(57)【要約】【課題】  分類数に制限がない優先処理機能を実現するのに好適なパケット転送装置、及びパケット制御回路を提供する。【解決手段】      第１のネットワークから第２のネットワークにパケットを転送するパケット転送装置において、  前記パケット転送装置のポートごとにパケットの転送条件を制御するパケット制御回路を設けたことを特徴とするパケット転送装置。【選択図】                    図１
2006186806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のネットワークから第２のネットワークにパケットを転送するパケット転送装置において、
前記パケット転送装置のポートごとにパケットの転送条件を制御するパケット制御回路を設けたことを特徴とするパケット転送装置。
【請求項２】
前記パケット制御回路は、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットを所定の時間記憶するメモリ部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットが入力され、このパケットを前記メモリ部に転送し、前記メモリ部で所定の時間が経過した前記パケットを第２のネットワークに出力する転送処理部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットのＩＰフローを検出し、前記ＩＰフローに基づいて前記メモリ部に領域確保信号を出力するとともに、この領域確保信号の内容を前記転送処理部に通知する割当部と
を備えることを特徴とする請求項１記載のパケット転送装置。
【請求項３】
前記パケットが前記メモリ部に滞在する時間、並びに前記ＩＰフローごとのパケットの転送条件を予め設定する設定部を備えたことを特徴とする請求項２記載のパケット転送装置。
【請求項４】
前記割当部は、前記第２のネットワークから入力された信号を識別し、この信号の内容に基づいて前記領域確保信号を出力することを特徴とする請求項２記載のパケット転送装置。
【請求項５】
第１のネットワークから第２のネットワークにパケットを転送するパケット転送装置のポートごとに設けられるパケット制御回路において、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットを所定の時間記憶するメモリ部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットが入力され、このパケットを前記メモリ部に転送し、前記メモリ部で所定の時間が経過した前記パケットを第２のネットワークに出力する転送処理部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットのＩＰフローを検出し、前記ＩＰフローに基づいて前記メモリ部の領域を確保するとともに、この領域確保の条件を前記転送処理部に通知する割当部と
を備えることを特徴とするパケット制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＷＡＮ（Wide  Area  Network）等の通信網とユーザ側のＬＡＮ（Local Area Network）を接続するパケット転送装置、及びパケット制御回路に関し、特に分類数に制限がない優先処理機能を実現するのに好適なパケット転送装置、及びパケット制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＡＮ技術をベースとしてＷＡＮが各地域にそれぞれ構築され、これらをさらに基幹網により接続した通信網が全国規模で展開されている。ＬＡＮやＷＡＮを接続する通信装置としては、周知の様にブリッジ、ルータ、ゲートウェイ等が知られている。
【０００３】
これらの通信装置には、通信回線の転送速度の相違によるフレームの転送ロスを防ぐため、バッファ（メモリ）が内蔵されている。特に、Ｑｏｓ（Quality of Service）を利用する場合には、バッファを効率よく使用するためフレームの優先順位ごとにバッファを設ける方式が一般に用いられている。フレームの優先順位ごと通信装置にバッファを設ける方式としては文献１のようなものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３４５７６３６号公報
【０００５】
以下、図９を参照して従来のパケット転送装置について説明する。図９は従来のパケット転送装置の構成図である。図９において、パケット転送装置１は、優先度検出部２、優先バッファ３、非優先バッファ４を備える。優先度検出部２は、ＬＡＮから入力された後述するフレームのＴＯＳ（Type  of  Service）フィールド等のフィールド情報から優先度を検出し、高優先パケットａであれば優先バッファ３に転送し、低優先パケットｂであれば非優先バッファ４に転送する。優先バッファ３は優先パケットａを蓄積してＷＡＮの回線が空いていれば出力し、非優先バッファ４は非優先パケットｂを蓄積し、優先バッファ３に優先パケットａが無い場合には非優先パケットｂをＷＡＮに出力する。
【０００６】
図１０はパケット転送装置に入力されるフレームの構成例である。図１０で、フレームには、ＭＡＣヘッダ５００、ＶＬＡＮタグ５０１、ＩＰヘッダ５０２、ＴＣＰ／ＵＤＰヘッダ５０３、ＦＣＳ５０４を含む複数のフィールドが形成されている。
【０００７】
ＭＡＣヘッダ５００には、ＭＡＣアドレスが格納されている。ＶＬＡＮタグ５０１には、優先度フィールド５０１ａが形成されている。ＩＰヘッダ５０２には、ＴＯＳフィールド５０２ａ、及びＩＰアドレス５０２ｂのフィールドが形成されている。ＩＰアドレス５０２ｂには、宛先のＩＰアドレスと送信元のＩＰアドレスが格納されている。ＴＣＰ／ＵＤＰヘッダ５０３には、宛先ポート番号５０３ａの情報が含まれる。ＦＣＳ５０４は、フレームチェックシーケンスである。
【０００８】
次に、図９の動作を図１０を参照して説明する。図９でＬＡＮ側のネットワークからパケット転送装置に入力されたフレームは、優先度検出部２によって図１０の優先度フィールド５０１ａ、ＴＯＳフィールド５０２ａ、宛先ポート番号５０３ａの情報が参照され、優先パケットａ、非優先パケットｂの種類が判別される。そして、優先パケットａであれば、優先バッファ３に蓄積され、ＷＡＮ側のネットワークに出力される。また、非優先パケットｂの場合には、非優先バッファ４に蓄積され、ＷＡＮ側のネットワークに出力される。
【０００９】
なお、パケット転送装置１は、非優先パケットｂの送信中に優先パケットａを受信すると非優先パケットｂの送信を中断し、優先パケットａの送信完了後に非優先パケットｂの送信を再開する。この様に、図９に示す優先順位ごとにバッファを割り当てる方式では、物理的なポートに依存せずに重要なフレームを優先的に転送することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、この様な優先順位方式を採用したパケット転送装置１では優先順位ごとにバッファを固定的に割り当てるため、分類数が増えるとバッファの容量が増大し、使用しない分類項目のバッファは無駄となる。
【００１１】
また、分類数を大幅に追加したい場合にはハードウェアの変更が必要となる。さらに、バッファごとに優先送信権が異なるため、各フレーム（特に優先度の低いフレーム）の遅延時間が予想できないという問題点がある。
【００１２】
一方、パケット転送装置には、パケットの優先順位に拘らず、入力された順にパケットを可変長のメモリに格納する方式も存在する。この方式では、ネットワーク設定者がトラフィックの使用率や許容される遅延時間を考慮してメモリ容量の設定が行なわれる。
【００１３】
しかし、この方式ではバッファの容量を大きくすると最大遅延時間が増大し、バッファの容量を小さくするとバースト耐力が低下するという問題点がある。
【００１４】
本発明は、分類数に制限がない優先処理機能を実現するのに好適なパケット転送装置、及びパケット制御回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
第１のネットワークから第２のネットワークにパケットを転送するパケット転送装置において、
前記パケット転送装置のポートごとにパケットの転送条件を制御するパケット制御回路を設ける。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において
前記パケット制御回路は、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットを所定の時間記憶するメモリ部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットが入力され、このパケットを前記メモリ部に転送し、前記メモリ部で所定の時間が経過した前記パケットを第２のネットワークに出力する転送処理部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットのＩＰフローを検出し、前記ＩＰフローに基づいて前記メモリ部に領域確保信号を出力するとともに、この領域確保信号の内容を前記転送処理部に通知する割当部と
を備える。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において
前記パケットが前記メモリ部に滞在する時間、並びに前記ＩＰフローごとのパケットの転送条件を予め設定する設定部を備える。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、２記載の発明において、
前記割当部は、前記第２のネットワークから入力された信号を識別し、この信号の内容に基づいて前記領域確保信号を出力する。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、
第１のネットワークから第２のネットワークにパケットを転送するパケット転送装置のポートごとに設けられるパケット制御回路において、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットを所定の時間記憶するメモリ部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットが入力され、このパケットを前記メモリ部に転送し、前記メモリ部で所定の時間が経過した前記パケットを第２のネットワークに出力する転送処理部と、
前記第１のネットワークから入力された前記パケットのＩＰフローを検出し、前記ＩＰフローに基づいて前記メモリ部の領域を確保するとともに、この領域確保の条件を前記転送処理部に通知する割当部と
を備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば次のような効果がある。
パケット転送装置のポートごとにパケットの転送条件を制御するパケット制御回路を設けたので、分類数に制限がない優先処理機能を実現するのに好適なパケット転送装置を提供することができる。
【００２１】
また、このパケット制御回路は、第１のネットワークから入力されたパケットが入力され、このパケットをメモリ部に転送し、メモリ部で所定の時間が経過したパケットを第２のネットワークに出力する転送処理部と、第１のネットワークから入力されたパケットのＩＰフローを検出し、このＩＰフローに基づいてメモリ部に領域確保信号を出力するとともに、この領域確保信号の内容を転送処理部に通知する割当部とを備えるので、分類数に制限がない優先処理機能を実現できる。
【００２２】
また、パケットがメモリ部に滞在する時間、並びにＩＰフローごとのパケットの転送条件を予め設定する設定部を備えたので、パケットの最大遅延時間を予測することができる。
【００２３】
また、割当部は第２のネットワークから入力された信号を識別し、この信号の内容に基づいて領域確保信号を出力するので、トラフィックの使用率に変動があっても、分類数に制限がない優先処理機能を実現することができる。
【００２４】
さらに、第１のネットワークから入力されたパケットが入力され、このパケットをメモリ部に転送し、メモリ部で所定の時間が経過したパケットを第２のネットワークに出力する転送処理部と、第１のネットワークから入力されたパケットのＩＰフローを検出し、ＩＰフローに基づいてメモリ部の領域を確保するとともに、この領域確保の条件を転送処理部に通知する割当部とを備えるので、分類数に制限がない優先処理機能を実現するのに好適なパケット制御回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明のパケット転送装置の一実施例を示した構成図である。図１においてパケット転送装置１００は、パケット制御部１１０、１３０、１４０、設定部１２０、ルータ／ＳＷ部１５０を備え、第１のネットワーク（例えばＬＡＮ）と第２のネットワーク（例えばＷＡＮ）を接続し、これらネットワーク間でパケットを転送する。
【００２６】
パケット制御部１１０、１４０、１５０は、パケット転送装置１００の物理的なポートごとに設けられ、パケットの転送条件を制御する。設定部１２０は、制御部１２１、カウンタ１２２から構成され、カウンタ１２２を利用して制御部１２１で物理的なポートを介して入力されたパケットが後述するメモリ部１４２に滞在する時間を決定するとともに、パケットのＩＰフローごとに転送条件を設定する。ここで、転送条件は、図１０の優先度フィールド５０１ａ、Ｔｏｓフィールド５０２ａ、宛先ポート番号５０３ａの情報、又はこれらの組み合わせによって決定される。
【００２７】
ルータ／ＳＷ部１５０は、ルータ（ネットワーク層）又はスイッチ（データリンク層）であり、例えばスイッチの場合には、各ポートからパケット制御回路１１０、１３０、１４０を介して入力されたパケットの送信先アドレスを図示しないアドレステーブルと照らし合わせ、送信先の端末がつながっている物理的なポートにのみパケットを送出する。
【００２８】
次に、パケット制御回路１１０、１３０、１４０の構成を図２を参照して説明するが、これらパケット制御回路の構成は全て同様なので、パケット制御回路１４０の構成を代表して説明する。パケット制御回路１４０は、割当部１４１、メモリ部１４２、転送処理部１４３を備える。
【００２９】
割当部１４１は、第１のネットワークから入力されたパケットのＩＰフローを検出し、このＩＰフローの先頭のパケットからメモリ部１４２に対して、ＩＰフローの種類ごとにメモリ部１４２のブロックを何ブロック確保するか決定する信号（領域確保信号）を出力するとともに、この領域確保信号の内容を転送処理部１４３に通知する。ここで、検出したＩＰフローが既に設定部１２０により設定されている場合にはこの設定に基づいて領域確保信号を出力するが、設定部１２０からの指定がない場合には最小のブロック単位（例えば５０ｋｂｉｔ）を領域確保信号としてメモリ部１４２に出力する。
【００３０】
また、割当部１４１は、第２のネットワークからパケット転送が適切に行なわれているか識別する信号（ＴＣＰ−ＡＣＫ）が入力され、この信号に基づいて領域確保信号の内容を適宜変更する。なお、一定時間（例えば１０秒）ＩＰフローが検出されない場合には、割当部１４１はメモリ部１４２の該当するバッファのパケットを破棄する旨の信号を出力する。
【００３１】
メモリ部１４２は、後述するメモリブロック６００が多数形成され、第１のネットワークから入力されたパケットを所定の時間記憶する。転送処理部１４３は、第１のネットワークから入力されたパケットがルータ／ＳＷ部１５０を介して入力され、これらのパケットをメモリ部１４２に転送し、このメモリ部で所定の時間が経過したパケットを第２のネットワークに出力する。
【００３２】
次に、メモリ部１４２の記憶領域を図３を参照して説明する。図３の様にメモリ部１４２にはメモリブロック６００単位で記憶領域が形成され、パケットを記憶する際には、後述する各種フラグを立ててパケットが記憶される。
【００３３】
図３で、バッファ開始フラグ６０１は、次に転送される予定のパケット開始フラグの位置と最後に記憶されたパケット開始フラグの位置を示すフラグである。パケット開始フラグ６０２は、パケットが滞在するカウンタ値とパケット長を識別するフラグである。パケット６０３は、第１のネットワークから第２のネットワークに転送されるパケットである。空領域６０４は、パケットを記憶する領域である。バッファ終了フラグ６０５は、パケットが終了したことを示すフラグであり、終了しない場合には次（後段）のメモリブロック６００に中継してパケットが記憶されることを意味するバッファ中継フラグが立てられる。
【００３４】
次に、図１の動作を説明する。第１のネットワークからポート３に入力されたパケットは、パケット制御回路１１０を介してルータ／ＳＷ部１５０に入力される。ルータ／ＳＷ部１５０が例えばスイッチの場合には、ルータ／ＳＷ部１５０は、入力されたパケットの送信先アドレスを図示しないアドレステーブルと照らし合わせ、パケットを送信先の端末がつながっている物理的なポートを介して第２のネットワークに出力する。
【００３５】
図２の動作を、図４、図５を参照して説明する。ここで、図４と図５はメモリ部１４２におけるパケットの状態遷移図である。設定部１２０は、カウンタ１２２のカウント値を利用して、パケットがメモリ部１４２に滞在する時間を決定するとともに、パケットのＩＰフローごとに転送条件を設定する。例えば、ＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）のＩＰフローを検出した場合には、メモリ部１４２の滞在時間を１０ｍｓ、最小メモリブロック６００を３ブロック確保する、という命令を割当部１４１に出力する。
【００３６】
この命令を受けた割当部１４１は、ルータ／ＳＷ部１５０を介して入力されたパケットのＩＰフローを、当該ＩＰフローの先頭のパケットを用いて検出し、設定部１２０からの命令に従ってメモリ部１４２に領域確保信号を出力して領域を確保するとともに、この領域確保信号の内容を転送処理部１４３にも出力する。この際、ＩＰフローの種別の選択には図１０に示すフレームの優先度フィールド５０１ａ、Ｔｏｓフィールド５０２ａ、宛先ポート番号５０３ａ等が使用される。
【００３７】
また、ルータ／ＳＷ部１５０を介して入力されたパケットは転送処理部１４３にも入力され、割当部１４１から命令された領域確保信号の内容に基づいてメモリ部１４２に転送される。メモリ部１４２に転送されたパケットは割当部１４１からの領域確保信号の内容に従って記憶される。
【００３８】
この際、図４（ア）の様にメモリ部１４２にパケットが記憶されていない場合には、図４（イ）の様にパケット開始フラグとともに、パケット本体がメモリブロック６００先頭に記憶される。なお、メモリブロック６００に空領域はあるが、パケットが既に記憶されている場合には最終パケットの後ろにマッピングされる。パケット開始フラグには滞在限界カウンタおよびパケット長情報が含まれるが、ここで滞在限界カウンタのカウント値は、
滞在限界カウンタのカウンタ値＝現在のカウンタ値＋バッファごとに指定された最大遅延時間
となる。
【００３９】
一方、図４（ウ）の様にパケットが空領域に収まらない場合には直ちに記録できないので、図４（エ）の様に先頭に配置する。さらに、図５（ア）の様に最終パケットと次転送パケットの間に隙間がく、パケットを新たに記憶させることができないときは次転送パケットの滞在限界カウンタと現在のカウンタを比較し、滞在限界カウンタのカウント値が、
現在のカウンタのカウント値−転送可能時間＜滞在限界カウンタのカウント値＜現在のカウンタのカウント値
の範囲からはずれていれば、次転送パケットを破棄して隙間を作る（図５（イ）右）。
【００４０】
それでも隙間が足りない場合は、さらに次のパケットに対しても同様の処理をおこなう。ここで、転送可能時間は、カウンタがオーバフローにより０から再カウントされた場合にもカウンタ比較時の時間軸を正確に判断するために定義する必要があり、例えば、カウンタ最大３６００秒、転送可能時間１００秒と定義する。これらの処理を行なっても隙間が作れなかった場合は入力されたパケット自体を破棄する（図５（イ）左）。この様にしてパケット転送装置１００は、第１のネットワークから入力されたパケットを記憶する。
【００４１】
次に、メモリ部１４２に記憶されたパケットを、第２のネットワークに出力する動作について図６を参照して説明する。図６は、メモリ部１４２からパケットが出力される際の状態遷移図である。メモリ部１４２からパケットを出力する場合には、図６（ア）の様に次転送パケットから転送する。また、パケットの出力後は次転送パケットが変更される。転送時に次転送パケットの滞在限界カウンタと現在のカウンタを比較し、滞在限界カウンタのカウント値が、
現在のカウンタのカウント値−転送可能時間＜滞在限界カウンタのカウント値＜現在のカウンタのカウント値
の範囲からはずれていれば次転送パケットを破棄し（図６（イ）右）、さらに次のパケットにも同様の処理をおこなう。
【００４２】
そして、最初に条件の範囲内となったパケットのみ転送し（図６（イ）左）、次転送パケットが変更される。例えば、図６（ウ）の様に次転送パケットから２パケットの滞在限界カウンタが許容範囲外である場合には、図６（エ）の様に当該２パケットを破棄する。なお、転送可能時間はカウンタがオーバフローにより０から再カウントされた場合にも、カウンタ比較時の時間軸を正確に判断する必要があり、例えばカウンタ最大３６００秒、転送可能時間１００秒とされる。
【００４３】
この様にして、所定の時間を経過してメモリ部１４２から出力されたパケットは、転送処理部１４３を介して第２のネットワークに出力される。
【００４４】
次に、図１のパケット転送装置の具体的使用方法について図７を参照して説明する。図７は、ＷＥＢアクセスとＰ２Ｐ（Peer  to  Peer）を使用する場合の説明図である。ユーザＡ及びユーザＢは、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber）やＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービス等を使用してパケット転送装置１００を介してインターネットに接続するが、この際にＩＰフローをＷｅｂアクセスとＰ２Ｐ通信とに分類する。この際、帯域の圧迫を避けたいアプリケーションについては優先順位を高く設定する。図７では、ＷＥＢアクセスの優先順位を高く、Ｐ２Ｐの優先順位を低く設定している。
【００４５】
このように分類することにより、Ｐ２Ｐ通信による帯域圧迫防止が可能となり、他ユーザのＰ２Ｐ通信に影響されることがなくホームページの閲覧が可能となる。また、優先順位ごとに固定のバッファを設けず、動的にバッファを割り当てるので、ユーザ数の増減やＩＰフロー数の増減によってパケット転送装置１のハードウェアの設計変更が不要となる。
【００４６】
さらに、図１のパケット転送装置の他の具体的使用方法について図８を参照して説明する。図８は、図１のパケット転送装置１００を使用してユーザごとにサービス格差をつける場合の説明図である。パケット転送装置１００でＩＰフロー検出時に特定ユーザからの何番目のフローであるかをカウントする。たとえば、ユーザＡの１、２セッション目までは高優先のバッファを割り当て、それ以降は低優先のバッファを割当てる。ユーザＢは３セッション目まで優先バッファとする。
【００４７】
このように、広域イーサネット（登録商標）サービス等でユーザごとに優先セッション（フロー）数をかえることで、サービスに格差をつけることが可能となる。また、図７と同様にハードウェア変更の伴わない設定で、サービスクラスを変更が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のパケット転送装置の一実施例を示した構成図である。
【図２】パケット制御回路１１０、１３０、１４０の構成図である。
【図３】メモリ１４２のマップである。
【図４】メモリ１４２におけるパケットの状態遷移図である。
【図５】メモリ１４２におけるパケットの状態遷移図である。
【図６】メモリ部１４２からパケットが出力する際の状態遷移図である。
【図７】図１のパケット転送装置でＷＥＢアクセスとＰ２Ｐを使用する場合の説明図である。
【図８】図１のパケット転送装置でユーザごとにサービス格差をつける場合の説明図である。
【図９】来のパケット転送装置の構成図である。
【図１０】パケット転送装置に入力されるフレームの構成例である。
【符号の説明】
【００４９】
１００                  パケット転送装置
１１０、１３０、１４０  パケット制御回路
１２０                  設定部
１４１                  割当部
１４２                  メモリ部
１４３                  転送処理部
【図１】
2006186806.tif 000003
【図２】
2006186806.tif 000004
【図３】
2006186806.tif 000005
【図４】
2006186806.tif 000006
【図５】
2006186806.tif 000007
【図６】
2006186806.tif 000008
【図７】
2006186806.tif 000009
【図８】
2006186806.tif 000010
【図９】
2006186806.tif 000011
【図１０】
2006186806.tif 000012