JP4547339B2 - 送信制御機能を備えるパケット中継装置 - Google Patents
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Description
F_k_i = L_k_i /Wk + max(F_(k-1)_i, V(ta_k_i))
ここで、L_k_iはパケットp_k_iのパケット長、ta_k_iはパケットp_k_iの到着時刻、V(t)は時刻tにおいて出力されるパケットのF_k_iの値を返す関数である。パケットを出力する際には、最小のF_k_iを持つパケットp_k_iを出力することで、各セッションの重みWkに比例したパケット出力を実現する。IPネットワークの管理者は、例えば、音声データやミッションクリティカルデータに一つのセッションkを割り当ててWk /(Wkの総和)×回線帯域分の帯域を確保することで、本データ用の通信品質を確保できる。
以下では、本実施例のシェーピング機能を備えるルータの概要動作を、図2を用いて説明する。図2は本実施例のパケット中継装置200を示す。パケット中継装置200はパケットが入力するNの入力回線201-i(i=1-N)とNの出力回線202-i(i=1-N)と、Nのインターフェース部210-i(i=1-N)と、インターフェース部210-iを結合するスイッチ部250と、プロセッサ260から構成される。インターフェース部210-iは、入力回線201-iより受信するパケットの受信処理を行うパケット受信部230-iと、出力回線202-iヘ送信するパケットの送信処理を行うパケット送信部240-iとヘッダ処理部220-iより構成される。ヘッダ処理部220は、入力回線201より入力したパケットのヘッダ情報等に基づいて該パケットを出力する出力回線202-jの番号である'j'や該パケットのMPLS用ラベルを判定する経路判定部221と、ヘッダ情報等に基づいて入力したパケットが属する通信品質のクラス(以下、単に「クラス」と呼ぶ)を判定するフロー検出部222から構成される。ここで、クラスとは、パケットの種類(例えば音声=VoIPや映像等)や、優先順位を示す。
ある集約回線が出力回線202-1と202-2から構成され、該集約帯域の総帯域を最大帯域10Mbpsに制限して送信する場合を考える。この際、それぞれのシェーピング部100-1と100-2は、ダミーパケットのパケット長が本パケット内のパケット長331の値であると仮定し、出力するパケットとダミーパケットの帯域を最大でもそれぞれ10Mbpsとなるように制御する。図9にシェーピング部100-1と100-2が出力するパケットの時刻を示す。白抜きのパケットが通常のパケット、斜線が入ったパケットがフィルタ回路620で廃棄されるダミーパケットであり、各シェーピング部100が出力するパケットとダミーパケットの帯域はそれぞれ最大でも10Mbpsとなっている。シェーピング部100-1と100-2が送信する通常のパケットとダミーパケットは最大で20Mbpsとなるが、ダミーパケットがフィルタ回路620-1で廃棄されるため、最終的に送信されるパケットの帯域は10Mbps以下となる。このシェーピング部100の詳細動作に関しては後述する。
出力回線202-1と202-2から構成される集約回線がクラス1とクラス2を備え、各クラスの帯域を、最大帯域20Mbps、80Mbpsに制限して送信する場合を考える。この際、それぞれのシェーピング部100-1と100-2は、ダミーパケットのパケット長がパケット長331の値であると仮定し、クラス1と2のパケットとダミーパケットをそれぞれ20Mbps、80Mbpsに制限して送信する。
以下では、本中継装置200固有の経路判定部221の詳細動作を、図10を用いて説明する。
まず、図10に示す経路判定部221がパケット受信部230よりパケットヘッダ情報21を受信すると、ヘッダ情報蓄積部850は該情報を蓄積する。次に、制御部830はヘッダ情報蓄積部850に蓄積されたヘッダ部310のDMAC317またはDIP312を読み出して、経路テーブル検索部810に送信する。経路テーブル検索部810は出力回線グループの番号(出力回線グループ番号と呼ぶ)とDMAC、または、出力回線グループ番号とDIPの対応表を管理し、DMACやDIPが入力されると、対応する出力回線グループ番号を制御部830に出力する。
本実施例のパケット中継装置200がMPLSのネットワークに設置される場合、経路判定部221の経路テーブル検索部810は、出力グループ番号とラベル318の対応を管理し、ラベル318が入力されると対応する出力グループ番号を制御部830に出力する。ここで出力グループ番号は、ファストリルートの保護回線と、該保護回線に設定される保護LSPと、予備回線と、該予備回線に設定される予備LSPの情報の組に対応する情報である。
パケット中継装置200固有のシェーピング部100の詳細動作を、図1を用いて説明する。図1のシェーピング部100はパケットを蓄積するクラス1用のFIFO1およびクラス2用のFIFO2を備えるパケットバッファ110と、バッファ110に書き込むパケットを一時蓄積するパケット一時蓄積バッファ120と、バッファ110にパケットを書き込むパケットライト部130と、バッファ110よりパケットを読み出すパケットリード部150と、FIFO1およびFIFO2から読み出したパケットを多重してフィルタ回路620に送信する多重回路140から構成される。
本処理は、主にパケットライト部130により行われる処理である。スイッチ部250よりパケットまたはダミーパケットを受信すると、パケット一時蓄積バッファ120は該パケットを蓄積し、内部ヘッダ部330のクラス334をパケットライト部130に送信する。パケットライト部130の詳細を図13に示す。パケットライト部130は、FIFO1およびFIFO2に蓄積されているパケットの数をカウントするパケット数カウンタ1と2と、それぞれの閾値を格納するパケット数閾値蓄積部1と2と、制御部1000より構成される。パケット一時蓄積バッファ120よりクラス334を通知されると、制御部1000はクラス334に対応するパケット数カウンタ内のカウンタ値とパケット数閾値蓄積部の閾値を読み出す。カウンタ値 ≦ 閾値である場合には、パケット一時蓄積バッファ120内のパケットを、クラス334に対応するFIFOに書き込み、対応するパケット数カウンタを'1'増加させる。一方、カウンタ値 > 閾値である場合には、パケット一時蓄積バッファ120内のパケットをFIFOに書き込まない。この際、バッファ120内のパケットは最終的には後続のパケットに上書きされて廃棄される。
本処理は、主にパケットリード部150により行われる処理である。パケットリード部150の一実現例を図15に示す。パケットリード部150は、制御部1110と、クラス毎に次パケットの送信時刻(次パケット送信時刻)を格納する図16に示すパケット送信管理テーブル1120と、クラス毎の帯域情報を格納する帯域情報蓄積部1140と、現時刻を格納するタイマー1160より構成される。図17に、出力回線グループのクラス1の最大帯域とクラス2の最大帯域をそれぞれ20Mbps、80Mbpsに制限する場合の帯域情報蓄積部1140の一例を示す。帯域情報蓄積部1140は、帯域情報としてクラス毎の最大帯域を設定するエントリ1341から構成される。
次パケット送信時刻 = 現時刻 + パケット長(byte)×8/最大帯域(bit/秒)…式1
計算後、パケット送信管理テーブル1120に新たな次パケット送信時刻を書き戻す(ステップ1410)。最後に、制御部1110は、送信クラスに対応するパケットライト部130のパケット数カウンタの減算要求をパケットライト部130に送信し(ステップ1411)、パケットライト部130の制御部1000は送信クラスに対応するパケット数カウンタの値を'1'減算する(ステップ1412)。
次パケット送信時刻 = 現時刻 + パケット長(byte)×8/最低帯域(bit/秒)…式2
さらに、各クラスに余剰帯域を割り当てるため、ステップ1405では次パケット送信時刻の値に関係なくステップ1406に進む。本ステップ1405の変更により余剰帯域が各クラスの最低帯域の比率に基づき分配される。例えば、リンクアグリゲーションの集約回線が100Mbpsの出力回線202-1と202-2で構成され、集約回線に存在するクラス1とクラス2の最低帯域が図19の値である場合を考える。
以上では、パケットを蓄積するバッファを備えるシェーピング部100の一実施例を説明した。出力回線グループへの総帯域を最大帯域に制限する場合には、パケット中継装置200がシェーピング部100の代わりに図20記載の帯域監視部2000を備えていても良い。シェーピング部100と帯域監視部2000とを総称して、帯域を制御する帯域制御部とも呼ぶ。
出力回線グループを構成する出力回線202と対応するシェーピング部100は、別々のプリント基板上に実装されることが望ましい。これは一つのプリント基板上の部品が故障しても他のプリント基板に影響を与える可能性が低いため、出力回線グループを構成する出力回線202の同時の通信断を防止できるためである。
パケットリード部150の帯域情報蓄積部1140の設定方法について説明する。パケット中継装置200の管理者は、外部の管理端末10から帯域情報蓄積部1140の設定を行う。この際、管理端末10に入力されるコマンドの一例を図23に示す。このコマンド:shaperは、出力回線グループの各クラスの総帯域を、最大帯域に制限するコマンドである。出力回線グループはフィールド2001、クラスはフィールド2002、最大帯域はフィールド2003に記載される。例えば、1行目のコマンドは出力回線グループであるgroup1のクラス1の帯域を最大帯域20Mbpsに制限するためのコマンドである。
12…送信パケット長情報
13…送信可能信号
21…パケットヘッダ情報
22…パケット出力回線情報
23…パケットクラス情報
24-k…ダミーパケット用出力回線情報
25…パケット出力ラベル情報
26-k…ダミーパケット用出力情報
31…帯域監視結果情報
32…バケツ蓄積量情報
100…シェーピング部
110…パケットバッファ
120…パケット一時蓄積バッファ
130…パケットライト部
140…多重回路
150…パケットリード部
260…プロセッサ
Claims (15)
- 複数の入力回線と複数の出力回線と、少なくとも一つの出力回線から構成される出力回線グループをパケットのヘッダ内の情報から判定し、当該出力回線グループに含まれる第1の出力回線及び第2の出力回線のいずれかからパケットを送信するパケット中継装置であって、
前記出力回線グループに含まれる第1の出力回線から送信する第1のパケットにより前記第1の出力回線の帯域を制御し、前記第1のパケットのパケット長を格納したダミーパケットを前記第2の出力回線の送信部に転送することにより前記出力回線グループに含まれる第2の出力回線の帯域を制御する送信制御部を備える。 - 請求項1記載のパケット中継装置であって、
前記送信制御部は、前記第1のパケットのクラスを用いて、前記第2の出力回線の当該クラス毎の帯域を制御する。 - 請求項2記載のパケット中継装置であって、
前記送信制御部は、ダミーパケットを廃棄するフィルタ部を備える。 - 請求項1又は2記載のパケット中継装置であって、
前記出力回線グループは、リンクアグリゲーションで集約される複数の出力回線又はMPLSの保護LSPを収容する出力回線と該保護LSPに対応する予備LSPを収容する出力回線に対応する。 - 複数の入力回線からパケットを受信して複数の出力回線から送信するパケット中継装置であって、
受信したパケットのヘッダ情報に基づいて当該パケットの転送先を判定する経路判定部と、
前記経路判定部により、複数の出力回線から構成される出力回線グループのうち第1の出力回線が第1のパケットの転送先として判定されたとき、前記第1の出力回線に対応する第1の送信部へ前記第1のパケットを転送し、且つ、当該出力回線グループのうち前記第1の出力回線とは別の第2の出力回線に対応する第2の送信部へ前記第1のパケットのパケット長を格納したダミーパケットを転送する受信部と、
前記第1のパケットのパケット長を用いて帯域制御を行う第1の帯域制御部と、
前記ダミーパケットのパケット長を用いて帯域制御を行う第2の帯域制御部とを有する。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、
前記受信部による前記第1のパケットのパケット長の通知は、当該第1のパケットのクラスの情報を含む。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、
前記経路判定部は、
受信したパケットのヘッダ情報に基づいて出力回線グループを決定する経路テーブル検索部と、
前記経路テーブル検索部で決定した出力回線グループに含まれる出力回線のうち、転送先の出力回線を決定し、且つ、前記経路テーブル検索部で決定した出力回線グループに含まれる出力回線のうち前記転送先と決定された出力回線以外の出力回線をパケット長の通知先として決定する制御部とを有する。 - 請求項7記載のパケット中継装置であって、さらに、
前記経路判定部は、複数の出力回線と出力回線グループとを対応付けた出力回線テーブル又は複数の出力ラベルと出力回線グループとを対応付けた出力ラベルテーブルを有する。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、
前記帯域制御部は、
前記受信部から受信したパケット及びダミーパケットを蓄積するキューと、
前記キューに書き込むパケット及びダミーパケットの数をカウントして閾値と比較し、カウントしたパケット及びダミーパケットの数が閾値を超えているときに前記書き込むパケット及びダミーパケットを廃棄するパケットライト部を有する。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、
前記帯域制御部は、
前記受信部から受信したパケット及びダミーパケットを蓄積するキューと、
前記キューからパケット及びダミーパケットを読み出すタイミングを当該パケット及びダミーパケットに記憶されているパケット長の情報と設定されている帯域量とに基づいて決定するパケットリード部とを有する。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、
前記帯域制御部は、
前記受信部から受信したパケット及びダミーパケットを蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に最近蓄積したパケット及びダミーパケットのパケット長に相当するパケット到着履歴情報を蓄積するパケット到着履歴情報蓄積部と、
前記受信部からパケット又はダミーパケットを受信したとき、当該パケット又はダミーパケットに含まれるパケット長及び前記パケット到着履歴情報蓄積部に蓄積したパケット到着履歴情報と設定されている帯域量とに基づいて、当該受信したパケット又はダミーパケットを転送するか否かを判定する転送可否判定部とを有する。 - 請求項6記載のパケット中継装置であって、さらに、
前記第1及び第2の送信部は、前記受信部から受信したクラスの情報に対応するクラス毎に、受信したパケット長に基づいてパケットの出力を制御する帯域制御部を有する。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、さらに、
帯域量の設定の入力を受け、前記第1及び第2の送信部へ当該帯域量を記憶させる設定制御部と、
前記第2の送信部において送信したパケットと、前記受信部から前記第2の送信部へ通知されたパケット長とを前記設定制御部で記憶された帯域量に基づいて制御する帯域制御部とを有する。 - 請求項5記載のパケット中継装置であって、
前記第1の送信部と前記第2の送信部は、それぞれ異なるプリント基板に設けられている。 - 受信したパケットを複数の回線から送信するパケット中継装置における帯域制御方法であって、
第1のパケットを受信するステップと、
前記第1のパケットを出力する出力部グループを決定するステップと、
決定した出力部グループに対応する複数の出力部のうちから、前記第1のパケットを出力する出力部を決定するステップと、
決定した出力部へ前記第1のパケットを転送するステップと、
決定した出力部グループに対応する複数の出力部のうち決定された出力部を除く出力部に前記第1のパケットのパケット長を格納したダミーパケットを転送するステップと、
前記第1のパケットのパケット長を用いて前記決定した出力部の帯域制御を行うステップと、
前記ダミーパケットのパケット長を用いて前記決定された出力部を除く出力部の帯域制御を行うステップとを有する。
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