JP4613642B2 - Network equipment - Google Patents
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本発明は、パケットの伝送を行う装置、特にローカルエリアネットワーク間でパケットの伝送を行うネットワーク装置に関するものであり、連想メモリを用いた経路検索、ARP検索、フィルタ・QoS処理を高速かつ高い信頼性で行うために用いられる技術である。 The present invention relates to a packet transmission device, and more particularly to a network device for packet transmission between local area networks, and performs high-speed and high-reliability route search, ARP search, and filter / QoS processing using an associative memory. This is a technique used for performing the above.
ストリーミングなどのアプリケーションの普及により、インターネット上のトラフィック量は増加の一途をたどっており、ネットワーク装置の高速化・広帯域化が要求されている。ネットワーク装置の動作は、経路検索処理とパケット転送処理に大別できるが、性能を大きく左右するのは経路検索処理である。このため、パケットの経路検索を高速化する様々な工夫や研究が行われている。その一手法として連想メモリ(以下、CAMと称する)を用いて経路検索を高速化する方式が提案されている。例えば論文、“Fast routing table lookup using CAMs”(in Proceedings of IEEE INFOCOM '93, vol. 3, pp. 1382-1391, Mar. 1993.)が挙げられる。従来から用いられていた二分探索Treeによる方式の場合、IPv4では最大で32回のアクセス・比較動作を行う必要があった。CAMを用いた経路検索では、宛先アドレスに一致するエントリを一度に検索できることから検索時間を大幅に短くできる。だが、大量のエントリ数をCAMに格納するには大容量のCAMが必要であり、集積度・コストの問題から困難であった。近年になり、半導体の集積度向上によりCAMの大容量化・低コスト化が進み、CAMがネットワーク装置の経路検索をはじめ、ARP検索やフィルタ・QoS処理などに広く用いられるようになった。しかし、検索処理の高速化を実現できた半面、CAMは検索動作時に大量の動作電流を流すため、CAM自身の電源ラインに大きな電源ノイズを発生させ、動作を不安定にさせてしまう問題があった。 With the spread of applications such as streaming, the amount of traffic on the Internet is steadily increasing, and there is a demand for higher speed and wider bandwidth of network devices. The operation of the network device can be broadly divided into route search processing and packet transfer processing, but the route search processing greatly affects the performance. For this reason, various ideas and researches have been made to increase the speed of packet route search. As one of the methods, a method for speeding up route search using an associative memory (hereinafter referred to as CAM) has been proposed. For example, a paper, “Fast routing table lookup using CAMs” (in Proceedings of IEEE INFOCOM '93, vol. 3, pp. 1382-1391, Mar. 1993.) can be mentioned. In the case of the conventional method using the binary search tree, it is necessary to perform the access / comparison operation 32 times at maximum in IPv4. In the route search using the CAM, an entry matching the destination address can be searched at a time, so that the search time can be greatly shortened. However, in order to store a large number of entries in the CAM, a large-capacity CAM is required, which is difficult due to the degree of integration and cost. In recent years, CAMs have been increased in capacity and reduced in cost due to improvements in the degree of integration of semiconductors, and CAMs have come to be widely used for network device route searches, ARP searches, filters and QoS processing, and the like. However, on the other hand, the search process can be speeded up. However, since a large amount of operating current flows in the CAM during the search operation, there is a problem that a large power supply noise is generated in the power line of the CAM itself and the operation becomes unstable. It was.
例えば、回線からパケットが到着していない時、検索エンジン回路は検索コマンドを発行しないため、CAMは検索動作を行わず殆ど動作電流を流さない。この状態から、短いパケット長のパケットが連続して到着すると、検索エンジン回路が検索コマンドを連続して発行するため、CAMは連続的に検索動作を行う。このような動作をした場合、CAMの電源電流は短時間にほぼ0から最大値まで大きく変動するため、大きな電源ノイズを発生させてしまう。この電源ノイズによって、CAM内部論理回路の回路ディレイの変動や、CAM内部の論理値の反転が起こり、誤った検索結果の出力や、検索動作時に誤った値を検索する可能性がある。インターネット利用者は年々増加傾向にあり、CAMに格納されるエントリ数は今後ますます増加すると予想されるため、CAMの検索動作時の電源電流もまた増加すると予想され、結果として電源ノイズも増大すると考えられる。この電源ノイズを低減するには、CAMが実装されているネットワーク装置内の回路基板に多種多様のデカップリングキャパシタを搭載することになり、回路基板の部品実装エリア・コストが問題となる。本発明の目的は、これらの問題点を解消し、CAMを用いた経路検索、ARP検索、フィルタ・QoS処理を高い信頼性で実現するための技術を提供することである。 For example, when a packet has not arrived from the line, the search engine circuit does not issue a search command, so the CAM does not perform a search operation and flows almost no operating current. When packets with short packet lengths arrive continuously from this state, the search engine circuit issues search commands continuously, so the CAM performs a search operation continuously. When such an operation is performed, the power supply current of the CAM greatly fluctuates from almost 0 to the maximum value in a short time, which causes a large power supply noise. Due to this power supply noise, fluctuations in the circuit delay of the CAM internal logic circuit and inversion of the logic value inside the CAM may occur, and an erroneous search result may be output or an incorrect value may be searched during the search operation. Since Internet users are increasing year by year and the number of entries stored in the CAM is expected to increase in the future, the power supply current during the CAM search operation is also expected to increase, resulting in an increase in power supply noise. Conceivable. In order to reduce the power supply noise, a wide variety of decoupling capacitors are mounted on the circuit board in the network device on which the CAM is mounted, and the component mounting area cost of the circuit board becomes a problem. An object of the present invention is to solve these problems and to provide a technique for realizing a route search using a CAM, an ARP search, and a filter / QoS process with high reliability.
本発明では、回線からパケットが到着していない時、検索エンジン回路がダミー検索コマンドを発行し、CAMの動作電流を平均的に流すようにして電源電流変動量が小さくなるようにしている。また、前記のように電源電流変動量が大きくなるような検索コマンドの発行が行われた場合、検索エンジン回路がCAMの電源電圧を制御し、CAM内部論理回路の回路ディレイの変動や、CAM内部の論理値の反転を補償している。更に、CAM内部にレギュレータ回路を持つ構成として、過渡応答特性を高速化している。 In the present invention, when a packet has not arrived from the line, the search engine circuit issues a dummy search command so that the operating current of the CAM flows on average, so that the power supply current fluctuation amount is reduced. In addition, when a search command is issued to increase the amount of power supply current fluctuation as described above, the search engine circuit controls the power supply voltage of the CAM, the circuit delay fluctuation of the CAM internal logic circuit, the CAM internal The inversion of the logical value of is compensated. Furthermore, the transient response characteristic is speeded up as a configuration having a regulator circuit inside the CAM.
本発明では、CAMを用いた経路検索、ARP検索、フィルタ・QoS処理を高い信頼性で実現できるネットワーク装置を構築できる。 In the present invention, it is possible to construct a network device that can realize route search, ARP search, and filter / QoS processing using CAM with high reliability.
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用したネットワーク装置の一例をブロック図で示したものである。ルーティングマネージャボード100には、ルーティングマネージャ回路110及びクロスバスイッチ回路120が実装されている。ルーティングマネージャ回路110は、経路情報を管理する部位であり、クロスバスイッチ回路120を介して検索エンジン回路240に対して経路情報を与える。クロスバスイッチ回路120は、ルーティングプロセッサボード200間でパケット転送を行うスイッチ回路である。ルーティングプロセッサボード200には、転送エンジン回路210、パケットバッファ回路220、ヘッダバッファ回路230、検索エンジン回路240、経路検索用CAM250、ARP検索用CAM260、フィルタ・QoS処理用CAM270、スイッチ回路280が実装されている。ネットワークインターフェース300は、ネットワークに接続される入出力ポートであり、WAN用・LAN用・ATM用など、回線種毎に設けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a network device to which the present invention is applied. A
次に、パケット転送処理の流れを簡単に説明する。回線からパケットがネットワークインターフェース300に到着すると、パケットは転送エンジン回路210に送られる。転送エンジン回路210は、パケット内に含まれるデータ情報をパケットバッファ回路220に、ヘッダ情報をヘッダバッファ回路230に格納する。例えば、Ethernet(登録商標)パケットのヘッダ部には、受信先及び送信元アドレス、データ長などの情報が含まれる。検索エンジン回路240は、転送エンジン回路210からヘッダ情報を受け取り、各種テーブルを参照してパケット転送の制御に必要な情報を取得する。検索エンジン回路240が参照するテーブルとしては、経路テーブル、ARPテーブル、フィルタ・QoSテーブルがあるが、ここでは経路テーブル、フィルタ・QoSテーブルが参照される。経路テーブルは、経路検索処理を行うためのテーブルであり、経路検索用CAM250のエントリを検索した結果を用いて参照される。フィルタ・QoSテーブルは、パケットのフィルタリング条件・廃棄条件、装置内の転送処理優先度などの情報であり、フィルタ・QoS処理用CAM270のエントリを検索した結果を用いて参照される。
Next, the flow of packet transfer processing will be briefly described. When the packet arrives at the
これらの結果から得られた制御情報は、検索エンジン回路240から転送エンジン回路210へ送られる。転送エンジン回路210は、パケットが転送されるべき入出力ポートを指定し、スイッチ回路280、クロスバスイッチ回路120へと転送する。更にクロスバスイッチ回路120は、該当するルーティングプロセッサボード200へ転送し、スイッチ回路280から転送エンジン回路210へ送られる。転送エンジン回路210は、受信したパケットをパケットバッファ回路220、ヘッダバッファ回路230に格納する。検索エンジン回路240は、転送エンジン回路210からヘッダ情報を受け取り、ARP検索用CAM260を用いてARPテーブルからMACアドレスを取得する。ARPテーブルは、Ethernet通信のために用いられるIPアドレスとMACアドレスの対照表であり、MACアドレスで表される装置が接続されるポート番号の情報が格納されている。この検索結果は、転送エンジン回路210に戻され、特定された入出力ポートを持つネットワークインターフェース300からパケットを送出する。
Control information obtained from these results is sent from the
図2は、従来の検索エンジン回路の一例をブロック図で示したものである。検索エンジン回路240は、転送エンジン回路210から送られたヘッダ情報を受け取り、検索データを検索データ受信バッファ回路241に書き込むと共に検索コマンド発行回路242内のカウンタ値をインクリメント(+1)する。検索コマンドを発行すると、セレクタ回路243が、検索コマンド発行回路242内のカウンタ値をデクリメント(−1)し、カウンタ値が+1以上の値であれば検索コマンドを発行し続ける。また、検索エンジン回路240には、ルーティングマネージャ回路110から送られてくるCAM251のエントリをメンテナンスするパス281が用意されており、このパス281からのメンテナンスデータ・メンテナンスコマンドを受信した場合、これを優先してCAM251のメンテナンスを行う。メンテナンスコマンド発行時、検索データは検索データ受信バッファ回路241に蓄積され保持される。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional search engine circuit. The
図3は、従来の検索エンジン回路内のセレクタ回路の動作を表す真理値表である。メンテナンスコマンドを発行する頻度は、検索コマンドを発行する頻度に対して極稀であり、通常動作では、検索コマンドが発行されているか、NOP(No Operation)状態である場合が多い。前記のように、CAMはNOP状態の時、殆ど電源電流を流さない。この状態から、短いパケット長のパケットが連続して到着すると、検索エンジン回路が検索コマンドを連続して発行するため、CAMは連続的に検索動作を行う。このような動作をした場合、CAMの電源電流は短時間にほぼ0から最大値まで大きく変動するため、大きな電源ノイズを発生させてしまう。 FIG. 3 is a truth table showing the operation of the selector circuit in the conventional search engine circuit. The frequency of issuing the maintenance command is extremely rare with respect to the frequency of issuing the search command. In normal operation, the search command is often issued or is in a NOP (No Operation) state. As described above, when the CAM is in the NOP state, the power supply current hardly flows. When packets with short packet lengths arrive continuously from this state, the search engine circuit issues search commands continuously, so the CAM performs a search operation continuously. When such an operation is performed, the power supply current of the CAM greatly fluctuates from almost 0 to the maximum value in a short time, which causes a large power supply noise.
図4は、この時の動作イメージを示しており、上段がCAMの動作状態、中段がCAMの電源電流の遷移、下段がCAMの電源電圧の遷移である。従来の検索処理では、下段に示した大きな電源ノイズによって、CAM内部論理回路の回路ディレイの変動や、CAM内部の論理値の反転が起こり、誤った検索結果の出力や、検索動作時に誤った値を検索する問題があった。 FIG. 4 shows an image of the operation at this time. The upper stage is the CAM operating state, the middle stage is the CAM power supply current transition, and the lower stage is the CAM power supply voltage transition. In the conventional search processing, the large power supply noise shown in the lower stage causes fluctuations in the circuit delay of the CAM internal logic circuit and inversion of the logic value in the CAM, and an incorrect search result is output or an incorrect value is found during the search operation. There was a problem searching.
図5は、本発明の第一の実施例のブロック図である。検索コマンド・メンテナンスコマンドを発行する仕組みは、図2で説明した構成とほぼ同じであるため説明を省略する。本発明の第一の実施例に係る検索エンジン回路340は、ダミー検索データ保持回路344及びダミー検索コマンド発行回路345を持っている。ダミー検索データ保持回路344に保持されているデータは任意の値でよい。ダミー検索コマンド発行回路345は、内部にN進カウンタを持つ。N進カウンタのNの値は外部から可変する機能を持たせることが望ましい。これよってダミー検索コマンド発行間隔を変えることもできる。
FIG. 5 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. The mechanism for issuing the search command / maintenance command is almost the same as the configuration described in FIG. The
図6は、図5の検索エンジン回路340内のセレクタ回路343の動作を表す真理値表である。本発明では、ダミー検索コマンドを発行することにより、CAMの動作電流を平均的に流すようにして電源電流変動量が小さくなるようにすることが趣旨であるため、メンテナンスコマンドとダミー検索コマンドが競合した場合、ダミー検索コマンドを優先させている。よって、図5に示したようにルーティングマネージャ110からのメンテナンスするパスは、検索パスと同様にバッファリング可能な回路構成としている。また、ダミー検索コマンド発行回路345内のN進カウンタにおけるNの値を、CAM351が検索可能な最小ピッチに設定し、装置の立上げ時にCAM351の動作電流が最大となるように制御し、電源電流変動量を小さくしてもよい。
FIG. 6 is a truth table representing the operation of the
図7は、CAM351の動作電流を平均的に流すように動作させた時のイメージを示しており、上段がCAMの動作状態、中段がCAMの電源電流の遷移、下段がCAMの電源電圧の遷移である。下段に示した電源ノイズが従来よりも低減され、CAMを用いた検索処理の信頼性を高めることができる。
FIG. 7 shows an image when the operation current of the
図8は、本発明の第二の実施例のブロック図である。検索コマンド・メンテナンスコマンドを発行する仕組みは、図2で説明した構成と同じであるため説明を省略する。本発明の第二の実施例に係る検索エンジン回路440は、電源制御回路448を持っている。電源制御回路448は、検索コマンド・メンテナンスコマンドをモニタリングし、前記検索コマンド発行回路442内のカウンタ値が+1以上の値であれば、CAM451の電源電圧を上昇(UP)させる信号を出力し、カウンタ値が0であれば、CAM451の電源電圧を下降(DOWN)させる信号を出力する。CAMがNOP状態及びメンテナンス動作中は検索動作を行わないため、CAMの電源電圧を下降(DOWN)させる信号を出力する。これらの信号を、CAM451に電力供給している電源回路450に送り、CAM451の電源電圧を制御する。出力電圧をUP・DOWNさせる機能を有する電源回路は、一般に広く市販されているため、この回路についての説明は省略する。CAMの電源電圧を制御するタイミングは、CAMの電源ノイズが発生するタイミングと一致させる必要があるため、可変遅延回路449を持つ構成としてタイミングを調整する。可変遅延回路449は、遅延量を外部から可変する機能を持たせることが望ましい。
FIG. 8 is a block diagram of the second embodiment of the present invention. The mechanism for issuing the search command / maintenance command is the same as that described with reference to FIG. The
図9は、図8の検索エンジン回路440内の電源制御回路448の動作を表す真理値表である。CAM451の電源電圧を制御することにより、電源ノイズによる電源電圧変動を補償している。
FIG. 9 is a truth table representing the operation of the power
図10は、この時の動作イメージを示しており、上段がCAMの動作状態、中段がCAMの電源電流の遷移、下段がCAMの電源電圧の遷移である。CAM451の電源電圧を制御して、CAM内部論理回路の回路ディレイの変動や、CAM内部の論理値の反転を補償することより、CAMを用いた検索処理の信頼性を高めることができる。また、NOP状態及びメンテナンスコマンド発行時はCAM451の電源電圧を下降(DOWN)させるため、装置の消費電力低減にも寄与する。 FIG. 10 shows an operation image at this time, in which the upper stage is the CAM operating state, the middle stage is the CAM power supply current transition, and the lower stage is the CAM power supply voltage transition. By controlling the power supply voltage of the CAM 451 to compensate for the variation in the circuit delay of the CAM internal logic circuit and the inversion of the logic value in the CAM, the reliability of the search processing using the CAM can be improved. Further, when the NOP state and the maintenance command are issued, the power supply voltage of the CAM 451 is lowered (DOWN), which contributes to reducing the power consumption of the apparatus.
本発明の第二の実施例(図8)は、CAM451の電源電圧を制御する方法として、CAM451に電力供給している電源回路450の出力電圧を制御するものである。しかし、一般的に電源回路の過渡応答時間は、検索エンジン回路が検索コマンドを発行してからCAMが検索動作を行うまでの時間より長い。また、CAMが実装されているネットワーク装置内の回路基板には、多くのデカップリングキャパシタが搭載されているため、過渡応答特性は更に遅くなる。よって、前記実施例のようにCAMに電力供給している電源回路の出力電圧を、電源ノイズの発生タイミングと一致させるように制御することは難しい。 The second embodiment (FIG. 8) of the present invention controls the output voltage of the power supply circuit 450 that supplies power to the CAM 451 as a method of controlling the power supply voltage of the CAM 451. However, in general, the transient response time of the power supply circuit is longer than the time from when the search engine circuit issues a search command to when the CAM performs a search operation. Further, since many decoupling capacitors are mounted on the circuit board in the network device on which the CAM is mounted, the transient response characteristic is further delayed. Therefore, it is difficult to control the output voltage of the power supply circuit that supplies power to the CAM as in the above embodiment so as to coincide with the generation timing of the power supply noise.
図11は、上述の問題の対策方法として、CAMの他の構成例を示したものであり、CAM551は、内部に自身の電源電圧を生成するシリーズレギュレータ回路552を備えている。シリーズレギュレータ回路552は、一般的に過渡応答特性が優れている。これをCAM内部に設けることにより、チップ内キャパシタ分だけを充電すればよく、過渡応答特性の劣化も少ない。
FIG. 11 shows another configuration example of the CAM as a countermeasure against the above-described problem. The
図12は、図11で示したCAM551を用いた本発明の第三の実施例を示す。検索エンジン回路540は図8の検索エンジン回路440と同じ構成である。
FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention using the
以上、図面を参照しながら本発明の実施例を説明した。本発明の技術は、経路検索用CAM、ARP検索用CAM、フィルタ・QoS処理用CAMはもちろんであるが、その他CAMを用いた検索処理を行う回路及びこれを用いた装置全てに適用できる。本発明は上述の実施例に限定されず、趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態を取り得る。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. The technology of the present invention can be applied not only to a route search CAM, an ARP search CAM, and a filter / QoS processing CAM, but also to other circuits that perform a search process using a CAM and devices using the same. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various embodiments can be taken without departing from the spirit of the present invention.
100・・・ルーティングマネージャボード
110・・・ルーティングマネージャ回路
120・・・クロスバスイッチ回路
200・・・ルーティングプロセッサボード
210・・・転送エンジン回路
220・・・パケットバッファ回路
230・・・ヘッダバッファ回路
240・・・検索エンジン回路
241・・・検索データ受信バッファ回路
242・・・検索コマンド発行回路
243・・・セレクタ回路
250・・・経路検索用CAM
260・・・ARP検索用CAM
270・・・フィルタ・QoS処理用CAM
280・・・スイッチ回路
300・・・ネットワークインターフェース
344・・・ダミー検索データ保持回路
345・・・ダミー検索コマンド発行回路
448・・・電源制御回路
449・・・可変遅延回路
450・・・電源回路
551・・・レギュレータ内蔵CAM
552・・・シリーズレギュレータ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ...
260 ... CAM for ARP search
270 ... CAM for QoS processing
280 ...
552 ... Series regulator circuit
Claims (8)
情報検索処理を行うための連想メモリと、
前記連想メモリへ受信パケットの転送先の検索コマンドを発行する検索エンジン部とを有し、
前記検索エンジン部は、所定の時間間隔内で前記検索コマンドが発行されなければ、前記連想メモリに前記連想メモリの電源電圧変動量を小さくするためのダミー検索コマンドを発行することを特徴とするネットワーク装置。 A network device for transmitting packets,
An associative memory for performing information retrieval processing ;
A search engine unit that issues a search command for a transfer destination of the received packet to the associative memory;
If the search command is not issued within a predetermined time interval, the search engine unit issues a dummy search command to the associative memory for reducing a power supply voltage fluctuation amount of the associative memory. apparatus.
情報検索処理を行うための連想メモリと、
前記連想メモリへ受信パケットの転送先の検索コマンドを発行する検索エンジン部とを有し、
所定の時間間隔内において、前記検索エンジン部から前記連想メモリに対して前記検索コマンドが発行がなければ、前記連想メモリの電源電圧変動量を動的に変化させる電源制御部を有することを特徴とするネットワーク装置。 A network device for transmitting packets,
An associative memory for performing information retrieval processing ;
A search engine unit that issues a search command for a transfer destination of the received packet to the associative memory;
A power control unit configured to dynamically change a power supply voltage fluctuation amount of the associative memory when the search command is not issued from the search engine to the associative memory within a predetermined time interval ; Network device to perform.
前記連想メモリは内部にシリーズレギュレータ部を有することを特徴とするネットワーク装置。 The associative memory includes a series regulator unit therein, and a network device.
所定の時間間隔内において、検索エンジン部から連想メモリに対して検索コマンドが発行がなければ、前記検索エンジン部から前記連想メモリに前記連想メモリの電源電圧変動量を小さくするためのダミー検索コマンドを発行させることを特徴とする連想メモリ制御回路。 If a search command is not issued from the search engine unit to the associative memory within a predetermined time interval, a dummy search command for reducing the power supply voltage fluctuation amount of the associative memory from the search engine unit to the associative memory is provided. An associative memory control circuit characterized by being issued.
所定の時間間隔内において、検索エンジン部から連想メモリに対して検索コマンドが発行がなければ、前記連想メモリの電源電圧変動量を動的に変化させることを特徴とする連想メモリ制御回路。 An associative memory control circuit characterized by dynamically changing a power supply voltage fluctuation amount of the associative memory unless a search command is issued from the search engine unit to the associative memory within a predetermined time interval.
前記連想メモリはシリーズレギュレータ部を有することを特徴とする連想メモリ制御回路。 The associative memory includes a series regulator unit.
所定の時間間隔内において、検索エンジン部から前記連想メモリに対して検索コマンドが発行がなければ、前記連想メモリの電源電圧変動量を動的に変化させることを特徴とする連想メモリ。 An associative memory characterized by dynamically changing a power supply voltage fluctuation amount of the associative memory unless a search command is issued from the search engine unit to the associative memory within a predetermined time interval.
シリーズレギュレータ部を有することを特徴とする連想メモリ。 An associative memory having a series regulator section.
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