(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたＡＴＭセルをその宛先情報に基づいて複数の出力ポートのうちの対応する出力ポートに分配するＡＴＭスイッチエレメントと、
各々がこのＡＴＭスイッチエレメントの各出力ポートに対応して設けられ、各々が独自のフォワーディング処理機能を有して、各出力ポートを介して入力されるＡＴＭセルを組み立てて得られるパケットに対して所定のフォワーディング処理を行なう複数のフォワーディング手段と、
この複数のフォワーディング手段の各々によって処理された各パケットのうち、同一のアドレスを有するものについては、各パケットを構成するＡＴＭセルに対してパケット毎に異なる宛先情報を付与する宛先情報付与手段と、
この宛先情報付与手段によって同一の宛先情報が付与されたパケットのＡＴＭセルを所定の量だけ蓄積し、この所定の量のＡＴＭセルが蓄積された形態で出力する出力手段と、
を具備することを特徴とするＡＴＭ中継装置。
【請求項２】
前記出力手段は、同一の宛先情報を有するパケットをコネクションごとの出力キューにキューイングして蓄積し、プロトコルデータユニット単位で出力することを特徴とする請求項１記載のＡＴＭ中継装置。
【請求項３】
前記プロトコルデータユニット単位のＡＴＭセルが蓄積されたかどうかをエンドフラグにより判定することを特徴とする請求項２記載のＡＴＭ中継装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＣＰ／ＩＰなどに代表される宛先情報を用いたパケット通信方式におけるＩＰ中継機能をＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)通信方式をべースとして構成したＡＴＭ中継装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及に伴い、インターネットインフラは拡大の一途をたどっている。ここでの重要な技術として複数の論理ネットワークを接続する装置がある。ブリッジ、ルータなどパケットの中継装置では、同一サブネット（論理ネットワーク）の通信ならばデータリンク層で、異なるサブネット（論理ネットワーク）間での通信ならばネットワーク層にてパケットの宛先毎のルーティング処理を行い転送を行う。
【０００３】
このようなパケットの中継においては、ホップバイホップ転送と呼ばれるパケットのフォワーディング方法が用いられている。図７はこのような従来のＡＴＭ中継装置の構成を示す図であり、複数のポート（＃１〜＃Ｎ）を有するＡＴＭスイッチエレメント１００ａを含むＡＴＭスイッチ１００と、この後段に接続され、セル／データユニット組立部（ＳＡＲ：Segmentation And  Reassembly）１０１ａと、ＣＰＵを含むＩＰ処理部１０１ｂとを有するＩＰフォワーディング部１０１とからなる。
【０００４】
このような構成を用いたホップバイホップ転送では、ＩＰヘッダ情報の抽出、及びパケットを次に送るべき宛先(next HOP)の判定をＣＰＵによるソフトウェア処理に依存している。したがってこの部分での処理速度がおそく、近年の通信トラヒックの高速化、増加の中で、複数の中継装置を介するようなネットワークにおいてはこれがボトルネックとなりスループットを上げる事が出来なかった。
【０００５】
近年このパケットのホップバイホップ転送の処理をハードウェアにより処理する方法が考え出されている。具体的にはＩＰパケットの宛先部分を出力回線情報と対応付けるテーブルルックアップを具備することにより高速検索し、配信する方式である。このハ−ドウェア処理を行なうことにより従来のソフトウェア処理に比較して、より高速な中継処理が可能となった。
【０００６】
そこで、ＡＴＭスイッチの後段にハードウェアによるＩＰフォワーディング機能を配置、処理を集中して行なうことが考えられるが、ホップバイホップの通信が頻繁に行われるならばこの部分への処理負荷が集中することが予想され、処理がオーバフローする。
【０００７】
そこで、さらに、ＡＴＭスイッチを利用した中継装置では、例えば連続したＩＰパケットデータを中継する場合には、レイヤ３レベルのネットワーク層の処理からカットスルー転送と呼ばれるレイヤ２レベルを用いた高速な転送処理に切り替える、セルスイッチルータ（以下ＣＳＲと呼ぶ）方式が提案されている。
【０００８】
この方式ではｆｔｐ，ｈｔｔｐといったプロトコルが用いられる比較的セッション時間の長い通信についてはカットスルー転送が行われるためにスループットの向上に有効であるが、セッション時間の短い通信、たとえば電子メールなどではやはりホップバイホップでの転送を必要とする。
【０００９】
したがってパケットのトラヒックが上がればホップバイホップ転送のトラヒックも増え、この部分においてはやはり通信のボトルネックとなることが予想される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ＣＳＲ方式を採用したとしても、ホップバイホップ転送の処理を一つのプロセッサ、あるいはーつの（信号処理）ハードウェア装置にて集中して行なうと将来的にネットワークが高速化、大容量化してＡＴＭスイッチからの容量が増えていった場合にはパケットトラヒックが上がるためにホップバイホップ転送のトラヒックも増え、通信のボトルネックとなってしまう。また、これによってその動作速度及び処理能力（アドレス検索処理など）などもより高速で大容量なものが要求されるためコストが増大することが考えられる。
【００１１】
本発明のＡＴＭ中継装置はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ＩＰフォワーディング処理部の負荷を分散して、ＩＰフォワーディング機能の動作速度及び処理能力などを上げることなく高速かつ大容量にパケットの中継を行なうことができるＡＴＭ中継装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明に係るＡＴＭ中継装置は、入力されたＡＴＭセルをその宛先情報に基づいて複数の出力ポートのうちの対応する出力ポートに分配するＡＴＭスイッチエレメントと、各々がこのＡＴＭスイッチエレメントの各出力ポートに対応して設けられ、各々が独自のフォワーディング処理機能を有して、各出力ポートを介して入力されるＡＴＭセルを組み立てて得られるパケットに対して所定のフォワーディング処理を行なう複数のフォワーディング手段と、この複数のフォワーディング手段の各々によって処理された各パケットのうち、同一のアドレスを有するものについては、各パケットを構成するＡＴＭセルに対してパケット毎に異なる宛先情報を付与する宛先情報付与手段と、この宛先情報付与手段によって同一の宛先情報が付与されたパケットのＡＴＭセルを所定の量だけ蓄積し、この所定の量のＡＴＭセルが蓄積された形態で出力する出力手段とを具備する。
【００１３】
また、第２の発明に係るＡＴＭ中継装置は、第１の発明に係るＡＴＭ中継装置において、前記出力手段は、同一の宛先情報を有するパケットをコネクションごとの出力キューにキューイングして蓄積し、プロトコルデータユニット単位で出力する。
【００１４】
また、第３の発明に係るＡＴＭ中継装置は、第２の発明に係るＡＴＭ中継装置において、前記プロトコルデータユニット単位のＡＴＭセルが蓄積されたかどうかをエンドフラグにより判定する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）は本実施形態に係るＡＴＭ中継装置の入力側の構成を示す図である。このＡＴＭ中継装置はハードウェアにて送り先ＩＰアドレスを検索する機構をＩＰフォワ−ディング機能として備えているものとする。
【００１６】
図１（ａ）の構成は基本的にＡＴＭスイッチ１０と、その後段に接続されたＩＰフォワーディング部２０とから構成される。
ＡＴＭスイッチ１０は複数の入力ポートを有し、ＡＴＭセルの宛先（ＶＰＩ／ＶＣＩ）毎に出力キューへとセルの分配を行なうＡＴＭスイッチエレメント１１と、ＶＣ（バーチャルコネクション）キュー＃１〜＃Ｎを有し、それぞれの出力ポートにおいて各ＶＣに対応するキューへと格納を行なうPer VCキューイング部１２とを含む。
【００１７】
また、ＩＰフォワーディング部２０は、前記した各ＶＣキュー＃１〜＃Ｎに対応して接続された複数のＩＰフォワーディング部＃１（２０−１）〜＃Ｎ（２０−Ｎ）から構成される。各ＩＰフォワーディング部、例えばＩＰフォワーディング部＃１（２０−１）はＡＴＭセルの分割、組立を行うＳＡＲ２１−１と、ＩＰパケットのフォワーディング処理を行なうＩＰ処理部２２−１とから構成される。
【００１８】
図１（ｂ）はＡＴＭ中継装置の出力側の構成を示す図である。出力側の構成では、ＡＴＭスイッチ１０は上記したＡＴＭスイッチエレメント１１とPerVC キューイング部１２とに加えて、同一宛先に対して、各キューに格納されたセルをＰＤＵ単位でスケジューリングしながら読み出し、マージするＶＣマージ部１３を有している。このＶＣマージ部１３はＡＴＭスイッチ１０の出力ポート＃１〜＃Ｎに接続されている。
【００１９】
上記した構成において、ＡＴＭセルにマッピングされたＩＰパケットはその宛先情報であるＶＰＩ／ＶＣＩによりＡＴＭスイッチエレメント１１により分配される。その際、本実施形態では負荷分散処理としてあらかじめ各ＶＣに対応するＩＰフォワーディング部２０ー１〜２０−Ｎの機能を独自に決めておき、ＶＣ毎のキューイング（ＶＣキュー＃１〜＃Ｎ）によりＩＰパケットの分配を行なう。
【００２０】
分配された各ＩＰパケットは各ＩＰフォワーディング部２０−１〜２０−Ｎ内のＳＡＲ部２１によりＩＰパケットへと再構築され、ＩＰ処理部２２においてそのＩＰパケットの送り先ＩＰアドレスが検索される。この検索については従来の方法におけるソフトウェアによる検索、あるいはハードウェアによるテーブルルックアップ検索による場合などが考えられる。
【００２１】
図２は上記したＩＰパケットの分散処理のようすを示す図である。図２では、ＶＰＩ／ＶＣＩ＝１のＡＴＭセルと、ＶＰＩ／ＶＣＩ＝２のＡＴＭセルとがＡＴＭスイッチ１０に入力されてＶＣキュー＃１と＃２に分配され、各ＳＡＲ２１−１，２１−２においてパケットに組み立てられた後、ＩＰ処理部２２−１、２２−２に入力されて送り先ＩＰアドレスの検索が行なわれる。
【００２２】
ＩＰ処理部２２−１、２２−２における検索によりフォワーディング情報を獲得したデータは、次の中継装置への出力処理が行われる。
すなわち、図１（ｂ）の出力側の構成において、各ＳＡＲ２１−１，２１−２により再びＡＴＭセルへとマッピングが行われ、ＡＴＭスイッチ１０へと入力される。ところで、本実施形態では複数のＩＰフォワ−ディング部２０−１〜２０−Ｎにより分散処理でＩＰフォワ−ディング処理を行なっているので、それぞれのＩＰパケットの次の出力先(NEXT HOP)が同一の送り先ＩＰアドレスになる場合がある。この場合、中継装置の出力時には同一のＶＰＩ／ＶＣＩに異なるＰＤＵ（プロトコルデ−タユニット）が存在する。
【００２３】
しかしながら図１（ｂ）の構成において、各ＩＰフォワ−ディング部２０−１〜２０−Ｎからの出力で同一のＶＰＩ／ＶＣＩを持つＡＴＭセルへのマッピングを行なうとＡＴＭスイッチ内でＰＤＵデータの混入が発生し、ＩＰパケットデ−タが破壊される。図３は分散処理によるＰＤＵデータの混入の問題を説明するための図である。
【００２４】
図３において、それぞれのＩＰパケットＡ、ＩＰパケットＢの次の出力先(NEXT HOP)がアドレス＃119 である場合、ＶＰＩ／ＶＣＩが同じ宛先＃110 を有するＩＰパケットＡ、ＩＰパケットＢをそれぞれＡＴＭセル化して、ＡＴＭスイッチ１０に入力するとＰＤＵが混入した形となり、次の出力先(NEXT   HOP)＃119 での再生においてＰＤＵ−Ａ、ＰＤＵ−Ｂが正しく復元できない。
【００２５】
そこで本実施形態では、各ＩＰフォワ−ディング部２０−１〜２０−Ｎの検索において次の出力先(NEXT   HOP)  として同じＩＰパケットデータが得られた場合には、宛先情報付与手段としてのＳＡＲ２１においてパケット毎に各ＡＴＭセルに対して互いに異なる“仮のＶＰＩ／ＶＣＩ”を割り当ててスイッチングを行ない、出力手段としてのPer Vcキューイング部１２においてＰＤＵ単位のキューイング処理を行なうことでスイッチングによるＰＤＵの混入、パケットデータの破壊を回避するようにする。
【００２６】
図４は本実施形態による分散処理によるＰＤＵ混入の問題を回避する方法を説明するための図である。ここでは説明の便宜上、ＩＰフォワ−ディングのＩＰパケットはそれぞれＰＤＵ−Ａ，ＰＤＵ−Ｂとして扱われ、マッピングされているものとする。
【００２７】
ここでは上記した“仮のＶＰＩ／ＶＣＩ”としてそれぞれ、宛先情報＃111 と＃112 が組み立てられたＡＴＭセルに対して割り当てられる。また、次の出力先(NEXT   HOP)  は＃119 である。
【００２８】
ＡＴＭスイッチ１０に入力されたＡＴＭセルはその宛先に従い任意の出力ポートへとスイッチングされる。その際、この”仮のＶＰＩ／ＶＣＩ”＃111 と＃112 毎にPer Vcキューイング部１２においてＡＴＭセルのキューイングを行なうことでそれぞれのＶＣキューにおいてＰＤＵデータ (ＩＰパケットデータ) を独立に形成して格納することができる。
【００２９】
図４において、PerVc キューイング部１２の後段のＶＣマージ部１３はPerVC キューイングの状態を監視しており、ＰＤＵができていることを確認した上で各ＶＣキューからの出力を促す。図４において（１）はＰＤＵ−Ａを、（２）はＰＤＵ−Ｂを読み出すことを意味している。
【００３０】
このようにＰＤＵ単位で各ＶＣキューよりＡＴＭセルを出力し、ＶＣマージ部１３において、同一ＶＰＩ／ＶＣＩ#110にＰＤＵ−Ａ，ＰＤＵ−Ｂをマ−ジしてＩＰフォワーディングを終了する。
【００３１】
図５はこのＶＣマージ部１３の構成を示すブロック図である。図５において、ＶＣキューイング部１２に入力されたセルデータはＰＤＵを形成したことをＰＤＵ判定部１３３へ通知する。この判定は図６に示すように例えばＡＡＬ(ATM ADAPTATION LAYER)メッセージとしてＰＤＵのエンドフラグ１５０などにより認識し、通知をおこなう。
【００３２】
ＰＤＵ判定部１３３においてＰＤＵが形成されたと認識されたＶＣキューについてはスケジューラ１３２によりＰＤＵ単位でＡＴＭセルの読み出しが行われ、バッファ１３１へと格納されていく。このスケジューラ１３２によりＰＤＵ単位の順序が制御され、ＶＣマージが行われることになる。バッファ１３１によりＰＤＵのシーケンスが保持されたデータはＶＰＩ／ＶＣＩ変換部１３４により次の出力先(NEXT HOP)に該当するＶＰＩ／ＶＣＩへッダを付け替えられて転送される。
【００３３】
このように、本実施形態においては、ＡＴＭスイッチの後段に複数のＩＰフォワーディング部を配置して分散処理を行なうようにしたので、その動作速度及び処理能力（アドレステ−ブルエントリ数）などを上げることなく、より高速で大容量なＩＰ中継処理に対応することが可能となる。またＡＴＭスイッチとの組み合わせにより、負荷分散はＰＤＵ毎つまりＡＴＭコネクシヨン毎のキューイングにより実現できることからコストの増大を軽減することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、中継装置においてＡＴＭスイッチ後段に複数のＩＰフォワーディング部を配置して分散処理を行うようにしたので、その動作速度及び処理能力などを上げることなく、より高速で大容量なＩＰ中継処理に対応することが可能となる。またＡＴＭスイッチとの組み合わせにより、負荷分散はＰＤＵ毎つまりＡＴＭコネクシヨン毎のキューイングにより実現できることからコストの増大を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本実施形態に係るＡＴＭ中継装置の入力側の構成を示す図であり、（ｂ）はＡＴＭ中継装置の出力側の構成を示す図である。
【図２】ＩＰパケットの分散処理のようすを示す図である。
【図３】本実施形態の分散処理によるＰＤＵデータの混入の問題を説明するための図である。
【図４】本実施形態の分散処理によるＰＤＵ混入の問題を回避する方法を説明するための図である。
【図５】図４に示すＶＣマージ部の構成を示すブロック図である。
【図６】  Per VCキューイング部に入力されたセルデータがＰＤＵを形成したことを判定する方法の一例を示す図である。
【図７】従来のＡＴＭ中継装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＡＴＭスイッチ、
１１…ＡＴＭスイッチエレメント、
１２…PerVC キューイング部、
１３…ＶＣマージ部、
２０（２０−１〜２０−Ｎ）…ＩＰフォワーディング部、
２１−１〜２１−Ｎ…ＳＡＲ、
２２−１〜２２−Ｎ…ＩＰ処理部。
【図１】
0003805880.tif 000002
【図２】
0003805880.tif 000003
【図３】
0003805880.tif 000004
【図４】
0003805880.tif 000005
【図５】
0003805880.tif 000006
【図６】
0003805880.tif 000007
【図７】
0003805880.tif 000008