(57)【要約】【課題】  パケット転送装置において入力回線対応部とスイッチ部と出力回線対応部に分散していた優先制御機能を再構成して、入力回線対応部と出力回線対応部の関係を疎とすることを目的とする。【解決手段】  入力回線対応部にルーチング情報記憶手段２４と出力回線対応部決定手段２２とを備え、出力回線対応部３に優先制御実行部３３を備えて、すべての入力回線対応部２とすべての出力回線対応部３との相互間を入力回線４の容量以上の容量で接続し、入力回線対応部２でヘッダ情報に応じて所定の出力回線対応部３にパケットを転送し、出力回線対応部３でパケットの優先クラスに応じた優先制御を行って出力回線５にパケット転送を行うことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力回線を少なくとも１回線以上収容し、前記入力回線からのパケットを転送処理する入力回線対応部と、出力回線を少なくとも１回線以上収容し、前記出力回線へのパケットを転送処理する出力回線対応部をそれぞれ複数と、前記入力回線対応部から前記出力回線対応部へと転送されるパケットの転送路を含んで構成され、入力回線から入力されたパケットを所定の出力回線から出力するようにパケットを転送するパケット転送装置において、
前記入力回線対応部は、パケットのヘッダ情報を読み取るヘッダ読み取り手段と、ルーチング情報を記憶したルーチング情報記憶手段と、パケットのヘッダ情報に基づいて前記ルーチング情報記憶手段を参照して前記複数の出力回線対応部のなかからパケットを転送する所定の出力回線対応部を決定する出力回線対応部決定手段と、前記決定した出力回線対応部に前記転送路を通して転送するパケットを送出するパケット送出手段を備え、
前記出力回線対応部は、前記転送路を通して送出されたパケットを受け取るパケット受取り手段と、前記パケットのヘッダ情報を読み取るヘッダ読み取り手段と、前記パケットに付与されている優先クラスに従ってパケットの優先制御を行う優先制御実行手段を備え、
前記入力回線対応部は、すべての出力回線対応部に対して入力回線によって入力される容量以上の容量で前記入力回線対応部から前記出力回線対応部へパケットを転送する構成を備えること
を特徴とするパケット転送装置。
【請求項２】
前記転送路は、メッシュ型回線網により構成されていること
を特徴とする請求項１に記載のパケット転送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報通信ネットワークにおける、ルータ等のパケット転送装置の構成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰパケットを転送単位とするＩＰネットワークは、電子メール、ＷＷＷ（World Wide Web）、ＶｏＩＰ（Voice over IP）、動画配信等、各種のアプリケーションが使用でき、従来の電話ベースの交換方式と比較して装置コストが安い等の優位性があるため、近年爆発的にトラヒックが増加している。
【０００３】
しかも、多様なアプリケーションを使用できるようになってきており、特定のアプリケーションの利用においては、要求される通信サービスの品質をいかに保証するかというＱｏＳ（Quality of Service）の問題に対応する機能も求められるようになってきている。このようなＱｏＳに対応するための機能としてＱｏＳに応じた優先制御（以下、単に「優先制御」と記述）の機能がある。例えば、ＣＤ（Compact Disk）品質の音響を扱う通信アプリケーションを実行するには、このアプリケーションに対応できるだけの帯域を確保し、パケットを優先的に転送することが必要となる。このような要求に対処するためには、アプリケーションに応じて、優先クラスと必要な帯域を決定し、優先クラスの高いパケットを優先的に転送する制御が必要になる。このようなパケットの輻輳制御を優先制御と呼び、現在のＩＰ（Internet Protocol）通信には欠かせないものとなっている。
【０００４】
ＩＰネットワークの各ノードに配置されたルータは、受信したパケットのＩＰヘッダに基づいてパケットの出力回線を決定している。従来のルータは、入出力回線対応部とバス結合されたＣＰＵ（Central Processing Unit）によってパケットの出力回線を決定するソフトウェアルータが主流であったが、トラヒックの爆発的な増加に対応するため、近年では、ＩＰパケットのヘッダ解析をハードウェアで行い、入出力回線対応部を高速なスイッチで接続することによって、パケット転送を高速化するハードウェアルータが脚光を浴びている。
【０００５】
ハードウェアルータにおいては、ＣＰＵによるパケット処理を行うのではなく、ネットワーク処理専用のハードウェアを利用して、パケット処理を行う。このようなネットワーク処理専用のハードウェアの例として、ネットワークプロセッサ（ＮＰ）が挙げられる。ネットワークプロセッサには、そのハードウェアに応じてパケットのヘッダ部にある出力回線に関する情報を読み取ることやルーチング情報記憶手段を維持することやヘッダの情報に変更を加えることやパケットの出力回線を決定すること等の機能を設定することができる。
【０００６】
ネットワークプロセッサを利用してルータを構成した例を図４に示す（非特許文献１参照）。図４は通常の形態のルータにおいて、ネットワークプロセッサを利用した構成例を示す。図４の構成においては、スイッチ部６Ｂの前後にある入力回線対応部２Ｂと出力回線対応部３Ｂをハードウェア化し、高速な交換処理を目指している。
【０００７】
従来のパケット交換装置（図４参照）において、パケットは、入力回線対応部２ＢにてパケットのＩＰヘッダ情報（図示せず）に基づくルーチング情報記憶手段の参照によってパケットの出力回線対応部が決定された出力回線対応部の情報とともにスイッチ部６Ｂに送信される。スイッチ部６Ｂは複数の入力回線対応部から受信したパケットを出力回線対応部の情報に従って交換し、送出すべき出力回線対応部（符号３Ｂのうちの１つに該当）に送出する。スイッチ部６Ｂでは、複数の入力回線対応部２Ｂからのパケットが特定の出力回線対応部（符号３Ｂのうちの１つに該当）に偏ることによって発生するパケット輻輳に対応するため、パケットに付与された優先クラスに従ってパケット交換を行う優先制御実行手段（図示せず）を持つ。ここで、複数の入力回線対応部２Ｂと複数の出力回線対応部３Ｂを収容するスイッチ部６Ｂで高機能な優先制御実行手段（図示せず）を持つことを回避するため、スイッチ部６Ｂと入力回線対応部２Ｂの間でプロトコルを規定し、スイッチ部６Ｂとの連携下で入力回線対応部２Ｂが優先制御を分担する方式が取られている。また、出力回線対応部３Ｂでは、出力回線５に応じた送出をするために優先制御実行手段（図示せず）を持つ構成になっている。
【非特許文献１】青木、栗本、樺島、漆谷、“経済化ルータ構成法の一考察”、２００４年電子情報通信学会総合大会予稿集、Ｂ６−８７、Ｂ−ＩＩ分冊、Ｐ．８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術では、パケット転送における優先制御機能が、入力回線対応部とスイッチ部と出力回線対応部に分散配置されている。よって、優先制御を行うためには、それぞれの優先制御機能間で情報交換を行う必要があるので、入力回線対応部とスイッチ部と出力回線対応部の関係を疎にすることはできず、互いに密接に関連していた。この結果、例えば、入力回線対応部の設計を変更しようとすると出力回線対応部の設計の変更も必要となり、また、例えば、入力回線対応部を新しいものに更新しようとすると出力回線対応部の更新も必要となる等、入力回線対応部と出力回線対応部の関係を疎にすることはできなかった。
【０００９】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、優先制御を行うような場合でも入力回線対応部と出力回線対応部を疎の関係とし、それぞれの部分が独立性を高められる構成をとることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、入力回線を少なくとも１回線以上収容し、前記入力回線からのパケットを転送処理する入力回線対応部と、出力回線を少なくとも１回線以上収容し、前記出力回線へのパケットを転送処理する出力回線対応部をそれぞれ複数と、前記入力回線対応部から前記出力回線対応部へと転送されるパケットの転送路を含んで構成され、入力回線から入力されたパケットを所定の出力回線から出力するようにパケットを転送するパケット転送装置において、前記入力回線対応部は、パケットのヘッダ情報を読み取るヘッダ読み取り手段と、ルーチング情報を記憶したルーチング情報記憶手段と、パケットのヘッダ情報に基づいて前記ルーチング情報記憶手段を参照して前記複数の出力回線対応部のなかからパケットを転送する所定の出力回線対応部を決定する出力回線対応部決定手段と、前記決定した出力回線対応部に前記転送路を通して転送するパケットを送出するパケット送出手段を備え、前記出力回線対応部は、前記転送路を通して送出されたパケットを受け取るパケット受取り手段と、前記パケットのヘッダ情報を読み取るヘッダ読み取り手段と、前記パケットに付与されている優先クラスに従ってパケットの優先制御を行う優先制御実行手段を備え、前記入力回線対応部は、すべての出力回線対応部に対して入力回線によって入力される容量（これ以後、「容量」は、回線によって転送が許容される最大の通信量を指すこととする。）以上の容量で前記入力回線対応部から前記出力回線対応部へパケットを転送する構成を備える。
【００１１】
この構成によれば、入力回線対応部は、入力回線から入力されたパケットをパケットヘッダ情報に基づいてルーチングテーブルを参照することで、所定の出力回線対応部を決定し、転送路を通して決定した出力回線対応部へ輻輳を起こさずにパケットを転送する。これにより、出力回線対応部に収容された出力回線が、転送されたパケットを出力する。この構成において、パケットに優先クラスが設定されている場合は、出力回線対応部が備える優先制御実行手段により、優先クラスに従った優先制御が実行される。
【００１２】
また、本発明は、前記転送路は、メッシュ型回線網により構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、任意の入力回線対応部から任意の出力回線対応部に対してパケットを転送できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、優先制御を行うような場合でも、入力回線対応部と出力回線対応部を疎の関係とし、それぞれの部分の独立性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るパケット転送装置を示すブロック図である。図１において、パケット転送装置１は複数の入力回線対応部２（２Ｘ，２Ｙ）と複数の出力回線対応部３（３Ｘ，３Ｙ）と入力回線対応部２（２Ｘ，２Ｙ）から出力回線対応部３（３Ｘ，３Ｙ）へと転送されるパケットの転送路としてのメッシュ型回線網７を含んで構成される。
【００１６】
［入力回線対応部］
各入力回線対応部２は、少なくとも１回線以上の入力回線４を収容し、ヘッダ読取手段２１、出力回線対応部決定手段２２、入力回線４の容量以上の容量ですべての出力回線対応部３Ｘ，３Ｙと直接接続するインタフェース（パケット送出手段）２３ａ，２３ｂ、及びルーチング情報記憶手段２４により構成される。ヘッダ読取手段２１は、入力回線４から入力されるパケットのヘッダ情報を読み取る。そして、出力回線対応部決定手段２２は、ヘッダ情報に基づいて前記ルーチング情報記憶手段２４の参照によってパケットを送るべき出力回線対応部３を決定する。ちなみに、入力回線対応部２Ｘのインタフェース２３ａは出力回線対応部３Ｘのインタフェース３１ａと、入力回線対応部２Ｘのインタフェース２３ｂは出力回線対応部３Ｙのインタフェース３１ｃとメッシュ型回線網７を介して接続されている。なお、インタフェース２３ｃ，２３ｄは、インタフェース２３ａ，２３ｂと同様なので、説明を省略する。また、入力回線対応部２Ｙも入力回線対応部２Ｘと同じ構成をしているので、説明を省略する。
【００１７】
入力回線４から入力されたパケットは、出力回線対応部決定手段２２においてパケットのヘッダ情報とルーチング情報記憶手段２４に含まれるルーチングテーブルのエントリにより送信されるべき出力回線対応部３（３Ｘ，３Ｙ）が決定され、決定された出力回線対応部３のインタフェース３１（３１ａ，３１ｂ）と接続するインタフェース２３（２３ａ，２３ｃ）に送信される。このとき、インタフェース２３のパケットの転送容量は入力回線４の容量以上あるため、遅延等の品質劣化が無く、決定された出力回線対応部３のインタフェース３１に転送される。
【００１８】
［出力回線対応部］
出力回線対応部３（３Ｘ，３Ｙ）は、すべての入力回線対応部２（２Ｘ，２Ｙ）と直接接続するインタフェース（パケット受取り手段）３１（３１ａ，３１ｂ）、ヘッダ読取手段３２、及び優先制御実行手段３３により構成され、少なくとも１回線以上の出力回線５へと接続する。優先制御実行手段３３は、出力回線５の物理回線容量及び出力回線上のＬＳＰ（Label Switched Path）等のレイヤ２以上のパス容量を判断して転送パケットに付与された優先クラスに従ってパケット転送を行う。なお、インタフェース３１ｃ，３１ｄは、インタフェース３１ａ，３１ｂと同様であるので、説明を省略する。
【００１９】
出力回線対応部３では、すべての入力回線対応部２（２Ｘ，２Ｙ）から対応するインタフェース３１（３１ａ，３１ｂ）にパケットが到着する。複数の入力回線対応部２から対応するインタフェース３１に到着したパケットは、優先制御実行手段３３によって各パケットが収容されるレイヤ２以上のパス容量に従って制御され、出力回線５に送出される。なお、優先制御手段３３には、任意の優先制御方式が利用可能であり、本実施形態における優先制御方式に限定されるものではない。
【００２０】
［メッシュ型回線網］
図２は、図１に示したメッシュ型回線網の構成を示す図である。次に、この図２を参照して、メッシュ型回線網７の構成を説明する。
【００２１】
前記した図１では、入力回線対応部２は符号２Ｘ，２Ｙで示す２つ、出力回線対応部３も符号３Ｘ，３Ｙで示す２つで記載されているが、図２に示すように入力回線対応部２の数も出力回線対応部３の数もいくつであってもよい。それぞれ入力回線４の数と出力回線５の数に応じて必要な数のインタフェース２３，３１を用意すればよい。そして、図２に示すようにすべての入力回線対応部２Ａとすべての出力回線対応部３Ａの間を各々１本ずつ直接接続すれば、構成された回線網は、メッシュ型回線網となる。
【００２２】
図２では、回線網をメッシュ型回線網７として表している。前記のように、それぞれの回線およびインタフェースは入力回線以上の容量をもって構成されているので、パケットがどの入力回線４から入って来ても、このメッシュ型回線網７を通過して出力回線対応部３Ａに到達するまでは輻輳が起きない。
【００２３】
これを図４に示す構成と比較すると、図４の構成ではたとえ入力回線対応部２Ｂからスイッチ部６Ｂへの回線の容量を入力回線容量以上の容量としても、スイッチ部６Ｂにおいて輻輳が起きる可能性があり、この輻輳に対してスイッチ部６Ｂは単独では充分な対応が取れない。このため、図４の構成では入力回線対応部２Ｂにもスイッチ部６Ｂと密接に連携する優先制御実行手段（図示せず）が必要になる。
【００２４】
これに対して、図２に示す本実施形態では、スイッチ部６Ｂに対応するメッシュ型回線網７においても輻輳が生じることはなく、出力回線対応部３Ａに到るまで輻輳が起きないため、入力回線対応部２Ａには優先制御実行手段がないという構成を取れる。
【００２５】
［パケット転送装置の動作］
次に、以上説明した構成のパケット転送装置の動作を、図１及び図２を参照しつつ、図３に沿って説明する。図３は、パケット転送装置の動作を示すシーケンス図である。
【００２６】
例えば、パケット交換装置１の入力回線対応部２Ｘは、自身が収容する入力回線４からパケットを入力する（Ｓ２１）と、最初にヘッダ読み取り手段２１によって、入力されたパケットのヘッダを読み取る（Ｓ２２）。そして、入力回線対応部２Ｘは、この情報を使って、ルーチング情報記憶手段２４を参照して出力回線対応部決定手段２２によって、転送先の出力回線対応部３を決定する（Ｓ２３）。ここでは、パケットの転送先は出力回線対応部３Ｙとする。
【００２７】
入力回線対応部２Ｘは、パケットを、インタフェース２３ｂから、転送先の出力回線対応部３Ｙのインタフェース３１ｃへとメッシュ型回線網７を通して転送する。出力回線対応部３Ｙは、転送されたパケットを、インタフェース３１ｃを介して受け取る。パケットを受け取った出力回線対応部３Ｙは、ヘッダ読み取り手段３２により、パケットのヘッダの優先クラスの情報を読み取る（Ｓ３１）。
【００２８】
優先制御実行手段３３は、この情報に従った優先クラスに応じた優先制御を行い、出力回線対応部３Ｙが収容する回線５へパケットを送信する（Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３５）。優先制御として、最優先クラス、帯域確保クラス、ベストエフォートクラスの３クラスの優先制御を例として説明する。
【００２９】
優先クラスの情報から最優先クラスと判断された（Ｓ３２）最優先クラスのパケットは、他のクラスのパケットを待たせて、最優先クラスパケット間では到着順に、出力回線対応部３Ｙが収容する回線５へ送信される（Ｓ３３）。優先クラスの情報から帯域確保クラスと判断された（Ｓ３２）帯域確保クラスのパケットは、送信待ちの最優先クラスのパケットが存在しない場合に、帯域確保クラスに割り当てられた帯域内において出力回線対応部３Ｙが収容する回線５へ送信される（Ｓ３４）。優先クラスの情報からベストエフォートクラスと判断された（Ｓ３２）ベストエフォートクラスのパケットは、送信待ちの最優先クラスのパケットが存在しない場合かつ帯域確保クラスに割り当てられた帯域内において送信すべき帯域確保クラスのパケットが存在しない場合（図３では、最優先クラス及び帯域確保クラスを上位クラスと表記）に、出力回線対応部３Ｙが収容する回線５へ送信される（Ｓ３５）。ベストエフォートクラスのパケットは、対応部３Ｙが収容する回線５へ送信される機会がないとバッファに蓄積されてゆき、バッファオーバーフローにより、廃棄される。優先制御実行手段３３から出力回線対応部３Ｙが収容する回線５へ送信されたパケットのみが、出力回線から出力される（Ｓ３６）。
【００３０】
以上の説明のように、本実施形態では、図１に示すように出力回線対応部３だけでパケット転送の優先制御を行う構成としたため、少なくとも優先制御に関しては、入力回線対応部２との間で情報をやり取りする必要がない疎な関係を実現しており、結果として、入力回線対応部２と出力回線対応部３をそれぞれある程度独立に構成することも可能になっている。このことは、入力回線対応部及び出力回線対応部の設計を容易にしているだけでなく、それぞれの部分に対してより高性能なハードウェアが登場したときには前記の高性能なハードウェアに更新することも容易にできる柔軟性の高いパケット転送装置とすることを可能にしている。また、前記した実施形態は、転送路をメッシュ型のものとして説明したが、これに限定されることなく、他の転送路、例えば、非特許文献1における大容量の光パススルーの確立を伴う形態の転送路のようなものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係るパケット転送装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示したメッシュ型回線網の具体例を示す図である。
【図３】図１のパケット転送装置の動作を示すシーケンス図である。
【図４】従来のパケット転送装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      パケット転送装置
２      入力回線対応部
３      出力回線対応部
４      入力回線
５      出力回線
７      メッシュ型回線網（転送路）
２１    ヘッダ読み取り手段
２２    出力回線対応部決定手段
２３    インタフェース（パケット送出手段）
２４    ルーチング情報記憶手段
３１    インタフェース（パケット受取り手段）
３２    ヘッダ読み取り手段
３３    優先制御実行手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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