JP3570991B2 - パケット交換のためのフレーム破棄機構 - Google Patents
パケット交換のためのフレーム破棄機構 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3570991B2 JP3570991B2 JP2000520613A JP2000520613A JP3570991B2 JP 3570991 B2 JP3570991 B2 JP 3570991B2 JP 2000520613 A JP2000520613 A JP 2000520613A JP 2000520613 A JP2000520613 A JP 2000520613A JP 3570991 B2 JP3570991 B2 JP 3570991B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- packet
- packets
- switch
- output
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
- H04Q11/04—Selecting arrangements for multiplex systems for time-division multiplexing
- H04Q11/0428—Integrated services digital network, i.e. systems for transmission of different types of digitised signals, e.g. speech, data, telecentral, television signals
- H04Q11/0478—Provisions for broadband connections
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L49/00—Packet switching elements
- H04L49/10—Packet switching elements characterised by the switching fabric construction
- H04L49/103—Packet switching elements characterised by the switching fabric construction using a shared central buffer; using a shared memory
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L49/00—Packet switching elements
- H04L49/30—Peripheral units, e.g. input or output ports
- H04L49/3027—Output queuing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、一般に、パケット交換のためのパケット破棄機構に係る。より詳細には、本発明は、個々のパケット（又はセル）をランダムに破棄するのではなくフレーム全体を破棄するパケット破棄機構に係る。
【０００２】
【背景技術】
パケット交換ネットワークにおいては、ネットワークの交換機を経て送信されるべき高レベルデータ単位のほとんどが、単一のパケットで転送するのに大き過ぎ、従って、セグメント化して供給しなければならない。この点について、種々のアプリケーションに使用される高レベルデータ単位をフレームと称する。図１は、ここで使用されるパケットとフレームとの間の関係を示し、１つの送信フレームは、各々固定の長さをもつＭ個の連続するパケットで構成される。例えば、ＡＴＭネットワークを経て送られるＴＣＰ／ＩＰでは、フレームがＩＰデータグラムに対応し、そしてパケットがＡＴＭセルに対応する。フレームのサイズ（フレームにおけるパケット数）は、送信接続を使用するアプリケーションの形式に依存する。
【０００３】
フレームの１つ以上のパケットが行先において欠落した場合には、フレームを再組み立てすることができず、破棄しなければならない。それ故、ネットワークの性能が、これらの高レベルデータ単位を送信及び受信するアプリケーションの観点から評価される場合には、これらデータ単位（即ちフレーム）の端−端遅延及びロス率が、個々のデータパケットの端−端遅延及びロス率よりも重要な性能指示子となる。
ランダムパケットドロップ方針がネットワークに使用されるときには、ドロップしたパケットが、同じフレームではなく、異なるフレームに属する可能性が高くなる。それ故、このようなドロップ機構のパケットロス率は、アプリケーションレベルでのサービスクオリティ（ＱｏＳ）の指示になり得ない。
【０００４】
この欠点を解消するために、より精巧なロス機構が提案されている。その１つは、パケットをランダムに破棄するのではなくフレーム全体を破棄する早期パケット破棄（ＥＰＤ）機構と称されるものである。ＥＰＤを実施する最も簡単なやり方は、スイッチの各バッファにスレッシュホールド値を設定することである。到来するフレームの第１パケットは、バッファの充満率がスレッシュホールド値を越えたときに破棄される。フレームの第１パケットが破棄されると、たとえ充満率がスレッシュホールド以下に減少しても、そのフレームの残りのパケットも破棄される。しかしながら、同じフレームの第１パケットが受け入れられた場合には、全バッファがいっぱいにならない限り、パケットは破棄されない。スレッシュホールド値は、一方ではバッファのオーバーフローが発生せず、そして他方では崩壊したフレームが送信されることがないように、選択されねばならない。
【０００５】
この点について関心のある者は、例えば、Ａ．ロマノウ及びＳ．フロイド著の論文「ＡＴＭネットワークを経てのＴＣＰトラフィックの動力学（Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ＴＣＰ Ｔｒａｆｆｉｃ ｏｖｅｒ ＡＴＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、Ｐｒｏｃ．ＡＣＭ ＳＩＧＣＯＭＭ ’９４、第７９−８８ページ、１９９４年８月号の詳細な説明を参照されたい。
ＥＰＤ方法の１つの欠点は、異なるユーザを不公平に取り扱うことである。これは、ＥＰＤ機構が、バッファにおける現在の充満率又は相対的な占有度を考慮せずに、即ち過負荷状態に対するそれらの相対的な貢献度を考慮せずに、全ての接続から完全なフレームを破棄するためである。この欠点を克服するために、選択的ドロップ方針に対する多数の変形が提案されている。
【０００６】
しかしながら、ＥＰＤ方法及びその変形は、交換機のバッファに関連した使用のみに限定されるという欠点が依然あり、この方法は、バッファの充満率がスレッシュホールドを越えたときしかアクティブにならない。
ＥＰＤ方法及びその変形は、交換機が出力バッファを伴う全速度交換機であり、即ち交換機の容量が交換機の大きさ（出力／入力ポートの数）に等しいことを仮定して研究されたものである。この形式の交換機に関する更に別の欠点は、交換機の大きさが大きい場合に交換機の内部交換速度が高くなることである。これは、パワフルな（そして高価な）チップを使用しなければならないことを意味する。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、上記欠点を解消すると共に、あまり複雑でない低廉な交換機構造体により、個々のバッファの充満率を制御する必要なく、公知方法と同等のフレームレベル性能を得ることのできる新規な方法を提供することである。
この目的は、独立請求項に記載した解決策を使用することにより達成できる。
本発明によれば、好ましくは入力及び出力の数より本質的に小さな容量を有する交換機にフレームドロップ機構が導入される。これは、交換機の同じポートを同時に行先とするパケットの数が所定値（交換機の容量）を越えた場合に、１つ以上のフレームの第１パケットが破棄されるように行なわれる。フレームの第１パケットが破棄されると、同じフレームの残りのパケットも、交換機にアクセスするときに、交換機の現在バッファ容量に関わりなく破棄され、即ち崩壊したフレームの他のパケットが交換組織に入ることが防止される。
【０００８】
換言すれば、本発明の考え方は、ドロップ機構のアクチベーション及びデアクチベーションを制御する変数が、同じポートに対して同時に競合するパケットの数を指示するように、ドロップ機構を交換組織に導入することである。このポートは、全交換機の出力ポートであってもよいし、又は交換組織内の出力ポートであってもよい。同じポートに同時に競合する多数のパケットの特徴は、出力バッファ付きの交換機のみに関連したものであるから、本発明による交換機は、出力バッファ付きの交換機でなければならない。
【０００９】
本発明の解決策により、入力待ち行列付き交換機の一般的な特徴である実施の簡単さと、出力待ち行列付きの交換機の一般的な特徴である良好なスループット性能と、低いフレームロス率とを、従来より効率的に単一の交換機に結合することができる。
本発明による交換機の内部交換速度は、交換機の大きさに比例せず、好ましくはこの大きさより相当に小さい交換機の容量に比例するために、実施の簡単さを改善することができる。
本発明による交換機は、ノックアウト型構造をベースとするのが好ましい。というのは、この種の構造は、本発明に必要とされる機能を満足するように容易に修正できるからである。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
上述したように、本発明による方法は、固定長さのパケットをＮ個の入力からＮ個の出力へ交換する出力バッファ付きの交換機に使用される。換言すれば、この交換機は、固定長さのパケットを交換するのに適した任意のパケット交換機、例えば、ＡＴＭ交換機でよい。更に、１つのタイムスロットにおいて１つの出力ポートへ同時に送信することのできる最大パケット数として定義された交換容量Ｌは、Ｎより小さく、即ちＬ＜Ｎである。これらの必須条件を満足する広く知られた交換機アーキテクチャーは、ノックアウト型アーキテクチャーである。それ故、本発明は、本発明を適用する例示的交換機構造としてノックアウト型交換機を使用して以下に説明する。
【００１１】
既に知られたように、ノックアウト型交換機の構造は、ノックアウトの原理に基づくもので、即ちＮ個の異なる入力ラインに統計学的に独立してパケットが到着する場合に、任意の大きな寸法（ＮｘＮ）の交換機であっても、所定の同時パケット即ちＬ個のパケット（Ｌ＜＜Ｎ）以上のものが特定の出力ポートに向けられる確率は非常に小さい。
ノックアウト型交換機の基本的構造が図２に示されている。Ｎ個の入力の１つに到着するパケットは、ブロードキャストバスに配置され、そこからＮ個の出力モジュールＯＭｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）各々へ転送される。出力モジュールは、パケットのヘッダを読み取り、その出力に向けられたパケットを受け入れ、そして出力リンクへ直ちに送出できないパケットをバッファし、即ち２つ以上のパケットが同じ出力に対して同時に競合しているときにパケットをバッファする。
【００１２】
出力モジュールＯＭｉのブロック図が図３に示されている。各入力バスは、パケットフィルタＰＦｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）に接続され、即ち各出力モジュールの入力にはＮ個のパケットフィルタがある。各パケットフィルタは、到着するパケットのヘッダを読み取り、パケットがその出力に意図されたものであることをヘッダが指示する場合にそれを集中装置ＣＣへ供給する。従って、ある出力モジュールのパケットフィルタの出力に現われるパケットは、その特定の出力モジュールによりサービスされる交換機出力に属する。
【００１３】
集中装置は、Ｎ個の入力を有するが、出力はＬ個（Ｌ＜Ｎ）だけである。いずれのタイムスロットにおいても、集中装置は、その入力に現われる全てのアクティブなパケットを見出す。Ｌ個又はそれ以下のパケットが見つかった場合には、これらパケットは、最も左の出力が最初に満たされるようにして集中装置の出力に入れられる。一方、Ｌ個より多数のパケットが集中装置に（同じタイムスロットにおいて）同時に到着する場合には、Ｌ個のパケットを除く全てのパケットが失われることになる。Ｌの値を適当に選択することにより、この「内蔵」パケットロス機構から得られるロスの割合を許容レベルに維持することができる。従って、Ｌは、特定の出力ポートに同時に転送することのできる最大パケット数を表わし、即ちＬは、交換機の容量を表わす。
【００１４】
集中装置の出力は、Ｌ個の入力及びＬ個の出力を有するシフタＳＨに接続される。集中装置は最も左の出力を最初に満たすので、パケットが集中装置からＬ個の出力バッファへ直接接続された場合には、最も左のバッファがいっぱいになる傾向となる。シフタの目的は、Ｌ個の出力バッファＯＢｉ（ｉ＝１、２・・Ｌ）ができるだけ均一に充填されるよう確保することである。
出力バッファの出力に接続された出力ラインＯＬｉは、出力バッファから繰り返しパケットをフェッチし、即ちタイムスロット１において、出力ラインはバッファＯＢ１からパケットをフェッチし、タイムスロット２において、バッファＯＢ２からパケットをフェッチし、等々となる。出力ラインが最後の（Ｌ番目の）バッファからパケットをフェッチした後に、次のパケットは、再び第１バッファ（ＯＢ１）からフェッチされる。
【００１５】
ノックアウト型交換機は広く知られているので、これに関心のある者は、その構造及び機能について述べた多数の文献や書籍から詳細な説明を見出すことができる。又、ノックアウト型交換機は、米国特許第４，７６０，５７０号にも開示されている。それ故、ノックアウト型交換機の特徴は、ここでは詳細に説明しない。むしろ、本発明によるノックアウト型アーキテクチャーに導入される変形について以下に説明する。
本発明によれば、ノックアウト型交換機において行なわれるようにパケットをランダムにドロップするのではなく、全フレームが交換機において破棄される。フレームは、出力ポートに同時に向けられるパケットの数が交換機の容量Ｌを越える場合に、交換機が１つ以上のフレームの第１パケットをランダムにドロップし始めるようにして破棄される。交換機は、破棄されたパケットが属するフレームを識別し、そしてこれらフレームから他のパケットを破棄し続ける。この機能は、以下で詳細に述べる。
【００１６】
同じ出力ポートに同時に向けられた到来パケットの数が交換機の容量Ｌを越えたときには、交換機は、幾つかの到来するフレームの第１パケットを破棄（ノックアウト）し始める。あるフレームの第１パケットが破棄（ノックアウト）されると、同じフレームの残りのパケットも、たとえ交換機がそれらパケットを受け入れるに充分なバッファ容量を有するとしても、それらが交換機にアクセスするときに破棄される。しかしながら、同じフレームの第１パケットが交換機の出力ポートによって既に受け入れられている場合には、当該バッファ全体がいっぱいでない限り、パケットは決して破棄されない。
崩壊したフレームのパケットが交換組織に入るのを防止するために、交換機の各入力ポートは、交換機に対して残っているパケットが崩壊したフレームに属するかどうか、即ちパケットが属するフレームの第１パケットが交換組織において早期に破棄されたかどうかをチェックする。それ故、崩壊したフレーム属する交換組織にパケットが入ることはない。
【００１７】
図４は、本発明の基本的な原理を示すフローチャートである。交換機は、崩壊したフレームに属する到来パケットを連続的に破棄する（段階４１及び４２）。出力ポートに同時に向けられるパケットの数Ｋが交換機の容量Ｌを越えたとすれば、交換機は、ランダムに破棄されるべき第１のパケットを選択することによりフレームのある数の第１パケット（即ち（Ｋ−Ｌ）個のパケット）を破棄する（段階４３及び４４）。換言すれば、破棄されるべき（Ｋ−Ｌ）個のフレームがランダムに選択される。以下に述べるように、ＫがＬより大きいときにはポートに対して常に少なくとも（Ｋ−Ｌ）個の第１パケットが競合する。図４において、ドロッププロセスは、２つの連続的な段階に分割される。というのは、これらの段階は、交換機の異なる部分で実行されるからである。
【００１８】
到来するパケットが崩壊したフレームに属するかどうかチェックできるようにするために、交換機の入力ポートは、同じフレームの以前のパケットが交換組織に受け入れられたか破棄されたか知らねばならない。換言すれば、交換組織から入力ポートへ確認を送信しなければならない。
上記の原理は、多数のやり方で実施することができる。以下、ノックアウト型交換機をベースとする２つの好ましい実施形態について詳細に説明する。
図５は、ノックアウト型交換機ＫＳと、該ノックアウト型交換機の各入力バスごとに１つづつあるＮ個の入力モジュールＩＭｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）と、確認分配器ＡＤとを備えた第１の実施形態を示す。この実施形態において、入力モジュールは、図４の段階１を実行し、一方、集中装置は、段階２を実行する。
【００１９】
図５のノックアウト型交換機ＫＳは、集中装置ＰＣｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）がパケットをランダムにドロップするのではなくフレームの第１パケットをドロップすること以外は、一般に知られているノックアウト型スイッチと同様である。これを達成するためには、優先順位決め集中装置として知られているものを使用し、そして到来するパケットをロスの確率に関して２つのクラス即ち優先順位の高いクラス及び優先順位の低いクラスに分割しなければならない。この分割は、各フレームの到来する第１パケットを優先順位の低いパケットとしてマークし、そして残りのパケット（即ちフレームにおいて第１パケットでないパケット）を優先順位の高いパケットとしてマークする（その前に破棄されない場合は）ようにして行なわれる。
【００２０】
優先順位決め集中装置の内部構造は、優先順位の高いパケットが、優先順位の低いパケットに対して常に競争に勝つように、内部の２ｘ２交換要素が機能することを除いて、一般のノックアウト型集中装置と同様である。それ故、優先順位の低いパケットは、２ｘ２交換要素の入力に優先順位の高いパケットが存在しないときだけ次の競争レベルに通される。２ｘ２交換要素の入力に２つの優先順位の高いパケットが存在する場合には、その右の入力におけるパケットが競争に負ける。
図６ａ−６ｄは、パケットが両入力に存在すると仮定して、優先順位決め集中装置ＰＣｉの個々の交換要素ＳＥの状態を示している。
パケットの分類が図７に示されており、Ｋｈは、優先順位の高いパケットの数を示し、そしてＫｌは、単一のタイムスロットにおいて特定の出力に向けられた優先順位の低いパケットの数を示す。優先順位決め集中装置ＰＣｉでは、Ｋ＞Ｌの場合に（Ｋ−Ｌ）個の優先順位の低いパケットがドロップされる。
【００２１】
優先順位の高いパケットは、競合する優先順位の高いパケットの数がＬを越えることがないので、集中装置において決してドロップされないことに注意されたい。このため、崩壊したフレームの他の全てのパケット（優先順位の高いパケットとマークされる）が交換組織に入ることは許されない。又、このため、ＫがＬより大きい場合には、常に、少なくとも（Ｋ−Ｌ）個の第１パケットが出力に対して競合状態となる。これは、次のように示すことができる。
Ｋ＞Ｌの場合には、Ｋｈの値に基づいて２つのことが考えられる。
（１）Ｋｈ＞Ｌと仮定する。これは、以前のタイムスロットにおいて交換組織によって受け入れられたパケットの数が交換機の容量より大きいことを意味する（交換機の１つの出力ポートは、Ｌ個までの同時パケットしか受け入れられないので）。それ故、この仮定は偽である。
（２）Ｋｈ≦Ｌと仮定する。従って、Ｋｌ＝Ｋ−Ｋｈ≧Ｋ−Ｌであり、即ち少なくとも（Ｋ−Ｌ）個の優先順位の低いパケット（第１パケット）が出力に対して競合状態にある。
【００２２】
全ての出力モジュールに共通の確認分配器ＡＤは、ＮｘＬ個の入力及びＮ個の出力を有する。最初のＬ個の入力は、第１出力モジュールの集中装置の出力に接続され、次のＬ個の入力は、第２出力モジュールの集中装置の出力に接続され、等々となる。パケットが集中装置ＰＣｉを通過する場合に、確認が発生されそして分配器を経て正しい入力モジュールに送信される。
確認分配器ＡＤは、例えば、図８に示すように、簡単なクロスバーマトリクスでよい。各タイムスロットにおいてクロスバーマトリクスの各行列に１つの接続しか存在しない。図８は、入力モジュールＩＭ２からのパケットが出力モジュールＯＭ１によって受け入れられる場合に確認がいかに転送されるかを示す。上記出力モジュールの集中装置の出力Ｌからパケットが放出されると仮定する。従って、上記出力において確認メッセージが発生され、このメッセージは、他のデータに加えて、パケットが到着したところの入力ポートのアドレス（即ちソースアドレス）を含む。このソースアドレスに基づいて、そのソースアドレスに対応する交換要素（図８に丸印で示された）は、そのメッセージを正しい入力モジュールに接続する。従って、（入力モジュールにおいて）パケットに添付される自己ルート指定タグは、入力及び出力の両ポートのアドレスを含むことに注意されたい。
【００２３】
各タイムスロットにおいて、各入力モジュールＩＭｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）は、交換機に対して残っているパケットがフレームの第１パケットであるかどうかチェックする。もしそうであれば、入力モジュールは、そのパケットを優先順位の低いパケットとマークし、そしてそれを交換組織へ通す。パケットがフレームの第１パケットでない場合には、入力モジュールは、受け取った確認を使用して、同じ接続に属する以前のパケットが交換機において破棄されたかどうかチェックする。以前のパケットが破棄されていた場合には、入力モジュールは、そのパケットを破棄するが、以前のパケットが受け入れられていた場合には、入力モジュールは、そのパケットを優先順位の高いパケットとマークしそしてそれを交換組織へ通す。
【００２４】
図５に入力モジュールＩＭＮに関連して示されたように、上記の機能は、例えば、個別の制御ユニットＣＵによって実施することができ、この制御ユニットは、確認を受け取り、入力バッファＩＢの先端にあるパケットのヘッダを読み取りそしてそのパケットをマークするか又は破棄する。
図９ａ−９ｄは、本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスの一例を示す。この例において、交換機は４つの入力及び４つの出力を有し、そして交換容量Ｌは２に等しい。優先順位の低いパケットは、斜影で示されており、そしてパケット内の数字は、パケットの行先である出力ポートを示す。
【００２５】
タイムスロット１（図９ａ）において、出力１に向けられた２つのパケットは、Ｌ＝２であるために受け入れられる。タイムスロット２（図９ｂ）において、３つのパケットが出力１に向けられ、従って、それらの１つが破棄されねばならない。この場合に、入力２からのパケットが集中装置において破棄される。というのは、それだけが優先順位の低いパケット（フレームの第１パケット）だからである。他の２つのパケットは、それらがフレームの第１パケットではなく且つ同じフレームの以前のパケットが受け入れられているので、受け入れられる。タイムスロット３（図９ｃ）において、入力２からのパケットは、フレームの以前のパケットがドロップされているので、入力ポート２においてドロップされる。タイムスロット４（図９ｄ）において、入力２からのパケットは、同じ理由で再びドロップされる。しかし、依然、３つのパケットが出力１に向けられている。入力１からのパケットは、優先順位の高いパケットであるために受け入れられるが、出力１に対して競合する２つの第１パケットの一方がランダムにドロップされる。
【００２６】
図５の実施形態では、交換機は、大きな集中型確認分配器を使用している。或いは、ドロップ機構を出力モジュールのみにおいて実施することもできる。この実施形態は、このような交換機の１つの出力モジュールを示した図１０に示されている。交換機の全体的な構造は、図２に示す通りである。図１０に示すように、各出力モジュールは、Ｎ個のパケットフィルタＰＦ’ｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）と、Ｎ個の入力及びＬ個の出力をもつ優先順位決め集中装置ＰＣｉと、シフタと、Ｌ個の出力バッファと、Ｌ個の入力及びＮ個の出力をもつ確認分配器ＡＤｉとを備えている。この場合に、パケットフィルタは、図４の段階１を実行し、そして優先順位決め集中装置は、段階２を実行する。
【００２７】
ノックアウト型交換機の場合と同様に、パケットフィルタＰＦ’ｉは、その出力に向けられたパケットを受け入れそして残りは無視する。しかし、ノックアウト型交換機の既知のパケットフィルタに比較して、各パケットフィルタＰＦ’ｉは、幾つかの付加的な特徴を有する。第１に、パケットフィルタは、崩壊したフレームからのパケットが集中装置に入るのを防止する。第２に、パケットフィルタは、フレームの第１パケットを優先順位の低いパケットとマークし、そして他のパケットを優先順位の高いパケットとマークする。図１１は、個々のパケットフィルタＰＦ’ｉのブロック図であり、そして図１２は、個々のパケットフィルタの機能を示すフローチャートである。アドレスフィルタ１０１は、到来するパケットの行先アドレスを読み取り、そしてパケットが当該出力に向けられたものであるかどうかチェックする（段階１１０）。もしそうであれば、パケットは識別ユニット１０２へ転送され、該ユニットは、到来パケットのヘッダを読み取ることによりフレームの第１パケットであるパケットを識別する（段階１１１）。例えば、パケットがＡＴＭセルである場合には、セルヘッダのＰＴＩフィールドの第３ビットは、そのセルが、大きなデータ単位からセグメント化された最後のセルであるかどうか指示する。
【００２８】
第１パケットでないパケットは、更なるチェックのために、マーキングユニット１０３へ転送される（段階１１２）。この更なるチェックにおいて、同じ接続の以前のパケットに関する確認情報がチェックされる。以前のパケットが受け入れられた場合には、そのパケットが高優先順位スタンプでマークされ（段階１１４）そしてパケットフィルタの出力へ供給される。さもなくば、フィルタの出力はイネーブルされず、即ちパケットは、集中装置に入ることが防止される（パケットは破棄される）。第１パケットとして識別されたパケットは、確認チェックをバイパスし、そして低優先順位スタンプで直接マークされた後に、パケットフィルタの出力へ供給される。
【００２９】
以下のテーブルは、種々の状態におけるパケットフィルタの動作を示す。
【００３０】
交換機の第２の実施形態（図１０）においては、優先順位決め集中装置は、第１の実施形態（図５）と同様に動作し、即ち図４の段階２を実行する。
第２の実施形態においては、確認分配器が各出力モジュールに分散される。各分配器ＡＤｉは、簡単なＬｘＮクロスバーネットワークであり、その入力は集中装置の出力に接続されそしてその出力はパケットフィルタに接続される。パケットが集中装置ＰＣｉを通過する場合に、確認が発生され、そして分配器を経て、パケットが到来したパケットフィルタに返送される。図１３は、確認フィードバック経路の一例を示す。パケットのルートは、太い破線で示され、そして確認のルートは、細い破線で示されている。
【００３１】
添付図面の例を参照して本発明を以上に説明したが、本発明は、これらの例に限定されるものではなく、請求に範囲に記載した本発明の範囲内で多数の変更がなされ得ることが明らかである。例えば、上記の原理は、多段交換組織の個々の交換要素に適用することもできる。本発明を適用する交換機の基本的構造に基づき、交換機は、スレッシュホールドを越えたときにドロップ機構をアクチベートできるように、同時に競合するパケットの数、即ち負荷レベルをカウントするための個別の手段を必要とする。しかしながら、ノックアウト型交換機をベースとする交換機構造は、負荷レベルを測定する個別の手段が必要とされないという点で好ましい。又、交換機は、出力バッファの充満率を監視してそれらバッファからパケットをドロップする付加的なドロップ機構をもつこともでき、即ち交換機は、２つの重畳したドロップ機構をもつことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ここに使用されるパケットとフレームとの間の関係を示す図である。
【図２】ノックアウト型交換機の一般的な構造を示す図である。
【図３】ノックアウト型交換機の単一出力モジュールを示すブロック図である。
【図４】本発明による方法の段階を示すフローチャートである。
【図５】本発明による交換機の好ましい実施形態を示す図である。
【図６ａ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図６ｂ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図６ｃ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図６ｄ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図７】図５の交換機におけるパケットの分類を示す図である。
【図８】図５の確認分配器の考えられる１つの実施を示す図である。
【図９ａ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図９ｂ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図９ｃ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図９ｄ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図１０】本発明による交換機の第２の実施形態を示す図である。
【図１１】図１０の個々のパケットフィルタを示すブロック図である。
【図１２】図１０の個々のパケットフィルタの機能を示すフローチャートである。
【図１３】図１０の出力モジュールにおける確認のルートを示す図である。
【技術分野】
本発明は、一般に、パケット交換のためのパケット破棄機構に係る。より詳細には、本発明は、個々のパケット（又はセル）をランダムに破棄するのではなくフレーム全体を破棄するパケット破棄機構に係る。
【０００２】
【背景技術】
パケット交換ネットワークにおいては、ネットワークの交換機を経て送信されるべき高レベルデータ単位のほとんどが、単一のパケットで転送するのに大き過ぎ、従って、セグメント化して供給しなければならない。この点について、種々のアプリケーションに使用される高レベルデータ単位をフレームと称する。図１は、ここで使用されるパケットとフレームとの間の関係を示し、１つの送信フレームは、各々固定の長さをもつＭ個の連続するパケットで構成される。例えば、ＡＴＭネットワークを経て送られるＴＣＰ／ＩＰでは、フレームがＩＰデータグラムに対応し、そしてパケットがＡＴＭセルに対応する。フレームのサイズ（フレームにおけるパケット数）は、送信接続を使用するアプリケーションの形式に依存する。
【０００３】
フレームの１つ以上のパケットが行先において欠落した場合には、フレームを再組み立てすることができず、破棄しなければならない。それ故、ネットワークの性能が、これらの高レベルデータ単位を送信及び受信するアプリケーションの観点から評価される場合には、これらデータ単位（即ちフレーム）の端−端遅延及びロス率が、個々のデータパケットの端−端遅延及びロス率よりも重要な性能指示子となる。
ランダムパケットドロップ方針がネットワークに使用されるときには、ドロップしたパケットが、同じフレームではなく、異なるフレームに属する可能性が高くなる。それ故、このようなドロップ機構のパケットロス率は、アプリケーションレベルでのサービスクオリティ（ＱｏＳ）の指示になり得ない。
【０００４】
この欠点を解消するために、より精巧なロス機構が提案されている。その１つは、パケットをランダムに破棄するのではなくフレーム全体を破棄する早期パケット破棄（ＥＰＤ）機構と称されるものである。ＥＰＤを実施する最も簡単なやり方は、スイッチの各バッファにスレッシュホールド値を設定することである。到来するフレームの第１パケットは、バッファの充満率がスレッシュホールド値を越えたときに破棄される。フレームの第１パケットが破棄されると、たとえ充満率がスレッシュホールド以下に減少しても、そのフレームの残りのパケットも破棄される。しかしながら、同じフレームの第１パケットが受け入れられた場合には、全バッファがいっぱいにならない限り、パケットは破棄されない。スレッシュホールド値は、一方ではバッファのオーバーフローが発生せず、そして他方では崩壊したフレームが送信されることがないように、選択されねばならない。
【０００５】
この点について関心のある者は、例えば、Ａ．ロマノウ及びＳ．フロイド著の論文「ＡＴＭネットワークを経てのＴＣＰトラフィックの動力学（Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ＴＣＰ Ｔｒａｆｆｉｃ ｏｖｅｒ ＡＴＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、Ｐｒｏｃ．ＡＣＭ ＳＩＧＣＯＭＭ ’９４、第７９−８８ページ、１９９４年８月号の詳細な説明を参照されたい。
ＥＰＤ方法の１つの欠点は、異なるユーザを不公平に取り扱うことである。これは、ＥＰＤ機構が、バッファにおける現在の充満率又は相対的な占有度を考慮せずに、即ち過負荷状態に対するそれらの相対的な貢献度を考慮せずに、全ての接続から完全なフレームを破棄するためである。この欠点を克服するために、選択的ドロップ方針に対する多数の変形が提案されている。
【０００６】
しかしながら、ＥＰＤ方法及びその変形は、交換機のバッファに関連した使用のみに限定されるという欠点が依然あり、この方法は、バッファの充満率がスレッシュホールドを越えたときしかアクティブにならない。
ＥＰＤ方法及びその変形は、交換機が出力バッファを伴う全速度交換機であり、即ち交換機の容量が交換機の大きさ（出力／入力ポートの数）に等しいことを仮定して研究されたものである。この形式の交換機に関する更に別の欠点は、交換機の大きさが大きい場合に交換機の内部交換速度が高くなることである。これは、パワフルな（そして高価な）チップを使用しなければならないことを意味する。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、上記欠点を解消すると共に、あまり複雑でない低廉な交換機構造体により、個々のバッファの充満率を制御する必要なく、公知方法と同等のフレームレベル性能を得ることのできる新規な方法を提供することである。
この目的は、独立請求項に記載した解決策を使用することにより達成できる。
本発明によれば、好ましくは入力及び出力の数より本質的に小さな容量を有する交換機にフレームドロップ機構が導入される。これは、交換機の同じポートを同時に行先とするパケットの数が所定値（交換機の容量）を越えた場合に、１つ以上のフレームの第１パケットが破棄されるように行なわれる。フレームの第１パケットが破棄されると、同じフレームの残りのパケットも、交換機にアクセスするときに、交換機の現在バッファ容量に関わりなく破棄され、即ち崩壊したフレームの他のパケットが交換組織に入ることが防止される。
【０００８】
換言すれば、本発明の考え方は、ドロップ機構のアクチベーション及びデアクチベーションを制御する変数が、同じポートに対して同時に競合するパケットの数を指示するように、ドロップ機構を交換組織に導入することである。このポートは、全交換機の出力ポートであってもよいし、又は交換組織内の出力ポートであってもよい。同じポートに同時に競合する多数のパケットの特徴は、出力バッファ付きの交換機のみに関連したものであるから、本発明による交換機は、出力バッファ付きの交換機でなければならない。
【０００９】
本発明の解決策により、入力待ち行列付き交換機の一般的な特徴である実施の簡単さと、出力待ち行列付きの交換機の一般的な特徴である良好なスループット性能と、低いフレームロス率とを、従来より効率的に単一の交換機に結合することができる。
本発明による交換機の内部交換速度は、交換機の大きさに比例せず、好ましくはこの大きさより相当に小さい交換機の容量に比例するために、実施の簡単さを改善することができる。
本発明による交換機は、ノックアウト型構造をベースとするのが好ましい。というのは、この種の構造は、本発明に必要とされる機能を満足するように容易に修正できるからである。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
上述したように、本発明による方法は、固定長さのパケットをＮ個の入力からＮ個の出力へ交換する出力バッファ付きの交換機に使用される。換言すれば、この交換機は、固定長さのパケットを交換するのに適した任意のパケット交換機、例えば、ＡＴＭ交換機でよい。更に、１つのタイムスロットにおいて１つの出力ポートへ同時に送信することのできる最大パケット数として定義された交換容量Ｌは、Ｎより小さく、即ちＬ＜Ｎである。これらの必須条件を満足する広く知られた交換機アーキテクチャーは、ノックアウト型アーキテクチャーである。それ故、本発明は、本発明を適用する例示的交換機構造としてノックアウト型交換機を使用して以下に説明する。
【００１１】
既に知られたように、ノックアウト型交換機の構造は、ノックアウトの原理に基づくもので、即ちＮ個の異なる入力ラインに統計学的に独立してパケットが到着する場合に、任意の大きな寸法（ＮｘＮ）の交換機であっても、所定の同時パケット即ちＬ個のパケット（Ｌ＜＜Ｎ）以上のものが特定の出力ポートに向けられる確率は非常に小さい。
ノックアウト型交換機の基本的構造が図２に示されている。Ｎ個の入力の１つに到着するパケットは、ブロードキャストバスに配置され、そこからＮ個の出力モジュールＯＭｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）各々へ転送される。出力モジュールは、パケットのヘッダを読み取り、その出力に向けられたパケットを受け入れ、そして出力リンクへ直ちに送出できないパケットをバッファし、即ち２つ以上のパケットが同じ出力に対して同時に競合しているときにパケットをバッファする。
【００１２】
出力モジュールＯＭｉのブロック図が図３に示されている。各入力バスは、パケットフィルタＰＦｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）に接続され、即ち各出力モジュールの入力にはＮ個のパケットフィルタがある。各パケットフィルタは、到着するパケットのヘッダを読み取り、パケットがその出力に意図されたものであることをヘッダが指示する場合にそれを集中装置ＣＣへ供給する。従って、ある出力モジュールのパケットフィルタの出力に現われるパケットは、その特定の出力モジュールによりサービスされる交換機出力に属する。
【００１３】
集中装置は、Ｎ個の入力を有するが、出力はＬ個（Ｌ＜Ｎ）だけである。いずれのタイムスロットにおいても、集中装置は、その入力に現われる全てのアクティブなパケットを見出す。Ｌ個又はそれ以下のパケットが見つかった場合には、これらパケットは、最も左の出力が最初に満たされるようにして集中装置の出力に入れられる。一方、Ｌ個より多数のパケットが集中装置に（同じタイムスロットにおいて）同時に到着する場合には、Ｌ個のパケットを除く全てのパケットが失われることになる。Ｌの値を適当に選択することにより、この「内蔵」パケットロス機構から得られるロスの割合を許容レベルに維持することができる。従って、Ｌは、特定の出力ポートに同時に転送することのできる最大パケット数を表わし、即ちＬは、交換機の容量を表わす。
【００１４】
集中装置の出力は、Ｌ個の入力及びＬ個の出力を有するシフタＳＨに接続される。集中装置は最も左の出力を最初に満たすので、パケットが集中装置からＬ個の出力バッファへ直接接続された場合には、最も左のバッファがいっぱいになる傾向となる。シフタの目的は、Ｌ個の出力バッファＯＢｉ（ｉ＝１、２・・Ｌ）ができるだけ均一に充填されるよう確保することである。
出力バッファの出力に接続された出力ラインＯＬｉは、出力バッファから繰り返しパケットをフェッチし、即ちタイムスロット１において、出力ラインはバッファＯＢ１からパケットをフェッチし、タイムスロット２において、バッファＯＢ２からパケットをフェッチし、等々となる。出力ラインが最後の（Ｌ番目の）バッファからパケットをフェッチした後に、次のパケットは、再び第１バッファ（ＯＢ１）からフェッチされる。
【００１５】
ノックアウト型交換機は広く知られているので、これに関心のある者は、その構造及び機能について述べた多数の文献や書籍から詳細な説明を見出すことができる。又、ノックアウト型交換機は、米国特許第４，７６０，５７０号にも開示されている。それ故、ノックアウト型交換機の特徴は、ここでは詳細に説明しない。むしろ、本発明によるノックアウト型アーキテクチャーに導入される変形について以下に説明する。
本発明によれば、ノックアウト型交換機において行なわれるようにパケットをランダムにドロップするのではなく、全フレームが交換機において破棄される。フレームは、出力ポートに同時に向けられるパケットの数が交換機の容量Ｌを越える場合に、交換機が１つ以上のフレームの第１パケットをランダムにドロップし始めるようにして破棄される。交換機は、破棄されたパケットが属するフレームを識別し、そしてこれらフレームから他のパケットを破棄し続ける。この機能は、以下で詳細に述べる。
【００１６】
同じ出力ポートに同時に向けられた到来パケットの数が交換機の容量Ｌを越えたときには、交換機は、幾つかの到来するフレームの第１パケットを破棄（ノックアウト）し始める。あるフレームの第１パケットが破棄（ノックアウト）されると、同じフレームの残りのパケットも、たとえ交換機がそれらパケットを受け入れるに充分なバッファ容量を有するとしても、それらが交換機にアクセスするときに破棄される。しかしながら、同じフレームの第１パケットが交換機の出力ポートによって既に受け入れられている場合には、当該バッファ全体がいっぱいでない限り、パケットは決して破棄されない。
崩壊したフレームのパケットが交換組織に入るのを防止するために、交換機の各入力ポートは、交換機に対して残っているパケットが崩壊したフレームに属するかどうか、即ちパケットが属するフレームの第１パケットが交換組織において早期に破棄されたかどうかをチェックする。それ故、崩壊したフレーム属する交換組織にパケットが入ることはない。
【００１７】
図４は、本発明の基本的な原理を示すフローチャートである。交換機は、崩壊したフレームに属する到来パケットを連続的に破棄する（段階４１及び４２）。出力ポートに同時に向けられるパケットの数Ｋが交換機の容量Ｌを越えたとすれば、交換機は、ランダムに破棄されるべき第１のパケットを選択することによりフレームのある数の第１パケット（即ち（Ｋ−Ｌ）個のパケット）を破棄する（段階４３及び４４）。換言すれば、破棄されるべき（Ｋ−Ｌ）個のフレームがランダムに選択される。以下に述べるように、ＫがＬより大きいときにはポートに対して常に少なくとも（Ｋ−Ｌ）個の第１パケットが競合する。図４において、ドロッププロセスは、２つの連続的な段階に分割される。というのは、これらの段階は、交換機の異なる部分で実行されるからである。
【００１８】
到来するパケットが崩壊したフレームに属するかどうかチェックできるようにするために、交換機の入力ポートは、同じフレームの以前のパケットが交換組織に受け入れられたか破棄されたか知らねばならない。換言すれば、交換組織から入力ポートへ確認を送信しなければならない。
上記の原理は、多数のやり方で実施することができる。以下、ノックアウト型交換機をベースとする２つの好ましい実施形態について詳細に説明する。
図５は、ノックアウト型交換機ＫＳと、該ノックアウト型交換機の各入力バスごとに１つづつあるＮ個の入力モジュールＩＭｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）と、確認分配器ＡＤとを備えた第１の実施形態を示す。この実施形態において、入力モジュールは、図４の段階１を実行し、一方、集中装置は、段階２を実行する。
【００１９】
図５のノックアウト型交換機ＫＳは、集中装置ＰＣｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）がパケットをランダムにドロップするのではなくフレームの第１パケットをドロップすること以外は、一般に知られているノックアウト型スイッチと同様である。これを達成するためには、優先順位決め集中装置として知られているものを使用し、そして到来するパケットをロスの確率に関して２つのクラス即ち優先順位の高いクラス及び優先順位の低いクラスに分割しなければならない。この分割は、各フレームの到来する第１パケットを優先順位の低いパケットとしてマークし、そして残りのパケット（即ちフレームにおいて第１パケットでないパケット）を優先順位の高いパケットとしてマークする（その前に破棄されない場合は）ようにして行なわれる。
【００２０】
優先順位決め集中装置の内部構造は、優先順位の高いパケットが、優先順位の低いパケットに対して常に競争に勝つように、内部の２ｘ２交換要素が機能することを除いて、一般のノックアウト型集中装置と同様である。それ故、優先順位の低いパケットは、２ｘ２交換要素の入力に優先順位の高いパケットが存在しないときだけ次の競争レベルに通される。２ｘ２交換要素の入力に２つの優先順位の高いパケットが存在する場合には、その右の入力におけるパケットが競争に負ける。
図６ａ−６ｄは、パケットが両入力に存在すると仮定して、優先順位決め集中装置ＰＣｉの個々の交換要素ＳＥの状態を示している。
パケットの分類が図７に示されており、Ｋｈは、優先順位の高いパケットの数を示し、そしてＫｌは、単一のタイムスロットにおいて特定の出力に向けられた優先順位の低いパケットの数を示す。優先順位決め集中装置ＰＣｉでは、Ｋ＞Ｌの場合に（Ｋ−Ｌ）個の優先順位の低いパケットがドロップされる。
【００２１】
優先順位の高いパケットは、競合する優先順位の高いパケットの数がＬを越えることがないので、集中装置において決してドロップされないことに注意されたい。このため、崩壊したフレームの他の全てのパケット（優先順位の高いパケットとマークされる）が交換組織に入ることは許されない。又、このため、ＫがＬより大きい場合には、常に、少なくとも（Ｋ−Ｌ）個の第１パケットが出力に対して競合状態となる。これは、次のように示すことができる。
Ｋ＞Ｌの場合には、Ｋｈの値に基づいて２つのことが考えられる。
（１）Ｋｈ＞Ｌと仮定する。これは、以前のタイムスロットにおいて交換組織によって受け入れられたパケットの数が交換機の容量より大きいことを意味する（交換機の１つの出力ポートは、Ｌ個までの同時パケットしか受け入れられないので）。それ故、この仮定は偽である。
（２）Ｋｈ≦Ｌと仮定する。従って、Ｋｌ＝Ｋ−Ｋｈ≧Ｋ−Ｌであり、即ち少なくとも（Ｋ−Ｌ）個の優先順位の低いパケット（第１パケット）が出力に対して競合状態にある。
【００２２】
全ての出力モジュールに共通の確認分配器ＡＤは、ＮｘＬ個の入力及びＮ個の出力を有する。最初のＬ個の入力は、第１出力モジュールの集中装置の出力に接続され、次のＬ個の入力は、第２出力モジュールの集中装置の出力に接続され、等々となる。パケットが集中装置ＰＣｉを通過する場合に、確認が発生されそして分配器を経て正しい入力モジュールに送信される。
確認分配器ＡＤは、例えば、図８に示すように、簡単なクロスバーマトリクスでよい。各タイムスロットにおいてクロスバーマトリクスの各行列に１つの接続しか存在しない。図８は、入力モジュールＩＭ２からのパケットが出力モジュールＯＭ１によって受け入れられる場合に確認がいかに転送されるかを示す。上記出力モジュールの集中装置の出力Ｌからパケットが放出されると仮定する。従って、上記出力において確認メッセージが発生され、このメッセージは、他のデータに加えて、パケットが到着したところの入力ポートのアドレス（即ちソースアドレス）を含む。このソースアドレスに基づいて、そのソースアドレスに対応する交換要素（図８に丸印で示された）は、そのメッセージを正しい入力モジュールに接続する。従って、（入力モジュールにおいて）パケットに添付される自己ルート指定タグは、入力及び出力の両ポートのアドレスを含むことに注意されたい。
【００２３】
各タイムスロットにおいて、各入力モジュールＩＭｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）は、交換機に対して残っているパケットがフレームの第１パケットであるかどうかチェックする。もしそうであれば、入力モジュールは、そのパケットを優先順位の低いパケットとマークし、そしてそれを交換組織へ通す。パケットがフレームの第１パケットでない場合には、入力モジュールは、受け取った確認を使用して、同じ接続に属する以前のパケットが交換機において破棄されたかどうかチェックする。以前のパケットが破棄されていた場合には、入力モジュールは、そのパケットを破棄するが、以前のパケットが受け入れられていた場合には、入力モジュールは、そのパケットを優先順位の高いパケットとマークしそしてそれを交換組織へ通す。
【００２４】
図５に入力モジュールＩＭＮに関連して示されたように、上記の機能は、例えば、個別の制御ユニットＣＵによって実施することができ、この制御ユニットは、確認を受け取り、入力バッファＩＢの先端にあるパケットのヘッダを読み取りそしてそのパケットをマークするか又は破棄する。
図９ａ−９ｄは、本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスの一例を示す。この例において、交換機は４つの入力及び４つの出力を有し、そして交換容量Ｌは２に等しい。優先順位の低いパケットは、斜影で示されており、そしてパケット内の数字は、パケットの行先である出力ポートを示す。
【００２５】
タイムスロット１（図９ａ）において、出力１に向けられた２つのパケットは、Ｌ＝２であるために受け入れられる。タイムスロット２（図９ｂ）において、３つのパケットが出力１に向けられ、従って、それらの１つが破棄されねばならない。この場合に、入力２からのパケットが集中装置において破棄される。というのは、それだけが優先順位の低いパケット（フレームの第１パケット）だからである。他の２つのパケットは、それらがフレームの第１パケットではなく且つ同じフレームの以前のパケットが受け入れられているので、受け入れられる。タイムスロット３（図９ｃ）において、入力２からのパケットは、フレームの以前のパケットがドロップされているので、入力ポート２においてドロップされる。タイムスロット４（図９ｄ）において、入力２からのパケットは、同じ理由で再びドロップされる。しかし、依然、３つのパケットが出力１に向けられている。入力１からのパケットは、優先順位の高いパケットであるために受け入れられるが、出力１に対して競合する２つの第１パケットの一方がランダムにドロップされる。
【００２６】
図５の実施形態では、交換機は、大きな集中型確認分配器を使用している。或いは、ドロップ機構を出力モジュールのみにおいて実施することもできる。この実施形態は、このような交換機の１つの出力モジュールを示した図１０に示されている。交換機の全体的な構造は、図２に示す通りである。図１０に示すように、各出力モジュールは、Ｎ個のパケットフィルタＰＦ’ｉ（ｉ＝１、２・・Ｎ）と、Ｎ個の入力及びＬ個の出力をもつ優先順位決め集中装置ＰＣｉと、シフタと、Ｌ個の出力バッファと、Ｌ個の入力及びＮ個の出力をもつ確認分配器ＡＤｉとを備えている。この場合に、パケットフィルタは、図４の段階１を実行し、そして優先順位決め集中装置は、段階２を実行する。
【００２７】
ノックアウト型交換機の場合と同様に、パケットフィルタＰＦ’ｉは、その出力に向けられたパケットを受け入れそして残りは無視する。しかし、ノックアウト型交換機の既知のパケットフィルタに比較して、各パケットフィルタＰＦ’ｉは、幾つかの付加的な特徴を有する。第１に、パケットフィルタは、崩壊したフレームからのパケットが集中装置に入るのを防止する。第２に、パケットフィルタは、フレームの第１パケットを優先順位の低いパケットとマークし、そして他のパケットを優先順位の高いパケットとマークする。図１１は、個々のパケットフィルタＰＦ’ｉのブロック図であり、そして図１２は、個々のパケットフィルタの機能を示すフローチャートである。アドレスフィルタ１０１は、到来するパケットの行先アドレスを読み取り、そしてパケットが当該出力に向けられたものであるかどうかチェックする（段階１１０）。もしそうであれば、パケットは識別ユニット１０２へ転送され、該ユニットは、到来パケットのヘッダを読み取ることによりフレームの第１パケットであるパケットを識別する（段階１１１）。例えば、パケットがＡＴＭセルである場合には、セルヘッダのＰＴＩフィールドの第３ビットは、そのセルが、大きなデータ単位からセグメント化された最後のセルであるかどうか指示する。
【００２８】
第１パケットでないパケットは、更なるチェックのために、マーキングユニット１０３へ転送される（段階１１２）。この更なるチェックにおいて、同じ接続の以前のパケットに関する確認情報がチェックされる。以前のパケットが受け入れられた場合には、そのパケットが高優先順位スタンプでマークされ（段階１１４）そしてパケットフィルタの出力へ供給される。さもなくば、フィルタの出力はイネーブルされず、即ちパケットは、集中装置に入ることが防止される（パケットは破棄される）。第１パケットとして識別されたパケットは、確認チェックをバイパスし、そして低優先順位スタンプで直接マークされた後に、パケットフィルタの出力へ供給される。
【００２９】
以下のテーブルは、種々の状態におけるパケットフィルタの動作を示す。
交換機の第２の実施形態（図１０）においては、優先順位決め集中装置は、第１の実施形態（図５）と同様に動作し、即ち図４の段階２を実行する。
第２の実施形態においては、確認分配器が各出力モジュールに分散される。各分配器ＡＤｉは、簡単なＬｘＮクロスバーネットワークであり、その入力は集中装置の出力に接続されそしてその出力はパケットフィルタに接続される。パケットが集中装置ＰＣｉを通過する場合に、確認が発生され、そして分配器を経て、パケットが到来したパケットフィルタに返送される。図１３は、確認フィードバック経路の一例を示す。パケットのルートは、太い破線で示され、そして確認のルートは、細い破線で示されている。
【００３１】
添付図面の例を参照して本発明を以上に説明したが、本発明は、これらの例に限定されるものではなく、請求に範囲に記載した本発明の範囲内で多数の変更がなされ得ることが明らかである。例えば、上記の原理は、多段交換組織の個々の交換要素に適用することもできる。本発明を適用する交換機の基本的構造に基づき、交換機は、スレッシュホールドを越えたときにドロップ機構をアクチベートできるように、同時に競合するパケットの数、即ち負荷レベルをカウントするための個別の手段を必要とする。しかしながら、ノックアウト型交換機をベースとする交換機構造は、負荷レベルを測定する個別の手段が必要とされないという点で好ましい。又、交換機は、出力バッファの充満率を監視してそれらバッファからパケットをドロップする付加的なドロップ機構をもつこともでき、即ち交換機は、２つの重畳したドロップ機構をもつことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ここに使用されるパケットとフレームとの間の関係を示す図である。
【図２】ノックアウト型交換機の一般的な構造を示す図である。
【図３】ノックアウト型交換機の単一出力モジュールを示すブロック図である。
【図４】本発明による方法の段階を示すフローチャートである。
【図５】本発明による交換機の好ましい実施形態を示す図である。
【図６ａ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図６ｂ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図６ｃ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図６ｄ】優先順位決めされたノックアウト集中装置の個々の交換要素の状態を示す図である。
【図７】図５の交換機におけるパケットの分類を示す図である。
【図８】図５の確認分配器の考えられる１つの実施を示す図である。
【図９ａ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図９ｂ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図９ｃ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図９ｄ】本発明の交換機におけるフレームドロッププロセスを示す図である。
【図１０】本発明による交換機の第２の実施形態を示す図である。
【図１１】図１０の個々のパケットフィルタを示すブロック図である。
【図１２】図１０の個々のパケットフィルタの機能を示すフローチャートである。
【図１３】図１０の出力モジュールにおける確認のルートを示す図である。
Claims (11)
- 少なくとも１つの送信接続に属するパケットを受け取り、個々の送信接続の連続するパケットがフレームを形成し、交換機のＮ個の入力ポートから少なくとも１つの中間ポートを経て交換機のＮ個の出力ポートへパケットを交換し、そして交換機の負荷レベルが所定のスレッシュホールドを越える場合に完全なフレームを破棄するフレーム破棄機構を使用するという段階を含むパケット交換のためのフレーム破棄方法において、
１つのポートへ同時に送信することのできるパケットの最大数がＮより小さい出力バッファ付きの交換機に上記フレーム破棄機構を使用して、
個々のポートに対して同時に競合するパケットの数が上記最大数を越えるときには、フレームの少なくとも１つの第１パケットを上記パケットの中から破棄すべきものとして選択し、そして
フレームの第１パケットが破棄されると、交換機の現在バッファ容量に関わりなく、同じフレームの残りのパケットも破棄する、
という段階を含むことを特徴とする方法。 - フレームの少なくとも１つの第１パケットは、フレームの第１パケットであるパケットの中からランダムに選択される請求項１に記載の方法。
- 第１パケットが交換機を経て交換されたフレームに属する他のパケットは、交換機がそのパケットに対してバッファ容量を有していない場合だけ破棄される請求項１に記載の方法。
- 受け取られたパケットは、優先順位の高いパケット及び低いパケットとして分類され、そしてノックアウト集中装置を含むノックアウト交換機へ供給され、そこで、パケットは対にされて競合し、優先順位の高いパケットと低いパケットが互いに競合するときには優先順位の高いパケットが優先順位の低いパケットに勝つようにする請求項１に記載の方法。
- 上記残りのパケットは、交換機に入るのを防止するために交換機の入力端で破棄される請求項１に記載の方法。
- パケットを交換するための出力バッファ付きのパケット交換機であって、Ｎ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートと、これらの入力ポートと出力ポートとの間にある少なくとも１つの中間ポートとを備え、交換機の１つのポートへ同時に送信することのできるパケットの最大数がＮより小さいパケット交換機において、
個々のポートに同時に向けられるパケットの数が上記最大数を越えたときにフレームの少なくとも１つの第１パケットを破棄するための第１手段(IMi,PC1・・PCN;PF'1・・PF'N,PCi)と、
同じフレームの第１パケットが破棄された場合にそのフレームの残りのパケットを破棄するための第２手段(AD,IMi;ADi,PF'1・・PF'N)と、
を更に備え、
上記第１手段は、
受け取ったパケットを優先順位の高いパケット及び低いパケットに分割するための分類手段と、
パケットが対にされて競合し、優先順位の高いパケットと低いパケットが互いに競合するときに優先順位の高いパケットが優先順位の低いパケットに勝つようにする要素(SE)を含むノックアウト集中装置(PC1・・PCN;PCi)と、
を含むことを特徴とするパケット交換機。 - Ｎ個のパラレルバスと、Ｎ個の出力モジュールとを備え、各出力モジュールは、各バスに接続され、そしてノックアウト集中装置を含み、
更に、Ｎ個の入力モジュールを備え、その各々は、入力バスの１つに接続され、そして上記分類手段を含む請求項６に記載のパケット交換機。 - 上記第２手段は、各集中装置から入力モジュールへ確認をルート指定するために各出力モジュールのノックアウト集中装置の出力に接続された集中型分配器を含み、上記確認は、集中装置を通過したパケットに関する情報を含む請求項７に記載のパケット交換機。
- 上記集中型分配器は、クロスバーマトリクスである請求項８に記載のパケット交換機。
- 上記交換機は、ノックアウト型交換機で、Ｎ個のパラレルバス及びＮ個の出力モジュールを備え、各出力モジュールは、
入力及び出力を各々有するＮ個のパケットフィルタを含み、各フィルタの入力は１つのバスに接続され、そして各フィルタは上記分類手段(103)を含み、
更に、Ｎ個の入力及びＬ個の出力を有する１つのノックアウト集中装置を含み、各入力は、１つのパケットフィルタの出力に接続され、そして
更に、集中装置からパケットフィルタへ確認をルート指定するために集中装置の出力に接続された分配器(ADi)を含み、上記確認は、集中装置を通過したパケットに関する情報を含む請求項６に記載のパケット交換機。 - 上記分配器は、クロスバーマトリクスである請求項１０に記載のパケット交換機。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI974216 | 1997-11-12 | ||
| FI974216A FI974216A (fi) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | Kehysten hylkäysmekanismi pakettikytkimiä varten |
| PCT/FI1998/000872 WO1999025147A2 (en) | 1997-11-12 | 1998-11-10 | A frame discard mechanism for packet switches |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001523078A JP2001523078A (ja) | 2001-11-20 |
| JP3570991B2 true JP3570991B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=8549927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000520613A Expired - Fee Related JP3570991B2 (ja) | 1997-11-12 | 1998-11-10 | パケット交換のためのフレーム破棄機構 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1038414B1 (ja) |
| JP (1) | JP3570991B2 (ja) |
| CN (1) | CN1171497C (ja) |
| AU (2) | AU1036299A (ja) |
| ES (1) | ES2262247T3 (ja) |
| FI (1) | FI974216A (ja) |
| WO (1) | WO1999025147A2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6404772B1 (en) | 2000-07-27 | 2002-06-11 | Symbol Technologies, Inc. | Voice and data wireless communications network and method |
| CN100466506C (zh) * | 2006-02-17 | 2009-03-04 | 华为技术有限公司 | 一种数据传输的方法 |
| CN101056273B (zh) * | 2007-06-13 | 2010-06-09 | 中兴通讯股份有限公司 | 基于会话的网络限速方法及装置 |
| WO2010025509A1 (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-11 | Zigmantas Leonas Budrikis | Method of and apparatus for statistical packet multiplexing |
| CN107222427A (zh) * | 2016-03-22 | 2017-09-29 | 华为技术有限公司 | 一种报文处理的方法及相关设备 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4754451A (en) * | 1986-08-06 | 1988-06-28 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | N-by-N "knockout" switch for a high-performance packet switching system with variable length packets |
| US4760570A (en) * | 1986-08-06 | 1988-07-26 | American Telephone & Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | N-by-N "knockout" switch for a high-performance packet switching system |
| JPH01177239A (ja) * | 1988-01-06 | 1989-07-13 | Nec Corp | パケット集線装置及びパケット交換機 |
| WO1994023517A1 (en) * | 1993-03-26 | 1994-10-13 | Curtin University Of Technology | Method and apparatus for managing the statistical multiplexing of data in digital communication networks |
| US5764641A (en) * | 1995-09-08 | 1998-06-09 | Cisco Systems, Inc. | Early and integrated tail packet discard system |
-
1997
- 1997-11-12 FI FI974216A patent/FI974216A/fi unknown
-
1998
- 1998-11-10 ES ES98952787T patent/ES2262247T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1998-11-10 JP JP2000520613A patent/JP3570991B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-11-10 CN CNB988121107A patent/CN1171497C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1998-11-10 EP EP98952787A patent/EP1038414B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-11-10 WO PCT/FI1998/000872 patent/WO1999025147A2/en active IP Right Grant
- 1998-11-10 AU AU10362/99A patent/AU1036299A/en not_active Abandoned
- 1998-11-11 AU AU92333/98A patent/AU755423B2/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1038414A2 (en) | 2000-09-27 |
| AU9233398A (en) | 1999-06-03 |
| JP2001523078A (ja) | 2001-11-20 |
| CN1281627A (zh) | 2001-01-24 |
| EP1038414B1 (en) | 2006-05-03 |
| WO1999025147A2 (en) | 1999-05-20 |
| FI974216A0 (fi) | 1997-11-12 |
| WO1999025147A3 (en) | 1999-08-05 |
| ES2262247T3 (es) | 2006-11-16 |
| CN1171497C (zh) | 2004-10-13 |
| AU1036299A (en) | 1999-05-31 |
| AU755423B2 (en) | 2002-12-12 |
| FI974216A (fi) | 1999-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6999415B2 (en) | Switching device and method for controlling the routing of data packets | |
| US6850490B1 (en) | Hierarchical output-queued packet-buffering system and method | |
| US8023521B2 (en) | Methods and apparatus for differentiated services over a packet-based network | |
| US7151744B2 (en) | Multi-service queuing method and apparatus that provides exhaustive arbitration, load balancing, and support for rapid port failover | |
| KR100823785B1 (ko) | 시스템 패브릭에서의 개방 루프 정체 제어를 위한 방법,장치, 제품 및 시스템 | |
| EP0275679B1 (en) | Packet switching system arranged for congestion control | |
| US6041038A (en) | Packet switching device and cell transfer control method | |
| US7535928B2 (en) | Segmentation and reassembly of data frames | |
| US20050147032A1 (en) | Apportionment of traffic management functions between devices in packet-based communication networks | |
| US20030081624A1 (en) | Methods and apparatus for packet routing with improved traffic management and scheduling | |
| US6604147B1 (en) | Scalable IP edge router | |
| US20030063562A1 (en) | Programmable multi-service queue scheduler | |
| US6636510B1 (en) | Multicast methodology and apparatus for backpressure-based switching fabric | |
| JP2002533994A (ja) | データ交換方法およびその装置 | |
| US7016365B1 (en) | Switching fabric including a plurality of crossbar sections | |
| EP0977404A2 (en) | Scalable scheduled cell switch and method for switching | |
| EP1133110B1 (en) | Switching device and method | |
| US7254112B2 (en) | System and method for reassembling packets in a network element | |
| JP3570991B2 (ja) | パケット交換のためのフレーム破棄機構 | |
| EP1111851B1 (en) | A scheduler system for scheduling the distribution of ATM cells | |
| US7079539B2 (en) | Method and apparatus for classification of packet data prior to storage in processor buffer memory | |
| US7218608B1 (en) | Random early detection algorithm using an indicator bit to detect congestion in a computer network | |
| US20040042397A1 (en) | Method for active queue management with asymmetric congestion control | |
| JP2760343B2 (ja) | Ａｔｍセル化回路 | |
| JP2682434B2 (ja) | 出力バッファ型ａｔｍスイッチ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20031125 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20040225 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20040309 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040325 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040531 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040622 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080702 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090702 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |