JP7577611B2 - スイッチ装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、スイッチ装置、方法及びプログラムに関する。

例えば工場内に配置されている各機器を接続する産業用ネットワークまたは自動車等の車両に搭載される車載システムの各制御コントローラを接続する車載ネットワーク等の分野では、イーサネット（登録商標）の利用が進んでいる。

また、上記した産業用ネットワークまたは車載ネットワークにおいてはリアルタイム性が要求される場合があるが、当該リアルタイム性を実現するために、イーサネットを拡張した様々なネットワーク技術（規格）が提案されている。

ところで、イーサネットに基づくネットワークは、Ｌ２スイッチと称されるスイッチ装置（通信制御装置）を用いて構築される。スイッチ装置は、複数の通信ポート（ネットワークポート）を有し、所定の通信ポートに接続されている外部通信機器から送信されたフレーム（データ）を他の通信ポートに接続されている他の外部通信機器に転送するように動作する。

このようなスイッチ装置を用いて構築されたネットワークにおいてリアルタイム性を実現するためには、当該スイッチ装置がフレームを転送する際の遅延時間（転送遅延）及びそのジッタを低減することが重要である。

一方、スイッチ装置はＦＤＢ（Forwarding/Filtering Database）と称されるデータベースを参照してフレームの転送先（宛先）となる外部通信機器が接続されている通信ポートを決定するが、当該スイッチ装置に接続される機器数を考慮すると、当該データベースの容量（収容できるエントリ数）は大きい方がよい。

しかしながら、上記した遅延時間を低減するために高速及び低遅延でアクセス可能なデータベースを実装した場合には、当該データベースの容量を大きくすることが難しい。換言すれば、遅延時間の低減とデータベースの大容量化とをスイッチ装置において両立することは困難である。

特許第５４３３６２７号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、遅延時間の低減とデータベースの大容量化とを両立することが可能なスイッチ装置、方法及びプログラムを提供することにある。

実施形態によれば、複数の通信ポートを有するスイッチ装置が提供される。前記スイッチ装置は、受信部と、第１及び第２データベースと、決定部と、第１受信キューと、第２受信キューとを具備する。前記受信部は、前記複数の通信ポートのうちの第１通信ポートに接続された第１外部通信機器から送信されたフレームを受信するように構成されている。前記第１及び第２データベースは、前記複数の通信ポートのうちの前記受信されたフレームの宛先となる第２外部通信機器が接続されている第２通信ポートを決定するために用いられる宛先決定情報を格納する。前記決定部は、前記受信されたフレームが低遅延での転送が必要な第１フレームである場合、前記第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第１データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定し、前記受信されたフレームが前記第１フレームとは異なる第２フレームである場合、前記第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定する。前記第１受信キューは、前記第１フレームを格納する。前記第２受信キューは、前記第２フレームを格納する。前記第１データベースは、前記第２データベースと比較して高速に前記宛先決定情報にアクセスすることが可能に構成されている。前記決定部は、第１及び第２決定部を含む。前記第１決定部は、前記第１受信キューから取り出された第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２通信ポートを決定する。前記第２決定部は、前記第２受信キューから取り出された第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２通信ポートを決定する。

第１実施形態の第１比較例に係るスイッチ装置の構成の一例を説明するための図。 フォワーディング処理部に含まれる宛先決定部の構成の一例を説明するための図。 宛先決定部の処理手順の一例を示すフローチャート。 ＦＤＢの更新処理の処理手順の一例を示すフローチャート。 本実施形態の第２比較例に係るスイッチ装置の構成の一例を説明するための図。 フォワーディング処理部に含まれる宛先決定部の構成の一例を説明するための図。 本実施形態に係るスイッチ装置の構成の一例を説明するための図。 フォワーディング処理部に含まれる宛先決定部の構成の一例を説明するための図。 本実施形態に係るスイッチ装置の具体的な適用例を説明するための図。 フォワーディング処理部の動作を説明するための図。 本実施形態の第１変形例に係るスイッチ装置の構成の一例を説明するための図。 フォワーディング処理部に含まれる宛先決定部の構成の一例を示す図。 本実施形態の第２変形例に係るスイッチ装置の構成の一例を説明するための図。 フォワーディング処理部に含まれる宛先決定部の構成の一例を示す図。 属性情報のデータ構造の一例を示す図。 スイッチ装置のハードウェア構成の一例を示す図。 第２実施形態におけるフォワーディング処理部に含まれる宛先決定部の構成の一例を説明するための図。

以下、図面を参照して、各実施形態について説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。本実施形態に係るスイッチ装置は、例えばイーサネットに基づくネットワーク（以下、単にネットワークと表記）を構築するために用いられるＬ２スイッチのようなスイッチ装置（通信制御装置）である。スイッチ装置は、複数の通信ポート（ネットワークポート）を有し、所定の通信ポートに接続されている外部通信機器から送信されたフレームを他の通信ポートに接続されている他の外部通信機器に転送するように動作する。

以下、図１を参照して、本実施形態の第１比較例に係るスイッチ装置の構成の一例について説明する。

図１に示すスイッチ装置１０は、例えばＮ個の通信ポート１～Ｎを有しており、Ｎ個の通信処理部（通信インタフェース）１１－１～１１－Ｎ、Ｎ個の受信キュー（Ｒｘ）１２－１～１２－Ｎ、ＦＤＢ（Forwarding/Filtering Database）１３、フォワーディング処理部１４、Ｎ個の送信キュー（Ｔｘ）１５－１～１５－Ｎ及び管理部１６を備える。ここでは、Ｎ個の通信ポートにＮ個の外部通信機器１－１～１－Ｎがそれぞれ接続されているものとする。

Ｎ個の通信処理部１１－１～１１－Ｎは、Ｎ個の通信ポート１～Ｎに対応しており、外部通信機器１－１～１－Ｎとの通信処理を実行するように構成されている。

通信処理部１１－１～１１－Ｎの各々は、ＭＡＣ（Media Access Controller）１１ａ及びＰＨＹ１１ｂと称される機能を含み、ネットワークにおけるデータリンク層及び物理層のプロトコルに従ってフレームの送受信に必要な処理を行う。すなわち、通信処理部１１－１～１１－Ｎの各々は、イーサネットのデータリンク層及び物理層の処理を行う。

通信処理部１１－１～１１－Ｎは、通信ポート１～Ｎに接続されている外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたフレームを受信する。通信処理部１１－１～１１－Ｎによって受信されたフレームは、受信キュー１２－１～１２－Ｎに出力される。

なお、図１に示す例では通信処理部１１－１～１１－ＮがＭＡＣ１１ａ及びＰＨＹ１１ｂを含むものとして説明したが、当該通信処理部１１－１～１１－Ｎは、他の機能を含む（つまり、他の処理を実行する）ように構成されていてもよい。

Ｎ個の受信キュー１２－１～１２－Ｎは、Ｎ個の通信処理部１１－１～１１－Ｎ（通信ポート１～Ｎ）に対応している。受信キュー１２－１～１２－Ｎは、通信処理部１１－１～１１－Ｎからフォワーディング処理部１４にフレームを受け渡すために利用されるキューである。上記したように通信処理部１１－１～１１－Ｎから出力されたフレームは、受信キュー１２－１～１２－Ｎに格納される。

ここで、上記したように外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたフレームは他の外部通信機器に転送される必要があるため、スイッチ装置１０においては、当該フレームの転送先（宛先）となる外部通信機器が接続されている通信ポート（以下、宛先ポートと表記）を決定する必要がある。

ＦＤＢ１３には、受信キュー１２－１～１２－Ｎに格納されたフレームに対する宛先ポート（当該フレームの宛先）を決定するための情報（以下、宛先決定情報と表記）が格納されている。

フォワーディング処理部１４は、Ｎ個の受信キュー１２－１～１２－Ｎに対応するＮ個の宛先決定部１４－１～１４－Ｎを含む。

宛先決定部１４－１～１４－Ｎは、受信キュー１２－１～１２－Ｎに格納されたフレームを当該受信キュー１２－１～１２－Ｎから取り出し、ＦＤＢ１３（に格納されている宛先決定情報）を参照して当該フレームに対する宛先ポートを決定する。

フレームに対する宛先ポートが決定された場合、当該フレームは、当該宛先ポートに対応する送信キューに出力される。

Ｎ個の送信キュー１５－１～１５－Ｎは、Ｎ個の通信処理部１１－１～１１－Ｎ（通信ポート１～Ｎ）に対応している。送信キュー１５－１～１５－Ｎは、フォワーディング処理部１４（宛先決定部１４－１～１４－Ｎ）から通信処理部１１－１～１１－Ｎにフレームを受け渡すために利用されるキューである。上記したようにフォワーディング処理部１４に含まれる宛先決定部１４－１～１４－Ｎの各々から宛先ポートに対応する送信キューに出力されたフレームは、当該送信キューに格納される。

このように送信キュー１５－１～１５－Ｎに格納されたフレームは、通信処理部１１－１～１１－Ｎによって取り出され、外部通信機器１－１～１－Ｎに送信される。

管理部１６は、例えばスイッチ装置１０の初期化、起動、停止、ＦＤＢ１３の更新（エントリの追加及び削除）、及び統計情報の管理等に関する処理を実行する。

なお、図１においては、受信キュー１２－１～１２－Ｎ及び送信キュー１５－１～１５－Ｎが通信処理部１１－１～１１－Ｎの外部に設けられているものとして説明したが、当該受信キュー１２－１～１２－Ｎ及び送信キュー１５－１～１５－Ｎは、例えば通信処理部１１－１～１１－Ｎ（例えば、ＭＡＣ１１ａ）の内部に保持されていてもよい。または、当該受信キュー１２－１～１２－Ｎ及び送信キュー１５－１～１５－Ｎは、フォワーディング処理部１４の内部に保持されても良い。

次に、図２を参照して、図１に示すフォワーディング処理部１４に含まれる宛先決定部１４－１の構成の一例について説明する。図２に示すように、宛先決定部１４－１は、決定部１４ａ及び送信処理部１４ｂを含む。

決定部１４ａは、宛先決定部１４－１に対応する受信キュー１２－１からフレームを取り出し、当該フレームに付加されているヘッダ情報をパースし、当該ヘッダ情報に基づいてＦＤＢ１３（に格納されている宛先決定情報）にアクセスする。決定部１４ａは、このようにアクセスされた宛先決定情報に基づいて、受信キュー１２－１から取り出されたフレームに対する宛先ポートを決定する。

なお、フレームに付加されているヘッダ情報には、当該フレームの宛先（転送先）である外部通信機器に割り当てられているＭＡＣアドレス（宛先ＭＡＣアドレス）、当該フレームの送信元である外部通信機器に割り当てられているＭＡＣアドレス（送信元ＭＡＣアドレス）及びイーサネットのタイプ等が含まれている。

送信処理部１４ｂは、受信キュー１２－１から取り出されたフレームを決定部１４ａによって決定された宛先ポートに対応する送信キュー（宛先の送信キュー）に出力する。

次に、図３のフローチャートを参照して、上記した宛先決定部１４－１の処理手順の一例について説明する。

まず、宛先決定部１４－１に対応する受信キュー１２－１にフレームが格納された場合、決定部１４ａは、当該フレームを受信キュー１２－１から取り出す（ステップＳ１）。以下、ステップＳ１において取り出されたフレームを、便宜的に、対象フレームと称する。

次に、決定部１４ａは、対象フレームに付加されているヘッダ情報に含まれる宛先ＭＡＣアドレスを取得する（ステップＳ２）。

更に、決定部１４ａは、対象フレームに付加されているヘッダ情報に含まれるイーサネットのタイプを取得する（ステップＳ３）。

ここで、スイッチ装置１０を用いて構成されるネットワーク上では、複数の通信ポート１～Ｎのうちの少なくとも一部が属するＶＬＡＮ（Virtual LAN）と称される仮想的なＬＡＮセグメントを構築することができる。フレームは例えばネットワーク上に存在する全ての外部通信機器に送信される（ブロードキャスト送信される）ことが可能であるが、このＶＬＡＮによれば、当該ブロードキャストドメインの分割を行うようなことが可能となる。なお、フレームがブロードキャスト送信される場合、当該フレームに付加されているヘッダ情報には、当該ブロードキャスト送信用のＭＡＣアドレス（以下、ブロードキャストアドレスと表記）が宛先ＭＡＣアドレスとして含まれている。

なお、対象フレームを受信した通信処理部１１－１に対応する通信ポート１が属するＶＬＡＮが構築されている場合、上記したステップＳ３において取得されるイーサネットのタイプはＶＬＡＮである。

決定部１４ａは、ステップＳ３において取得されたイーサネットのタイプがＶＬＡＮであるか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、イーサネットのタイプがＶＬＡＮであると判定された場合を想定する（ステップＳ４のＹＥＳ）。イーサネットのタイプがＶＬＡＮである場合、上記した対象フレームに付加されているヘッダ情報にはＶＬＡＮヘッダ（情報）が含まれており、当該ＶＬＡＮヘッダにはＰＣＰ（Priority Code Point）が設定されている。なお、ＶＬＡＮヘッダには、ＰＣＰ以外に、例えばＶＬＡＮを識別するためのＶＬＡＮ ＩＤ等が更に設定されている。

決定部１４ａは、このようにＶＬＡＮヘッダに設定されているＰＣＰを取得し、当該ＰＣＰをＴＣ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｌａｓｓ）に変換することによって当該ＴＣを取得する（ステップＳ５）。このＴＣは、例えば送信キューを特定するための情報である。なお、ＰＣＰをＴＣに変換するための情報（つまり、ＰＣＰ及びＴＣの対応関係を示す情報）は、予め決定部１４ａにおいて保持されているものとする（例えばトラヒッククラステーブル）。

一方、イーサネットのタイプがＶＬＡＮでないと判定された場合（ステップＳ４のＮＯ）、対象フレームに付加されているヘッダ情報にはＶＬＡＮヘッダが含まれていないため、ＰＣＰを取得する（つまり、ＰＣＰをＴＣに変換する）ことができない。この場合、決定部１４ａは、デフォルト値のＴＣを取得する（ステップＳ６）。換言すれば、ステップＳ６においては、ＴＣにデフォルト値が設定される（例えばＰＶＩＤ）。

上記したように対象フレームは例えばブロードキャスト送信されることが可能であるが、決定部１４ａは、ステップＳ２において取得された宛先ＭＡＣアドレスがブローキャストアドレスであるか否かを判定する（ステップＳ７）。

ブロードキャストアドレスでないと判定された場合（ステップＳ７のＮＯ）、決定部１４ａは、対象フレームに付加されているヘッダ情報に基づいて、ＦＤＢ１３を参照する。

ここで、ＦＤＢ１３には、例えば通信ポートを識別するための識別子（以下、ポート識別子と表記）、ＭＡＣアドレス、ＶＬＡＮ ＩＤ及び最終受信時刻等を対応づけて含む複数の宛先決定情報（エントリ）が格納されている。なお、ＭＡＣアドレスは、対応づけられているポート識別子によって識別される通信ポートに接続されている外部通信機器に割り当てられているＭＡＣアドレスである。外部通信機器がスイッチの場合には、その先に接続されているＭＡＣアドレスも含まれる。また、ＶＬＡＮ ＩＤは、対応づけられているポート識別子によって識別される通信ポートが属するＶＬＡＮを識別するための識別情報である。最終受信時刻は、例えば対応づけられているＭＡＣアドレスが割り当てられている外部通信機器から最後にフレームが送信されてスイッチで受信した時刻である。

この場合、決定部１４ａは、ステップＳ２において取得された宛先ＭＡＣアドレス及び対象フレームに付加されているヘッダ情報（ＶＬＡＮヘッダ）に設定されているＶＬＡＮ ＩＤを含むエントリ（つまり、宛先ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤが一致するエントリ）を、ＦＤＢ１３から探索する。以下、宛先ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤが一致するエントリを、便宜的に対象エントリと称する。

決定部１４ａは、上記した探索の結果に基づいて、ＦＤＢ１３に対象エントリが存在するか否かを判定する（ステップＳ８）。

対象エントリが存在すると判定された場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、決定部１４ａは、当該対象エントリに含まれるポート識別子によって識別される通信ポート（つまり、対象エントリ中の通信ポート）を宛先ポートとして決定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９の処理が実行されると、送信処理部１４ｂは、当該ステップＳ９において取得された宛先ポートに対応する送信キューのうち、上記したＴＣに基づいて特定される送信キューに対象フレームを出力する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の処理が実行されることにより、宛先ポートに対応する送信キューに対象フレームが格納される（書き込まれる）。

具体的には、例えばステップＳ９において決定された宛先ポートが通信ポート２である場合には、当該通信ポート２に対応する送信キュー１５－２に対象フレームが出力される。同様に、ステップＳ９において決定された宛先ポートが通信ポートＮである場合には、当該通信ポートＮに対応する送信キュー１５－Ｎに対象フレームが出力される。

なお、上記した図１に示す構成によれば、通信ポート（通信処理部）と送信キューとが１対１に対応している。この場合、宛先ポートが決定されれば送信キューを特定することができるため、上記したＴＣは使用されなくても構わない。

一方、１つの通信ポートに対して複数の送信キューが用意されているような構成の場合には、宛先ポートに対して用意されている複数の送信キューの中から、ＴＣを用いて対象フレームを出力すべき送信キューが特定される。

この場合、ＴＣと当該ＴＣに基づいて特定される送信キューとの対応関係を示す情報（つまり、ＴＣから送信キューを特定するための情報）が予め送信処理部１４ｂ内に保持されていればよい。

なお、ステップＳ７においてブロードキャストアドレスであると判定された場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、決定部１４ａは、対象フレームを送信した外部通信機器１－１が接続されている通信ポート１以外の全ての通信ポートを宛先ポートとして決定する（ステップＳ１１）。

また、ステップＳ８において対象エントリが存在しないと判定された場合（ステップＳ８のＮＯ）、ステップＳ１１の処理が実行される。ＦＤＢにエントリが存在しない場合に、対象フレームを送信した外部通信機器１－１が接続されている通信ポート１以外の全ての通信ポートにフレームを送信することを、フラッディングと称される。

なお、上記した対象フレームに付加されているヘッダ情報に含まれるイーサネットのタイプがＶＬＡＮである（つまり、通信ポート１が属するＶＬＡＮが構築されている）場合、上記したステップＳ１１における全ての通信ポートは、当該ＶＬＡＮ（ＶＬＡＮヘッダに設定されているＶＬＡＮ ＩＤによって識別されるＶＬＡＮ）に属する複数の通信ポートのうちの通信ポート１以外の全ての通信ポートである。

また、図３に示す例では宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスである場合について説明したが、当該宛先ＭＡＣアドレスはマルチキャストアドレスである場合もある。この場合、図３に示す処理においては、宛先ＭＡＣアドレスがマルチキャストアドレスであるか否かが更に判定されてもよい。マルチキャストであるか否かの判定は宛先ＭＡＣアドレスのＩ／Ｇビットが１であるか否かで判定してもよい。マルチキャストアドレスを含む宛先決定情報（エントリ）の管理方法として、ＦＤＢ１３で管理する方法やＦＤＢ１３とは別にマルチキャストアドレス用のＦＤＢを別途設ける方法などが考えられる。ＦＤＢ１３でマルチキャストアドレスを含む宛先決定情報（エントリ）を管理する場合、宛先決定情報に複数のポート識別子を保持し、ユニキャストフレームと同様にステップＳ８でＦＤＢ１３を参照して宛先となる通信ポートを決定する。マルチキャストアドレス用にＦＤＢを別途設ける場合は、宛先ＭＡＣアドレスがマルチキャストアドレスと判定された場合は、ＦＤＢ１３ではなくマルチキャストアドレス用ＦＤＢを参照して宛先となる通信ポートを決定する。

ここではフォワーディング処理部１４に含まれる宛先決定部１４－１の構成及び動作について説明したが、他の宛先決定部１４－２～１４－Ｎの構成及び動作についても当該宛先決定部１４－１と同様である。

本実施形態に係る第１比較例に係るスイッチ装置１０においては、フォワーディング処理部１４（に含まれる宛先決定部１４－１～１４－Ｎ）が上記した図３に示す処理を実行することにより、所定の外部通信機器から送信されたフレームを他の外部通信機器に転送することができる。

ここで、本実施形態の第１比較例に係るスイッチ装置１０においては、外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたフレーム（つまり、当該スイッチ装置１０において受信されたフレーム）に基づくＭＡＣアドレスの学習を実施することによって、ＦＤＢ１３を更新することができるものとする。

以下、図４に示すフローチャートを参照して、ＦＤＢ１３の更新処理の処理手順の一例について説明する。このＦＤＢ１３の更新処理は、例えばフォワーディング処理部１４（宛先決定部１４－１～１４－Ｎ）によって実行されるが、管理部１６によって実行されてもよいし、フォワーディング処理部１４及び管理部１６以外に別途用意された更新処理部（図示せず）によって実行されてもよい。ここでは、フォワーディング処理部１４がＦＤＢ１３の更新処理を実行するものとして説明する。

まず、フォワーディング処理部１４は、フレームを取得する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において取得されるフレームは、例えばフォワーディング処理部１４に含まれる宛先決定部１４－１～１４－Ｎの各々が受信キュー１２－１～１２－Ｎから取り出したフレームである。以下、ステップＳ２１において取得されたフレームを対象フレームと称する。

次に、フォワーディング処理部１４は、対象フレームに付与されているヘッダ情報に含まれる送信元ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤ（送信元情報）を取得する（ステップＳ２２）。

フォワーディング処理部１４は、ステップＳ２２において取得された送信元ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤを含むエントリ（以下、対象エントリと表記）をＦＤＢ１３から探索し、当該ＦＤＢ１３に対象エントリが存在するか否かを判定する（ステップＳ２３）。

ここで、ＦＤＢ１３に対象エントリが存在することは、当該対象エントリに含まれるＭＡＣアドレスが割り当てられている外部通信機器が、当該対象エントリに含まれるＶＬＡＮ ＩＤによって識別されるＶＬＡＮに属している通信ポート（ポート識別子によって識別される通信ポート）に接続されていることを示すエントリ（宛先決定情報）がＦＤＢ１３に既に登録されていることを意味する。

このため、ＦＤＢ１３に対象エントリが存在すると判定された場合（ステップＳ２３のＹＥＳ）、フォワーディング処理部１４は、当該対象エントリに含まれる最終受信時刻を現在時刻に更新する（ステップＳ２４）。

一方、ＦＤＢ１３に対象エントリが存在しないと判定された場合（ステップＳ２３のＮＯ）、フォワーディング処理部１４は、新たなエントリをＦＤＢ１３に追加する（ステップＳ２５）。

ここで、ＦＤＢ１３においてはポート識別子、ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤの対応関係を管理する必要があるが、対象フレームを送信した外部通信機器（つまり、対象フレームに含まれる送信元ＭＡＣアドレスが割り当てられた外部通信機器）が接続されている通信ポートは、当該対象フレームが取り出された受信キュー等から特定することができる。

このため、ステップＳ２５においては、上記したように特定された通信ポートを識別するためのポート識別子と、ステップＳ２２において取得された送信元ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤと、現在時刻（最終受信時刻）とを含むエントリがＦＤＢ１３に追加される。

このステップＳ２５の処理が実行されることによって、当該ステップＳ２５において追加されたエントリに含まれるＭＡＣアドレスを宛先ＭＡＣアドレスとして含むフレームがスイッチ装置１０において受信された場合に、当該エントリを参照することによって当該エントリに含まれるポート識別子によって識別される通信ポートを宛先ポートとして決定することができる。

なお、ＦＤＢ１３の容量は有限であるが、ステップＳ２５の処理が実行される時点で当該ＦＤＢ１３に空き容量がない場合には、最終受信時刻が最も早い（古い）エントリを削除し、新たなエントリをＦＤＢ１３に追加するものとする。これにより、ＦＤＢ１３においては、送信された時刻が現在に近いフレームに基づくエントリを優先的に保持（格納）することができる。ただし、ＦＤＢ１３のエントリの入れ替えアルゴリズムはこれに限定されるものではない。

また、図４で説明したＦＤＢ１３の更新処理以外にも、スイッチの管理者などが手動でエントリを追加・削除することも考えられる。この場合は、例えば管理部１６等が管理者からの制御コマンド等を受け取って、ＦＤＢ１３の更新処理を実施する。

ところで、例えば産業用ネットワークまたは車載ネットワークのようなネットワークにおいては高いリアルタイム性が要求される場合があるが、当該ネットワーク上で高いリアルタイム性を実現するための規格として、ＴＳＮ（Time-Sensitive Networking）の規格化が、ＩＥＥＥ ８０２．１ ＴＳＮ Ｔａｓｋ Ｇｒｏｕｐで進められている。ＴＳＮは、例えばプロオーディオ等で用いられている低遅延性を実現するＡＶＢ（Audio/Video Bridging）を拡張した規格である。ＴＳＮは、ＡＶＢよりも高いリアルタイム性に加えて、高信頼性の実現を目指している。

ここで、ＴＳＮは複数の規格（規格群）から構成されており、当該複数の規格の１つにＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｂｕ／ＩＥＥＥ ８０２．３ｂｒ（ＦＰＥ：Frame Preemption）がある。上記した本実施形態の第１比較例に係るスイッチ装置１０においては通信処理部１１－１～１１－Ｎが１つのＭＡＣを含むものとして説明したが、ＦＰＥにおいては、高優先度用のＥｘｐｒｅｓｓ ＭＡＣ（以下、ｅＭＡＣと表記）及び低優先度用のＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅ ＭＡＣ（以下、ｐＭＡＣと表記）が利用される。

このようなＦＰＥによれば、低優先度のフレーム（ＦＰＥのＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅフレーム）の転送（送信）処理中に、高優先度のフレーム（ＦＰＥのＥｘｐｒｅｓｓフレーム）の転送処理が発生した場合に、低優先度フレームの送信処理を中断して、高優先度フレームを割り込ませることができる。なお、低優先度フレームの転送処理は、高優先度フレームの転送処理が完了した後に再開される。

上記した本実施形態の第１比較例に係るスイッチ装置１０を用いて構成されたネットワークにおいては高いリアルタイム性を実現することは困難であるが、ＦＰＥ（規格）に対応したスイッチ装置であれば、当該スイッチ装置１０と比較して、高優先度フレームに対する転送処理の遅延を低減し、高いリアルタイム性を実現することが可能である。

以下、図５を参照して、ＦＰＥに対応したスイッチ装置（以下、本実施形態の第２比較例に係るスイッチ装置と表記）の構成の一例について説明する。なお、以下の本実施形態の第２比較例の説明においては、上記した本実施形態の第１比較例に係るスイッチ装置と同様の部分についての詳しい説明を省略する。

図５に示すスイッチ装置２０は、Ｎ個の通信処理部２１－１～２１－Ｎ、Ｎ個の第１受信キュー（ｅＲｘ）２２－１ａ～２２－Ｎａ、Ｎ個の第２受信キュー（ｐＲｘ）２２－１ｂ～２２－Ｎｂ、ＦＤＢ２３、フォワーディング処理部２４、Ｎ個の第１送信キュー（ｅＴｘ）２５－１ａ～２５－Ｎａ、Ｎ個の第２送信キュー（ｐＴｘ）２５－１ｂ～２５－Ｎｂ及び管理部２６を備える。

本実施形態の第２比較例においては、通信処理部２１－１～２１－ＮがＦＰＥに対応しており、上記したｅＭＡＣ２１ａ及びｐＭＡＣ２１ｂの２つのＭＡＣを含む点が、上記した本実施形態の第１比較例とは異なる。なお、通信処理部２１－１～２１－Ｎに含まれるＰＨＹ２１ｃは、上記した本実施形態の第１比較例における通信処理部１１－１～１１－Ｎに含まれるＰＨＹ１１ｂに相当する。

ここで、本実施形態の第２比較例において通信処理部２１－１～２１－Ｎによって受信されるフレームは、リアルタイムフレーム及びベストエフォートフレームを含む。なお、リアルタイムフレームとは、転送処理に高いリアルタイム性が要求され、低遅延での転送が必要であるフレームと定義され、例えば上記したＦＰＥのＥｘｐｒｅｓｓフレームに相当する。一方、ベストエフォートフレームとは、リアルタイムフレーム以外のフレームであり、例えば上記したＦＰＥのＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅフレームに相当する。外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されるフレームがリアルタイムフレームであるかベストエフォートフレームであるかはスイッチ装置２０の外部（例えば、外部通信機器１－１～１－Ｎ等）において設定されているものとする。

上記の例において、リアルタイムフレームとベストエフォートフレームの識別は、受信したイーサネットフレームのＳＦＤフィールドやＳＭＤフィールドを参照して識別することができる。例えば，ＳＭＤ－Ｅで定義される値（０ｘＤ５）の場合にリアルタイムフレーム（ＦＰＥのＥｘｐｒｅｓｓフレーム）と識別し、ＳＭＤ－Ｓ０～３（０ｘＥ６、０ｘ４Ｃ、０ｘ７Ｆ、０ｘＢ３）、ＳＭＤ－Ｃ０～３（０ｘ６１、０ｘ５２、０ｘ９Ｅ、０ｘ２Ａ）の場合にベストエフォートフレーム（ＦＰＥのＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅフレーム）と識別してもよい。また、ＦＰＥのＥｘｐｒｅｓｓフレームはｅＭＡＣで受信処理が行われ、ＦＰＥのＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅフレームはｐＭＡＣで受信処理が行われるため、どちらのＭＡＣで受信したかで識別してもよい。

通信処理部２１－１～２１－Ｎが例えばリアルタイムフレームを受信した場合、当該リアルタイムフレームは、ｅＭＡＣ２１ａ（及びＰＨＹ２１ｃ）を介して、第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａに出力される。一方、通信処理部２１－１～２１－Ｎが例えばベストエフォートフレームを受信した場合、当該リアルタイムフレームは、ｐＭＡＣ２１ｂ（及びＰＨＹ２１ｃ）を介して、第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂに出力される。

Ｎ個の第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａは、Ｎ個の通信処理部２１－１～２１－Ｎに対応しており、当該通信処理部２１－１～２１－Ｎからフォワーディング処理部２４にリアルタイムフレームを受け渡すために利用されるキューである。上記したように通信処理部２１－１～２１－Ｎから出力されたリアルタイムフレームは、第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａに格納される。

Ｎ個の第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂは、Ｎ個の通信処理部２１－１～２１－Ｎに対応しており、当該通信処理部２１－１～２１－Ｎからフォワーディング処理部２４にベストエフォートフレームを受け渡すために利用されるキューである。上記したように通信処理部２１－１～２１－Ｎから出力されたベストエフォートフレームは、第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂに格納される。

ＦＤＢ２３は、上記した本実施形態の第１比較例において説明したＦＤＢ１３と同様に、ポート識別子、ＭＡＣアドレス、ＶＬＡＮ ＩＤ及び最終受信時刻を対応づけて含む宛先決定情報（エントリ）を格納する。

フォワーディング処理部２４は、Ｎ個の第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａ及びＮ個の第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂ（つまり、通信ポート１～Ｎ）に対応するＮ個の宛先決定部２４－１～２４－Ｎを含む。

宛先決定部２４－１～２４－Ｎは、第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａに格納されたリアルタイムフレームを当該第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａから取り出し、ＦＤＢ２３（に格納されている宛先決定情報）を参照して当該リアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する。

また、宛先決定部２４－１～２４－Ｎは、第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂに格納されたベストエフォートフレームを当該第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂから取り出し、ＦＤＢ２に格納されている宛先決定情報）を参照して当該ベストエフォートフレームに対する宛先ポートを決定する。

例えばリアルタイムフレーム（第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａから取り出されたフレーム）に対する宛先ポートが決定された場合、当該リアルタイムフレームは、当該宛先ポートに対応する第１送信キューに出力される。

一方、例えばベストエフォートフレーム（第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂから取り出されたフレーム）に対する宛先ポートが決定された場合、当該ベストエフォートフレームは、当該宛先ポートに対応する第２送信キューに出力される。

Ｎ個の第１送信キュー２５－１ａ～２５－Ｎａは、Ｎ個の通信処理部２１－１～２１－Ｎ（つまり、通信ポート１～Ｎ）に対応している。第１送信キュー２５－１ａ～２５－Ｎａは、フォワーディング処理部２４（宛先決定部２４－１～２４－Ｎ）から通信処理部２１－１～２１－Ｎにリアルタイムフレームを受け渡すために利用されるキューである。上記したようにフォワーディング処理部２４に含まれる宛先決定部２４－１～２４－Ｎの各々から宛先ポートに対応する第１送信キューに出力されたリアルタイムフレームは、当該第１送信キューに格納される。

このように第１送信キュー２５－１ａ～２５－Ｎａに格納されたリアルタイムフレームは、通信処理部２１－１～２１－Ｎによって取り出され、ｅＭＡＣ２１ａ（及びＰＨＹ２１ｃ）を介して外部通信機器１－１～１－Ｎに送信される。

Ｎ個の第２送信キュー２５－１ｂ～２５－Ｎｂは、Ｎ個の通信処理部２１－１～２１－Ｎ（つまり、通信ポート１～Ｎ）に対応している。第２送信キュー２５－１ｂ～２５－Ｎｂは、フォワーディング処理部２４（宛先決定部２４－１～２４－Ｎ）から通信処理部２１－１～２１－Ｎにベストエフォートフレームを受け渡すために利用されるキューである。上記したようにフォワーディング処理部２４に含まれる宛先決定部２４－１～２４－Ｎの各々から宛先ポートに対応する第２送信キューに出力されたベストエフォートフレームは、当該第２送信キューに格納される。

このように第２送信キュー２５－１ｂ～２５－Ｎｂに格納されたベストエフォートフレームは、通信処理部２１－１～２１－Ｎによって取り出され、ｐＭＡＣ２１ｂ（及びＰＨＹ２１ｃ）を介して外部通信機器１－１～１－Ｎに送信される。

なお、後述するように、宛先決定部２４－１～２４－Ｎは各ＴＣが第１送信キュー（ｅＴｘ）または第２送信キュー（ｐＴｘ）を利用するのかを示す情報（ＴＣと送信キューの対応情報）を保持する。このため、ＴＣと送信キューの対応情報の設定によっては、リアルタイムフレーム（第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａから取り出されたフレーム）を当該宛先ポートに対応する第２送信キューに出力し、ベストエフォートフレーム（第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂから取り出されたフレーム）を当該宛先ポートに対応する第１送信キューに出力することもある。

管理部２６は、上記した本実施形態の第１比較例における管理部１６に相当し、例えばスイッチ装置２０の初期化、起動、停止、ＦＤＢ２３の更新（エントリの追加及び削除）、及び統計情報の管理等に関する処理を実行する。

次に、図６を参照して、図５に示すフォワーディング処理部２４に含まれる宛先決定部２４－１の構成の一例について説明する。図６に示すように、宛先決定部２４－１は、決定部２４ａ及び送信処理部２４ｂを含む。

決定部２４ａは、宛先決定部２４－１に対応する第１受信キュー２２－１ａからリアルタイムフレームを取り出し、当該リアルタイムフレームに付加されているヘッダ情報に基づいてＦＤＢ２３（に格納されている宛先決定情報）にアクセスすることによってリアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する。

決定部２４ａは、宛先決定部２４－１に対応する第２受信キュー２２－１ｂからベストエフォートフレームを取り出し、当該ベストエフォートフレームに付加されているヘッダ情報に基づいてＦＤＢ２３（に格納されている宛先決定情報）にアクセスすることによってベストエフォートフレームに対する宛先ポートを決定する。

送信処理部２４ｂは、第１受信キュー２２－１ａから取り出されたリアルタイムフレームを決定部２４ａによって決定された宛先ポートに対応する第１送信キュー（宛先の第１送信キュー）または第２送信キュー（宛先の第２送信キュー）に出力する。

送信処理部２４ｂは、第２受信キュー２２－１ｂから取り出されたベストエフォートフレームを決定部２４ａによって決定された宛先ポートに対応する第１送信キュー（宛先の第１送信キュー）または第２送信キュー（宛先の第２送信キュー）に出力する。

ここではフォワーディング処理部２４に含まれる宛先決定部２４－１の構成について説明したが、他の宛先決定部２４－２～２４－Ｎの構成についても当該宛先決定部２４－１と同様である。

なお、本実施形態の第２比較例における宛先決定部２４－１～２４－Ｎは、第１受信キュー２２－１ａ～２２－Ｎａ及び第２受信キュー２２－１ｂ～２２－Ｎｂからフレームを取り出す点、及び第１及び第２送信キューにフレームを出力する点以外は上記した図３に示す処理と同様の処理を実行する。

この場合、決定部２４ａは第１受信キュー２２－１ａ及び第２受信キュー２２－１ｂの一方を選択してフレームを取り出すことになるが、リアルタイムフレームは低遅延での転送処理が要求されることから、フレームが取り出される場合には例えば第１受信キュー２２－１ａが優先的に選択されるものとする。換言すれば、決定部２４ａは、第１受信キュー２２－１ａからリアルタイムフレームを優先的に取り出し、当該第１受信キュー２２－１ａ内にリアルタイムフレームが存在しない場合に、第２受信キュー２２－１ｂからベストエフォートフレームを取り出すように動作する。ただし、決定部２４ａは、例えばラウンドロビン方式でフレームを取り出す受信キューを選択するようにしてもよい。

また、本実施形態の第２比較例においては通信ポートに２つの送信キュー（第１及び第２送信キュー）が存在するため、送信処理部２４ｂは、宛先ポートに対する第１及び第２送信キューのいずれにフレームを出力するかを判定する必要がある。この場合、送信処理部２４ｂは、上記した図３において説明したＴＣに基づいてフレームを出力すべき送信キューを特定するものとする。なお、各ＴＣが第１送信キュー（ｅＴｘ）または第２送信キュー（ｐＴｘ）を利用するのかを示す情報は、送信処理部２４ｂ内部に予め保持されているものとする（例えばフレームプリエンプションステータステーブル）。

ここで、本実施形態の第２比較例に係るスイッチ装置２０のＦＤＢ２３に対するアクセスについて説明する。上記したＦＰＥ（ＴＳＮ）において高いリアルタイム性を実現するためには、ＦＤＢ２３にアクセスする際の遅延時間の最大値及びジッタ（応答時間の揺らぎ）を低減することが重要である。

この場合、例えば本実施形態の第２比較例に係るスイッチ装置２０に備えられるＦＤＢ２３に格納される宛先決定情報をＣＡＭ（Content Addressable Memory）を用いて管理する（つまり、ＦＤＢ２３をＣＭＡにより実現する）構成を採用することにより、低遅延及び低ジッタでのＦＤＢ２３へのアクセスが可能となる。なお、ＣＡＭをハードウェアで実装した場合、例えば１クロックサイクルで宛先決定情報（対象エントリ）を探索することが可能である。

一方、ＦＤＢ２３の容量はスイッチ装置２０に接続される機器数に影響するため、当該ＦＤＢ２３を大容量化することが好ましい。しかしながら、上記したＣＡＭは、低遅延及び低ジッタを実現するために多数の比較器を並列動作させる構成であるため、ハードウェアリソースを多く消費し、大容量化が困難である。スイッチ装置２０を例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）または組込みシステムに適用する場合には、よりハードウェアリソースを確保すること（つまり、ＦＤＢ２３の大容量化）が困難となる。

この場合、ＳＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ（ＢＲＡＭ）等を利用し、ハッシュテーブルを用いて宛先決定情報を管理するように構成することによってＦＤＢ２３の大容量化を図ることが考えられる。しかしながら、このような構成の場合、ＣＡＭを用いる場合と比較して遅延時間（探索時間）が増大し、リアルタイム性を実現することが困難となる。更に、ハッシュテーブルを用いる場合にはハッシュ衝突が発生する可能性があり、当該ハッシュ衝突の発生は応答時間の揺らぎ（つまり、ジッタ）を生じさせる要因となり得る。また、ＦＤＢ２３の大容量化自体がジッタの発生の要因となる可能性もある。

そこで、本実施形態に係るスイッチ装置は、リアルタイム性を実現するための遅延時間（及びジッタ）の低減とＦＤＢの大容量化とを両立するための構成を有する。

以下、図７を参照して、本実施形態に係るスイッチ装置の構成の一例について説明する。なお、以下の本実施形態の説明においては、上記した本実施形態の第２比較例に係るスイッチ装置と同様の部分についての詳しい説明を省略する。

図７に示すように、スイッチ装置３０は、Ｎ個の通信処理部３１－１～３１－Ｎ、Ｎ個の第１受信キュー（ｅＲｘ）３２－１ａ～３２－Ｎａ、Ｎ個の第２受信キュー（ｐＲｘ）３２－１ｂ～３２－Ｎｂ、ｅＦＤＢ３３ａ、ｐＦＤＢ３３ｂ、フォワーディング処理部３４、Ｎ個の第１送信キュー（ｅＴｘ）３５－１ａ～３５－Ｎａ、Ｎ個の第２送信キュー（ｐＴｘ）３５－１ｂ～３５－Ｎｂ及び管理部２６を備える。

本実施形態に係るスイッチ装置３０は、上記した本実施形態の第２比較例に係るスイッチ装置２０と同様にＦＰＥに対応したスイッチ装置であるが、ｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂを備える（つまり、２つのＦＤＢを利用する）点で、第２比較例に係るスイッチ装置２０とは異なる。

ｅＦＤＢ３３ａは、上記したリアルタイムフレーム用のＦＤＢであり、ｐＦＤＢ３３ｂと比較して高速及び低遅延で当該ｅＦＤＢ３３ａ（宛先決定情報）にアクセスする（つまり、エントリを探索する）ことが可能に構成されている。具体的には、ｅＦＤＢ３３ａは、容量（つまり、エントリ数）は制限されるが、遅延時間の低減を実現するためにＣＡＭを用いて宛先決定情報を管理する。

一方、ｐＦＤＢ３３ｂは、上記したベストエフォートフレーム用のＦＤＢであり、ｅＦＤＢ３３ａよりも容量が大きくなるように構成されていてもよい。具体的には、ｐＦＤＢ３３ｂは、ｅＦＤＢ３３ａと比べて遅延時間及びジッタは大きいが、より多くの宛先決定情報（エントリ）を管理するためにＳＤＲＡＭ等によって実装されるものとする。また、ｐＦＤＢ３３ｂに格納される宛先情報は、例えばハッシュテーブルを用いて管理される。

なお、「ハッシュテーブルを用いて宛先決定情報を管理する」とは、上記した宛先決定情報（ポート識別子、ＭＡＣアドレス及びＶＬＡＮ ＩＤ）の少なくとも一部から所定のハッシュ関数を用いて計算されるハッシュ値を用いて当該宛先決定情報（エントリ）を管理することをいう。これによれば、ｐＦＤＢ３３ｂの回路規模を削減することが可能となるため、当該ｐＦＤＢ３３ｂにおいて管理される宛先決定情報（エントリ）の数を更に増加させることができる。

フォワーディング処理部３４は、Ｎ個の宛先決定部３４－１～３４－Ｎを含む。宛先決定部３４－１～３４－Ｎは、第１受信キュー３２－１ａ～３２－Ｎａに格納されたリアルタイムフレームを当該第１受信キュー３２－１ａ～３２－Ｎａから取り出し、ｅＦＤＢ３３ａ（に格納されている宛先決定情報）を参照して当該リアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する。

また、宛先決定部３４－１～３４－Ｎは、第２受信キュー３２－１ｂ～３２－Ｎｂに格納されたベストエフォートフレームを当該第２受信キュー３２－１ｂ～３２－Ｎｂから取り出し、ｐＦＤＢ３３ｂ（に格納されている宛先決定情報）を参照して当該ベストエフォートフレームに対する宛先ポートを決定する。

なお、Ｎ個の通信処理部３１－１～３１－Ｎ、Ｎ個の第１受信キュー（ｅＲｘ）３２－１ａ～３２－Ｎａ、Ｎ個の第２受信キュー（ｐＲｘ）３２－１ｂ～３２－Ｎｂ、Ｎ個の第１送信キュー（ｅＴｘ）３５－１ａ～３５－Ｎａ、Ｎ個の第２送信キュー（ｐＴｘ）３５－１ｂ～３５－Ｎｂ及び管理部３６については、本実施形態の第２比較例におけるＮ個の通信処理部２１－１～２１－Ｎ、Ｎ個の第１受信キュー（ｅＲｘ）２２－１ａ～２２－Ｎａ、Ｎ個の第２受信キュー（ｐＲｘ）２２－１ｂ～２２－Ｎｂ、Ｎ個の第１送信キュー（ｅＴｘ）２５－１ａ～２５－Ｎａ、Ｎ個の第２送信キュー（ｐＴｘ）２５－１ｂ～２５－Ｎｂ及び管理部２６と同様であるため、ここではその詳しい説明を省略する。

次に、図８を参照して、図７に示すフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成の一例について説明する。図８に示すように、宛先決定部３４－１は、第１決定部３４ａ、第２決定部３４ｂ及び送信処理部３４ｃを含む。

第１決定部３４ａは、宛先決定部３４－１に対応する第１受信キュー３２－１ａからリアルタイムフレームを取り出し、当該リアルタイムフレームに付加されているヘッダ情報に基づいてｅＦＤＢ３３ａ（に格納されている宛先決定情報）にアクセスすることによってリアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する。

第２決定部３４ｂは、宛先決定部３４－１に対応する第２受信キュー３２－１ｂからベストエフォートフレームを取り出し、当該ベストエフォートフレームに付加されているヘッダ情報に基づいてｐＦＤＢ３３ｂ（に格納されている宛先決定情報）にアクセスすることによってベストエフォートフレームに対する宛先ポートを決定する。

送信処理部３４ｃは、第１受信キュー３２－１ａから取り出されたリアルタイムフレームを第１決定部３４ａによって決定された宛先ポートに対応する第１送信キューまたは第２送信キューに出力する。

送信処理部３４ｃは、第２受信キュー３２－１ｂから取り出されたベストエフォートフレームを第２決定部３４ｂによって決定された宛先ポートに対応する第１送信キューまたは第２送信キューに出力する。

ここではフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成について説明したが、他の宛先決定部３４－２～３４－Ｎの構成についても当該宛先決定部３４－１と同様である。

なお、本実施形態における宛先決定部３４－１～３４－Ｎは、第１受信キュー３２－１ａから取り出されたリアルタイムフレームに対する宛先ポートをｅＦＤＢ３３ａを参照して決定し、第２受信キュー３２－１ｂから取り出されたベストエフォートフレームに対する宛先ポートをｐＦＤＢ３３ｂを参照して決定する点以外は上記した本実施形態の第２比較例と同様の処理を実行する。

ところで、本実施形態においてはスイッチ装置３０が単にＦＰＥに対応するスイッチ装置であるものとして説明したが、以下、図９を参照して、当該スイッチ装置３０の具体的な適用例について簡単に説明する。なお、ここでは図７に示すスイッチ装置３０と異なる点についてのみ主に述べる。

ここで、上記したＴＳＮを構成する複数の規格のうちのＦＰＥとは別の規格としてＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｂｖ（ＴＡＳ：Time-Aware Shaper）がある。ＴＡＳによれば、優先度が異なる複数の送信キュー（送信バッファ）を事前に設定した送信スケジュール情報（ゲートコントロールリスト）に従って制御することで、優先度（ＴＣ）毎にフレームの送信タイミングを厳密に制御することが可能となる。なお、ＴＡＳにおける各送信キューにはフレームの送信を許可するゲートが設けられており、当該ゲートが開いている（オープン状態である）場合にはフレームの送信が許可され、当該ゲートが閉じている（クローズ状態である）場合にはフレームの送信が禁止される。

図９に示すスイッチ装置４０は、上記したＦＰＥに加えてＴＡＳに対応したスイッチ装置を内蔵したスイッチ内蔵ＮＩＣ（Network Interface Card）として実現されている。

なお、図９に示す例では、スイッチ装置４０は、Ｎ個の外部通信機器１－１～１－ＮとＮ個の通信インタフェース（通信ポート１～Ｎ）を介して接続されるとともに、ＣＰＵ及びメモリ等を備えるホストマシン２とＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ（ＰＣＩｅ）（登録商標）を介して接続されているものとする。

すなわち、図９に示すスイッチ装置４０は、例えばホストマシン２から送信されたフレームを外部通信機器１－１～１－Ｎに転送するまたは外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたフレームをホストマシン２または他の外部通信機器に転送するように構成されている。

図９に示すように、スイッチ装置４０は、ＰＣＩｅインタフェース４１、ＤＭＡＣ４２、ＴＡＳ処理部４３－０～４３－Ｎ及び受信キュー４４を含む。

ＰＣＩｅインタフェース４１は、スイッチ装置４０とホストマシン２とを接続するためのインタフェースである。

ＤＭＡＣ４２は、ホストマシン２から送信されたフレームをＰＣＩｅインタフェース４１を介して受信し、当該フレームをＴＡＳ処理部４３－０に出力する。また、ＤＭＡＣ４２は、受信キュー４４に格納されたフレームを当該受信キュー４４から取り出し、ＰＣＩｅインタフェース４１を介してホストマシン２に送信する。

ＴＡＳ処理部４３－０は、ホストマシン２に対応しており、ホストマシン２から送信されたフレームに対してＴＡＳ処理を実行する。ＴＡＳ処理部４３－０は、例えば送信キューＴＣ０（０）～ＴＣ７（０）と、ＴＡＳ（Ｈｏｓｔ）とを含み、事前に設定されたスケジュール情報（ゲートコントロールリスト）に従ってフレームの送信タイミングを決定する。なお、ゲートコントロールリストは、例えばタイムインターバル毎の８つのＴＣ（ＴＣ０～ＴＣ７）に対応するキューのゲートの状態を含む。なお、ゲートの状態は、各ＴＣに対応するキューにおける送信が許可されているか否かを示す。ＴＡＳ処理部４３－０は、このようなゲートコントロールリストに基づいて、ゲートが開いている送信キューからフレームを取り出して出力するような動作を行うことができる。

なお、ＴＡＳ処理部４３－０から出力されたフレーム（リアルタイムフレーム及びベストエフォートフレーム）は、図７に示す第１受信キュー３２－１ａ～３２－Ｎａと同様の受信キュー３２－０ａ（ｅＲｘ）及び第２受信キュー３２－１ｂ～３２－Ｎｂと同様の受信キュー３２－０ｂ（ｐＲｘ）に格納される。

ここではＴＡＳ処理部４３－０について説明したが、ＴＡＳ処理部４３－１～４３－Ｎは、外部通信機器１－１～１－Ｎ（通信ポート１～Ｎ）に対応しており、上記したＴＡＳ処理部４３－０と同様の処理を実行する。

受信キュー４４は、フォワーディング処理部３４からＤＭＡＣ４２にフレームを受け渡すために利用されるキューである。

なお、ＴＡＳは送信側の処理であるが、図９に示す例では、ホストマシン２からスイッチ装置４０への受信方向にＴＡＳ処理部４３－０が設けられている。すなわち、このＴＡＳ処理部４３－０は、ホストマシン２をスイッチ装置４０に接続される外部通信機器とみなし、当該外部通信機器の送信処理（ＴＡＳ処理）を実行するように実装されている。

一方、ＴＡＳに対応したスイッチ装置の場合、送信方向の全てにおいてＴＡＳ処理が必要であるが、ホストマシン２に繋がるバスは他の通信機器とネットワークを共有しておらず、当該ＴＡＳ処理を実行することによって複数トラヒックの衝突を回避する効果は低いと想定される。このため、図９に示す例では、スイッチ装置４０からホストマシン２への送信方向にはＴＡＳ処理部が設けられていない。

ただし、図９に示す構成は一例であり、例えば外部通信機器１－１～１－Ｎからホストマシン２への送信方向（受信キュー４４とＤＭＡＣ４２の間）にＴＡＳ処理部を設けてもよいし、ＴＡＳ処理部４３－０内のＴＡＳ（Ｈｏｓｔ）が省略されるような構成を採用することも可能である。

なお、図９に示すスイッチ装置４０の他の構成については本実施形態（図７に示すスイッチ装置３０）において説明した通りであるため、ここではその詳しい説明を省略する。ただし、フォワーディング処理部３４は、上記した宛先決定部３４－１～３４－Ｎに加えて、ホストマシン２側の第１及び第２受信キューに対応する宛先決定部３４－０を更に含む。

また、図９に示す例では、本実施形態における管理部３６がスイッチ装置４０には設けられておらず、ホストマシン２が当該管理部３６に相当する管理部２ａを含むものとする。なお、この管理部２ａは、例えばホストマシン２に備えられるＣＰＵが所定のプログラムを実行すること（つまり、ソフトウェア）により実現される場合を想定している。

次に、図１０を参照して、スイッチ装置４０に含まれるフォワーディング処理部３４の動作について簡単に説明する。

図１０に示すように、フォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－０～３４－Ｎは、ｅＸｍｉｔｔｅｒ及びｐＸｍｉｔｔｅｒを含む。なお、ｅＸｍｉｔｔｅｒは例えば図８に示す第１決定部３４ａ（及び送信処理部３４ｃ）と同様の処理を実行し、ｐＸｍｉｔｔｅｒは例えば図８に示す第２決定部３４ｂ（及び送信処理部３４ｃ）と同様の処理を実行する。

また、フォワーディング処理部３４は、ホストマシン２及び各通信ポート１～Ｎ（つまり、外部通信機器１－１～１－Ｎ）に対応するＮ＋１個のセレクタを含む。なお、図１０において、ホストマシン２に対応するセレクタはセレクタＳ（０）、通信ポート１～Ｎに対応するセレクタはセレクタＳ（１）～Ｓ（Ｎ）のように示されている。

この場合、例えば宛先決定部３４－０に含まれるｅＸｍｉｔｔｅｒによって第１受信キュー３２－０ａからリアルタイムフレームが取り出された場合、当該ｅＸｍｉｔｔｅｒは、当該リアルタイムフレームに付加されているヘッダ情報に基づいてｅＦＤＢ３３ａを参照し、当該リアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する。ｅＸｍｉｔｔｅｒは、決定された宛先ポートに対応するセレクタにリアルタイムフレームを出力する。なお、第１受信キュー３２－０ａから取り出されたリアルタイムフレーム（つまり、ホストマシン２から送信されたリアルタイムフレーム）は当該ホストマシン２以外の外部通信機器１－１～１－Ｎに転送されるため、宛先決定部３４－０に含まれるｅＸｍｉｔｔｅｒは、セレクタＳ（０）以外のセレクタＳ（１）～Ｓ（Ｎ）にリアルタイムフレームを送信する。

また、例えば宛先決定部３４－０に含まれるｐＸｍｉｔｔｅｒによって第２受信キュー３２－０ｂからベストエフォートフレームが取り出された場合、当該ｐＸｍｉｔｔｅｒは、当該ベストエフォートフレームに付加されているヘッダ情報に基づいてｐＦＤＢ３３ｂを参照し、当該ベストエフォートフレームに対応する宛先ポートを決定する。ｐＸｍｉｔｔｅｒは、決定された宛先ポートに対応するセレクタにベストエフォートフレームを出力する。なお、第２受信キュー３２－０ｂから取り出されたベストエフォートフレーム（つまり、ホストマシン２から送信されたベストエフォートフレーム）は当該ホストマシン２以外の外部通信機器１－１～１－Ｎに転送されるため、宛先決定部３４－０に含まれるｅＸｍｉｔｔｅｒは、セレクタＳ（０）以外のセレクタＳ（１）～Ｓ（Ｎ）にベストエフォートフレームを送信する。

また、例えばセレクタＳ（０）（ホストマシン２に対応するセレクタ）は、ホストマシン２に対応する宛先決定部３４－０以外の宛先決定部３４－１～３４－Ｎ（に含まれるｅＸｍｉｔｔｅｒ及びｐＸｍｉｔｔｅｒ）から当該セレクタＳ（０）出力されたフレームを入力し、当該入力されたフレームをＴＣによって特定（選択）される送信キューＴＣ０～ＴＣ７のうちの１つに出力する。フレームを出力する送信キューを特定するためのＴＣは、宛先決定部３４－０によって上記した図３に示す処理に相当する処理が実行されることによって得られるものとする。

ここでは宛先決定部３４－０及びセレクタＳ（０）について説明したが、他の宛先決定部３４－１～３４－Ｎ及びセレクタＳ（１）～Ｓ（Ｎ）についても同様である。

なお、図１０において、宛先決定部３４－０～３４－Ｎによって第１受信キュー３２－０ａ～３２－Ｎａからリアルタイムフレームを取り出すｅＸｍｉｔｔｅｒはｅＸ（０）～ｅＸ（Ｎ）、宛先決定部３４－０～３４－Ｎによって第２受信キュー３２－０ｂ～３２－Ｎｂからベストエフォートフレームを取り出すｐＸｍｉｔｔｅｒはｐＸ（０）～ｐＸ（Ｎ）のように示されている。

ここでは、本実施形態に係るスイッチ装置がＦＰＥ及びＴＡＳに対応したスイッチ装置を内蔵したスイッチ内蔵ＮＩＣとして実装されている場合について説明したが、当該スイッチ装置は他の態様で実装されていても構わない。

上記したように本実施形態においては、例えば通信ポート１（第１通信ポート）に接続された外部通信機器１－１（第１外部通信機器）から送信されたフレームを受信し、当該受信されたフレームがリアルタイムフレーム（低遅延での転送が必要である第１フレーム）である場合、当該リアルタイムフレームに付与されているヘッダ情報に基づいてｅＦＤＢ３３ａ（第１データベース）に格納されている宛先決定情報（フレームの宛先となる第２外部通信機器が接続されている第２通信ポートを決定するために用いられる情報）にアクセスすることによって宛先ポートを決定する。一方、受信されたフレームがベストエフォートフレーム（第１フレームとは異なる第２フレーム）である場合、当該ベストエフォートフレームに付与されているヘッダ情報に基づいてｐＦＤＢ３３ｂ（第２データベース）に格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって宛先ポートを決定する。本実施形態において、ｅＦＤＢ３３ａはｐＦＤＢ３３ｂと比較して高速に宛先決定情報にアクセスすることが可能に構成されている。

本実施形態においては、上記したようにリアルタイムフレームとベストエフォートフレームとで個別のＦＤＢを用意することにより、リアルタイムフレームを転送する際の遅延時間（及びジッタ）を最小化しつつ、単にｅＦＤＢ３３ａを備える構成と比較して、ｐＦＤＢ３３ｂを加えることによりＦＤＢの大容量化を実現することができる。換言すれば、本実施形態においては、遅延時間の低減とＦＤＢ（データベース）の大容量化とを両立することができる。

ここで、本実施形態においては、例えば外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたリアルタイムフレームが受信された場合に図４に示す処理が実行されることによってｅＦＤＢ３３ａが更新され、当該外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたベストエフォートフレームが受信された場合に当該図４に示す処理が実行されることによってｐＦＤＢ３３ｂが更新される構成であってもよいが、ｅＦＤＢ３３ａの更新処理は、ｐＦＤＢ３３ｂの更新処理と異なっていてもよい。

具体的には、本実施形態におけるＮ個の外部通信機器１－１～１－Ｎの中にリアルタイム通信機器（リアルタイム性を要求するアプリケーションプログラム）とベストエフォート通信機器（リアルタイム性を要求しないアプリケーションプログラム）とが混在するような場合には、リアルタイム通信機器の台数はベストエフォート通信機器の台数よりも少ない場合が想定される。

また、産業用ネットワークまたは車載ネットワーク等で緊急信号のようなリアルタイム性を要する通信を実行する通信機器（アプリケーションプログラム）は、ネットワークとの接続及び切断を動的に行う機会は少なく、当該ネットワークの構成時に台数が決定される（つまり、台数が固定である）場合も多いと推測される。

このため、本実施形態においては、例えばｅＦＤＢ３３ａに格納されている宛先決定情報はリアルタイムフレームが受信された際に更新されない（つまり、ｅＦＤＢ３３ａに対するＭＡＣアドレスの学習を無効にする）ものとしてもよい。これによれば、ｅＦＤＢ３３ａに対しては宛先決定情報の更新よりもリアルタイム性を優先し、ｅＦＤＢ３３ａの更新に伴ってリアルタイムフレームが転送される際の遅延時間またはジッタが増大することを防ぐことが可能である。

一方、ｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報は、ベストエフォートフレームが受信された際に更新される（つまり、ｐＦＤＢ３３ｂに対するＭＡＣアドレスの学習を有効にする）ものとする。これによれば、例えば外部通信機器１－１～１－Ｎから送信されたベストエフォートフレームが受信される度にｐＦＤＢ３３ｂを更新する（エントリの追加等を行う）ことにより、ネットワークに対する外部通信機器の接続及び切断を柔軟に行い、より多くの外部通信機器に対するフレームの転送に対応することができる。

なお、ここではｅＦＤＢ３３ａに格納されている宛先決定情報はリアルタイムフレームが受信された際に更新されないものとして説明したが、当該ｅＦＤＢ３３ａの更新は、例えばスイッチ装置４０の外部からの指示等に応じて実行されることは可能であるものとする。

上記したように本実施形態に係るスイッチ装置３０は、上記したようにＦＤＢ（ｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂ）毎に異なる更新処理が実行されるように構成されていてもよい。この場合、本実施形態に係るスイッチ装置３０は、例えばｅＦＤＢ３３ａの更新処理が実行される頻度がｐＦＤＢ３３ｂの更新処理が実行される頻度よりも低くなるように動作すればよい。

ここで、本実施形態においては１つの通信ポート（通信処理部）に対して２つの受信キュー（第１及び第２受信キュー）を備える構成であるものとして説明したが、本実施形態は、例えば図１１に示すように、１つの通信ポートに対して１つの受信キューを備える構成（以下、本実施形態の第１変形例と表記）であってもよい。なお、以下の本実施形態の第１変形例の説明においては、上記した本実施形態に係るスイッチ装置と同様の部分についての詳しい説明を省略する。

図１１に示す例では、本実施形態の第１変形例に係るスイッチ装置３０は通信ポート１～Ｎ（通信処理部３１－１～３１－Ｎ）に対応するＮ個の受信キュー３２－１～３２－Ｎを備えており、例えば受信キュー３２－１は、通信処理部３１－１から出力され、シリアライズされたリアルタイムフレーム及びベストエフォートフレームが順次格納される。他の受信キュー３２－２～３２－Ｎについても同様である。

次に、図１２を参照して、図１１に示すフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成の一例について説明する。

図１２に示すように、宛先決定部３４－１は、決定部３４ｄを含む。本実施形態の第１変形例において、決定部３４ｄは、本実施形態において説明したように、リアルタイムフレームに対する宛先ポートをｅＦＤＢ３３ａを参照して決定し、ベストエフォートフレームに対する宛先ポートをｐＦＤＢ３３ｂを参照して決定する。

しかしながら、本実施形態の第１変形例においては決定部３４ｄによって取り出されるフレームを格納する受信キューが１つである（つまり、１つの受信キュー３２－１からリアルタイムフレーム及びベストエフォートフレームが取り出される）ため、当該決定部３４ｄは、当該受信キュー３２－１から取り出されたフレームがリアルタイムフレームであるかベストエフォートフレームであるかを判定する必要がある。

このため、本実施形態の第１変形例において、決定部３４ｄは、例えば受信キュー３２－１から取り出されたフレームに付加されているヘッダ情報に含まれるＰＣＰまたは当該ＰＣＰから変換されるＴＣに基づいて、当該フレームがリアルタイムフレームであるかベストエフォートフレームであるかを判定する構成であるものとする。この場合、決定部３４ｄは、例えばＰＣＰまたはＴＣ毎に、リアルタイムフレームであるかベストエフォートフレームであるかを示す情報を予め保持しておくことにより、当該情報に基づいて上記した判定処理を実行することができる。

このような判定処理により、受信キュー３２－１から取り出されたフレームがリアルタイムフレームであると判定された場合には、ｅＦＤＢ３３ａを参照して当該リアルタイムフレームに対する宛先ポートが決定される。一方、受信キュー３２－１から取り出されたフレームがベストエフォートフレームであると判定された場合には、ｐＦＤＢ３３ｂを参照して当該ベストエフォートフレームに対する宛先ポートが決定される。

ここではフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成について説明したが、他の宛先決定部３４－２～３４－Ｎの構成についても当該宛先決定部３４－１と同様である。

なお、本実施形態の第１変形例における宛先決定部３４－１～３４－Ｎは、受信キュー３２－１～３２－Ｎから取り出されたフレームがリアルタイムフレームであるかベストエフォートフレームであるかを判定する点以外は上記した本実施形態と同様の処理を実行する。

また、本実施形態は、例えば図１３に示すように、１つの通信ポートに対してｍ（ｍは３以上の整数）個の受信キューを備える構成（以下、本実施形態の第２変形例と表記）であってもよい。なお、以下の本実施形態の第２変形例の説明においては、上記した本実施形態に係るスイッチ装置と同様の部分についての詳しい説明を省略する。

図１３に示す例では、本実施形態の第２変形例に係るスイッチ装置３０は、通信ポート１～Ｎ（通信処理部３１－１～３１－Ｎ）に対応するＮ×ｍ個の受信キューを備えている。具体的には、例えば通信ポート１に対応する受信キューはｍ個の受信キュー３２－１１～３２－１ｍであり、通信ポート２に対応する受信キューはｍ個の受信キュー３２－２１～３２－２ｍであり、通信ポートＮに対応する受信キューはｍ個の受信キュー３２－Ｎ１～３２－Ｎｍである。他の通信ポートに対応する受信キューについても同様である。

ここで、本実施形態の第２変形例において、Ｎ×ｍ個の受信キューは、リアルタイムフレーム用の受信キュー（つまり、リアルタイムフレームが格納される受信キュー）とベストエフォートフレーム用の受信キュー（つまり、ベストエフォートフレームが格納される受信キュー）とを含む。すなわち、例えば通信処理部３１－１から出力されたリアルタイムフレームは、受信キュー３２－１１～３２－１ｍのうちのリアルタイムフレーム用の受信キューに格納される。一方、通信処理部３１－１から出力されたベストエフォートフレームは、受信キュー３２－１１～３２－１ｍのうちのベストエフォートフレーム用の受信キューに格納される。

また、本実施形態の第２変形例に係るスイッチ装置３０は、上記したＮ×ｍ個の受信キューの各々がリアルタイムフレーム用の受信キューであるかベストエフォートフレーム用の受信キューであるかを示す情報（以下、属性情報と表記）を予め格納する属性情報ＤＢ（データベース）３７を備えている。

次に、図１４を参照して、図１３に示すフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成の一例について説明する。

図１４に示すように、宛先決定部３４－１は、第１フレーム取り出し部３４ｅ及び第２フレーム取り出し部３４ｆを含む。

第１フレーム取り出し部３４ｅは、ｍ個の受信キュー３２－１１～３２－１ｍのうちのリアルタイムフレーム用の受信キューからリアルタイムフレームを取り出し、当該取り出されたリアルタイムフレームを第１決定部３４ａに出力する。

第２フレーム取り出し部３４ｆは、ｍ個の受信キュー３２－１１～３２－１ｍのうちのベストエフォートフレーム用の受信キューからベストエフォートフレームを取り出し、当該取り出されたベストエフォートフレームを第２決定部３４ｂに出力する。

なお、本実施形態の第２変形例においてリアルタイムフレーム用の受信キュー及びベストエフォートフレーム用の受信キューは、属性情報ＤＢ３７に格納されている属性情報に基づいて判別可能である。

具体的には、属性情報ＤＢ３７に格納されている属性情報においては、例えば図１５に示すように受信キューの各々に対応づけてリアルタイムフレーム（Ｅｘｐｒｅｓｓ）またはベストエフォートフレーム（Ｐｒｅｅｍｐｔａｂｌｅ）が設定されている。なお、図１５において、Ｒｘ１～Ｒｘｍは、例えば受信キュー３２－１１～３２－１ｍを識別するための識別情報に相当する。

第１フレーム取り出し部３４ｅは、属性情報においてリアルタイムフレームが設定されている受信キュー（つまり、リアルタイムフレーム用の受信キュー）を判別（特定）し、当該受信キューからリアルタイムフレームを取り出すことができる。同様に、第２フレーム取り出し部３４ｆは、属性情報においてベストエフォートフレームが設定されている受信キュー（つまり、ベストエフォートフレーム用の受信キュー）を判別（特定）し、当該受信キューからベストエフォートフレームを取り出すことができる。

なお、ｍ個の受信キュー３２－１１～３２－１ｍの中に複数のリアルタイムフレーム用の受信キューが存在する場合、第１フレーム取り出し部３４ｅは、例えばリアルタイムフレーム用の受信キュー毎に予め定められている優先度等に従ってリアルタイムフレームを取り出すものとする。この優先度は、例えば上記した属性情報ＤＢ３７（属性情報）において設定されていればよい。なお、第１フレーム取り出し部３４ｅは、例えばラウンドロビン方式で複数のリアルタイムフレーム用の受信キューからリアルタイムフレームを取り出すように動作してもよい。

ここでは第１フレーム取り出し部３４ｅがリアルタイムフレームを取り出す場合について説明したが、第２フレーム取り出し部３４ｆがベストエフォートフレームを取り出す場合についても同様である。

ここではフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成について説明したが、他の宛先決定部３４－２～３４－Ｎの構成についても当該宛先決定部３４－１と同様である。

なお、第１決定部３４ａ及び送信処理部３４ｃは、上記した第１フレーム取り出し部３４ｅがリアルタイムフレームを取り出した（第１フレーム取り出し部３４ｅから第１決定部３４ａにリアルタイムフレームが出力された）後に上記した本実施形態と同様の処理を実行する。また、第２決定部３４ｂ及び送信処理部３４ｃは、第２フレーム取り出し部３４ｆがベストエフォートフレームを取り出した（第２フレーム取り出し部３４ｆから第２決定部３４ｂにベストエフォートフレームが出力された）後に上記した本実施形態と同様の処理を実行する。

上記した本実施形態の第１及び第２変形例によれば、１つの通信ポートに対して設けられる受信キューの数が２つ以外の構成であっても遅延時間の低減とＦＤＢの大容量化との両立を実現することができる。

なお、本実施形態においてはｅＦＤＢ３３ａがＣＡＭを用いて宛先決定情報を管理し、ｐＦＤＢ３３ｂがハッシュ値を保持するハッシュテーブルを用いて宛先決定情報を管理するものとして説明したが、ｅＦＤＢ３３ａがｐＦＤＢ３３ｂと比較して高速なアクセスを実現することが可能な態様で構成されているのであれば、当該ｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂは、本実施形態とは異なる態様で宛先決定情報を管理するように構成されていても構わない。また、本実施形態においては、ベストエフォートフレームを転送する際に参照するｐＦＤＢ３３ｂの容量をｅＦＤＢ３３ａの容量よりも大きくした構成を採用してもよい。

また、本実施形態においてはリアルタイム性を実現するための規格としてＴＳＮを説明したが、本実施形態に係るスイッチ装置３０は、例えばリアルタイムフレーム（ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｂｕ／ＩＥＥＥ ８０２．３ｂｒのＥｘｐｒｅｓｓフレーム）及びベストエフォートフレーム（ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｂｕ／ＩＥＥＥ ８０２．３ｂｒのＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅフレーム）に相当するフレームに対する転送処理を実行する構成であれば、他の規格に準拠するものであってもよい。

また、本実施形態に係るスイッチ装置３０に含まれる例えばフォワーディング処理部３４及び管理部３６等はハードウェアによって実現される場合を想定しているが、当該フォワーディング処理部３４及び管理部３６は、ソフトウェアにより実現されても構わない。

図１６は、フォワーディング処理部３４及び管理部３６がソフトウェアにより実現される場合のスイッチ装置３０のハードウェア構成の一例を示す。図１６に示すように、スイッチ装置３０は、ＣＰＵ３０１、不揮発性メモリ３０２、主メモリ３０３及び通信デバイス３０４等を備える。

ＣＰＵ３０１は、スイッチ装置３０内のコンポーネントの動作を制御するプロセッサである。ＣＰＵ３０１（つまり、スイッチ装置３０のコンピュータ）は、不揮発性メモリ３０２から主メモリ３０３にロードされる所定のプログラムを実行することにより、フォワーディング処理部３４及び管理部３６の機能を実現する。

通信デバイス３０４は、例えば外部通信機器１－１～１－Ｎ等との通信を実行するように構成されたデバイスである。

なお、図１６に示すハードウェア構成の場合、スイッチ装置３０に含まれる第１受信キュー３２－１ａ～３２－Ｎａ、第２受信キュー３２－１ｂ～３２－Ｎｂ、ｅＦＤＢ３３ａ、ｐＦＤＢ３３ｂ、第１送信キュー３５－１ａ～３５－Ｎａ及び第２送信キュー３５－１ｂ～３５－Ｎｂに利用されるメモリ領域は例えば主メモリ３０３内に確保される。また、スイッチ装置３０に含まれる通信処理部３１－１～３１－Ｎは、例えば通信デバイス３０４に含まれる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態に係るスイッチ装置の構成は、前述した第１実施形態と同様であるため、適宜、図７を用いて説明する。なお、以下の説明においては、前述した第１実施形態に係るスイッチ装置と同様の部分についての詳しい説明を省略する。

前述した第１実施形態において説明したようにｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂを参照して宛先ポートを決定する構成の場合、複数の宛先決定部３４－１～３４－Ｎが同時に当該ｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂにアクセスすることは困難である。このため、本実施形態においては、上記したようにｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂのコピー（つまり、ｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報）をキャッシュし、宛先決定部３４－１の内部に保持しておく点が、前述した第１実施形態とは異なる。

図１７を参照して、本実施形態におけるフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成の一例について説明する。

図１７に示すように、宛先決定部３４－１は、前述した第１実施形態において説明したｅＦＤＢ３３ａのコピーであるｅＦＤＢキャッシュ３４ｇ及びｐＦＤＢ３３ｂのコピーであるｐＦＤＢキャッシュ３４ｈを内部に保持する。

ｅＦＤＢキャッシュ３４ｇはｅＦＤＢ３３ａに格納されている宛先決定情報を含み、当該ｅＦＤＢキャッシュ３４ｇにおいては、ｅＦＤＢ３３ａと同様にＣＡＭを用いて宛先決定情報が管理される。また、ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈはｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報を含み、当該ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈにおいては、ｐＦＤＢ３３ｂと同様にハッシュテーブルを用いて宛先決定情報が管理されるものとする。

第１決定部３４ａは、宛先決定部３４－１に対応する第１受信キュー３２－１ａからリアルタイムフレームを取り出し、当該リアルタイムフレームに付加されているヘッダ情報及びｅＦＤＢキャッシュ３４ｇ（つまり、キャッシュされた宛先決定情報）に基づいて、当該リアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する。

第２決定部３４ｂは、宛先決定部３４－１に対応する第２受信キュー３２－１ｂからベストエフォートフレームを取り出し、当該ベストエフォートフレームに付加されているヘッダ情報及びｐＦＤＢキャッシュ３４ｈ（つまり、キャッシュされた宛先決定情報）に基づいて、当該ベストエフォートフレームに対する宛先ポートを決定する。

ここではフォワーディング処理部３４に含まれる宛先決定部３４－１の構成について説明したが、他の宛先決定部３４－２～３４－Ｎの構成についても当該宛先決定部３４－１と同様である。

なお、本実施形態における宛先決定部３４－１は、リアルタイムフレームに対する宛先ポートを決定する際に第１決定部３４ａがｅＦＤＢキャッシュ３４ｇを参照し、ベストエフォートフレームに対する宛先ポートを決定する際に第２決定部３４ｂがｐＦＤＢキャッシュ３４ｈを参照する点以外は前述した第１実施形態と同様の処理を実行する。

本実施形態においては、ｅＦＤＢ３３ａ（第１データベース）に格納されている宛先決定情報（第１宛先決定情報）及びｐＦＤＢ３３ｂ（第２データベース）に格納されている宛先決定情報（第２宛先決定情報）をキャッシュしておき、当該キャッシュされた宛先決定情報に基づいて宛先ポート（第２通信ポート）を決定する構成により、フォワーディング処理部３４に含まれる複数の宛先決定部３４－１～３４－Ｎが同時に動作する（宛先決定情報を参照する）ことが可能となるため、より高いリアルタイム性を実現することが可能となる。

ところで、上記したようにｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報をフォワーディング処理部３４（宛先決定部３４－１～３４－Ｎ）にキャッシュしておく構成の場合、前述したＦＤＢの更新処理と同様に、例えばスイッチ装置３０において受信されたフレームに基づいて当該宛先決定部３４－１～３４－ＮがｅＦＤＢキャッシュ３４ｇ及びｐＦＤＢキャッシュ３４ｈ（宛先決定情報）を更新することが考えられる。このようにｅＦＤＢキャッシュ３４ｇ及びｐＦＤＢキャッシュ３４ｈが更新された場合、ｅＦＤＢ３３ａ及びｐＦＤＢ３３ｂ（に格納されている宛先決定情報）と当該ｅＦＤＢキャッシュ３４ｇ及びｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとを同期させる処理（以下、同期処理と表記）が必要となる。

しかしながら、ｅＦＤＢキャッシュ３４ｇはリアルタイムフレーム用のＦＤＢ（つまり、ｅＦＤＢ３３ａ）のコピー（キャッシュ）であり、当該ｅＦＤＢ３３ａとｅＦＤＢキャッシュ３４ｇとの同期処理はｅＦＤＢ３３ａへの書き込み処理を伴うため、当該同期処理の実行は、リアルタイムフレームの転送処理の遅延及びジッタの増大の要因となり得る。

このため、本実施形態において、ｅＦＤＢ３３ａとｅＦＤＢキャッシュ３４ｇとの同期処理（つまり、ｅＦＤＢ３３ａに格納されている宛先決定情報とキャッシュされた宛先決定情報とを同期させる処理）は、スイッチ装置３０におけるリアルタイムフレームの受信に応じて実行されないものとする。これによれば、同期処理によって遅延及びジッタが発生することを回避し、リアルタイムフレームに対する転送処理における高いリアルタイム性を実現することができる。ただし、例えばスイッチ装置３０の外部からの指示に応じてｅＦＤＢ３３ａとｅＦＤＢキャッシュ３４ｇとの同期処理が実行されることは可能であるものとする。

なお、ここではｅＦＤＢキャッシュ３４ｇ（宛先決定情報）がｅＦＤＢ３３ａと同期される場合について説明したが、当該ｅＦＤＢキャッシュ３４ｇの更新処理自体もリアルタイムフレームが受信された際には実行されないものとする。

一方、ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈはベストエフォートフレーム用のＦＤＢ（つまり、ｐＦＤＢ３３ｂ）のコピー（キャッシュ）であり、当該ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈにおいては、リアルタイム性の実現のための遅延及びジッタの低減よりも、多くのエントリ（宛先決定情報）を管理することを優先することが好ましい。

このため、本実施形態において、ｐＦＤＢ３３ｂとｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理（つまり、ｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報とキャッシュされた宛先決定情報と同期させる処理）は、スイッチ装置３０におけるベストエフォートフレームの受信に応じて実行される。

具体的には、例えば外部通信機器１－１から送信されたベストエフォートフレームに基づいて宛先決定部３４－１に保持されているｐＦＤＢキャッシュ３４ｈが更新された場合、ｐＦＤＢ３３ｂと当該更新されたｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理が実行される。この場合、宛先決定部３４－１に保持されているｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理が実行されたｐＦＤＢ３３ｂと他の宛先決定部３４－２～３４－Ｎの各々に保持されているｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理も更に実行される。これによれば、ｐＦＤＢ３３ｂと宛先決定部３４－１～３４－Ｎの各々に保持されているｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとを同期することが可能となる。

なお、ｐＦＤＢ３３ｂとｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理は、ベストエフォートフレームの受信に応じてｐＦＤＢキャッシュ３４ｈが更新された後の予め定められたタイミング（例えば、タイマー等によって管理されるタイミング）で実行されてもよい。

すなわち、本実施形態においては、ｅＦＤＢ３３ａとｅＦＤＢキャッシュ３４ｇとの同期処理はリアルタイムフレームの受信に応じて実行されず、ｐＦＤＢ３３ｂとｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理はベストエフォートフレームの受信に応じて実行される構成とすることができる。

なお、ここではｅＦＤＢ３３ａとｅＦＤＢキャッシュ３４ｇとの同期処理はリアルタイムフレームの受信に応じて実行されないものとして説明したが、本実施形態に係るスイッチ装置３０は、当該ｅＦＤＢ３３ａとｅＦＤＢキャッシュ３４ｇとの同期処理が実行される頻度がｐＦＤＢ３３ｂとｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとの同期処理が実行される頻度よりも低くなるように動作する構成であってもよい。

また、本実施形態においては例えばｐＦＤＢキャッシュ３４ｈがｐＦＤＢ３３ｂのコピーであるものとして説明したが、当該ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈに含まれる宛先決定情報は、ｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報と異なっていてもよい。

具体的には、ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈに含まれる宛先決定情報の数（つまり、ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈの容量）は、ｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報の数（ｐＦＤＢ３３ｂの容量）よりも少なくてもよい。この場合、ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈに含まれる宛先決定情報は、例えばＬＲＵ（Least Recently Used）等のアルゴリズムに従ってｐＦＤＢ３３ｂに格納されている宛先決定情報と入れ替えることができる。また、ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈが更新される場合には当該ｐＦＤＢキャッシュ３４ｈに含まれる宛先決定情報のうちの最も古い宛先決定情報を破棄して新たな宛先決定情報（エントリ）を追加する場合があるが、当該破棄される宛先決定情報をｐＦＤＢ３３ｂに反映する（追加する）ような構成としてもよい。

また、ｐＦＤＢ３３ｂとｐＦＤＢキャッシュ３４ｈとにおいて、異なるアルゴリズムを用いた宛先決定情報の管理が行われてもよい。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、遅延時間の低減とデータベースの大容量化を両立することが可能なスイッチ装置、方法及びプログラムを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１－１～１－Ｎ…外部通信機器、３０…スイッチ装置、３１－１～３１－Ｎ…通信処理部、３２－１～３２－Ｎ，３２－１１～３２－Ｎｍ…受信キュー、３２－１ａ～３２－１Ｎ…第１受信キュー、３２－１ｂ～３２－Ｎｂ…第２受信キュー、３３ａ…ｅＦＤＢ（第１データベース）、３３ｂ…ｐＦＤＢ（第２データベース）、３４…フォワーディング処理部、３４－１～３４－Ｎ…宛先決定部、３４ａ…第１決定部、３４ｂ…第２決定部、３４ｃ…送信処理部、３４ｄ…決定部、３４ｅ…第１フレーム取り出し部、３４ｆ…第２フレーム取り出し部、３４ｇ…ｅＦＤＢキャッシュ、３４ｈ…ｐＦＤＢキャッシュ、３５－１ａ～３５－Ｎａ…第１送信キュー、３５－１ｂ～３５－Ｎｂ…第２送信キュー、３６…管理部、３７…属性情報ＤＢ（第３データベース）、３０１…ＣＰＵ、３０２…不揮発性メモリ、３０３…主メモリ、３０４…通信デバイス。

Claims (5)

1. 複数の通信ポートを有するスイッチ装置において、
   前記複数の通信ポートのうちの第１通信ポートに接続された第１外部通信機器から送信されたフレームを受信するように構成された受信部と、
   前記複数の通信ポートのうちの前記受信されたフレームの宛先となる第２外部通信機器が接続されている第２通信ポートを決定するために用いられる宛先決定情報を格納する第１及び第２データベースと、
   前記受信されたフレームが低遅延での転送が必要な第１フレームである場合、前記第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第１データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定し、前記受信されたフレームが前記第１フレームとは異なる第２フレームである場合、前記第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定する決定部と、
   前記第１フレームを格納する第１受信キューと、
   前記第２フレームを格納する第２受信キューと
   を具備し、
   前記第１データベースは、前記第２データベースと比較して高速に前記宛先決定情報にアクセスすることが可能に構成されており、
   前記決定部は、第１及び第２決定部を含み、
   前記第１決定部は、前記第１受信キューから取り出された第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２通信ポートを決定し、
   前記第２決定部は、前記第２受信キューから取り出された第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２通信ポートを決定する
   スイッチ装置。
2. 前記第１受信キューが前記第１フレーム用の受信キューであること及び前記第２受信キューが前記第２フレーム用の受信キューであることを示す属性情報を格納する第３データベースを更に具備し、
   前記第１フレームは、前記属性情報に基づいて判別された第１受信キューから取り出され、
   前記第２フレームは、前記属性情報に基づいて判別された第２受信キューから取り出される
   請求項１記載のスイッチ装置。
3. 複数の通信ポートを有するスイッチ装置において、
   前記複数の通信ポートのうちの第１通信ポートに接続された第１外部通信機器から送信されたフレームを受信するように構成された受信部と、
   前記複数の通信ポートのうちの前記受信されたフレームの宛先となる第２外部通信機器が接続されている第２通信ポートを決定するために用いられる宛先決定情報を格納する第１及び第２データベースと、
   前記受信されたフレームが低遅延での転送が必要な第１フレームである場合、前記第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第１データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定し、前記受信されたフレームが前記第１フレームとは異なる第２フレームである場合、前記第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定する決定部と
   を具備し、
   前記第１データベースは、前記第２データベースと比較して高速に前記宛先決定情報にアクセスすることが可能に構成されており、
   前記決定部は、前記第１データベースに格納されている第１宛先決定情報及び前記第２データベースに格納されている第２宛先決定情報をキャッシュし、当該キャッシュされた第１及び第２宛先決定情報に基づいて前記第２通信ポートを決定し、
   前記第１データベースに格納されている第１宛先決定情報と前記キャッシュされた第１宛先決定情報とを同期させる処理は、前記第１フレームの受信に応じて実行されず、
   前記第２データベースに格納されている第２宛先決定情報と前記キャッシュされた第２宛先決定情報とを同期させる処理は、前記第２フレームの受信に応じて実行される
   スイッチ装置。
4. 複数の通信ポートを有するスイッチ装置において、
   前記複数の通信ポートのうちの第１通信ポートに接続された第１外部通信機器から送信されたフレームを受信するように構成された受信部と、
   前記複数の通信ポートのうちの前記受信されたフレームの宛先となる第２外部通信機器が接続されている第２通信ポートを決定するために用いられる宛先決定情報を格納する第１及び第２データベースと、
   前記受信されたフレームが低遅延での転送が必要な第１フレームである場合、前記第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第１データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定し、前記受信されたフレームが前記第１フレームとは異なる第２フレームである場合、前記第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定する決定部と
   を具備し、
   前記第１フレームは、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｂｕ／ＩＥＥＥ ８０２．３ｂｒのＥｘｐｒｅｓｓフレームを含み、
   前記第２フレームは、ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑｂｕ／ＩＥＥＥ ８０２．３ｂｒのＰｒｅｅｍｐｔａｂｌｅフレームを含む
   スイッチ装置。
5. 複数の通信ポートを有するスイッチ装置が実行する方法において、
   前記複数の通信ポートのうちの第１通信ポートに接続された第１外部通信機器から送信されたフレームを受信するステップと、
   前記受信されたフレームが低遅延での転送が必要な第１フレームである場合、前記第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて第１データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記受信されたフレームの宛先となる第２外部通信機器が接続されている第２通信ポートを決定し、前記受信されたフレームが前記第１フレームとは異なる第２フレームである場合、前記第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて第２データベースに格納されている宛先決定情報にアクセスすることによって前記第２通信ポートを決定するステップと
   を具備し、
   前記第１データベースは、前記第２データベースと比較して高速に前記宛先決定情報にアクセスすることが可能に構成されており、
   前記スイッチ装置は、前記第１フレームを格納する第１受信キューと、前記第２フレームを格納する第２受信キューとを具備し、
   前記決定するステップは、
   前記第１受信キューから取り出された第１フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２通信ポートを決定するステップと、
   前記第２受信キューから取り出された第２フレームに付与されているヘッダ情報に基づいて前記第２通信ポートを決定するステップと
   を含み、
   前記スイッチ装置は、前記第１受信キューが前記第１フレーム用の受信キューであること及び前記第２受信キューが前記第２フレーム用の受信キューであることを示す属性情報を格納する第３データベースを更に具備し、
   前記第１フレームは、前記属性情報に基づいて判別された第１受信キューから取り出され、
   前記第２フレームは、前記属性情報に基づいて判別された第２受信キューから取り出される
   方法。

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