JP4060378B2 - 多層分散ネットワーク要素 - Google Patents
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Description
1.発明の分野
本発明は、一般に、階層型アーキテクチャを使用するコンピュータ間の通信に関するものであり、詳細には、多層情報を使用してパケットを中継するシステムと方法に関するものである。
2.関連技術の説明
コンピュータ間の通信は、プライベート環境でもビジネス環境でも毎日の生活に欠かせないものとなった。コンピュータは、メッセージのやり取りのための物理媒体と、そのコンピュータに接続されている電子ハードウェアおよびそのコンピュータ上で実行されるプログラムによって実装される一組の規則に基づいて相互に交信する。これらの規則は、しばしばプロトコルと呼ばれるが、接続されているコンピュータのネットワーク内でのメッセージの順序正しい送受信を定義するものである。
ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)は、発信元コンピュータと宛先コンピュータとの間の通信を可能にするもっとも基本的、かつ単純なネットワークである。LANを雲の形で表すと、互いに通信を希望するコンピュータ(端局または終端ノードともいう)がこの雲に接続されているわけである。少なくとも1つのネットワーク要素がLAN内のすべての端局と接続する。単純なネットワーク要素の例として、ビットを中継する物理層中継媒体であるリピータがある。リピータは、多数のポートを持ち、各端局は1つのポートに接続している。リピータは、発信元端局からのメッセージを含むデータのパケットを構成するであろうビット群を受信し、そのパケットを1ビットずつそのまま中継する。これらのビット群は、宛先を含むLAN内の他のすべての端局によって受信される。
しかしながら、単一のLANでは、単一のリピータで利用できる物理接続数もメッセージの処理能力も限られるため、端局を多数抱える組織の要求条件を満たすのには充分でない場合がある。したがって、このような物理的制限のために、リピータ・ベースの方法では限られた地理的な領域で限られた数の端局しかサポートできない。
しかし、コンピュータ・ネットワークの能力は、異なるサブネットワーク同士を接続して数千台もの端局が互いに交信する大規模なネットワークを構成することにより高められている。そこで、これらのLANを相互接続すれば、ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)リンクなどのさらに大規模なエンタープライズ・ネットワークを構築できる。
大規模なネットワーク内のサブネット間の通信を行いやすくするため、複雑な電子ハードウェアおよびソフトウェアが提案され、現在、従来型のネットワーク内で使用されている。さらに、適当なネットワーク要素によって相互接続されている端局がネットワーク階層を定義し、同じサブネット内の端局は共通の分類を持つという原理に基づくさまざまな規格によって、これらの端局間で信頼性のある、順序正しい通信を行うための新しい規則セットが定義されている。したがって、ネットワークは、ネットワーク内のノードと端局の機能と階層上の位置を定義するトポロジを持つといわれる。
パケット交換ネットワークを介する端局の相互接続は、従来、ピア・ツー・ピア階層型アーキテクチャ思考に従っていた。このようなモデルでは、発信元コンピュータの定められた層は、ネットワーク上のピア端局(通常は、宛先)の同じ層と通信する。上位層から受信したデータ・ユニットにヘッダを付加することで、層はそれよりも上位の層の動作を可能にするサービスを提供する。受信したパケットは、通常、発信元で動作している異なる層によって元のペイロードに追加されたいくつかのヘッダを持つ。
従来技術には、アーパネット(Arpanet)や開放型システム間相互接続(OSI)モデルなど、層に分割する方式がいくつかある。本発明を説明するためにここで使用する7層OSIモデルは、他のモデルの機能と詳細な実装をマッピングするための便利なモデルである。ただし、Arpanetの見地(現在はInternet Engineering Task Force、略してIETFによって再定義されている)も、以下に説明する本発明の具体的実装において使用される。
ここで背景に使用する関連する層は、第1層(物理)、第2層(データ・リンク)、および第3層(ネットワーク)、および限られているが、第4層(トランスポート)である。これらの層と関連する機能について以下に簡単に説明する。
物理層は、通信リンク上で構造化されていない情報のビットを送信する。リピータは、この層で動作するネットワーク要素の一例である。物理層自体は、コネクタのサイズおよび形状、ビットの電気信号への変換、ビット・レベルの同期などの事項と関係している。
第2層は、データのフレームの送信および誤り検出を取り扱う。さらに重要なのは、本発明で引用しているようなデータ・リンク層は通常、「ブリッジ」となるように、すなわち単一のホップ上で情報のパケットを伝送するように設計されている。ここで、ホップは1つのノードから他のノードへ行くパケットの行程である。パケットを次の宛先へ送信する前に受信パケットを処理する時間を最短に抑えることにより、データ・リンク層はその上位層よりもかなり高速にパケットを中継できるが、これについて以下の段で説明する。データ・リンク層は、データ・リンク層で又はそれよりも下の層で相互接続されているコンピュータ間の発信元と宛先とを識別するためのアドレス指定機能を提供する。第2層のブリッジ・プロトコルの例としては、CSMA/CD、トークン・バス、トークン・リング(ファイバ分散データ・インタフェース(FDDI)を含む)などのIEEE802で定義されているプロトコルがある。
第2層と同様に、第3層も、相互に通信するコンピュータのアドレスを規定することができる。ただし、ネットワーク層は、ネットワーク階層に関するトポロジ情報とも連携する。さらにネットワーク層の構成は、最短のパスを使用して発信元から宛先へパケットの「経路設定」を行うように決定することもできる。最後に、ネットワーク層は、選択されたパケットを単に削除するだけで輻輳を制御することができ、これを発信元はパケット速度を下げる要求であると認識することができる。
最後に、第4層であるトランスポート層は、アプリケーション側で第3層とインタフェースするために使用できる「ポート・アドレス」を持つ電子メール・プログラムなどのアプリケーション・プログラムを規定している。トランスポート層とそれよりも下位の層との大きな違いは、発信元コンピュータ上のプログラムは宛先コンピュータ上の類似のプログラムと交信するが、下位層では、プロトコルがそれぞれのコンピュータとネットワーク内の隣接するコンピュータとの間に入り、最終的な発信元と宛先の端局とを多数の中間ノードで分離することができるという点である。第4層と第3層のプロトコルの例として、TCP(伝送制御プロトコル)とIP(インターネット・プロトコル)などのインターネット・プロトコル・スイートがある。
端局はパケットの最終的な発信元および宛先であるが、ノードは端局間の中間点である。ノードは、通常、メッセージをパケットごとに受信、中継する機能を持つネットワーク要素を含む。
一般に、大規模で複雑なネットワークほど、上位の層(第3層および第4層)の機能を持つノードに依存する。小規模なサブネットワークで構成される非常に大規模なネットワークは、通常、サブネットワークのトポロジを認識するルータと呼ばれる第3層ネットワーク要素を使用しなければならない。
ルータは、隣接要素との情報交換に基づいてその周辺のネットワークのトポロジ・マップを作成し格納することができる。LANが第3層のアドレッシング機能を持つように設計されている場合、端局から利用できる階層経路設定情報を活用することで、ルータを使用してLAN間でパケットを中継することができる。ひとたびルータによって端局のアドレスと経路の表が作成されると、パケットの第3層宛先アドレスとメモリ内の既存の一致するエントリとを比較した後、ルータが受信したパケットを中継することができる。
ブリッジは、ルータとは対照的に、第3層ではなくデータ・リンク層(第2層)で動作するネットワーク要素である。通常、媒体アクセス制御(MAC)アドレスと呼ばれるパケットの宛先の第2層アドレスにのみ基づいてパケットを中継する機能を持つ。一般に、ブリッジがパケットを修正することはない。ブリッジは、端局による連携がなく階層化されていないフラットなネットワーク内でパケットを中継する。
ブルータやスイッチなど、混成形式のネットワークも存在する。ブルータは、ブリッジとしても動作可能なルータである。スイッチという用語は、命令を実行する汎用プロセッサとは反対にハード配線されたロジック回路で実装された機能によりパケットを高速に中継できるネットワーク要素を意味する。スイッチは、第2層と第3層の両方で動作する様々な種類のものがある。
現在のネットワーキング技術の概要について説明してきたが、このような従来の技術の限界についても説明することにする。現在のインターネット上でマルチメディア・アプリケーションを実行するユーザが増えた結果、既存のネットワークの帯域幅を広げなければならなくなっており、現在のネットワーク、そして将来のネットワークは非常に広い帯域幅と増大するユーザに対応できなければならない。さらに、このようなネットワークでは、通常異なる帯域幅を必要とするダイヤル・ボイスおよびビデオなどの複数のトラフィック・タイプをサポートできる必要がある。統計調査から、将来的に、ネットワーク・ドメイン、すなわち相互接続されたLANのグループは、各LANに接続された個別端局とともに、ますます増えていくことがわかっている。したがって、こうした要求条件に対応するために、ネットワーク帯域幅の拡大と資源の利用の効率化が不可欠である。
ブリッジなどの第2層要素を使用してネットワークを構築すると、LAN間でパケットを高速に中継できるようになるが、トラフィック分離、冗長トポロジ、およびキューイングとアクセス制御のためのエンド・ツー・エンド・ポリシーに関しての自由度はなくなる。たとえば、サブネット内の端局は第3層または第2層のいずれかのアドレス指定方法に基づいて交信が可能であるが、ブリッジでは上位層の機能をサポートしていない。ブリッジは第2層の構文解析にのみ基づいてパケットを中継するので、中継サービスは単純でしかも高速なものとなる。しかし、ブリッジは、同じサブネット内の端局間のキューイング、優先度、および中継制約などの上位層の処理指令の使用をサポートしていない。
サブネット内のブリッジ風の交信を機能強化することに対する従来技術による解決方法は、第2層および上位の層のヘッダの組み合わせを使用するネットワーク要素に依存している。そのシステムでは、第3層および第4層の初期パケットの情報を調べ、一定のサービス品質(QOS)で中継メモリ内の新しい第2層エントリを使用してパケットの「流れ」を予測し、識別する。そして、それ以降、中継メモリ内の第2層エントリとの第2層ヘッダの一致に基づき第2層の速度(一定のQOS)でパケットを中継する。したがって、流れを識別するために、第3層と第4層のヘッダを持つエントリが中継メモリ内に置かれることはない。
しかし、電子メール・プログラムやビデオ会議セッションなどの端局の同じペアの間で2つ以上のプログラムが交信しているという状況を考えてみよう。これらのプログラムのQOS要件が異なっている場合、ここで提示した従来技術による方式では、中継時に第3層と第4層内の情報を考慮しないため、同じ端局のペアの間でQOS特性が異なる場合については対応できない。したがって、同じサブネットに接続されている端局上で実行中のアプリケーションからの独立した優先要求に充分対応できる自由度の高いネットワーク要素が必要である。
後者の属性は、ルータなどの第3層の要素を使用することで対応することができる。しかし、ルータが備えるインテリジェンス機能や意志決定機能の強化と引き替えにパケット中継速度を犠牲にすることになる。したがって、第2層および第3層の要素を組み合わせてネットワークを構築することが多い。
サーバの役割は、ブラウザ・ベースのアプリケーションによるインターネットの利用が増えるにつれ高まり、その結果、トラフィック分布の変動が増大している。たとえば、サーバの役割がファイル・サーバという狭い範囲に限定されている場合には、ルータのボトルネックを回避するためにクライアントとファイル・サーバを同一サブネット内に配置するという形でネットワークが設計された。しかし、World Wide Webのような専用サーバやビデオ・サーバの多くはクライアントのサブネット上に置かれないのが普通であり、ルータを経由することは避けがたい。したがって、パケットをルータに次々に受け渡していく速度を高める必要がある。ブリッジとルータの選択にはトレード・オフの関係がつきまとうのが普通であり、ブリッジを使用すれば機能が低下し、ルータを使用すれば速度が低下する。さらに、トラフィック・パターンにルータが含まれているとサーバの性能は場所に依存することになり、ネットワーク内のサービス特性が均一でなくなる。
したがって、トポロジやメッセージ・トラフィックなどの変化するネットワーク条件に対応することができ、それでいながら第2層、第3層、および第4層のヘッダに基づいてパケットを交換するための高性能ハードウェアを効率よく使用できるネットワーク要素が必要である。ネットワーク要素は、ブリッジ同様の速度で動作でき、さらに異なるサブネットワークにわたってパケットの伝送経路を制御することができ、サービス品質などの上位層の機能を提供できなければならない。
概要
本発明は、ネットワークの場所と役割に関係なく優れたパケット中継性能を発揮する多層分散ネットワーク要素(MLDNE)システムに関するものである。より具体的に述べると、本発明では、分散アーキテクチャを使用して、隣接するネットワーク要素および端局に透過的な小規模な同一のネットワーク要素サブシステムで構成される大規模なネットワーク要素システムを構築する。多層分散ネットワーク要素(MLDNE)は、サブネットワーク内およびサブネットワーク間で第2層のワイヤ・スピード性能を実現し、キューイング決定を第3層プロトコルおよびトポロジ情報、端局情報、および第2層トポロジ情報に基づいて行うことができる。
本発明のMLDNEは、内部リンクにより完全にメッシュ化され相互接続されている複数のネットワーク要素サブシステムを含む。それぞれのネットワーク要素サブシステムは、中継メモリおよび連想データ・メモリに結合されたスイッチング要素に含まれるハードウェア検索エンジンを備える。スイッチング要素は多数の内部ポートおよび外部ポートを備え、内部ポートは内部リンクを結合し、外部ポートはMLDNEの外部にある多数の接続を結合する。パケットは、この外部の接続を介してMLDNEによって隣接ノードおよび端局から受信され、また隣接ノードおよび端局に中継される。
中継メモリおよび連想メモリには、パケットを中継するために必要なエントリが格納される。中継メモリには、受信パケットの第2層ヘッダから取得したヘッダ・データを持つエントリが格納される。中継メモリはさらに、MLDNEのCPSによって受信パケットのヘッダと一致するように構成された第3層および第4層の情報も格納される。連想メモリは、サービス品質(QOS)情報とともに中継メモリ内のエントリと関連付けられているスイッチング要素の内部ポートと外部ポートを識別する。中継時に、受信パケットのヘッダを中継メモリ内のエントリと比較し、一致しているエントリを見つけだし、一致するエントリの関連データを使用して、パケットを宛先へ受け渡す。
中継メモリには、次の3つのグループで与えられるエントリ(第3層エントリ)のみが格納される:サブシステムの外部接続に直接接続されているMACアドレス、サブシステムの外部ポートと内部リンクとの間の第2層ブリッジ「交信」、およびMLDNEによって第3層/第4層エンド・ツー・エンド交信として定義されたフローと呼ばれるパケット列(第3層エントリ)。ただし、主に関係するのは、外部接続と接続するMACアドレスである。したがって、MLDNEアーキテクチャでは、中継メモリの必要な深さは、サブシステムの数とともには増えない。
中継メモリおよび連想メモリの設計では、複数のネットワーク要素サブシステム上に複製されている中継メモリ・エントリの数を最小限に抑えようとしている。こうすることで、メモリ・リソースを効率よく使用することができ、また中継決定を下す場所の数を最小限に抑えることでパケット中継を高速化することができる。さらに、分散アーキテクチャを採用することで、一方のネットワーク要素サブシステムが各スイッチング要素内の外部ポートと内部ポートの数や、MLDNEの外部でパケットを中継する際に使用する他のスイッチング要素の特定の外部ポートなど、他方のネットワーク要素サブシステムの詳細を知っている必要がなくなる。
MLDNE内のネットワーク要素サブシステムは各サブシステム内の内部ポートを結合する内部リンクにより完全に相互接続されメッシュ化されている。換言するならば、各サブシステムは少なくとも1つの内部リンクを介して他のサブシステムに直接接続される。このようにして、MLDNEによって中継されるパケットが遅延するのは高々2回、すなわち受入側ネットワーク要素サブシステムで1回目、そして送出側ネットワーク要素サブシステムで高々2回目の遅延である。
より中央に集中させた方法では、外部接続数を増やすと、中央の高性能中継メモリに必要な記憶容量も増えると予想される。しかし、本発明では、パケットを中継するためのヘッダ分類は主に、受入側サブシステムで行われるので、サブシステムを追加することで生じる必要メモリ領域の増大は各サブシステム自体の中継メモリにおいて吸収され、他のサブシステム内の他の中継メモリの深さを著しく増す必要がない。
さらに、外部接続を追加すると、中央中継メモリを備えるシステムの一致サイクル検索時間が長くなる。しかし、MLDNEによれば、追加された一致サイクル検索は、新規のサブシステム自体によって実行されるのみである。
MLDNEはさらに、中央メモリ(CM)を中央処理サブシステム(CPS)の一部として備える。CMは、中央処理装置によって制御され、保持され、個々の中継メモリのコピーを格納する。CPSとさまざまなネットワーク要素サブシステムの間の交信にはバスが使用される。各種のネットワーク要素サブシステム内の内部リンクとハードウェア検索エンジンのトポロジはCPSに認識されており、CPSはデータ・パケットが辿る内部リンク経由のパスを最適に定義し、2つのネットワーク要素サブシステムを結合する複数の内部リンクの間の望ましい静的負荷バランスをとることができる。
2つのサブシステムを経由してパケットを中継する場合、キューイング優先順位、タグ形式、経路制御とブリッジ、経路およびVLANヘッダ交換など、送出側サブシステムのポートを除くすべての中継属性は受入側サブシステムのヘッダ一致サイクルで決定される。上述のように中継メモリに関して記憶領域が効率的になる他に、このような方式は、キューイング、経路制御、およびポリシー決定に第3層および第4層の情報を使用し、その一方でトポロジ決定に第2層を使用するという有用なモデルを提供することもできる。
本発明の他の実施例では、フローをサポートしており、送出側サブシステムは、比較的堅牢な第2層の中継方式ではなく、第3層のキューイング、経路制御、およびポリシー情報に基づいてパケットを中継することができる。サブシステムのサービス品質マッピングを含む第3層機能は、各サブシステム内でハード配線によるロジック回路として実装されるので、第3層の一致サイクルに基づく中継は第2層一致サイクルを使用して中継する方法に速度の点で匹敵すると思われる。このような機能強化を行う代わりに、送出側サブシステムの中継メモリでは第3層追加エントリを使用することになる。
【図面の簡単な説明】
本発明の前記の側面と他の特長は、図、詳細な説明、および請求項を読むとよく理解することができる。
第1図は、本発明の多層分散ネットワーク要素(MLDNE)のネットワーク応用例の高レベルの図である。
第2図は、本発明の実施例によるMLDNEシステムのブロック図である。
第3図は、本発明の他の実施例によるMLDNEサブシステムの中継および連想メモリにおけるエントリの形式の例である。
第4図は、2つのサブシステムのみを備えるMLDNEの実施例のブロック図である。
第8A図は、本発明の一実施例で使用しているパケット構造の単純化されたブロック図である。
第8B図は、本発明によるパケットのヘッダ・フィールド交換の構造の図である。
発明の詳細な説明
図面に図示されているように、本発明を用いると、多数のノードと端局を様々な形で相互接続するために使用できるデバイスを定義することができる。たとえば、MLDNEの一応用例として、Ethernetリンクとも呼ばれる、IEEE802.3規格などの均質なデータ・リンク層でのパケットの交換がある。第1図は、MLDNEシステムが、外部接続を介してサーバおよびデスクトップ・ユニットとして表されているルータおよび多数の異なる端局を結合しているネットワーク内での本発明の使用法を示している。MLDNEシステムは、サーバとデスクトップ・ユニットの間の高性能通信とともに、従来のルータやブリッジを介する通信を実現することができる。したがって、本発明のMLDNEは多目的ネットワーク要素である。
好ましい実施例において、本発明の分散アーキテクチャは、Ethernet LAN規格およびMACデータ・リンク層でインターネット・プロトコル・スイート、具体的にはTCPおよびIP(それぞれ第4層および第3層)によりメッセージ・トラフィックを処理するように設計されている。ただし、当業者であれば、本発明のアーキテクチャを実装する他の特定の構造および方法も他のプロトコルを使えば実現できることを理解するであろう。
本発明のMLDNEは、分散されているネットワーク要素機能を持つ、すなわち、1つの機能の異なる部分が異なるMLDNEサブシステムによって実行される。これらのネットワーク要素の機能には、中継、学習、キューイング、およびバッファリングが含まれる。以下の説明と第2図からわかるように、MLDNEはそのアーキテクチャがスケーラブルであって、外部接続数を増やす方法でサブシステム210の数を簡単に増やすことができるため、周辺のネットワーク環境を自在に定義することが可能である。
MLDNE201の実施例は、図2でブロック図形式により示されている。多数のMLDNEサブシステム210が多数の内部リンク241を使用して完全にメッシュ化され相互接続されて、1つの大きなネットワーク要素を構成する。それぞれのMLDNEサブシステム210は、好ましくは現代的な集積回路製造技術で生産するうえで費用効果のある最大の非ブロッキング・スイッチング・ユニットとして定義される。
それぞれのMLDNEサブシステム210には、第3図に示されているように、サブシステム210が受信するパケットのヘッダ部分との一致を調べるために使用されるタイプ2およびタイプ1のエントリとして配列されている選択されたヘッダ・データを格納する中継メモリ213が備えられている。第3図に示されている好ましい実施例において、タイプ2のエントリ321は第3層および第4層の情報を含み、タイプ1のエントリ301は第2層の情報を含む。中継メモリ213は、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)である連想メモリにインデックスを付けるコンテント・アドレッサブル・メモリ(CAM)として実装するのが好ましい。もちろん、異なるサブシステム内の中継メモリ213および/または連想メモリは、単一のハードウェア構造として実装することができる。外部接続217をインタフェースする多数の外部ポート(図示せず)を使用して、第1図に示されているようなMLDNEの外部にあるノードと端局、すなわちデスクトップ、サーバ、およびブリッジやルータなどのパケット交換要素と接続する。MLDNEサブシステム内の内部ポートは、内部リンクを結合し、どの2つのサブシステムも少なくとも1つの内部リンクを共有する。
好ましい実施例において、外部ポートと内部ポートはスイッチング要素211内にある。MLDNE201はさらに、周辺要素相互接続(Peripheral Components Interconnect:PCI)バスなどの通信バス251を介して個々のサブシステム210に結合されている中央処理システム(CPS)260を備える。CPSと個々のサブシステムとの交信は、以下に述べるように、MLDNEを介してトラフィックの大部分を中継するために通常CPSに依存していないため、サブシステム間の内部リンクほど高速性や信頼性を必要としない。むしろ、CPSはエントリおよび関連データをそれぞれ中継メモリと連想メモリに追加するのに使用されるのが普通である。
CPS260は、CM263および他のメモリ(図示せず)に結合されている中央処理装置(CPU)261を備える。CM263は、さまざまなサブシステムの個別中継メモリ213に格納されているエントリのコピーを格納する。CPSは、各MLDNEサブシステム210への直接制御と通信インタフェースを有する。しかし、パケット処理でのCPS260の役割には、各サブシステム内のパケット・バッファなどのデータ・パス・リソースをセットアップする作業、中継メモリ内のタイプ2のエントリを入力し、管理する作業、サブシステムによって、またサブシステム間で定期的に処理することができないオプションを持つ経路制御などの他の特別の場合が含まれる。
CM263は個々の中継メモリ内のデータのコピーを格納するが、CPSとCMは各サブシステム内のハード配線されたスイッチング・ロジックで実現できる速度でパケットを中継するように設計される必要はないため、CMの性能に関する要件は個々の中継メモリの場合に比べてそれほど厳格ではない。
内部リンク241は、外部接続217よりも高速に動作するように構成することができるが、たとえば、サーバと接続したい場合に高速なリンクとしても構成できる外部接続もある。個々のサブシステムを相互接続するために使用される内部リンク241は、中継するパケットのコピーや、個々のサブシステムが中継動作を完了する、経路を使用可能にする、出力キュー内の優先順位を設定する、第3層処理指令でサブネット内の第2層交信を機能強化するといった作業を行うのを支援する通知信号を伝送するように設計されている。
処理速度を上げるため、それぞれのスイッチング要素211は、以下に説明するサブシステムの機能の大半を実行する特定用途向け集積回路(ASIC)で実装するのが好ましい。多層機能は、外部接続217に接続されているスイッチング要素の外部ポートまたは内部リンク241に接続されている内部ポートを介してサブシステム210が受信するパケットに対して動作する。
以下の説明に照らし合わせると理解されるように、それぞれのネットワーク要素サブシステム210はスイッチング要素の1つ以上の内部ポートまたは外部ポートに直接着信パケットを振り向けるように構成されている。パケットが中継メモリ内のエントリに一致し、中継できる場合、すなわち異なるサブシステムを通過することなくMLDNE201上を伝送できる(パケットのヘッダと一致し、連想メモリ内でデータが関連付けられている中継メモリ内のエントリに基づいて)場合、パケットは内部リンク241のいずれにも送信されない。そのような状況では、連想メモリ214により、パケットを中継するための外部ポートのみが識別される。
他方、内部ポートを介してパケットの宛先に到達することが一致するエントリの関連データによって示される場合、パケットは識別された入力ポートと接続する内部リンク241で他のサブシステムに送信される。パケット・ヘッダが中継メモリ内のエントリと一致しないと、受入側サブシステムのすべての内部および外部ポート上でパケットが「溢れる」。CPSはある意味で、中継メモリと連想メモリ内の多層ヘッダ情報に基づいてサブシステム自身のハードウェアでそのような中継の決定を下すようそれぞれのサブシステムに教示し、中継速度を上げる。ネットワーク要素サブシステム間に完全メッシュ化された相互接続を行うと、少なくとも1つの独立した内部リンクが2つのサブシステムを直接接続する場合、高々2つのサブシステムを横切ることでMLDNE201を介してパケットが受信され、中継される可能性のあることがわかる。
学習
ブリッジなどのネットワーク要素の従来の発信元アドレス学習機能は、MLDNE201のさまざまなサブシステム間に分散されている。MLDNE201内の分散トポロジはCPS260に知られているので、従来の第2層学習機能はそれぞれのサブシステム210に制限される。すなわち、受信パケットの発信元アドレスは受入側サブシステムのみが学習する。
この一意的な学習機能は、内部ポートに関して外部ポートと異なる動作を示すようにサブシステム210を定義することによって促進もされる。個々のサブシステムは、内部リンクにより到着したパケットと外部ポートにより到着したパケットとを別々に処理しなければならないことを認識するように構成される。たとえば、パケットの発信元アドレスがすでに他のサブシステム(受入側サブシステム)によって学習済みであることから、内部ポートによって着信するパケットの第2層発信元アドレスの学習はない。さらに、内部ポートはスパニング・ツリー・プロトコルに参加しない。
サブシステムによって新しい発信元アドレスが学習されている場合、新しい発信元と通知側サブシステムの素性についてどれがCMを更新するかということをCPSに知らせる。これにより、通知側サブシステムを介してその第2層アドレスに割り当てられている端局またはノードに到達できることをCPSに通知する。
MLDNEは、さらに第2層トポロジの変更を検出するように構成することもできる。アドレスがMLDNEによって学習されている固定された第2層アドレスを持つ端局が論理的または物理的にMLDNEの一方の外部接続から他の外部接続に移動された場合、どうにかして古いほうの学習済みエントリを識別し、中継メモリから除去する必要がある。MACアドレス(外部接続に接続されている)を論理的または物理的に一方のサブシステムから他方のサブシステムに移動した場合、CPSは新しい場所を通知された後、旧エントリを削除する。
中継
サブシステム210の内部ポートと外部ポートに関する上述の学習動作では、内部ポートによって到着したパケットは外部ポートを通してしか中継されず、同じサブシステムの他の内部ポートへもCPSへも中継されないので、各サブシステムを介してループのない中継が可能になる。さらに、CPS260はCM263で組み合わされている個々の中継メモリ213についての大域的ビューを使用してサブシステム間のパケットの転送を制御するように構成されるため、サブシステムは内部ポートから発信元アドレスを学習しないという要求条件は中継動作に悪影響を及ぼさない。
タイプ1のエントリ(本発明の実施例についてはパケットのMAC宛先アドレスを含む)またはタイプ2のエントリの検索に基づいて中継する場合、各サブシステム210は中継メモリ213および連想メモリ214を使用してパケットを中継するのに必要な情報を識別しようとする。しかし、パケットがサブシステムに到着すると、タイプ1とタイプ2の両方の一致サイクルが開始されるのが普通であり、一般にこの2つの動作は独立して行われる。スイッチング要素211のヘッダ一致ハードウェアは、パケットをどのように中継するかを示す結果を返す(一致するタイプ1のエントリまたは一致するタイプ2のエントリを使用する)。その結果は、受信ヘッダ、到着ポート、中継メモリ内のエントリ、CPSによってプログラムされた優先順位および中継制約など、追加の第3層および第4層フロー固有の属性のうちの1つ以上の関数となる。
中継メモリおよび連想メモリ
MLDNE201の分散アーキテクチャにおける中継と学習について概要を説明してきたが、第3図に示されているエントリの例とともに、中継メモリと連想メモリの役割をさらに詳しく見てみることにする。中継メモリおよび連想メモリは、連想メモリ内の中継情報を中継メモリ内のエントリの第2層、第3層、および第4層のフィールドの組み合わせと関連付けるように構成されている。タイプ2のエントリ321は通常、ヘッダ・クラス・フィールド323および、たとえばインターネット・プロトコル(IP)宛先と発信元アドレス325および327、伝送制御プロトコル(TCP)発信元と宛先ポート333および335をはじめとするアドレス依存部分を含む。ヘッダ・クラスは、エントリのタイプを識別し、パケットの受信に応答して各サブシステム・スイッチング要素内のプログラム可能でアドレス独立なクラス・フィルタによって生成される。ヘッダ・クラスを使用することで、同じ中継メモリ・フィールドを別々に使用しているクラス同士が誤って一致することがなくなり、アドレス独立パラメータに基づいてエントリを識別することができる。
各サブシステム210の中継メモリ213には、次のエントリが含まれる。
・ タイプ1のエントリ301によって示されている、外部接続217を介してMLDNE201に到着したパケットの学習済みのすべての第2層発信元アドレス。
・ 第2層のエントリ301によっても示されている、外部接続217の1つを通してMLDNE201に到着し、他のサブシステムの外部ポートを通して中継されるパケットの宛先アドレスと突き合わせるための第2層「宛先」アドレス。学習済みの第2層エントリとは対照的に、これらはCPSからのコマンドとCPSによる決定に応答して入力される。これらの第2層「宛先」アドレス・エントリは、CPSによる設定に従いユニキャストか、またはマルチキャストのいずれかである。
・ 第3層エントリ321によって示されている、外部接続117の1つを通してMLDNE201に到着したフローに対するヘッダ・クラスおよびアドレス依存の第3層および第4層のヘッダ位置。パケットのフローにおけるメンバ関係は、後述のように、CPSによって決定される。
中継メモリ213の各エントリは、連想メモリ214のエントリと関連付けられている。中継メモリ内のエントリとの一致がある場合、連想メモリ214内のエントリへのポインタにより、スイッチング要素はパケットを中継するための外部または内部ポートなどの中継情報を取得することができる。連想メモリのエントリには、次のフィールドのうち1つ以上が含まれる。
・ サブシステム・ポート・フィールド−受信パケットを中継する際に使用しなければならないサブシステムのポートを含むフィールド。学習済みタイプ1のエントリ301については、フィールド347は到着外部ポートを識別するが、CPSによって作成されるタイプ1のエントリについては、フィールド347は1つ以上の内部ポートおよび外部ポートを識別する。同様に、サブシステム・ポート・フィールド347はタイプ2のエントリ321の関連データとして使用するときに内部ポートおよび外部ポートの両方を含むことができる。
・ 優先順位フィールド345−パケットの優先順位タグ付けおよび優先順位キューイングに使用するフィールド。内部リンク241を介してサブシステム間で受け渡される情報には、送信された各パケットとともにそのような一組の優先順位ビットを入れることができる。分散フローでは、この優先順位情報はパケットのキューイングのため送出側サブシステムの連想メモリから直接取り出すことができる。
・ 古くなった発信元フィールド344−CPSでは1ビットを使用して、エントリが古くなったという理由で対応するエントリを削除すべきかどうかを判別する。学習済みタイプ1のエントリ301で使用した場合、一般に、このビットを使用してIEEE802.1dアドレス・エージングを実装する。
・ 古くなった宛先フィールド343−CPSでは1ビットを使用して、アドレス表内で最近アクティブであったタイプ1またはタイプ2のエントリ(フローを含む)と古くなっており、削除しなければならないものとを判別する。さらに、2つのサブシステムが複数の内部リンクによって結合されている場合、このビットを使用して負荷のバランスをとることができる。CPSがエントリのエージングを行うのを支援するためにフロー・エントリが一致するごとにフロー・エントリの経過期間フィールド(連想メモリ214内の古くなった宛先フィールド343)を更新するためにサブシステムを使用する。
・ 分散フロー・フィールド349−内部リンク241によりこのビット1つを受入側サブシステム210から送出側サブシステムへ受け渡し、送出側サブシステムで使用している一致サイクルのタイプ(タイプ1またはタイプ2)を制御する。通常の使用では、タイプ1のサイクルを送出側サブシステムで使用するように、ビットが設定される。
中継メモリおよび連想メモリ213および214内のタイプ1のエントリおよび関連データは次のように処理される。
タイプ1のエントリ301とその関連するデータの一部は、通常サブシステム210によって自動的に学習され、CPS260の介入を必要としない。しかし、MLDNEは、オプションで、CPSが中継メモリおよび連想メモリへのそのような変更を許可できるように設定することができる。
学習済みタイプ1のエントリ301では、サブシステム・ポート・フィールド347および経過期間フィールド344が、パケットの到着の外部ポートを指定し、最近受信したパケットのヘッダとエントリ301が一致しているかどうかを示す連想メモリ214内にある。
同様に、CPSによって作成されたタイプ1「宛先」エントリ301およびその関連データは、学習済みエントリ301と同じ形式である。受入側サブシステム210から「ミス」通知を受け取ったことに対する応答によりCPS260はCM263からタイプ1「宛先」アドレス・フィールド313に書き込む。受信したパケット(外部ポートに到着)の第2層宛先アドレスを含む、ヘッダ部分が中継メモリ内のタイプ1のエントリと一致しなかったせいでミス通知が発生している。
宛先がサブシステム210によって知られていない受信パケット、すなわち中継メモリ213内でタイプ1のエントリ301とのヘッダの不一致になっている受信パケットは、すべての内部ポートと、到着のポート以外のすべての外部ポートと、CPS260に対して溢れる。サブシステムによるこのような溢れ動作は、未知の第2層宛先アドレスを持つパケットが受信されるごとに、CPS260が中継メモリ213内の一致する「宛先」エントリ301をプログラムするか、または宛先アドレスがサブシステムによって外部ポートでのパケットの受信に応答して発信元アドレス303として学習されるまで継続する。
分散中継方式の例
次に第4図に示されているようにサブシステム410および420の2つしかないMLDNE201に関して本発明の第2層分散中継の側面を例を用いて詳述する。
第1のパケットを受入側サブシステム410が外部ポートE1を通してノードまたは端局Aから受信すると、パケットの第2層発信元アドレスが不明な場合、あるいは発信元アドレスが到着のポート以外のポートを発信元アドレスに関連付けているエントリ内に存在している場合に、学習動作が発生する。第2層アドレスおよびパケットがMLDNEに到着する際に通る対応するサブシステムとしてCM内に複製されているこの新たに学習されたヘッダ・エントリをCPS460に通知する。
宛先アドレスを含む第1のパケットのヘッダとタイプ1のエントリ301との間に一致がある場合、そのパケットは連想メモリ414で識別されているポートを通じて中継される。識別されているポートが到着のポート(E1)であれば、第1のパケットは単に破棄されるか、あるいは無視されるだけである。
他方、パケットの宛先アドレスとタイプ1のエントリ301との間に一致がなければ、パケットはCPS、E2、E3(E1ではなく)、およびI1またはI2を含むサブシステム410のすべてのポートで溢れる。CPSには、このミスが通知され、第1のパケットのヘッダを受信する。さらに、別のバス451を使用してCPS460と通信していることから通知されるCPSとは無関係にハードウェアでの溢れが生じる。
CPS460はサブシステム410における第1のパケットのミスの通知を受信したときにその応答として第1のパケットの第2層宛先アドレスと一致する第2層アドレスについてCMをチェックする。CMは、それぞれの中継メモリを格納する特定のサブシステムを識別する情報とともに、中継メモリ413および423のそれぞれでタイプ1のエントリ301のアドレス313を含む第2層ヘッダ・データのコピーを保持する。したがって、CPSはサブシステムが学習したすべての第2層発信元アドレスを知っていることになる。
CMの第2層アドレスが第1のパケットの第2層宛先アドレスと一致する場合、CPSは一致している第2層アドレスをCMから中継メモリ413に新しいタイプ1「宛先」エントリ301としてコピーする。さらに、ポートでサブシステム420がリンクされるので、CPSは新しいエントリのサブシステム・ポート・フィールド317をI1またはI2として識別する。この2つのサブシステムの例では、CM内の一致する第2層アドレスは、受入側サブシステム410の中継メモリ413内に見つからなかったため、すでにサブシステム420によって学習されていなければならない。第1のパケットの宛先がBだと仮定すると、サブシステム410を介してMLDNEに到着し、Bを宛先とするその後のパケットは、内部リンク441または442上でハードウェア内に中継されることになる。
そこで、第2のパケットがサブシステム410に到着したが、このときには内部リンク441または442を使用していると仮定する。第2のパケットは他のサブシステム、この例では、サブシステム420によって送信されている。第2のパケットは内部リンクを通じて到着したため、サブシステム410では学習は行われない。中継メモリ413内で第2のパケットのヘッダ(第2層宛先アドレスを含む)とタイプ1のエントリ301とのタイプ1の一致があった場合、第2のパケットは連想メモリ414で識別されている外部ポートを介して中継される。パケットは内部リンクによって到着するので、第2のパケットは、外部ポートのみで中継されることに注意されたい。
タイプ1のエントリ301との一致がない場合、第2のパケットはサブシステム410のすべての外部ポートに溢れ、内部ポートには溢れない。パケットは内部リンクによって到着したので、CPSはこの「ミス」の通知を受けない。
したがって本発明の上の説明では、タイプ1のエントリ301および関連するデータを中継メモリおよび連想メモリに書き込む方法を説明している。
フロー
上の説明では、タイプ1(第2層)フレームワークでMLDNE201の中継機能に注目した。しかし、本発明の分散アーキテクチャは、この実施例において、第3層と第4層の情報を含む第2のタイプのエントリに基づく中継もサポートしている。特に、本発明の他の実施例では、ネットワーク要素が第3層および第4層のヘッダ内のエンド・ツー・エンド情報に基づいて一連の関係するパケットを中継することができる。
フローは、MLDNE201および稼働している端局内にプログラムされ、サポートされている第3層および第4層の機能を利用できる同じサブネット内の端局同士の間の交信として定義される。したがって、フローは一様な適切に定義されたサービス要件を持つ固定された第3層端局の間で伝送されるパケットの列である。MLDNE201の目的の1つは、ハードウェア内のこのようなパケット列を(ブリッジ同様の速度で)交換する一方で、サービス制御のパス(経路制御)とクラスを使用できるようにすることである。
フローがサブネット(論理的または物理的に定義されている)に制限されている場合、フロー・パケットを宛先に中継するのに、経路制御プロトコルは不要である。もちろん、サブネットは、外部接続のグループが単一のサブネットとして定義されていると認識するようにMLDNE201の関連するサブシステムを構成することにより、予め定義済みである。サブネットはさらに複数のサブシステムを横断する形で、仮想LAN(VLAN)を論理的に定義することもできる。MLDNEに対するVLAN機能の付加については、以下の節で説明する。
各スイッチング要素で実装されているクラス・フィルタなどのハードウェア・メカニズムは、トラフィックの簡単な観察(アプリケーションも端局も変更なし)に基づくか、または従来技術で知られている手法によるRSVPタイプの信号送受信方式を使用して、潜在的パケットをフローのメンバとして識別するようにプログラムすることができる。フローのターゲットとなるパケット・クラスの例として、TCPおよびUDPの非フラグメンテーション、パケットがある。それぞれのサブシステム内のクラス・フィルタは、そのようなパケットを受信した後タイプ2の一致サイクル検索を開始するようにプログラムされている。
クラス・フィルタによって潜在的フロー候補として識別されると、中継メモリ213のタイプ2の検索が実行され、一致するタイプ2のエントリ321を探すことになる。そのような一致するエントリがない場合、パケットまたはそのヘッダのみがCPS260に送信され、CPSはそれに応答して中継メモリ213内にタイプ2のエントリをインストールするかどうかを決定する。ネットワーク要素の予め設定されているポリシーにより、クラス・フィルタおよびCPS意志決定において、CPSに送信するのがヘッダなのか、パケット全体なのか、それとも何も送信しないのかが決定される。これは、中継メモリ内のエントリごとに、またクラス・フィルタ内のクラスごとに、設定可能である。
受入側サブシステムにおいてCPSによって作成されたタイプ2のエントリ321は、たとえばIP発信元アドレス・フィールド325およびIP宛先アドレス・フィールド327を含む、フロー内に将来のパケットを取り込むために希望する粒度レベルを定義するエントリをフローの一種として識別するヘッダ・クラス・フィールド321をヘッダ・データの他に持つ。
フロー・エントリのクラスと一致し、タイプ2のエントリ自体とも一致する(Protocol Version、Protocol、Network Layer Source、Network Layer Destination、Application Source Port、およびApplication Destination Portなどの、ヘッダ内の情報に基づいて)後から受信したパケットは、一般に、中継されるが、一致するタイプ2のエントリの関連データで指定されているとおりのQOS処理も受ける。QOS情報は、送出側サブシステムが受入側サブシステムと異なる場合に内部リンクで受け渡される。たとえば、受信パケットのヘッダ内のTCP発信元および宛先ポート情報を使用して、異なる優先順位レベルでの通信を望む2つのトランスポート・プロトコル・クライアントを区別することができる。MLDNEでは、各パケットの上位層(第3層および第4層)ヘッダ内に見つかったQOS情報をもとにそのようなパケットを処理し、さらに複数のタイプ2のエントリを同じ端局の間でパケット列に割り当てることができる。
タイプ2一致サイクルの後に、一致するタイプ2のエントリが受入側サブシステムの中継メモリ内に存在していない場合、パケットはサービス品質のマッピングなしで第2層においてブリッジするか、またはそのクラスの既定値として指定されているサービス品質で第2層においてブリッジするか、またはCPS260のソフトウェアに基づいて中継のためCPSに送るかのいずれかが可能である。このような既定の動作は、MLDNE201のすべてのパケット・クラスに対しプログラム可能である。
分散フロー
本発明のMLDNEにおけるフローの取り扱いは、後述のように分散方式で行うことができる。新しいパケットがクラス・フィルタによって潜在的フロー候補と識別されると、CPSに、フロー・エントリをセットアップするかどうかを決定するパケットのヘッダが送られる。CPSによる決定に従い、フロー・エントリが作成されていればそのフロー・エントリのサブシステム・ポート・フィールド347は、第3層の宛先に導かれる、サブシステムの適切な内部または外部中継ポートを反映する。
受入側サブシステム以外のサブシステムを通じて第3層の宛先に到達する場合、タイプ2のエントリを宛先の異なる環境に対応できる別の送出側サブシステム内に(受入側サブシステムのタイプ2のエントリに加えて)作成するようにCPSに指示することができる。このシナリオでは、CPSは受入側サブシステムのタイプ2のエントリと関連して分散フロー(DF)ビット349を設定する。新しいパケットが受入側サブシステムのタイプ2のエントリと一致したときに、内部リンクでDFビットが送出側サブシステムに受け渡される。DFビットがセットされると、タイプ2の検索が別の送出側サブシステムによって強制的に実行される。送出側サブシステム内の一致するタイプ2のエントリに対する関連するデータは通常、パケットとともに内部リンクで受信したQOSをオーバーライドする、キューイング優先順位フィールド345などのフローに対するサービスの品質を反映する。
受入側サブシステムでフローと一致する後続のパケットを受信すると、パケットは、フロー・エントリの関連データで指定されているポートを介して中継される。ポートが内部ポートであれば、パケットに加えてDFビットも内部リンク241で送信される。送出側サブシステムはパケットを受信し、内部リンク上でセットされているDFビットを認識し、応答として、自分の中継メモリ内のタイプ2のエントリとパケットとを一致させようとするが、そのエントリはすでに上記のようにCPSによって作成されている。このタイプ2の検索に使用するクラスは、送出側サブシステムのヘッダ一致機能によって決定される。送出側サブシステム220内の一致するタイプ2のエントリが存在しており、タイプ1の結果に依存するべきではない、すなわちタイプ2の一致サイクル・ミスがあってはならない。その後、パケットは一致するタイプ2のエントリの関連データで識別されている送出側サブシステムの外部ポートを通じてパケットの第3層宛先に中継される。
MLDNEはさらに、送出側サブシステム内のタイプ2のエントリによって、パケットのコピーを中継するために使用する連想メモリで識別されている1つ以上の外部ポートと関連するマルチキャスト宛先アドレスが指定されるマルチキャスト宛先アドレスを持つパケットに対応するように構成することも可能である。さらに、本発明の分散フロー構造を使用すると、宛先の異なる環境についてもマルチキャスト・パケットに対応できる。タイプ2のエントリは、それぞれの外部ポートのforce_beビットを含む関連データを指している。このビットを使用すると、他の外部ポートのサービス特性に影響を及ぼすことなく、対応する外部ポートにおいてパケットを最低優先順位でキューに入れることができる。これらのビットは、各タイプ2のエントリ321に対応して、別の送出側サブシステムの連想メモリ内でCPSによってセットされる。
それとは別に、受入側サブシステムで行った決定に基づき同質の受信者優先順位をサポートするようにMLDNEエントリを構成することもできる。送出側サブシステムの外部ポートでフロー・パケットをキューに入れるための優先順位フィールド345などの、QOS情報は、通常、受入側サブシステムから内部リンクを介して送出側サブシステムに受け渡される。しかし、上記のように、DF構造により、CPSはパケットとともに内部リンクで送出された優先順位をオーバーライドするように送出側サブシステム内のタイプ2のエントリを設定することができる。
VLAN
MLDNEの他の実施例では、たとえば、IEEE802.1Q for 802.3およびEthernetパケットで定義されている仮想LANの概念を使用して、位置と無関係な方法により端局へのLANブリッジ機能をサポートしている。このようなVLANをサポートする端局が送信するパケットは、VLAN識別子(VID)フィールドで「タグ付け」された第2層ヘッダを持つ。
MLDNEは、そのように設定されている場合には、内部リンクと適切な外部接続とで通信する際にそのようなVLANタグも使用する。それぞれの外部ポートに対し、受信したタグなしパケットにタグを付けるために使用されるVIDを割り当てることができる。パケットのVIDにより、パケットのブロードキャスト・ドメインが識別される。VLAN使用可能なMLDNEに対し、ブロードキャストである、あるいはVLANごとに不明な第2層宛先アドレスを持つパケットを中継する方法を指示する。マスク・パー・ビット・コンテント・アドレッサブル・メモリ(CAM)を使用してVLAN使用可能なMLDNEの中継メモリを実装する場合、与えられたVLANについてすべてのブロードキャスト・パケットおよび不明なユニキャスト・パケットと一致する1つのエントリをサポートされているVLANごとに中継メモリに追加しなければならない。エントリ301の第2層アドレス・フィールド313がワイルドカードが使用できる場合にこのような一致が発生する。一致するエントリはVIDを指定するが、関連データはVLANを定義するポートを識別し、不明な第2層宛先を持つパケットはブロードキャスト・ドメイン、すなわちパケットで指定されたVLANにのみ溢れる。
MLDNEでVLAN機能を無効にするには、中継メモリ内のすべてのタイプ1のエントリ301でVIDフィールド303にワイルドカードを使用するか、またはすべてのエントリでVIDフィールド303に対し一定で同一の値を設定して、一定の値を持つすべての着信パケットにタグを付けるようにすべての外部ポートを設定する。
以上をまとめると、MLDNE201の分散方式は、サブシステムを追加していくことで外部接続数を簡単に増やせるスケーラブルなアーキテクチャを実現するということである。さらに重要なのは、外部接続数の増加に合わせてエントリを追加していくのに、それぞれのサブシステム内の高性能ではあるが、高価なハード配線ロジック回路である中継メモリ213を大々的に増設する必要がないという点である。それぞれのサブシステムは、自分の外部接続と内部接続に関係する情報を格納するためだけに中継メモリを使用するため、中継メモリの容量をMLDNEサブシステムの製造時に予め設定することができる。中継メモリ213の深さを定義する際の支配的要因は接続217の外部リンクに直接接続されているMACアドレスの数なので、MLDNE201で使用するサブシステムの数を増やしても、それぞれの個別中継メモリに必要な記憶容量はわずかの影響しか受けない。
例として上で説明したMLDNEの実施例には、もちろん、当業者の能力の範囲内で構造および実装にさまざまなバリエーションのあることがわかる。したがって、以上の述べた詳細は、説明を目的とするものと解釈すべきであって、制限することを目的とするものと解釈すべきではない。
Claims (23)
- 内部リンクによって結合された独立の第1のサブシステムと第2のサブシステムを備え、ノード間でパケットを受信し、中継するための多層分散ネットワーク要素であって、第1のサブシステムと第2のサブシステムがそれぞれ第1の中継メモリと第2の中継メモリを備える、多層分散ネットワーク要素において、パケットを中継するための方法であって、
宛先アドレスを含む第1のヘッダ部分を有するパケットを第1のサブシステムによって受信するステップと、
第1のヘッダ部分の宛先アドレスと一致する第1のエントリを第1の中継メモリ内で検索するステップと、第1のヘッダ部分の宛先アドレスと第1のエントリとが一致したことに応答して、そしてパケットの宛先アドレスを変更しないで、内部リンクを介して第2のサブシステムにパケットを送信するステップと、
第1のヘッダ部分が第2の中継メモリの第2のエントリに一致する宛先アドレスを含むのに応答して、第1のヘッダ部分で指定された宛先アドレスにパケットを中継するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 第1のヘッダ部分に第2層宛先アドレスが含まれることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 第1のエントリが第1のサブシステムでパケットを受信する前に第2のサブシステムによって学習され、そして第1の中継メモリにコピーされた第2層アドレスを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 第2のエントリが第1のサブシステムでパケットを受信する前に第2のサブシステムによって学習された第2層アドレスを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 内部リンクで結合された第1のサブシステムと第2のサブシステムを備え、ノード間でパケットを受信し、中継するための多層分散ネットワーク要素であって、第1のサブシステムと第2のサブシステムがそれぞれ第1の中継メモリと第2の中継メモリを備える、多層分散ネットワーク要素において、パケットを中継するための方法であって、
第1のサブシステムによってパケットを受信するステップであって、パケットに第2のヘッダ部分があり、第2のヘッダ部分にネットワーク層の宛先アドレスが含まれるステップと、
第2のヘッダ部分と一致するタイプ2のエントリを第1の中継メモリ内で検索するステップと、
タイプ2のエントリが第1のヘッダ部分と一致したことに応答して内部リンクを介して第2のサブシステムにパケットを制御信号を送信するステップであって、制御信号がタイプ2のエントリと関連してキューイング優先順位を設定する、ステップと、
制御信号によってセットされたキューイング優先順位にしたがって、前記第2のヘッダ部分で指定された宛先アドレスに第2のサブシステムからパケットを中継するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - さらに、パケットと制御信号を送信するステップが、第2のサブシステムに第2の制御信号を送信し、さらに第2の制御信号を受信したことに応答して第2のヘッダ部分と一致するタイプ2のエントリを第2の中継メモリ内で検索するステップを含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- ノードを相互接続する多層分散ネットワーク要素であって、
第1の中継メモリを備える第1のサブシステムであって、パケットの第1のヘッダ部分と一致する第1のエントリを第1の中継メモリ内で検索するように設定されている第1のサブシステムと、
第2の中継メモリを備える第2のサブシステムと、
第1のサブシステムから第2のサブシステムにパケットおよび制御情報を受け渡すための第1のサブシステムと第2のサブシステムを結合する内部リンクとを備える多層分散ネットワーク要素において、
第1のサブシステムは、第1のエントリが宛先アドレスを含んでいる第1のヘッダ部分と一致したことに応答して、パケットの第2層宛先アドレスを変更しないでパケットを第2のサブシステムに内部リンクを介して送信するように設定され、そして
第2のサブシステムは、第2の中継メモリの第2のエントリがパケットの第1のヘッダ部分の宛先アドレスと一致したことに応答して、第1のヘッダ部分で指定された宛先アドレスにパケットを中継するように設定されている、
ことを特徴とする多層分散ネットワーク要素。 - 第1のヘッダ部分が第2層宛先アドレスを含むことを特徴とする、請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第2のサブシステムによって学習され、第1のサブシステムによってパケットが受信される前に第1のエントリにコピーされる、第2層アドレスを第1のエントリが含むことを特徴とする請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第1のサブシステムによってパケットが受信される前に第2のサブシステムによって学習されている第2層アドレスを第2のエントリが含むことを特徴とする、請求項9に記載の多層分散ネットワーク要素。
- さらに中央メモリ(CM)を含む中央処理システム(CPS)を備え、CPSはそれぞれのサブシステムに結合され、中央メモリ内で発信元アドレスのコピーを発見したことに応答して第1の中継メモリのエントリに、第2のサブシステムによって学習されている発信元アドレスを格納するように設定されていることを特徴とする、請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第1のサブシステムが第1の連想メモリおよび内部リンクを結合する内部ポートを備え、第1の連想メモリは第1の内部ポートを識別するポート値を格納し、第1のサブシステムは中継メモリ内の第1のエントリとポート値とを関連付けるように設定されていることを特徴とする、請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第1のサブシステムがさらに、第1のヘッダ部分の宛先アドレスと一致するエントリが第1の中継メモリ内になかったことに応答して予め定義されているサブネットにパケットを溢れさせるように設定されていることを特徴とする、請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第1のサブシステムがさらに、第1の中継メモリ内の第3のエントリがパケットの第2のヘッダ部分と一致したことに応答して第2のサブシステムにパケットを送信するように構成され、
第2のヘッダ部分が第1のヘッダ部分の宛先アドレスから分離されるネットワーク層宛先アドレスを含み、
第2のサブシステムがさらに、第2のヘッダ部分で指定された宛先アドレスにパケットを中継するように構成されている、
ことを特徴とする、請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。 - 第2のサブシステムがさらに、第2の中継メモリ内の第4のエントリとパケットの第2のヘッダ部分とが一致したことに応答して第2のヘッダ部分で指定されている宛先にパケットを中継するように設定されていることを特徴とする、請求項14に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第2のサブシステムがさらに、パケットと第1の制御信号を第1のサブシステムから受信したことに応答して、パケットの第2のヘッダ部分と一致するエントリについて第2の中継メモリ内で検索を実行するように設定されていることを特徴とする、請求項14に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第2のサブシステムが、第1のサブシステムから受信したサービス品質(QOS)情報に従ってパケットを中継するように設定され、QOS情報は第1のサブシステム内の第3のエントリと関連付けられていることを特徴とする、請求項14に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 第2のサブシステムがさらに、第2のQOS情報を第4のエントリと関連付けるように設定され、この第2のQOS情報によって第1のサブシステムから受信したQOS情報がオーバーライドされることを特徴とする、請求項15に記載の多層分散ネットワーク要素。
- 中央メモリ(CM)を有する中央処理システム(CPS)であって、
中央処理システム(CPS)が各サブシステムに結合され、そして第1及び第2のサブシステムによって学習された全てのソース・アドレスで構成され、そして
パケットの宛先アドレスが第1の中継メモリのどのエントリにも一致しないが第2のソース・アドレスに一致する、という第1のサブシステムからの通知に応答して、第2のサブシステムによって学習されたソース・アドレスを第1の中継メモリのエントリに記憶させるように構成されている、
中央処理システム(CPS)
をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。 - 中央メモリ(CM)を有する中央処理システム(CPS)であって、
中央処理システム(CPS)が、各サブシステムに結合され、そして第1及び第2のサブシステムによって学習された全てのソース・アドレスで構成され、そして
パケットの宛先アドレスが第1の中継メモリのどのエントリにも一致しないが第2のソース・アドレスに一致する、という第1のサブシステムからの通知に応答して、第2のサブシステムによって学習されたソース・アドレスを第1の中継メモリのエントリに記憶させるように構成されている、
中央処理システム(CPS)
をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - フロー優先順位が第2のサブシステムのタイプ2のエントリと関連しており、そして第2のサブシステムからパケットを中継するステップが、第2のヘッダ部分に一致するタイプ2のエントリに応答して、キューイング優先順位よりもむしろフロー優先順位にしたがって、パケットが第2のサブシステムから中継されるステップである、
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 各サブシステムが複数の外部ポート及び少なくとも1つの内部ポートを有し、内部ポートは内部リンクに接続しており、そして外部ポートは他のノードに接続しており、そして
第1のサブシステムの外部ポートの1つに到着するパケットであって、第1のヘッダ部分の宛先アドレスが第1の中継メモリのどのエントリとも一致しない、パケットが、到着ポートを除いて、外部ポート全て及び少なくとも1つの内部ポートににあふれている、
ことを特徴とする請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。 - 各サブシステムが分離したICの部分として実装される、
ことを特徴とする請求項7に記載の多層分散ネットワーク要素。
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