(57)【要約】【課題】分散型アーキテクチャを用いたパケット転送装置において、各入力回線から受信するトラヒック量に応じた消費電力を実現することで装置単体もしくは複数装置内で省電力となる転送方式を提供する。【解決手段】分散型アーキテクチャを用いたパケット転送装置において、あるラインカードに対するパケットの入力が少ない場合、そのラインカードの受信側で行う宛先ラインカードの検索処理を他のラインカードで代行する。検索処理が不要となったラインカードの受信側では、これらの処理に関係する回路の電源供給もしくはクロック供給を停止させ、装置の省電力化を実現する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパケット処理部を有し、
一部のパケット処理部の搭載部品の一部の電力供給を停止する省電力モードとし、
前記省電力モードのラインカードの出力回線ＩＦ（インタフェース）と他のパケット処理部の入力回線ＩＦを接続して転送経路とし、
前記省電力モードのパケット処理部が受信したパケットを前記転送経路を介して前記他のパケット処理部に転送し、
前記他のパケット処理部は、前記パケットのヘッダ情報を基に宛先パケット処理部を検索し、検索結果に基づいて前記パケットを転送することを特徴とするパケット転送装置。
【請求項２】
前記省電力モードのパケット処理部は、前記省電力モードのパケット処理部の識別情報を前記パケットに付加して前記他のパケット処理部に転送し、
前記他のパケット処理部は、前記識別情報を基に宛先パケット処理部を検索す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。
【請求項３】
前記他のパケット処理部は、当該他のパケット処理部で受信したパケットの処理情報を格納した第１の記憶部と、前記省電力モードのパケット処理部から受信したパケットの処理情報を格納した第２の記憶部を有し、
前記識別情報が付加されているパケットを受信すると、前記第２の記憶部から前記識別情報が付加されているパケットの処理を検索することを特徴とする請求項２に記載のパケット転送装置。
【請求項４】
前記省電力モードのパケット処理部は、自身が有する受信回線ＩＦと、前記転送経路と接続する出力回線ＩＦとを対応付けた設定情報を格納する第３の記憶部を有し、
前記省電力モードのパケット処理部のパケットを受信した受信回線ＩＦが、前記第３の記憶部において、前記転送経路と接続する出力回線ＩＦと対応付けられている場合、受信したパケットを前記出力回線ＩＦに転送することを特徴とする請求項３に記載のパケット転送装置。
【請求項５】
前記省電力モードのパケット処理部はＦＥ（パケット転送エンジン）と、ＳＥ（パケット検索エンジン）と、ＴＭ（トラヒックマネージャ）を搭載しており、
前記他の装置へのパケット転送処理は前記ＦＥにより行われ、
前記ＳＥと前記ＴＭには電力が供給されていないことを特徴とする請求項４に記載のパケット転送装置。
【請求項６】
複数のパケット処理部を有し、
前記複数のパケット処理部を接続交換部により接続し、
一部のパケット処理部の搭載部品の一部の電力供給を停止する省電力モードとし、
前記省電力モードのパケット処理部が受信したパケットを前記接続交換部を介して前記他のパケット処理部に転送し、
前記他のパケット処理部は、前記パケットのヘッダ情報を基に宛先パケット処理部を検索し、検索結果に基づいて前記パケットを転送することを特徴とするパケット転送装置。
【請求項７】
前記省電力モードのパケット処理部は、前記省電力モードのパケット処理部の識別情報を前記パケットに付加して前記他のパケット処理部に転送し、
前記他のパケット処理部は、前記識別情報を基に宛先パケット処理部を検索することを特徴とする請求項６に記載のパケット転送装置。
【請求項８】
前記他のパケット処理部は、当該他のパケット処理部で受信したパケットの処理情報を格納した第１の記憶部と、前記省電力モードのパケット処理部から受信したパケットの処理情報を格納した第２の記憶部を有し、
前記識別情報が付加されているパケットを受信すると、前記第２の記憶部から前記識別情報が付加されているパケットの処理を検索することを特徴とする請求項７に記載のパケット転送装置。
【請求項９】
前記省電力モードのパケット処理部は、自身が有する受信回線ＩＦと、前記他のパケット処理部とを対応付けた設定情報を格納する第３の記憶部を有し、
前記省電力モードのパケット処理部のパケットを受信した受信回線ＩＦが、前記第３の記憶部において、前記他のパケット処理部と対応付けられている場合、受信したパケットを前記前記接続交換部を介して前記他のパケット処理部に転送することを特徴とする請求項８に記載のパケット転送装置。
【請求項１０】
前記省電力モードのパケット処理部はＦＥ（パケット転送エンジン）と、ＳＥ（パケット検索エンジン）と、ＴＭ（トラヒックマネージャ）を搭載しており、
前記他の装置へのパケット転送処理は前記ＦＥにより行われ、
受信パケットの前記接続交換部を介しての前記他のパケット処理部への転送はＴＭにより行われ、
前記ＳＥには電力が供給されていないことを特徴とする請求項９に記載のパケット転送装置。
【請求項１１】
複数のパケット処理部を有し、
前記複数のパケット処理部を接続交換部により接続し、
一部のパケット処理部の搭載部品の一部の電力供給を停止する省電力モードとし、
前記省電力モードのラインカードの出力回線ＩＦ（インタフェース）と他のパケット処理部の入力回線ＩＦを接続して転送経路とし、
前記省電力モードのパケット処理部が受信したパケットを前記接続交換部または前記転送経路を介して前記他のパケット処理部に転送し、
前記他のパケット処理部は、前記パケットのヘッダ情報を基に宛先パケット処理部を検索し、検索結果に基づいて前記パケットを転送することを特徴とするパケット転送装置。
【請求項１２】
前記省電力モードのパケット処理部は、前記省電力モードのパケット処理部の識別情報を前記パケットに付加して前記他のパケット処理部に転送し、
前記他のパケット処理部は、前記識別情報を基に宛先パケット処理部を検索することを特徴とする請求項１１に記載のパケット転送装置。
【請求項１３】
前記他のパケット処理部は、当該他のパケット処理部で受信したパケットの処理情報を格納した第１の記憶部と、前記省電力モードのパケット処理部から受信したパケットの処理情報を格納した第２の記憶部を有し、
前記識別情報が付加されているパケットを受信すると、前記第２の記憶部から前記識別情報が付加されているパケットの処理を検索することを特徴とする請求項１２に記載のパケット転送装置。
【請求項１４】
前記省電力モードのパケット処理部は、自身が有する受信回線ＩＦを前記転送経路と接続する出力回線ＩＦと、または、自身が有する受信回線ＩＦを前記他のパケット処理部と対応付けた設定情報を格納する第３の記憶部を有し、
前記省電力モードのパケット処理部のパケットを受信した受信回線ＩＦが、前記第３の記憶部において、前記転送経路と接続する出力回線ＩＦと対応付けられている場合、パケットを受信したパケットを前記出力回線ＩＦに転送し、
前記省電力モードのパケット処理部のパケットを受信した受信回線ＩＦが、前記第３の記憶部において、前記他のパケット処理部に対応付けられている場合、パケットを前記前記接続交換部を介して前記他のパケット処理部に転送することを特徴とする請求項１３に記載のパケット転送装置。
【請求項１５】
前記省電力モードのパケット処理部はＦＥ（パケット転送エンジン）と、ＳＥ（パケット検索エンジン）と、ＴＭ（トラヒックマネージャ）を搭載しており、
前記他の装置へのパケット転送処理は前記ＦＥにより行われ、
受信パケットの前記接続交換部を介しての前記他のパケット処理部への転送はＴＭにより行われ、
前記ＳＥには電力が供給されていないことを特徴とする請求項１４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】
単一装置内もしくは複数装置内で、電力もしくはクロックの供給を停止させた部品に応じて消費電力の削減を実現するパケット転送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及を背景に、ネットワークの基幹を構成するルータやスイッチ(パケット転送装置)の更なる高速化・高機能化が求められている。パケット転送装置は、複数の入出力回線を持ち、これらを介して複数のパケット転送装置や各種端末と相互に接続される。
【０００３】
パケット転送装置の主な処理は、入力回線から受信したパケットを装置内に保持する宛先表等に従って特定の出力回線から出力すること、装置で定めた条件からパケットを廃棄すること、パケットに含まれる制御情報(ヘッダ情報)を書き換えること、パケットを新たに生成して特定の出力回線から出力すること等が挙げられる。
【０００４】
昨今のパケット転送装置は、上記の処理を高速に実行するために、特定の処理に特化したハードウェアを幾つも利用する傾向がある。以前は複雑な処理を行うにはハードウェアの能力が足りないため、十分な性能を得ることが厳しかったが、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA (Field Programmable Gate Array)などに関する技術が進歩するにつれてハードウェア上でも多彩な処理を実現できるようになった。そのため、高い性能への要求と相まってハードウェア化の傾向の一因となっている。
【０００５】
しかし、ハードウェアは高速に種々の処理を実現できる一方で、その動作を支えるために非常に多くの電力が必要となる。装置内で、ハードウェア化を進めることは、処理性能を大きく高める効果がある一方で、消費電力の増大という問題を引き起こす。特に、昨今のネットワークは大規模化が進んでおり、ネットワークを構成するパケット転送装置も多数必要となるため、消費電力の増加は非常に大きな問題となっている。
【０００６】
パケット転送装置に関する消費電力増加の問題に対し、装置が必要とする性能に応じて消費電力を抑える技術として特許文献1や特許文献2が提案されている。
【０００７】
特許文献1では、入出力回線のリンク状況を監視し、使われていない入出力回線に関係する回路の電源供給を停止し、装置全体の消費電力を削減することが出来る。しかし、各入出力回線が接続されており、リンクもしているが入力されるパケットの量が非常に少ない場合、すなわち少しでもその回線にデータが流れる状態では、電源供給を停止するわけにはいかないため、消費電力を削減することが出来ない。また、電源供給を停止する回路は、パケット転送装置内の他のハードウェアと比較しもともとの電力消費量が少ないため、大きな電力の削減効果を得ることが難しい。
【０００８】
特許文献2は、パケット転送装置を通るパケットの流量を監視し、流量に応じてハードウェアに供給するクロック信号の停止、切替えを動的に実行することで消費電力を削減する技術について提案している。しかし、文献中には中継処理ボードに2つの中継セットを搭載する構成が示されているに留まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平11-88458号公報
【特許文献２】特開2007-228491号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２に示すように、一般にパケット転送装置は、他の装置とパケットを交換するための処理部を有する複数のラインカードと、ラインカード同士を接続するクロスバスイッチを有する。ラインカード上の部品の性能は、入力回線からおよびクロスバスイッチからのパケットの流入量の最大値もしくはそれに順ずる程度の性能を持つように設計されることが多い。
【００１１】
しかし、入力回線およびクロスバスイッチからのパケットの流入量が各部品の処理性能の限界値となることは稀である。そのため、ラインカード上の部品は、多くの場合パケットを受信していなくても、動作時ほどではないにしても相応の電力を消費し続けてしまうという問題があった。
【００１２】
例えば、入出力回線が16本用意されているにも関わらず、接続されているのは2本だけである場合でも、ASICやFPGAへのクロック供給は常に一定であるならば、必要以上の電力を消費してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、複数のラインカードを持つ分散型アーキテクチャで構成されたパケット転送装置において、あるラインカードが処理すべきパケットが十分に少ない場合、そのラインカードの受信側での検索処理を別のラインカードの受信側で代行させることにより、処理すべきパケットの少ないラインカードの消費電力を抑制することを可能にする。
【００１４】
受信側の検索処理が不要となったラインカードでは、パケット検索エンジンおよびメモリとCAMだけでなく、トラヒックマネージャやパケット転送エンジンの一部も動作が不要となる。この動作が不要となった部品への電源やクロックの供給を停止させることで消費電力の削減を実現する。
【００１５】
また、処理を代替するラインカードへのパケットの転送経路に入出力回線を用いることで、処理を代替するラインカードが同一の装置内に存在する制約すら無くなる。以降の実施例にて発明方式の詳細を説明する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明を用いたパケット転送装置では、入力回線からパケット受信を行うラインカード上の受信側の処理を他のラインカードの受信側で実行することで、動作不要となるラインカード上の部品を作り出し、その部品への電源もしくはクロックの供給を停止させることで省電力を実現する。
【００１７】
また、処理を依頼するラインカードと処理を依頼されるラインカードを入出力回線を用いて接続することで、処理の依頼にはクロスバスイッチを使う必要がなくなるため、これまでに省電力の対象とならなかったトラヒックマネージャも消費電力削減の対象とすることが出来、また複数の装置をまたいだ構成をも可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例1のパケット転送経路例である。
【図２】分散型アーキテクチャを用いたパケット転送装置の構成である。
【図３】分散型アーキテクチャのパケット転送装置内におけるパケット転送フローである。
【図４】ラインカードを構成する各種部品の関係を示した図である。
【図５】受信側と送信側の共通動作をする部品をそれぞれ共通の部品でで実現したラインカードである。
【図６】受信側における受信パケットの転送経路例である。
【図７】受信側における受信パケット処理フローである。
【図８】送信側における送信パケットの転送経路例である。
【図９】送信側における送信パケット処理フローである。
【図１０】検索処理を代替させるパケット転送方式である。
【図１１】実施例1のパケット転送フローである。
【図１２】実施例１のラインカード間を複数の入出力回線でつないだ場合である。
【図１３】実施例１の複数のラインカードを省電力にする場合の例である。
【図１４】実施例１の複数のラインカードが処理を代替する場合の例である。
【図１５】実施例２の２台の装置間でのパケット転送例である。
【図１６】実施例２の複数装置間に拡張した場合のパケット転送例である。
【図１７】実施例２における複数装置間の接続例である。
【図１８】実施例２における複数装置間の転送フローである。
【図１９】本発明の省電力効果の比較である。
【図２０】省電力を実現するパケット転送装置の構成である。
【図２１】省電力化を実現するためのパケット転送のフローである。
【図２２】スケジューリングによる動作切り替えのフローである。
【図２３】本発明を実行するために必要となる装置設定の例である。
【図２４】省電力化のためのパケット転送に入出力回線とクロスバスイッチを併用した場合の転送例である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１９】
（パケット転送装置について）
最初にパケット転送装置の構成と動作について説明する。パケット転送装置には、転送に必要な検索やスイッチング等の機能を集約した集中型アーキテクチャで構成されたものと、装置内に分散させた分散型アーキテクチャで構成されたものの2種類に分類できる。分散型アーキテクチャは、パケット転送装置が具備する入出力回線が増加しても、入出力回線の増加に応じて転送処理を行う機能を追加することが容易で拡張性に優れるため、大規模なパケット転送装置で頻繁に用いられる。以降、分散型アーキテクチャを用いたパケット転送装置を対象とする。
【００２０】
分散型アーキテクチャを用いたパケット転送装置の構成を図2に示す。パケット転送装置を構成する要素は大きくラインカード200/201/202、クロスバスイッチ210、制御部220の3つに分類することが出来る。
【００２１】
さらに、ラインカードは装置外から入力されたパケットを処理する受信側230と装置外にパケットを出力する処理を行う送信側240から構成される。
【００２２】
受信側では、受信したパケットを転送すべきラインカードの検索を行い、検索結果に従ってパケットに制御情報を付加した後にクロスバスイッチへ送信する。検索結果によっては、パケットに対して廃棄処理を実行したり、パケットヘッダを書き換えるような処理も実行する。
【００２３】
送信側では、クロスバスイッチから受信したパケットと制御情報を元に、ラインカード上のどの出力回線から装置外に送信するべきか検索を行い、検索結果に従って出力回線からパケットを送信する。送信側でも同様に、検索の結果からパケットを廃棄したり、パケットヘッダを書き換えるような処理も実行する。
【００２４】
制御部220は、パケット転送装置全体の電源やパケット処理を制御するプロセッサと、データの読み出しやプログラムの実行時に利用するメモリ、データやプログラムを格納する記憶媒体からなることが一般的である。
【００２５】
パケット転送装置内の処理フローを図3を用いて示す。パケット転送装置は、入力回線からパケットを受信すると、パケットを受信したラインカードの受信側にてパケットを最終的に出力する出力回線を持つラインカード(宛先ラインカード)を検索する(S301）。次に廃棄対象のパケットかの判断を行う(S302）。この時、宛先ラインカードが見つからない場合や、装置の運用ポリシに反するパケットはここで廃棄される(S309)。廃棄する必要が無いパケットは、転送エンジンにてパケットを転送するための情報と宛先ラインカードで必要となる情報をまとめた制御情報をパケットに付加し(S303)、クロスバスイッチに渡す。パケットはクロスバスイッチ経由で宛先ラインカードの送信側に到着する(S304)。宛先ラインカードの送信側では、パケットに付加されている制御情報とパケットのヘッダ情報を用いて、出力すべき出力回線を検索する(S305)。検索の結果、廃棄対象のパケットかを判断する(S306)。廃棄すべきと判断された場合、ここでもパケットは廃棄される(S309）。廃棄する必要が無い場合には、パケットに付加された制御情報を取り外し(S307)、検索結果が示す出力回線からパケットを送信する(S308）。
【００２６】
（ラインカード）
パケット転送装置の構成要素であるラインカードの受信側、送信側の詳細な内部構成を図4に示す。
受信側における入力回線とのインタフェース、もしくは送信側の出力回線とのインタフェースとなるデバイスがPHY400〜407である。PHYは、回線を通過する電気信号とパケット転送装置が認識できるフォーマットを相互に変換する処理を実行する。
【００２７】
パケット転送エンジン410/411は、PHYもしくは後述のトラヒックマネージャ420/421から受信したパケットに対して、後述の検索エンジン430/431から受信する検索結果に従ってパケットヘッダの書き換えや制御情報の生成、削除およびパケットの廃棄などを実行する。パケットを処理した後に、適切なトラヒックマネージャもしくはPHYへとパケットを転送する。また、パケット転送エンジンはパケットに対する検索を行っている間、パケットを蓄えておくためのメモリ440/441を必要とする。また、パケット転送エンジン410/411は、後述する図23の設定等を格納する記憶領域を有する。または、外部の記憶領域を用いてもよい。
【００２８】
パケット検索エンジン430/431は、パケット転送エンジンと接続される。パケット転送エンジンからは、パケットヘッダやパケットを受け取った入力回線番号、もしくはクロスバスイッチ経由で送られてきた制御情報が送られる。これらの情報を受信したパケット検索エンジンは、パケット処理の規則が設定されているメモリやCAM(Content Addressable Memory)450/451を使い、パケットの処理を決定する。パケットの処理が決定すると、その結果をパケット転送エンジン410/411に通知する。パケット検索エンジンは、パケット処理の規則を記述したメモリやパケット検索処理のためのCAMを必要とする。
トラヒックマネージャ420/421は、ラインカードとクロスバスイッチのインタフェースとなるデバイスである。クロスバスイッチが期待するラインカードへ適切にパケットを転送するために必要な制御情報をパケットに付加したり、クロスバスイッチから受信したパケットと付加された制御情報を取り出して、パケット転送エンジンに渡す処理を行う。
【００２９】
上で示したように、受信側と送信側には、ほぼ同様の機能を持ったデバイスを用いることが出来る。そこで、図5に示すような各デバイスを送信側と受信側で統合し、1つにする構成も頻繁に用いられる。図5の各デバイスは回線からクロスバスイッチ向きと、クロスバスイッチから回線向きの双方向の処理が必要であり、昨今では受信側と送信側を1つに纏めたデバイスが一般的となっている。
【００３０】
次に、図6および図7を用いて、パケット転送フローとラインカードの受信側の各部品がどのように対応しているかを説明する。入力回線から受信されたパケットはPHY602でパケット転送エンジンが認識できる形にフォーマット変換される(S701）。フォーマット変換されたパケットはパケット転送エンジン610に送られる。
【００３１】
パケット転送エンジンでは、パケットが入力された入力回線などの制御情報を生成し(S702）、パケット転送エンジン630に接続されるメモリ640にパケットを記録させる(S703）。また、パケット転送エンジンは当該制御情報やパケットヘッダなどをパケット検索エンジンに転送する。
【００３２】
パケット検索エンジンはパケットヘッダや制御情報を受け取ると(S704）、CAMやメモリ650を利用して宛先となるラインカード番号や廃棄指示などのパケットに対する処理内容を決定する(S705）。パケット処理内容が決定すると、その結果をパケット転送エンジン610に転送する(S706）。パケットの処理内容などを受け取ったパケット転送エンジンは、検索結果からパケットを操作する(S707）。具体的には、受け取ったパケットが廃棄対象のパケットかを判断し(S708）、廃棄が必要であれば該当パケットを廃棄し(S711）、パケットヘッダの書き換えが必要であれば書き換えを行い、トラヒックマネージャがクロスバスイッチ経由でパケットを流せるように、制御情報を付加する。これらの処理が行われたパケットはトラヒックマネージャ620に転送される。
【００３３】
トラヒックマネージャではパケット転送エンジンから受け取った制御情報をもとにクロスバスイッチがパケットを宛先ラインカードに転送できるようにフォーマット変換する(S709）。フォーマット変換されたパケットはクロスバスイッチへ送信され、宛先ラインカードに転送される(S710）。
【００３４】
次に、図8および図9を用いて、パケット転送フローとラインカードの送信側の各部品がどのように対応しているかを説明する。クロスバスイッチから受信したパケットはトラヒックマネージャ820でパケット転送エンジンが認識できるようにフォーマット変換を行う(S901）。さらに、パケットと共に送られてくる制御情報も取り出し、パケット転送エンジン810に転送される。
【００３５】
パケット転送エンジン810では、トラヒックマネージャから受け取ったパケットと制御情報を分離する(S902）。パケットはパケット転送エンジン810に接続されるメモリ840に記録される(S903）。制御情報とパケットヘッダをパケット検索エンジン830に転送する(S904）。
【００３６】
パケット検索エンジン830は、受け取ったパケットのヘッダ情報と制御情報を元に、接続されるメモリとCAM850を使って該当パケットの処理を検索する(S905）。送信側の検索では宛先ラインカードではなく、宛先の出力回線を決定する。さらに受信側と同様に廃棄やパケットヘッダの書き換えなども決定される。この検索結果は、パケット転送エンジン810に送られる(S906）。
【００３７】
検索結果を受け取ったパケット転送エンジンは、検索対象となったパケットをメモリ840から読み出し、検索結果に従ってヘッダの書き換えやパケットの廃棄などを実行する(S907-S911）。その後、パケットを廃棄しないのであれば、宛先の出力回線に接続されるPHY802へパケットを転送する。パケットを受け取ったPHYは出力回線が認識できる形にパケットを変換し、変換されたパケットを出力回線から送信する(S910）。
【００３８】
（パケット処理の代替）
本実施例のパケット処理の代替を説明するに当たり、パケット転送装置に搭載されるラインカードには複数の入出力回線が具備されていること、同一ラインカード上では受信側にあるパケット転送エンジンから送信側にあるパケット転送エンジンへパケットを転送する経路を備えていること、各ラインカード上のパケット検索エンジンが他ラインカード上のパケット検索エンジンの処理を代替できること、すなわち他ラインカードにも同様の設定が出来る場合について説明する。
【００３９】
同一ラインカード上で受信側にあるパケット転送エンジンから送信側にあるパケット転送エンジンへパケットを転送する経路を備えていない場合でもクロスバススイッチによる転送を行えば同様の処理が可能となる。
【００４０】
図1を用いて、ラインカード100の受信側の処理をラインカード102の受信側で代替し、ラインカード104の出力回線からパケットを送信する場合について説明する。まずは、転送経路を作るために、受信側の処理を委託するラインカード100の送信側の出力回線と処理を委託されるラインカード102の受信側の入力回線を、通常パケット転送装置を接続する際に用いられるケーブルを用いて接続する。
【００４１】
ラインカード100の受信側では、パケット転送エンジン110にて入力回線から受信したパケットに受け取ったラインカード番号と入力回線番号(パケットを受信した回線が一意に決めることが出来る。)を制御情報としてパケットに付加する。制御情報が付加されたパケットは、送信側のパケット転送エンジン111に送られる。この時、受信側から転送されたパケットは、後述する図23の設定であらかじめ決められた、処理を代替するラインカードと接続されている送信側の出力回線140に出力される。この出力回線から出されたパケットはケーブルを通って処理を代替するラインカード102の受信側に到着する。
【００４２】
ラインカード102の受信側では、パケット転送エンジン112が、パケット検索エンジン122にパケットのヘッダ情報とラインカード100から受信したことと、入力回線の番号が制御情報として送られる。パケット検索エンジン122は、受け取った情報から宛先ラインカードもしくは廃棄情報などを検索する。この際にも後述する図23の設定を使用する。以降の処理は、図3で示したフローと同じである。
【００４３】
この手法によって、ラインカード100の受信側では、パケット検索エンジン120、メモリとCAM150、トラヒックマネージャ130にはデータが一切流れる必要が無いため電力もしくはクロックの供給を停止させることが出来る。また、パケット転送エンジン110に関しても、パケット転送エンジン120やトラヒックマネージャ130とのインタフェースを動作させる必要がなくなるため、部分的に電力の供給を止めることができる。図1では、電力供給を全部もしくは一部停止できる部品に関して、色付けを行った。
【００４４】
また、従来のパケット検索エンジンを停止させる技術ではクロスバスイッチを2回パケットが通過する必要があったが、本技術では通過する回数は1回である。これは、この処理には関係しない別ラインカード間のクロスバスイッチを経由する転送には一切影響を与えることが無い利点につながる。
【００４５】
図20に省電力機能を実現するためのパケット転送装置の構成を示す。本発明では、ラインカード上の受信側パケット転送エンジンと、送信側パケット転送エンジンの間にパケットの授受が出来る転送経路を必要とする。また、パケットを転送するために、ラインカード間をPHY経由で1つ以上つなぎ、転送経路を作ることが必要になる。そして、ラインカードの受信側のパケット検索エンジンで、入出力回線経由で転送されてきたパケットに対して、別のラインカードの検索情報を用いて検索を実行する処理機構が必要となる。この機能は、パケット検索エンジンの設定に転送されてきたか否かを判断する機構を加えることで実現する。しかし、その他の構成要素に関しては、既存のパケット転送装置に用いられている仕組みをそのまま使用することが可能である。
【００４６】
図21で図20の構成を用いたパケット転送のフローを示す。パケット転送装置のラインカード2001上のPHY2002が入力回線からパケットを受信すると、受信側FE2003で受信パケットの制御情報を生成する(S2101)。次に、制御情報を付加したパケットを受信側FE2003用のメモリ2004に格納し(S2102)、格納したパケットを送信側FE2005に順次転送する(S2103)。この際、クロスバススイッチ2015を使用せずに、受信側FE2003と送信側FE2005との間に設けられた転送路2006を利用する。
【００４７】
送信側FE2005では、予め設定してあるPHY2007にパケットを転送する(S2104)。パケットを転送されるPHY2007は処理を代替させるラインカード2008のPHY2009と予めケーブル2010で接続されている。当該ケーブル2010を介して処理を代替するラインカード2008にパケットが到着する(S2105)。
【００４８】
ラインカード2008では、受信側のPHY2009でパケットを受信し、受信側FE2011にパケットが渡される。受信側FE2011は受信側SE2012にパケットのヘッダと制御情報を渡す。このときの制御情報には少なくとも前述したケーブルを接続した別ラインカードのPHYを一意に識別する識別子、もしくはケーブルで接続されるラインカードの識別子が含まれる。両方を含んでもよい。ラインカード2008の受信側SE2012はヘッダ情報と制御情報を基に処理を検索する(S2106)。
【００４９】
受信側SE2012はパケットが廃棄対象かを調べ(S2107)、廃棄対象であれば受信側FE2011においてパケットが廃棄される(S2114)。
【００５０】
廃棄しない場合は、受信側FE2011で検索家かから制御情報を書き換えて受信側TM2014にパケットを転送し(S2108)、クロスバススイッチ2015を介して図示していない宛先のラインカードにパケットと制御情報を転送し(S2109)、宛先のラインカードの送信側SEにおいてパケットの制御情報からパケットを出力する回線が検索され(S2110,S2111)、送信側FEにおいて廃棄するか(S2114)、送信側FEにおいてパケットヘッダの書き換えや制御情報の取り外しを実行した後(S2112)、出力回線からPHY経由でパケットが送信される(S2113)。  尚、図10のように、ラインカードのPHY同士でケーブルを接続しなくとも、クロスバススイッチを用いて代替ラインカードへパケットを転送することも可能である。この場合、TMの電力供給は止められないが、ラインカードのポートを転送路として使用する必要がなくなる。図10の場合のフローを図11に示すが、ケーブルを介しての転送か、クロスバススイッチを介しての転送かのみの相違であり詳細な説明は割愛する。
【００５１】
次に、図22を用いて省電力を実行する場合としない場合の切り替えについて説明する。本発明では、図20で示したようにラインカード間を入出力回線で接続する必要がある。この入出力回線が接続された状態で装置の設定を切り替える。この切り替えは、ユーザがパケット転送装置に対してコマンドを発行することで実現しても良いし、スケジューラで監視しておき、設定した時刻が来たら自動で実現される形でも良い。この切り替えにおいてパケットの転送順序が逆転することの無いよう、パケットの転送処理を装置が持つメモリを使って一時停止させ、処理中のパケットが全て無くなってから切り替えを実行する。
【００５２】
バケットの転送順序が逆転するとは、例えば、あるフローを代替ラインカードで転送処理していた場合、代替処理をやめてから受信したパケットのほうがパケット転送装置内での経路が短くなり、結果として外部に転送するパケットの順番が入れ替わるような場合をいう。
【００５３】
通常転送から省電力転送への切り替えについて図22のS2201-S2208を用いて説明する。検索処理を休む（省電力転送モードに切り替える）ラインカードと検索処理を代替するラインカードの入出力回線をケーブルで接続し(S2201)、検索処理を実行する（処理を代替する）ラインカードのパケット検索エンジンの設定を有効にする(S2202)。具体的には図23の設定を有効にして転送パケットを処理できるようにする。尚、ケーブルは接続したままでも良い。ケーブルを普段は外しておくことにより、ラインカードのポートを有効活用できる。
【００５４】
その後、検索処理を休むラインカードの受信処理を停止し、それまでにメモリに蓄えたパケットが空になるまで既存の転送処理を続行する(S2203,S2204)。
【００５５】
検索処理を休むラインカード内の受信側のパケットが無くなると、それ以降のメモリから読み出すパケットが送信側FEに流れるように経路変更する(S2205)。また、検索処理を休むラインカードでパケットに、パケットを受信した装置、ラインカード、PHYに対応する回線番号を付加する設定に変更する(S2206)。尚、(S2205,S2206)の手順は前後しても良い。
【００５６】
次に、検索処理を休むラインカードで動作が不要になる部品の電力もしくはクロック供給を停止する(S2207)。次に、検索処理を休むイランカードで受信側メモリからの読み出しを再開する(S2208)。尚、(S2207,S2208)の手順は前後しても良い。
【００５７】
省電力転送から通常転送への切り替えも同様に図22のS2209-S2216を用いて説明する。検索処理を休むラインカードの受信側メモリの読み出しを停止する(S2209)。次に、検索処理を休んでいるラインカードで電力もしくはクロックの供給を停止している部品への供給を再開する(S2210)。装置内にこのラインカードから転送された処理中のパケットが無くなったら、検索処理を休んでいるラインカードの受信側パケット転送エンジンからの出力先がトラヒックマネージャになるように設定を変更する(S2211-S2212)。その後、処理を代替するラインカード上のパケット検索エンジンの追加設定を無効にし(S2213)、検索処理を休んでいるラインカードをパケットに、パケットを受信した装置、ラインカード、PHYに対応する回線番号を付加しない設定に変更する(S2214)。その後、パケットの転送を再開する(S2215-S2216)。
【００５８】
尚、図22の処理用のプログラムは、図1の制御部220によって実行される。プログラム自体は制御部220の記憶媒体もしくは外部の記憶媒体に格納されている。
【００５９】
図23に、本発明を実行するに当たって必要となる設定の例を示す。
【００６０】
図23(a)のパケット転送エンジン（FE）の設定2300に関しては、転送する先の出力回線と入力回線の対応を決めるための設定と、パケット転送エンジン同士の経路に変更する設定が含まれる。FEの設定2300はFE内部に格納される。もしくは、FEの外部の記憶部を利用してもよい。
【００６１】
図1の設定を例に説明すると、FEの設定2300では、転送するかのフラグである転送2301と、各受信側PHYに対応する入力回線ID2302と、各送信側PHYに対応する出力回線ID2303と、処理を代替さえるラインカードを示す出力ラインカードID2300からなる。
【００６２】
検索処理を休むラインカードの受信側FEは、パケットを受信すると、転送2301と入力回線ID2302を参照し、送信側FEに送信するかを判断する。例えば、図23では入力回線ID2302が「100」の場合は転送2301が「Y」なので、出力側FEに転送する。出力側FEは入力回線ID2302「110」を参照して、出力回線ID2302「110」が示すPHYから受信したパケットを代替ラインカードに転送する。
【００６３】
尚、受信側FEと送信側FEで図23(a)のテーブルを持っても良いし、受信側FEは転送2301と入力回線ID2302のみ保有し、送信側FEは出力回線ID2302のみ保有しても良い。
【００６４】
次に、図10のようにラインカードのPHY同士をケーブルで繋がない場合は、代替ラインカードへの転送はクロスバススイッチを利用するので、パケットを受信した入力側FEが出力ラインカードID2300を参照して、直接代替ラインカードにパケットを送信する。例えば、入力回線ID2302が「102」の場合は転送2301が「Y」であり、出力回線IDは空白であり、出力ラインカードID2300は「2」なので、出力側FEでなくクロスバイスイッチを経由してパケットを送信する。
【００６５】
パケット検索エンジン(SE)は図23(ｂ)の設定以外にも、入力回線に対して、転送形態が通常のものか入出力回線を経由したものか、そして転送されてきたものであれば、転送パケットに対する検索テーブルを含む。この検索テーブルは、転送元のラインカードにあるパケット検索エンジンが持つ設定に等しい。
【００６６】
代替処理を行うラインカードのSEはパケットを受信すると、図23(ｂ)のSEの設定2305の入力回線ID2306を参照して、どのPHYが受信したかを判断する。次に、受信形態2307により、パケットを受信したPHYが代替処理の転送用か通常用なのかを判断する。転送用である場合、対応する経路検索用テーブル2305のテーブルで処理を検索する。このように図23(ｂ)のSEの設定2305を用いることにより、特定の入力回線から受信したパケットは専用の検索テーブル（転送元のラインカードにあるパケット検索エンジンが持つ設定）のみを用いての検索が可能となる。仮にこの構成をとらない場合は、代替ラインカードのSEで全ての検索テーブルを総当りで検索しなければならず、非常に高い負荷が予想される。
【００６７】
図19で、各部品の一般的な消費電力を用いて本発明の効果を定量的に示す。パケット検索エンジンの消費電力はパケット検索エンジン自体およびそれに付随するメモリとCAMを含んだ値、パケット転送エンジンの消費電力はパケット転送エンジン自体およびそれに付随するメモリを含んだ値、トラヒックマネージャの消費電力はトラヒックマネージャ自体に関しての値である。この結果から、本発明では、ラインカードごとに、通常方式と比較して140W以上の消費電力を削減することができ、図10で示した方式と比較すると60Wの消費電力を削減することが出来る。
【００６８】
一方、図1のラインカード100への入力パケットの総和が出力回線1本分よりも多くなる場合には、入力されるパケットの量に応じて図12のように2本以上の入出力回線のペアを用いた構成に拡張することも可能である。この時、ラインカード1200の送信側の出力回線と、ラインカード1201の受信側の入力回線を複数接続する。ラインカード1200に入力回線から入ってくるパケットを、予め入力回線と迂回経路用の出力回線を対応させておき(ある入力回線の転送用出力回線は一意に決まるように)、この対応に従って出力回線時から転送する。入力回線と出力回線を一意に対応付けることで、単一の入力回線から受信する連続したパケットの順序を保証することが出来る。
【００６９】
さらに、図13を用いて処理を依頼するラインカードが複数になった場合の動作を示す。この場合は、複数の処理を休みたいラインカードと1つの処理を代替するラインカード間を接続する点のみ変更を必要とする。図13の例では、ラインカード1300とラインカード1302を省電力で動作させようとしている。また、ラインカード1301が動作を代替する。この場合、ラインカード1300の転送用出力回線とラインカード1301の入力回線をつなぎ、ラインカード1302の転送用出力回線とラインカード1301の入力回線をつなぐことで、複数のラインカードからの処理の依頼を受けることが可能となる。
【００７０】
図14では、処理を代替するラインカードが複数になった場合の動作を示す。この場合、省電力で動作させるラインカード1400に転送用の出力回線を、代替するラインカードの数だけ用意する。これらの出力回線と処理を代替するラインカードの入力回線を1つ以上接続する。ラインカード1400では、図12の説明時と同様にある入力回線ごとに入ってきたパケットを処理させるラインカードを指定する形をとる。また、図13および図14から複数のラインカードの処理を別の複数のラインカードが代替するように拡張することも容易である。
【実施例２】
【００７１】
実施例１に加え、別装置と入出力回線経由で接続することで、複数装置をまたいだパケット処理の集約による省電力化を実現することも可能となる。複数装置にまたがる拡張方法に関して、図15を用いて説明する。図15では、パケット転送装置1500のラインカード1540の受信側処理をパケット転送装置1501のラインカード1511の受信側で実行するケースを示している。パケット転送装置1500ラインカード1540の転送用出力回線をパケット転送装置1501のラインカード1511の受信側の入力回線と接続する。
【００７２】
パケット転送装置1500のラインカード1540ではパケットを入力回線から受信すると、パケット転送装置1501のラインカード1511と接続されている出力回線に転送する。パケット転送装置1501のラインカード1511の受信側で宛先ラインカードを検索する。検索の結果、宛先のラインカードがパケット転送装置1501に所属する場合には、以降は単一装置内の場合と同様に動作することが出来る。
【００７３】
一方、検索の結果宛先のラインカードがパケット転送装置1500に所属する場合には、もう一度、パケット転送装置1500にパケットを転送する必要がある。そこでパケット転送装置1500にパケットを戻すための転送経路をもう1つ作る必要がある。この場合では、パケット転送装置1501上のラインカードとパケット転送装置1500上のラインカードを接続する必要がある。パケット転送装置1501のラインカード1511での検索結果、宛先ラインカードがパケット転送装置1501に無い場合には、ここで接続した転送経路に再びパケットを送出する。
【００７４】
図15では、パケット転送装置1501からパケット転送装置1500へは、パケット転送装置1501のラインカード1521からパケット転送装置1500のラインカード1520としている。再度、パケット転送装置1500のラインカード1520の受信側でパケットの検索を行い、宛先ラインカードを決定する。以降は、単一装置内のパケットの転送と同様の処理で進めることが出来る。
【００７５】
さらに、3台以上の装置間でも同様の接続で実現可能である。この場合を図16に示す。最終的に複数の装置が数珠繋ぎになり、最後に接続される装置と最初の装置が繋がれることが必要である。もし、途中の装置のラインカードに宛先があればそこでパケットの転送は終了する。
【００７６】
次に、複数装置をまたいだ省電力実現方式のもう一つの例を示す。図17は図16と同様に他装置のラインカードに処理を代替させる場合である。ただし、図16では各装置が数珠繋ぎであったのに対し、ここでの接続は省電力を実現したい装置から処理を代替するラインカードへはスター型に接続する。すなわち、処理を代替するラインカードは各装置内に少なくとも1つずつ必要となる。
【００７７】
尚、図15-17の構成をとった場合、図23(a)の出力ラインカードID2304を複数装置のラインカード間で重複しないように設定するか、出力ラインカードID2304と装置IDを対応付けて記憶させる必要がある。
【００７８】
図17では、省電力を実現するのはパケット転送装置1700のラインカード1702とする。また、処理を代替するラインカードとして、パケット転送装置1700のラインカード1703とパケット転送装置1710のラインカード1711とパケット転送装置1720のラインカード1721があるものとする。この時、パケット転送装置1700のラインカード1701がパケットを受信したとき、パケットは受信した入力回線が特定できるように、装置番号とラインカード番号と入力回線番号が付加されて、図23(a)のテーブルを参照して各装置の処理を代替するラインカードに転送される。
【００７９】
パケットを受け取った各装置のラインカードは、受け取ったパケットの転送先を検索する。その際、図23(b)の経路検索用テーブル2305を用いて検索を行う。検索した結果、パケットの宛先ラインカードが自装置内に存在しない場合は、その場で廃棄処理を実行する。宛先ラインカードが自装置内に存在する場合には、クロスバスイッチを経由して宛先ラインカードにパケットを転送する。この場合の転送フローを図18に示す。  パケット転送装置1700のラインカード1702が入力回線からパケットを受信すると、ラインカード1702のパケット転送エンジン(FE)において制御情報（装置番号とラインカード番号と入力回線番号）をパケットに付加し(S1801)、処理を代替するラインカード1711かラインカード1712に転送する(S1802)。転送先の判定には図23(a)を用いる。
【００８０】
パケットを受信した処理を代替する側のラインカードでは制御情報を基に、図23(b)を参照し、宛先ラインカードを検索し(S1803)、パケットが廃棄対象かを判断する(S1804)。  自装置宛でない場合は検索結果からパケットを操作し、図15と同様に他のパケット転送装置に転送する(S1809)。
【００８１】
自装置宛の場合は、宛先が自装置内のラインカードかを判定し(S1805)、自装置宛である場合は検索結果からパケットを操作し、廃棄対象か判別した後に、クロスバスイッチ経由で宛先ラインカードに転送される(S1805-S1808)。
【実施例３】
【００８２】
実施例１および実施例２では、パケットの検索機能を集約するためのパケット転送を入出力回線経由で行った。しかし、必要に応じて転送経路を入出力回線とクロスバスイッチで使い分けることも可能である。図24は、検索処理を代替するラインカードが同一装置内に有る場合にはクロスバスイッチ経由で、装置をまたがる場合には入出力回線経由でパケットを転送する一例である。ラインカード2420、2423、2424、2425がラインカード上の検索処理を休み、ラインカード2421が別ラインカードの検索処理を代替するものとする。
【００８３】
この時、ラインカード2424と2421および2425と2421が入出力回線経由で接続される必要がある。この時、ラインカード2420と2421および2423と2421はクロスバスイッチ経由で接続されているため、既存の構成のままで十分である。パケット転送装置間をまたがる場合には、図11および図18で示したフローに従う。一方、同一パケット転送装置内では、図10で示した転送方式に従う。この場合、トラヒックマネージャの電力消費を抑えることができないが、転送経路の確保に必要とする入出力回線の数を抑えることが出来る利点がある。
【００８４】
ただし、装置間をまたぐ転送では、クロスバスイッチを用いた転送は出来ないため実施例１および２で示したように入出力回線を用いることが必要となる。図24で示した以外にも、本発明を用いれば消費電力削減の効果と必要とする入出力回線の数のトレードオフを考慮した配分が可能となる。
【符号の説明】
【００８５】
100、102、104、200、201、202、1000、1001、1200、1201、1300、1301、1302、1400、1511、1520、1521、1540、1702、1703、1711、1721、2420、2421、2422、2423、2424、2425・・・ラインカード
110、111、112、410、411、810・・・パケット転送エンジン
120、122、430、431、610、630、830、1010、1011・・・パケット検索エンジン
130、420、421、620、820、1030・・・トラヒックマネージャ
140、400、401、402、403、404、405、406、407、602、802・・・PHY
150、450、451、650、850、1020・・・パケット検索用メモリおよびCAM
210、1040、2410、2411・・・クロスバスイッチ
440、441、640、840・・・メモリ
220・・・制御部
230・・・受信側
240・・・送信側
1500、1501、1700、1710、1720、2400、2401・・・パケット転送装置
【図１】
2011233992.tif 000003
【図２】
2011233992.tif 000004
【図３】
2011233992.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011233992.tif 000007
【図６】
2011233992.tif 000008
【図７】
2011233992.tif 000009
【図８】
2011233992.tif 000010
【図９】
2011233992.tif 000011
【図１０】
2011233992.tif 000012
【図１１】
2011233992.tif 000013
【図１２】
2011233992.tif 000014
【図１３】
2011233992.tif 000015
【図１４】
2011233992.tif 000016
【図１５】
2011233992.tif 000017
【図１６】
2011233992.tif 000018
【図１７】
2011233992.tif 000019
【図１８】
2011233992.tif 000020
【図１９】
2011233992.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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