(57)【要約】【課題】  パケット交換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独立性を高め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と優先制御実行部２５を備え、出力回線対応部３に優先制御実行部３２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からヘッダ情報と優先クラスに応じて所定の出力回線対応部３にパケットを送出し、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にパケット交換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交換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交換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送出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交換するパケット交換装置において、
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、前記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送出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と、前記決定した出力回線対応部に前記転送路を通して交換するパケットを送出するパケット送出手段備え、
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
を特徴とするパケット交換装置。
【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交換装置の構成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰパケットを交換単位とする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、パケット交換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、大きく分けて入力回線対応部と出力回線対応部とスイッチ部の３つの機能部により構成される。従来技術による構成において、効率の良い優先制御を行う場合、３つそれぞれの機能部を個別に構築するにあたり、３つの機能部間でのインタフェース規定が複雑になるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、機能部間のインタフェース規定を簡単にし、独立性を高めることにある。
【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交換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交換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送出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交換するパケット交換装置において、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、前記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送出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と、前記決定した出力回線対応部に前記転送路を通して交換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、前記転送路は、メッシュ型回線網により構成される。
【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パケットを送出する。これにより、出力回線対応部に収容された出力回線が、送出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、入力回線対応部及び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。また、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交換できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力回線対応部と出力回線対応部の間のインタフェース規定を簡易にすることができ、前記入力回線対応部と前記出力回線対応部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】
【００１３】
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交換装置を示すブロック図である。図１において、パケット交換装置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）へと送出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。
【００１４】
［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、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２３ａ、２３ｂ、ルーチング情報記憶手段２４、及び優先制御実行手段２５により構成される。前記ヘッダ読取手段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。そして、前記優先制御実行手段２５により、前記出力回線対応部３Ｘと接続するインタフェース２３ａ、後記する出力回線対応部３Ｘのインタフェース３１ａ及び前記メッシュ型回線網７の回線帯域の状況を判断して、パケットのヘッダ情報に基づく優先クラスに従って優先制御される。ここで、インタフェース２３（２３ａ，２３ｂ）は、請求項におけるパケット送出手段に該当する。前記インタフェース２３の転送容量は、大きいものであっても、小さいものであっても良いが、転送容量の小さいものであった場合には、これが原因で輻輳が生じることがある。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。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。
【００１５】
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、優先制御実行手段２５による優先制御に従って、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、優先度の高い優先クラスのパケットは、優先的に確保された帯域を用いて、決定された出力回線対応部３のインタフェース３１に優先的に送信されるが、優先度の低い優先クラスに属している又は優先クラスが決められていないパケットは、残りの帯域を用いて送信され、一部が棄却されることがある。なお、優先制御手段２５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。
【００１６】
［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（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の送出を制御する。前記インタフェース３１の転送容量は、大きいものであっても小さいものであってもよい。ただし、転送容量の小さいものであった場合には、これが原因で輻輳が生じることがある。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。
【００１７】
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。
【００１８】
［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。
【００１９】
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。
【００２０】
これを図４に示す構成と比較すると、前記メッシュ型回線網７が図４におけるスイッチ部６に代替する機能を担っていることがわかる。この比較からわかるように、本実施形態の構成を採用した結果、図４の構成では必要だった入力回線対応部２Ｂとスイッチ部６Ｂ（図４参照）の間のインタフェース規定とスイッチ部６Ｂと出力回線対応部３Ｂの間のインタフェース規定は必要がなくなり、入力回線対応部２Ｂと出力回線対応部３Ｂのインタフェース規定だけを考えればよい。これにより、インタフェース規定の組み合わせの数が減るだけでなく、インタフェース規定自体も簡易化される。
【００２１】
入力回線対応部とスイッチ部と出力回線対応部がある構成（図４参照）では、入力回線対応部２Ｂとスイッチ部６Ｂの間のインタフェース規定とスイッチ部６Ｂと出力回線対応部３Ｂの間のインタフェース規定には、輻輳制御に関してきめ細かな対応が必要になる。そうしなければ、出力回線対応部の輻輳の変動に対してスイッチ部６Ｂと入力回線対応部２Ｂを介して適正量のパケットが到着するようになるまでにやや大きな制御遅延が生じてしまい、この制御遅延が輻輳の変動パターンに応じて大幅に変わってしまうという不都合が生じる。よって、インタフェース規定をある程度複雑にせざるを得ない。これに対して、本実施形態の入力回線対応部２Ｂと出力回線対応部３Ｂの輻輳制御を行うためのインタフェース規定を簡易化しても、本実施形態では入力回線対応部２Ｂと出力回線対応部３Ｂが直接接続の関係にあるので、前記制御遅延は一定の範囲内に抑えることができる。さらに、優先クラスの違いやバッファの使用状況等についての対応も含めるとすると、本実施形態におけるインタフェース規定の簡易性はより重要度を増す。
【００２２】
更に、出力回線対応部が複数の出力回線を収容する構成を考えた場合のインタフェース規定では、出力回線対応部での特定の出力回線に起因する輻輳に伴う送信規制を行うときに、該当する出力回線対応部への送信規制のインタフェース規定だけではなく、該当する出力回線対応部が収容する出力回線ごとに送信規制に関するインタフェース規定も必要となる。これに対して、本実施形態の構成では、入力回線対応部と出力回線対応部の間で直接接続が、なされているので、単純に全ての出力回線についての送信規制のインタフェース規定だけでも良好な輻輳制御ができる。
【００２３】
他にも、多段階（ここでは３段階とする。）のスイッチ部からなる構成を考えた場合のインタフェース規定では、多段構成の３つのスイッチ部の中で中央に位置するスイッチ部では、出力側のスイッチ部での輻輳に伴う送信規制を行うときに、前記出力側のスイッチへの送信規制のインタフェース規定だけではなく、その出力側のスイッチ部に接続されている出力回線ごとの送信規制に関するインタフェース規定も必要となる。これに対して、本実施形態の構成では、すべての回線についての入力回線対応部と出力回線対応部の間で直接接続がなされているので、出力回線単位で隣接している入力回線対応部への送信規制を行う単純なインタフェース規定だけでも良好な輻輳制御ができる。
【００２４】
加えて、スイッチ部６Ｂが介在するために必要だったパケットのヘッダ情報を処理するためのインタフェース規定等も省略でき、この面でもインタフェース規定の簡易化に寄与する。
【００２５】
［パケット交換装置の動作］
次に、以上説明した構成のパケット交換装置の動作を、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、パケット交換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、送出先の出力回線対応部３を決定する（Ｓ２３）。ここでは、パケットの送出先は出力回線対応部３Ｙとする。そして、ヘッダの情報を元に優先クラスの高低を判断する（Ｓ２４）。その結果、そのパケットの優先クラスの方が高い場合、入力回線対応部２Ｘは、優先制御実行手段３３の管理下で優先確保されている帯域を用いて（Ｓ２５）、出力回線対応部３Ｙが収容する出力回線５からパケットを転送する。そのパケットの優先クラスの方が低い又は優先クラスが設定されていない場合、残りの帯域で出力可能な範囲内で（Ｓ２６）、所定の出力回線５からパケットを転送する。この場合、残りの帯域が不足している際には一部のパケットを棄却して（Ｓ２６）、残りのパケットだけを転送することになる。
【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、送出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を通して送出する。出力回線対応部３Ｙは、送出されたパケットを、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（図２参照）では、入力回線対応部２Ａと出力回線対応部３Ａをメッシュ型回線網７で直接接続する構成を採用したため、入力回線対応部２Ａと出力回線対応部３Ａは従来のようなスイッチ部６（図４参照）を介して複雑な情報をやり取りする必要がない関係を実現している。その結果として、入力回線対応部２と出力回線対応部３の相互間について独立性の高い構成が可能になっている。このことは、本実施形態が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構成であ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交換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のパケット交換装置の動作を示すシーケンス図である。
【図４】従来のパケット交換装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      パケット交換装置
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】
2006074398.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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