(57)【要約】【課題】  パケットの伝送を行うネットワーク装置において、情報検索処理を行う連想メモリの電源ノイズによって動作が不安定となる問題を低減し、装置の信頼性を向上させる。【解決手段】  回線からパケットが到着していない時、検索エンジン回路がダミー検索コマンドを発行し、ＣＡＭの動作電流を平均的に流すようにして電源電流変動量が小さくなるようにする。また、電源電流変動量が大きくなるような検索コマンドの発行が行われた場合、検索エンジン回路がＣＡＭの電源電圧を制御し、ＣＡＭ内部論理回路の回路ディレイの変動や、ＣＡＭ内部の論理値の反転を補償する。更に、ＣＡＭ内部にレギュレータ回路を持つ構成として、過渡応答特性を高速化する。【選択図】  図５
2006246091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケットの伝送を行うネットワーク装置において、情報検索処理を行う連想メモリへの検索コマンド発行時間間隔が、予め設定された時間間隔よりも長い場合、予め設定された時間間隔でダミー検索コマンドを発行させる手段を備えることを特徴とするネットワーク装置。
【請求項２】
パケットの伝送を行うネットワーク装置において、情報検索処理を行う連想メモリへの検索コマンド発行の有無を検出し、前記連想メモリの電源電圧を動的に変化させる手段を備えることを特徴とするネットワーク装置。
【請求項３】
パケットの伝送を行う装置において、情報検索処理を行う連想メモリへの検索コマンド発行時間間隔が、予め設定された時間間隔よりも長い場合、予め設定された時間間隔でダミー検索コマンドを発行させる機構を備えることを特徴とする連想メモリ制御回路。
【請求項４】
パケットの伝送を行う装置において、情報検索処理を行う連想メモリへの検索コマンド発行の有無を検出し、前記連想メモリの電源電圧を動的に変化させる機構を備えることを特徴とする連想メモリ制御回路。
【請求項５】
請求項２記載のネットワーク装置に用いる連想メモリであって、自身の電源電圧を生成させる手段を備えることを特徴とする連想メモリ。
【請求項６】
前記情報検索処理は経路検索処理であることを特徴とする請求項１又は２記載のネットワーク装置。
【請求項７】
パケットの伝送を行うネットワーク装置において、情報検索処理を行う連想メモリへの検索コマンド発行時間間隔が、予め設定された時間間隔よりも長い場合、予め設定された時間間隔でダミー検索コマンドを前記連想メモリへ発行することを特徴とする連想メモリ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケットの伝送を行う装置、特にローカルエリアネットワーク間でパケットの伝送を行うネットワーク装置に関するものであり、連想メモリを用いた経路検索、ＡＲＰ検索、フィルタ・ＱｏＳ処理を高速かつ高い信頼性で行うために用いられる技術である。
【背景技術】
【０００２】
ストリーミングなどのアプリケーションの普及により、インターネット上のトラフィック量は増加の一途をたどっており、ネットワーク装置の高速化・広帯域化が要求されている。ネットワーク装置の動作は、経路検索処理とパケット転送処理に大別できるが、性能を大きく左右するのは経路検索処理である。このため、パケットの経路検索を高速化する様々な工夫や研究が行われている。その一手法として連想メモリ（以下、ＣＡＭと称する）を用いて経路検索を高速化する方式が提案されている。例えば論文、“Fast routing table lookup using CAMs”(in Proceedings of IEEE INFOCOM '93, vol. 3, pp. 1382-1391, Mar. 1993.)が挙げられる。従来から用いられていた二分探索Treeによる方式の場合、ＩＰｖ４では最大で３２回のアクセス・比較動作を行う必要があった。ＣＡＭを用いた経路検索では、宛先アドレスに一致するエントリを一度に検索できることから検索時間を大幅に短くできる。だが、大量のエントリ数をＣＡＭに格納するには大容量のＣＡＭが必要であり、集積度・コストの問題から困難であった。近年になり、半導体の集積度向上によりＣＡＭの大容量化・低コスト化が進み、ＣＡＭがネットワーク装置の経路検索をはじめ、ＡＲＰ検索やフィルタ・ＱｏＳ処理などに広く用いられるようになった。しかし、検索処理の高速化を実現できた半面、ＣＡＭは検索動作時に大量の動作電流を流すため、ＣＡＭ自身の電源ラインに大きな電源ノイズを発生させ、動作を不安定にさせてしまう問題があった。
【０００３】
【非特許文献１】“Fast routing table lookup using CAMs”(in Proceedings of IEEE INFOCOM '93, vol. 3, pp. 1382-1391, Mar. 1993.)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、回線からパケットが到着していない時、検索エンジン回路は検索コマンドを発行しないため、ＣＡＭは検索動作を行わず殆ど動作電流を流さない。この状態から、短いパケット長のパケットが連続して到着すると、検索エンジン回路が検索コマンドを連続して発行するため、ＣＡＭは連続的に検索動作を行う。このような動作をした場合、ＣＡＭの電源電流は短時間にほぼ０から最大値まで大きく変動するため、大きな電源ノイズを発生させてしまう。この電源ノイズによって、ＣＡＭ内部論理回路の回路ディレイの変動や、ＣＡＭ内部の論理値の反転が起こり、誤った検索結果の出力や、検索動作時に誤った値を検索する可能性がある。インターネット利用者は年々増加傾向にあり、ＣＡＭに格納されるエントリ数は今後ますます増加すると予想されるため、ＣＡＭの検索動作時の電源電流もまた増加すると予想され、結果として電源ノイズも増大すると考えられる。この電源ノイズを低減するには、ＣＡＭが実装されているネットワーク装置内の回路基板に多種多様のデカップリングキャパシタを搭載することになり、回路基板の部品実装エリア・コストが問題となる。本発明の目的は、これらの問題点を解消し、ＣＡＭを用いた経路検索、ＡＲＰ検索、フィルタ・ＱｏＳ処理を高い信頼性で実現するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、回線からパケットが到着していない時、検索エンジン回路がダミー検索コマンドを発行し、ＣＡＭの動作電流を平均的に流すようにして電源電流変動量が小さくなるようにしている。また、前記のように電源電流変動量が大きくなるような検索コマンドの発行が行われた場合、検索エンジン回路がＣＡＭの電源電圧を制御し、ＣＡＭ内部論理回路の回路ディレイの変動や、ＣＡＭ内部の論理値の反転を補償している。更に、ＣＡＭ内部にレギュレータ回路を持つ構成として、過渡応答特性を高速化している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、ＣＡＭを用いた経路検索、ＡＲＰ検索、フィルタ・ＱｏＳ処理を高い信頼性で実現できるネットワーク装置を構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【０００８】
図１は、本発明を適用したネットワーク装置の一例をブロック図で示したものである。ルーティングマネージャボード１００には、ルーティングマネージャ回路１１０及びクロスバスイッチ回路１２０が実装されている。ルーティングマネージャ回路１１０は、経路情報を管理する部位であり、クロスバスイッチ回路１２０を介して検索エンジン回路２４０に対して経路情報を与える。クロスバスイッチ回路１２０は、ルーティングプロセッサボード２００間でパケット転送を行うスイッチ回路である。ルーティングプロセッサボード２００には、転送エンジン回路２１０、パケットバッファ回路２２０、ヘッダバッファ回路２３０、検索エンジン回路２４０、経路検索用ＣＡＭ２５０、ＡＲＰ検索用ＣＡＭ２６０、フィルタ・ＱｏＳ処理用ＣＡＭ２７０、スイッチ回路２８０が実装されている。ネットワークインターフェース３００は、ネットワークに接続される入出力ポートであり、ＷＡＮ用・ＬＡＮ用・ＡＴＭ用など、回線種毎に設けられている。
【０００９】
次に、パケット転送処理の流れを簡単に説明する。回線からパケットがネットワークインターフェース３００に到着すると、パケットは転送エンジン回路２１０に送られる。転送エンジン回路２１０は、パケット内に含まれるデータ情報をパケットバッファ回路２２０に、ヘッダ情報をヘッダバッファ回路２３０に格納する。例えば、Ethernet（登録商標）パケットのヘッダ部には、受信先及び送信元アドレス、データ長などの情報が含まれる。検索エンジン回路２４０は、転送エンジン回路２１０からヘッダ情報を受け取り、各種テーブルを参照してパケット転送の制御に必要な情報を取得する。検索エンジン回路２４０が参照するテーブルとしては、経路テーブル、ＡＲＰテーブル、フィルタ・ＱｏＳテーブルがあるが、ここでは経路テーブル、フィルタ・ＱｏＳテーブルが参照される。経路テーブルは、経路検索処理を行うためのテーブルであり、経路検索用ＣＡＭ２５０のエントリを検索した結果を用いて参照される。フィルタ・ＱｏＳテーブルは、パケットのフィルタリング条件・廃棄条件、装置内の転送処理優先度などの情報であり、フィルタ・ＱｏＳ処理用ＣＡＭ２７０のエントリを検索した結果を用いて参照される。
【００１０】
これらの結果から得られた制御情報は、検索エンジン回路２４０から転送エンジン回路２１０へ送られる。転送エンジン回路２１０は、パケットが転送されるべき入出力ポートを指定し、スイッチ回路２８０、クロスバスイッチ回路１２０へと転送する。更にクロスバスイッチ回路１２０は、該当するルーティングプロセッサボード２００へ転送し、スイッチ回路２８０から転送エンジン回路２１０へ送られる。転送エンジン回路２１０は、受信したパケットをパケットバッファ回路２２０、ヘッダバッファ回路２３０に格納する。検索エンジン回路２４０は、転送エンジン回路２１０からヘッダ情報を受け取り、ＡＲＰ検索用ＣＡＭ２６０を用いてＡＲＰテーブルからＭＡＣアドレスを取得する。ＡＲＰテーブルは、Ethernet通信のために用いられるＩＰアドレスとＭＡＣアドレスの対照表であり、ＭＡＣアドレスで表される装置が接続されるポート番号の情報が格納されている。この検索結果は、転送エンジン回路２１０に戻され、特定された入出力ポートを持つネットワークインターフェース３００からパケットを送出する。
【００１１】
図２は、従来の検索エンジン回路の一例をブロック図で示したものである。検索エンジン回路２４０は、転送エンジン回路２１０から送られたヘッダ情報を受け取り、検索データを検索データ受信バッファ回路２４１に書き込むと共に検索コマンド発行回路２４２内のカウンタ値をインクリメント（＋１）する。検索コマンドを発行すると、セレクタ回路２４３が、検索コマンド発行回路２４２内のカウンタ値をデクリメント（−１）し、カウンタ値が＋１以上の値であれば検索コマンドを発行し続ける。また、検索エンジン回路２４０には、ルーティングマネージャ回路１１０から送られてくるＣＡＭ２５１のエントリをメンテナンスするパス２８１が用意されており、このパス２８１からのメンテナンスデータ・メンテナンスコマンドを受信した場合、これを優先してＣＡＭ２５１のメンテナンスを行う。メンテナンスコマンド発行時、検索データは検索データ受信バッファ回路２４１に蓄積され保持される。
【００１２】
図３は、従来の検索エンジン回路内のセレクタ回路の動作を表す真理値表である。メンテナンスコマンドを発行する頻度は、検索コマンドを発行する頻度に対して極稀であり、通常動作では、検索コマンドが発行されているか、ＮＯＰ(No Operation)状態である場合が多い。前記のように、ＣＡＭはＮＯＰ状態の時、殆ど電源電流を流さない。この状態から、短いパケット長のパケットが連続して到着すると、検索エンジン回路が検索コマンドを連続して発行するため、ＣＡＭは連続的に検索動作を行う。このような動作をした場合、ＣＡＭの電源電流は短時間にほぼ０から最大値まで大きく変動するため、大きな電源ノイズを発生させてしまう。
【００１３】
図４は、この時の動作イメージを示しており、上段がＣＡＭの動作状態、中段がＣＡＭの電源電流の遷移、下段がＣＡＭの電源電圧の遷移である。従来の検索処理では、下段に示した大きな電源ノイズによって、ＣＡＭ内部論理回路の回路ディレイの変動や、ＣＡＭ内部の論理値の反転が起こり、誤った検索結果の出力や、検索動作時に誤った値を検索する問題があった。
【００１４】
図５は、本発明の第一の実施例のブロック図である。検索コマンド・メンテナンスコマンドを発行する仕組みは、図２で説明した構成とほぼ同じであるため説明を省略する。本発明の第一の実施例に係る検索エンジン回路３４０は、ダミー検索データ保持回路３４４及びダミー検索コマンド発行回路３４５を持っている。ダミー検索データ保持回路３４４に保持されているデータは任意の値でよい。ダミー検索コマンド発行回路３４５は、内部にＮ進カウンタを持つ。Ｎ進カウンタのＮの値は外部から可変する機能を持たせることが望ましい。これよってダミー検索コマンド発行間隔を変えることもできる。
【００１５】
図６は、図５の検索エンジン回路３４０内のセレクタ回路３４３の動作を表す真理値表である。本発明では、ダミー検索コマンドを発行することにより、ＣＡＭの動作電流を平均的に流すようにして電源電流変動量が小さくなるようにすることが趣旨であるため、メンテナンスコマンドとダミー検索コマンドが競合した場合、ダミー検索コマンドを優先させている。よって、図５に示したようにルーティングマネージャ１１０からのメンテナンスするパスは、検索パスと同様にバッファリング可能な回路構成としている。また、ダミー検索コマンド発行回路３４５内のＮ進カウンタにおけるＮの値を、ＣＡＭ３５１が検索可能な最小ピッチに設定し、装置の立上げ時にＣＡＭ３５１の動作電流が最大となるように制御し、電源電流変動量を小さくしてもよい。
【００１６】
図７は、ＣＡＭ３５１の動作電流を平均的に流すように動作させた時のイメージを示しており、上段がＣＡＭの動作状態、中段がＣＡＭの電源電流の遷移、下段がＣＡＭの電源電圧の遷移である。下段に示した電源ノイズが従来よりも低減され、ＣＡＭを用いた検索処理の信頼性を高めることができる。
【００１７】
図８は、本発明の第二の実施例のブロック図である。検索コマンド・メンテナンスコマンドを発行する仕組みは、図２で説明した構成と同じであるため説明を省略する。本発明の第二の実施例に係る検索エンジン回路４４０は、電源制御回路４４８を持っている。電源制御回路４４８は、検索コマンド・メンテナンスコマンドをモニタリングし、前記検索コマンド発行回路４４２内のカウンタ値が＋１以上の値であれば、ＣＡＭ４５１の電源電圧を上昇（ＵＰ）させる信号を出力し、カウンタ値が０であれば、ＣＡＭ４５１の電源電圧を下降（ＤＯＷＮ）させる信号を出力する。ＣＡＭがＮＯＰ状態及びメンテナンス動作中は検索動作を行わないため、ＣＡＭの電源電圧を下降（ＤＯＷＮ）させる信号を出力する。これらの信号を、ＣＡＭ４５１に電力供給している電源回路４５０に送り、ＣＡＭ４５１の電源電圧を制御する。出力電圧をＵＰ・ＤＯＷＮさせる機能を有する電源回路は、一般に広く市販されているため、この回路についての説明は省略する。ＣＡＭの電源電圧を制御するタイミングは、ＣＡＭの電源ノイズが発生するタイミングと一致させる必要があるため、可変遅延回路４４９を持つ構成としてタイミングを調整する。可変遅延回路４４９は、遅延量を外部から可変する機能を持たせることが望ましい。
【００１８】
図９は、図８の検索エンジン回路４４０内の電源制御回路４４８の動作を表す真理値表である。ＣＡＭ４５１の電源電圧を制御することにより、電源ノイズによる電源電圧変動を補償している。
【００１９】
図１０は、この時の動作イメージを示しており、上段がＣＡＭの動作状態、中段がＣＡＭの電源電流の遷移、下段がＣＡＭの電源電圧の遷移である。ＣＡＭ４５１の電源電圧を制御して、ＣＡＭ内部論理回路の回路ディレイの変動や、ＣＡＭ内部の論理値の反転を補償することより、ＣＡＭを用いた検索処理の信頼性を高めることができる。また、ＮＯＰ状態及びメンテナンスコマンド発行時はＣＡＭ４５１の電源電圧を下降（ＤＯＷＮ）させるため、装置の消費電力低減にも寄与する。
【００２０】
本発明の第二の実施例（図８）は、ＣＡＭ４５１の電源電圧を制御する方法として、ＣＡＭ４５１に電力供給している電源回路４５０の出力電圧を制御するものである。しかし、一般的に電源回路の過渡応答時間は、検索エンジン回路が検索コマンドを発行してからＣＡＭが検索動作を行うまでの時間より長い。また、ＣＡＭが実装されているネットワーク装置内の回路基板には、多くのデカップリングキャパシタが搭載されているため、過渡応答特性は更に遅くなる。よって、前記実施例のようにＣＡＭに電力供給している電源回路の出力電圧を、電源ノイズの発生タイミングと一致させるように制御することは難しい。
【００２１】
図１１は、上述の問題の対策方法として、ＣＡＭの他の構成例を示したものであり、ＣＡＭ５５１は、内部に自身の電源電圧を生成するシリーズレギュレータ回路５５２を備えている。シリーズレギュレータ回路５５２は、一般的に過渡応答特性が優れている。これをＣＡＭ内部に設けることにより、チップ内キャパシタ分だけを充電すればよく、過渡応答特性の劣化も少ない。
【００２２】
図１２は、図１１で示したＣＡＭ５５１を用いた本発明の第三の実施例を示す。検索エンジン回路５４０は図８の検索エンジン回路４４０と同じ構成である。
【００２３】
以上、図面を参照しながら本発明の実施例を説明した。本発明の技術は、経路検索用ＣＡＭ、ＡＲＰ検索用ＣＡＭ、フィルタ・ＱｏＳ処理用ＣＡＭはもちろんであるが、その他ＣＡＭを用いた検索処理を行う回路及びこれを用いた装置全てに適用できる。本発明は上述の実施例に限定されず、趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態を取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例に係るネットワーク装置のブロック図である。
【図２】従来の検索エンジン回路のブロック図である。
【図３】図２で示したセレクタ回路の動作を表す真理値表である。
【図４】図２の検索動作イメージ図である。
【図５】本発明の第一の実施例のブロック図である。
【図６】図５で示したセレクタ回路の動作を表す真理値表である。
【図７】図５の検索動作イメージ図である。
【図８】本発明の第二の実施例のブロック図である。
【図９】図８で示した電源制御回路の動作を表す真理値表である。
【図１０】図８の検索動作イメージ図である。
【図１１】本発明の第三の実施例に係るＣＡＭのブロック図である。
【図１２】図１１のＣＡＭを用いた本発明の第三の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００・・・ルーティングマネージャボード
１１０・・・ルーティングマネージャ回路
１２０・・・クロスバスイッチ回路
２００・・・ルーティングプロセッサボード
２１０・・・転送エンジン回路
２２０・・・パケットバッファ回路
２３０・・・ヘッダバッファ回路
２４０・・・検索エンジン回路
２４１・・・検索データ受信バッファ回路
２４２・・・検索コマンド発行回路
２４３・・・セレクタ回路
２５０・・・経路検索用ＣＡＭ
２６０・・・ＡＲＰ検索用ＣＡＭ
２７０・・・フィルタ・ＱｏＳ処理用ＣＡＭ
２８０・・・スイッチ回路
３００・・・ネットワークインターフェース
３４４・・・ダミー検索データ保持回路
３４５・・・ダミー検索コマンド発行回路
４４８・・・電源制御回路
４４９・・・可変遅延回路
４５０・・・電源回路
５５１・・・レギュレータ内蔵ＣＡＭ
５５２・・・シリーズレギュレータ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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