JP5166227B2 - パケット転送方法、パケット転送装置及びパケット転送システム - Google Patents

パケット転送方法、パケット転送装置及びパケット転送システム

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Description

本発明は、パケット転送方法、パケット転送装置及びパケット転送システムに係り、特に、トラフィック量に応じて省電力にパケットを転送するネットワークにおけるパケット転送方法、パケット転送装置及びパケット転送システムに関する。
インターネットの普及を背景に、構成するルータやスイッチなどのパケット転送装置の高速化が求められている。ルータやスイッチは複数の入力回線と出力回線を備え、パケットが該入力回線より入力すると、ヘッダ内の宛先アドレスから出力回線を判定し(以降、本処理を出力先判定処理と呼ぶ)、該出力回線にパケットを転送する。
パケット転送装置の高速化には、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの半導体デバイスの数を多くしたり、その周波数を高くしたりすることが必要となるため、ルータ、スイッチの高速化に伴い、その消費電力が増加することが多い。このため、消費電力を低減し、高速化に伴う電力増加を最小限とすることが求められている。
パケット転送装置の消費電力を低減する実現方式のひとつは、例えば、特許文献1に記載されている。本文献のパケット転送装置は、具備する複数の回線のリンク接続の有無を監視し、パケット処理を実施するポート制御回路の電源を、リンク接続が有りのときにOnにすることが記載されている。処理を実施する必要の無いポート制御回路の電源をOffにすることで、パケット転送装置の消費電力低減が実現される。
パケット転送装置の他の消費電力を低減する実現方式は、例えば、特許文献2に記載されている。本文献のパケット転送装置は、回線を収容する複数のインタフェースポートと前記インタフェースポートのアクセス状態を監視するアクセス状態監視部と、前記アクセス状態監視部の監視状況に応じて前記各インタフェースポートに通電するか否か定める電源制御部とを備える。アクセスが無いインタフェースポートの電源をOffにすることで、消費電力低減が実現される。
特開平11−88458号公報 特開平11−234344号公報
特許文献1のパケット転送装置は、通信を実施するためにはリンク接続が有りとなるため、例えば、各回線で極めて低速でパケットが通信されておりパケット転送装置のパケット転送の負荷が極めて低い場合にも、ポート制御回路をOnとすることとなり、省電力効果が得られない場合がある。特許文献2記載のパケット転送装置も各インタフェースポートにパケットが通信されている限りインタフェースポートに通電することが必要であり、パケット転送装置の負荷が極めて低い場合にも全てのインタフェースポートに通電する必要があり、省電力効果が得られない場合がある。
このため、特許文献1乃至2記載の省電力化に向けたパケット転送装置から構成されるネットワークは、該パケット転送装置のパケット転送の負荷が低くネットワークを流通するパケットの量(トラフィック量)が少ないときにも省電力化が実現されないといった課題がある。
本発明は、以上の点に鑑み、上述の課題を解決するために発明されたものである。
本発明の目的のひとつは、ネットワークを流通するパケットの量(トラフィック量)が少なく、前記ネットワークを構成するパケット転送装置のパケット転送の負荷が低いときには、前記ネットワークの省電力化を実現可能なパケット転送方法を提供することである。また、本発明は、前記パケット転送方法を実現するパケット転送装置を提供することを目的のひとつとする。
前述した課題を解決するため、本発明のパケット転送方法は、例えば、複数の入力回線と複数の出力回線と、前記入力回線よりパケットが入力すると前記パケットを一つ又は複数の出力回線に転送する複数のパケット転送装置を備えるネットワークのパケット転送方法であって、前記ネットワークを流通するパケットの量(トラフィック量)に応じて、一部の前記パケット転送装置のパケット転送を停止し、停止する前記パケット転送装置以外のパケット転送装置が、停止する前記パケット転送装置へ至る出力回線を除く出力回線にパケットを転送することを特徴のひとつとする。
また、前記パケット転送装置は、例えば、前記パケット転送装置のスリープモード(省電力モード)を制御する省電力制御部を備え、パケット転送を停止する場合には、前記省電力制御部が前記省電力制御部へのパケット入出力に必要なパケット送受信回路を除くパケット転送機能部をスリープモードに切り替えることを特徴のひとつとする。
上記の本発明の解決手段の詳細は、以下の「発明を実施するための最良の形態」の欄および図面で明らかにされる。
本発明の第1の解決手段によると、
入力回線よりパケットが入力されると該パケットをひとつ又は複数の出力回線に転送する複数のパケット転送装置を備えたネットワークにおけるパケット転送方法であって、
前記ネットワークを流通するパケットの帯域に応じて、一部の前記パケット転送装置のパケット転送を停止し、停止する前記パケット転送装置以外のパケット転送装置が、停止する前記パケット転送装置へ至る出力回線を除く出力回線にパケットを転送する前記パケット転送方法が提供される。
また、本発明の第2の解決手段によると、
入力回線よりパケットを入力すると該パケットを一つ又は複数の出力回線に転送するパケット転送装置において、
ネットワークを流通するパケットの帯域に応じてスリープモード及び通常モードを切り替える省電力制御部と、
パケットを入出力するパケット送受信回路と、
入力されたパケットを宛先に応じた出力回線に転送するパケット転送機能部と
を備え、
前記省電力制御部が、スリープモードにおいて前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置が提供される。
さらに、本発明の第3の解決手段によると、
ネットワークの境界に配置される複数の第1転送装置と、
前記第1転送装置間に配置される少なくとも2つの第2転送装置と、
サーバと
を備えたパケット転送システムであって、
前記サーバは、前記ネットワークを流通するパケットの帯域に基づき前記第2の転送装置の一部をスリープモードに移行するかを判定し、該第2転送装置及び複数の前記第1転送装置に、スリープモードへの移行指示を送信し、
前記第1転送装置はそれぞれ、移行指示を受信すると、パケットの出力先を停止する前記第2転送装置以外の回線に変更し、
前記第2転送装置は、移行指示を受信すると、パケットを転送するパケット転送機能部を停止する前記パケット転送システムが提供される。
本発明によると、ネットワークを流通するパケットの量(トラフィック量)が少なく、前記ネットワークを構成するパケット転送装置のパケット転送の負荷が低いときには、前記ネットワークの消費する電力の低減が可能となる。また、本発明によると、前記パケット転送方法を実現するパケット転送装置が提供可能となる。
1.ネットワーク構成及びパケット転送の動作
本実施の形態のパケット転送の動作を、図1を用いて説明する。
図1は、本実施の形態が想定するネットワーク100とネットワーク100により結合されるネットワーク141、151、161、171、181、191の構成図を示す。ネットワーク100は、例えば、複数(図示の例は6台)のエッジルータ140、150、160、170、180、190と、該エッジルータを結合する複数(図示の例は2台)のコアルータ110、120と、管理サーバ130を備える。各ルータには、それぞれのネットワーク141、151、161、171、181、191からエッジルータ、コアルータを経由して、他のネットワーク141、151、161、171、181、191に至る経路が設定されている。図1にはその内、一例として、ネットワーク141からエッジルータ140、コアルータ110、エッジルータ170を経由してネットワーク171に至る経路Aと、ネットワーク141からエッジルータ140、コアルータ120、エッジルータ170を経由してネットワーク171に至る経路Bが示されている。なお、コアルータ及びエッジルータは、図示の例に限らず適宜の数備えることができる。
各エッジルータは、ネットワーク100の外から入力される図3に記載のパケットを受信すると、図5に記載のルーティングテーブル500を参照し、該パケットの出力先(出力回線)を判定し、受信したパケットを判定された出力先に応じてコアルータ110又は120に送信する。ルーティングテーブル500はIPアドレスと、該パケットを送信する回線番号AおよびBと、回線番号AおよびBの何れの情報が有効であるかを示す回線切替情報を含む複数個のエントリ510を有する。
ルーティングテーブル500の回線番号Aは、例えば、通常のとき(スリープモードのコアルータが無いとき)にパケットを出力する出力回線を示す。例えば、コアルータ110、経路Aに対応する回線番号、又は、コアルータ120、経路Bに対応する回線番号が記憶される。回線番号Bは、例えば、回線番号Aに対応するコアルータがスリープモードの際に、パケットを出力する回線番号を示す。例えば、回線番号Aが経路Aに対応する場合、回線番号Bは経路Bに対応し、回線番号Aが経路Bに対応する場合、回線番号Bは経路Aに対応する。回線番号Aと回線番号Bの対がコアルータ110、120の対に相当する。回線切替情報は、初期状態では例えば回線番号Aが有効であることが設定される。
出力先の判定では、各エッジルータは、該パケットの宛先IPアドレス(DIP)312とエントリ510内のIPアドレスを一致比較する。各エッジルータは、IPアドレスが一致したエントリ510内の回線切替情報の示す回線番号AあるいはBのフィールドに記載された回線番号の値を、該パケットを出力すべき回線の回線番号と判定し、該出力回線に送信する。該パケットを受信したコアルータおよびコアルータの送信するパケットを受信したエッジルータは、同様のルーティングテーブル500を備え、同様の処理を実施することで、ネットワーク100外より受信したパケットを、宛先のネットワーク100外のネットワークに転送することができる。
ネットワーク100外よりパケットを受信したエッジルータは、前述の判定・送信に加えて、ネットワーク100の外からネットワーク100に入力するトラフィック(=パケット)の量を計測し、計測したトラフィックの量の情報(トラフィック量情報と呼ぶ)を管理サーバ130に通知する。このトラフィック量情報としては、例えば、それぞれのエッジルータが予め定められた適宜の計測間隔(例えば、100msの間)に受信したパケットの数(パケット数)やパケット長の総和であるパケットバイト数である。この際、各エッジルータは、例えば100ms間隔で、最新のトラフィック量情報を、図3記載のパケットのユーザデータ321に書き込んだ「トラフィック量通知用パケット」を、管理サーバ130に送信する。この際、管理サーバ130のIPアドレスを宛先IPアドレス(DIP)312に、各エッジルータの該パケットを送信する回線に割り当てられたIPアドレスを送信元IPアドレス311として記載することとなる。例えば、エッジルータ140はネットワーク141より入力するトラフィックの量を計測(トラフィック計測)し、管理サーバ130のIPアドレスを宛先IPアドレス312に、エッジルータ140の回線143に割り当てられたIPアドレスを送信元IPアドレス311に記載したパケットを回線143に送信する。該パケットを受信したコアルータ120は管理サーバ130に該パケットを送信することとなる。
以下、本実施の形態のパケット転送処理を図10に従い説明する。
管理サーバ130は、それぞれのエッジルータから受信したトラフィック量通知用パケットに記載のトラフィック量情報を管理し、縮退条件を満たすか否かを判定する(図10のステップ101)。縮退条件とは、例えば、パケットの転送を実施するコアルータ110、120をコアルータ120のみとするか否かを判定する条件である。以下、コアルータ120でパケット転送し、コアルータ110をスリープモードに移行する場合を例に説明する。なお、いずれのコアルータをスリープモードに移行するかは予め定めることができる。
前述の縮退条件としては例えば、次式で表わされる条件を用いることができる。
ネットワーク100への総流入トラフィック量(bps)
< コアルータ120の容量(bps)×P
ここでPは0以上1以下の予め定められた係数である。管理サーバ130は、ネットワーク100への総流入トラフィック量(bps)をΣ(最新のトラフィック量情報)÷トラフィック量の計測間隔(例えば、100ms)に基づき計算する。ここで、Σはエッジルータ140、150、160、170、180、190に関するトラフィック量情報の総和を意味する。また、コアルータ120の容量とは、コアルータ120の転送能力(bps)と、エッジルータ140、150、160、170、180、190とコアルータ120間の回線の帯域の総和の内、小さな値をいう。例えば、エッジルータ140、150、160、170、180、190とコアルータ120間の回線が1G(bps)のギガビットイーサネット(イーサネットは登録商標)であり、コアルータ120の転送性能が5G(bps)の場合、コアルータ120の容量(bps)は5G(bps)となる。また、例えば、コアルータ120の転送性能が7G(bps)の場合、コアルータ120の容量(bps)は6G(bps)となる。なお、コアルータ120の容量(bps)、トラフィック量の計測間隔は、予め管理サーバ130に記憶されることができる。また、パケット数の総和に基づいてppsの単位で縮退条件を判定してもよい。
前述の縮退条件を満たす場合には、ネットワーク100の消費電力を削減するため、各エッジルータは、パケットをコアルータ120に転送し、コアルータ110は、ネットワーク141、151、161、171、181、191が送信するパケットの転送を実施しないスリープモードへと移行する。このスリープモードへの移行は以下の手順により実施される。なお、コアルータ110はスリープモード移行時にもコアルータ110宛のパケット(宛先IPアドレスがコアルータ110の各回線に割り当てられたIPアドレスのパケット)の場合には、受信およびパケットの解析に基づく後述の処理を実施することが可能である。
管理サーバ130は、縮退条件を満たすと判断すると(ステップ101:Yes)、コアルータ110がスリープモードで無い場合には(ステップ102−1:No)、該コアルータ110に対して図3のユーザデータ321にスリープモードに移行することを記載した「スリープモード移行指示パケット」を送信する(ステップ103−1)。この際、宛先IPアドレス(DIP)312が、コアルータ110のIPアドレスを記載することとなる。一方、コアルータ110がすでにスリープモードの場合(ステップ102−1:Yes)、管理サーバ130は、ステップ101に戻り処理を繰り返す。
コアルータ120経由の本パケットを受信したコアルータ110は、コアルータ110にパケットを送信しない様に「スリープモード移行指示パケット」をエッジルータ140、150、160、170、180、190に送信する(ステップ104−1)。本パケットを受信したエッジルータは、ルーティングテーブル500の書き換え処理を実施する(ステップ105−1)。この際、スリープモード移行指示パケットの宛先IPアドレス(DIP)312は、エッジルータのコアルータ110に至る回線に割り当てられたIPアドレスとなる。
本書き換え処理では、各エッジルータは、ルーティングテーブル500のエントリ510のうち、回線番号Aの値がコアルータ110に至る回線であって回線切替情報が回線番号Aを示す値となっているエントリ510の回線切替情報を、回線番号Bを指定する値に書き換える。例えば、エッジルータ140がスリープモード移行指示パケットを受信すると、ネットワーク171に対応するIPアドレスが記載されているエントリ510の回線切替情報を、回線切替情報が回線番号Aを示す場合には回線番号Bを指定する値に書き換える。
エッジルータは書き換え処理が終了すると、書き換え完了を示す「テーブル変更完了通知パケット」をコアルータ110に送信する(ステップ106)。コアルータ110は全てのエッジルータよりこのパケットを受信すると(ステップ107:Yes)、スリープモードに移行する(ステップ108)。一方、全てのエッジルータよりこのパケットを受信していない場合(ステップ107:No)、コアルータ110は、全ての「テーブル変更完了通知パケット」を受信するまでステップ107の処理を継続する。
以上の動作によりエッジルータ140は、図1記載の経路Aを経路Bへ切り替え、コアルータ110のスリープモードへの移行を実現し、ネットワーク100の消費する電力を低減できる。
一方、前述の縮退条件を「不満足」と管理サーバ130が判定すると、経路を戻し、コアルータ110のスリープモードを解除して、コアルータ110へのトラフィック送信を再開することとなる。なお、「不満足」とは、上述の式の不等号が成り立たないことを示し、ネットワーク100への総流入トラフィック量(bps)が、コアルータ120の容量(bps)に係数Pをかけた値以上の場合、管理サーバ130は、縮退条件を「不満足」と判断することができる。なお、スリープモードに移行するための条件と、スリープモードを解除するための条件は同じでなくてもよく、例えば、係数Pを2つ(P、P)設けて移行条件と解除条件を異なるようにしてもよい。まず、管理サーバ130は、縮退条件を「不満足」と判断すると(ステップ101:No)、コアルータ110がスリープモードの際には(ステップ102−2:Yes)、該コアルータ110に対して、図3のユーザデータ321にスリープモードを解除することを記載した「スリープモード解除指示パケット」をコアルータ110に送信する(ステップ103−2)。一方、コアルータ110がスリープモードの場合(ステップ102−2:No)、管理サーバ130は、ステップ101に戻り処理を繰り返す。
該パケットを受信したコアルータ110は、スリープモードを解除し、該コアルータ110にパケットの送信を再開する様に「スリープモード解除指示パケット」をエッジルータ140、150、160、170、180、190に転送する(ステップ104−2)。該パケットを受信したエッジルータは、ルーティングテーブル500の書き換え処理を実施する(ステップ105−2)。この際、スリープモード解除指示パケットの宛先IPアドレス(DIP)312は、エッジルータのコアルータ110に至る回線に割り当てられたIPアドレスとなる。
本書き換え処理では、各エッジルータは回線番号Bを指定する回線切替情報のうちステップ105−1で書き換えた回線切替情報を、回線番号Aを指定する値に書き換える。例えば、エッジルータ140がスリープモード解除指示パケットを受信すると、ネットワーク171に対応するIPアドレスが記載されているエントリ510の回線切替情報を、回線番号Aを指定する値に書き換える。
以上の動作を行うことにより、経路Bから経路Aへの切替を実現し、トラフィックがコアルータ120で廃棄されることを防止可能とする。
なお、上記の例では、エッジルータ140によるトラフィック計測により、経路Aから経路B或いは経路Bから経路Aへの切替を実施したが、コアルータ110とコアルータ120が入力する総トラフィック(=パケット)の量を計測し、計測したトラフィックの量の情報(トラフィック量情報)を管理サーバ130に通知しても良い。この場合も同様に各コアルータはトラフィック量情報を、図3記載のパケットのユーザデータ321に書き込み管理サーバ130に送信する。この際、管理サーバ130のIPアドレスを宛先IPアドレス312に、各コアルータの該パケットを送信する回線に割り当てられたIPアドレスを送信元IPアドレス311として記載することとなる。この際、管理サーバ130は、例えば、以下の式に従い、縮退状態を判断することとなる。
コアルータ110とコアルータ120への流入トラフィック量(bps)の和
< コアルータ120の容量(bps)×P
2.エッジルータの動作
エッジルータの一例としてパケット転送装置200の詳細動作を説明する。
図2は、本実施の形態のパケット転送装置200のブロック図を示す。
パケット転送装置200は、例えば、N個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が収容するM個の入力回線201−ij(j=1−M)、出力回線202−ij(j=1−M)と、ヘッダ処理部220と、インターフェース部210−iを結合するパケット中継処理手段250と、プロセッサ280を備える。プロセッサ280は、例えば、外部の制御端末10と接続され制御端末10の指示をインターフェース部210やヘッダ処理部220に通知したり、インターフェース部210の情報を制御端末10に通知したりすることができる。
図2のパケット転送装置200のインターフェース部210−1は、例えば、入力回線201−11と201−12と201−13と201−14と、出力回線202−11と202−12と202−13と202−14を有する。インターフェース部210−2は、例えば、入力回線201−21と201−22と出力回線202−21と202−22を有する。インターフェース部210−Nは、例えば、入力回線201−N1と出力回線202−N1を有する。また、インターフェース部210−iは、例えば、パケット送受信回路240と、パケットの受信処理を行うパケット受信部230と、パケットの送信処理を行うパケット送信部270を有する。ヘッダ処理部220は、例えば、出力先判定部600及びトラフィック計測部700を有する。
図3は入力回線201−ij、出力回線202−ijから入出力されるパケットのフォーマットの一例を示す。
本パケットのフォーマットはヘッダ部310とデータ部320を含む。ヘッダ部310はネットワーク層の送信元アドレス(送信端末のアドレス)である送信元IPアドレス(Source IP Address:以下「SIP」という。)311と、宛先アドレス(受信端末のアドレス)である宛先IPアドレス(Destination IP Address:以下「DIP」という。)312と、ネットワーク層の転送優先度を表すDSCP(Diffserv Code Point)313とを含む。また、データ部320はユーザデータ321を含む。
図4は本実施の形態のパケット転送装置200内部のパケットのフォーマット例を示す。
本パケットのフォーマットは前述のフォーマットに加えてさらに内部ヘッダ部330を含む。この内部ヘッダ部330は、例えば、パケットが入力した回線の識別番号である入力回線番号331と、出力する回線の識別番号である出力回線番号332と、パケットのバイト数を表すパケット長333と、スリープモード移行指示パケットであることを示すSM移行情報334と、スリープモード解除指示パケットであることを示すSM解除情報335とを含む。
図8に、本実施の形態のパケット送受信回路240、パケット受信部230、パケット送信部270の構成図を示す。
パケットが入力回線201より入力されると図8に示すパケット送受信回路240が該パケットを受信する。受信したパケットは入力回線201−1jより受信した光あるいは電気信号をパケット転送装置200内部の電気信号に変換するコネクタ241−1jを経由してパケット抽出部242に到達する。パケット抽出部242は、OSI参照モデルの第一層である物理層を終端し、パケットを解析回路231に送信する。解析回路231は、エッジルータ、コアルータ何れで動作するかを蓄積するモード蓄積手段234と接続されている。モード蓄積手段234には、例えばエッジルータとして動作する場合には「0」が予め記憶されている。モード蓄積手段234の値は、例えば、制御端末10よりプロセッサ280経由で予め設定されることができる。解析回路231は、該パケットをパケット受信部230の内部ヘッダ付加回路232に送信する。また、解析回路231は、IPアドレス蓄積手段236に格納される解析回路231に接続される各入力回線201に割り当てられたIPアドレスと、受信したパケットに含まれるDIP312とを比較する。IPアドレス蓄積手段236に格納されるIPアドレスと受信したパケットに含まれるDIP312が一致した場合には、解析回路231は、ユーザデータ321を解析する。解析回路231は、ユーザデータ321に含まれる情報がスリープモード移行を指示した「スリープモード移行指示パケット」又はスリープモード解除を指示した「スリープモード解除指示パケット」である場合には、その情報を内部ヘッダ付加回路232に送信する。
一方、IPアドレス蓄積手段236に格納されるIPアドレスと受信したパケットに含まれるDIP312が一致しない場合には、解析回路231は、「通常パケット」であることを内部ヘッダ付加回路232に送信する。また、解析回路231は、入力した入力回線の番号を内部ヘッダ付加回路232に送信する。なお、IPアドレス蓄積手段236の値は、例えば、制御端末10よりプロセッサ280経由で予め設定されることができる。
内部ヘッダ付加回路232は、内部ヘッダ部330を受信したパケットに付加する。さらに、内部ヘッダ付加回路232は、パケットのバイト数をカウントしてカウントしたバイト数をパケット長333に、パケットが入力された入力回線の番号(入力回線番号)を入力回線番号331に、スリープモード移行指示/解析指示パケットか否かに基づいた情報をSM移行情報334およびSM解除情報335に書き込む。内部ヘッダ付加回路232は、ヘッダ部310と内部ヘッダ部330の情報をヘッダ情報21としてヘッダ処理部220に送信する。さらに、本パケットを一時蓄積バッファ233に蓄積する。
ヘッダ処理部220の出力先判定部600は、前記ヘッダ情報21内のDIP312より入力されたパケットの出力回線番号を判定する出力先判定処理を実施する。また、ヘッダ処理部220のトラフィック計測部700は、パケット長333と入力回線番号331より入力回線番号毎のトラフィック計測を実施する。ヘッダ処理部220の出力先判定部600はルーティングテーブル500を備え、DIP312に対応する出力回線番号を判定する。
その後、ヘッダ処理部220の出力先判定部600は判定された出力回線番号を出力回線情報22としてパケット受信部230のヘッダ書き込み回路235に送信する。なお、ヘッダ処理部220の詳細については後述する。パケット受信部230のヘッダ書き込み回路235は出力回線情報22内の出力回線番号を、一時蓄積バッファ233内に蓄積されているパケットの出力回線番号332に書き込み、パケット中継処理手段250へ送信する。なお、受信したパケットがスリープモード移行指示パケット又は解除指示パケットであった場合、出力回線情報22内の出力回線番号は例えば「パケット廃棄」を示す情報となっている。この際、パケット受信部230は、一時蓄積バッファ233内に蓄積されているパケットを廃棄する。
パケット中継処理手段250は出力回線番号332に対応するインターフェース部210−iのパケット送信部270に受信したパケットを送信する。図8に示すパケット送信部270のバッファアクセス制御部271はパケットをパケットバッファ272に蓄積する。出力回線202の出力タイミングとなるとバッファアクセス制御部271は、パケットバッファ272に蓄積された順番にパケットをパケットバッファ272より読み出し、内部ヘッダ削除回路273に送信する。内部ヘッダ削除回路273は、読み出したパケットから内部ヘッダ部330を削除し、出力回線番号332に対応する回線収容部(PHY)243にパケットを送信する。該パケットはPHY243、コネクタ241を経由して最終的に出力回線202−ijより送信される。
図6に、本実施の形態の出力先判定部600の構成図を示す。
ヘッダ処理部220が実施する出力先判定処理に関して、ヘッダ処理部220内の出力先判定部600を示す図6を用いて詳細に説明する。
ヘッダ情報21を出力先判定部600が受信すると、出力先判定部600は、DIP312を宛先IPアドレス蓄積手段630に、SM移行情報334とSM解除情報335をSM蓄積手段610に蓄積する。制御部620は、SM蓄積手段610のSM移行情報334とSM解除情報335がディスエーブルである場合には、DIP312による出力先判定処理を実施する。例えば、制御部620は、図5に示すルーティングテーブル500のアドレスが小さいエントリ510より一つずつ順に読み出して、宛先IPアドレス蓄積手段630のDIP312と一致比較を実施する。宛先IPアドレス蓄積手段630のDIP312とIPアドレスが一致したエントリ510が存在すると、制御部620は、該エントリ510内の回線切替情報を参照し、該情報が指定する回線番号(回線番号AあるいはB)を判定し、判定した回線番号を出力回線情報22としてパケット受信部230に送信する。
SM移行情報334がイネーブルの場合(この際SM解除情報335はディスエーブル)、制御部620は、ルーティングテーブル500のエントリ510をすべて読み出して、エントリ510内の回線番号Aと、迂回回線番号蓄積手段640に記憶された回線番号との一致比較を実施する。迂回回線番号蓄積手段640は迂回されるパケットが迂回未実施時に送信される出力回線番号が記憶されている。例えば、スリープモードに移行するコアルータに対応する回線番号が記憶される。制御部620は、迂回回線番号蓄積手段640に記憶された回線番号と回線番号Aが一致したエントリ510内の回線切替情報を、回線番号Bを表す値としてルーティングテーブル500に書き戻す。例えば、図1のコアルータ110からコアルータ120に省電力化のために経路を変更する場合、迂回回線番号蓄積手段640に記憶される値は、図1の回線142の回線番号となる。次に、制御部620は、ヘッダ情報21に対応するパケットの「パケット廃棄」を示す情報を出力回線情報22として、パケット受信部230に送信する。該パケットはパケット受信部230により廃棄されることとなる。なお、迂回回線番号蓄積手段640の値は、例えば、制御端末10よりプロセッサ280経由で予め設定されることができる。
制御部620は、スリープモード移行のためのテーブル書き換えが完了したことをプロセッサ280に通知する。プロセッサ280は、図4に記載のパケット転送装置200内のパケットフォーマットに従い、テーブル書き換えが完了したことをユーザデータ321に記載したテーブル変更完了通知パケットを作成する。
この際、DIP312は、コアルータ110の該制御部620を備えるエッジルータに至る回線に割り当てられたIPアドレス、SIP311は、コアルータ110の回線142に至る回線に割り当てられたIPアドレス、DSCP313は、例えば最高優先度を表す値となる。また、出力回線番号332にコアルータ110に至る回線の回線番号を記載してパケット受信部230の一時蓄積バッファ233に送信する。該パケットは、一旦、一時蓄積バッファ233に蓄積され、パケット受信部230によって通常パケットと同様にパケット中継処理手段250へ送信され、最終的に出力回線202−ijへ送信される。コアルータ110は全エッジルータより本パケットを受信すると、スリープモードへ移行する。
SM解除情報335がイネーブルの場合(この際SM移行情報334はディスエーブル)、制御部620は、ルーティングテーブル500のエントリ510をすべて読み出して、エントリ510内の回線番号Aと迂回回線番号蓄積手段640に記載の回線番号との一致比較を実施する。制御部620は、迂回回線番号蓄積手段640に記載の回線番号と回線番号Aが一致したエントリ510内の回線切替情報を回線番号Aを表す値としてルーティングテーブル500に書き戻す。次に、制御部620は、出力回線情報22として受信した「パケット廃棄」を示す出力回線情報22をパケット受信部230に送信する。該パケットはパケット受信部230にて廃棄されることとなる。このように迂回回線番号蓄積手段640の回線番号と回線番号Aが一致するエントリ510について回線番号切替情報を変更することで、スリープモード移行時に変更した回線番号のみを元の回線番号に戻すことができる。また、ルーティングテーブル500の構成、出力する回線番号の変更は、上述の例に限らず他の適宜の構成、方法を用いてもよい。
以上の動作により、各エッジルータは、スリープモード移行用のパケットを受信した際の経路Aから経路Bへの切り替えと、トラフィックが増加し、スリープモードを解除する際の経路Bから経路Aへの切り替えを実現する。
図7に、本実施の形態のトラフィック計測部700の構成図を示す。
ヘッダ処理部220が実施するトラフィック計測に関して、ヘッダ処理部220内のトラフィック計測部700を示す図7を用いて詳細に説明する。
トラフィック計測部700は、例えば、計測した情報を蓄積するトラフィック計測メモリ710と、制御部720と、タイマー730と、時間間隔設定部740と、パケット長蓄積手段760と、入力回線番号蓄積手段770を備える。ヘッダ情報21をトラフィック計測部700が受信すると、トラフィック計測部700は、パケット長333をパケット長蓄積手段760に、入力回線番号331を入力回線番号蓄積手段770に蓄積する。制御部720は、入力回線番号蓄積手段770内の入力回線番号331をトラフィック計測メモリ710のアドレスとして検索し、トラフィック計測メモリ710より対応するエントリ711を読み出す。
トラフィック計測メモリ710のフォーマットを図9に示す。
図9のトラフィック計測メモリ710は、例えば、入力回線番号331をアドレスとして、バイト数およびパケット数の情報が記憶される。読み出された情報は、制御部720に入力され、制御部720は、バイト数にパケット長蓄積手段760内の値を加算し、パケット数に1を加算し、トラフィック計測メモリ710に更新した各値を書き戻す。
一方、ヘッダ情報21の入力とは無関係(非同期)にトラフィック計測メモリ710の0リセットが行われる。タイマー730の値は、例えば、本パケット転送装置200の電源投入時に0にリセットされ、タイマー730はリセットされた時からの経過時間をカウントする。制御部720は、タイマー730の値が、時間間隔設定部740に制御端末10より予め設定された値(例えば、100ms)を上回ると、トラフィック計測メモリ710の値を読み出して全て0にリセットする。また、制御部720は、読み出した値をプロセッサ280に通知する。また、この際、制御部720は、タイマー730の値を0にリセットする。以上の動作により、トラフィック計測部700は、時間間隔設定部740に設定された期間に受信したパケット数と、受信したパケットのバイト数をプロセッサ280に通知することが可能となる。
プロセッサ280は、図4に記載のパケット転送装置200内のパケットフォーマットに従い、トラフィック量通知用パケットを作成する。この際、DIP312として管理サーバ130のIPアドレスを、SIP311として管理サーバ130に至る出力回線に割り当てられたIPアドレスを、DSCP313に例えば最高優先度を表す値を、ユーザデータ321に本パケットがトラフィック量通知用パケットであることを示す情報および読み出したトラフィック計測メモリ710の値をトラフィック量情報として書き込む。また、プロセッサ280は、出力回線番号332に管理サーバ130に至る回線の回線番号を記載してパケット受信部230の一時蓄積バッファ233にトラフィック量通知用パケットを送信する。該パケットは、パケット受信部230によって通常のパケットと同様にパケット中継処理手段250へ送信され、最終的に出力回線202−ijへ送信される。なお、プロセッサ280は、トラフィック計測メモリ710のバイト数、パケット数について全エントリ711の総和を算出することで、送信するトラフィック量情報としてもよい。
3.コアルータの動作
コアルータ110の動作を図2及び図8に記載のパケット転送装置200を用いて説明する。
パケット転送装置200がコアルータ110として動作する場合には、例えば、図8に示すモード蓄積手段234にコアルータであることを示す「1」が記憶されている。モード蓄積手段234が「1」の場合には、パケットが入力されるとパケット送受信回路240の解析回路231は、IPアドレス蓄積手段236に制御端末10により予め設定されたIPアドレスと受信したパケットに含まれるDIP312を比較する。IPアドレス蓄積手段236内のIPアドレスは、解析回路231に接続される各入力回線201に割り当てられたIPアドレスとなる。IPアドレス蓄積手段236に格納されるIPアドレスと受信したパケットに含まれるDIP312が一致した場合、解析回路231は、受信したパケットをプロセッサ280に送信する。一方、IPアドレス蓄積手段236に格納されるIPアドレスと受信したパケットに含まれるDIP312が不一致の場合、解析回路231は、該パケットを内部ヘッダ付加回路232に送信し、該パケットは前述の「通常パケット」と同様に転送される。
受信したパケットに含まれるDIP312とIPアドレス蓄積手段236に格納されるIPアドレスが一致し、プロセッサ280がパケットを受信した場合には、プロセッサ280は、ユーザデータ321を解析し、(1)管理サーバ130送付の「スリープモード移行指示パケット」、(2)管理サーバ130送付の「スリープモード解除指示パケット」、(3)エッジルータ送付の「テーブル変更完了通知パケット」の何れであるかを判定する。
「スリープモード移行指示パケット」の場合、プロセッサ280はエッジルータ140、150、160、170、180、190に対して、スリープモード移行指示パケットを再送信(転送)する。この際、スリープモード移行指示パケットの宛先IPアドレス(DIP)312は、各エッジルータのコアルータ110に至る回線に割り当てられたIPアドレスと、出力回線番号332は各エッジルータに至る回線の出力回線番号となる。本パケットはパケット受信部230の一時蓄積バッファ233に送信され、通常のパケットと同様にパケット中継処理手段250を経由し、出力回線202より出力される。
その後、テーブル変更完了通知パケットが全てのエッジルータから受信すると、コアルータ110は、スリープモードに移行する。
「スリープモード解除指示パケット」の場合、スリープモードを解除し、装置(コアルータ110)が安定した後、プロセッサ280はエッジルータ140、150、160、170、180、190に対して、スリープモード解除指示パケットを再送信(転送)する。この際、スリープモード解除指示パケットの宛先IPアドレス(DIP)312は、エッジルータのコアルータ110に至る回線に割り当てられたIPアドレスと、出力回線番号332は各エッジルータに至る回線の出力回線番号となる。本パケットはパケット受信部230の一時蓄積バッファ233に送信され、通常のパケットと同様にパケット中継処理手段250を経由し、出力回線202より出力される。
スリープモードの詳細について以下に説明する。
スリープモードでは、コアルータのプロセッサ280は、入力回線201からプロセッサ280に至る経路に存在する部品である図8のPHY243を除くパケット送受信回路240の電源がOnであり、それ以外の部品はOffとなる。例えば、解析回路231、モード蓄積手段234、IPアドレス蓄積手段236、コネクタ241及び抽出部242は電源がOnであり、ヘッダ処理部220、パケット受信部230、PHY243、パケット中継処理手段250及びパケット送信部270は電源がOffとなる。一部の部品の電源をOffとしないのは、スリープモード解除指示パケットをプロセッサ280が受信可能とするためである。このスリープモードへの移行・解除はプロセッサ280の各部品への指示によって実現される。スリープモードでは、入力回線201からプロセッサ280に至る経路に存在する部品のみに電力が供給されるため、電力消費の大きなヘッダ処理部220やパケットバッファ272/バッファアクセス制御部271やパケット中継処理手段250等の消費電力を削減される。このため、コアルータ110の電力および、コアルータ110により構成されるネットワーク100の消費電力が低減される。
本発明は、例えば、パケット転送装置が出力回線を判定し、該出力回線にパケットを転送するネットワークに適用可能である。
ネットワーク100の構成図。 本実施の形態のパケット転送装置200の構成図。 本実施の形態のパケット転送装置200が送受信するパケットのフォーマット。 本実施の形態のパケット転送装置200におけるパケットのフォーマット。 本実施の形態のルーティングテーブル500のフォーマットを示す図。 本実施の形態の出力先判定部600の構成図。 本実施の形態のトラフィック計測部700の構成図。 本実施の形態のパケット送受信回路240、パケット受信部230、パケット送信部270の構成図。 本実施の形態のトラフィック計測メモリ710のフォーマットを表す図。 本実施の形態のパケット転送処理のフローチャート。
符号の説明
10 制御端末
21 ヘッダ情報
22 出力回線情報
100、141、151、161、171、181、191 ネットワーク
110、120 コアルータ
130 管理サーバ
140、150、160、170、180、190 エッジルータ
200 パケット転送装置
201 入力回線
202 出力回線
210 インターフェース部
220 ヘッダ処理部
230 パケット受信部
231 解析回路
232 内部ヘッダ付加回路
233 一時蓄積バッファ
234 モード蓄積手段
235 ヘッダ書き込み回路
236 IPアドレス蓄積手段
240 パケット送受信回路
241 コネクタ
242 パケット抽出部
243 回線収容部(PHY)
250 パケット中継処理手段
270 パケット送信部
271 バッファアクセス制御部
272 パケットバッファ
273 内部ヘッダ削除回路
280 プロセッサ
500 ルーティングテーブル
600 出力先判定部
610 SM蓄積手段
620 制御部
630 宛先IPアドレス蓄積手段
640 迂回回線番号蓄積手段
700 トラフィック計測部
710 トラフィック計測メモリ
720 制御部
730 タイマー
740 時間間隔設定部
760 パケット長蓄積手段
770 入力回線番号蓄積手段

Claims (22)

  1. パケットを入出力する送受信回路と、入力されたパケットを宛先に応じた出力回線に転送するパケット転送機能部と、切替通知に従いスリープモード及び通常モードを切り替える省電力制御部と、を備える複数のパケット転送装置を備えたネットワークにおけるパケット転送方法であって、
    前記ネットワークを流通するパケットの帯域に応じて送信される前記切替通知に従い一部の前記パケット転送装置のパケット転送機能部を停止し、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置以外のパケット転送装置が、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置へ至る出力回線を除く出力回線にパケットを転送し、
    前記送受信回路は、受信した情報がスリープモード及び通常モードの切り替え指示を示す前記切替通知であるかを解析し、前記切替通知である場合は、該切替通知を前記省電力制御部に送信する前記パケット転送方法。
  2. 請求項1に記載の前記パケット転送方法であって、
    前記パケット転送装置のパケット転送機能部を停止する際、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置以外のパケット転送装置が、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置へ至る出力回線を除く出力回線にパケットを転送するように設定された後、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置の前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送方法。
  3. 請求項記載のパケット転送方法であって、
    前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置にパケット転送の停止を指示する前記切替通知が送信されると、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置以外のパケット転送装置はそれぞれ、パケットの出力先を前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置以外の回線に変更し、変更後に、前記パケット転送機能部を停止する前記転送装置に完了通知パケットを送信し、
    前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置は、該パケット転送装置以外のパケット転送装置から完了通知パケットを受信した後に、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送方法。
  4. 請求項記載のパケット転送方法であって、
    前記ネットワークと他のネットワークの境界に配置される前記パケット転送装置のすべてが、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置へ至る出力回線を除く出力回線にパケットを転送するように設定された後、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置の前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送方法。
  5. 請求項1記載のパケット転送方法であって、
    前記帯域は前記ネットワークに入力されるパケットの帯域であることを特徴とするパケット転送方法。
  6. 請求項記載のパケット転送方法であって、
    前記ネットワークと他のネットワークの境界に配置される前記パケット転送装置が、前記ネットワークに入力されるパケットの帯域を計測してサーバに計測結果を送信し、
    前記サーバが、受信した計測結果に基づきパケット転送を停止するか否かを判定し、前記パケット転送機能部を停止する予め定められた前記パケット転送装置にパケット転送の停止を指示する前記切替通知を送信することを特徴とするパケット転送方法。
  7. 請求項1記載のパケット転送方法であって、
    前記ネットワークのコアに配置される前記パケット転送装置が、前記ネットワークに流通するパケットの帯域を計測してサーバに計測結果を送信し、
    前記サーバが、受信した計測結果に基づきパケット転送を停止するか否かを判定し、予め定められた前記パケット転送装置にパケット転送の停止を指示する前記切替通知を送信することを特徴とするパケット転送方法。
  8. 入力回線よりパケットを入力すると該パケットを一つ又は複数の出力回線に転送するパケット転送装置において、
    ネットワークを流通するパケットの帯域に応じて送信される切替指示に従いスリープモード及び通常モードを切り替える省電力制御部と、
    パケットを入出力する送受信回路と、
    入力されたパケットを宛先に応じた出力回線に転送するパケット転送機能部と
    を備え、
    前記省電力制御部が、スリープモードにおいて前記パケット転送機能部を停止し、
    前記送受信回路は、受信した情報がスリープモード及び通常モードの切り替え指示を示す切替通知であるかを解析し、前記切替通知である場合は、該切替通知を前記省電力制御部に送信する前記パケット転送装置。
  9. 請求項8記載のパケット転送装置であって、
    他のパケット転送装置から、該他のパケット転送装置において前記パケット転送装置へ至る出力回線を除く出力回線にパケットを転送するように設定されたことを示す完了通知を受信した後、前記省電力制御部が、スリープモードにおいて前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置。
  10. 請求項記載のパケット転送装置であって、
    受信される切替指示を前記他のパケット転送装置に転送し、
    切替指示に応じて、パケットの出力先を、停止する前記転送装置以外の回線に変更した前記他のパケット転送装置から、前記完了通知を受信し、
    該完了通知を受信した後に、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置
  11. 請求項記載のパケット転送装置であって、
    前記ネットワークと他のネットワークの境界に配置される前記他のパケット転送装置のすべてから前記完了通知を受信した後、前記パケット転送機能部を停止する前記パケット転送装置
  12. 請求項記載のパケット転送装置であって、
    前記送受信回路は、
    他の装置から電気信号又は光信号を受信して前記パケット転送装置内の電気信号として送信するコネクタと、
    前記コネクタからの電気信号からパケットを抽出するフレーム抽出部と、
    前記パケットの宛先アドレスと自パケット転送装置のアドレスを比較し、アドレスが一致したパケットを前記省電力制御部へ送信する解析回路と
    を有することを特徴とするパケット転送装置。
  13. 請求項12記載のパケット転送装置であって、
    前記パケット転送機能部が、入力したパケットの前記出力回線を判定するヘッダ処理部を含むことを特徴とするパケット転送装置。
  14. 請求項13記載のパケット転送装置であって、
    前記パケット転送機能部が、入力したパケットを蓄積するパケットバッファおよび該パケットバッファにアクセスするバッファアクセス制御部を含むことを特徴とするパケット転送装置。
  15. 請求項8乃至14のいずれか記載のパケット転送装置であって、
    前記省電力制御部が、
    スリープモードに移行することを指示する前記切替指示を前記送受信回路経由で受信した際に、前記パケット転送機能部をスリープモードとし、
    スリープモードを解除することを指示する切替指示を前記送受信回路経由で受信した際に、前記パケット転送機能部をスリープモードより復帰させることを特徴とするパケット転送装置。
  16. 請求項記載のパケット転送装置であって、
    前記省電力制御部は、スリープモードにおいて前記送受信回路を停止せず、自パケット転送装置のアドレス宛のスリープモードを解除することを指示する切替指示を受信可能であるパケット転送装置。
  17. ネットワークの境界に配置される複数の第1転送装置と、
    パケットを入出力する送受信回路と、入力されたパケットを宛先に応じた出力回線に転送するパケット転送機能部と、切替通知に従いスリープモード及び通常モードを切り替える省電力制御部と、を備え、前記第1転送装置間に配置される少なくとも2つの第2転送装置と、
    サーバと
    を備えたパケット転送システムであって、
    前記サーバは、前記ネットワークを流通するパケットの帯域に基づき前記第2の転送装置の一部をスリープモードに移行するかを判定し、該第2転送装置及び複数の前記第1転送装置に、スリープモードへの移行指示を送信し、
    前記第1転送装置はそれぞれ、移行指示を受信すると、パケットの出力先を停止する前記第2転送装置以外の回線に変更し、
    前記第2転送装置は、移行指示を受信すると、パケットを転送する前記パケット転送機能部を停止し、
    前記第2転送装置の前記送受信回路は、受信であるかを解析し、前記移行指示である場合は、該移行指示をした情報がスリープモード及び通常モードの切り替え指示を示す前記移行指示前記省電力制御部に送信する前記パケット転送システム。
  18. 請求項17記載のパケット転送システムであって、
    前記第2転送装置は、移行指示を受信すると、前記第1転送装置がパケットの出力先を停止する該第2転送装置以外の回線に変更したことを示す完了通知を該第1転送装置から受信後、パケットを転送する前記パケット転送機能部を停止するパケット転送システム。
  19. 請求項17記載のパケット転送システムであって、
    前記第2転送装置は、複数の前記第1転送装置のすべてから前記完了通知を受信した後に、前記パケット転送機能部を停止するパケット転送システム。
  20. 請求項17記載のパケット転送システムであって、
    前記サーバは、
    前記第1転送装置により計測された各第1転送装置を通るパケットの帯域に基づき、又は、前記第2転送装置で計測された各第2転送装置を通るパケットの帯域に基づき、ネットワークを流通するパケットの帯域を求めるパケット転送システム。
  21. 請求項17記載のパケット転送システムであって、
    前記サーバは、
    ネットワークを流通するパケットの帯域と、予め設定された前記第2転送装置の通信容量に基づく閾値を比較し、該閾値未満であればスリープモードへ移行すると判定して、スリープモードへの移行指示を送信するパケット転送システム。
  22. 請求項17記載のパケット転送システムであって、
    前記サーバは、
    ネットワークを流通するパケットの帯域と、予め設定された前記第2転送装置の通信容量に基づく第2閾値を比較し、第2閾値以上であればスリープモードを解除すると判定して、スリープモードから通常モードへの移行指示を停止した前記第2転送装置及び複数の前記第1転送装置に送信するパケット転送システム。
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