JP3788287B2

JP3788287B2 - ルータ装置

Info

Publication number: JP3788287B2
Application number: JP2001227617A
Authority: JP
Inventors: 篤史高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003046551A

Description

【０００１】
【発明の実施の形態】
本発明は、ルータ（Router）装置に関し、特に、回線部の増設に伴う経路情報の増加に対し、経路制御の処理分散及び拡張性の向上を可能にし、回線部の増設に対応できると共に処理能力の向上を可能にするルータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ルータ装置においては、回線部の転送（フォワーディング）処理に対して、ハードウェア化等により高速処理が図られてきた。しかし、近年のインターネット利用者の増大に伴い、通信事業者等が整備するＩＰ（Internet Protocol ）インフラも必然的に増加してきた。また、同時に、従来の専用線に置きかわるものとして、ＩＰネットワーク網を利用した仮想私設ネットワーク網（ＶＰＮ：Virtual Private Network ）が登場し、それに伴い、ルータ装置内での経路情報の保持量が飛躍的に増加してきている。
【０００３】
図６は、従来のルータ装置の構成を示す。
演算部１０１は、パケットの経路演算（ルーティング演算）を行うものであり、この演算部１０１には、回線交換部１０２が接続され、この回線交換部１０２には回線部１０３ａ〜１０３ｄが接続され、これらにはイーサネット(登録商標）（Ethernet(登録商標））、ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode：非同期転送モード）、ＰＯＳ（PPP Over SDH/SONET）等の物理回線インターフェース１０４ａ〜１０４ｄが接続されている。回線交換部１０２は、回線部１０３ａ〜１０３ｄに流入するパケットをスイッチングするために用いられる。
【０００４】
図７において、例えば、回線部１０３ａにおいて受信されたパケットがＶＰＮの対象である場合、演算部１０１は転送先を特定し、回線交換部１０２を介して、例えば、回線部１０３ｄへ転送されることにより、ＶＰＮの対象パケットとして処理される。
【０００５】
従来、高速のルータ装置では、回線部における転送処理をハードウェアにより行っている。したがって、通常のパケット転送についての高速化は、ルーテイングが解決しているパケットに対しては、回線部１０３ａ〜１０３ｄのそれぞれがハードウェアにより宛先解決を実行できるため、回線速度と同等の速度での転送が可能になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のルータ装置によると、近年、増加してきているＶＰＮ（Virtual Private Network ：仮想私設網）等を考慮したハードウェアの実装はなされていなかった。また、ＶＰＮのサービスを提供する側も、最初からコストのかかるハードウェアを実装していては、投資に見合った回収が見込める前に経済的な負担を強いられるため、ＶＰＮに適合したハードウェアを初期段階から実装することはなかった。つまり、図７の構成の場合、回線部１０３ａ〜１０３ｄから見て演算部１０１が固定されているため、ＶＰＮサービスの処理性能を要求に応じて拡張していくという方法は実現困難であった。
【０００７】
また、ＩＰネットワーク網を構成し、端点で多数の加入者を収容するルータ装置では、ネットワーク内の経路を決定する方法として、集中・固定的管理を行うのが一般的である。しかし、ルーティング演算等によるリソースの負荷増大にもかかわらず、集中・固定的管理を行っているため、その他の余っている資源を活用することができず、仮想ルータの目的でなる単位コスト当たりのルーティング管理量が期待値に届かない現象が多々発生していた。
【０００８】
以上のように、従来のルータ装置では、ルータの主たる機能である経路情報の演算処理を一個所で一元的に管理しているため、回線部の増設による経路情報増加に対して効果的に対応することは困難であった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、回線部の増設に伴う経路情報の増加に対し、回線部の増設に対応できると共に経路制御の処理の分散を可能にし、拡張性及び処理能力の向上を可能にしたルータ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、複数の回線毎に設けられた複数の回線部と、前記複数の回線部に接続された回線交換部とからなるルータ装置であって、前記複数の回線部は、それぞれ、自己の回線部内の経路演算処理およびリソース管理を行う演算部と、ルータ装置全体の演算部の数及び処理負荷の状況を管理及び監視し、パケット流入時に利用できる適切な演算部を決定するプロセスリソース監視部と、前記回線から入力されたパケットが前記回線交換部によりスイッチングする対象か前記演算部で処理する対象かを識別するパケット識別部とを備え、前記回線交換部は、前記複数の回線部のそれぞれの前記演算部のプロセス使用状況を監視し、前記パケット識別部により経路演算の必要があると識別されたパケットを前記ルータ装置全体の演算部の内の適切な演算部へ送付すると共に、経路演算を要しないと識別されたパケットに対してはスイッチング処理を行うことを特徴とするルータ装置ルータ装置を提供する。
【００１１】
この構成によれば、回線部の何れかに入力されたパケットは、その回線部において経路演算の必要性の有無が識別され、経路演算の必要が無いときには回線交換部により所定の回線にスイッチングされる。一方、回線交換部は複数の演算部のプロセス使用状況を監視して使用状況の低い演算部を見つけ出し、その演算部に経路演算の必要のあるパケットを回送し、経路演算を行わせる。このような構成により、演算状況をダイナミックに把握しながら、適切な演算部に経路演算処理を行わせることができ、従来の集中的及び固定的な動作・管理形態に対して、利用可能なハードウェア資源の有効利用が可能になるため、回線部が増設されても、処理能力を低下させることはなくなる。
【００１２】
したがって、例えば、通信事業者は、多数の加入者をネットワーク網（特に、ＩＰネットワーク）における端点で収容するようなルータ装置を用いてＩＰネットワークを構築した場合、装置内に搭載されているハードウェア資源を効率的に使用して最大限に活かしながら効率的にエンドユーザに対してサービスを提供できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を基に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明のルータ装置の第１の実施の形態を示す。
本発明のルータ装置は、共通情報格納部１０、この共通情報格納部１０に接続された回線交換部１１、この回線交換部１１に接続された回線部２０-1〜２０-n、この回線部２０-1〜２０-nに接続された回線２４-1〜２４-nを備えて構成されている。図７に示した様に、回線部２０-1〜２０-nのそれぞれには、イーサネット(登録商標）、ＡＴＭ、ＰＯＳ等の物理回線インターフェース（図示せず）が接続されている。
【００１４】
共通情報格納部１０は、各演算部２２が所有する共通的な経路演算情報を格納したテーブルを備えている。回線交換部１１は、ルータ装置の回線部２０-1〜２０-nに流入するパケットをスイッチングするものであり、共通情報格納制御部１２、プロセスリソース共通監視部１３、およびスイッチング部１４を備えて構成されている。共通情報格納制御部１２は、ルータ装置が保持するグローバルアドレス、ローカルアドレスを含む経路情報テーブル等の共通情報へのアクセスを制御する。プロセスリソース共通監視部１３は、回線部２０-1〜２０-nのそれぞれに搭載される演算部２２のプロセス使用状況を装置内で共通的に監視する。スイッチング部１４は、パケット識別部２３により転送が識別されたパケットを指定の出力系へスイッチングする。
【００１５】
回線部２０-1〜２０-nのそれぞれは、プロセスリソース監視部２１、演算部２２、およびパケット識別部２３を備えて構成されている。プロセスリソース監視部２１はプロセスリソース共通監視部１３に接続され、演算部２２は回線交換部１１およびプロセスリソース監視部２１に接続され、パケット識別部２３はスイッチング部１４およびプロセスリソース監視部２１に接続されている。
【００１６】
回線交換部１１のプロセスリソース共通監視部１３は、回線部２０-1〜２０-nの各演算部２２の使用状況を監視する。回線部（２０-1〜２０-n）の演算部２２は、当該回線部内の演算処理、およびリソース管理（ハードウェア情報、転送テーブル情報等を含む）を行う。パケット識別部２３は、実際に回線から回線部２０に対して流入されるパケットに対し、回線交換部１１によってスイッチングをする必要があるパケットであるか、演算部２２によって処理される必要のあるパケットであるかを識別し、適切なブロックへ転送する。
【００１７】
回線部２０-1〜２０-nの１つ（回線部２０-1）について説明すると、回線部２０-1には加入者等のパケット（packet）が流入し、このパケットは、パケット識別部２３に取り込まれる。パケット識別部２３は、流入してきたパケットがスイッチング転送すべきパケットであるか、経路演算をすべきパケットであるかを識別する。
【００１８】
回線部２０-1〜２０-nは、経路演算を必要とするパケットが入力される部分であり、当該回線部とプロセスリソース共通監視部１３をインターフェースする。回線部２０-1〜２０-nより入力されたパケットは、実際に演算されるべき演算部２２を識別するためにプロセスリソース監視部２１を経由して実際に処理される演算部２２へ送られる。プロセスリソース監視部２１は、ルータ装置に存在する演算部２２の数量、演算部２２の処理負荷の状況を自律分散的に管理及び監視を行っており、パケット流入時に利用できる適切な演算部２２を決定する。
【００１９】
回線交換部１１の共通情報格納制御部１２は、回線部２０-1〜２０-nの各演算部２２が使用する共通的な情報へのアクセス制御を実行し、演算部２２のそれぞれへ情報を分配する機能を担っている。アクセス方法の指定により、演算部２２のそれぞれの固有の情報へのアクセス、各演算部２２における共通的情報へのアクセスが可能である。固有情報は各仮想ルータの保持する情報であり、また、共通的情報が対外的なルータとして保持する情報である。
【００２０】
〔実施例〕
図２は、本発明のルータ装置の実施例を示す。
３０-1〜３０-nは、回線部に入出力される実際の回線である。回線３０-1〜３０-nとして、ＰＯＳ、ＡＴＭ、イーサネット(登録商標）等を用いることができる。３１-1〜３１-n（回線部１〜回線部ｎ）は入力回線を終端する回線部であり、パケット識別部（ＰＫＴＩＤ）３２、演算部（ＲＰ）３３、およびプロセスリソース監視部（ＰＣＲＭ）３４を備えている。
【００２１】
パケット識別部（ＰＫＴＩＤ）３２は、パケットスイッチングを行うスイッチング部（ＸＢＳＷ）３８に接続される。演算部（ＲＰ）３３は、ＰＫＴＩＤ３２、および回線交換部の共通情報格納制御部（ＣＩＣＴＬ）３７に接続される。演算部（ＲＰ）３３がパケット識別部（ＰＫＴＩＤ）３２に接続されているのは、出力路決定のためであり、演算部（ＲＰ）３３が共通情報格納部（ＣＩＳＴＲ）３９に接続されているのはルータ装置内で共通情報を共有するためである。プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＭ）３６は、各回線部のプロセスリソース監視部（ＰＣＲＭ）３４に接続され、各回線部のプロセスリソース監視部３４からの実際のリソース使用状況、ルータ装置内の回線部３１の台数等の情報をインターフェースする。
【００２２】
共通情報格納制御部３７は、共通情報格納部（ＣＩＳＴＲ）３９および各回線部の演算部（ＲＰ）３３に接続され、演算部（ＲＰ）３３は共通情報格納制御部（ＣＩＣＴＬ）３７から経路情報等の情報を取得し、共通情報格納制御部（ＣＩＣＴＬ）３７によって複数の演算部（ＲＰ）３３を制御する。
【００２３】
図３は、図２の実施例の動作を示す。図中、“Ｓ”はステップを表している。このフローチャートを参照して、図２の実施例の動作について説明する。
図２において、回線３０-1〜３０-nの何れかからパケットが入力されると（Ｓ２０１）、パケット識別部（ＰＫＴＩＤ）３２によって出力路へ転送するパケットか、経路演算の対象になるパケットかの識別が行われる（Ｓ２０２）。パケット識別部（ＰＫＴＩＤ）３２が経路演算の対象になるパケットだと判定した場合、プロセスリソース監視部（ＰＣＲＭ）３４が起動し（Ｓ２０３）、回線部３１-1〜３１-nの内の適切な演算部（ＲＰ）３３への転送の準備を開始する。
【００２４】
プロセスリソース監視部（ＰＣＲＭ）３４は、回線交換部３８内のプロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＭ）３６と連動して動作する（Ｓ２０４）。プロセスリソース共通監視部３６は、ルータ装置内の演算部３３に搭載されている回線部３１-1〜３１-nの負荷状況（処理状況）を把握しており、負荷状況をクラシファイして管理する。回線部３１-1〜３１-nの何れかのプロセスリソース監視部３４から要求があると、プロセスリソース共通監視部３６は内部で管理している回線部３１-1〜３１-nの負荷オーダーリストと比較し、要求のあった回線部より負荷の低い回線の演算部（ＲＰ）３３へパケットを転送し（Ｓ２０５）、この演算部（ＲＰ）３３で経路演算処理を行う（Ｓ２０６）。この経路演算により求まった経路に向けて、回線交換部３５は当該パケットのスイッチングを行う（Ｓ２０７）。なお、Ｓ２０２で経路演算の対象外と識別されたパケットに対しては、回線交換部３５により直ちにスイッチングが行われる（Ｓ２０８）。
【００２５】
図４は、プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）３６の詳細を示す。
プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）３６は、テーブル４０-1〜４０-n、オーダーリスト４１、使用状況オーダー検出部４２、および比較・転送部４３を備えて構成されている。さらに、プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）３６は、回線部３１-1〜３１-n側のプロセスリソース監視部（ＰＣＲＭ）３４-1〜３４-nを監視している。
【００２６】
テーブル４０−１〜４０−ｎは、回線部３１-1〜３１-nの演算部３３の実装の有無、演算部３３のリソース状況等を表している。オーダーリスト４１は、動的な負荷の状況を順序毎に表している。使用状況オーダー検出部４２は、リソースの使用状況をオーダーリスト４１を使用して検出する。比較・転送部４３は、オーダーリスト４１による検出結果に基づいて、その負荷状況の大小を比較し、適切な回線部３１-1〜３１-nの中の適切なものを選択し、その回線部へ転送する。転送された回線部の演算部３３では、自分宛てに戻転送されたものと判断し、経路演算処理を実行する。
【００２７】
経路演算処理を任された演算部３３では、その処理分を自らの負荷状況としてステータスを表し、プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）３６へ報告を行う。つまり、回線部３１-1〜３１-n側から回線交換部３５側へプロセスリソース使用状況がフィードバックされ、プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）３６によりオーダーリスト４１が作成されることにより、負荷状況の判別が行われる。
【００２８】
図５は、共通情報格納部３９の詳細と回線部３１-1〜３１-nのテーブルを示す。共通情報格納部３９は共通情報格納部アドレス切替え部５０を備え、回線部３１-1〜３１-nのそれぞれは、経路情報テーブル５１-1〜５１-nを備えている。
【００２９】
共通情報格納部アドレス切替え部５０は、経路演算対象のパケットが受信されたとき、対象となる経路情報を含む経路情報テーブル５１-1〜５１-nのいずれかへのアドレス範囲を制御する。共通情報格納部アドレス切替え部５０は、プロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）３６と連携し、共通情報格納部３９に対するアクセス範囲の拡大・縮小などの変更をフレキシブルに行うことにより、複数の演算部３３からのアクセスに対して透過性を提供できるようになる。
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、多数の加入者をネットワーク網（特に、ＩＰネットワーク）における端点で収容するようなルータ装置において、装置内に搭載されているハードウェア資源を効率的に使用して最大限に活かしながら、ＩＰネットワークを構築する通信事業者が効率的にエンドユーザに対してサービスを提供することが可能になり、スケーラビリティを有したサービスを提供することができる。
【００３１】
〔第２の実施の形態〕
上記実施の形態においては、通常の経路情報演算について処理性能を向上させる構成について説明したが、本発明は仮想私設ネットワーク網（ＶＰＮ）等の多数の仮想ルータを取り扱う形態に使用することができる。この場合、ルータ装置内で局所的( ローカル) な経路情報を取り扱うため、一般（グローバル) 経路情報とは異なるエントリーが必要となり、そのエントリーはグローバルとローカルでリンク関係にある必要がある。その場合、共通情報格納部アドレス切替え部５０にグローバルとローカルのリンク関係を反映したアドレスの見せ方をすることができ、増大する経路演算処理が必要となる運用での利用が可能となる。以下に、図を示して説明する。
【００３２】
図６は、第２の実施の形態の主要部の構成を示す。ここでは、図２の構成に適用した場合について説明する。
共通情報格納部３９には、装置内エントリー集約部６０とフィルタ部６１を含む集約・選別部３９ａと、グローバルルーティングエントリー６２、およびローカルルーティングエントリー６４を含むエントリー部３９ｂが設けられている。グローバルルーティングエントリー６２はグローバルエントリー（Ｇエントリー）６３を格納し、ローカルルーティングエントリー６４はローカルエントリー（Ｌエントリー）６５を格納している。
【００３３】
装置内エントリー集約部６０は、ルータ装置内のエントリーを集約する。フィルタ部６１は、装置内エントリー集約部６０からの経路情報がグローバルエントリーかローカルエントリーかを選別する。経路情報がリンク関係をもつグローバルエントリー６３へのアクセスであれば、ローカルエントリー６５にマップされた情報への直接アクセスを可能とする。また、ローカルエントリー６５への直接アクセスの場合、逆にマップされたグローバルエントリー６３があるときには、マップ情報も提供される。
【００３４】
グローバルルーティングエントリー６２は、共通情報格納部３９の内容を表すエントリーである。グローバルエントリー６３は、一元的に管理される経路情報としてのエントリーであり、回線部３１-1〜３１-nからアクセス制御が可能である。また、ローカルエントリー６５は、ＶＰＮを構築する仮想ルータとして動作するためのローカルアドレスが存在するエントリーである。
【００３５】
以上説明したように、回線交換部３８に共通情報格納部３９、プロセスリソース共通監視部３６を配設し、回線部２０-1〜２０-nのプロセスリソース監視部３４との間で相互にランタイムに通信を行うことにより、演算状況をダイナミックに把握しながら、処理を適切な演算部３３にディスパッチすることが可能になる。また、ルータ装置の回線数を増設する毎に経路演算する対象や管理対象が増加した場合でも、回線部回線部３１-1〜３１-nに搭載された演算部３３の複数を利用することにより、回線交換部３８に実際の演算を行う演算部３３を容易に拡張できるようにしたため、演算部３３の処理性能にスケーラビリティを持たせることが可能になる。
【００３６】
また、ルータ装置の設置時点で冗長的な管理パッケージを搭載する必要がなく実、さらに、ルータ装置の回線数を増設する毎に経路演算する対象や管理対象が増加した場合でも、複数の回線部の複数の演算部を利用することにより、ルータ装置内の処理性能を容易に拡張することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のルータ装置によれば、それぞれが演算手段及び回線から入力されたパケットの経路演算の要否を識別する識別手段を備えた複数の回線部と、各演算部のプロセス使用状況を監視し、適切な演算部を見いだして該演算部に経路演算要のパケットを送付して経路演算を行わせると共に、経路演算を要しないパケットに対してはスイッチング処理を行う回線交換部を備える構成にしたので、回線部において経路演算が必要なパケットを選別でき、また、回線部および回線交換部においてプロセス使用状況の監視結果から利用できる演算部を見い出し、この演算部に経路演算が必要なパケットを回送して処理させることができるため、従来の集中的及び固定的な動作・管理形態とは異なり、利用可能なハードウェア資源の有効利用が可能になるため、回線部が増設されても、処理能力を低下させることはなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のルータ装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明のルータ装置の実施例を示すブロック図である。
【図３】図２の構成のルータ装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図２のプロセスリソース共通監視部（ＰＣＲＯＭ）の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】図２の共通情報格納部の詳細と回線部のテーブル構成を示すブロック図である。
【図６】本発明のルータ装置の第２の実施の形態の主要部の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のルータ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０，３９共通情報格納部
１１，３５回線交換部
１２，３７共通情報格納制御部
１３，３６プロセスリソース共通監視部
１４，３８スイッチング部
２０-1〜２０-n，３１-1〜３１-n 回線部
２１，３４，３４-1〜３４-n プロセスリソース監視部
２２，３３演算部
２３，３２パケット識別部
４０-1〜４０-n テーブル
４１オーダーリスト
４２使用状況オーダー検出部
４３比較・転送部
５０共通情報格納部アドレス切替え部
５１-1〜５１-n 経路情報テーブル
６０装置内エントリー集約部
６１フィルタ部
６２グローバルルーティングエントリー
６３グローバルエントリー（Ｇエントリー）
６４ローカルルーティングエントリー
６５ローカルエントリー（Ｌエントリー）

Claims

複数の回線毎に設けられた複数の回線部と、
前記複数の回線部に接続された回線交換部とからなるルータ装置であって、
前記複数の回線部は、それぞれ、自己の回線部内の経路演算処理およびリソース管理を行う演算部と、ルータ装置全体の演算部の数及び処理負荷の状況を管理及び監視し、パケット流入時に利用できる適切な演算部を決定するプロセスリソース監視部と、前記回線から入力されたパケットが前記回線交換部によりスイッチングする対象か前記演算部で処理する対象かを識別するパケット識別部とを備え、
前記回線交換部は、前記複数の回線部のそれぞれの前記演算部のプロセス使用状況を監視し、前記パケット識別部により経路演算の必要があると識別されたパケットを前記ルータ装置全体の演算部の内の適切な演算部へ送付すると共に、経路演算を要しないと識別されたパケットに対してはスイッチング処理を行うことを特徴とするルータ装置。
前記回線交換部は、前記演算部のそれぞれが所有する共通的な経路演算情報を格納したテーブルを備える共通情報格納部と、前記共通情報格納部へのアクセスを制御する共通情報格納制御部と、前記複数の回線部のそれぞれに搭載される前記演算部のプロセス使用状況を監視するプロセスリソース共通監視部と、前記回線部側から転送されたパケットをスイッチングするスイッチング部とを備えることを特徴とする請求項１記載のルータ装置。
前記共通情報格納部は、前記複数の回線部のそれぞれにおける経路情報を持つ複数の経路情報テーブルと、経路演算対象のパケットが受信されたとき、対象となる経路情報を含む前記経路情報テーブルのいずれかへのアドレス範囲の変更をフレキシブルに実行する共通情報格納部アドレス切替え部を備えることを特徴とする請求項２記載のルータ装置。
前記プロセスリソース共通監視部は、前記回線部のそれぞれの前記演算部の実装の有無、前記演算部のリソース状況等を表す前記回線部ごとのテーブルと、動的な負荷の状況を順序毎に表すオーダーリストと、リソースの使用状況を前記オーダーリストを用いて検出する使用状況オーダー検出部と、前記オーダーリストによる検出結果に基づいて、前記各演算部の負荷状況の大小を比較して前記複数の回線部の内の適切な演算部を選択し、その演算部へ処理対象のパケットを転送する比較・転送部を備えることを特徴とする請求項２記載のルータ装置。
前記共通情報格納部は、ルータ装置内のエントリーを集約する装置内エントリー集約部と、前記装置内エントリー集約部からの経路情報がグローバルエントリーかローカルエントリーかを選別するフィルタ部と、前記フィルタ部からのグローバルルーティングエントリー及びローカルルーティングエントリーを格納するエントリー部を備えることを特徴とする請求項２又は３記載のルータ装置。