JP5069276B2 - 機能分散型パケット転送システム及びメッセージ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、パケットの転送を行うパケット転送処理装置と、パケット転送処理装置を制御する制御信号処理装置とが分散して配置された機能分散型パケット転送システム及びメッセージ処理方法に関する。

ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを交換単位とするＩＰネットワークでは、電子メールやＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）等の各種のアプリケーションが使用でき、また、電話ベースの回線交換方式と比較して装置コストが安い等の優位性がある。そのため、近年、ＩＰネットワークではトラフィックが爆発的に増加している。

ＩＰネットワークの各ノードに配置され、複数の回線と接続されたルータは、受信したＩＰパケットに含まれるヘッダ情報に基づいてパケットを出力する回線を決定している。従来は、パケットの入出力を行う入出力回線対応部とバス接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により、パケットを出力する回線を決定するソフトウェアルータが主流であった。しかし、近年では、トラフィックの爆発的な増加に対応するために、ＩＰパケットに含まれるヘッダ情報の解析をハードウェアで行い、入出力回線対応部を高速なスイッチで接続することにより、パケット交換を高速化するハードウェアルータが脚光を浴びてきている。

さらに、最近では、ルータの性能を向上させるために、各ルータを、ルーティング処理を行う制御信号処理部と、パケットの転送を行うパケット転送処理部（データ信号処理部）とに分離して構成することが提案されている。このような構成をとることにより、ルーティング処理による負荷の影響を受けずにパケットの転送処理を行うことが可能となる。

さらに、通常では同一筐体内に実装されている制御信号処理部とパケット転送処理部（データ信号処理部）とを物理的に分離させ、ネットワーク上に分散してそれらを配置する機能分散型のパケット転送システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。これにより、装置及び機能構成の柔軟性を向上させることができる。

非特許文献１に開示されているような機能分散型パケット転送システムでは、ネットワーク上に分散して配置された複数の制御信号処理部のうち、任意の１つの制御信号処理部が、複数のパケット転送処理部と制御用プロトコルセッションを設定することによって動的に結合される。これにより、１つの制御信号処理部が任意の複数のパケット転送処理部の設定管理を一元的に行うことができ、結合された制御信号処理部及びパケット転送処理部の全体で論理的に1台のパケット転送装置として動作することとなる。

T. V. Lakshman, T. Nandagopal, R. Ramjee, K. Sabnani, and T. Woo, "The SoftRouter architecture," in Proc. ACM SIGCOMM Workshop on Hot Topics in Networking, November 2004.

上述した非特許文献１に開示されているような機能分散型のパケット転送システムにおいて、システムの規模が大きくなること等による制御メッセージ数の増加や、それぞれの装置が高負荷状態になった場合、制御メッセージの待ち行列が長くなる。

この場合、システムの運用への影響が大きい重要度の高い制御メッセージに応じた処理を行うまでに時間を要してしまい、機能分散型パケット転送システムにおけるシステム運用を効率的に行えなくなるという問題点がある。

本発明は、システムの運用を効率的に行える機能分散型パケット転送システム及びメッセージ処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
パケットを受信し、該受信したパケットを転送するパケット転送処理装置と、該パケット転送処理装置を制御するための制御メッセージを、前記パケット転送処理装置との間で送受信する制御信号処理装置とを有する機能分散型パケット転送システムであって、
前記制御メッセージは、当該制御メッセージに応じた処理を行う順番の優先度である複数の処理優先度のいずれかを示す情報を含み、
前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置は、
前記受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき、当該受信した制御メッセージの前記処理優先度を判断するメッセージ優先制御部と、
前記受信した制御メッセージに応じた処理を行うメッセージ処理部と、を有し、
前記メッセージ処理部には、前記受信した制御メッセージの処理が行われる前に当該制御メッセージを一時的に記憶する、前記複数の処理優先度のそれぞれと対応付けられた複数のメッセージ処理キューが設定され、
前記メッセージ優先制御部は、前記処理優先度が判断された制御メッセージを、当該判断された処理優先度に対応する前記メッセージ処理キューに記憶させ、
前記メッセージ処理部は、前記複数のメッセージ処理キューに複数の制御メッセージが記憶されていた場合、当該複数の制御メッセージのうち、より高い前記処理優先度に対応するメッセージ処理キューに記憶された制御メッセージから先に処理を行い、前記複数のメッセージ処理キューのそれぞれに複数の制御メッセージが記憶されていた場合、当該複数の制御メッセージのうち、当該メッセージ処理キューに記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行う。

また、パケットを受信し、該受信したパケットを転送するパケット転送処理装置と、該パケット転送処理装置を制御するための制御メッセージを、前記パケット転送処理装置との間で送受信する制御信号処理装置とを有する機能分散型パケット転送システムにおけるメッセージ処理方法であって、
前記制御メッセージは、前記制御メッセージに応じた処理を行う順番の優先度を示す複数の処理優先度のいずれかを示す情報を含み、
前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が、前記受信した制御メッセージの処理が行われる前に当該制御メッセージを一時的に記憶する、前記複数の処理優先度のそれぞれと対応付けられた複数のメッセージ処理キューを設定するステップと、
前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が、前記受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき、当該受信した制御メッセージの前記処理優先度を判断するステップと、
前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が、前記処理優先度が判断された制御メッセージを、当該判断された処理優先度に対応する前記メッセージ処理キューに記憶させるステップと、
前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が、前記複数のメッセージ処理キューに複数の制御メッセージが記憶されていた場合、当該複数の制御メッセージのうち、より高い前記処理優先度に対応するメッセージ処理キューに記憶された制御メッセージから先に処理を行い、前記複数のメッセージ処理キューのそれぞれに複数の制御メッセージが記憶されていた場合、当該複数の制御メッセージのうち、当該メッセージ処理キューに記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行うステップと、を有する。

本発明の機能分散型パケット転送システムにおいては、パケット転送処理装置及び制御信号処理装置が、受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき、当該受信した制御メッセージの処理優先度を判断し、受信した制御メッセージが複数存在する場合、判断された処理優先度に従った順番で当該複数の制御メッセージの処理を行う。

これにより、重要度の高い制御メッセージに応じた処理を優先して行うことができ、システムの運用を効率的に行うことが可能となる。

本発明の機能分散型パケット転送システムの実施の一形態の構成を示すブロック図である。 図１に示したパケット転送処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した制御信号処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１及び図２に示したパケット転送処理装置が制御メッセージを受信した場合の動作を説明するためのフローチャートである。 図１及び図２に示したパケット転送処理装置が、受信した制御メッセージの処理を行う動作を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の機能分散型パケット転送システムの実施の一形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態の機能分散型パケット転送システムは図１に示すように、パケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎと、制御信号処理装置２０とを備えている。パケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎと制御信号処理装置２０とは、制御用プロトコルセッションを利用した制御メッセージの送受信をネットワーク１００を介して行う。なお、制御メッセージには、その制御メッセージに応じた処理を行う順番の優先度である複数の処理優先度のいずれかを示す情報が含まれている。

図２は、図１に示したパケット転送処理装置１０−１の構成の一例を示すブロック図である。なお、パケット転送処理装置１０−２〜１０−ｎも同じ構成である。

図１に示したパケット転送処理装置１０−１は図２に示すように、入力部１１−１〜１１−ｎと、出力部１２−１〜１２−ｎと、メッセージ優先制御部１３と、メッセージ処理部１４と、ルーティング情報テーブル１５ａを有するパケット送信部１５とを備えている。なお、ルーティング情報テーブル１５ａには、パケット転送処理装置１０−１が受信したパケットの転送先を示す情報が記述されている。

入力部１１−１〜１１−ｎのそれぞれは、回線を収容し、収容された回線を流れるパケットを受信する。そして、受信したパケットをパケット送信部１５へ出力する。また、入力部１１−１〜１１−ｎのそれぞれは、制御信号処理装置２０から送信された制御メッセージを受信し、受信した制御メッセージをメッセージ優先制御部１３へ出力する。

出力部１２−１〜１２−ｎのそれぞれは、回線を収容し、パケット送信部１５から出力されたパケットを受け付け、それぞれに収容された回線へ受け付けたパケットを出力する。

メッセージ処理部１４は、制御信号処理装置２０から送信された制御メッセージに応じた処理を行う。メッセージ処理部１４には、制御メッセージの処理が行われる前に、その制御メッセージを一時的に記憶するメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎが設定されている。メッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎのそれぞれは、上述した複数の処理優先度のそれぞれと対応付けられている。なお、それぞれの制御メッセージの処理優先度は、制御メッセージに含まれる情報に基づき、メッセージ優先制御部１３にて判断される。メッセージ処理部１４は、メッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに制御メッセージが記憶されている場合、より高い処理優先度に対応するメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに記憶された制御メッセージから先に処理を行う。そして、メッセージ処理部１４は、制御メッセージの処理結果を必要に応じてパケット送信部１５へ出力する。なお、メッセージ処理部１４は、メッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎのそれぞれにおいて複数の制御メッセージが記憶されている場合、そのメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行う。

メッセージ優先制御部１３は、入力部１１−１〜１１−ｎから出力された制御メッセージを受け付ける。そして、受け付けた制御メッセージに含まれる情報に基づき、その制御メッセージの処理優先度を判断する。そして、メッセージ優先制御部１３は、判断された処理優先度に対応するメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに、受け付けた制御メッセージを記憶させる。

パケット送信部１５は、入力部１１−１〜１１−ｎから出力されたパケットを受け付ける。そして、受け付けたパケットのヘッダ情報と、ルーティング情報テーブル１５ａに記述されている情報とに基づき、受信したパケットを１つまたは複数の出力部１２−１〜１２−ｎへ出力する。また、パケット送信部１５は、メッセージ処理部１４から出力された制御メッセージの処理結果を受け付け、受け付けた処理結果に応じ、例えばルーティング情報テーブル１５ａの記述内容の変更等を行う。

図３は、図１に示した制御信号処理装置２０の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示した制御信号処理装置２０は図３に示すように、プロトコル信号パケット終端部２１と、ルーティング情報テーブル作成部２２と、メッセージ優先制御部２３と、メッセージ処理部２４とを備えている。

プロトコル信号パケット終端部２１は、パケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎのそれぞれが受信するパケットを転送するためのルーティング情報を決定する。

ルーティング情報テーブル作成部２２は、プロトコル信号処理によってパケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎのルーティング情報テーブルを作成する。そして、作成されたルーティング情報テーブルをパケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎへ送信することにより、そのルーティング情報テーブルを反映させる。

メッセージ処理部２４は、パケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎから送信された制御メッセージに応じた処理を行う。メッセージ処理部２４には、制御メッセージの処理が行われる前に、その制御メッセージを一時的に記憶するメッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎが設定されている。メッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎのそれぞれは、上述した複数の処理優先度のそれぞれと対応付けられている。なお、それぞれの制御メッセージの処理優先度は、制御メッセージに含まれる情報に基づき、メッセージ優先制御部２３にて判断される。メッセージ処理部２４は、メッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎに制御メッセージが記憶されている場合、より高い処理優先度に対応するメッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎに記憶された制御メッセージから先に処理を行う。そして、メッセージ処理部２４は、制御メッセージの処理結果を必要に応じてプロトコル信号パケット終端部２１やルーティング情報テーブル作成部２２へ出力する。なお、メッセージ処理部２４は、メッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎのそれぞれにおいて複数の制御メッセージが記憶されている場合、そのメッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎに記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行う。

メッセージ優先制御部２３は、パケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎから送信された制御メッセージを受信する。そして、メッセージ優先制御部２３は、受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき、その制御メッセージの処理優先度を判断する。そして、メッセージ優先制御部２３は、判断された処理優先度に対応するメッセージ処理キュー２４ａ−１〜２４ａ−ｎに、受信した制御メッセージを記憶させる。

以下に、上記のように構成された機能分散型パケット転送システムにおいて制御メッセージを送受信する動作について説明する。

図４は、図１及び図２に示したパケット転送処理装置１０−１が制御メッセージを受信した場合の動作を説明するためのフローチャートである。なお、パケット転送処理装置１０−２〜１０−ｎが制御メッセージを受信した場合も同様の動作となる。また、図１及び図３に示した制御信号処理装置２０が制御メッセージを受信した場合の動作も、制御メッセージの送信元と受信先とが逆になるだけで、同様の動作となる。

メッセージ優先制御部１３は、メッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎのそれぞれに対応する処理優先度を予め決定しておく（ステップＳ１）。

メッセージ優先制御部１３は、制御信号処理装置２０から送信された制御メッセージを入力部１１−１〜１１−ｎを介して受け付けたかどうかを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２の判定の結果、制御メッセージを受け付けていた場合、メッセージ優先制御部１３は、受け付けた制御メッセージに含まれる情報に基づき、受け付けた制御メッセージの処理優先度を判断する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２の判定の結果、制御メッセージを受け付けていない場合、メッセージ優先制御部１３は、制御メッセージを受け付けたかどうかの判定を繰り返す。

そして、メッセージ優先制御部１３は、判断された処理優先度に対応するメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに、受け付けた制御メッセージを記憶させる（ステップＳ４）。なお、上述したステップＳ２〜Ｓ４の動作は、パケット転送処理装置１０−１が稼働している間繰り返される。

図５は、図１及び図２に示したパケット転送処理装置１０−１が、受信した制御メッセージの処理を行う動作を説明するためのフローチャートである。なお、パケット転送処理装置１０−２〜１０−ｎ及び図１及び図３に示した制御信号処理装置２０が、受信した制御メッセージの処理を行う動作も同様である。

メッセージ処理部１４は、より高い処理優先度に対応するメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎから順番に、制御メッセージが記憶されているかどうかを確認する（ステップＳ１１）。

そして、メッセージ処理部１４は、メッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに制御メッセージが記憶されていたかどうかを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の判定の結果、メッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに制御メッセージが記憶されていた場合、そのメッセージ処理キュー１４ａ−１〜１４ａ−ｎに記憶された制御メッセージのうち、記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行う（ステップＳ１３）。なお、上述したステップＳ１１〜Ｓ１３の動作は、パケット転送処理装置１０−１が稼働している間繰り返される。

このように本実施形態の機能分散型パケット転送システムにおいては、パケット転送処理装置１０−１〜１０−ｎ及び制御信号処理装置２０が、受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき、当該受信した制御メッセージの処理優先度を判断し、受信した制御メッセージが複数存在する場合、判断された処理優先度に従った順番で当該複数の制御メッセージの処理を行う。

これにより、重要度の高い制御メッセージに応じた処理を優先して行うことができ、システムの運用を効率的に行うことが可能となる。

１０ パケット転送処理装置
１１−１〜１１−ｎ 入力部
１２−１〜１２−ｎ 出力部
１３，２３ メッセージ優先制御部
１４，２４ メッセージ処理部
１４ａ−１〜１４ａ−ｎ，２４ａ−１〜２４ａ−ｎ メッセージ処理キュー
１５ パケット送信部
１５ａ ルーティング情報テーブル
２０ 制御信号処理装置
２１ プロトコル信号パケット終端部
２２ ルーティング情報テーブル作成部
１００ ネットワーク

Claims (2)

1. パケットを受信し，該受信したパケットを転送する複数のパケット転送処理装置と，該パケット転送処理装置を制御するための制御メッセージを，前記複数のパケット転送処理装置との間で送受信する制御信号処理装置とを有する機能分散型パケット転送システムであって，
   前記制御メッセージは，当該制御メッセージに応じた処理を行う順番の優先度である複数の処理優先度のいずれかを示す情報を含み，
   前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置は，
   前記受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき，当該受信した制御メッセージの前記処理優先度を判断するメッセージ優先制御部と，
   前記受信した制御メッセージに応じた処理を行うメッセージ処理部と，を有し，
   前記メッセージ処理部には，前記受信した制御メッセージの処理が行われる前に当該制御メッセージを一時的に記憶する，前記複数の処理優先度のそれぞれと対応付けられた複数のメッセージ処理キューが設定され，
   前記メッセージ優先制御部は，前記処理優先度が判断された制御メッセージを，当該判断された処理優先度に対応する前記メッセージ処理キューに記憶させ，
   前記メッセージ処理部は，前記複数のメッセージ処理キューに複数の制御メッセージが記憶されていた場合，当該複数の制御メッセージのうち，より高い前記処理優先度に対応するメッセージ処理キューに記憶された制御メッセージから先に処理を行い，前記複数のメッセージ処理キューのそれぞれに複数の制御メッセージが記憶されていた場合，当該複数の制御メッセージのうち，当該メッセージ処理キューに記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行う機能分散型パケット転送システム。
   
2. パケットを受信し，該受信したパケットを転送する複数のパケット転送処理装置と，該パケット転送処理装置を制御するための制御メッセージを，前記複数のパケット転送処理装置との間で送受信する制御信号処理装置とを有する機能分散型パケット転送システムにおけるメッセージ処理方法であって，
   前記制御メッセージは，前記制御メッセージに応じた処理を行う順番の優先度を示す複数の処理優先度のいずれかを示す情報を含み，
   前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が，前記受信した制御メッセージの処理が行われる前に当該制御メッセージを一時的に記憶する，前記複数の処理優先度のそれぞれと対応付けられた複数のメッセージ処理キューを設定するステップと，
   前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が，前記受信した制御メッセージに含まれる情報に基づき，当該受信した制御メッセージの前記処理優先度を判断するステップと，
   前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が，前記処理優先度が判断された制御メッセージを，当該判断された処理優先度に対応する前記メッセージ処理キューに記憶させるステップと，
   前記パケット転送処理装置及び前記制御信号処理装置が，前記複数のメッセージ処理キューに複数の制御メッセージが記憶されていた場合，当該複数の制御メッセージのうち，より高い前記処理優先度に対応するメッセージ処理キューに記憶された制御メッセージから先に処理を行い，前記複数のメッセージ処理キューのそれぞれに複数の制御メッセージが記憶されていた場合，当該複数の制御メッセージのうち，当該メッセージ処理キューに記憶された順番がより早い制御メッセージから先に処理を行うステップと，を有するメッセージ処理方法。
   
   

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