JP4156414B2

JP4156414B2 - Packet relay device

Info

Publication number: JP4156414B2
Application number: JP2003078320A
Authority: JP
Inventors: 千江子嶋田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004289449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパケット中継装置に係り、特に低速なセル網を用いて異なるサービス品質のパケットが混在するパケット通信ネットワークを構築するのに好適なパケット中継装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）技術が発達し、ネットワークを介して遠隔端末間でアプリケーションが実行されたり、相互にデータ交換がなされている。また、ネットワーク上では、多様なメディアの通信が実現されていることから、リアルタイム性が要求される音声データやストリーミングデータなどのパケットや、再送機能を備えるデータパケットなどの様々なサービス品質のパケットが混在している。
【０００３】
これらの異なるサービス品質のパケットを取り扱うアプリケーションを実行可能とするためには、当該パケットについてのサービス品質要求を満たすトラヒック制御方式が必要である。さらに、企業などにおいては、セル網を利用してイントラネットを構築する形態も増加している。このようなネットワークに対しては、通信費削減のため、契約セル網のパス数をより少なく、使用帯域をより狭く契約したいという要求もある。
【０００４】
低速なセル網において上述のようなトラヒック制御を実行するパケット中継装置としては、例えば特許文献１に開示されるようなものがある。このパケット中継装置は、パケット中継処理部、パケット分割部、セル蓄積部、多重処理部、セル送信可能なＶＣ決定部、送信セル決定部、及び送信セルレート決定部から構成される（特許文献１の図１参照）。
【０００５】
その動作の概要を説明する。
先ず、パケット中継処理部は、パケット網からパケットを入力すると、そのヘッダ情報からパケットの宛先情報を抽出して中継処理を行う。パケット分割部は、パケット中継処理部にて中継処理されたパケットを受けると、当該パケットを固定長のセルに分割してセル蓄積部に出力する。セル蓄積部では、入力したセルをＶＣ（Virtual Channel）ごとに分離すると共に、パケット中継処理部が抽出したパケットの宛先情報に基づいて優先セルと非優先セルに分離して、内部の優先セルバッファ若しくは非優先セルバッファのいずれかに蓄積する。
【０００６】
セル送信可能なＶＣ決定部では、セル蓄積部により分離されたＶＣごとに、ＶＣの平均セルレート及びバースト長を、優先セル群と非優先セル群とで独立に監視し、優先セル群又は非優先セル群を送信できるＶＣを決定する。このとき、優先セル群を送信できるＶＣがあれば、当該ＶＣの中で最も早く送信が可能なＶＣを選択する。一方、優先セル群を送信できるＶＣがなければ、非優先セル群を送信可能なＶＣのうち、最も早く送信可能となったＶＣを選択する。
【０００７】
続いて、送信セル決定部は、セル送信可能なＶＣ決定部が決定したＶＣの送信可能なセル群の中から新しく送信するセル群を決定する。また、送信セルレート決定部では、送信セル決定部により決定されたセル群の送信セルレートを決定する。多重処理部は、セル蓄積部から送信セル決定部によって決定されたセル群を読み出し、セル網での受信先ごとに同一ＶＣ内に多重化してセル網に送信する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２４７１５２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパケット中継装置では、セル蓄積部内の優先セルバッファ及び非優先セルバッファに対するセルの振り分け（セルの優先レベル分け）を、パケット内の宛先情報に基づいてパケット中継処理部が行っていたので、パケット内に設定されている多様な情報を用いてより細分化された条件でのパケット中継を実行することができないという課題があった。
【００１０】
具体的に説明すると、パケット内の宛先情報などの限られた情報では、パケットが送信される端末ごとに予め設定された優先レベル、即ち端末ごとの振り分けしかできない。このため、例えば同一端末で実行されるアプリケーションごとの優先順位でセルを振り分けることができない。
【００１１】
また、優先セル群を送信できるＶＣがなく、非優先セルバッファ内のセル群がパケットとして送信され始めると、当該パケットに関連するセルが送信完了するまで、優先セルバッファからのデータを送信することができなかった。このように、送信中の非優先パケットのデータサイズが大きく、回線レートが低い場合、優先データであっても待ち時間が長くなってしまうという課題があった。これにより、リアルタイム性が要求されるようなパケットであっても、そのサービス品質を保証することができない場合があった。
【００１２】
さらに、優先パケットが送信されている間、非優先パケットについては、送信不可となっており装置内のバッファに蓄積されることとなる。このとき、伝送路の回線レートが低いと、非優先パケットの送信待ち時間がさらに長くなり、そのバッファ占有時間も長くなる。また、パケットの再送機能を備えたアプリケーションが実行されている場合、非優先パケットの送信待ち状態の間に同じパケットが何度も送信される可能性もある。
このように、従来のパケット中継装置では、その内部でパケット滞留やバッファ枯渇が発生する可能性がある。
【００１３】
これらの不具合を解決するために、装置内に滞留したパケットを破棄することも考えられる。しかしながら、従来のパケット中継装置では、パケット網から入力したパケットをセル分割した後にバッファに蓄積することから、パケット単位での廃棄を実行する場合、個々のセルごとの廃棄処理が必要であり、廃棄処理が複雑になるという課題があった。
【００１４】
また、セル網については、一般的に網内帯域を他の契約者と共用する形態が多い。このため、セル網内が輻輳状態になるとセル廃棄される可能性がある。この場合、セル網内で同一品質レベルのセルであると廃棄率は同じとなることから、優先的に送出したセルであっても廃棄されてしまう可能性がある。
【００１５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、パケット内に設定されている多様な情報を用いてより細分化された条件でデータの送信優先レベルを振り分けることができると共に、リアルタイム性が要求されるようなパケットであってもサービス品質を遵守したパケット中継を実現することができるパケット中継装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパケット中継装置は、入力したパケットのヘッダ情報に基づいて、入力したパケットの優先レベルの振り分けを実行する振り分け処理部と、上記入力したパケットを宛先情報ごとに優先レベルに応じて今周期の送信データを蓄積するためのチャネル毎送信キューまたは次周期の送信データを蓄積するための優先度毎待ちキューに蓄積するパケット蓄積部と、上記優先レベルに応じて上記パケット蓄積部のチャネル毎送信キューからＶＣへ収容するパケットを設定すると共に、予め定めた優先レベルのパケットが上記パケット蓄積部に入力されると、その到着順序によらず上記パケット蓄積部から今周期に読み出すべき最優先のパケットとして上記チャネル毎送信キューに設定する一方、非優先レベルのパケットが上記パケット蓄積部に入力されると次周期に読み出すパケットとして上記優先度毎待ちキューに設定し、今周期に読み出すべきパケットとして上記チャネル毎送信キューに設定されている非優先レベルのパケットは、上記ＶＣに空きがあれば、その分のデータを上記ＶＣに収容する管理部と、上記パケット蓄積部から読み出して上記ＶＣへ収容したパケットの送信先への送信処理を実行する送信処理部とを備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるパケット中継装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態によるパケット中継装置１は、パケット中継処理部２、振り分け処理部３、フラグメント処理部４、パケット蓄積部５、バッファ管理部（管理部）６、多重処理部（送信処理部）７、送信管理部（送信処理部）８、パケット分割部（送信処理部）９、及びタグ設定部（送信処理部）１０から構成されている。パケット中継処理部２は、パケット網に接続しており、当該パケット網から入力したパケットのヘッダ情報からそのパケットの宛先情報を抽出して中継処理を実行する。振り分け処理部３は、パケット内に設定されている多様な情報に関する所定のフィルタ条件に従って、パケット中継処理部２から入力したパケットをフロー識別してその優先レベルの振り分け処理を実行する。フラグメント処理部４では、振り分け処理部３から入力したパケットのうち、非優先パケットに対してその送信単位のデータ長が短くなるように個々のブロックに分割処理（フラグメント）を実行する。
【００１８】
パケット蓄積部５は、パケット単位で蓄積する複数のパケットバッファＶＣ＃１１，ＶＣ＃２１，・・・，ＶＣ＃１ｎ，ＶＣ＃２ｎから構成され、パケットの優先レベルに応じてフラグメント処理部４から入力したデータを蓄積する。図示の例では、ＶＣ＃１１〜ＶＣ＃１ｎが優先パケットバッファであり、ＶＣ＃２１〜ＶＣ＃２ｎが非優先パケットバッファである。また、各パケットバッファは、優先レベルに応じて出力すべきパケットを管理する優先レベル毎待ちキュー及びＶＣに応じて送信すべきパケットを管理するチャネル毎送信キューとして機能する。
【００１９】
バッファ管理部６は、パケット蓄積部５に対する制御信号の入出力部と接続し、当該パケット蓄積部５に蓄積されたパケットの優先レベルに応じてパケットバッファのキューを制御して優先パケットに対する絶対優先処理を実行する。多重処理部７では、送信管理部８からの制御信号に従って、セル蓄積部５から読み出したパケットに対してセル網での受信先ごとに同一のＶＣ内に多重化する。送信管理部８は、パケットの受信時からの経過時間に基づいて装置内部でのデータの輻輳状態を監視し、優先レベルに応じたパケット伝送を管理する。パケット分割部９では、多重処理部７から入力したパケットをセルごとに分割する。タグ設定部１０は、パケット分割部９が分割したセルを入力し、非優先パケットを構成するセルにＣＬＰ(Cell Loss Priority)タグを設定してセル網に出力する。
【００２０】
次に動作について説明する。
先ず、パケット網からパケット中継装置１に入力されたパケットは、パケット中継処理部２に入力される。パケット中継処理部２は、入力したパケットのヘッダ情報におけるＯＳＩ（Open Systems Interconnection）第２層のＭＡＣ（Media Access Control）アドレス情報から当該パケットの宛先を抽出し中継処理を実行する。具体的には、パケットの送信先となる宛先のアドレス情報を抽出すると、パケット中継処理部２は、抽出結果の宛先情報を用いて、各宛先に接続するための送信ポートが格納されたテーブル情報を検索し、当該パケットの送信ポートを決定する。このように、ＯＳＩ第２層の情報から宛先を抽出することで、ネットワーク上で直結された端末同士を規定することができる。また、ＯＳＩ第２層の情報はＯＳＩ第３層以上の情報に無関係であることから、ネットワーク上にＯＳＩ第３層以上の情報で規定される様々なシステムが混在する場合に有効である。
【００２１】
続いて、パケット中継処理部２から出力されたパケットは、振り分け処理部３に入力される。振り分け処理部３では、ヘッダ情報のうち、ＯＳＩ第２層のＭＡＣアドレス以外を含む多様な情報とパケット送信の優先又は非優先とを関連付けたフィルタ条件を記載したフロー識別テーブルを用いて、入力したパケットのヘッダ情報を解析しその優先レベルを決定する。当該フロー識別テーブルには、ＯＳＩ第２層のＭＡＣアドレスの他、ＯＳＩ第２層のＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）タグＩＤなど、ＯＳＩ第３層のＩＰアドレスやプロトコル番号など、ＯＳＩ第４層のポート番号などの、ＯＳＩ第２層のＭＡＣアドレスから抽出されるパケット宛先情報とは無関係のＯＳＩ階層の情報が含まれる。
なお、以下では、説明の簡単のため、優先レベルとして、優先、非優先の違いのみを振り分ける場合について述べるが、フロー識別結果に応じてさらに優先レベルを階層化するように設定しても良い。
【００２２】
次に、フラグメント処理部４は、振り分け処理部３がフロー識別したパケットのうち、非優先パケットに対してその送信単位のデータ長が短くなるようにフラグメント（分割）を実行する。例えば、物理ポートの最大送信可能データ長を超過したデータに対してそのデータ長を短く分割（フラグメント）して送信するＩＰ（Internet Protocol）における送信機能を利用して非優先パケットの分割を実行し、１つの非優先パケットの送信完了時間を短くする。これにより、非優先パケットの送信中に優先パケットが到達した場合であっても、優先パケットの待ち時間を短縮することができる。
【００２３】
パケット蓄積部５では、フラグメント処理部４を介してパケットを入力すると、当該パケットをその宛先情報に応じたＶＣごとに分離すると共に、上述したフロー識別結果に応じた送信の優先又は非優先に従って、上記ＶＣに応じたパケットバッファＶＣ＃１１，ＶＣ＃２１，・・・，ＶＣ＃１ｎ，ＶＣ＃２ｎのうちの１つに蓄積する。このあと、多重処理部７は、送信管理部８からの制御信号を用いて、パケット蓄積部５内のパケットバッファＶＣ＃１１，ＶＣ＃２１，・・・，ＶＣ＃１ｎ，ＶＣ＃２ｎから取得するパケットを決定し入力する。このとき、送信管理部８で、各ＶＣでの送信帯域を管理する。
【００２４】
ここで、図２を用いて、本発明のパケット中継装置１によるパケットバッファのキュー管理について説明する。パケット蓄積部５内のパケットバッファは、図２に示すように、パケットの伝送に関する優先レベルごとにデータが管理される優先度毎待ちキュー５ａと、各ＶＣに対応したチャネル毎送信キュー５ｂとから構成される。
【００２５】
従来のパケット中継装置では、今周期の送信可能データと次の時点で送信されるデータとのキュー管理を別個独立のものとして管理していた。このため、今周期におけるチャネル毎送信キュー５ｂへは、到着データをその到着順にカウントしていき、カウンタが満了すると、そのあとのデータを次周期のキューにまわすようにキュー管理される。
【００２６】
具体的には、次の時点に伝送されるパケットの優先レベルによらず、チャネル毎送信キュー５ｂにおいてＶＣのＰＣＲ（Peak Cell Rate）分だけのデータを今周期に伝送すべきデータとして蓄積する。このチャネル毎送信キュー５ｂがＶＣのＰＣＲ（Peak Cell Rate）分のデータを蓄積している間は、優先レベルの高いパケットが伝送されてきても優先度毎待ちキュー５ａにて待ち状態となり、今周期のデータが出力されて空き状態となった次周期のチャネル毎送信キュー５ｂに出力されることとなる。
【００２７】
図２（ａ）の例で説明すると、リアルタイム性の必要な伝送の優先レベルが高い音声パケット１１やデータ通信に関するパケット１２が優先度毎待ちキュー５ａにキューイングされていても、多重処理部７から指定されたＶＣに関するチャネル毎送信キュー５ｂに、今周期に出力すべきデータとしてパケット１３，１４が存在すると、パケット１１，１２は、優先レベルによらず、優先度毎待ちキュー５ａにて待ち状態となる。そして、多重処理部７によって、ＶＣ１５に対してパケット１３，１４が収容される。従って、従来のパケット中継装置では、リアルタイム性が要求されるようなパケットであっても待ち状態となる場合があり、サービス品質を遵守することができない。
【００２８】
そこで、本発明のパケット中継装置１では、今周期の送信可能データと次の時点で送信されるデータとのキュー管理を優先レベルに関して一体に管理する。つまり、バッファ管理部６が、優先パケットを絶対優先とし、パケットの到着順によらず優先的にチャネル毎送信キュー５ｂに蓄積させる。非優先パケットについては、今周期に送信可能なデータ長で今周期のチャネル毎送信キュー５ｂにキューイングするべきかを判断する。
【００２９】
図２（ｂ）の例で説明すると、バッファ管理部６は、優先度毎待ちキュー５ａにデータ通信に関するパケット１２の他に、リアルタイム性の必要な伝送の優先レベルが高い音声パケット１１がキューイングされると、直ちに、優先パケットである音声に関するパケット１１を、多重処理部７から指定されたＶＣに関するチャネル毎送信キュー５ｂにキューイングする。チャネル毎送信キュー５ｂは、従来と異なってＶＣのＰＣＲ分のデータ量を超過しても優先パケット１１を蓄積する。図示の例では、（ａ）と同様に、チャネル毎送信キュー５ｂに今周期に出力すべきデータとしてパケット１３，１４が存在してＶＣのＰＣＲ分のデータ量を蓄積していても、パケット１１を絶対優先として蓄積する。
【００３０】
このあと、多重処理部７は、送信管理部８からの制御に従って、絶対優先であるパケット１１については今周期で送信すべきデータとして決定してＶＣ１５に収容し、次にＶＣ１５に空きがあればパケット１１より優先レベルが低い音声に関するパケット１３を今周期で送信すべきデータとして決定してＶＣ１５に収容し、非優先パケットであるデータ通信に関するパケット１４については、さらにＶＣ１５に空きがあればその分のデータをＶＣ１５に収容してに出力する。
【００３１】
図示の例では、パケット１１，１２によって、ＶＣ１５のＰＣＲ分のデータ量が満たされ、パケット１４が次周期に送信されるべきデータとなっている。このようにすることで、装置１への到着順が非優先データよりも遅くなった優先データであっても優先データが先に送信されることから、リアルタイム性が要求されるようなサービス品質を遵守することができる。また、非優先パケットについては、フラグメント処理部４によってフラグメントされることから、その送信に要する待ち時間が短縮化されている。さらに、一定時間以上パケット蓄積部５に滞留している非優先パケットは、送信管理部８によって取り出されて廃棄される。
【００３２】
多重処理部７によってＶＣに収容されたパケットは、パケット分割部９に入力される。パケット分割部９では、パケットをセル分割してタグ設定部１０に出力する。タグ設定部１０は、パケット分割部９から入力したセルのうち、フラグメント処理部４によってフラグメントされた非優先パケットを構成するセルに対してＣＬＰタグを設定し、セル網に送信する。
【００３３】
以上のように、この実施の形態１によれば、入力したパケットのヘッダ情報からそのパケットの宛先情報を抽出するパケット中継処理部２と、ヘッダ情報に設定された情報と優先レベルとを関連付けたフィルタ条件に基づいて、入力したパケットの優先レベルの振り分けを実行する振り分け処理部３と、入力したパケットを宛先情報ごとに優先レベルに応じて蓄積するパケット蓄積部５と、優先レベルに応じてパケット蓄積部５から読み出すべきパケットを設定すると共に、予め定めた優先レベルのパケットがパケット蓄積部５に入力されると、その到着順序によらずパケット蓄積部５から読み出すべき最優先のパケットとして設定するバッファ管理部６と、パケット蓄積部５から読み出したパケットの送信先への送信処理を実行する多重処理部７や送信管理部８などの送信処理部とを備えたので、パケット内に設定されている多様な情報を用いてより細分化された条件でデータの送信優先レベルを振り分けることができることから、例えば同一端末のアプリケーションごとの振り分けなども可能となり、アプリケーションの特徴に合わせた振り分け、あるいは、アプリケーションの優先レベルに合わせた振り分けなど、細かな条件でパケットの優先レベル振り分けを実行することができる。これにより、端末間でユーザがデータ伝送の遅延に由来する不具合を感じることなくアプリケーションを実行することも可能である。また、優先データは、装置への到着順によらず絶対優先となることから、リアルタイム性が要求されるようなパケットであってもサービス品質を遵守したパケット中継を実現することができる。
【００３４】
また、この実施の形態１によれば、非優先パケットをフラグメントし、その送信単位のデータ長を小さくするので、１つの非優先パケットの送信時間を短縮化することができ、非優先パケットの送信に要する優先パケットの待ち時間を短縮することができる。これにより、リアルタイム性が確保されることから、セル網が低速回線の場合にもサービス品質を遵守したパケット中継を実現することが可能となる。
【００３５】
さらに、この実施の形態１によれば、非優先パケットがバッファ蓄積部５内のバッファに滞留しないように、一定時間経過後にパケット解放するように構成したので、セル網が低速回線の場合にもサービス品質を遵守したパケット中継を実現することが可能となる。
【００３６】
さらに、この実施の形態１によれば、非優先セルに対応する送信データにＣＬＰタグを設定することから、セル網内で非優先セルが優先廃棄されることを促すことができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態１では、パケット中継処理部２が、入力したパケットのヘッダ情報におけるＯＳＩ第２層のＭＡＣアドレス情報から当該パケットの宛先を抽出し中継処理を実行する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、パケット中継処理部２が、入力したパケットのヘッダ情報におけるＯＳＩ第３層のＩＰアドレス情報から当該パケットの宛先を抽出して中継処理を実行するようにしてもよい。
【００３８】
これは、一般的なネットワーク通信システムにおいて、ＯＳＩ第３層に属するプロトコルを使用するシステムが多いことを考慮している。ＯＳＩ第３層のＩＰアドレス情報からパケットの宛先情報を抽出することで、宛先の分類を容易にすることができる。これにより、例えば複数のシステムにて同一のアプリケーションを実行する場合などに宛先によってその動作を変える際、より簡易な設定で変更することができる。
【００３９】
また、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上述した実施の形態の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、入力したパケットのヘッダ情報に基づいて、入力したパケットの優先レベルの振り分けを実行する振り分け処理部と、上記入力したパケットを宛先情報ごとに優先レベルに応じて今周期の送信データを蓄積するためのチャネル毎送信キューまたは次周期の送信データを蓄積するための優先度毎待ちキューに蓄積するパケット蓄積部と、上記優先レベルに応じて上記パケット蓄積部のチャネル毎送信キューからＶＣへ収容するパケットを設定すると共に、予め定めた優先レベルのパケットが上記パケット蓄積部に入力されると、その到着順序によらず上記パケット蓄積部から今周期に読み出すべき最優先のパケットとして上記チャネル毎送信キューに設定する一方、非優先レベルのパケットが上記パケット蓄積部に入力されると次周期に読み出すパケットとして上記優先度毎待ちキューに設定し、今周期に読み出すべきパケットとして上記チャネル毎送信キューに設定されている非優先レベルのパケットは、上記ＶＣに空きがあれば、その分のデータを上記ＶＣに収容する管理部と、上記パケット蓄積部から読み出して上記ＶＣへ収容したパケットの送信先への送信処理を実行する送信処理部とを備えたので、パケットのヘッダ情報に設定されている多様な情報を用いてより細分化された条件でデータの送信優先レベルを振り分けることができることから、例えば同一端末のアプリケーションごとの振り分けなども可能となり、アプリケーションの特徴に合わせた振り分け、あるいは、アプリケーションの優先レベルに合わせた振り分けなど、細かな条件でパケットの優先レベル振り分けを実行することができるという効果がある。これにより、端末間でユーザがデータ伝送の遅延に由来する不具合を感じることなくアプリケーションを実行することも可能である。また、優先データは、装置への到着順によらず絶対優先となることから、リアルタイム性が要求されるようなパケットであってもサービス品質を遵守したパケット中継を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるパケット伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２】高優先パケットの絶対優先化処理を説明する図である。
【符号の説明】
１パケット中継装置、２パケット中継処理部、３振り分け処理部、４フラグメント処理部、５パケット蓄積部、５ａ優先度毎待ちキュー、５ｂチャネル毎送信キュー、６バッファ管理部（管理部）、７多重処理部（送信処理部）、８送信管理部（送信処理部）、９パケット分割部（送信処理部）、１０タグ設定部（送信処理部）、１１，１３音声パケット、１２，１４データパケット、１５ＶＣ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a packet relay apparatus, and more particularly to a packet relay apparatus suitable for constructing a packet communication network in which packets of different service qualities are mixed using a low-speed cell network.
[0002]
[Prior art]
Currently, LAN (Local Area Network) and WAN (Wide Area Network) technologies have been developed, and applications are executed between remote terminals via the network, and data is exchanged with each other. In addition, since various media communications are realized on the network, packets of various service qualities such as packets of voice data and streaming data that require real-time performance and data packets having a retransmission function are included. It is mixed.
[0003]
In order to be able to execute an application that handles packets having different service qualities, a traffic control method that satisfies the service quality requirements for the packets is necessary. In addition, companies and the like are also increasing the number of forms in which an intranet is constructed using a cell network. For such a network, there is also a demand for a contract with a smaller number of paths in the contract cell network and a narrower bandwidth to be used in order to reduce communication costs.
[0004]
An example of a packet relay apparatus that executes the above-described traffic control in a low-speed cell network is disclosed in Patent Document 1, for example. This packet relay apparatus includes a packet relay processing unit, a packet division unit, a cell storage unit, a multiplex processing unit, a VC determination unit capable of cell transmission, a transmission cell determination unit, and a transmission cell rate determination unit (see Patent Document 1). (See FIG. 1).
[0005]
An outline of the operation will be described.
First, when a packet is input from the packet network, the packet relay processing unit extracts the destination information of the packet from the header information and performs the relay processing. When receiving the packet relayed by the packet relay processing unit, the packet splitting unit splits the packet into fixed-length cells and outputs the cells to the cell storage unit. The cell storage unit separates the input cell for each VC (Virtual Channel), and separates the input cell into a priority cell and a non-priority cell based on the packet destination information extracted by the packet relay processing unit. Alternatively, it is stored in any of the non-priority cell buffers.
[0006]
The VC determination unit capable of transmitting a cell monitors the average cell rate and burst length of the VC independently for each VC separated by the cell storage unit, in the priority cell group and the non-priority cell group. The VC that can transmit the cell group is determined. At this time, if there is a VC that can transmit the priority cell group, the VC that can transmit the earliest among the VCs is selected. On the other hand, if there is no VC capable of transmitting the priority cell group, the VC that can transmit the earliest among the VCs that can transmit the non-priority cell group is selected.
[0007]
Subsequently, the transmission cell determination unit determines a cell group to be newly transmitted from among the cell groups that can transmit the VC determined by the VC determination unit capable of cell transmission. The transmission cell rate determination unit determines the transmission cell rate of the cell group determined by the transmission cell determination unit. The multiplex processing unit reads the cell group determined by the transmission cell determining unit from the cell storage unit, multiplexes the cells in the same VC for each reception destination in the cell network, and transmits the multiplexed data to the cell network.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-247152
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional packet relay device, since the packet relay processing unit performs cell distribution (priority cell level classification) to the priority cell buffer and the non-priority cell buffer in the cell storage unit based on the destination information in the packet, There is a problem that packet relay cannot be executed under more detailed conditions using various information set in the packet.
[0010]
More specifically, with limited information such as destination information in a packet, only a priority level preset for each terminal to which the packet is transmitted, that is, distribution for each terminal can be performed. For this reason, for example, cells cannot be assigned according to the priority order for each application executed on the same terminal.
[0011]
In addition, when there is no VC that can transmit the priority cell group and the cell group in the non-priority cell buffer starts to be transmitted as a packet, data from the priority cell buffer is transmitted until the transmission of the cell related to the packet is completed. I could not. As described above, when the data size of the non-priority packet being transmitted is large and the line rate is low, there is a problem that the waiting time becomes long even for priority data. As a result, there is a case in which the quality of service cannot be guaranteed even for a packet that requires real-time performance.
[0012]
Further, while the priority packet is being transmitted, the non-priority packet cannot be transmitted and is stored in the buffer in the apparatus. At this time, if the line rate of the transmission path is low, the transmission waiting time of the non-priority packet is further increased, and the buffer occupation time is also increased. Further, when an application having a packet retransmission function is being executed, there is a possibility that the same packet is transmitted many times during the non-priority packet transmission waiting state.
As described above, in the conventional packet relay apparatus, there is a possibility that packet retention or buffer depletion occurs inside the packet relay apparatus.
[0013]
In order to solve these problems, it is conceivable to discard a packet staying in the apparatus. However, in the conventional packet relay device, packets input from the packet network are divided into cells and then stored in the buffer. Therefore, when discarding in units of packets is required, discarding processing for each individual cell is necessary. There was a problem that processing became complicated.
[0014]
As for the cell network, there are generally many forms in which the in-band bandwidth is shared with other subscribers. For this reason, when the inside of the cell network becomes congested, the cell may be discarded. In this case, since the discard rate is the same for cells of the same quality level in the cell network, there is a possibility that even a cell transmitted with priority is discarded.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can allocate the transmission priority level of data under more detailed conditions using various information set in the packet, It is an object of the present invention to obtain a packet relay apparatus capable of realizing packet relay complying with service quality even for packets that require real-time characteristics.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The packet relay device according to the present invention includes a distribution processing unit that executes distribution of priority levels of input packets based on header information of the input packets, and the input packets according to priority levels for each destination information. A packet accumulating unit for accumulating in a transmission queue for each channel for accumulating transmission data for a period or a waiting queue for each priority for accumulating transmission data for the next period, and for each channel of the packet accumulating unit according to the priority level When a packet to be accommodated from the transmission queue to the VC is set and a packet having a predetermined priority level is input to the packet storage unit, the highest priority to be read from the packet storage unit in this cycle regardless of the arrival order. While the packet is set in the transmission queue for each channel, the non-priority level packet is Is input to the product portion is set as a packet to be read the next cycle to the priority for each queue, packets of non-priority level set in the channel for each transmission queue as a packet to be read out period now, the above VC If there is a vacancy, a management unit that accommodates the corresponding data in the VC, and a transmission processing unit that reads from the packet storage unit and executes transmission processing to the transmission destination of the packet accommodated in the VC It is.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a configuration of a packet relay apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The packet relay device 1 according to the present embodiment includes a packet relay processing unit 2, a distribution processing unit 3, a fragment processing unit 4, a packet storage unit 5, a buffer management unit (management unit) 6, and a multiple processing unit (transmission processing unit) 7. , A transmission management unit (transmission processing unit) 8, a packet division unit (transmission processing unit) 9, and a tag setting unit (transmission processing unit) 10. The packet relay processing unit 2 is connected to the packet network, extracts the destination information of the packet from the header information of the packet input from the packet network, and executes the relay process. The distribution processing unit 3 performs flow identification of the packet input from the packet relay processing unit 2 according to predetermined filter conditions relating to various information set in the packet, and executes distribution processing of the priority level. In the fragment processing unit 4, among the packets input from the distribution processing unit 3, a division process (fragment) is executed on each block so that the data length of the transmission unit of the non-priority packet is shortened.
[0018]
The packet accumulating unit 5 is composed of a plurality of packet buffers VC # 11, VC # 21,..., VC # 1n, VC # 2n that accumulate in units of packets, and from the fragment processing unit 4 according to the priority level of the packet. Accumulate input data. In the illustrated example, VC # 11 to VC # 1n are priority packet buffers, and VC # 21 to VC # 2n are non-priority packet buffers. Each packet buffer functions as a priority level waiting queue for managing packets to be output according to priority levels and a channel-by-channel transmission queue for managing packets to be transmitted according to VCs.
[0019]
The buffer management unit 6 is connected to the input / output unit of the control signal for the packet storage unit 5 and controls the packet buffer queue according to the priority level of the packet stored in the packet storage unit 5 to give absolute priority to the priority packet. Execute the process. The multiplex processing unit 7 multiplexes the packet read from the cell storage unit 5 in the same VC for each reception destination in the cell network according to the control signal from the transmission management unit 8. The transmission management unit 8 monitors the data congestion state inside the apparatus based on the elapsed time from the time of packet reception, and manages packet transmission according to the priority level. The packet division unit 9 divides the packet input from the multiprocessing unit 7 for each cell. The tag setting unit 10 inputs the cell divided by the packet dividing unit 9, sets a CLP (Cell Loss Priority) tag in a cell constituting a non-priority packet, and outputs it to the cell network.
[0020]
Next, the operation will be described.
First, a packet input from the packet network to the packet relay device 1 is input to the packet relay processing unit 2. The packet relay processing unit 2 extracts the destination of the packet from the OSI (Open Systems Interconnection) second layer MAC (Media Access Control) address information in the header information of the input packet, and executes the relay processing. Specifically, when the address information of the destination that is the transmission destination of the packet is extracted, the packet relay processing unit 2 uses the destination information of the extraction result to store the table information in which the transmission port for connecting to each destination is stored. And the transmission port of the packet is determined. In this way, by extracting the destination from the OSI layer 2 information, it is possible to define the terminals directly connected on the network. Further, since the information of the OSI second layer is irrelevant to the information of the OSI third layer or higher, it is effective when various systems defined by the information of the OSI third layer or higher are mixed on the network.
[0021]
Subsequently, the packet output from the packet relay processing unit 2 is input to the distribution processing unit 3. In the distribution processing unit 3, the header information is input using a flow identification table that describes various conditions including information other than the MAC address of the OSI layer 2 and filter conditions that associate priority or non-priority of packet transmission. The packet header information is analyzed to determine its priority level. The flow identification table includes the OSI layer 4 MAC address, OSI layer 2 VLAN (Virtual Local Area Network) tag ID, OSI layer 3 IP address and protocol number, etc. Information on the OSI layer unrelated to the packet destination information extracted from the MAC address of the OSI layer 2 such as the port number is included.
In the following, for simplicity of explanation, a case where only priority and non-priority are assigned as priority levels will be described. However, priority levels may be further hierarchized according to the flow identification result.
[0022]
Next, the fragment processing unit 4 performs fragmentation (division) so that the data length of the transmission unit of the non-priority packet among the packets identified by the distribution processing unit 3 is shortened. For example, non-priority packet segmentation is performed by using the transmission function in IP (Internet Protocol) that transmits data with the data length exceeding the maximum transmittable data length of the physical port. The transmission completion time of one non-priority packet is shortened. Thereby, even when the priority packet arrives during transmission of the non-priority packet, the waiting time of the priority packet can be shortened.
[0023]
In the packet accumulating unit 5, when a packet is input via the fragment processing unit 4, the packet is separated for each VC according to the destination information, and according to the priority or non-priority of transmission according to the flow identification result described above, It accumulates in one of the packet buffers VC # 11, VC # 21,..., VC # 1n, VC # 2n corresponding to the VC. Thereafter, the multiplex processing unit 7 uses the control signal from the transmission management unit 8 to obtain from the packet buffers VC # 11, VC # 21,..., VC # 1n, VC # 2n in the packet storage unit 5. Determine and enter the packet to be sent. At this time, the transmission management unit 8 manages the transmission band in each VC.
[0024]
Here, the queue management of the packet buffer by the packet relay device 1 of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the packet buffer in the packet accumulating unit 5 includes a priority queue 5a in which data is managed for each priority level related to packet transmission, and a transmission queue 5b for each channel corresponding to each VC. Composed.
[0025]
In the conventional packet relay apparatus, the queue management of the transmittable data in the current cycle and the data transmitted at the next time point is managed separately. For this reason, arrival data is counted in the transmission queue 5b for each channel in this cycle in the order of arrival, and when the counter expires, queue management is performed so that the subsequent data is routed to the queue in the next cycle.
[0026]
Specifically, data corresponding to the PCR (Peak Cell Rate) of the VC is stored as data to be transmitted in the current cycle in the per-channel transmission queue 5b regardless of the priority level of the packet transmitted at the next time point. While this channel-by-channel transmission queue 5b accumulates data corresponding to the PCR (Peak Cell Rate) of the VC, even if a packet with a high priority level is transmitted, it is in a waiting state in the queue for each priority 5a. The data of the cycle is output and is output to the transmission queue 5b for each channel of the next cycle that has become empty.
[0027]
Referring to the example of FIG. 2A, even if a voice packet 11 having a high transmission priority level that requires real-time property and a packet 12 related to data communication are queued in the priority queue 5a, the multiplex processing unit 7 If the packets 13 and 14 exist as data to be output in the current cycle in the channel-by-channel transmission queue 5b related to the VC specified from the above, the packets 11 and 12 wait in the priority queue 5a regardless of the priority level. It becomes a state. Then, the packets 13 and 14 are accommodated in the VC 15 by the multiprocessing unit 7. Therefore, in the conventional packet relay device, even a packet that requires real-time property may be in a waiting state, and the service quality cannot be observed.
[0028]
Therefore, in the packet relay apparatus 1 of the present invention, the queue management of the transmittable data in the current cycle and the data transmitted at the next time point is integrally managed with respect to the priority level. That is, the buffer management unit 6 sets the priority packet as absolute priority, and preferentially stores the priority packet in the transmission queue 5b for each channel regardless of the arrival order of the packets. For non-priority packets, it is determined whether or not to queue in the transmission queue 5b for each channel in the current cycle with a data length that can be transmitted in the current cycle.
[0029]
In the example of FIG. 2B, the buffer management unit 6 queues a voice packet 11 having a high transmission priority level that requires real-time characteristics in addition to the packet 12 related to data communication in the priority queue 5a. Then, immediately, the packet 11 relating to the voice, which is a priority packet, is queued in the transmission queue 5b for each channel relating to the VC designated by the multiplex processing unit 7. The transmission queue 5b for each channel stores the priority packet 11 even if the amount of data corresponding to the PCR of VC is exceeded unlike the conventional case. In the illustrated example, as in (a), even if packets 13 and 14 exist as data to be output in the current cycle in the per-channel transmission queue 5b and the amount of data for the PCR of VC is accumulated, the packet 11 Are stored as absolute priority.
[0030]
Thereafter, in accordance with the control from the transmission management unit 8, the multiplex processing unit 7 determines that the packet 11 having absolute priority is to be transmitted in this cycle and accommodates it in the VC 15, and then if the VC 15 has a free space The packet 13 relating to the voice having a lower priority level than the packet 11 is determined as data to be transmitted in this cycle and accommodated in the VC 15. Are stored in the VC 15 and output.
[0031]
In the illustrated example, the data amount for the PCR of the VC 15 is satisfied by the packets 11 and 12, and the packet 14 is data to be transmitted in the next period. By doing this, even if priority data whose order of arrival at the apparatus 1 is later than non-priority data, the priority data is transmitted first, so that service quality that requires real-time performance is achieved. You can comply. Further, since the non-priority packet is fragmented by the fragment processing unit 4, the waiting time required for the transmission is shortened. Further, the non-priority packet that has been in the packet storage unit 5 for a predetermined time or longer is taken out by the transmission management unit 8 and discarded.
[0032]
The packet accommodated in the VC by the multiprocessing unit 7 is input to the packet dividing unit 9. In the packet division unit 9, the packet is divided into cells and output to the tag setting unit 10. The tag setting unit 10 sets a CLP tag for a cell constituting a non-priority packet fragmented by the fragment processing unit 4 among the cells input from the packet dividing unit 9 and transmits the cell to the cell network.
[0033]
As described above, according to the first embodiment, the packet relay processing unit 2 that extracts the destination information of the packet from the header information of the input packet, the information set in the header information, and the priority level are associated with each other. Based on the filter condition, a distribution processing unit 3 that distributes the priority level of the input packet, a packet storage unit 5 that stores the input packet according to the priority level for each destination information, and a packet according to the priority level A packet to be read from the storage unit 5 is set, and when a packet having a predetermined priority level is input to the packet storage unit 5, it is set as the highest priority packet to be read from the packet storage unit 5 regardless of the arrival order. Multiple processes for executing transmission processing to the transmission destination of the packet read from the buffer management unit 6 and the packet storage unit 5 Since the transmission processing unit such as the unit 7 and the transmission management unit 8 is provided, the transmission priority level of the data can be assigned under more detailed conditions using various information set in the packet. For example, it is possible to distribute each application of the same terminal, and it is possible to execute priority level distribution of packets under fine conditions such as distribution according to the characteristics of the application or distribution according to the priority level of the application. Thereby, it is also possible for a user to execute an application without feeling a problem caused by a delay in data transmission between terminals. Further, since priority data has absolute priority regardless of the order of arrival at the apparatus, packet relay that complies with service quality can be realized even for packets that require real-time performance.
[0034]
Further, according to the first embodiment, since the non-priority packet is fragmented and the data length of the transmission unit is reduced, the transmission time of one non-priority packet can be shortened, and the transmission of the non-priority packet can be shortened. It is possible to reduce the waiting time of the priority packet required for. As a result, real-time performance is ensured, so that it is possible to realize packet relay complying with service quality even when the cell network is a low-speed line.
[0035]
Further, according to the first embodiment, the packet is released after a predetermined time so that the non-priority packet does not stay in the buffer in the buffer storage unit 5, so that even when the cell network is a low-speed line, It is possible to realize packet relay that complies with service quality.
[0036]
Furthermore, according to the first embodiment, since the CLP tag is set in the transmission data corresponding to the non-priority cell, it is possible to prompt the priority discard of the non-priority cell in the cell network.
[0037]
In the first embodiment, the packet relay processing unit 2 extracts the destination of the packet from the OSI second layer MAC address information in the header information of the input packet, and executes the relay process. The present invention is not limited to this. For example, the packet relay processing unit 2 may extract the destination of the packet from the OSI third layer IP address information in the header information of the input packet and execute the relay process.
[0038]
This takes into account that in general network communication systems, there are many systems that use protocols belonging to the OSI layer 3. By extracting the packet destination information from the OSI third layer IP address information, it is possible to easily classify the destination. Thus, for example, when the same application is executed in a plurality of systems, the operation can be changed with a simpler setting when the operation is changed depending on the destination.
[0039]
Further, although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and the design is within a range not departing from the gist of the present invention. Needless to say, changes and the like are included in the present invention.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the distribution processing unit that distributes the priority level of the input packet based on the header information of the input packet, and the input packet according to the priority level for each destination information a packet accumulation section for accumulating the priority for each queue for storing transmission data of the channel for each transmission queue or the next period for storing transmission data cycle now Te, the packet storage unit in accordance with the priority level When a packet to be accommodated in the VC is set from the transmission queue for each channel, and a packet having a predetermined priority level is input to the packet storage unit, the packet to be read from the packet storage unit in the current cycle regardless of the arrival order. The priority packet is set in the transmission queue for each channel, while the non-priority level packet is stored in the packet storage. Is input to the section is set as a packet to be read the next cycle to the priority for each queue, packets of non-priority level set in the channel for each transmission queue as a packet to be read out period now, empty space in the VC If there is, there is a management unit that accommodates the data in the VC, and a transmission processing unit that performs transmission processing to the transmission destination of the packet that is read from the packet storage unit and accommodated in the VC . Since the transmission priority level of data can be distributed under more detailed conditions using various information set in the header information of the packet, for example, it is also possible to distribute by application of the same terminal, etc. Or according to the priority level of the application. There is an effect that it is possible to perform the priority level packet distribution in conditions. Thereby, it is also possible for a user to execute an application without feeling a problem caused by a delay in data transmission between terminals. In addition, since priority data has absolute priority regardless of the order of arrival at the device, it is possible to realize packet relay that complies with service quality even for packets that require real-time performance. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a packet transmission apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining high priority packet absolute priority processing;
[Explanation of symbols]
1 packet relay device, 2 packet relay processing unit, 3 distribution processing unit, 4 fragment processing unit, 5 packet storage unit, 5a queue for each priority, 5b transmission queue for each channel, 6 buffer management unit (management unit), 7 multiplexing Processing unit (transmission processing unit), 8 transmission management unit (transmission processing unit), 9 packet dividing unit (transmission processing unit), 10 tag setting unit (transmission processing unit), 11, 13 voice packet, 12, 14 data packet, 15 VC.

Claims

Based on the header information of the input packet, a distribution processing unit that executes priority level distribution of the input packet;
A packet accumulating unit that accumulates the input packet in a transmission queue for each channel for accumulating transmission data for the current cycle or a waiting queue for each priority for accumulating transmission data for the next cycle according to the priority level for each destination information When,
Depending on the priority level, the packet stored in the VC from the per-channel transmission queue of the packet storage unit is set, and when a packet with a predetermined priority level is input to the packet storage unit, regardless of the arrival order. While the highest priority packet to be read from the packet storage unit in the current cycle is set in the transmission queue for each channel, when a non-priority level packet is input to the packet storage unit, the packet is read out in the next cycle for each priority. The non-priority level packet set in the transmission queue for each channel as a packet to be read in the current cycle is set in the waiting queue, and if there is a free space in the VC, the management unit that accommodates the corresponding data in the VC When,
A packet relay apparatus comprising: a transmission processing unit that performs a transmission process to a transmission destination of a packet read from the packet storage unit and accommodated in the VC .

2. The packet relay device according to claim 1, further comprising a fragment processing unit that divides a packet that is not prioritized by the distribution processing unit so that a data length of a transmission unit thereof is shortened.