＮ回線から受
信したパケットＰａをアドレス解決処理部３１へ送出す
る。このときのパケットＰａの構造は図３に示す如く、
イーサネットのパケットで、宛先アドレスＤＡ、発信元
アドレスＳＡ、伝送情報Ｉ及びパケットデータ妥当性情
報ＦＣＳから構成される。６４バイト乃至１，５１８バ
イト程度のデータである。

【００２２】アドレス解決処理部３１は、サーチメモリ
３２を検索し、受信パケットの送信先ポート情報と、許
容滞留時間Ｔｏを得る。サーチメモリ３２には、アドレ
ス情報のテーブルや、データの種別のテーブルを持ち、
任意の情報をキーにして、テーブルを検索する。これに
より、送信先のポート情報を得ることができる。この際
に、同時に、受信したパケットの単位で、そのパケット
の許容滞留時間を知ることができる。

【００２３】次に、アドレス解決処理部３１は、送信キ
ュー管理部３８へ送信先ポートの情報ＴＰとパケットバ
ッファ３５へのパケットの書込アドレスＢＡｒを送出す
る。送信キュー管理部３８は、パケットが格納されたパ
ケットバッファ３５のアドレスをキュー構造で管理する
ことで、送信するパケットの順番を管理する。このキュ
ーは、送信ポート単位に、１又は複数のレベルで行う。

【００２４】図５は、送信キュー管理部３８で管理され
るキュー構造を示している。この例では、ＢＡ３が一番
先頭で、続けてＢＡ１、ＢＡｎ、ＢＡ８、ＢＡ０、ＢＡ
６、ＢＡ（ｎ−１）の順で、最後がＢＡ２の各バッファ
アドレスをキュー管理している。つまり、このアドレス
に対応したバッファに格納されたパケットが順に送信さ
れる。

【００２５】また、アドレス解決処理部３１は、パケッ
トデータＰｂを時刻加算部３３に送る。この際のパケッ
トデータＰｂは、図３に示されるように、受信したパケ
ットデータＰａに許容滞留時間Ｔｏが付加されている。

【００２６】時刻加算部３３は、時刻発生部３４から得
る現在時刻を、このパケットの受信時刻ｔｒとし、受信
時刻ｔｒに許容滞留時間Ｔｏを加算して限界滞留時刻ｔ
ｓを算出する。時刻発生部３４は、この例では、１６ビ
ットのカウンタ回路で構成されているものとし、１６進
数の００００からｆｆｆｆまでの値をとり、ｆｆｆｆの
次は００００に戻る。また、３００Ｈｚ程度の周波数を
ベースクロックとした場合、１周期で約２１８秒の時を
刻むことになる。時刻加算部３３は、ここで得られた限
界滞留時刻ｔｓをタイムスタンプとして、パケットデー
タＰｃ（図３参照）を書込アドレスＢＡｒに従い、パケ
ットバッファ３５へ格納する。このときのパッケージデ
ータＰｃは、図３に示す如く、受信したパケットデータ
Ｐａに限界滞留時刻ｔｓを表すタイムスタンプが付加さ
れている。

【００２７】図４は、パケットバッファ３５に書込むデ
ータの構造を示している。

【００２８】次に、時刻加算部３３で行われる限界滞留
時刻算出動作を、図１のフローチャートを用いて、以下
に説明する。

【００２９】先ず、ステップＳ１で、受信したパケット
が時刻加算部３３に到着したとき、時刻発生部３４から
受信時刻ｔｒを受取り、この受信時刻ｔｒにパケットの
許容滞留時間Ｔｏを加算して限界滞留時刻ｔｓとする。

【００３０】次に、ステップＳ２で、先の限界滞留時刻
ｔｓの計算で桁上げが発生したか否かの判定を行う。桁
上げが発生した場合には、上述した不正廃棄時間帯でパ
ケットを受信した場合に相当する。桁上げが発生した場
合は、ステップＳ３において、タイムスタンプの最大値
を限界滞留時刻ｔｓとして設定する。この例では、限界
滞留時刻ｔｓは全て１６進数でｆｆｆｆに設定変更す
る。それ以外のときには、算出値をそのまま限界滞留時
刻ｔｓとする。

【００３１】次に、ステップＳ４で、限界滞留時刻ｔｓ
はタイムスタンプとして、パケットと共にパケットバッ
ファ３５に格納する。

【００３２】時刻比較部３６は、送信キュー管理部３８
に指示された送信パケットのアドレスＢＡｔに従って、
パケットバッファ３５からパケットデータＰｃを読出
す。この例では、図５の送信キューの先頭のパケットの
バッファアドレスＢＡ３に従って、図４のパケットバッ
ファのＢＡ３の場所に格納されているデータが読出され
る。このとき、時刻比較部３６は、時刻発生部３４から
の現在時刻を得て、このパケットの送信時刻ｔｔとす
る。時刻比較部３６は、パケットＰｃが有する限界滞留
時刻ｔｓと比較する。比較の結果、送信時刻ｔｔと限界
滞留時刻ｔｓの関係が、 ｔｔ＞ｔｓ のときは、このパケットの送信は行わずに廃棄する。

【００３３】この例において、ＢＡ３に格納されている
限界滞留時刻ｔｓは、１６進で５８ｆ６である為に、送
信時刻ｔｔが５８ｆ７及至ｆｆｆｆであると、送信時刻
ｔｔが限界滞留時間ｔｓを過ぎているので、パケットは
廃棄し、送信は行わない。送信時刻ｔｔが限界滞留時刻
ｔｓを越えていない場合には、パケットデータＰａをパ
ケット送信部３７へ送る。

【００３４】次のパケットを送信する場合、図５の送信
キューのバッファアドレスＢＡ３の次にはバッファアド
レスＢＡ１が格納されているので、バッファアドレスＢ
Ａ１に従って、図４のパケットバッファのＢＡ１の場所
に格納されているデータが読出される。ここに格納され
ている限界滞留時刻ｔｓは、限界滞留時刻ｔｓの算出の
際に桁上げが起こり、タイムスタンプの最大値ｆｆｆｆ
が格納されている。

【００３５】時刻比較部３６は、送信時刻ｔｔと限界滞
留時刻ｔｓの比較を行う。限界滞留時刻ｔｓはｆｆｆｆ
である為に、比較の結果、 ｔｔ＞ｔｓ の条件が成立することはない。従って、本パケットが廃
棄されることはなくなる。

【００３６】以上の説明から明らかな如く、本発明の処
理方式によると、従来方式では不正に廃棄されていたパ
ケットは、廃棄されないこととなる。

【００３７】本発明によるパケットの廃棄処理方式の他
の実施形態例を説明する。基本構成は上述した図２と同
じであるが、パケットの受信時刻の範囲によって更に工
夫を加えている。以下、図６のフローチャートに基づき
説明する。

【００３８】図６のフローチャートは、ステップＳ５の
処理が加えられている点で図１のフローチャートと異な
る。即ち、限界滞留時刻ｔｓの計算の際に、桁上がりが
生じた場合でも、限界滞留時刻ｔｓを無条件にタイムス
タンプの最大値に変更しない。限界滞留時刻ｔｓの計算
の際に、桁上がりが生じると、受信時刻ｔｒと装置が有
する固有の閾値時刻ｔｂとを比較する（ステップＳ５参
照）。

【００３９】この比較の結果、ｔｒ＞ｔｂの場合には、
限界滞留時刻ｔｓの値は変更しない。しかし、ｔｒ≦ｔ
ｂの場合には、従来どおり限界滞留時刻ｔｓをタイムス
タンプの最大値に変更する（ステップＳ３参照）。

【００４０】次に、この閾値時刻ｔｂを、図７を参照し
て説明する。スイッチ処理を行うネットワーク装置の場
合、パケットを受信してからパケットバッファに格納
し、パケットを送信する迄に要する最低の遅延時間は存
在する。これを最少滞留時間Ｔ１と定義する。この最小
滞留時間Ｔ１はスイッチングの方式によっても異なり、
ネットワーク装置で固有の値である。

【００４１】時刻の最大値（ポイントａ）―最小滞留時
間Ｔ１の位置をポイントｃとし、このポイントｃが閾値
時刻ｔｂとなる。ポイントｃからポイントａ間に受信し
たパケットの場合、その送信時刻ｔｔは、必ず時刻の最
大値（ポイントａ）以降である。つまり、このポイント
ｃからポイントａ間で受信した場合に限って、本発明の
解決課題である、誤認識によるパケットの廃棄は生じな
いと言える。よって、この閾値時刻ｔｂの判断を加える
ことで、限界滞留時刻ｔｓの計算結果の書換えを発生さ
せる時間帯を縮小可能である。

【００４２】以上、本発明によるパケットの廃棄処理方
式の実施形態例につき詳述した。しかし、本発明は斯る
特定例のみに限定するべきではなく、本発明の要旨を逸
脱することなく種々の変形変更が可能であることが当業
者には容易に理解できよう。

【００４３】

【発明の効果】上述の説明から理解される如く、本発明
のパケットの廃棄処理方式によると、本来廃棄すべきで
ないパケットが廃棄されるという問題の発生を回避する
ことが可能である。その理由は、限界滞留時間ｔｓを算
出する際に、桁上げが生じた場合、限界滞留時刻ｔｓを
タイムスタンプの最大値に設定することによって、送信
の際のタイムスタンプと送信時刻ｔｒとを比較しても、
ｔｓ＜ｔｒの条件は決して成立しないので、パケットは
廃棄されずに送信されるからである。換言すれば、本発
明の特徴とする処理により、限界滞留時間ｔｓをタイム
スタンプの最大値に書換えを行ったパケットが、もしそ
のパケットの本来の許容滞留時間Ｔｏ以上に滞留してし
まった場合に廃棄されないという問題がある。しかし、
通常のネットワークの運用を考えると、ＬＡＮ上のトラ
フィックが飽和し、パケットの滞留時間が大となる状態
は時間としては小さいか極めてまれであると判断してよ
い。つまり、本発明の処理に起因した、廃棄されない問
題が発生する確率は、本発明の解決すべき問題点である
誤認識によるパケットの廃棄が発生する確率に比べる
と、極めて小さいことになる。この点で、本発明のパケ
ットの廃棄処理方式は、従来方式に比べて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパケットの廃棄処理方式の一実施
形態例のフローチャートである。

【図２】図１に示すパケット廃棄処理方式を使用するネ
ットワーク装置のブロック図である。

【図３】図２中のパケットデータＰａ、Ｐｂ及びＰｃの
構造を示す。

【図４】図２におけるパケットバッファに格納するデー
タの構造の一例を示す。

【図５】図２における送信キューの一例の構造を示す。

【図６】本発明によるパケットの廃棄処理方式の他実施
形態例のフローチャートである。

【図７】図６におけるパケットの廃棄処理方式の作用効
果を説明する図である。

【図８】従来のパケットの廃棄処理方式のフローチャー
トである。

【図９】図８の従来技術の問題点を説明するタイミング
チャートである。

【符号の説明】

３０ パケット受信部 ３３ 時刻加算部 ３４ 時刻発生部 ３５ パケットバッファ ３６ 時刻比較部 ３７ パケット送信部

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パケット通信ネットワーク装置におけるパ
   ケットの限界滞留時刻をパケットバッファに格納する際
   に、送信パケットを表す情報をタイムスタンプとして同
   時に格納し、前記パケットを送信するとき前記タイムス
   タンプと現在時刻を比較することにより前記パケット廃
   棄の判断をするパケットの廃棄処理方式において、前記
   パケットバッファに格納する前記タイムスタンプを計算
   する際に、桁上がりが生じるか否か判断し、桁上がりが
   生じた場合には前記タイムスタンプとして最大値を設定
   することを特徴とするパケットの廃棄処理方式。
2. 【請求項２】前記タイムスタンプは、前記各パケットの
   受信時刻と許容滞留時間とを加算して求めた限界滞留時
   刻ｔｓであることを特徴とする請求項１に記載のパケッ
   トの廃棄処理方式。
3. 【請求項３】前記比較は、送信時刻ｔｔと前記限界滞留
   時刻ｔｓとを比較し、ｔｔ＞ｔｓのとき前記パケットは
   送信せず廃棄することを特徴とする請求項１又は２に記
   載のパケットの廃棄処理方式。
4. 【請求項４】前記限界滞留時刻を計算する際に、桁上が
   りが生じた場合には、受信時刻と装置固有の閾値時刻を
   比較し、前記受信時刻が前記閾値より小さいとき前記限
   界滞留時刻に前記タイムスタンプとしての最大値を設定
   することを特徴とする請求項１に記載のパケットの廃棄
   処理方式。
5. 【請求項５】前記受信時刻が前記閾値時刻以上の場合に
   は前記タイムスタンプの変更をしないことを特徴とする
   請求項４に記載のパケットの廃棄処理方式。