(57)【要約】      （修正有）【課題】単純なブロッキングスイッチよりも性能が良く、大型のノンブロッキングスイッチに比べ安価なパケットスイッチクラスタ構成方法を提供する。【解決手段】複数のパケットスイッチをクラスタ状に接続するパケットスイッチクラスタ構成方法において、全体のトラフィックフローを把握し、そのローカリティに基づき、トラフィックをグループ化する。前記グループ化したトラフィックフローを、特定のパケットスイッチに集中させる。光クロスコネクトを用いて、前記グループ化したトラフィックフローを、特定のパケットスイッチに集中させる。【選択図】        図１
2004336498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパケットスイッチをクラスタ状に接続するパケットスイッチクラスタ構成方法において、
全体のトラフィックフローを把握し、そのローカリティに基づき、トラフィックをグループ化することを特徴とするパケットスイッチクラスタ構成方法。
【請求項２】
前記グループ化したトラフィックフローを、特定のパケットスイッチに集中させることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチクラスタ構成方法。
【請求項３】
光クロスコネクトスイッチを用いて、前記グループ化したトラフィックフローを、特定のパケットスイッチに集中させることを特徴とする請求項２に記載のパケットスイッチクラスタ構成方法。
【請求項４】
複数のパケットスイッチをクラスタ状に接続するパケットスイッチクラスタ構成方法において、
前記各パケットスイッチからトラフィックフロー情報を収集するステップ１と、
前記ステップ１で収集したトラフィックフロー情報に基づき、送信元ポートおよび送信先ポートの組み合わせによりスイッチ内フローをグループ化し、前記各パケットスイッチの各ポート単位毎に集計するステップ２と、
前記ステップ２で求めた情報に基づき、パケットスイッチ内よりパケットスイッチ外への通信量が多いポートと、通信量が最も少ないポートとを、前記各パケットスイッチの各ポート単位毎に選択するステップ３と、
前記ステップ３で求めた通信量が多いポートについて、宛先アドレスに基づきどのパケットスイッチへの通信が多いかを判別するステップ４と、
前記各パケットスイッチ毎に、前記ステップ３で求めた通信量が多いポートと、前記ステップ４で判別した当該通信量が多いポートの通信先となっているパケットスイッチに属するポートのうち最も通信量の少ないポートとを交換するステップ５とを備えることを特徴とするパケットスイッチクラスタ構成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターネットに代表されるパケット網の構築に使用されるパケットスイッチ（イーサネットスイッチ、ＦＤＤＩスイッチ等）を複数組み合わせて大容量化を図るスイッチクラスタの構成法に係わり、特に、電気式スイッチと光スイッチとを組み合わせたスイッチクラスタの構成法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パケット網においては、パケットスイッチによってパケットが宛先に転送される。このパケットスイッチとしては、半導体を用いた電気式スイッチと、光デバイスを用いた光スイッチが開発されているが、通常広く使われているのは電気式スイッチである。代表的なものに、イーサネットスイッチがあり、さまざまな内部交換容量、外部伝送速度をもつ製品が市販されている。
パケットスイッチには、ブロッキングスイッチとノンブロッキングスイッチの二種類がある。前者は、ポート収容帯域の総和に対して交換容量が十分でなく、スイッチング動作においてパケットを損失する可能性がある。
後者は、ポート収容帯域の総和を超える十分な交換容量を持ち、スイッチングにおけるパケットの損失は発生しない。
多数の収容ポートを持つ大型のパケットスイッチでは、ノンブロッキング性を維持するため、高速かつ複雑な内部交換網を具備するが、その分ポート単価は高くなる。
一方、収容ポート数が概ね８から４８以下の小型のパケットスイッチでは、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）技術を応用することにより、比較的低コストでノンブロッキングスイッチを構成する事ができる。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【非特許文献１】
Ｃｉｓｃｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｃｉｓｃｏ  ＩＯＳ  Ｎｅｔｆｌｏｗ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄａｔａｓｈｅｅｔ，
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｓｃｏ．ｃｏｍ／ｗａｒｐ／ｐｕｂｌｉｃ／ｃｃ／ｐｄ／ｉｏｓｗ／ｐｒｏｄｌｉｔ／ｉｏｓｎｆ＿ｄｓ．ｈｔｍ
【非特許文献２】
Ｓ．Ｐａｎｃｈｅｎ，ｅｔ，ａｌ．ＩｎＭｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ’ｓ  ｓＦｌｏｗ：Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒ                  ｉｎｇ  Ｔｒａｆｆｉｃ  ｉｎ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ａｎｄ  Ｒｏｕｔｅｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＩＥＴＦ，ＲＦＣ３１７６．
【非特許文献３】
Ｐ．Ａｍｓｄｅｎ，ｅｔ，ａｌ．Ｃａｂｌｅｔｒｏｎ’ｓ  Ｌｉｇｈｔ−ｗｅｉｇｈｔ  Ｆｌｏｗ  Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ                  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  １．０，ＩＥＴＦ，ＲＦＣ２１２４．特開平４−０００５０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、数百から数千という多数のポート収容を実現する際に、コストと性能とはトレードオフの関係にある。
即ち、性能を重視し、ノンブロッキングスイッチを構成するとコストが上昇し、一方、コストを重視し、ブロッキングスイッチを構成すると性能が十分でないという問題点がある。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、単純なブロッキングスイッチよりも性能が良く、大型のノンブロッキングスイッチに比べ安価なパケットスイッチクラスタ構成方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明では、低コストでノンブロッキング性を具備する小型のパケットスイッチをクラスタ状に組み合わせ、ポート間トラフィックをグループ化してこれら小型のパケットスイッチの１筐体に収まるよう接続を切替えることを特徴とする。
即ち、本発明では、安価なノンブロッキングスイッチを組み合わせ、そのノンブロッキング性を最大限生かすようにトラフィックの流れを調整することで、安価なブロッキングスイッチでありながら、トラフィックにローカリティがある場合はノンブロッキングスイッチとして動作させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［本発明の基本概念］
図１は、本発明に基づくスイッチクラスタの最も基本的なタイプ（直列型）を示す模式図である。なお、モジュールの構成は直列型に限らず、後述する図２に示すようなツリー構造でもよい。
本実施の形態のスイッチクラスタの作用を図１に基づいて説明する。
図１に示すスイッチクラスタの構成要素は、トラフィック切替え装置１、直列に相互接続される複数のノンブロッキングスイッチ２、および各スイッチから帯域使用量の情報を収集し、トラフィック切替え装置を制御する切替え装置コントローラ６の３部分と、これらを接続するモジュール間リンク回線３、ユーザ収容リンク回線４、制御インターフェース５である。
ユーザ機器は、ユーザ収容リンクに接続されており、初期状態におけるトラフィック切替え装置１の内部接続は、図１に示すようにノンブロッキングスイッチのポートと１対１になっている。
モジュール間リンク３の容量は、発生し得るトラフィックの最大値に比較して小さい。
このため、単一のノンブロッキングスイッチに比較して安価なシステムが構築できるが、ユーザ収容リンク側からこの装置を見た場合、ノンブロッキング性は保証されず、モジュール間リンク３の輻輳によりデータ欠落の恐れがある。つまり初期状態においては、従来技術によるブロッキングスイッチと等価である。
【０００７】
ここで、切替え装置コントローラ６は、以下のように作用する。
（１）各ノンブロッキングスイッチ２から得られる情報に基づき、トラフィックフローを把握する。
（２）送信元ポート／送信先ポートの組み合わせにより、各ノンブロッキングスイッチ内フローをグループ化し、ポート単位に集計する。この処理を、全ノンブロッキングスイッチ２について行う。
（３）前述の（２）で求めた情報に基づき、スイッチ内よりスイッチ外との通信量の多いポートと、通信量のもっとも少ないポートを選別する。
また、通信量の多いポートについては宛先アドレスに基づき、どのノンブロッキングスイッチ宛の通信が多いかを判別する。この処理を、全ノンブロッキングスイッチ２について行う。
（４）トラフィック切替え装置１を操作して、前述の（３）で求めた通信量の多いポートと、その宛先になっているノンブロッキングスイッチ２に属するポートのうちもっとも通信量の少ないポートとを交換する。この処理を、全ノンブロッキングスイッチ２について行う。
【０００８】
前述の処理は、トラフィックの変動に応じて定期的に行う。制御ループは概ね数分単位が適当であるが、特に制限はない。
以上説明したように、トラフィックをグループ化する事により、トラフィックフローがノンブロッキングスイッチ２に収まる範囲において、従来のノンブロッキングスイッチと同等の性能を得ることができる。
また、トラフィックのローカリティ（局所性）が十分でなく、フローがノンブロッキングスイッチ２に収まらない場合においては、フローのうち帯域使用率の大きなものから順に割り当てを行う。この結果、モジュール間リンク３の使用率が下がるため、従来のブロッキングスイッチを上回る性能を得ることができる。
トラフィックフローの把握については、様々な方式が考えられるが、詳細は後述する。
また、トラフィック切替え装置１としては、電気的スイッチと光クロスコネクトスイッチが考えられるが、リンク速度が早くなるにつれて、後者を用いる方が安価に構成できる。この場合は、モジュールとして使用するノンブロッキングスイッチ２も光インターフェースを具備するものとする。
【０００９】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を、図２に示すツリー型クラスタについて説明する。
図２は、本発明に基づくスイッチクラスタの最も基本的なタイプ（並列型）を示す模式図である。
図２の構成では、ノンブロッキングスイッチ２として、８ポートギガビットイーサネットスイッチを５台使用し、ユーザリンクの収容に４台、うち２ポートをモジュール間リンク３に使用するため、ユーザ収容リンクは、（８−２）×４＝２４本となる。
ポート番号では、各ノンブロッキングスイッチ２のポート７とポート８がモジュール間リンク３として使用され、ポート１から６がユーザ収容リンク４として使用される。
各ノンブロッキングスイッチ２におけるモジュール間リンク３とユーザ収容リンク４の比は、収容するユーザトラフィックのローカリティと、システムにかけ得るコストとのトレードオフとなる。
期待されるローカリティが強い場合には、モジュール間リンク３に要求される帯域は小さいため、比を大きく取る事ができ、結果として、ユーザ収容リンクのポート単価が低下する。
一方、期待されるローカリティが弱い場合には、モジュール間リンク３に割くべき帯域も大きくなり、ポート単価が上昇する。
【００１０】
なお、本実施の形態において、ユーザ収容ポートより高速なアップリンクポートを持つスイッチをノンブロッキングスイッチ２として採用してもよい。
例えば、１００Ｍｂｐｓイーサネット４８ポート、ギガビットイーサネット２ポート構成のスイッチ４台を図２のユーザ収容スイッチに適用すれば、ユーザ収容リンクは１９２本となる。
トラフィック切替え装置１としては、光クロスコネクトスイッチを使用する。これは、光クロスコネクトスイッチは、電気的なスイッチよりもシンプルで安価なためである。
また、各ノンブロッキングスイッチ２には、ＮｅｔＦｌｏｗ（前述の非特許文献１参照）、ｓＦｌｏｗ（前述の非特許文献２参照）、あるいは、ＬＦＡＰ（前述の非特許文献３参照）などのフロー情報検出装置が組み込まれている。
トラフィック切替え装置１（ここでは、光クロスコネクトスイッチ）を制御する切替え装置コントローラ６の処理手順を図３に示す。
まず、ノンブロッキングスイッチ２（即ち、光クロスコネクトスイッチ）の初期化を行い、ユーザ収容側とスイッチ側を１：１に接続する（ステップ１０）。
メインループでは、フロー情報の収集（ステップ１１）と、処理（ステップ１２）ー（ステップ１６）が主な手順である。
ｉ番目（ここでは、１≦ｉ≦４）のノンブロッキングスイッチ２のポートｍからポートｎへのトラフィックをＴｉｍ，ｎと表すと、ステップ１２の処理で生成されるトラフィック行列は、下記（１）式のように表される。
【００１１】
【数１】
2004336498.tif 000003
・・・・・・・・・・・・・・・・・  （１）
ここで、あるポートｊ（１≦ｊ≦６）について、下記（２）式のように定義する。
【００１２】
【数２】
2004336498.tif 000004
・・・・・・・・・・・・・・・・・  （２）
【００１３】
図４に、ｉ番目のノンブロッキングスイッチ２のポート１（ｊ＝１）における、ｔｏ＿ｌｏｃａｌ、ｔｏ＿ｒｅｍｏｔｅ、ｆｒｏｍ＿ｌｏｃａｌ、および、ｆｒｏｍ＿ｒｅｍｏｔｅの位置を示す。
また、トラフィックグルーピングを行うための閾値となる転送量をＴｔｈｒｅｓｈとする。Ｔｔｈｒｅｓｈは、例えば、回線使用率１０％に相当する転送量に設定する。
前述のステップ１３では、以下の処理を実行する。
Ｔｊ，ｔｏｔａｌの多い順にソートし、Ｔｊ，ｔｏｔａｌ＞Ｔｔｈｒｅｓｈを満たすものについて順に以下の判断をしていく。
（ａ）Ｔｊ，ｔｏ＿ｌｏｃａｌ＜Ｔｊ，ｔｏ＿ｒｅｍｏｔｅ、かつ、Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｌｏｃａｌ＜Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｒｅｍｏｔｅである場合、ポートｊを移動対象とする。
（ｂ）Ｔｊ，ｔｏ＿ｌｏｃａｌ＞Ｔｊ，ｔｏ＿ｒｅｍｏｔｅ、かつ、Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｌｏｃａｌ＜Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｒｅｍｏｔｅである場合、ポートｊを移動対象としない。
（ｃ）Ｔｊ，ｔｏ＿ｌｏｃａｌ＜Ｔｊ，ｔｏ＿ｒｅｍｏｔｅ、かつ、Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｌｏｃａｌ＞Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｒｅｍｏｔｅである場合、Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｌｏｃａｌ＜Ｔｊ，ｔｏ＿ｒｅｍｏｔｅであれば、ポートｊを移動対象とする。
（ｄ）Ｔｊ，ｔｏ＿ｌｏｃａｌ＞Ｔｊ，ｔｏ＿ｒｅｍｏｔｅ、かつ、Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｌｏｃａｌ＞Ｔｊ，ｆｒｏｍ＿ｒｅｍｏｔｅである場合、ポートｊを移動対象としない。
また、Ｔｊ，ｔｏｔａｌ＜Ｔｔｈｒｅｓｈであるポートには、「移動可能」のフラグを立てておく。
【００１４】
次に、前述のステップ１４では、以下の処理を実行する。
各ノンブロッキングスイッチ２で、「移動対象」となったポートのＴｊ，ｔｏ−ｒｅｍｏｔｅを構成するトラフィックフローの宛先アドレスを調べ、それらがもっとも多く属するノンブロッキングスイッチ２を移動先として選択する。この処理を、全ノンブロッキングスイッチ２に付いて実行する。
次に、前述のステップ１５では、以下の処理を実行する。
トラフィック切替え装置１を操作して順にポートの移動を実行する。
即ち、ｉ番目のノンブロッキングスイッチ２の「移動対象」ポートｊを、移動先のｎ番目のノンブロッキングスイッチ２の「移動可能」ポートの中で最も通信量の少ないポートｍと交換する。
この際、「移動対象」ポートｊに関連付けられていたＭＡＣアドレスと、「移動可能」ポートｍに関連付けられていたＭＡＣアドレスのエントリを全スイッチから消去する。
なお、前述の説明では、一度に一組ずつ交換する場合について説明したが、ｋれに限らず、例えば、Ｔｊ，ｔｏｔａｌの一番多いものを２ポート、一番少ないものを２ポートずつ取り出して「移動対象」、「移動可能」の組みを２組づつとしてもよい。
最後に、ステップ１６で、次の制御ループに入るまで指定時間待機する。
【００１５】
このように、本実施の形態では、各ノンブロッキングスイッチ２が、モジュール間リンク回線３の使用率を下げるようにポート収容の交換を行う。
これにより、全体のトラフィックのローカリティに対して適応的に組み替えが行われるため、各ノンブロッキングスイッチの使用率を高め、設備を効果的に使用することが可能となる。
特に、インターネットのように、トラフィックのローカリティが大きく、そのローカリティが予測不能な場合、従来のように単一の大型ノンブロッキングスイッチを設置することなく、小型のモジュール型スイッチを必要に応じて増減して使用することができるので、効率的な設備計画が可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のパケットスイッチクラスタ構成方法によれば、単純なブロッキングスイッチよりも性能が良く、大型のノンブロッキングスイッチに比べ安価なシステムを構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくスイッチクラスタの最も基本的なタイプ（直列型）を示す模式図である。
【図２】本発明に基づくスイッチクラスタの最も基本的なタイプ（ツリー型）を示す模式図である。
【図３】図１、図２に示す切替え装置コントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３で生成されるトラフィックフロー行列の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…トラフィック切替え装置、２…ノンブロッキングスイッチ、３…モジュール間リンク回線、４…ユーザ収容リンク回線、５…制御インターフェース、６…替え装置コントローラ。
【図１】
2004336498.tif 000005
【図２】
2004336498.tif 000006
【図３】
2004336498.tif 000007
【図４】
2004336498.tif 000008