JP4591789B2 - パケット転送方法およびパケット転送装置 - Google Patents

Description

本発明は、パケット転送方法およびパケット転送装置に関し、特にイーサネット（登録商標）や、放送(IPTV)のような一定な通信帯域を必要とし、かつデータ欠落のない通信を必要とするネットワークにおいて、パケット欠落を補完するパケット転送方法およびパケット転送装置に関する。

従来のこの種の技術として、イーサネット（登録商標）を利用したパケット転送方法および転送装置であって、パケット送信装置は、受信フレームから２つのコピーを作成し、コピーされたフレームのそれぞれに、VLANタグとシーケンス番号と送信経路を識別するための識別子を付加してイーサネット（登録商標）に送信し、パケット受信装置では、シーケンス番号と識別子から同一情報を有するパケットとその順序を同定し、フレームのコピーの内の一方を選択して下流に送出し、他方は廃棄するか、片方しか到着しなかった場合は、到着したパケットを下流に転送することにより、無瞬断切替え機能を実現したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、サーバ／クライアント型のシステムであるが、インターネット（登録商標）においてパケットの欠落が生じた場合、サーバ側伝送装置はクライアント側伝送装置からの再送要求に応じてパケットを再送し、クライアント側伝送装置は再送を考慮して指定された待機時間経過後にユーザ端末へ順次送信し始める「データ品質保証システム」も公知である（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１０２１５７号公報（第２頁、第１２頁−第１４頁、図１） 特開２００３−０６９６１３号公報（第３頁、図４）

上述した特許文献１に記載の技術では、図１４に示すように、早系でパケット欠落が発生した場合、遅系の同一番号のパケットを待つことになり、これによりパケット受信装置からの出力パケットが一時的にバースト的に送信される可能性がある。パケット受信装置からユーザ網へパケットがバースト的に送信された場合、ユーザ網に接続された端末では、バッファオーバフローによりデータ欠落が発生する虞があり、端末が画像再生装置の場合は、再生した画像に乱れが発生することになるという第１の問題点がある。更に、画像再生装置の場合、一定な帯域での受信を必要とするため、図１４のP22,P23のように、出力されるパケット間隔が大きく空いた場合はバッファアンダフローが発生し、バッファオーバフローと同様に再生した画像に乱れが発生する可能性がある。

また、連続するパケットの判定用に順序識別子（カウント値）を使用しているが、図１５に示すように、ユーザ網の端末変更などによりパケット送信装置の設定変更が行われ、一緒にこのカウント値をクリアした場合、パケット受信装置ではカウント値がクリアされたことを受信パケットからは判定できないため、パケットが不連続になったと判定し、アラームの検出と受信パケットの廃棄を行う可能性があるという第２の問題点がある。図１５の例は、カウント値が３回連続不一致となった場合であって、新たなカウント値に更新されるが、切り替わり直後の３パケットはアラームとして廃棄している。

具体的には、放送などの通信において、送信元のコンテンツの変更などによりコンフィグレーションの変更を行い、あわせてシーケンス番号をリセットした場合、シーケンス番号の切替りが検出できず、リセット後のパケットをシーケンスエラーとして廃棄している。しかし、放送等の再送なしで瞬断が許されない高信頼性を要求する通信において、この廃棄は致命的である。

また、VLANタグの後にシーケンス番号を付加しているため、装置間のイーサネット（登録商標）内にある市販のL2SW等中継装置にてレングスエラーにて廃棄される可能性があるという第３の問題点がある。これは、中継装置がVLANタグの後のタイプ／レングスを参照しフレームの正常性をチェックしている場合で、市販の中継装置は、このタイプ／レングスがシーケンス番号に置き換わっていることは検知できないため、レングスチェックを行なった場合、シーケンス番号をレングス値と判断し、実際のフレーム長と不一致となることからレングスエラーとなり廃棄されかねないからである。

次に、特許文献２に記載の技術では、再送が多くなった場合、通信帯域が増大し、最悪の場合は再送ができなくなるという第１の問題点がある。正常な再送ができないと、クライアント側でバッファアンダフローが発生し、クライアント側伝送装置からの画像の送信が途切れる。

また、最初のパケット欠落はシーケンス番号の監視などで確認可能だが、再送されたパケットの欠落は、既にシーケンス番号が不連続になっているため検出が難しいという第２の問題点がある。

また、パケット欠落時の再送用に大容量の送信バッファと受信バッファを備える必要があるという第３の問題点がある。

更に、待機時間は再送にかかる時間を考慮して定められているため、送信開始が遅くなるという第４の問題点がある。

そこで、本発明の第１の目的は、冗長化による系切替え方式を採用しつつ、出力パケットのバースト的送信を回避したパケット転送方法およびパケット転送装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、パケット送信装置のカウント値のクリアをパケット受信装置で検出できるパケット転送方法およびパケット転送装置を提供することにある。

請求項１に係る本発明は、パケット送信装置において送信元ユーザ網から受信したパケットに少なくともシーケンス番号およびタイムスタンプを挿入する手順と、シーケンス番号が挿入されたパケットを複数コピーする手順と、コピーしたパケットそれぞれを複数の通信経路を経て送信する手順と、パケット受信装置において複数の通信経路から受信した各パケットについてシーケンス番号を元に同じパケットかを判断する手順と、同じパケットの内の最早着のパケットをタイムスタンプの時刻から遅系の通信経路の遅延時間および揺らぎ分だけ遅らせ送信先ユーザ網に送信する手順と、他のパケットは廃棄する手順を含むことを特徴とするパケット転送方法である。

請求項１に係る本発明は、請求項１に記載のパケット転送方法において、パケット送信装置において送信元ユーザ網から受信したパケットに該送信元ユーザ網の送信元ＩＤを挿入してコピーをする手順と、パケット受信装置では最早着のパケットの送信元ＩＤが現在処理中のパケットの送信元ＩＤと一致するかを判定する手順と、送信元ＩＤが一致するときはシーケンス番号の判断を行う手順と、不一致のときは現在処理中のパケットの送信元ＩＤが挿入され、かつ送信先ユーザ網に未送信のパケットを廃棄し、新しい送信元ＩＤが挿入されているパケットを送信先ユーザ網に順次送信する手順を含むことを特徴とする。

請求項３に係る本発明は、送信元ユーザ網から送信されてくるパケットを受信する受信部と、受信パケットそれぞれに少なくともシーケンス番号およびタイムスタンプを挿入し該パケットを複数コピーする重複化送信部と、重複化送信部からコピーされたパケットが入力すると、該パケットそれぞれを複数の通信経路を経由して送信する複数の送信部を含むパケット送信装置と、パケット送信装置から送信されたパケットを受信する複数の受信部と、複数の受信部からパケットが入力すると各パケットについてシーケンス番号を元に同じパケットかを判断し、同じパケットの内の最早着のパケットをタイムスタンプの時刻から遅系の通信経路の遅延時間および揺らぎ分だけ遅らせて送信し他のパケットは廃棄する重複化受信部と、重複化受信部からのパケットを送信先ユーザ網へ送信する送信部を含むパケット受信装置を有することを特徴とするパケット転送装置である。

請求項４に係る本発明は、請求項３に記載のパケット転送装置において、重複化送信部は送信元ユーザ網から受信したパケットに該送信元ユーザ網の送信元ＩＤを挿入してコピーをすることと、重複化受信部は最早着のパケットの送信元ＩＤが現在処理中のパケットの送信元ＩＤと一致するかを判定し、送信元ＩＤが一致するときはシーケンス番号の判断を行い、不一致のときは現在処理中の送信元ＩＤが挿入され、かつ送信先ユーザ網に未送信のパケットを廃棄し、新しい送信元ＩＤが挿入されているパケットを送信先ユーザ網に順次送信することを特徴とする。

請求項５に係る本発明は、請求項４に記載のパケット転送装置において、重複化送信部は、時刻に合わせて更新するタイマカウンタを備えてタイマカウント値を出力するタイマ部と、受信部からパケットが入力すると、少なくとも送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを挿入して出力するヘッダ付加部と、ヘッダ付加部からパケットが入力するとパケットをコピーして２つのパケットを送信部へ出力するパケットコピー部を有することを特徴とする。

請求項６に係る本発明は、請求項４に記載のパケット転送装置において、重複化受信部は、受信部からパケットが入力すると、その送信元ＩＤが現在処理中の送信元ＩＤと一致するかの判定を行ない、現送信元ＩＤと一致しない場合には、送られてきたパケットの送信元ＩＤで現送信元ＩＤを更新し、判定結果とともにパケットを出力する２つの送信元ＩＤ判定部と、少なくとも送信元ＩＤおよび（受信パケットにおけるタイムスタンプに遅系の通信経路の遅延時間と通信経路での揺らぎ分を加算した）タイムスタンプから成るエントリ情報をシーケンス番号に対応したアドレス毎に記憶する到着管理テーブルと、時刻に合わせて更新するタイマカウンタを備え、二重化送信部におけるタイマ部と同期したタイマカウント値を出力するタイマ部と、送信元ＩＤ判定部からパケットが入力すると、パケットのシーケンス番号に従い到着管理テーブルから該当テーブル情報を読み出し、テーブル情報に既に当該エントリがある場合は受信パケットを廃棄し、テーブル情報に当該エントリが無い場合は到着管理テーブルに送信元ＩＤおよびタイムスタンプを書き込んで受信パケットを出力し、またパケット受信がない時間に到着管理テーブルから順次にエントリ情報を読み出してタイムスタンプとタイマ部から通知されるタイマカウント値と比較し、一致した場合には到着管理テーブルの当該エントリ情報を削除してパケット読出し要求を出力する到着管理部と、到着管理部からパケットが入力するとシーケンス番号に対応したアドレスにパケットを保存するパケットバッファと、パケット読出し要求が入力すると、受信したパケットのパケットバッファへの保存処理を行なっていない時に該当パケットをパケットバッファから読み出すパケット管理部と、読み出されたパケットから送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを削除して出力するヘッダ削除部と、ヘッダ削除部からパケットが入力すると送信先ユーザ網にパケットを送信する送信部を有することを特徴とする。

請求項７に係る本発明は、請求項３に記載のパケット転送装置において、パケット送信装置に、受信パケットの宛先情報から重複化処理の対象か対象外かを判断し、重複化処理対象の場合は受信パケットを重複化送信部に出力する識別部と、重複化送信部からのパケットと識別部からの直送パケットを多重して送信部に出力する多重部を設けたことを特徴とする。

請求項８に係る本発明は、請求項３に記載のパケット転送装置において、パケット受信装置に、受信パケットの宛先情報から重複化処理の対象か対象外かを判断し、重複化処理対象の場合は受信パケットを重複化受信部に出力する識別部と、多重化受信部からのパケットと識別部からの直送パケットを多重して送信部に出力する多重部を設けたことを特徴とする。

請求項９に係る本発明は、請求項３〜請求項８に記載のパケット転送装置において、重複化送信部においてパケットに挿入されるのは、802.1qに対応しているVLANタグ，イーサネット（登録商標）ヘッダ内のタイプを真似た擬似タイプ，送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプであることを特徴とする。

請求項１０に係る本発明は、請求項３〜請求項８に記載のパケット転送装置において、重複化送信部においてパケットに宛先情報として、ＭＡＣヘッダ，ＩＰヘッダ，ＵＤＰヘッダもしくはＴＣＰヘッダが挿入されることを特徴とする。

本発明によれば、パケットをコピーして複数のパケットを転送することとしたので、遅延時間が異なる通信経路を介して接続されているデータ転送装置において、片系にパケット欠落が発生し系切替えが発生した場合でも、高品質の通信を保証できるという第１の効果を得ることができる。しかも、データ転送装置からのパケットの出力は、入力時から、通信経路の遅延時間と揺るぎ分だけ遅れるのみでこの効果を得ることができる。

また、パケット送信装置のユーザ網からのパケット受信時のパケット間隔でパケット送信装置からユーザ網にパケットを送信するため、バースト的送信を回避することができるという第２の効果を得ることができる。

また、従来は通経路路の遅延差を吸収する場合、系ごとにバッファを設け、遅系到着まで、早系をバッファに保存して位相を合わせる必要があったが、本発明ではタイムスタンプによって送信タイミングを制御することにより、共通パケットバッファのみの実装でバースト性のないユーザ網への送信が可能となった。これによりバッファメモリ容量を削減できるという第３の効果を得ることができる。

更に、パケットに送信元ＩＤを付加して転送することにより、同一の宛先情報のネットワークであっても複数のコネクション(ユーザ)を定義することが可能となり、効率的なネットワーク構成が可能になるという第４の効果も得ることができる。

本発明では、パケット送信装置にて、ユーザ網から受信したパケットを２つにコピーし、それぞれの系のパケットのイーサネット（登録商標）ヘッダの後ろに、VLANタグ，擬似タイプ，送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを付加し、イーサネット（登録商標）に送信する。

パケット受信装置では、イーサネット（登録商標）から受信したパケットの送信元ＩＤが現在処理中の送信元ＩＤに該当するかを判断し、現在処理中の送信元ＩＤと一致した場合は、シーケンス番号の確認を行なう。受信したパケットのシーケンス番号が到着管理テーブルに無い場合は、受信パケットをパケットバッファに保存する。到着管理テーブルに存在した場合は、既に別の系から受信パケットと同一のパケットを受信しているので受信パケットの廃棄を行なう。送信元ＩＤが不一致の場合には、送られてきたパケットの送信元ＩＤで現送信元ＩＤを更新する。

遅系の通信経路の遅延時間と通信経路の揺らぎ分を考慮した後に、パケットバッファからの読出しを行なう。その際、直前の送信パケットに対しタイムスタンプの差分の送信間隔をあけてユーザ網へ送信する。また、ここでの通信経路の揺らぎとは、パケット送信装置からパケット受信装置の間の通信経路において、スイッチなどによって中継される際に発生する遅延の変化のことであり、パケット受信装置では、この揺らぎが発生してもバッファが枯渇しないようにある程度バッファリングしてから読み出しを開始する。
［構成の説明］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態としてのパケット転送システムの概要図である。このパケット転送システムは、ユーザ網（図の左上方）から送信されてくるパケットをパケット送信装置２が受信し、冗長系を構成するＡ系，Ｂ系のイーサネット（登録商標）を介してパケット受信装置３へ転送し、パケット受信装置３がユーザ網（図の左下方）へ送信するものである。

パケット送信装置２は、ユーザ網からパケットを受信すると、受信部２１にてパケットを受信し、二重化送信部２０に出力する。二重化送信部２０は受信部２１からパケットが入力すると受信パケットのイーサネット（登録商標）ヘッダの後にVLANタグと擬似タイプと送信元ＩＤとシーケンス番号とタイムスタンプを付加し、２つの送信部２２１，２２２にパケットをコピーして出力する。送信部２２１，２２２は二重化送信部２０からパケットが入力するとイーサネット（登録商標）にパケットを送信する。イーサネット（登録商標）はＡ系、Ｂ系がそれぞれ独立したネットワークである。

パケット受信装置３の受信部３１１，３１２は、イーサネット（登録商標）からパケットを受信すると、二重化受信部３０に出力する。二重化受信部３０は、受信部３１１，３１２からパケットが入力すると、送信元ＩＤが現在処理中の送信元ＩＤと一致するかを判定し、現在処理中の送信元ＩＤと一致した場合はシーケンス番号の確認を行なう。その結果により、現送信元ＩＤの更新と、重複送信を回避するための受信パケットの廃棄等を行なう。そして、遅系の通信経路の遅延時間と揺らぎ分を考慮した後に送信部３２に出力する。その際、前の送信パケットのタイムスタンプの差分の送信間隔を空ける。送信部３２では、二重化受信部３０からパケットを受けると、受信パケットをユーザ網に送信する。

ここで、遅系の通信経路の遅延時間とは、二重化送信部２０から送信部２２１，Ａ系のイーサネット（登録商標），受信部３１１を経て二重化受信部３０に到るルートにおける遅延時間と、二重化送信部２０から送信部２２２，Ｂ系のイーサネット（登録商標），受信部３１２を経て二重化受信部３０に到るルートにおける遅延時間とで、より多い方の遅延時間をいう。また、揺らぎとは、これらの遅延時間の変化である。

図２は、本発明の一実施の形態としてのパケット転送装置のブロック図である。図において、パケット転送装置１は、パケット送信装置２とパケット受信装置３から構成される。これは、図１のパケット送信装置２とパケット受信装置３を１つの装置として構成している装置であり、本発明の実施形態の一つである。また、二重化送信部２０および二重化受信部３０の詳細が示されている。

二重化送信部２０は、ヘッダ付加部２３，パケットコピー部２４およびタイマ部２５を有する。タイマ部２５は、時刻に合わせて更新するタイマカウンタを持ち、タイマカウント値をヘッダ付加部２３に通知する。ヘッダ付加部２３は、受信部２１からパケットが入力すると、送信先アドレス（MAC DA）および送信元アドレス（MAC SA）の後に、802.1qに対応しているVLANタグとイーサネット（登録商標）ヘッダ内のタイプを真似た擬似タイプ、送信元ＩＤ、シーケンス番号、タイムスタンプを挿入し、パケットコピー部２４に送信する。

なお、宛先情報としてVLANタグを必要としない場合は、VLANタグおよび擬似タイプを付加しなくてもよいが、VLANタグを必要とする場合は擬似タイプを付加することにより、中継装置にてVLANタグの後のシーケンス番号の誤検出によりレングスエラーと判定されることを防ぐことができる。パケットコピー部２４は、ヘッダ付加部２３からパケットを受けるとパケットをコピーし、２つのパケットを送信部２２１，２２２に送信する。

図５は、本発明におけるパケットフォーマットを示す図である。図５（Ａ）に示す二重化入力に対して、ヘッダ付加部２３がVLANタグ，擬似タイプ，送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを挿入し、図５（Ｂ）に示す二重化出力とする。送信元ＩＤとは、ユーザ網に接続されてパケットを送信するユーザ端末のＩＤをいい、低優先の一般データと高優先の音声データとによる振り分けや、標準画質とハイビジョン画質とによる切替えに伴う変更も可能である。送信元ＩＤは送信元の識別やシーケンス番号の切替り情報となる。シーケンス番号はパケット毎に振られる一連番号であり、タイムスタンプはタイマ部２５からのタイマカウント値を使用する。

二重化受信部３０は、２つの送信元ＩＤ判定部３３１，３３２，到着管理部３４，パケット管理部３５，ヘッダ削除部３６，到着管理テーブル３７，パケットバッファ３８およびタイマ部３９を有する。

送信元ＩＤ判定部３３１，３３２は、受信部３１１，３１２からパケットが送られてくると、その送信元ＩＤが現在処理中の送信元ＩＤ（現送信元ＩＤ）と一致するかの判定を行ない、判定結果とともに到着管理部３４にパケットを出力する。現送信元ＩＤは送信元ＩＤ判定部３３１，３３２が認識している。現送信元ＩＤと一致しない場合には、送られてきたパケットの送信元ＩＤで現送信元ＩＤを更新する。

到着管理テーブル３７は、図６に示すように、エントリ有効情報ＥＮ，送信元ＩＤおよびタイムスタンプから成るエントリ情報を、図７に示すように、シーケンス番号に対応したアドレス毎に記憶する。

タイマ部３９は、時刻に合わせて更新するタイマカウンタを備え、タイマカウント値を到着管理部３４に通知する。なお、タイマ部３９のタイマカウンタは、パケット送信部２のタイマ部２５のタイマカウンタとNTP(Network Time Protocol)などを使用し同期をとり、同じタイマカウント値になるようにしておく。

到着管理部３４は、送信元ＩＤ判定部３３１，３３２からパケットが入力すると、パケットのシーケンス番号に従い到着管理テーブル３７から該当テーブル情報を読み出し、その結果、テーブル情報に既に当該エントリがある場合は、既に他の系から同一シーケンス番号のパケットが到着していることになるので受信パケットを廃棄する。テーブル情報に当該エントリが無い場合は、早着のパケットになるので、到着管理テーブル３７にエントリ有効情報，送信元ＩＤおよびタイムスタンプを書き込み、受信パケットをパケット管理部３５に出力する。到着管理テーブル３７に書き込まれるタイムスタンプは、受信パケットにおけるタイムスタンプに、遅系の通信経路の遅延時間と通信経路での揺らぎ分を加算したものとする。

到着管理部３４では、また、パケット受信がない時間に到着管理テーブル３７から順次にエントリ情報を読み出して、タイマ部３９から通知されるタイマカウント値と比較し、一致した場合には到着管理テーブル３７の当該エントリ情報を削除しパケット管理部３５にパケット読出し要求を行う。

パケット管理部３５は、到着管理部３４からパケットが入力すると、パケットバッファ３８のシーケンス番号に対応したアドレスにパケットを保存する。図８はパケットバッファ３８の構成を示す。また、パケット管理部３５は到着管理部３４からパケット読出し要求を受けた場合、該当パケットをパケットバッファ３８から読み出し、ヘッダ削除部３６に出力する。この読出しは、イーサネットから受信したパケットのパケットバッファ３８への保存処理を行なっていない時に行なう。

ヘッダ削除部３６では、二重化送信部２０のヘッダ付加部２３で付加されたVLANタグ，擬似タイプ，送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを削除して送信部３２に出力する。送信部３２は、ヘッダ削除部３６からパケットを受けると、ユーザ網にパケットを送信する。
［動作の説明］
以上のように構成された本パケット転送装置の動作について、図３および図４に示すタイムチャートと、図９および図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図９はパケット送信装置２の動作を示す。受信部２１がユーザ網からパケットを受信すると（図９のステップＳ１）、ヘッダ付加部２３は、図５に示したようにヘッダを挿入する（図９のステップＳ２）。詳しくは、ヘッダ付加部２３にて、図５の二重化入力のパケットフォーマットから、二重化出力のパケットフォーマットになるように、送信先アドレス（MAC DA）、送信元アドレス（MAC SA）の後に、802.1qに対応しているVLANタグ，イーサネットヘッダ内のタイプを真似た擬似タイプ，送信元の識別やシーケンス番号の切替り情報となる送信元ＩＤ，パケットごとに加算されるシーケンス番号およびタイマ部２５からのタイマカウント値であるタイムスタンプを付加する。

そして、パケットコピー部２４はＡ系とＢ系にヘッダを付加したパケットをコピーして（図９のステップＳ３）、送信部２２１，２２２は、Ａ系，Ｂ系のイーサネット（登録商標）へ２つのパケットを送信する（図９のステップＳ４）。図３を参照すると、最上段に、二重化送信部２０からＡ系およびＢ系へ同内容の９個のパケットP20〜P28が同時に出力されていることが示されている。

図１０はパケット受信装置３の動作を示す。パケット受信があると（図１０のステップＴ１でＹ）、送信元ＩＤ判定部３３１，３３２は、送信元ＩＤが現送信元ＩＤと一致するかをチェックし（図１０のステップＴ２）。その結果、一致すれば（図１０のステップＴ２でＹ）、到着管理部３４は到着管理テーブル３７を読み出す（図１０のステップＴ３）。そして、受信パケットと同じシーケンス番号のエントリ情報が登録されていることが分かると（図１０のステップＴ４でＹ）、他の系から同じパケットを既に受信済みであるから受信パケットを廃棄する（図１０のステップＴ５）。

受信パケットと同じシーケンス番号のエントリ情報が登録されていない場合には（図１０のステップＴ４でＮ）、到着管理部３４は図６に示したようなエントリ情報を到着管理テーブル３７に順次に登録する（図１０のステップＴ６）。このとき書き込まれるタイムスタンプは、受信パケットのタイムスタンプに遅系の通信経路の遅延時間と通信経路での揺らぎ分を加算したものである。そして、パケット管理部３５は、パケットバッファ３８のシーケンス番号に対応したアドレスに受信パケットを順次に保存する（図１０のステップＴ７）。

図３を参照すると、二重化受信部３０のＡ系には、Ａ／Ｂ系出力よりＡ系の遅延時間分だけ遅れてパケットP20〜P28が順次に入力しており、Ｂ系には、Ａ／Ｂ系出力よりＢ系の遅延時間分だけ遅れてパケットP20〜P28（P27,P28は不図示）が順次に入力している。ここでは、Ａ系の遅延時間はＢ系の遅延時間より小さいとしているので、Ａ系が早着、Ｂ系が遅着である。従って、Ａ系の受信パケットがエントリ登録されパケットバッファ３８に保存され（図１０のステップＴ６，Ｔ７）、Ｂ系の受信パケットは廃棄される（図１０のステップＴ４，Ｔ５）。

図３において、パケットP20〜P22は早着Ａ系の受信パケットが保存されるが、Ａ系の受信パケットの内で欠落するパケットP23に対しては、そのエントリ情報が登録されていないため（図１０のステップＴ４でＮ）、遅着Ｂ系の受信パケットP23がエントリ登録されパケットバッファ３８に保存される（図１０のステップＴ６，Ｔ７）。パケットP24〜P28は再び早着Ａ系の受信パケットが保存される。

一方、送信元ＩＤが現送信元ＩＤと不一致の場合は（図１０のステップＴ２でＮ）、到着管理部３４は、そのパケットのシーケンス番号に対応したエントリ情報を到着管理テーブル３７から削除する（図１０のステップＴ８）。更に、パケット管理部３５は、そのパケットのシーケンス番号に対応したパケットをパケットバッファから削除する（図１０のステップＴ９）。その後に、ステップＴ３〜Ｔ７の処理が行われるため、結局、到着管理テーブル３７およびパケットバッファ３８の更新が行なわれることとなる。

図４は、送信元ＩＤ切替え時の動作を示す。図において、二重化受信部３０に入力されたパケットP50〜P52は、送信元ＩＤが同じ「２」であるため、順次にパケットバッファ３８に保存される。しかし、パケットP52の次に送信元ＩＤが「３」に変更されたパケットP0〜が入力している。この場合、送信元ＩＤ判定部３３１，３３２が送信元ＩＤの切替りを検出し、その結果を到着管理部３４に通知する。到着管理部３４は、到着管理テーブル３７の中の前送信元ＩＤ「２」に該当するパケットP51とP52のエントリを削除するとともにパケット管理部３５にパケットP51とP52の廃棄要求を通知する。パケット管理部３５は、パケットバッファ３８に保存中のパケットP51とP52の廃棄処理をする。送信元ＩＤ「３」に切替え後のパケットP0〜については、順次にパケットバッファ３８に保存していく。

このように、パケット送信装置のカウント値のクリアをパケット受信装置３０で検出できるようにしたため、同一の宛先情報のネットワークであっても複数のコネクション（ユーザ）を定義することが可能となり、効率的なネットワーク構成が可能となる。

次に、タイマ部２５およびタイマ部３９は、時を同じくしてタイマカウント値を更新しており、到着管理部３４はパケット受信がない時間に（図１０のステップＴ１でＮ）、到着管理テーブル３７から順次にエントリ情報を読み出して（図１０のステップＴ１０）、タイマ部３９から通知されるタイマカウント値と比較し（図１０のステップＴ１１）、一致した場合には到着管理テーブル３７の当該エントリ情報を削除する（図１０のステップＴ１２）。また、パケット管理部３５にパケット読出し要求を行って、当該パケットをパケットテーブル３８から読み出す（図１０のステップＴ１３）。ヘッダ削除部３６は、そのパケットからヘッダを削除して対向装置のユーザ網へ送信する。

図３の最下段を参照すると、先頭のパケットP20の入力から遅系の通信経路の遅延時間および揺らぎ分だけ遅れ、かつタイムスタンプの差分間隔を空けて、パケットP20〜P28が順次に出力され、出力パケットのバースト的送信が回避されている。但し、パケットP23のみはＢ系入力によるパケットであり、Ａ系入力によるパケットP24の次にパケットバッファ３８に保存されているため、シーケンス番号に基づいて出力順序の修正が行なわれている。

このように、時刻に合わせてタイマカウンタを動作させ、シーケンス番号順に遅系の通信経路の遅延時間と揺らぎを加算したタイムスタンプとの一致確認を行ない、一致した場合にパケットバッファ３８からの読出しを行い、二重化受信部３０からユーザ網へ送信することとしたため、片系に欠落が発生しても、イーサネットでの揺らぎの無い状態で対向装置のユーザ網へ送信でき、高品質の通信を保証することができる。

また、伝送路の遅延差を吸収する場合、従来は系毎にバッファを設け、遅系パケットの到着まで早系のパケットをバッファに保存して位相を合わせる必要があったが、タイムスタンプによって送信タイミングを制御することとしたためより、共通パケットバッファのみの実装でバースト性のないユーザ網への送信が可能となる。
［発明の他の実施の形態]
本発明の他の実施例を図１１に示す。図において、基本構成は図２に示したパケット転送装置１と同様であるが、パケット送信装置２において識別部２６および２つの多重部２７１，２７２、パケット受信装置３において２つの識別部３Ａ１，３Ａ２および多重部３Ｂを設けた点が異なる。

受信部２１にてパケットを受信した場合、識別部２６に送信する。識別部２６では、パケットの宛先情報から、二重化処理の対象か対象外かを判断し、二重化処理対象の場合は、前述と同様に二重化送信部２０にてヘッダ付加およびパケットコピーを行い、多重部２７に出力する。しかし、二重化処理対象外の場合は、二重化送信部２０には出力せずに多重部２７に直送する。このとき、パケットの宛先情報によりイーサネット（登録商標）のＡ系、Ｂ系に振り分けることができる。多重部２７では、二重化送信部２０からのパケットと識別部２６からのパケットを多重して送信部２２に出力する。

パケット受信装置３において、受信部３１にてパケットを受信した場合、識別部３Ａに出力する。識別部３Ａでは、パケットの宛先情報から、二重化処理の対象か対象外かを判断し、二重化処理対象の場合は、上記説明同様、二重化受信部３０にて、パケット切替およびヘッダ削除を行い、多重部３Ｂに出力する。しかし、二重化処理対象外の場合、二重化受信部３０には出力せずに多重部３Ｂに直送する。多重部３Ｂでは、二重化受信部３０からのパケットと識別部３Ａからのパケットを多重して送信部３２にパケットを出力する。この実施例では、識別部２６による宛先識別を追加したことにより、高品質の通信と通常の通信が混在したネットワークを構築することが可能となる。

また、この例では二重化送信部２０および二重化受信部３０は１個の構成になっているが、識別部２６で行なうパケットの宛先情報からの宛先の判定数を増やすことにより、複数の二重化送信部２０および二重化受信部３０を持つパケット転送装置を構成することもできる。例えば、識別部２６にて、宛先情報がａの場合は二重化送信部Ａに送信、宛先情報がｂの場合は二重化送信部Ｂに送信、宛先情報がｃの場合には二重化対象外というように宛先情報の判定数を増やすことが可能となる。

本発明の更なる他の実施例を図１２に示す。この例は、図２の構成に、パケット送信装置２の送信部２２を１つ追加して、送信部２２は３個構成となっている。ここでは、パケットコピー部２４にて、受信パケットを３個にコピーする。これに対応して、パケット受信装置３においては、受信部３１および送信元ＩＤ判定部３３が３個構成になっており、到着管理部３４では、３つの経路からパケットを受信し、早着のパケットのみをパケット管理部３５に送信し、それ以外の遅着のパケットは廃棄する。これにより、パケット転送装置１間のネットワークの信頼性を高めている。本実施例では、３つにコピーする構成としているが、４個以上の構成とすることも可能である。

次に、本発明では、図５に示したパケットフォーマットと異なるパケットフォーマットを採用することも可能である。その一例を図１３に示す。図は、宛先情報として、MACヘッダ，IPヘッダおよびUDPヘッダを使用する場合の二重化出力のパケットフォーマットを示している。このようなフォーマットの場合、パケット転送装置間のネットワークは、イーサネットではなくIPネットワークになる。このフォーマットを採用した場合、図２のヘッダ付加部２３の処理において、MACヘッダ，IPヘッダおよびUDPヘッダの後に，送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを付加する。それ以外のパケット送信装置２の動作は前述のとおりである。

また、パケット受信装置３の動作については、各ブロックの送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプのパケット内の位置が違うことと、ヘッダ付加部２３にて付加された送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプの削除をヘッダ削除部３６にて行なうことが本発明と違う動作になる点であり、それ以外は本発明の動作と同様である。

また、図１３の二重化出力のフォーマットでは、UDPヘッダの後に送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを付加しているが、UDPヘッダの代わりにTCPヘッダを適用しても良い。

また、図１３の二重化出力のフォーマットでは、UDPヘッダの後に送信元ＩＤ，シーケンス番号、タイムスタンプを付加しているが、MACヘッダとIPヘッダのみで宛先情報が十分な場合はUDPヘッダの後ではなく、IPヘッダの後に送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを付加してもよい。

本発明の一実施例によるパケット転送システムのシステム構成図 本発明の一実施例によるパケット転送装置のブロック図 本発明における動作例を示すタイムチャート 本発明における送信元ＩＤ切替時の動作例を示すタイムチャート 本発明におけるパケット転送システムのパケットフォーマットを例示する図 本発明における到着管理テーブルのエントリフォーマット例を示す図 本発明における到着管理テーブルのメモリ構成例を示す図 本発明におけるパケットバッファのメモリ構成例を示す図 本発明におけるパケット送信装置の動作を示すフローチャート 本発明におけるパケット受信装置の動作を示すフローチャート 本発明の他の実施例によるパケット転送装置のブロック図 本発明の他の実施例によるパケット転送装置のブロック図 本発明におけるパケット転送システムのパケットフォーマットを例示する図 従来技術の第１の問題点を示すためのタイムチャート 従来技術の第２の問題点を示すためのタイムチャート

符号の説明

１ パケット転送装置
２ パケット送信装置
３ パケット受信装置
２０ 二重化送信部
２１ 受信部
２２ 送信部
２３ ヘッダ付加部
２４ パケットコピー部
２５ タイマ部
２６ 識別部
２７ 多重部
３０ 二重化受信部
３１ 受信部
３２ 送信部
３３ 送信元ＩＤ判定部
３４ 到着管理部
３５ パケット管理部
３６ ヘッダ削除部
３７ 到着管理テーブル
３８ パケットバッファ
３９ タイマ部
３Ａ 識別部
３Ｂ 多重部

Claims (10)

1. パケット送信装置において送信元ユーザ網から受信したパケットに少なくともシーケンス番号およびタイムスタンプを挿入する手順と、
   前記シーケンス番号が挿入されたパケットを複数コピーする手順と、
   前記コピーしたパケットそれぞれを複数の通信経路を経て送信する手順と、
   パケット受信装置において前記複数の通信経路から受信した各パケットについて前記シーケンス番号を元に同じパケットかを判断する手順と、
   同じパケットの内の最早着のパケットを前記タイムスタンプの時刻から遅系の通信経路の遅延時間および揺らぎ分だけ遅らせ送信先ユーザ網に送信する手順と、
   他のパケットは廃棄する手順を含むことを特徴とするパケット転送方法。
2. 前記パケット送信装置において送信元ユーザ網から受信したパケットに該送信元ユーザ網の送信元ＩＤを挿入して前記コピーをする手順と、
   前記パケット受信装置では前記最早着のパケットの前記送信元ＩＤが現在処理中のパケットの送信元ＩＤと一致するかを判定する手順と、
   送信元ＩＤが一致するときは前記シーケンス番号の判断を行う手順と、
   不一致のときは前記現在処理中のパケットの送信元ＩＤが挿入され、かつ前記送信先ユーザ網に未送信のパケットを廃棄し、新しい送信元ＩＤが挿入されているパケットを前記送信先ユーザ網に順次送信する手順を含むことを特徴とする請求項１に記載のパケット転送方法。
3. 送信元ユーザ網から送信されてくるパケットを受信する受信部と、
   受信パケットそれぞれに少なくともシーケンス番号およびタイムスタンプを挿入し該パケットを複数コピーする重複化送信部と、
   重複化送信部からコピーされたパケットが入力すると、該パケットそれぞれを複数の通信経路を経由して送信する複数の送信部を含むパケット送信装置と、
   前記パケット送信装置から送信されたパケットを受信する複数の受信部と、
   前記複数の受信部からパケットが入力すると各パケットについて前記シーケンス番号を元に同じパケットかを判断し、同じパケットの内の最早着のパケットを前記タイムスタンプの時刻から遅系の通信経路の遅延時間および揺らぎ分だけ遅らせて送信し他のパケットは廃棄する重複化受信部と、
   前記重複化受信部からのパケットを送信先ユーザ網へ送信する送信部を含むパケット受信装置を有することを特徴とするパケット転送装置。
4. 前記重複化送信部は送信元ユーザ網から受信したパケットに該送信元ユーザ網の送信元ＩＤを挿入して前記コピーをすることと、
   前記重複化受信部は前記最早着のパケットの前記送信元ＩＤが現在処理中のパケットの送信元ＩＤと一致するかを判定し、送信元ＩＤが一致するときは前記シーケンス番号の判断を行い、不一致のときは前記現在処理中の送信元ＩＤが挿入され、かつ前記送信先ユーザ網に未送信のパケットを廃棄し、新しい送信元ＩＤが挿入されているパケットを前記送信先ユーザ網に順次送信することを特徴とする請求項３に記載のパケット転送装置。
5. 前記重複化送信部は、
   時刻に合わせて更新するタイマカウンタを備えてタイマカウント値を出力するタイマ部と、
   前記受信部からパケットが入力すると、少なくとも送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを挿入して出力するヘッダ付加部と、
   前記ヘッダ付加部からパケットが入力するとパケットをコピーして２つのパケットを前記送信部へ出力するパケットコピー部を有することを特徴とする請求項４に記載のパケット転送装置。
6. 前記重複化受信部は、
   前記受信部からパケットが入力すると、その送信元ＩＤが現在処理中の送信元ＩＤと一致するかの判定を行ない、現送信元ＩＤと一致しない場合には、送られてきたパケットの送信元ＩＤで現送信元ＩＤを更新し、判定結果とともにパケットを出力する２つの送信元ＩＤ判定部と、
   少なくとも送信元ＩＤおよび（受信パケットにおけるタイムスタンプに遅系の通信経路の遅延時間と通信経路での揺らぎ分を加算した）タイムスタンプから成るエントリ情報をシーケンス番号に対応したアドレス毎に記憶する到着管理テーブルと、
   時刻に合わせて更新するタイマカウンタを備え、前記二重化送信部におけるタイマ部と同期したタイマカウント値を出力するタイマ部と、
   前記送信元ＩＤ判定部からパケットが入力すると、パケットのシーケンス番号に従い前記到着管理テーブルから該当テーブル情報を読み出し、テーブル情報に既に当該エントリがある場合は受信パケットを廃棄し、テーブル情報に当該エントリが無い場合は到着管理テーブルに送信元ＩＤおよびタイムスタンプを書き込んで受信パケットを出力し、またパケット受信がない時間に前記到着管理テーブルから順次にエントリ情報を読み出してタイムスタンプと前記タイマ部から通知されるタイマカウント値と比較し、一致した場合には前記到着管理テーブルの当該エントリ情報を削除してパケット読出し要求を出力する到着管理部と、
   到着管理部からパケットが入力するとシーケンス番号に対応したアドレスにパケットを保存するパケットバッファと、
   前記パケット読出し要求が入力すると、受信したパケットのパケットバッファへの保存処理を行なっていない時に該当パケットをパケットバッファから読み出すパケット管理部と、
   読み出されたパケットから前記送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプを削除して出力するヘッダ削除部と、
   ヘッダ削除部からパケットが入力すると送信先ユーザ網にパケットを送信する送信部を有することを特徴とする請求項４に記載のパケット転送装置。
7. 前記パケット送信装置に、受信パケットの宛先情報から重複化処理の対象か対象外かを判断し、重複化処理対象の場合は受信パケットを前記重複化送信部に出力する識別部と、
   前記重複化送信部からのパケットと前記識別部からの直送パケットを多重して前記送信部に出力する多重部を設けたことを特徴とする請求項３に記載のパケット転送装置。
8. 前記パケット受信装置に、受信パケットの宛先情報から重複化処理の対象か対象外かを判断し、重複化処理対象の場合は受信パケットを前記重複化受信部に出力する識別部と、
   前記多重化受信部からのパケットと前記識別部からの直送パケットを多重して前記送信部に出力する多重部を設けたことを特徴とする請求項３に記載のパケット転送装置。
9. 前記重複化送信部においてパケットに挿入されるのは、802.1qに対応しているVLANタグ，イーサネット（登録商標）ヘッダ内のタイプを真似た擬似タイプ，送信元ＩＤ，シーケンス番号およびタイムスタンプであることを特徴とする請求項３〜請求項８に記載のパケット転送装置。
10. 前記重複化送信部においてパケットに宛先情報として、ＭＡＣヘッダ，ＩＰヘッダ，ＵＤＰヘッダもしくはＴＣＰヘッダが挿入されることを特徴とする請求項３〜請求項８に記載のパケット転送装置。

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