JP4017652B2 - データ伝送方法およびデータ伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、パケットベースの通信ネットワーク、特にパケットベースの通信ネットワークにおけるメッセージ受信の肯定応答（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）に関する。
本出願は、１９９６年２月２２日に提出された「非同期パケット交換」という名称の同時係属米国特許出願第０８/ ６０５, ６７７号に関連する。

パケットは、コンピュータシステム内のノード間での通信のために広く使用されている。パケットの再送および受信時の肯定応答の組合せを使用することで、メッセージは高い信頼性で渡される。標準的には、受信ノードにパケットを送るノードは、一時バッファの中にパケットのコピーを保持し、受信ノードから肯定応答が返ってくるまで何度もくり返してそれを間欠的に送信する。通信責任を分割するための１つの一般的モデルは、国際標準化機構／開放形システム間相互接続（ＩＳＯ/ ＯＳＩ）モデルと呼ばれる。このＩＳＯ/ ＯＳＩモデルは、アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層、トランスポート層、ネットワーク層、データ−リンク層および物理層という７つの異なる層の間でデータ通信タスクを分割している。
なお本発明に関連する公知例としては下記のものがある。

特開平２−１３１５８号公報 特開昭６２−９２６４２号公報

これらの層内で実現される特定のプロトコルに応じて、送信ノードの上部層（すなわちトランスポート層より上の層の１つ）は、受信ノードがデータパケットを受信したという確認を必要とする可能性がある。標準的には、上部層は、受信ノードがデータパケットを受信したことを確認する標準応答パケットについての要求を、受信ノード内で上部層に対し明示的に生成しなければならない。かかる要求は、受信ノード上の対応する上部層が応答パケットを生成し、その後その応答を通信ネットワークを通して送り返すことを求める。この要求と応答の手順全体は、ネットワークのファンアウトおよび往復待ち時間（すなわち遅延）を増大させる。ファンアウトというのは、一つのデータ通信トランザクションを実施するためにネットワークを介して伝送される必要のあるデータパケットの数のことである。従来の要求−応答プロトコルのファンアウトが高くなると、通信ネットワークの帯域幅の要求条件も増大し、送信ノードおよび受信ノードの両方の計算資源に対してさらなる負担を課し、これらの資源をより生産性の高い用途からそらすことになる。

必要とされているのは、パケットベースの通信ネットワークにおけるメッセージ受信の肯定応答のための改良されたシステムおよび方法である。

本発明は、パケットベースの通信ネットワークにおけるメッセージ受信の肯定応答システムに係るデータ伝送方法およびデータ伝送装置である。本発明のシステム内では、送信ノードが上部層内でデータパケットを生成し、下部層を用いてこのデータパケットを受信ノードに伝送する。下部層は次に、受信ノードから受信した肯定応答に応えて上部層に対し擬似応答（ｐｓｅｕｄｏ ｒｅｐｌｙ）パケットを生成し、伝送する。擬似応答パケットは、送信ノードの上部層に、受信ノードがデータパケットを首尾良く受信したことを通知し、受信ノードの上部層に標準応答（ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｐｌｙ）パケットを生成させる負担をとり除く。この負担を取り除くことにより、ネットワークの帯域幅および待ち時間は低減され、必要なネットワーク資源は少なくなる。

本発明のもう１つの態様においては、送信ノードの下部層は、擬似応答パケットを生成するのに用いられるデータパケットを記憶するためのバッファを含んでいる。
本発明の方法においては、送信ノードから受信ノードへ送られるべきデータパケットのコピーが、受信ノードへ送信される前に下部層内でバッファの中に記憶される。送信ノード内の下部層は、肯定応答パケットを受信した時点で、バッファ内に記憶されたデータパケットを用いて擬似応答パケットを生成する。この擬似応答パケットは次に、送信ノード内の上部層まで送られる。その結果、受信ノードの上部層は標準応答パケットを生成する必要がなく、かくしてネットワーク待ち時間および帯域幅の要求条件は低減される。

本発明のこれらのおよびその他の形態は、以下に記述する詳細な説明、図面および特許請求の範囲を検討した時点で、当業者により認識されることであろう。

後の説明から明らかなように本発明によれば、ネットワークの待ち時間および帯域幅の要求条件を低減した、パケットベースの通信ネットワークにおけるメッセージ受信の肯定応答のための改良されたシステムおよび方法が実現される。

図１は、パケットベースの通信ネットワークにおけるメッセージ受信の肯定応答用システム１００のブロック図である。このシステム１００は、各々網目状リンク１０５により相互接続部１０６に結合された送信ノード１０２と受信ノード１０４とを含む。ノードは、それがネットワーク上で送られるべきパケットを発信するときに、送信ノード１０２としてラベル付けされる。またノードは、それがネットワーク上で送られたパケットのための宛て先であるとき、受信ノード１０４として、ラベル付けされる。かくして、同じ物理ノードでも、それが果たしている機能に応じて、送信ノードかまたは受信ノードのいずれかとしてラベル付けされ得る。図１には２つのノードしか示されていないが、相互接続ネットワークに対し数多くのノードを付加することが可能である。

送信ノード１０２は、各々バス１１４に結合されたプロセッサ１０８，コヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）制御ユニット１１０，およびローカルメモリ１１２を含んでいる。コヒーレンス制御ユニット１１０は、相互接続サービス管理部（ＩＳＭ）１１６，高信頼パケットムーバ（ＲＰＭ）１１７及び高速フレームムーバ（ＦＦＭ）１１８を含んでいる。ＩＳＭ１１６は、ポイントツーポイントメッセージを用いてその他のＩＳＭ（例えばＩＳＭ１２８）と通信する。ＲＰＭ１１７は、送信ノード１０２と受信ノード１０４との間の高信頼エンドツーエンドデータ通信を提供する。ＦＦＭ１１８は、送信ノード１０２から受信ノード１０４までデータを経路指定する。ローカルメモリ１１２は、処理ユニット１０８がデータをいかに、アクセスし、変換し、出力するかを制御するためのコンピュータプログラム命令を記憶する。ローカルメモリ１１２は、揮発性および不揮発性の両方の部分を含んでいる。当業者であれば、ローカルメモリ１１２を、コンパクトディスク、磁気駆動機構またはダイナミックＲＡＭを含むその他の、コンピュータで使用可能な記憶媒体で補足することが可能である、ということが分かるだろう。

受信ノード１０４は、各々バス１２６に結合されたプロセッサ１２０，コヒーレンス制御ユニット１２２，およびローカルメモリ１２４を含む。コヒーレンス制御ユニット１２２は、相互接続サービス管理部（ＩＳＭ）１２８，高信頼パケットムーバ（ＲＰＭ）１２９及び高速フレームムーバ（ＦＦＭ）１３０を含む。プロセッサ１２０，ＩＳＭ１２８，ＲＰＭ１２９，ＦＦＭ１３０およびローカルメモリ１２４は各々、送信ノード１０２について記述したものと同じ機能を果す。

その他のノードアーキテクチャも使用することができる。例えば、コヒーレンス制御ユニット１１０，１２２を、各プロセッサ１０８，１２０に結合されたキャッシュメモリに結合することができる。
相互接続部１０６は、複数のノードが互いに通信できるように設計されている。相互接続部１０６は、網目状リンク１０５により接続された複数のルータを含んでいる。ルータは好ましくはクロスバースイッチである。ネットワークにわずかなノードしか含まれていない場合、相互接続部１０６は、１つのルータしか含む必要がない。ネットワークが２つのノードしか含まない場合、ルータを含む必要さえない。相互接続部１０６は、全ての通信が送信ノード１０２から受信ノード１０４へと直接渡される、パケットベースのプロトコルを使用する。相互接続部１０６は、マルチキャスト又はブロードキャスト能力を提供する必要がない。

コヒーレンス制御ユニット１１０，１２２とローカルメモリ１１２，１２４との間のリンクの帯域幅は好ましくは、コヒーレンス制御ユニット１１０，１２２と相互接続部１０６との間のリンクの帯域幅と実質的に等しい。
図２は、図１のシステムのプロトコル層を例示するブロック図である。これらのプロトコル層は、内部でＩＳＭ１１６，１２８が機能するＩＳＭ層２０２、内部でＲＰＭ１１７，１２９が機能するＲＰＭ層２０４，内部でＦＦＭ１１８，１３０が機能するＦＦＭ層２０６及び内部に相互接続部１０６が存在する物理層２０８を含んでいる。プロセッサ１０８，１２０により実行されるソフトウェアは、ＩＳＭ，ＲＰＭ及びＦＦＭユニット１１６，１２８，１１７，１２９，１１８，１３０及び相互接続１０６の一部分を制御する。

ＩＳＭユニット１１６がデータを受信ノード１０４に送るときまたは受信ノード１０４からデータを要求するとき、ＩＳＭユニット１１６はＲＰＭ１１７に対し、送られるべきまたは要求されているデータおよびそのデータの発信元または宛て先について通知する指令を送る。
ＲＰＭ層２０４では、送信ノード１０２が、相互接続部１０６を通るパスを決定するまたはそのパスに関する何らかの情報を使用する必要なしに、データパケットを受信ノード１０４に送る。ＲＰＭ層２０４は、パケットを伝送するためＦＦＭ層２０６を用いることによりノード１０２，１０４間でのデータパケットの高い信頼性での受渡しを提供する。ＲＰＭ層２０４内では、ＲＰＭ１１７はデータを送信し、データパケットが受信されたことを表示する肯定応答パケットについて受信ノード１０４を監視する。このような肯定応答がタイムアウト期間内に受信されない場合、ＲＰＭ１１７はデータパケットを再度送信する。ＲＰＭ層２０４は、伝送中に喪失したかまたは破損したデータパケットを再度送信する。ＲＰＭ層２０４はまた、重複するデータパケットを抑制し、順不同で受信されたデータパケットを再度順序づけする。ＲＰＭ層２０４では、パケットは送信ノード１０２から受信ノード１０４へ、マルチキャストまたはブロードキャスト通信される代わりに直接送られる。ただし、１つのパケットを２以上の受信ノード１０４に送信すべき場合には、ＩＳＭユニット１１６は、各々の受信ノード１０４に対しパケットの別々のコピーを個別に送る。複数のＲＰＭ層２０４の機能は、好ましくは、ソフトウェアではなくハードウェアで実現される。

ＦＦＭ層２０６において、通信は、直接接続された要素（すなわち、ノード１０２，１０４および相互接続部１０６内のルータ）の間のポイントツーポイント通信である。相互接続部１０６内のルータを通して送信ノード１０２からまずはその他のルータへ、次に受信ノード１０４まで、フレームが送られる。ＦＦＭ層２０６は、各ステップにおいて、隣接する要素（すなわちルータとノード１０２，１０４）の間で、フロー制御を提供する。ＦＦＭ層２０６はまた、これらのステップを接続し、かくして１つのノードからもう１つのノードへフレームを伝送するための経路を提供する。ＦＦＭ層２０６は、それが使用するフレームの一部分のみについて単純な無欠性検査を行う。ＦＦＭ２０６は誤り訂正を提供しないことから、誤りが発生した場合、ＦＦＭ層２０６はフレームを廃棄し、その後、送信ノード１０２のＲＰＭ１１７はデータパケットを再送する。ＦＦＭ層２０６は、各フレームについての誤り検出を行わないことおよび不良フレームを欠落させることによって、待ち時間を短縮させるように能率化されている。

物理層２０８は、相互接続部１０６のケーブル布線、コネクタなど、およびプロセッサノード１０２，１０４とのインタフェースを含んでいる。
図３は、図１のシステム内でのＩＳＭレベルの要求および応答についてのタイミング図である。時間軸３０２が左上の時間ｔ₀ にて始まっている。時間ｔ_A では、ＩＳＭユニット１１６は、要求パケットを生成し、それをセグメント３０４で示されているように送信ノード１０２のＲＰＭ層２０４へと渡す。送信ノードのＲＰＭ層２０４は、セグメント３０６によって示されたＦＦＭを介しての要求を、受信ノード１０４に伝送し、その一方でパケットのコピーが一時「伝送バッファ」内に記憶されている。伝送バッファは、好ましくはＲＰＭ１１７内に配置されるが、代替的には、ローカルメモリ１１２の中に配置されてもよい。送信ノード１０２のＲＰＭ層２０４は、セグメント３０８により示されている対応する肯定応答パケットが受信ノード１０４から受信されるまで、要求を間欠的に再送する。受信ノード１０４においてＲＰＭ層２０４は、要求パケットが誤り無く順序通り受信された場合に、肯定応答を生成する。

ＩＳＭユニット１１６は予め、ＲＰＭ層２０４によってかかる肯定応答がいかにとり扱われるべきかを決定している。ここで３つのシナリオが考えられる。第１のシナリオでは、ＲＰＭ１１７は、伝送バッファの割当てを解除し、ノード１０２，１０４のいずれの中でも、またノード１０２，１０４の間でも、さらなるパケットは全く送信されない。この第１のシナリオは、時間ｔ_B で伝送プロセスを完了するものの、ＩＳＭユニット１１６は要求パケットが受信ノード１０４に到達したか否かを告げることができない。

第２のシナリオでは、ＲＰＭ１１７は、セグメント３０８によって示されている肯定応答を受信した後で、伝送バッファの割当てを解除する。受信ノード１０４のＲＰＭ層２０４は、セグメント３０６により示された要求を受信した時点で、セグメント３１０により示された要求を受信ノード１０４のＩＳＭ層２０２に送信する。これに応えて、受信ノード１０４のＩＳＭ層２０２は、セグメント３１２によって示された応答パケットを、受信ノード１０４のＲＰＭ層２０４へと送信する。その後、受信ノード１０４のＲＰＭ層２０４は、セグメント３１４によって示されている応答パケットを送信ノード１０２のＲＰＭ層２０４へと伝送する。送信ノード１０２のＲＰＭ層２０４は、それに応えてセグメント３１６により示されている肯定応答を生成し、また、ＩＳＭユニット１１６へとセグメント３１８により示されている応答パケットを渡す。この第２のシナリオは、時間ｔ_D で伝送プロセスを完了し、そして５つのパケット伝送を必要とする（セグメント３１０，３１２，３１４，３１６及び３１８参照）。

「認証受渡し」と呼ばれる第３のシナリオでは、セグメント３０８により示される肯定応答が受信された後に伝送バッファの割当てを解除する代りに、送信ノード１０２のＲＰＭ層２０４は、セグメント３２０によって示される擬似応答パケットを生成し、これをＩＳＭユニット１１６へ送信する。擬似応答パケットは、伝送バッファ内に記憶された要求パケットを用いて生成される。より具体的に言うと、要求パケット自体は、このパケットが高い信頼性で受渡しされたことの表示と共に、送信ＩＳＭ１１６に戻される。その結果、時間ｔ_C においてＩＳＭユニット１１６は、受信ノード１０４で要求パケットが首尾よく受信されたことの通知を受け取り、かくして送信ノード１０２のＩＳＭ層２０２は、受信ノード１０４のＩＳＭ層２０２がその要求を処理していると想定することができる。

第３のシナリオは、要求パケットの伝送が首尾良く実行されたことの確認をＩＳＭユニット１１６が実際に受けとることから、第１のシナリオよりも好ましい。また第３のシナリオは、送信ＩＳＭ１１６が応答を受信するのにかかる時間（ネットワーク待ち時間として知られているもの）を著しく短縮することから、第２のシナリオよりも好ましい。ネットワーク待ち時間は、受信ノード１０４のＩＳＭ層２０２が標準応答パケットを生成する必要がないために、短縮されるのである。このことは、ＩＳＭユニット１１６が、より遅い時間ｔ_D に標準応答パケットを受信する代わりに、比較的早い時間ｔ_C に擬似応答パケットを受信している図３に、示されている。

第３のシナリオは、それがネットワークの帯域幅の要求条件を著しく低減させることからも、第２のシナリオより好ましい。帯域幅は、コンピュータ及び／又は通信チャネルの伝送能力であり、ノード間でより多数のパケットが伝送されなくてはならない場合、ネットワークはより広い帯域幅を必要とする。第３のシナリオを用いると、セグメント３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６及び３１８により示されているように８つのパケット伝送ではなく、セグメント３０４，３０６，３０８および３２０により示されているようにわずか４つのパケット伝送の後に、応答パケットが受信される。かくして、第３のシナリオが選ばれた場合、必要とされるパケット伝送数が４つ少なくなることから、ネットワークの帯域幅の要求条件は低減される。

最後に、第３のシナリオは、ネットワーク資源の要求条件を著しく低減させることから、第２のシナリオより好ましい。第２のシナリオでは、送信ノード１０２および受信ノード１０４の両方のＩＳＭ層２０２は、各々のＩＳＭ層２０２内での全てのトランザクションのために充分な資源を提供することによりプロトコルレベルのデッドロックを回避するための機構を、持たなくてはならない。プロトコルデッドロックは、２つのプログラムまたはデバイスが各々、自ら続行できるようになる前にもう一方の側からの信号を待機しているときに、発生する。しかしながら、第３のシナリオを使用すると、送信ノード１０２のＲＰＭ層２０４により擬似応答パケットが生成されたとき、受信ノード１０４のＩＳＭ層２０４における資源は消費されない。かくして、１つのトランザクションによってひき起こされる最大のパケット数（すなわちファンアウト）は削減され、デッドロック回避のための総資源量もまた削減される。

図４および５は、データパケットを伝送するためのフローチャートである。この方法はステップ４０２で始まり、ここで送信ノード１０２内のＩＳＭ層２０２は、受信ノード１０４への伝送のためデータを受信する。次にステップ４０４で、ＩＳＭ層はデータをデータパケットの形に組み立て、このパケットを送信ノード１０２内のＲＰＭ層２０４に渡す。ＲＰＭ層は、ステップ４０６においてＲＰＭ層内の伝送バッファ内にそのパケットを格納する。ステップ４０８では、ＲＰＭ層はパケットを受信ノード１０４に伝送する。次にステップ４１０で、タイムアウトが起こる前に受信ノード１０４から肯定応答パケットが受信された場合、この方法はステップ５０２へと進み、そうでなければステップ４０８まで戻る。ステップ５０２で、認証受渡しオプションが選択された場合、方法はステップ５０４まで進み、そうでなければ、ステップ５０８へと進む。送信ノード１０２内のＲＰＭ層は、ステップ５０４で、バッファ内に格納されたパケットから擬似応答パケットを生成する。ステップ５０６では、送信ノード１０２内のＲＰＭ層は、ＲＰＭから送信ノード１０２内のＩＳＭ層へと擬似応答パケットを渡す。ステップ５０６の後、バッファはステップ５０７でクリアされ、方法は終了する。ステップ５０８では、送信ノード１０２のＲＰＭ層はバッファをクリアする。次にステップ５１０では、受信ノード１０４から送信ノード１０２により応答パケットが受信された場合、方法はステップ５１２へと進み、そうでない場合、方法はステップ５１０まで戻る。送信ノード１０２内のＲＰＭ層は、応答パケットを送信ノード内のＩＳＭ層へと渡す。ステップ５１２の後、パケット伝送のための方法は終了する。

図６は、データパケットを受信するためのフローチャートである。この方法はステップ６０２から始まり、ここで、受信ノード１０４内のＲＰＭ層２０４は、送信ノード１０２から要求パケットを受信する。次にステップ６０４で、ＲＰＭ層は、肯定応答パケットを生成しこれを送信ノード１０２に送る。ＲＰＭ層は、ステップ６０６で、受信ノード１０４内のＩＳＭ層に要求パケットを渡す。ステップ６０８で、受信ノード１０４内のＩＳＭ層は、解釈のため要求パケット内のデータを分解する。次にステップ６１０では、認証受渡しオプションが選択された場合、方法は終了し、そうでなければ方法はステップ６１２まで進む。受信ノード１０４内のＩＳＭ層は、ステップ６１２で応答パケットを生成し、これは送信ノード１０２への伝送のためＲＰＭ層へ渡される。ステップ６１４では、ＲＰＭ層は、送信ノードに応答パケットを伝送する。ステップ６１４の後、パケット受信方法は終了する。

本発明は、１つの好ましい実施形態を参考にして記述されてきたが、当業者であれば、さまざまな修正を行うことができるということがわかるだろう。好ましい実施形態に対する変形形態及び修正が、本発明により提供され、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

パケットベースの通信ネットワークにおけるメッセージ受信の肯定応答システムのブロック図である。 図１のシステムのプロトコル層を例示するブロック図である。 図１のシステムにおける相互接続サービス管理部（ＩＳＭ）レベルの要求および応答のためのタイミング図である。 データパケットを伝送するためのフローチャートである。 データパケットを伝送するためのフローチャートである。 データパケットを受信するためのフローチャートである。

符号の説明

１０２ 送信ノード
１０４ 受信ノード
１０６ 相互接続部

Claims (4)

1. パケットを用いてデータの伝送を行うデータ転送方法において、
   データパケットのコピーを作成した上で、伝送路を介して対向装置に前記データパケットを伝送するステップと、
   前記対向装置から肯定応答を受信するステップと、
   前記肯定応答の受信に応じ、前記データパケットのコピーを用いて、擬似応答パケットを生成するステップと、
   前記擬似応答パケットを用いて、前記対向装置が前記データパケットを受信したことを確認するステップと、を備えたことを特徴とするデータ転送方法。
2. パケットを用いてデータの伝送を行うデータ転送方法において、
   データパケットのコピーを作成した上で、伝送路を介して対向装置に前記データパケットを伝送するステップと、
   前記対向装置から肯定応答を受信するステップと、
   前記肯定応答の受信に応じ、前記データパケットのコピーを用いて、前記対向装置が前記データパケットを受信したことを示す擬似応答パケットを生成するステップと、を備えたことを特徴とするデータ伝送方法。
3. パケットを用いてデータの伝送を行うデータ転送方法において、
   データパケットのコピーを作成した上で、対向装置に前記データパケットを伝送するとともに、前記対向装置から前記データパケットに対応して送信された肯定応答を受信し、前記肯定応答の受信に応じ、前記データパケットのコピーを用いて、擬似応答パケットを生成する第１の処理部と、
   前記擬似応答パケットを受信して、前記対向装置による前記データパケットの受信を確認する第２の処理部と、を備えたことを特徴とする伝送装置。
4. パケットを用いてデータの伝送を行うデータ転送装置において、
   データパケットのコピーを作成した上で、対向装置に前記データパケットを伝送する手段と、
   前記対向装置からの肯定応答を受信する手段と、
   前記肯定応答の受信に応じ、前記データパケットを用いて、前記対向装置による前記データパケットの受信を示す擬似応答パケットを生成する手段と、を備えたことを特徴とする伝送装置。

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