JP4111974B2 - 送信主導型フロー制御装置 - Google Patents
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Description
フロー制御の種類としては、受信側の状態(例えば、データ蓄積状態など)を自己監視し、受信側より送信側へデータの受信可能状態または受信不可能状態を再開信号または一時停止(待ち)信号(Rdy/FullやXON/XOFFなど)で通知する受信主導型のフロー制御と、本発明で対象にしているクレジットベース・フロー制御のような送信主導型のフロー制御とがある。
受信主導型のフロー制御の場合(図1参照)、受信側の受信可能状態または受信不可能状態を送信側に対して、別線(パケット伝送ルートとは別のライン)で通知したり、インバンド(パケットのいずれかのフィールド)で通知する。
このフロー制御においては、受信側の状態は送信側からデータを送信できるか否かであり、受信側より継続的にいずれかの通知が行われている限り、冗長構成の採用に拘わらず、問題なくフロー制御は機能する。また、動作も単純である為、ルータ及び交換機などのデータ伝送装置では、このフロー制御がよく用いられる。
ただし、受信主導型のフロー制御では、受信側でバッファ(バッファメモリ:Buff)の閾値を自己監視し、制御する必要がある為、それに耐えうるメモリ容量のバッファを受信側に備える必要があり、かつ状態通知のレイテンシー分もバッファ耐力に考慮する必要がある。そのため、バッファのメモリ容量の増大を免れない。
一方、本発明で対象にしている送信主導型のフロー制御、つまりクレジットベース・フロー制御(図2)では、送信側でデータ送信を行う度にクレジット値を「−1」し、クレジット値が「0」となると、それ以上のデータ送信を実施しないように制御を行う。受信側では、送信側から送信されてきたデータの処理が終了すると、クレジット更新(Credit Update)の動作を行ってクレジット値を「+1」するように送信側に指示を行う。
このフロー制御においては、送信側のクレジット値を設定して制御することになる為、受信側でのバッファ量は少なくすることができる。また、送信側でトラフィックの制限を行うことが、簡単に実現できるため、帯域制御のアプリケーションとの親和性が高いというメリットがある。
ただし、受信主導型のフロー制御と比較してクレジット値を管理する必要がある為、制御が複雑となり、かつ冗長構成を採っている送受信装置間で使用すると、系切り替えの際、受信装置のそれぞれの系のデータのバッファからの読み出しの度合いに応じてクレジット値が異なってしまうなどの問題があるので、冗長構成装置のフロー制御としては適用されていない。
なお、従来、2重化されたATM(Asynchronous Transfer Mode)スイッチ等において、セルロスを生じることなく系切り替えする技術が存在するが、それらはいかにセルを廃棄しないようにできるかの提案に留まっている。
ここで、クレジットベース・フロー制御をN(N≧2)重化構成のデータ伝送装置としてのエッジルータに適用することを想定すると、送信側であるトラフィックマネージャ(Traffic Manager)側から受信側であるN重化構成のメインスイッチ(Main Switch)側へ固定長パケットとしてのセルがコピーされる。
その際、メインスイッチ内でのセルの輻輳状態や、それぞれのメインスイッチの発振器の周波数誤差等でACT系(現用系)とSBY系(予備系/待機系)との間でセルの透過状況が異なる。
これにより、ACT系メインスイッチとSBY系メインスイッチとでクレジット値の差分が生じるが、この状態で系切り替えが発生すると、トラフィックマネージャのクレジット値はもともと旧ACT系メインスイッチのクレジット値と同期していた為、新ACT系メインスイッチのクレジット値との間で不一致が生じる。このクレジット値の不一致により、系切り替え後のメインスイッチ内でのスループットの低下や、FIFO(First in First out)バッファメモリのオーバーフローまたはアンダーフローの問題が発生する。
本発明の送信主導型フロー制御装置は、送信装置と冗長構成を採る受信装置との間でパケット形態によるデータ送受信を行うときにクレジット値を利用し、フロー単位でクレジットベースのフロー制御を行う送信主導型フロー制御装置であって;
前記受信装置の現用系及び予備系に対して共通に設けられ、現用系のクレジット値を管理する第1のクレジットカウンタと;
前記受信装置の現用系及び予備系の各系毎のクレジット値を計数する第2及び第3のクレジットカウンタと;
前記第2のクレジットカウンタによる計数クレジット値と前記第3のクレジットカウンタによる計数クレジット値との差分を保持する差分カウンタと;
前記差分カウンタが保持している差分に応じて、前記第1のクレジットカウンタと前記第2のクレジットカウンタとのクレジット値または前記第1のクレジットカウンタと前記第3のクレジットカウンタとのクレジット値を前記受信装置の系切り替え後の新現用系の前記受信装置対応のクレジット値に一致させる制御手段とを備える。
この構成を採る送信主導型フロー制御装置において、前記差分カウンタは、前記受信装置の系切り替え時に、前記第2のクレジットカウンタによる計数クレジット値と前記第3のクレジットカウンタによる計数クレジット値との差分を保持する。
また、前記送信装置は、フロー単位でのトラフィック処理機能及びルーティング処理機能を有するトラフィックマネージャであり、前記受信装置は、バッファメモリに蓄積状態のパケットを固定長パケット単位でスイッチングを行うスイッチである。
また、前記制御手段は、前記差分カウンタが保持している差分に応じて、前記第1のクレジットカウンタと前記第2のクレジットカウンタとのクレジット値または前記第1のクレジットカウンタと前記第3のクレジットカウンタとのクレジット値を、前記受信装置の系切り替え後の新現用系の前記受信装置におけるバッファメモリ内に残存するパケット数対応のクレジット値に一致させる。
また、前記差分カウンタが前記差分としてマイナスの値を示しているときは、前記新現用系の受信装置対応のクレジット値と、前記第1のクレジットカウンタのクレジット値と、前記新現用系対応の前記第2または第3のクレジットカウンタのクレジット値とを一致させるために、前記新現用系の受信装置から前記送信装置にクレジット更新パケットを送出する。
また、前記差分カウンタが前記差分としてプラスの値を示しているときは、前記新現用系の受信装置対応のクレジット値と、前記第1のクレジットカウンタのクレジット値と、前記新現用系対応の前記第2または第3のクレジットカウンタのクレジット値とを一致させるために、前記送信装置において前記新現用系の受信装置から送出されたクレジット更新パケットを廃棄する。
さらに、前記送信装置から前記受信装置にクレジット情報収集データを送出し、前記現用系の受信装置対応のクレジット値を収集し、この収集結果に応じて、前記第1のクレジットカウンタのクレジット値及び前記現用系対応の前記第2または第3のクレジットカウンタのクレジット値を一致させる。
図2は送信主導型のフロー制御を説明するための図;
図3は本発明の一実施の形態の送信主導型フロー制御装置の概要を示すブロック図;
図4は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの概要を示すブロック図;
図5は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第1の動作例を含む)を示すブロック図;
図6は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第1の動作例を含む)を示すブロック図;
図7は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第1の動作例を含む)を示すブロック図;
図8は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第2の動作例を含む)を示すブロック図;
図9は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第2の動作例を含む)を示すブロック図;
図10は図3におけるトラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第2の動作例を含む)を示すブロック図;
図11はクレジット更新セルを説明するための図;
図12はクレジット更新セルを説明するための図;
図13はクレジット情報収集コマンドを用いたクレジットカウンタの同期処理について説明するための図;
図14はクレジット情報収集データを説明するための図;及び
図15はクレジット情報収集データを説明するための図である。
〔送信主導型フロー制御装置の概要〕
図3は、本発明が適用される送信主導型フロー制御装置(データ伝送装置)としてのエッジルータ1の構成を示す。このエッジルータ1は、インターネットサービスプロバイダ(ISP:Internet Service Provider)またはキャリア(通信キャリアまたは通信事業者)向けのルータであり、IP(Internet Protocol)ネットワークの入口箇所または出口箇所に配置される。
このエッジルータ1は、図示省略の加入者(加入者端末)と接続される回線をそれぞれ収容する複数のラインカード(Line Card(A))2と、フロー単位でのトラフィック処理機能及びルーティング処理機能をそれぞれ有する複数のトラフィックマネージャ(Traffic Manager(B))3と、固定長パケット(セル)単位でスイッチングを行う複数のメインスイッチ(Main Switch(C),(C’))4とから構成されている。
ラインカード2は、OC3(Optical Carier Level 3)/OC12(Optical Carier Level 12)/GbE(Gigabit Ethernet)/10M,100MのEther系などの回線を終端することが可能である。トラフィックマネージャ3及びメインスイッチ4は、ここで例示する送信主導型フロー制御装置における送信装置(送信側)及び受信装置(受信側)を構成する。
ラインカード2、トラフィックマネージャ3及びメインスイッチ4はいずれも冗長構成を採ることが可能であるが、ここでは受信装置としてのメインスイッチ4のみが冗長構成、つまり2重化構成を採っている例を示している。
図3に示すように、各トラフィックマネージャ3とN(N≧3)個のメインスイッチ4とが接続されているので、メインスイッチ4はN(N≧3)重化構成を採っていると云える。このエッジルータ1においては、N個のメインスイッチ4の内のいずれか1つが動的にACT系(現用系)として動作し、かつ他の全てがSBY系(予備系/待機系)として動作(ホットスタンバイ動作)するが、これらのSBY系のメインスイッチ4のいずれか1つだけが実際には機能するので、2重化構成と定義している。
〔トラフィックマネージャ及びメインスイッチの概要〕
図4は図3におけるトラフィックマネージャ3及びメインスイッチ4の詳細構成を示すブロック図である。
エッジルータ1におけるトラフィックマネージャ3は、フロー単位でのトラフィック処理機能及びルーティング処理機能を有するとともに、後に詳述するクレジットカウンタ50を含む処理部(D)5と、クレジット同期化部(E)6とを備える。
ラインカード2(図3参照)からトラフィックマネージャ3に入力された複数のセル(厳密には、複数のセルから構成されるIPパケット)は、処理部5において所定のルーティング処理及びトラフィック処理が行われた後、クレジット同期化部6のセルコピー部60によりN個のメインスイッチ4宛にコピーされる。
クレジット同期化部6から各メインスイッチ4に入力されたセルは、バッファ(キュー)7に一時的に蓄積された後、セルのヘッダ内に埋め込まれたスイッチングタグ情報に基づいてスイッチ8においてセル単位でスイッチングされ、対応するトラフィックマネージャ3宛へ出力される。
各メインスイッチ4からトラフィックマネージャ3に入力されたスイッチング後のセルは、クレジット同期化部6内のACT系選択部61にてACT系のセルのみが選択され、再び処理部5を経由して、ラインカード2に出力される。
〔トラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第1の動作例)〕
図5は図4におけるトラフィックマネージャ3の更に詳細構成を示すブロック図である。なお、図5及び後に参照する図6以降の図面においては、メインスイッチ4はACT系及びSBY系の2個に限定して示している。
トラフィックマネージャ3における処理部5はクレジットカウンタ(F)50を含む一重化構成である。また、トラフィックマネージャ3におけるクレジット同期化部6は、ACT系及びSBY系の各系毎のクレジットカウンタ(G,H)62,63と、それぞれの系のクレジットカウンタの差分(つまり、クレジットカウンタ62の計数値とクレジットカウンタ63の計数値との差分)を保持する差分カウンタ(I)64とを備えている。なお、メインスイッチ4が3個以上存在する冗長構成である場合、これらクレジットカウンタ62,63はバッファ7の数に対応して設けることになる。
ラインカード2(図3参照)からトラフィックマネージャ3の処理部5にセルが入力されると、クレジットカウンタ50が1セル毎にインクリメント「+1」される。
次に、入力セルは、クレジット同期化部6のセルコピー部60(図4参照)の機能により、ACT系及びSBY系のメインスイッチ(C,C’)4宛にコピーされる。各メインスイッチ4宛にコピーされたセルは、クレジットカウンタ62,63を通して、各メインスイッチ4のバッファ7に入力される。このとき、クレジットカウンタ62,63がインクリメント「+1」される。
その後、各メインスイッチ4において、バッファ7内に蓄積されているセルがデキューされる(つまり、スイッチ8に出力される)と、各メインスイッチ4内の制御部(図示省略)からトラフィックマネージャ3にクレジット更新指示がクレジット更新セル(Credit Update Cell)の送信により行われる。
このクレジット更新指示に基づいて、トラフィックマネージャ3内の全てのクレジットカウンタ50,62,63がデクリメント「−1」される。この処理がセル単位で毎回行われる。
ここで、処理部5のクレジットカウンタ50には、予め所定の閾値が設定されており、メインスイッチ4が輻輳等の原因により、バッファ7のデキューが行われないと、クレジット更新指示が行われないことになる。これにより、クレジットカウンタ50のカウンタ値がその設定された閾値を超えると、処理部5はセルの送出を停止するので、結果として送信装置としてのトラフィックマネージャ3と受信装置としてのメインスイッチ4との間での送信主導型のフロー制御(クレジットベース・フロー制御)が実現される。
通常、ACT系及びSBY系の2重化冗長構成を採るメインスイッチ(C,C’)4においては、それぞれの内部のマスタークロック(発振器)の周波数の差またはトラフィックのかかり具合の差により、ACT系バッファ7及びSBY系バッファ7のデキューの状況が異なる。その為、図5に示す例におけるACT系バッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値(J)「8」と、トラフィックマネージャ3内のクレジットカウンタ(F)50及びクレジットカウンタ(G)62のカウンタ値「8」とは、常に等しい。しかし、SBY系バッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値(K)「4」及びトラフィックマネージャ3内のクレジットカウンタ(H)63のカウンタ値「4」と、トラフィックマネージャ3内のクレジットカウンタ(F)50のカウンタ値「8」とは、異なるのが常である。
図5に示すトラフィックマネージャ3においては、クレジット同期化部6のクレジットカウンタ62,63及びセル制御部65,66は、2重化冗長構成を採っている。他の構成及び動作は図4を参照した上述のとおりである。
図6は図5に示す状態から系切り替えが行われた直後の各構成要素の状態遷移を示している。
クレジット同期化部6の差分カウンタ(I)64は、系切り替え直後に、クレジットカウンタ62とクレジットカウンタ63とのカウンタ値の差分「−4」を保持する。この場合、新ACT系対応のクレジットカウンタ63のカウンタ値「4」は、旧ACT系対応のクレジットカウンタ62のカウンタ値「8」に比較して「4」小さい為、その差分を吸収するには、処理部5のクレジットカウンタ50の値を「−4」する必要がある。
クレジットカウンタ62,63のカウンタ値の差分「−4」を差分カウンタ64から入力された新ACT系対応のセル制御部(L)66は、図7に示すように、クレジット更新セルを4個余分に生成して送出する。セル制御部66から送出された4個のクレジット更新セルは、ACT系選択部61を通してクレジットカウンタ50に入力される。これにより、クレジットカウンタ50のカウンタ値が新ACT系のクレジットカウンタ63のカウンタ値及び新ACT系のバッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値と同じ値「4」となる。
なお、旧ACT系バッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値「8」及びクレジットカウンタ62のカウンタ値「8」は、系切り替え時に初期化により「0」にクリアされる。
〔トラフィックマネージャ及びメインスイッチの詳細(第2の動作例)〕
図9は図8に示す状態から系切り替えが行われた直後の各構成要素の状態遷移を示している。図9に示す例は、上述した図6に示す場合と逆で、新ACT系のクレジット値が旧ACT系に比較して大きい場合である。
クレジット同期化部6の差分カウンタ64は、系切り替え直後に、クレジットカウンタ62とクレジットカウンタ63とのカウンタ値の差分「+3」を保持する。この場合、新ACT系対応のクレジットカウンタ63のカウンタ値「6」は、旧ACT系対応のクレジットカウンタ62のカウンタ値「3」に比較して「3」大きい為、その差分を吸収するには、処理部5のクレジットカウンタ50の値を「+3」する必要がある。
クレジットカウンタ62,63のカウンタ値の差分「+3」を差分カウンタ64から入力された新ACT系対応のセル制御部66は、図10に示すように、新ACT系のメインスイッチ4から入力されたクレジット更新セルを3個分廃棄し、クレジットカウンタ50に対してクレジット更新を3回分行わないようにする。これにより、クレジットカウンタ50のカウンタ値が新ACT系のクレジットカウンタ63のカウンタ値及び新ACT系のバッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値と同じ値「6」となる。
なお、旧ACT系バッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値「3」及びクレジットカウンタ62のカウンタ値「3」は、系切り替え時に初期化により「0」にクリアされる。
上述した送信主導型フロー制御を行うデータ伝送装置としてのエッジルータ1において、各クレジットカウンタ50,62,63は、外部からファームウェアにより任意の値に設定できる為、セルの透過の状況によらず、クレジットカウンタの試験や、バックプレッシャをかけっぱなしにする等のトラフィック制御を行うことが可能である。
〔クレジット更新セル〕
上述したクレジット更新セルの具体的フォーマット例を図11及び図12に示す。この例に示すように、クレジット更新セルは、特定の1つのバイト(2バイト目)にクレジット更新情報領域を含んでいる。このクレジット更新情報領域は、6ビット分(0〜5ビット目)のクレジット更新すべきフロー識別ID(送信フローID)と、2ビット分(6,7ビット目)の動作指示情報とを含んでいる。
クレジット更新すべきフロー識別IDには、例えばVPI(Virtual Path Identifier)またはVCI(Virtual Cannel Identifier)などが設定される。また、動作指示情報は、「01」のときは更新指示を示し、「00」のときはNOP(No Operation)を示す。このクレジット更新セルはエッジルータ1におけるACT系メインスイッチ4及びトラフィックマネージャ3のセル制御部65,66から送出される。
〔クレジット情報収集コマンド〕
図13はクレジット情報収集コマンドを用いたクレジットカウンタの同期処理について示している。
クレジットベース・フロー制御は、セルのヘッダ内のフロー制御領域のクレジット更新情報を基に実施されるが、図13に示すように、トラフィックマネージャ3とメインスイッチ4との間でセルロス等が発生すると、そのクレジット更新情報が廃棄されてしまい、クレジット更新が正常に行われない可能性がある。
この問題に対処するために、トラフィックマネージャ3の処理部5は、主信号の空きスロットを使用し、予め定めたフォーマットのクレジット情報収集データ(セルなど)を定期的にACT系メインスイッチ4宛に送出する。ACT系メインスイッチ4はそのデータ内に自分のクレジット値(ACT系バッファ7内に残存するセル数対応のカウンタ値)「K」を書き込む。この書き込み処理はメインスイッチ4内の図示省略の制御部よって行われる。
クレジット値「K」を書き込まれたクレジット情報収集データは、ACT系メインスイッチ4からトラフィックマネージャ3に返却(返送)される。トラフィックマネージャ3においては、返却されたクレジット情報収集データ内のクレジット値「K」を基に、クレジットカウンタ50,62のカウンタ値を「L」から「K」に更新する。クレジットカウンタ50のカウンタ値の更新のために、返却されたクレジット情報収集データは、セル制御部65及びACT系選択部61を介して処理部5に入力される。
これにより、送信装置としてのトラフィックマネージャ3と受信装置としてのメインスイッチ4とのセルロスによるクレジット値の不一致を防止することが可能である。
上述したクレジット情報収集データの具体的フォーマット例(セルの場合)を図14及び図15に示す。この例に示すように、クレジット情報収集データは、第1バイト目にクレジット情報収集データフラグ「0xAA」を有し、第3バイト目及び第4バイト目に第1及び第2のクレジット情報収集領域を有する。第1のクレジット情報収集領域には収集対象フローIDが設定され、第2のクレジット情報収集領域にはクレジット値(カウンタ値)が設定される。
〔効果〕
上述した一実施の形態の送信主導型フロー制御手法においては、現用及び予備の系切り替えが発生した場合、冗長構成の受信装置(メインスイッチ)間でクレジット値が不一致を起こし、フロー制御が正常に機能しなくなることを回避することができる。
つまり、それぞれの系のクレジット値に対して、送信装置としてのトラフィックマネージャがフロー制御で使用することとは別に、送信されたデータ数とクレジット更新された値とを管理し、クレジット値が異常となることによるフロー制御の異常状態を回避する。
また、クレジット値を系毎に管理し、系切り替え後にクレジット値の同期化を行うことにより、切り替え後にトラフィックマネージャ側とメインスイッチ側とでクレジット値が一致しなくなるのを防ぐことができる。
また、クレジット値の不一致により、系切り替え後のメインスイッチ内でのスループットの低下や、バッファメモリのオーバーフローまたはアンダーフローの問題が発生することを防止できる。
さらに、セルロス等でクレジット値の不一致が発生した場合でも、メインスイッチ側のクレジット値をクレジット情報収集コマンドにより監視し、その結果を基にクレジットカウンタを一致させることにより、クレジットカウンタの不一致を防ぐことができる。
Claims (7)
- 送信装置と冗長構成を採る受信装置との間でパケット形態によるデータ送受信を行うときにクレジット値を利用し、フロー単位でクレジットベースのフロー制御を行う送信主導型フロー制御装置であって;
前記受信装置の現用系及び予備系に対して共通に設けられ、現用系のクレジット値を管理する第1のクレジットカウンタと;
前記受信装置の現用系及び予備系の各系毎のクレジット値を計数する第2及び第3のクレジットカウンタと;
前記第2のクレジットカウンタによる計数クレジット値と前記第3のクレジットカウンタによる計数クレジット値との差分を保持する差分カウンタと;
前記差分カウンタが保持している差分に応じて、前記第1のクレジットカウンタと前記第2のクレジットカウンタとのクレジット値または前記第1のクレジットカウンタと前記第3のクレジットカウンタとのクレジット値を前記受信装置の系切り替え後の新現用系の前記受信装置対応のクレジット値に一致させる制御手段と;
を備える送信主導型フロー制御装置。 - 前記差分カウンタは、前記受信装置の系切り替え時に、前記第2のクレジットカウンタによる計数クレジット値と前記第3のクレジットカウンタによる計数クレジット値との差分を保持する
請求項1記載の送信主導型フロー制御装置。 - 前記送信装置は、フロー単位でのトラフィック処理機能及びルーティング処理機能を有するトラフィックマネージャであり、
前記受信装置は、バッファメモリに蓄積状態のパケットを固定長パケット単位でスイッチングを行うスイッチである
請求項1記載の送信主導型フロー制御装置。 - 前記制御手段は、前記差分カウンタが保持している差分に応じて、前記第1のクレジットカウンタと前記第2のクレジットカウンタとのクレジット値または前記第1のクレジットカウンタと前記第3のクレジットカウンタとのクレジット値を、前記受信装置の系切り替え後の新現用系の前記受信装置におけるバッファメモリ内に残存するパケット数対応のクレジット値に一致させる
請求項1記載の送信主導型フロー制御装置。 - 前記差分カウンタが前記差分としてマイナスの値を示しているときは、前記新現用系の受信装置対応のクレジット値と、前記第1のクレジットカウンタのクレジット値と、前記新現用系対応の前記第2または第3のクレジットカウンタのクレジット値とを一致させるために、前記新現用系の受信装置から前記送信装置にクレジット更新パケットを送出する
請求項1記載の送信主導型フロー制御装置。 - 前記差分カウンタが前記差分としてプラスの値を示しているときは、前記新現用系の受信装置対応のクレジット値と、前記第1のクレジットカウンタのクレジット値と、前記新現用系対応の前記第2または第3のクレジットカウンタのクレジット値とを一致させるために、前記送信装置において前記新現用系の受信装置から送出されたクレジット更新パケットを廃棄する
請求項1記載の送信主導型フロー制御装置。 - 前記送信装置から前記受信装置にクレジット情報収集データを送出し、前記現用系の受信装置対応のクレジット値を収集し、この収集結果に応じて、前記第1のクレジットカウンタのクレジット値及び前記現用系対応の前記第2または第3のクレジットカウンタのクレジット値を一致させる
請求項1記載の送信主導型フロー制御装置。
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