JP5593517B2 - ネットワーク装置及び送信フレームの制御方法 - Google Patents
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Description
図1は本実施形態におけるネットワークシステムの構成を説明するブロック図である。図1において、ネットワークシステムはフレーム転送装置1の入出力ポート112−1にケーブル115−1を介して接続されたノード117−1、および、入出力ポート112−nにケーブル115−nを介して接続されたノード117−mから構成される。なお、ノード117−1〜117−mは物理計算機やネットワーク装置あるいはストレージ装置等で構成される。また、フレーム転送装置1は、n個の入出力ポート112−1〜112−nを有する。以下では、入出力ポートの総称を112とし、ケーブルの総称を115とし、ノードの総称を117とする。
なお、本発明において、フレーム転送装置1の構成要素の個数は図1に限定されるものではなく、例えば入出力装置103を2つ用意して冗長化したり、機能分担したりしてもよい。また、本発明は、記憶装置102に格納したプログラムに格納したプログラムによって実現される機能のうち、一部または全部の機能をハードウェアとして実装してもよい。ハードウェアとして実装することにより、例えば処理の高速化や低消費電力化が可能となる。また、仮想マシンのように、当該ハードウェアが備える機能をプログラムとして実現してもよい。ハードウェアが備える機能をプログラムとして実現することによって、例えば、設置スペースを削減したり、管理を単純化したりできる。また、プログラムによって実現される機能の構成は後述する構成に限るものではなく、複数の機能が統合される構成、または1つの機能が複数に分割される構成でもよい。また、各機能によって実行される処理の順序についても、後述する順序に限るものではなく、処理の依存関係が許すならば、並列で同時に実行したり、順序を入れ替えて実行したりしてもよい。例えば、並列実行することによって処理時間を短縮したり、順序を入れ替えることによって待ち時間を減らしたりすることが可能となる。
図2はフレーム転送装置1におけるソフトウェア構成を説明するブロック図である。なお、図において、四角はフレーム転送装置1で実行されるプログラムによって実現される処理ブロックを表す。また、処理ブロック間の矢印は、矢印の方向に情報または指示・指令が伝えられることを示す。処理ブロック間で伝えられる情報または指示・指令の内容は以下で説明する。
続いて、図2の各構成要素間で送受信される支持・指令および情報について、フレーム転送装置1によるイーサネットフレームの転送を例に説明する。まず、イーサネットフレームの転送に先立って、設定受付部207は入出力装置103またはネットワークインタフェース104−1〜104−nを介してフレーム転送装置1のユーザまたは管理者から入力された情報にしたがって、記憶装置102に各種の設定を格納する。
以下、まず、フレーム転送装置1で行われるイーサネットフレーム受信時の処理を説明する。イーサネットフレームはフレーム受信部225で受信されると、イーサネットフレームの情報をフレーム解析部220が解析し、フレーム解析部220がPAUSEフレームでない場合は転送すべきフレームとして格納キュー選択部211に解析結果を通知する。
続いて、各ポートの論理キュー221−1〜221−iからイーサネットフレームを送信する処理について述べる。割当帯域管理部213は帯域割当管理表700(図7参照)の内容を輻輳トラフィック推定部214および送信フレーム選択部215に通知する。
続いて、図2におけるPAUSEフレームの扱いについて述べる。PAUSEフレームを受信した場合および送信する場合のフレーム転送装置1における処理について説明する。まず、PAUSEフレームを受信した時のフレーム転送装置1が実行する処理について説明する。イーサネットフレーム受信時は、フレーム解析部220の解析により、当該イーサネットフレームがPAUSEフレームであることが検出される。
次に、フレーム転送装置1がPAUSEフレームをリンクへ送信する場合の処理について説明する。PAUSEフレームの送信は当該リンクが輻輳状態となり、ノード117から送信されたフレームをフレーム転送装置1で正しく受信できない恐れがある場合に行う。本実施形態においては、フレーム転送装置1のポート制御プログラム108が受信するフレームを格納する論理キュー221の使用量が停止閾値(例えば、確保したキュー容量の8割)を超えた場合に、ノード117から送信されたフレームを受信できない恐れがあると判定して、当該論理キュー221に格納されるフレームを送信しているリンクに送信を停止させるPAUSEフレームを送信する。
図2においては、受信フレームをそのまま論理キュー221に格納する形での実施を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば入力バッファ、出力バッファのようにバッファを記憶装置102に設置してイーサネットフレームを格納し、格納キュー選択部211による論理キューの選択や送信フレーム選択部215による送信フレーム選択の処理を平準化してもよい。また、フレーム解析部220においてPAUSEフレームでない場合は転送すべきフレームとしたが、例えばPAUSEフレーム以外のフレームであっても転送する必要のないLLDPフレームの取り扱いや、VLANタグの付加または除去等、一般にイーサネットスイッチやL2スイッチと呼ばれるネットワーク機器で行われる拡張を施してもよい。また、本実施形態ではトラフィックの分類に、送信元MACアドレス、送信先MACアドレス、VLAN ID、Priorityを用いたが、本発明におけるトラフィックの分類はこれに限定されるものではなく、例えば、入力されたポートや、イーサネットフレームに含まれる情報であるEtherType、IP(Internet Protocol)アドレス、TCPのポート番号等を加え、各情報単独または複数の情報を組み合わせてトラフィックを決定する形で用いて行ってもよい。たとえばTCPのポート番号やIPアドレスの情報を用いることで、特定アプリケーションのトラフィックを区別して輻輳制御を行うことができるようになる。
続いて、図2の説明に用いた表である、転送ポート管理表300、トラフィック設定表400、キュー設定表500、トラフィック履歴表600、帯域割当管理表700の具体的な内容について例を用いて説明する。なお、これらの表は記憶装置102に保存される。
図8は輻輳トラフィック推定部214で行う制限帯域計算処理の一例を説明するフローチャートである。輻輳トラフィック推定部214は、論理キュー221から読み出されてリンクへ送信されるイーサネットフレームについて、キューIDによりトラフィックを区別したうえで各トラフィックの送信帯域を計算する。そして、輻輳を引き起こすトラフィックを推定し、当該トラフィックが輻輳の要因と推定される場合には当該トラフィックの送信帯域を減らす。
(2×保証帯域+実効帯域)/3
を代入する。各トラフィックの実効帯域は後述の制限帯域補正処理で計算される。なお、ステップS814における「新しい制限帯域」の計算式は、制限帯域を保証帯域から実効帯域に近づけるためのものであり、本発明はこれに限るものではない。例えば、より保証帯域に近づけるようにして、帯域制限を緩やかにしてもよい。
(前回の制限帯域+保証帯域)/2
を代入する。なお、ステップS815における「新しい制限帯域」の計算式は、制限帯域を保証帯域に近づけるものであり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、より保証帯域に近づけるようにして、帯域制限の緩和幅を大きくしてもよい。
(PAUSE間隔×2)
を代入するなどが考えられるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば定数値を足すなどでもよい。また、ステップS816を省略して処理を簡素化してもよい。
(送信量/PAUSE間隔)
を代入し、ステップS905に進む。ステップS905では、輻輳トラフィック推定部214が、「保証帯域」より「制限帯域」が小さい、すなわち帯域制限されているか否かを判定し、真ならステップS906に進み、偽なら終了状態913に進む。
(前回の制限帯域+2×実効帯域)/3
を代入することで行う。ただし、この計算式は、制限帯域を小さくするためのものであり、本発明ではこれに限らない。例えば、「新しい制限帯域」に実効帯域を代入することとして、帯域制限の強化の幅を大きくしてもよい。
(2×前回の制限帯域−実効帯域)
を代入することで行う。ただし、この計算式は、制限帯域を大きくするためのものであり、本発明ではこれに限らない。例えば、「新しい制限帯域」に保証帯域を代入することとしてもよい。
(制限帯域×1.01)
を代入することで行う。ただし、ただし、この計算式は、制限帯域を大きくするためのものであり、本発明ではこれに限らない。例えば、「新しい制限帯域」に保証帯域を代入することとしてもよい。また、ステップ909を省略し、ステップ911にて制限帯域を大きくする処理を行ってステップ数を減らしてもよい。ステップS912では輻輳トラフィック推定部214が変数「帯域制限トラフィック数」を1増やし、終了状態913に進む。終了状態913では制限帯域補正処理を終了する。
図10A、図10Bは送信フレーム選択部215における送信帯域計算処理を説明するフローチャートである。送信フレーム選択部215では、論理キュー221から読み出されてリンクへ送信されるイーサネットフレームについて、キューIDによりトラフィックを区別したうえで各トラフィックを送信する量を計算する。このため、送信フレーム選択部215は、割当帯域管理部213から通知された帯域割当管理表700の内容および輻輳トラフィック推定部214から通知された各トラフィックの制限帯域、キュー制御部218から通知された各論理キューの使用量、送信停止タイマー216を参照して得たPriority毎のPAUSE状態(タイマー値が0なら非PAUSE状態、それ以外ならPAUSE状態)を用いて、各トラフィックの送信帯域を送信帯域計算処理により計算する。そして、送信フレーム選択部215は、計算された前記送信帯域内でフレームが送信されるようにキュー制御部218および入出力制御部219を制御する。
(合計割当帯域 − 合計割当済帯域)
を加え、ステップS1024に進む。ステップS1024では、送信フレーム選択部215が、変数「合計不足帯域」および変数「合計余剰帯域」が十分小さいか否かを判定し、真なら終了状態1031に進み、偽ならステップS1025に進む。なお、ステップS1024における「十分小さい」とは例えば1bps以下等、分配するに足らない帯域や制御可能な最小帯域等を表す。本発明では、これに限ることなく、例えばステップS1024における判定を若干緩め(大き目)にして、繰り返し回数を削減してもよい。
(合計余剰帯域×(要求帯域−分割帯域)/合計不足帯域)
を代入し、ステップS1029に進む。なお、ステップS1028における計算式は、合計余剰帯域の分配例を表しており、本発明はこれに限るものではない。例えば、1つのトラフィックに合計余剰帯域をすべて与え、他のトラフィックへの分配を0とし、処理を簡素化してもよい。
なお、図2の説明でPFCにおける処理を前提として説明したが、本発明はPFCを前提としない実施形態も可能である。その場合も図2の構成や処理は同一で、PFCにおいて1つのpriorityを用いると限定し、フレームの形式はIEEE 802.3xに規定されるPAUSEフレームとする。この場合、本発明はIEEE 802.3xに規定されるPAUSEをサポートしたイーサネットに適用可能となる。
以上のように、本発明のフレーム転送装置1によれば、リンクの送信先となるノード117からPAUSEフレームを受信した場合、PAUSEフレームで指定された時間までフレームの送信を一時停止し、送信先のノード117で輻輳の原因となっている論理トラフィックを推定する。そして、フレーム転送装置1は、当該ノード117への送信再開時には、輻輳の原因として推定された論理トラフィックの送信を抑制し、他の論理トラフィックを優先して送信する。これにより、送信先のノード117がPAUSEフレームを再度送信するのを防ぐことで当該ノード117の論理トラフィックが他の論理トラフィックに与える影響を抑制することができる。これらはすべてPAUSEによるフロー制御に基づいているため、確実な通信を保証できる。
101 演算処理装置
102 記憶装置
103 入出力装置
104−1〜104−n ネットワークインタフェース
107 全体制御プログラム
108−1〜108−n ポート制御プログラム
110 キュー
112−1〜112−n 入出力ポート
117−1〜117−m ノード
207 設定受付部
208 輻輳検出部
209 PAUSE送信ポート・時間決定部
210 トラフィック設定部
211 格納キュー選択部
212 トラフィック履歴管理部
213 割当帯域管理部
214 輻輳トラフィック推定部
215 送信フレーム選択部
216 送信停止タイマー
217 PAUSEフレーム作成部
218 キュー制御部
219 入出力制御部
220 フレーム解析部
221−1〜221−i 論理キュー
224 フレーム送信部
225 フレーム受信部
Claims (12)
- ノードとのリンクを流れる複数のトラフィックのフレームの送受信を行い、送信フレームの送信を行う送信部と受信フレームの受信を行う受信部とを備えるポートと、
前記ポートを介して受信した受信フレームが一時停止の指令のときには、前記ポートからの送信フレームの送信を所定時間まで一時的に停止し、
前記複数のトラフィックから選択した少なくとも1以上のトラフィックの送信帯域を制限し、
前記所定時間を経過した後、前記一時停止の指令を含む受信フレームを受信する間隔が拡大したときは、前記選択したトラフィックの送信帯域の制限を強化する制御部と、
を備えたことを特徴とするネットワーク装置。 - 請求項1に記載のネットワーク装置であって、
前記制御部は、
所定時間を経過した後、前記一時停止の指令を含む受信フレームを受信する間隔が拡大しないときは、前記選択したトラフィックの送信帯域の制限を緩和することを特徴とするネットワーク装置。 - 請求項1に記載のネットワーク装置であって、
前記制御部は、
予め設定した順序に従って前記送信帯域を制限する少なくとも1以上のトラフィックを選択することを特徴とするネットワーク装置。 - 請求項1に記載のネットワーク装置であって、
前記一時停止の指令は、PAUSEフレームであることを特徴とするネットワーク装置。 - 請求項1に記載のネットワーク装置であって、
前記制御部は、
前記一時停止の指令を受信する間隔が拡大した場合には、当該選択したトラフィックを、輻輳を引き起こすトラフィックとして推定することを特徴とするネットワーク装置。 - プロセッサと、メモリと、ノードとのリンクを流れる複数のトラフィックのフレームの送受信を行い、送信フレームの送信を行う送信部と受信フレームの受信を行う受信部とを備えるポートと、を備えたネットワーク装置で送信するフレームの輻輳を抑制する送信フレームの制御方法であって、
前記ポートを介して受信した前記受信フレームが一時停止の指令のときには、前記ポートからの前記送信フレームの送信を所定時間まで一時的に停止する第1のステップと、
前記複数のトラフィックから選択した少なくとも1以上のトラフィックの送信帯域を制限する第2のステップと、
前記所定時間を経過した後、前記一時停止の指令を含む受信フレームを受信する間隔が拡大したときは、前記選択したトラフィックの送信帯域の制限を強化する第3のステップと、
を含むことを特徴とする送信フレームの制御方法。 - 請求項6に記載の送信フレームの制御方法であって、
前記第3のステップは、
所定時間を経過した後、前記一時停止の指令を含む受信フレームを受信する間隔が拡大しないときは、前記選択したトラフィックの送信帯域の制限を緩和することを特徴とする送信フレームの制御方法。 - 請求項6に記載の送信フレームの制御方法であって、
前記第2のステップは、
予め設定した順序に従って前記送信帯域を制限する少なくとも1以上のトラフィックを選択することを特徴とする送信フレームの制御方法。 - 請求項6に記載の送信フレームの制御方法であって、
前記一時停止の指令は、PAUSEフレームであることを特徴とする送信フレームの制御方法。 - 請求項6に記載の送信フレームの制御方法であって、
前記第3のステップは、
前記一時停止の指令を受信する間隔が拡大した場合には、当該選択したトラフィックを、輻輳を引き起こすトラフィックとして推定することを特徴とする送信フレームの制御方法。 - ノードとのリンクを流れる複数のトラフィックのフレームの送受信を行い、送信フレームの送信を行う送信部と受信フレームの受信を行う受信部とを備えるポートと、
前記ポートを介して受信した受信フレームが一時停止の指令のときには、前記ポートからの送信フレームの送信を所定時間まで一時的に停止し、
前記複数のトラフィックから選択した少なくとも1以上のトラフィックの送信帯域を制限し、
前記所定時間を経過した後、前記一時停止の指令を含む受信フレームを受信する間隔が拡大したときは、前記選択したトラフィック以外のトラフィックの送信を促進する制御部と、
を備えたことを特徴とするネットワーク装置。 - ノードとのリンクを流れる複数のトラフィックのフレームの送受信を行い、送信フレームの送信を行う送信部と受信フレームの受信を行う受信部とを備えるポートと、
前記ポートを介して受信した受信フレームが一時停止の指令のときには、前記ポートからの送信フレームの送信を所定時間まで一時的に停止し、
前記複数のトラフィックから選択した少なくとも1以上のトラフィックの送信帯域を制限し、
前記所定時間を経過した後、前記一時停止の指令を含む受信フレームを受信する間隔が拡大しないときは、前記選択したトラフィックの送信帯域の制限を緩和する制御部と、
を備えたことを特徴とするネットワーク装置。
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