JP4764733B2 - ネットワーク中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、高信頼なネットワーク中継装置に関する。

ネットワークシステムにおいては、複数のネットワークがルータ等のネットワーク中継装置を介して、パケットの中継が行なわれている。ネットワーク中継装置は、入力されたパケットについてパケットの宛先情報に基づき転送先を決定し、転送先のルータ等が接続されている回線に対してパケットを出力する。

例えば、特許文献１では、回線からパケットを受信して中継する複数のルーティングプロセッサと、各ルーティングプロセッサから他のルーティングプロセッサへパケットを転送するクロスバスイッチを備え、ルーティングプロセッサには転送エンジンと、検索エンジンと、スイッチエンジンを有し、１対多又は多対１又は多対多で相互に接続されるためのアーキテクチャを具有する転送エンジンと検索エンジンを複数備えることによってネットワークから入力されるパケットの処理速度を向上させて増加するネットワークトラフィックを十分に処理することができるネットワーク中継装置について開示している。

特開２００４−２８２７２９号公報

ネットワーク中継装置は、高速なネットワークインタフェイスの具有やネットワークインタフェイスの追加によって益々増加するネットワークトラフィックに対応する必要がある。上述した文献１のネットワーク中継装置では、パケット転送時に使用するクロスバスイッチの数を可変にできないため、転送エンジンや検索エンジンを増やすことによりルーティングプロセッサの処理速度を向上させても、各ルーティングプロセッサを結ぶクロスバスイッチの性能よりも高速なパケット転送を行うことができない。また、それほど高速なパケット転送が不要なときに、待機させて障害時の予備とすべく消耗を防いだり装置を省電力化したりということもできない。

上記課題を解決するために例えば、
２つ以上のクロスバスイッチの一方を使用する冗長化モードと、両方を使用する広帯域モードとを切替可能とする。

また、パケット処理部などの性能に応じて、クロスバスイッチの割り当てを動的に切り替える。

上記手段により、搭載したパケット処理部の転送能力やクロスバスイッチの状態に応じてクロスバスイッチを並列に動作させて転送能力を上げたり、使用しないクロスバスイッチを待機させて冗長構成に変更することを可能とする。

上記以外の、課題、手段、効果は、後述する実施例によって明らかにされる。

次に、本発明に好適な実施形態の例について図面を用いて説明する。ただし、本発明は本実施形態に限定されない。

本実施形態は、転送能力をスケーラブルに変更し高速なパケット転送が可能であり、故障時においても縮退可能なネットワーク中継装置に関する。

図１に、本発明の第１の実施形態に係るネットワーク中継装置の回路構成ブロック図を示す。

本実施形態ではパケット処理のヘッダ部を解析し、転送制御を行うパケット処理制御部３１、３２と、装置全体の制御を行うソフトウェアが実行される基本制御部１０と、複数のパケット処理部３１、３２間でパケットの受け渡しを行うためのクロスバスイッチ部２１、２２と、前記ｎ枚(ｎは１以上の自然数)のパケット処理部３１、３２及び２枚のクロスバスイッチ部２１，２２を接続するバックプレーンモジュールを有する。

パケット処理制御部３１、３２は、１ないしは複数の回線インタフェイスポート１６１、１６２を具備し、パケットの入出力制御を行うネットワークインタフェイス部６１，６２を持ち、受信したパケット及び送信すべきパケットの中から宛先インタフェイスポートを抽出し、転送処理を行うパケットスイッチング部５１、５２と、パケットスイッチング部からの出力経路を変更するためのセレクタ１８１、１８２、１８３、１８４と、パケットスイッチング部５１、５２からクロスバスイッチ部２１、２２へ出力するためのパケットを格納する送信パケットバッファ部４１，４２と、パケットスイッチング部５１，５２を制御するスイッチ制御部８１、８２を有する。

クロスバスイッチ部２１、２２は、パケット処理部間でパケットを転送するためにパケットの宛先情報に従ってパケット伝送経路の高速なスイッチングを行う。パケット処理部３１、３２は経路１４１、１４２によってパケットスイッチング部５１、５２からパケットを受信し、経路１５１、１５２からパケットをパケットスイッチング部３１、３２に対してパケットを転送する。また、クロスバスイッチ部２１，２２において障害が発生した場合には障害通知信号１１１、１１２によって基本制御部に対して障害が発生したことを通知する。

基本制御部１０は、装置全体の管理を行う。

本実施例において、基本制御部１０はパケット処理部３１、３２のネットワークインタフェイス部６１、６２から経路１３１、１３２によってネットワークインタフェイス部６１、６２の転送能力の情報採取や、クロスバスイッチ部２１、２２からの状態通知信号１１１、１１２によってクロスバスイッチ部２１，２２の状態監視を行っており、クロスバスイッチ部２１、２２の状態とパケット処理部３１、３２のパケット転送能力からパケット転送に使用するクロスバスイッチ部を決定し、パケット処理部３１、３２に対して経路１２１によって使用するクロスバスイッチ部の情報を通知する。

＜動作の説明＞
以下、本実施形態の動作について説明する。

本実施形態では広帯域モードと冗長化モードの動作モードがある。

図２は、広帯域モードにおけるネットワーク中継装置のパケット転送動作の概要を示す図である。

まず、入出力ポート１６１より入力されたパケットはネットワークインタフェイス部６１からパケットスイッチング部５１に転送する。

パケットスイッチング部５１では、ネットワークインタフェイス部から転送されたパケットについてパケットのヘッダ部分を抽出し、パケットの転送先、パケットを廃棄するか転送するかの検索（フィルタリング）、およびパケットの出力の優先順位付け等を行ないパケットの廃棄、または送信パケットバッファ部４１に向けてセレクタ１８１、１８２にパケットの転送を行う。

セレクタ１８１、１８２は、スイッチ制御部から広帯域モード時の経路指示を受け、パケットを転送経路１７１、１７２の両経路を使用してパケットスイッチング部５１から転送されたパケットを送信パケットバッファ部４１に対して転送を行う。

送信パケットバッファ部４１は、クロスバスイッチ部２１、２２が転送可能状態である場合にはクロスバスイッチ部２１、２２に対してパケットを転送し、クロスバスイッチ部２１またはクロスバスイッチ部２２がビジーでパケットを転送できない場合にはパケットをバッファリングすることでパケットのロスを防ぐ。

クロスバスイッチ部２１は、パケット処理部３１から転送されたパケットについてパケットの宛先情報からパケット転送経路のスイッチングを行ない、経路１５１を経由してパケット処理部３２へパケットを転送する。複数の宛先が指定されていた場合には、パケットを複製してそれぞれのパケット処理部に対してパケットを転送する。

クロスバスイッチ部２２についてもパケット処理部３１から転送されたパケットの宛先情報からパケット転送経路のスイッチングを行ない、経路１５２を経由してパケット処理部３２へパケットを転送する。

クロスバスイッチ部２１と、クロスバスイッチ部２２からパケット処理部に転送されたパケットは、パケットスイッチング部５１、５２に転送する。

パケットスイッチング部５１、５２では、クロスバスイッチ部２１と、クロスバスイッチ部２２からパケットスイッチング部５１、５２に転送されたパケットについて、パケットの付加情報からパケットの転送先、パケットの出力優先順位付けを行ない、パケットをネットワークインタフェイス部６１、６２に転送する。

ネットワークインタフェイス部６１、６２ではパケットスイッチング部５１、５２から転送された入出力ポートよりパケットを出力する。

本実施形態における広帯域モードでは、パケットスイッチング部３１、３２からクロスバスイッチ部２１だけではなく、クロスバスイッチ部２２に対してもパケットを転送してクロスバスイッチ部２１とクロスバスイッチ部２２の両方を動作させることでパケット処理部３１、３２間におけるパケットの最大転送能力を向上させる。

図３は、冗長化モードにおけるネットワーク中継装置のパケット転送動作の概要を示す図である。

入出力ポート１６１より入力されたパケットはネットワークインタフェイス部６１からパケットスイッチング部５１に転送する。

冗長化モードにおけるパケットスイッチング部５１から送信パケットバッファ４１への転送は、スイッチ制御部によってセレクタ１８１、１８２を制御して片側のセレクタからのみ行なわれる。

スイッチ制御部８１は、基本制御部１０から冗長化モード時においてパケット転送に使用するクロスバスイッチの情報を受け取り、セレクタ１８１、１８２の制御を行っている。

クロスバスイッチ２１をパケット転送に使用する場合には、経路１７１へのみパケットが転送されるようにスイッチ制御部がセレクタ１８１、１８２の経路選択を行う。クロスバスイッチ２２をパケット転送に使用する場合には、経路１７２へのみパケットが転送されるようにスイッチ制御部がセレクタ１８１、１８２の経路選択を行う。

送信パケットバッファ部４０は、経路１７１から入力されたパケットはバッファ９１に格納し、クロスバスイッチ２１にパケットを転送し、経路１７２から入力されたパケットはバッファ９２に格納し、クロスバスイッチ２２にパケットを転送する。

冗長化モードではパケット処理部３１、３２から転送されるクロスバスイッチ部２１またはクロスバスイッチ部２１のどちらか一方のみである。例えば、図３にクロスバスイッチ部２１が、パケット処理部３１から転送されたパケットについてパケットの宛先情報からパケット転送経路のスイッチングを行ない、パケット処理部３２へパケットを転送することを示している。複数の宛先が指定されていた場合には、パケットを複製してそれぞれのパケット処理部に対してパケットを転送する。

クロスバスイッチ部２１または、クロスバスイッチ部２２からパケットを転送されたパケット処理部３２では、パケットスイッチング部５１、５２においてパケットの付加情報からパケットの転送先、パケットの出力優先順位付けを行ない、パケットをネットワークインタフェイス部６１、６２に転送する。

パケットスイッチング部５１、５２からネットワークインタフェイス部６１、６２に転送されたパケットはネットワークインタフェイス部６１、６２の入出力ポート１６１、１６２から送出される。

本実施形態における冗長化モードでは、パケットスイッチング部３１、３２からのパケット転送に使用するクロスバスイッチ部はクロスバスイッチ部２１またはクロスバスイッチ部２２の一方を使用して転送を行うため、クロスバスイッチ部の故障時には使用していなかったクロスバスイッチ部を使用することでパケットの転送を継続可能である。たとえば、クロスバスイッチ部２１を使用してパケット転送を行っていた場合には基本制御部において障害を検出し、クロスバスイッチ部２２をパケット転送に使用することで装置を停止させることなくパケット転送が可能である。

次に、図４で広帯域モードと冗長化モードを切り替える手順のフローチャートを示す。

まず、基本制御部１０ではクロスバスイッチ部２１，２２の状態について監視する（Ｓ１０１）。クロスバスイッチ部２１、２２の故障を発見した場合には冗長化モードに切り替える（Ｓ１１０）。クロスバスイッチ部２１、２２に障害がなければ新たにパケット処理部３１、３２の挿抜がないかを監視する（Ｓ１０２）。新たなクロスバスイッチの挿抜がなければモードの変更は行わない。パケット処理部３１、３２の挿抜が行なわれた場合には、挿入されているパケット処理部３１、３２のネットワークインタフェイス部６１，６２からパケットの転送能力情報を採取する（Ｓ１０３）。ネットワークインタフェイス部６１，６２のパケット転送能力がクロスバスイッチのパケット転送能力を上まわっているかを確認する（Ｓ１０５）。パケット転送能力がクロスバスイッチのパケット転送能力を下まわっている場合は冗長化モードとする（Ｓ１０６）。クロスバスイッチの転送能力を上まわるネットワークインタフェイス部６１、６２を具備する場合には広帯域モードに変更し（Ｓ１１０）、使用するクロスバスイッチ部を増やすことによってパケット処理部間の転送能力を向上させて、パケット転送に対応する。

広帯域モードへ変更された場合（Ｓ１０６）には、基本制御部１０からパケット処理部３１、３２に対して広帯域モードであることを通知する（Ｓ１０７）。パケット処理部３１，３２では、広帯域モードであるという通知を受けてスイッチ制御部８１，８２がクロスバスイッチ部２１，２２に対してパケットを転送するようにセレクタ１８１、１８２、１８３、１８４に対して制御信号を出す（Ｓ１０８）。

また、冗長化モードに変更された場合（Ｓ１１０）には、クロスバスイッチ部２１、２２からの状態通知信からパケット転送に使用可能なクロスバスイッチを調査する（Ｓ１１１）。前記調査したクロスバスイッチの状態情報からパケットに使用するための正常動作可能なクロスバスイッチを決定する（Ｓ１１２）。前記パケット転送に使用することに決定したクロスバスイッチの情報と冗長化モードに変更することをパケット処理部３１、３２に対して通知する（Ｓ１１３）。パケット処理部３１，３２では、基本制御部１０から通知されたパケット転送に使用するクロスバスイッチの情報に基づいてスイッチ制御部８１，８２が、前記基本制御部がパケット転送に使用すると決めたクロスバスイッチ部にパケットを転送するようにセレクタ１８１、１８２、１８３、１８４に対して制御信号を出す（Ｓ１１４）。

本発明における第２の実施形態を図５に示す。

図５は、第１の実施形態と比較して、送信パケットバッファ中にバッファ９１、９２に接続されたセレクタ１０１、１０２と、バッファ制御部７０が追加され、送信パケットバッファの経路が変更できるようになっている。

バッファ制御部は基本制御部から使用するクロスバスイッチの情報を受け取り、バッファのサイズを変更する。

図６に広帯域モードにおけるパケット転送経路の例を示す。
広帯域モードの場合、転送経路１７１、１７２の両経路を使用して転送するため、経路１７１からのパケットがバッファ９２に格納されるようにバッファ制御部７０はセレクタ１０２の経路選択を行ない、経路１７２からのパケットはバッファ９１に格納されるようにバッファ制御部７０はセレクタ１０１の経路選択を行う。

図７に冗長化モードにおけるパケット転送経路の例を示す。

冗長化モードにおいてクロスバスイッチ２１を使用してパケットを転送する場合、バッファ制御部７０は経路１７１から転送されるパケットがバッファ９２に格納されるようにセレクタ１０２の経路選択を行ない、バッファ９２から出力したパケットをバッファ９１に格納されるようにセレクタ１０１の経路選択を行う。

また、冗長化モードにおいてクロスバスイッチ２２を使用してパケットを転送する場合、バッファ制御部７０は経路１７１から転送されるパケットがバッファ９２に格納されるようにセレクタ１０２の経路選択を行ない、バッファ９２から出力したパケットをバッファ９１に格納されるようにセレクタ１０１の経路選択を行う。

以上のように第２形態の冗長化モードではバッファ９１、９２を直列になるような経路を作ることによりバッファを有効に使いバッファサイズを大きくすることで、冗長化モードによりパケット処理部３１、３２間の転送能力が小さくなってもパケットロスを低減することができる。

図８に、第２の実施形態における広帯域モードと冗長化モードを切り替える手順のフローチャートを示す。

まず、基本制御部１０ではクロスバスイッチ部２１，２２の状態について監視する（Ｓ１０１）。クロスバスイッチ部２１、２２の故障を発見した場合には冗長化モードに切り替える（Ｓ１１０）。クロスバスイッチ部２１、２２に障害がなければ新たにパケット処理部３１、３２の挿抜がないかを監視する（Ｓ１０２）。新たなクロスバスイッチの挿抜がなければモードの変更は行わない。パケット処理部３１、３２の挿抜が行なわれた場合には、挿入されているパケット処理部３１、３２のネットワークインタフェイス部６１，６２からパケットの転送能力情報を採取する（Ｓ１０３）。ネットワークインタフェイス部６１，６２のパケット転送能力がクロスバスイッチのパケット転送能力を上まわっているかを確認する（Ｓ１０５）。パケット転送能力がクロスバスイッチのパケット転送能力を下まわっている場合は冗長化モードとする（Ｓ１０６）。クロスバスイッチの転送能力を上まわるネットワークインタフェイス部６１、６２を具備する場合には広帯域モードに変更し（Ｓ１１０）、使用するクロスバスイッチ部を増やすことによってパケット処理部間の転送能力を向上させて、パケット転送に対応する。

広帯域モードへ変更された場合（Ｓ１０６）には、基本制御部１０からパケット処理部３１、３２に対して広帯域モードであることを通知する（Ｓ１０７）。パケット処理部３１，３２では、広帯域モードであるという通知を受けてスイッチ制御部８１，８２がクロスバスイッチ部２１，２２に対してパケットを転送するようにセレクタ１８１、１８２、１８３、１８４に対して制御信号を出す（Ｓ１０８）。バッファ制御部７１、７２が送信パケットバッファ部４１、４２にスイッチング処理部５１，５２からのパケットが各バッファの入力となる制御信号をだす（Ｓ１０９）。

また、冗長化モードに変更された場合（Ｓ１１０）には、クロスバスイッチ部２１、２２からの状態通知信からパケット転送に使用可能なクロスバスイッチを調査する（Ｓ１１１）。前記調査したクロスバスイッチの状態情報からパケットに使用するための正常動作可能なクロスバスイッチを決定する（Ｓ１１２）。前記パケット転送に使用することに決定したクロスバスイッチの情報と冗長化モードに変更することをパケット処理部３１、３２に対して通知する（Ｓ１１３）。パケット処理部３１，３２では、基本制御部１０から通知されたパケット転送に使用するクロスバスイッチの情報に基づいてスイッチ制御部８１，８２が、前記基本制御部がパケット転送に使用すると決めたクロスバスイッチ部にパケットを転送するようにセレクタ１８１、１８２、１８３、１８４に対して制御信号を出す（Ｓ１１４）。バッファ制御部７１，７２が送信パケットバッファ部４１、４２にバッファが直列の経路となる制御信号をだす（Ｓ１１５）。

本発明における第３の実施形態を図９に示す。

図９に示すネットワーク中継装置では、基本制御部１１と基本制御部１２を有し、基本制御部間で基本制御部の障害情報を通知する信号１９１、１９２が接続されている。図９に示すネットワーク中継装置は図１に示すネットワーク中継装置の基本制御部を二重化（多重化）した構成である。一方の基本制御部（現用系）が故障した場合においても、待機系の正常な基本制御部が制御を引き継いで装置の動作を継続させる。たとえば、現用系の基本制御部１１が故障した場合、現用系の監視機能を活かしつつクロスバスイッチなどの制御を行わずに待機していた待機系の基本制御部１２は障害通知信号１９１によって基本制御部１１が故障したことを知り、基本制御部１２が装置管理を継続していることをパケット処理部３１、３２に通知して動作を継続することが可能である。なお、一部が現用系で残りの一部が待機系の例を説明したが、全部が現用系として運用されている場合であってもよい。

以上、本実施形態を説明した。本実施形態は例えば以下の効果を奏する。

第１の効果は、低速なネットワークインタフェイス部を持つパケット処理部と高速なネットワークインタフェイス部を持つパケット処理部が混在可能であり、フレキシブルに帯域を広げて転送可能とする。

第２の効果は、クロスバスイッチのバッファ容量を補って装置のパケット転送効率を向上することができる。

第３の効果は、多重化・冗長化した構成において、一部の制御部を待機状態にしつつ、クロスバスイッチを場合によっては全部用いることで、多重化・冗長化系の資源を有効利用することができる。

ネットワーク中継装置の実施例１を示す図 ネットワーク中継装置の実施例２における広帯域モード時のパケット転送経路例を示す図 ネットワーク中継装置の実施例２における冗長化モード時のパケット転送経路例を示す図 基本制御部のフローチャート例 ネットワーク中継装置の実施例２を示す図 ネットワーク中継装置の実施例２における広帯域モード時のパケット転送経路例を示す図 ネットワーク中継装置の実施例２における冗長化モード時のパケット転送経路例を示す図 ネットワーク中継装置の実施例３を示す図

符号の説明

１０、１１、１２ 基本制御部
２１、２２ クロスバスイッチ部
３１、３２ パケット処理部
４１、４２ 送信パケットバッファ部
５１、５２ パケットスイッチング部
６１、６２ ネットワークインタフェイス部
７１、７２ バッファ制御部
８１、８２ スイッチ制御部
９１、９２、９３、９４ バッファ
１０１、１０２、１０３，１０４ パケットスイッチング部と転送パケットバッファ間のパケット転送経路
１１１、１１２ 状態通知信号
１２１ 制御信号
１３１、１３２ ネットワーク情報信号
１４１ パケット処理からクロスバスイッチ部ング部へのパケット転送経路
１５１ パケット処理からクロスバスイッチ部ング部へのパケット転送経路
１６１、１６２ 入出力ポート
１７１、１７２ パケット転送経路
１８１、１８２、１８３、１８４ セレクタ
１９１、１９２ 基本制御部状態通知信号

Claims (2)

1. 回線インタフェイスポートを備えて当該回線インタフェイスポートでのパケットの入出力制御を行うネットワークインタフェイス部と、前記ネットワークインタフェイス部で受信したパケットに対して宛先の回線インタフェイスポートを抽出して転送処理を行うパケット転送部とを有するパケット処理部を複数と、
   前記複数のパケット処理部間でパケットの受け渡しを行うクロスバスイッチ部を複数と、
   前記複数のパケット処理部と前記複数のクロスバスイッチ部とを接続するバックプレーンモジュールと、
   前記ネットワークインタフェイス部からパケット転送能力の通知を受け、前記複数のク
   ロスバスイッチ部のうちから当該ネットワークインタフェイス部に対応するクロスバスイッチを決定して、当該ネットワークインタフェイス部で送信又は受信するパケットを決定した前記クロスバスイッチ部で受け渡すよう前記バックプレーンモジュールを制御する制御部と、
   前記パケット転送部から出力されたパケットを格納する複数の出力パケットバッファ部と、
   前記送信パケットバッファ部の出力先を前記クロスバススイッチか、他の送信パケットバッファ部かに切り換えるバッファ制御部と、
   を有することを特徴とするネットワーク中継装置。
2. 回線インタフェイスポートを備えて当該回線インタフェイスポートでのパケットの入出力制御を行うネットワークインタフェイス部と、前記ネットワークインタフェイス部で受信したパケットに対して宛先の回線インタフェイスポートを抽出して転送処理を行うパケット転送部とを有するパケット処理部を複数と、
   前記複数のパケット処理部間でパケットの受け渡しを行う第１のクロスバスイッチ部及び第２のクロスバスイッチ部と、
   前記複数のパケット処理部と前記複数のクロスバスイッチ部とを接続するバックプレーンモジュールと、
   前記第のクロスバスイッチ部及び第２のクロスバスイッチ部の両方を用いる広帯域モードと、一方のみを用いる冗長モードとを切り替える制御部と、
   前記パケット転送部から出力されたパケットを格納する複数の出力パケットバッファ部と、
   前記送信パケットバッファ部の出力先を前記クロスバススイッチか、他の送信パケットバッファ部かに切り換えるバッファ制御部と、
   を有することを特徴とするネットワーク中継装置。

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