JP4027955B2

JP4027955B2 - 流量制御装置

Info

Publication number: JP4027955B2
Application number: JP2005500535A
Authority: JP
Inventors: 和人西村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: US7633862B2; WO2004109995A1; US20050232150A1; JPWO2004109995A1

Description

本発明は、流量制御装置に関し、可変長フレームを伝送するネットワークの流量制御装置に関する。

キャリア網などのネットワークの出入口（ＵｓｅｒＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒｆａｃｅ：ＵＮＩ）には、ユーザからネットワークに送信されてくるトラヒックを制限するためのポリサ（Ｐｏｌｉｃｅｒ）や、ネットワークからユーザへ送出するデータを調整するシェーパ（Ｓｈａｐｅｒ）などの流量制御機能を持つ装置が設置されることが多い。

フレームに対するポリシングの方法として、ＲＦＣ２６９７”ＡＳｉｎｇｌｅＲａｔｅＴｈｒｅｅＣｏｌｏｒＭａｒｋｅｒ．”や、ＲＦＣ２６９８”ＡＴｗｏＲａｔｅＴｈｒｅｅＣｏｌｏｒＭａｒｋｅｒ．”などが提案されている。

これらはいずれも、図１に示すように、デュアルトークンバケットＰ，Ｃを備えており、通過するフレームの流量を計測して、このフレームをグリーン、イエロー、レッドのいずれかにマーキングするというものである。また、前段までに行われたマーキングによる色付けを無視するカラーブラインド（Ｃｏｌｏｒ−Ｂｌｉｎｄ）モードと、色付けを考慮するカラーアウェア（Ｃｏｌｏｒ−Ａｗａｒｅ）モードの２モードが存在する。

ＲＦＣ２６９８では、２つのレートを設定し、それぞれのレートとバースト許容値をパラメータとしてマーキングを行う。一例として、ＲＦＣ２６９８のカラーブラインドモードにおけるポリサの動作について説明する。まず、ＲＦＣ２６９８におけるパラメータは、ＰＩＲ（ＰｅａｋＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＲａｔｅ：ピークレート）と、ＰＢＳ（ＰｅａｋＢｕｒｓｔＳｉｚｅ：ＰＩＲに対して許容されているバースト量）と、ＣＩＲ（ＣｏｍｍｉｔｔｅｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＲａｔｅ：低廃棄で通すことが保証されるレート）と、ＣＢＳ（ＣｏｍｍｉｔｔｅｄＢｕｒｓｔＳｉｚｅ：ＣＩＲに対して許容されているバースト量）である。

ポリサは、図１に示すように、２つのトークンバケットＰ，Ｃを持ち、トークンバケットＰ，Ｃが一杯でなければ、Ｔｐは１／ＰＩＲ時間毎に１バイトずつ増加し、Ｔｃは１／ＣＩＲ時間毎に１バイトずつ増加する。

ある時刻ｔにおいて、長さＢバイトのフレームが到着したとする。このとき図２に示すように、Ｔｐ（ｔ）−Ｂ＜０ならば、フレームはレッドにマーキングされる。

また、図３に示すように、Ｔｐ（ｔ）−Ｂ≧０かつＴｃ（ｔ）−Ｂ＜０ならば、フレームはイエローにマーキングされ、ＴｐはＢだけ減じられる。

また、図４に示すように、Ｔｐ（ｔ）−Ｂ≧０かつＴｃ（ｔ）−Ｂ≧０ならば、フレームはグリーンにマーキングされ、Ｔｐ，Ｔｃ共にＢだけ減じられる。

このようにしてマーキングされた各フレームはバッファにキューイングされる際、廃棄に優先度が設けられる。例えば、このバッファにはレッドのフレームに対する第１閾値、イエローのフレームに対する第２閾値（第１閾値＜第２閾値）、グリーンのフレームに対する第３閾値（第２閾値＜第３閾値）が設定され、バッファのキュー長が第１閾値を超えるとレッドの入力フレームがバッファリングされずに廃棄され、バッファのキュー長が第２閾値を超えるとレッド及びイエローの入力フレームが廃棄され、バッファのキュー長が第３閾値を超えるとレッド及びイエロー及びグリーン全ての入力フレームが廃棄される。

なお、隣接高速データ通信ネットワークとインターフェースするための方法で、パケット間ギャップを除去し圧縮するものとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。
特開２００１−２７４８２４号公報

このように、通常、可変長フレームネットワークにおけるポリサやシェーパは、フレームの長さに基づいてポリシングやシェーピングの判定を行う。例えばイーサネット（登録商標）のようなＬＡＮ（本明細暑中のＬＡＮと記載の部分はＷＡＮやＭＡＮを含む）の場合、フレーム長とは宛先アドレス（ＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎＡｄｄｒｅｓｓ）からＦＣＳ（ＦｒａｍｅＣｈｅｃｋＳｅｑｕｅｎｃｅ）までの長さを意味する。

しかし、ＬＡＮでは、フレームの先頭に８バイトのプリアンブルが付加され、また、フレーム間には１２バイトの最小ＩＦＧ（ＩｎｔｅｒＦｒａｍｅＧａｐ：フレーム間ギャップ）が必ず挿入される。ＬＡＮフレームは可変長であるため、フレーム本体の長さによって、物理回線レートに対する上記オーバヘッド部分の比率は異なってしまう。

例えば、１０Ｂａｓｅ−Ｔを介してフルワイヤレートでデータを送信する場合を考える。この場合、全て６４バイトの最短フレームならば、図５（Ａ）に示すように、フレームレベルでの送信レート（フレームレート）は、１０Ｍｂ／ｓ×６４バイト／（６４＋８＋１２バイト）≒７．６２Ｍｂ／ｓとなる。

一方、全て１５１８バイトの最長フレームならば、図５（Ｂ）に示すように、フレームレートは、１０Ｍｂ／ｓ×１５１８バイト／（１５１８＋８＋１２バイト）≒９．８７Ｍｂ／ｓとなる。

このように、同じ物理回線速度で送信しても、フレーム長によってフレームレートは変動するため、従来のようにフレームレートでポリシングまたはシェーピングを行うと、正確な流用制限が困難であり、またオペレーションやネットワーク設計も複雑になってしまう。

実際に、ＬＡＮレベルで１０Ｍｂ／ｓという契約を行った場合、ポリサでのポリシングレートを７．６２Ｍｂ／ｓに設定すると、ユーザからの送信パケットが全て１５１８バイトのフレームの時、プリアンブルと最小ＩＦＧを含めた物理回線速度でも７．７Ｍｂ／ｓしか伝送できなくなり、ユーザとの契約帯域を保証できなくなってしまう。

しかし、逆に９．８７Ｍｂ／ｓに設定すると、ユーザからの送信パケットが全て６４バイトフレームの時、プリアンブルと最小ＩＦＧを加算した実際の帯域は、１２．９５Ｍｂ／ｓまで増加してしまうことになる。つまり、ネットワーク内ではこのようなケースを想定して、常に余分に帯域を確保する必要があり、収容効率が低下してしまうという問題があった。

一方、キャリアネットワーク等では、図６に示すように、ユーザを識別するためのユーザ識別タグなどのネットワーク内部でのみ認識される情報をユーザが送出したフレームに付与する場合がある。このようなネットワークにおいて、図７のようにユーザ識別タグを付与するネットワーク装置１１，１２，１３と、ポリシングを行うネットワーク装置１４とが異なる場合、キャリアネットワーク１０において付与されたユーザ識別タグまでポリシングの対象となってしまい、契約したレートをユーザが守っているにもかかわらず、フレームの廃棄が起こる可能性がある。

よって、このタグ付与によるフレーム廃棄を防ぐためには、ポリシングまたはシェーピングのレートを予め少し高めに設定しておく必要がある。しかし、これも前述のプリアンブルと最小ＩＦＧの場合と同様、フレーム長に依存してタグの占める割合が変わってしまう。

例えばタグが４バイトの場合、全て６４バイトフレームならば、図８（Ａ）に示すように帯域は６．２５％増加するが、全て１５１８バイトフレームの場合、図８（Ｂ）に示すように帯域は０．２６％程度しか増加しない。その結果、０．２６％のみ帯域を増加させれば、契約帯域を下回る可能性があり、また、６．２５％増加させれば、契約以上の帯域を確保する必要があり、収容設計が低下してしまう。

これらの問題は、可変長フレームネットワークにおいて、固定長となる部分が混在するために起こるものである。すなわち、プリアンブル＋最小ＩＦＧ（２０バイト）や、識別タグ（ｎバイト）という固定長部分は、フレーム毎に１対１に対応して存在する。しかし、フレームは可変長であるため、１フレームにおけるこれらの固定長部分が占める割合はフレーム毎に変わってしまい、結果、正確な流量制御を不可能にし、ネットワーク設計を複雑にしてしまうという問題があった。

本発明は、可変長フレームネットワークでフレーム長に依存しない正確かつ簡易な流量制御を行うことができ、かつ、流量制御を行う位置の自由度を増大できる流量制御装置を提供することを総括的な目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、可変長フレームの伝送を行い、各フレーム間に固定長の最小フレーム間ギャップが規定されているネットワークの流量制御装置において、フレーム範囲外のプリアンブルの先頭で計測開始を指示し、フレーム範囲外のフレーム間ギャップの最後尾で計測終了を指示し、フレーム範囲内のネットワーク付加情報部分で計測一時停止を指示する計測指示手段と、前記計測指示手段の指示に従ってフレーム範囲外を含む可変長フレームのフレーム長を計測するフレーム長計測手段と、前記フレーム長計測手段で計測したフレーム長を基に各可変長フレームのマーキングを行うトークンバケット手段を有し構成される。

このような流量制御装置によれば、可変長フレームネットワークでフレーム長に依存しない正確かつ簡易な流量制御を行うことができ、かつ、流量制御を行う位置の自由度を増大できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明では、図９に示すように、フレームに１対１で対応する固定長ギャップ２０を実フレーム範囲外であるにも拘わらずポリシングやシェーピングの対象とし、フレームに１対１で対応する固定長タグ２２を実フレーム範囲内であるにも拘わらずポリシングやシェーピングの対象から外し、範囲Ｘ，Ｙを流量制御対象範囲とする。

つまり、図１０に示すプリアンブル２０ａや最小ＩＦＧ２０ｂといったフレーム範囲外の部分もフレームの一部とみなし、流量制御の対象とする。即ち、フレームの開始を示すプリアンブル２０ａを受信し始めると、ポリサ（またはシェーパ）はカウントを開始し、また、フレームの最終フィールドであるＦＣＳが終了しても最小ＩＦＧである１２バイト分が経過するまでカウントをやめない。

このように、フレーム範囲外の領域まで流量制御対象とすることにより、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、フレーム長が最短の６４バイトまたは最長の１５１８バイトのいずれの場合においても同じフレームレート１０Ｍｂ／ｓの設定で良く、正確な流量制御が可能となる。

また、これとは逆に、図１２に示すようにネットワークにおいて付与されたユーザ識別２２ａなどの情報は流量制御の対象から除外する。即ち、フレーム先頭からポリサ（またはシェーパ）のカウントを開始するが、ネットワークが付与したユーザ識別２２ａ部分は一旦カウントを停止し、ユーザ識別２２ａが終了すると再びカウントを開始するというものである。

このように、フレーム範囲内の一部領域を流量制御対象外とすることにより、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、フレーム長が最短の６４バイトまたは最長の１５１８バイトのいずれの場合においても同じフレームレートの設定で良く、正確な流量制御が可能となる。

ここで、本実施形態では、図１４に示すＬＡＮフレームを流量制御するものとする。同図中、ＬＡＮフレームは、フレームの先頭に付加された８バイトのプリアンブル３０と、宛先アドレス（ＤＡ）３１、送信元アドレス（ＳＡ）３２、４バイトのユーザ識別タグ（先頭２バイトは所定の固定値）３３、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：仮想ＬＡＮ）タグ３４、タイプ３５、データ（ユーザ・データ）３６、ＦＣＳ３７より構成され、その後に、１２バイトの最小ＩＦＧ３８が設けられている。

本実施形態では、プリアンブル３０（８バイト）と最小ＩＦＧ３８（１２バイト）をポリサまたはシェーパの流量制御対象とし、ユーザ識別タグ３３（４バイト）を流量制御対象外とする。

図１５は、本発明の流量制御装置の参考例の構成図を示す。同図中、流量制御装置４０は、実パケット長計測カウンタ４１と、補正回路４２と、補正値メモリ４３と、トークンバケット部４４で構成されている。

オペレータは流量制御を行う上でのポリシを決定し、流量制御装置４０の補正値メモリ４３に決定したポリシに基づく補正値を設定する。この実施例では、１フレームにつき、２０バイトがフレーム範囲外から加算され、４バイトがフレーム範囲内から除外されるので、両者の差分である１６バイトが加算されることになる。よって、オペレータからの設定として、補正値メモリ４３に＋１６バイトという補正値が書きこまれる。

到着したフレームは実パケット長計測カウンタ４１に供給される。実パケット長計測カウンタ４１はフレーム本体の開始点である宛先アドレス３１の先頭から、終了点であるＦＣＳ３７の最後尾までカウントを行う。このようにして得られたカウント値は補正回路４２に供給され、オペレータから設定された値である１６バイトが上記カウント値に加算され、補正後のカウント値がフレーム長としてトークンバケット部４４に渡される。

トークンバケット部４４は、実パケット長計測カウンタ４１を通してフレームを供給されると共に補正回路４２からフレーム長を供給され、図１〜図４で説明した色付けを行って流量制御を実施する。

図１６は、本発明の流量制御装置の第１実施例の構成図を示す。同図中、流量制御装置５０は、カウント条件保持メモリ５１と、カウント条件検出部５２と、パケット長計測カウンタ５３と、トークンバケット部５４で構成されている。

カウント条件保持メモリ５１には、オペレータからカウント開始、停止、終了の各条件が設定される。この実施例の場合、カウント開始条件はプリアンブル３０の開始点であり、一時停止条件はユーザ識別タグ３３に続く４バイトであり、終了条件はＦＣＳ３７の最後尾から１２バイトである。

カウント条件検出部５２には、図１７に示すような状態遷移図が形成される。未カウント状態Ｘにおいて実際にフレームが到着すると、カウント条件検出部５２はカウント条件保持メモリ５１から供給される条件に従ってフレームのプリアンブル３０の開始点を検出した時点でカウント状態Ｙに遷移し、パケット長計測カウンタ５３にカウント可を指示する。これにより、パケット長計測カウンタ５３はカウント条件検出部５２を通して供給されるフレームのバイト数をカウントする。

次に、カウント条件検出部５２はフレームのユーザ識別タグ３３（先頭２バイトが所定の固定値）を検出すると、ユーザ識別タグ３３の４バイトの期間だけカウント一時停止状態Ｚに遷移し、この間、パケット長計測カウンタ５３にカウント不可を指示する。

その後、カウント条件検出部５２は、ＦＣＳ終了後１２バイトまでカウント状態Ｙに遷移してパケット長計測カウンタ５３にカウント可を指示する。これによって、パケット長計測カウンタ５３はフレームのＶＬＡＮタグ３４からＦＣＳ終了後１２バイトまでカウントを継続する。

このようにして得られたパケット長計測カウンタ５３のカウント値はフレーム長としてトークンバケット部５４に渡される。トークンバケット部５４は、パケット長計測カウンタ５３を通してフレーム及びフレーム長を供給され、図１〜図４で説明した色付けを行って流量制御を実施する。

この実施例では、ネットワーク内を伝送されるフレームストリームにユーザ識別タグ３３を持つフレームとユーザ識別タグ３３を持たないフレームとが混在しているような場合であっても、正確な流量制御を行うことができる。

なお、実パケット長計測カウンタ４１，パケット長計測カウンタ５３が請求項記載のフレーム長計測手段に対応し、補正回路４２，補正値メモリ４３がフレーム長補正手段に対応し、トークンバケット部４４，５４がトークンバケット手段に対応し、カウント条件保持メモリ５１，カウント条件検出部５２が計測指示手段に対応する。

このように、請求項１に記載の発明によれば、可変長フレームネットワークでフレーム長に依存しない正確かつ簡易な流量制御を行うことができ、かつ、流量制御を行う位置の自由度を増大できる。

フレームに対するポリシングを説明するための図である。ポリサの動作を説明するための図である。ポリサの動作を説明するための図である。ポリサの動作を説明するための図である。フレーム長によるフレームレートの変動を説明するための図であるネットワークによるユーザ識別タグの付加を説明するための図である。ネットワークによるユーザ識別タグの付加とポリシングを説明するための図である。フレーム長による帯域の変動を説明するための図である。本発明の原理を説明するための図である。フレーム範囲外の流量制御の対象を説明するための図である。本発明方法を説明するための図である。。フレーム範囲内の流量制御の対象を説明するための図である。本発明方法を説明するための図である。本発明の流量制御対象であるＬＡＮフレームを示す図である。本発明の流量制御装置の参考例の構成図である。本発明の流量制御装置の第１実施例の構成図である。カウント条件検出部の状態遷移図である。

Claims

可変長フレームの伝送を行い、各フレーム間に固定長の最小フレーム間ギャップが規定されているネットワークの流量制御装置において、
フレーム範囲外のプリアンブルの先頭で計測開始を指示し、フレーム範囲外のフレーム間ギャップの最後尾で計測終了を指示し、フレーム範囲内のネットワーク付加情報部分で計測一時停止を指示する計測指示手段と、
前記計測指示手段の指示に従ってフレーム範囲外を含む可変長フレームのフレーム長を計測するフレーム長計測手段と、
前記フレーム長計測手段で計測したフレーム長を基に各可変長フレームのマーキングを行うトークンバケット手段を
有する流量制御装置。
請求項１記載の流量制御装置において、
前記計測指示手段は、前記計測開始位置及び計測終了位置及び計測一時停止それぞれを予め設定されている流量制御装置。
請求項１又は２記載の流量制御装置を用いてネットワークに入力される可変長フレームのポリシングを行うポリシング装置。
請求項１又は２記載の流量制御装置を用いてネットワークから出力される可変長フレームのシェーピングを行うシェーピング装置。