JP2017204801A - パケット転送装置およびパケット転送方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低遅延で消費電力にも考慮したバーストトラフィックソリューションを提供する。【解決手段】ネットワークに接続され、ネットワークを介してパケットを送受信するパケット転送装置において、それぞれがネットワークを介してパケットを送受信するための入力回線および出力回線を収容する複数のインタフェース部と、インタフェース部において受信したパケットの出力先の判定を行うパケット中継部を有し、インタフェース部に、送受信パケットの管理を行うパケット管理部を備え、パケット管理部は、パケットの受信状況およびパケット中継部の処理状況に応じて、動作状態を切り替える。【選択図】 図１
Description
本発明は、パケット転送技術に関し、特に、バーストトラフィックが発生するネットワークにおけるパケット転送方法およびパケット転送装置に関する。
近年、サーバからの瞬間的なバーストトラフィック（マイクロバースト）、スマートホンのアプリケーションの多セッションや通勤時間帯のユーザの大量移動に伴う一斉ハンドオーバーなどから発生するバーストトラフィックが問題となっている。
また、分散型サービス妨害（ＤＤｏＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｄｅｎｉａｌ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）攻撃のように悪意をもってバーストトラフィックを発生させ、ネットワークをダウンさせることも問題となっている。
このように、バーストトラフィックにはユーザトラフィックの増大による通信の集中と悪意のある攻撃による通信の集中の２種類が存在する。
これに対し従来技術では、前者に対しては特許文献１に記載されたようにトラフィックシェーピングによりパケットを遅延させ平滑化することで解決してきた。後者に対しては特許文献２に記載されたように、ある程度の負荷は許容し、基準を超えたパケットを廃棄することで対応していた。
また、分散型サービス妨害（ＤＤｏＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｄｅｎｉａｌ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）攻撃のように悪意をもってバーストトラフィックを発生させ、ネットワークをダウンさせることも問題となっている。
このように、バーストトラフィックにはユーザトラフィックの増大による通信の集中と悪意のある攻撃による通信の集中の２種類が存在する。
これに対し従来技術では、前者に対しては特許文献１に記載されたようにトラフィックシェーピングによりパケットを遅延させ平滑化することで解決してきた。後者に対しては特許文献２に記載されたように、ある程度の負荷は許容し、基準を超えたパケットを廃棄することで対応していた。
前述の特許文献１、特許文献２は、ともにパケットを受信後に処理を開始するものであるため、遅延が生じる。さらに、特許文献１は受信したすべてのパケットをメモリに格納する必要があり、バーストトラフィックが発生していない場合にも遅延が発生する。さらに、パケットを受信してからの処理であるため、処理対象のトラフィックは多いままでありや消費電力増加の問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低遅延で消費電力にも考慮したバーストトラフィックソリューションを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ネットワークに接続され、ネットワークを介してパケットを送受信するパケット転送装置において、一例として、それぞれがネットワークを介してパケットを送受信するための入力回線および出力回線を収容する複数のインタフェース部と、インタフェース部において受信したパケットの出力先の判定を行うパケット中継部を有し、インタフェース部に、送受信パケットの管理を行うパケット管理部を備え、パケット管理部は、パケットの受信状況およびパケット中継部の処理状況に応じて、動作状態を切り替えるようにしたものである。
また、動作状態には、高負荷モードと低負荷モードがあり、パケット管理部は、パケット中継部から通知される高負荷通知に基づいて、動作状態を高負荷モードまたは低負荷モードに切り替えるようにしたものである。
本発明によると、低遅延で消費電力にも考慮したバーストトラフィックソリューションを提供することができる。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例におけるパケット転送装置の構成を示す図である。
図１に示すパケット転送装置１００は、複数のインタフェース部１１０と、１つのパケット中継部１４０から構成される。各インタフェース部１１０は、パケット送信部１２０と、パケット受信部２００と、パケット管理部３００から構成される。パケット転送装置１００は、入力回線１０１を介してネットワークからパケットを受信する。受信したパケットは、パケット中継部１４０にて出力先を判定し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信する。インタフェース部では、パケット中継部１４０の負荷状況に応じて、パケットをメモリ１３０に格納するか否かを判定し、パケットがメモリ１３０に格納されていた場合、パケット中継部１４０の負荷が低下後に、格納したパケットをメモリ１３０からリードし、パケット中継部１４０へ転送する。なお、詳細は図２以降で説明するが、図１の点線の矢印はパケットの送信方向を、実線の矢印は制御信号の送信方向を示している。
図１に示すパケット転送装置１００は、複数のインタフェース部１１０と、１つのパケット中継部１４０から構成される。各インタフェース部１１０は、パケット送信部１２０と、パケット受信部２００と、パケット管理部３００から構成される。パケット転送装置１００は、入力回線１０１を介してネットワークからパケットを受信する。受信したパケットは、パケット中継部１４０にて出力先を判定し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信する。インタフェース部では、パケット中継部１４０の負荷状況に応じて、パケットをメモリ１３０に格納するか否かを判定し、パケットがメモリ１３０に格納されていた場合、パケット中継部１４０の負荷が低下後に、格納したパケットをメモリ１３０からリードし、パケット中継部１４０へ転送する。なお、詳細は図２以降で説明するが、図１の点線の矢印はパケットの送信方向を、実線の矢印は制御信号の送信方向を示している。
図２は、本発明の一実施例に示すパケット転送装置のパケット管理部の構成を示す図である。
パケット管理部３００は、パケット経路設定部３１０と、メモリコントローラ部３２０と、パケット抑止判定部３３０と、パケット順序制御部４００から構成される。パケット経路設定部３１０は、パケット順序制御部４００からの経路指示３０３に従い、受信したパケットをメモリコントローラ部３２０、パケット順序制御部４００のいずれかに転送する。
メモリコントローラ部３２０は、メモリ１３０へのライト、リードアクセスを制御し、メモリ１３０を管理する。メモリコントローラ部３２０は、パケット経路設定部３１０から転送されたパケットを到着順にメモリ１３０へライトし、パケット順序制御部４００からのリード要求３０５に従い、メモリ１３０に格納されたパケットをメモリへライトした時と同様に到着順にリードする。また、メモリコントローラ部３２０は、パケット順序制御部４００へメモリ１３０の使用状況３０２を通知する。ここで、メモリ１３０の使用状況３０２としては、例えばメモリの使用量を通知する。
パケット管理部３００は、パケット経路設定部３１０と、メモリコントローラ部３２０と、パケット抑止判定部３３０と、パケット順序制御部４００から構成される。パケット経路設定部３１０は、パケット順序制御部４００からの経路指示３０３に従い、受信したパケットをメモリコントローラ部３２０、パケット順序制御部４００のいずれかに転送する。
メモリコントローラ部３２０は、メモリ１３０へのライト、リードアクセスを制御し、メモリ１３０を管理する。メモリコントローラ部３２０は、パケット経路設定部３１０から転送されたパケットを到着順にメモリ１３０へライトし、パケット順序制御部４００からのリード要求３０５に従い、メモリ１３０に格納されたパケットをメモリへライトした時と同様に到着順にリードする。また、メモリコントローラ部３２０は、パケット順序制御部４００へメモリ１３０の使用状況３０２を通知する。ここで、メモリ１３０の使用状況３０２としては、例えばメモリの使用量を通知する。
パケット抑止判定部３３０は、パケット中継部１４０から高負荷通知１０３が通知されている場合、パケット中継部１４０が高負荷状態であると判断し、パケット順序制御部４００へ送信抑止指示３０１を行う。パケット抑止判定部３３０は、タイマーを有し、高負荷通知１０３がなくなってから、一定時間経過後にパケット順序制御部４００に対する送信抑止指示３０１を解除する。また、パケット抑止判定部３３０は、パケット順序制御部４００からの受信抑止指示３０４に従い、ＰＡＵＳＥフレームを生成し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信する。
パケット順序制御部４００は、パケット抑止判定部３３０からの送信抑止指示３０１およびメモリ１３０の使用状況３０２に基づいて、パケット経路設定部３１０に対する経路指示３０３、パケット抑止判定部に対する受信抑止指示３０４を行い、パケットの順序を保証してパケットの処理を行う。
パケット順序制御部４００は、パケット抑止判定部３３０からの送信抑止指示３０１およびメモリ１３０の使用状況３０２に基づいて、パケット経路設定部３１０に対する経路指示３０３、パケット抑止判定部に対する受信抑止指示３０４を行い、パケットの順序を保証してパケットの処理を行う。
図３は本発明の一実施例におけるパケット順序制御部の構成を示す図である。
パケット順序制御部４００は、一時蓄積バッファ４１０と、順序管理部４２０から構成される。一時蓄積バッファ４１０は、パケット経路設定部３１０から転送されたパケットを一時的に格納する。
順序管理部４２０は、メモリ閾値判定部４２１と、経路判定部４２２から構成される。メモリ閾値判定部４２１は、最小閾値と、最大閾値を有する。順序管理部４２０は、メモリコントローラ部３２０から受信したメモリの使用状況３０２およびメモリ閾値判定部４２１の最小閾値と、最大閾値に基づいてメモリ１３０の状態を判断し、経路判定部４２２に伝える。経路判定部４２２は、メモリ閾値判定部４２１から受信したメモリ１３０の状態と、パケット中継部１４０からの送信抑止指示３０１の有無から、パケット管理部３００の状態を判断する。
パケット順序制御部４００は、一時蓄積バッファ４１０と、順序管理部４２０から構成される。一時蓄積バッファ４１０は、パケット経路設定部３１０から転送されたパケットを一時的に格納する。
順序管理部４２０は、メモリ閾値判定部４２１と、経路判定部４２２から構成される。メモリ閾値判定部４２１は、最小閾値と、最大閾値を有する。順序管理部４２０は、メモリコントローラ部３２０から受信したメモリの使用状況３０２およびメモリ閾値判定部４２１の最小閾値と、最大閾値に基づいてメモリ１３０の状態を判断し、経路判定部４２２に伝える。経路判定部４２２は、メモリ閾値判定部４２１から受信したメモリ１３０の状態と、パケット中継部１４０からの送信抑止指示３０１の有無から、パケット管理部３００の状態を判断する。
図４は、パケット管理部の複数の状態を説明する図である。
以下の図４Ａないし図４Ｆでは、パケットの送受信方向を見やすくするために、パケットの送受信方向を示す点線の矢印のみ記載し、制御情報の送受信方向を示す矢印は省略する。
図４Ａはパケット管理部の状態１を示す図である。
状態１は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２がメモリが使用されていない状態であることを示すＥｍｐｔｙであり、パケット管理部３００はパケット受信部２００経由でパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２がＥｍｐｔｙであることから、受信したパケットはメモリコントローラ３２０経由でメモリ１３０に転送しておらず、パケット経路設定部３１０から、パケット順序制御部４００を介してパケット中継部１４０へ転送している。
以下の図４Ａないし図４Ｆでは、パケットの送受信方向を見やすくするために、パケットの送受信方向を示す点線の矢印のみ記載し、制御情報の送受信方向を示す矢印は省略する。
図４Ａはパケット管理部の状態１を示す図である。
状態１は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２がメモリが使用されていない状態であることを示すＥｍｐｔｙであり、パケット管理部３００はパケット受信部２００経由でパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２がＥｍｐｔｙであることから、受信したパケットはメモリコントローラ３２０経由でメモリ１３０に転送しておらず、パケット経路設定部３１０から、パケット順序制御部４００を介してパケット中継部１４０へ転送している。
図４Ｂはパケット管理部の状態２を示す図である。
状態２は、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されており、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がある。また、状態２は、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最大閾値以下であり、パケット管理部３００はパケット受信部２００経由でパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１があることは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておりパケット中継部１４０が高負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送禁止であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最大閾値以下であることから、受信したパケットをパケット経路設定部３１０から、メモリコントローラ部３２０を介してメモリ１３０へ格納している状態である。
状態２は、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されており、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がある。また、状態２は、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最大閾値以下であり、パケット管理部３００はパケット受信部２００経由でパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１があることは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておりパケット中継部１４０が高負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送禁止であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最大閾値以下であることから、受信したパケットをパケット経路設定部３１０から、メモリコントローラ部３２０を介してメモリ１３０へ格納している状態である。
図４Ｃはパケット管理部の状態３を示す図である。
状態３は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２がＥｍｐｔｙ以外で、パケット管理部３００がパケットを受信していない状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２がＥｍｐｔｙでないことから、パケット順序制御部４００はメモリ１３０に格納されているパケットを到着順にリードし、パケット順序制御部４００を介してパケット中継部１４０へ転送している状態である。
状態３は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２がＥｍｐｔｙ以外で、パケット管理部３００がパケットを受信していない状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２がＥｍｐｔｙでないことから、パケット順序制御部４００はメモリ１３０に格納されているパケットを到着順にリードし、パケット順序制御部４００を介してパケット中継部１４０へ転送している状態である。
図４Ｄはパケット管理部の状態４を示す図である。
状態４は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最小閾値以下で、パケット管理部３００がパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最小閾値以下であることから、メモリ１３０から到着順にパケットをリードする間、受信したパケットは一時蓄積バッファ４１０へ格納し、メモリ１３０から到着順にリードしたパケットをパケット中継部１４０へ転送している状態である。メモリ１３０に格納されていたパケットを到着順にリードしてパケット中継部１４０へ転送後に、一時蓄積バッファ４１０へ格納していた受信パケットをパケット中継部１４０へ転送することで順序保証を実現している。
状態４は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最小閾値以下で、パケット管理部３００がパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最小閾値以下であることから、メモリ１３０から到着順にパケットをリードする間、受信したパケットは一時蓄積バッファ４１０へ格納し、メモリ１３０から到着順にリードしたパケットをパケット中継部１４０へ転送している状態である。メモリ１３０に格納されていたパケットを到着順にリードしてパケット中継部１４０へ転送後に、一時蓄積バッファ４１０へ格納していた受信パケットをパケット中継部１４０へ転送することで順序保証を実現している。
図４Ｅはパケット管理部の状態５を示す状態図である。
状態５は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最小閾値と最大閾値の間で、パケット管理部３００がパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最小閾値と最大閾値の間であることから、受信したパケットを到着順にメモリ１３０に格納し、メモリ１３０から到着順にパケットをリードし、パケット中継部１４０へ転送している状態である。
状態５は、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１がなく、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最小閾値と最大閾値の間で、パケット管理部３００がパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１がないことは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておらずパケット中継部１４０が低負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送可能であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最小閾値と最大閾値の間であることから、受信したパケットを到着順にメモリ１３０に格納し、メモリ１３０から到着順にパケットをリードし、パケット中継部１４０へ転送している状態である。
図４Ｆはパケット管理部の状態６を示す状態図である。
状態６は、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されており、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１があり、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最大閾値以上で、パケット管理部３００がパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１があることは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておりパケット中継部１４０が高負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送禁止であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最大閾値以上であることから、メモリ１３０もほぼパケット抑止判定部３３０でＰＡＵＳＥフレームを生成し、パケット送信部１２０へ送信している状態である。また、受信したパケットは、メモリコントローラ部３２０にてメモリ１３０へ格納可能か判定し、格納不可の場合は廃棄を行う。
状態６は、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されており、パケット抑止判定部３３０からパケット順序制御部４００に対して送信抑止指示３０１があり、メモリ１３０の使用状況３０２が図３のメモリ閾値判定部４２１に格納された最大閾値以上で、パケット管理部３００がパケットを受信している状態である。送信抑止指示３０１があることは、パケット中継部１４０から高負荷通知が通知されておりパケット中継部１４０が高負荷であり、パケット中継部１４０へパケット転送禁止であることを示す。また、メモリ１３０の使用状況３０２が最大閾値以上であることから、メモリ１３０もほぼパケット抑止判定部３３０でＰＡＵＳＥフレームを生成し、パケット送信部１２０へ送信している状態である。また、受信したパケットは、メモリコントローラ部３２０にてメモリ１３０へ格納可能か判定し、格納不可の場合は廃棄を行う。
図５は、図４で示した状態１〜６の状態遷移図である。
メモリ１３０にパケットが格納されていない状態およびパケット管理部３００がパケット経路設定部３１０でパケットを受信した状態が図５の「状態１」である。ここで、パケット中継部１４０が低負荷から高負荷になることで「状態２」へ遷移する。
「状態２」は、メモリ１３０にパケットが格納されている状態であり、パケット中継部１４０が高負荷から低負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送可能となり、メモリ１３０に格納されているパケットをリードすることで「状態３」へ遷移する。また、「状態３」へ遷移する際に、パケット経路設定部３１０でパケットを受信した場合は「状態５」へ遷移する。一方で、「状態２」が一定時間連続することで、最大閾値までパケットをメモリ１３０に格納し、パケット抑止判定部３３０でＰＡＵＳＥフレームを生成することで「状態６」へ遷移する。
「状態３」は、パケット中継部１４０が低負荷から高負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送禁止となり、受信したパケットをメモリ１３０に格納することで「状態２」へ遷移する。また、「状態３」が一定時間連続することで、メモリ１３０がＥｍｐｔｙとなり「状態１」へ遷移する。
メモリ１３０にパケットが格納されていない状態およびパケット管理部３００がパケット経路設定部３１０でパケットを受信した状態が図５の「状態１」である。ここで、パケット中継部１４０が低負荷から高負荷になることで「状態２」へ遷移する。
「状態２」は、メモリ１３０にパケットが格納されている状態であり、パケット中継部１４０が高負荷から低負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送可能となり、メモリ１３０に格納されているパケットをリードすることで「状態３」へ遷移する。また、「状態３」へ遷移する際に、パケット経路設定部３１０でパケットを受信した場合は「状態５」へ遷移する。一方で、「状態２」が一定時間連続することで、最大閾値までパケットをメモリ１３０に格納し、パケット抑止判定部３３０でＰＡＵＳＥフレームを生成することで「状態６」へ遷移する。
「状態３」は、パケット中継部１４０が低負荷から高負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送禁止となり、受信したパケットをメモリ１３０に格納することで「状態２」へ遷移する。また、「状態３」が一定時間連続することで、メモリ１３０がＥｍｐｔｙとなり「状態１」へ遷移する。
次に、メモリ１３０に最小閾値以上のパケットが格納されている状態で、パケット経路設定部３１０でパケットを受信すると「状態５」へ遷移する。また、メモリ１３０に最小閾値以下のパケットが格納されている状態で、パケット経路設定部３１０でパケットを受信すると「状態４」へ遷移する。
「状態４」は、パケット経路設定部３１０から転送されたパケットを一時蓄積バッファ４１０に格納したタイミングで、メモリ１３０に格納されているパケットを到着順にすべてリードし、パケット中継部１４０へ転送する。その後、一時蓄積バッファ４１０に格納したパケットをパケット中継部へ転送し「状態１」へ遷移する。
「状態５」は、パケット中継部１４０が低負荷から高負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送禁止となり、受信したパケットをメモリ１３０に格納することで「状態２」へ遷移する。また、パケット経路設定部３１０から転送されるパケットがなくなることで「状態３」へ遷移する。
「状態６」は、メモリ１３０にパケットが格納されている状態であり、パケット中継部１４０が高負荷から低負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送可能となり、メモリ１３０に格納されているパケットをリードすることで「状態３」へ遷移する。また、「状態３」へ遷移する際に、パケット経路設定部３１０でパケットを受信した場合は「状態５」へ遷移する。
図５において、パケット受信部２００から受信したパケットを、メモリ１３０へ格納せずにパケット中継部１４０へ転送している「状態１」および「状態４」は低負荷モード、パケット受信部２００から受信したパケットを、メモリ１３０へ格納またはメモリ１３０に格納したパケットをリードしている「状態２」、「状態３」、「状態５」、「状態６」は、高負荷モードでの動作となる。
「状態４」は、パケット経路設定部３１０から転送されたパケットを一時蓄積バッファ４１０に格納したタイミングで、メモリ１３０に格納されているパケットを到着順にすべてリードし、パケット中継部１４０へ転送する。その後、一時蓄積バッファ４１０に格納したパケットをパケット中継部へ転送し「状態１」へ遷移する。
「状態５」は、パケット中継部１４０が低負荷から高負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送禁止となり、受信したパケットをメモリ１３０に格納することで「状態２」へ遷移する。また、パケット経路設定部３１０から転送されるパケットがなくなることで「状態３」へ遷移する。
「状態６」は、メモリ１３０にパケットが格納されている状態であり、パケット中継部１４０が高負荷から低負荷になることで、パケット中継部１４０へパケット転送可能となり、メモリ１３０に格納されているパケットをリードすることで「状態３」へ遷移する。また、「状態３」へ遷移する際に、パケット経路設定部３１０でパケットを受信した場合は「状態５」へ遷移する。
図５において、パケット受信部２００から受信したパケットを、メモリ１３０へ格納せずにパケット中継部１４０へ転送している「状態１」および「状態４」は低負荷モード、パケット受信部２００から受信したパケットを、メモリ１３０へ格納またはメモリ１３０に格納したパケットをリードしている「状態２」、「状態３」、「状態５」、「状態６」は、高負荷モードでの動作となる。
図６ないし８は、パケット転送装置内のパケットおよび制御信号の送受信とパケット管理部の状態移行を説明するシーケンス図である。
図６ないし８においては、点線は、信号を送信していないことを示している。
図６では、「状態１」からはじまり、「状態２」から「状態３」への遷移におけるパケットの順序保証について説明する。
「状態１」の状態で、パケット受信部が複数のパケットＳ１０を受信し、受信したパケットＳ１０をパケット中継部へ転送することで、パケット中継部が高負荷になる。パケット中継部は、パケット抑止判定部に高負荷通知Ｓ６０２を送信する。これを受けてパケット抑止判定部は、パケット順序制御部に送信抑止指示Ｓ６０３を送信し、パケット順序制御部は、パケット経路設定部に、受信したパケットをメモリコントローラ部へ転送するように経路指示Ｓ６０５を行う。次にパケット経路部は、受信したパケットを到着した順番でメモリコントローラ経由でメモリ１３０へ格納する。その後、高負荷通知が解消されてから一定時間後に、メモリ１３０から到着順にメモリリードＳ３２を２回行う。メモリ１３０の使用状況Ｓ６０８がＥｍｐｔｙになり、「状態１」に戻る。
図６ないし８においては、点線は、信号を送信していないことを示している。
図６では、「状態１」からはじまり、「状態２」から「状態３」への遷移におけるパケットの順序保証について説明する。
「状態１」の状態で、パケット受信部が複数のパケットＳ１０を受信し、受信したパケットＳ１０をパケット中継部へ転送することで、パケット中継部が高負荷になる。パケット中継部は、パケット抑止判定部に高負荷通知Ｓ６０２を送信する。これを受けてパケット抑止判定部は、パケット順序制御部に送信抑止指示Ｓ６０３を送信し、パケット順序制御部は、パケット経路設定部に、受信したパケットをメモリコントローラ部へ転送するように経路指示Ｓ６０５を行う。次にパケット経路部は、受信したパケットを到着した順番でメモリコントローラ経由でメモリ１３０へ格納する。その後、高負荷通知が解消されてから一定時間後に、メモリ１３０から到着順にメモリリードＳ３２を２回行う。メモリ１３０の使用状況Ｓ６０８がＥｍｐｔｙになり、「状態１」に戻る。
次に、図７では、「状態３」からはじまり、「状態３」から「状態４」への遷移におけるパケットの順序保証について説明する。
「状態３」の状態で、パケット順序制御部がメモリリードＳ３３を１回行うことで、メモリ１３０の使用状況Ｓ７０３が最小閾値以下となる。パケット順序制御部は、パケット経路設定部に対し、受信したパケットをパケット順序制御部へ送るよう経路指示を行う。次に、メモリ１３０から到着順にメモリリードＳ３４を行う。メモリリードＳ３４中に受信したパケットＳ７０４は一時蓄積バッファ４１０に格納し、メモリリードＳ３５したパケットをパケット中継部１４０へ転送後に、一時蓄積バッファ４１０からパケットを取り出しＳ３６、パケット中継部１４０へ転送する。メモリ１３０の使用状況Ｓ７０５がＥｍｐｔｙになり、「状態１」に戻る。
「状態３」の状態で、パケット順序制御部がメモリリードＳ３３を１回行うことで、メモリ１３０の使用状況Ｓ７０３が最小閾値以下となる。パケット順序制御部は、パケット経路設定部に対し、受信したパケットをパケット順序制御部へ送るよう経路指示を行う。次に、メモリ１３０から到着順にメモリリードＳ３４を行う。メモリリードＳ３４中に受信したパケットＳ７０４は一時蓄積バッファ４１０に格納し、メモリリードＳ３５したパケットをパケット中継部１４０へ転送後に、一時蓄積バッファ４１０からパケットを取り出しＳ３６、パケット中継部１４０へ転送する。メモリ１３０の使用状況Ｓ７０５がＥｍｐｔｙになり、「状態１」に戻る。
図８では、「状態２」からはじまり、「状態２」から「状態６」への遷移におけるＰＡＵＳＥフレーム送信について説明する。
「状態２」の状態で、複数のパケットを受信するＳ３７ことで、メモリ１３０の使用状況Ｓ８０５が最大閾値以上となり、パケット抑止判定部３３０へ受信抑止指示Ｓ８０６を発行する。受信抑止指示Ｓ８０６を受けたパケット抑止判定部３３０は、ＰＡＵＳＥフレームを生成し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信するＳ８０７ことで入力回線１０１からのパケット受信を抑止する。入力回線１０１からのパケット受信が一定時間ないことで、パケット中継部１４０が低負荷となり、メモリ１３０から到着順にメモリリードＳ３８を行うことで、ＰＡＵＳＥフレームの生成を停止し、「状態３」になる。
「状態２」の状態で、複数のパケットを受信するＳ３７ことで、メモリ１３０の使用状況Ｓ８０５が最大閾値以上となり、パケット抑止判定部３３０へ受信抑止指示Ｓ８０６を発行する。受信抑止指示Ｓ８０６を受けたパケット抑止判定部３３０は、ＰＡＵＳＥフレームを生成し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信するＳ８０７ことで入力回線１０１からのパケット受信を抑止する。入力回線１０１からのパケット受信が一定時間ないことで、パケット中継部１４０が低負荷となり、メモリ１３０から到着順にメモリリードＳ３８を行うことで、ＰＡＵＳＥフレームの生成を停止し、「状態３」になる。
図９は、本発明の一実施例におけるパケット転送処理を示すフローチャートである。
図９は、パケット管理部３００の動作を示すフローチャートであり、フローチャートに基づく動作は以下の通りである。
ステップＳ１：パケット経路設定部３１０でパケットを受信する。
ステップＳ２：パケット順序制御部４００は、パケット抑止判定部３３０からの送信抑止指示３０１がないかチェックする。ＹＥＳならばステップＳ３へ移る。ＮＯならばステップＳ１０へ移る。
ステップＳ３：パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０からのメモリ１３０の使用状況によって、メモリ１３０にパケットが格納されていないかチェックする。ＹＥＳならばステップＳ４へ移る。ＮＯならばステップＳ６へ移る。
ステップＳ４：パケット経路設定部３１０で受信したパケットをパケット順序制御部４００へ転送する。
ステップＳ５：送信抑止指示３０１がないということは、パケット中継部１４０が低負荷状態であることを意味する。また、メモリ１３０にパケットが格納されていないということは、メモリ１３０に格納されたパケットとの順序関係が発生しないので、受信したパケットをパケット経路設定部３１０からメモリを介さずにパケット中継部１４０へ転送して、処理を終了する。
図９は、パケット管理部３００の動作を示すフローチャートであり、フローチャートに基づく動作は以下の通りである。
ステップＳ１：パケット経路設定部３１０でパケットを受信する。
ステップＳ２：パケット順序制御部４００は、パケット抑止判定部３３０からの送信抑止指示３０１がないかチェックする。ＹＥＳならばステップＳ３へ移る。ＮＯならばステップＳ１０へ移る。
ステップＳ３：パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０からのメモリ１３０の使用状況によって、メモリ１３０にパケットが格納されていないかチェックする。ＹＥＳならばステップＳ４へ移る。ＮＯならばステップＳ６へ移る。
ステップＳ４：パケット経路設定部３１０で受信したパケットをパケット順序制御部４００へ転送する。
ステップＳ５：送信抑止指示３０１がないということは、パケット中継部１４０が低負荷状態であることを意味する。また、メモリ１３０にパケットが格納されていないということは、メモリ１３０に格納されたパケットとの順序関係が発生しないので、受信したパケットをパケット経路設定部３１０からメモリを介さずにパケット中継部１４０へ転送して、処理を終了する。
ステップＳ６：パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０からのメモリ１３０の使用状況から、メモリ１３０の使用量が最小閾値以下かチェックする。ＹＥＳならばステップＳ７へ移る。ＮＯならばステップＳ９へ移る。
ステップＳ７：パケット経路設定部３１０で受信したパケットをパケット順序制御部４００へ転送する。
ステップＳ８：送信抑止指示３０１がないということは、パケット中継部１４０が低負荷状態であることを意味する。また、メモリ１３０にパケットが格納されていることは、メモリ１３０に格納されたパケットとの順序関係が発生するため、パケット順序制御部４００で受信したパケットを一時蓄積バッファ４１０へ格納し、メモリ１３０に格納されているすべてのパケットをリードし、パケット中継部１４０へ転送する。その後、一時蓄積バッファ４１０に格納したパケットをパケット中継部１４０へ転送することでパケットの順序を保証して、処理を終了する。
ステップＳ７：パケット経路設定部３１０で受信したパケットをパケット順序制御部４００へ転送する。
ステップＳ８：送信抑止指示３０１がないということは、パケット中継部１４０が低負荷状態であることを意味する。また、メモリ１３０にパケットが格納されていることは、メモリ１３０に格納されたパケットとの順序関係が発生するため、パケット順序制御部４００で受信したパケットを一時蓄積バッファ４１０へ格納し、メモリ１３０に格納されているすべてのパケットをリードし、パケット中継部１４０へ転送する。その後、一時蓄積バッファ４１０に格納したパケットをパケット中継部１４０へ転送することでパケットの順序を保証して、処理を終了する。
ステップＳ９：ステップＳ１１へ移る。
ステップＳ１１：パケット経路設定部３１０で受信したパケットをメモリコントローラ部３２０を介してメモリ１３０へライトする。
ステップＳ１２：送信抑止指示３０１がないということは、パケット中継部１４０が低負荷状態であることを意味する。また、メモリ１３０のメモリ使用量が最小閾値以上であることは、メモリ１３０に格納されたパケットとの順序関係が発生するため、メモリ１３０に格納されているパケットを到着順にリードし、パケット中継部１４０へ転送することでパケットの順序を保証して、処理を終了する。
ステップＳ１１：パケット経路設定部３１０で受信したパケットをメモリコントローラ部３２０を介してメモリ１３０へライトする。
ステップＳ１２：送信抑止指示３０１がないということは、パケット中継部１４０が低負荷状態であることを意味する。また、メモリ１３０のメモリ使用量が最小閾値以上であることは、メモリ１３０に格納されたパケットとの順序関係が発生するため、メモリ１３０に格納されているパケットを到着順にリードし、パケット中継部１４０へ転送することでパケットの順序を保証して、処理を終了する。
ステップＳ１０：ステップＳ１３へ移る。
ステップＳ１３：パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０からのメモリ１３０の使用状況から、メモリ１３０の使用量が最大閾値以上かチェックする。ＮＯならばステップＳ１４へ移る。ＹＥＳならばステップＳ１５へ移る。
ステップＳ１４：送信抑止指示３０１があるということは、パケット中継部１４０が高負荷状態であることを意味するので、パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０へリード要求３０５を行わない。また、メモリ１３０のメモリ使用量が最大閾値以下であることは、メモリ１３０へのパケットの格納が可能であるので、パケット順序制御部４００からのメモリ１３０への経路指示３０３を受けたパケット経路設定部３１０はパケットをメモリコントローラ部３２０へ転送する。メモリコントローラ部３２０はメモリ１３０へパケットを格納して、処理を終了する。
ステップＳ１３：パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０からのメモリ１３０の使用状況から、メモリ１３０の使用量が最大閾値以上かチェックする。ＮＯならばステップＳ１４へ移る。ＹＥＳならばステップＳ１５へ移る。
ステップＳ１４：送信抑止指示３０１があるということは、パケット中継部１４０が高負荷状態であることを意味するので、パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０へリード要求３０５を行わない。また、メモリ１３０のメモリ使用量が最大閾値以下であることは、メモリ１３０へのパケットの格納が可能であるので、パケット順序制御部４００からのメモリ１３０への経路指示３０３を受けたパケット経路設定部３１０はパケットをメモリコントローラ部３２０へ転送する。メモリコントローラ部３２０はメモリ１３０へパケットを格納して、処理を終了する。
ステップＳ１５：パケット順序制御部４００からパケット抑止判定部３３０へ受信抑止指示３０４を通知し、ステップＳ１６に移る。
ステップＳ１６：送信抑止指示３０１があるということは、パケット中継部１４０が高負荷状態であることを意味するので、パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０へリード要求３０５を行わない。また、メモリ１３０のメモリ使用量が最大閾値以上であることは、メモリ１３０へのパケットの格納が不可能であるので、パケット抑止判定部３３０はＰＡＵＳＥフレームを生成し、パケット送信部１２０へ転送し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信して、処理を終了する。
ステップＳ１６：送信抑止指示３０１があるということは、パケット中継部１４０が高負荷状態であることを意味するので、パケット順序制御部４００は、メモリコントローラ部３２０へリード要求３０５を行わない。また、メモリ１３０のメモリ使用量が最大閾値以上であることは、メモリ１３０へのパケットの格納が不可能であるので、パケット抑止判定部３３０はＰＡＵＳＥフレームを生成し、パケット送信部１２０へ転送し、出力回線１０２を介してネットワーク上へ送信して、処理を終了する。
図１０は、本発明の一実施例におけるパケット受信部２００の構成図である。パケット受信部２００は、ＰＭＡ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍｅｄｉａ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ：物理媒体接続部）２１０と、ＰＣＳ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｕｂｌａｙｅｒ：物理符号化副層）２２０と、フレーム判定部２３０から構成される。フレーム判定部２３０は、Ｌ２でパケット管理を行う。フレーム判定部２３０をパケット受信部２００に具備し、ＰＭＡ２１０、ＰＣＳ２２０、フレーム判定部２３０で構成し、フレーム判定部２３０においてＬ２でパケット管理を行うことで、パケット管理部３００の手前でパケット廃棄することが可能であり、装置の入口部分のＬ１に近い所で悪意のあるパケット等を廃棄することでネットワーク網の輻輳を防止するとともにセキュリティにも対応可能である。
以上説明した本発明の実施例によれば、トラフィックの順序入替なしにトラフィック量に応じた低遅延なバーストトラフィックソリューションが提供可能となる。また、パケット管理をＬ１に近い所で管理することで、ネットワーク網の輻輳の抑止、それにともなう消費電力の抑止が可能となる。
以上説明した本発明の実施例によれば、トラフィックの順序入替なしにトラフィック量に応じた低遅延なバーストトラフィックソリューションが提供可能となる。また、パケット管理をＬ１に近い所で管理することで、ネットワーク網の輻輳の抑止、それにともなう消費電力の抑止が可能となる。
１０ パケット
１００ パケット転送装置
１０１ 入力回線
１０２ 出力回線
１０３ 高負荷通知
１１０ インタフェース部
１２０ パケット送信部
１３０ メモリ
１４０ パケット中継部
２００ パケット受信部
２１０ ＰＭＡ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍｅｄｉａ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ：物理媒体接続部）
２２０ ＰＣＳ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｕｂｌａｙｅｒ：物理符号化副層）
２３０ フレーム判定部
３００ パケット管理部
３０１ 送信抑止指示
３０２ メモリ１３０の使用状況
３０３ 経路指示
３０４ 受信抑止指示
３０５ リード要求
３１０ パケット経路設定部
３２０ メモリコントローラ
３３０ パケット抑止判定部
４００ パケット順序制御部
４１０ 一時蓄積バッファ
４２０ 順序管理部
４２１ メモリ閾値判定部
４２２ 経路判定部
１００ パケット転送装置
１０１ 入力回線
１０２ 出力回線
１０３ 高負荷通知
１１０ インタフェース部
１２０ パケット送信部
１３０ メモリ
１４０ パケット中継部
２００ パケット受信部
２１０ ＰＭＡ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍｅｄｉａ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ：物理媒体接続部）
２２０ ＰＣＳ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｕｂｌａｙｅｒ：物理符号化副層）
２３０ フレーム判定部
３００ パケット管理部
３０１ 送信抑止指示
３０２ メモリ１３０の使用状況
３０３ 経路指示
３０４ 受信抑止指示
３０５ リード要求
３１０ パケット経路設定部
３２０ メモリコントローラ
３３０ パケット抑止判定部
４００ パケット順序制御部
４１０ 一時蓄積バッファ
４２０ 順序管理部
４２１ メモリ閾値判定部
４２２ 経路判定部
Claims (10)
- ネットワークに接続され、前記ネットワークを介してパケットを送受信するパケット転送装置であって、
それぞれが前記ネットワークを介してパケットを送受信するための入力回線および出力回線を収容する複数のインタフェース部と、インタフェース部において受信したパケットの出力先の判定を行うパケット中継部を有し、
前記インタフェース部に、送受信パケットの管理を行うパケット管理部を備え、前記パケット管理部は、パケットの受信状況および前記パケット中継部の処理状況に応じて、動作状態を切り替えることを特徴とするパケット転送装置。 - 請求項１に記載のパケット転送装置であって、
前記動作状態には、高負荷モードと低負荷モードがあり、
前記パケット管理部は、前記パケット中継部の負荷状況に基づいて、動作状態を高負荷モードまたは低負荷モードに切り替えることを特徴とするパケット転送装置。 - 請求項２に記載のパケット転送装置であって、
前記パケット管理部は、インタフェース部を介して受信したパケットを格納するメモリを有し、前記高負荷モードおよび低負荷モードにおいて、前記メモリの使用状況に基づいて、前記パケット管理部が受信したパケットをメモリに格納するか、前記パケット中継部に転送するかの送信先経路の切り替えを行うことを特徴とするパケット転送装置。 - 請求項３に記載のパケット転送装置であって、
前記パケット管理部は、前記送信先経路が受信したパケットを前記パケット中継部に転送する状態であって、前記メモリに格納したパケットの読み出しを行っている場合には、前記メモリからの読み出し完了後に、前記受信パケットをパケット中継装置への転送する動作状態を取ることを特徴とするパケット中継装置。 - 請求項３に記載のパケット転送装置であって、
前記パケット中継部から高負荷通知が通知され、また前記メモリの使用状況が予め設定した閾値以上の場合には、前記パケット管理部は、前記インタフェース部および出力回線を介して、前記パケット転送装置へのパケットの送信抑制をネットワーク側に通知する信号を送信することを特徴とするパケット転送装置。 - ネットワークを介してパケットを送受信するパケット転送装置におけるパケット転送方法であって、
受信したパケットの出力先の判定を行う前のパケットの受信処理において、前記パケット転送装置におけるパケットの受信状況およびパケットの出力先判定を行うパケット中継処理の処理状況に応じて、動作状態を切り替えることを特徴とするパケット転送方法。 - 請求項６に記載のパケット転送方法であって、
前記動作状態には、高負荷モードと低負荷モードがあり、
前記パケット中継処理の負荷状況に基づいて、動作状態を高負荷モードまたは低負荷モードに切り替えることを特徴とするパケット転送方法。 - 請求項７に記載のパケット転送方法であって、
ネットワークを介して受信したパケットをメモリに格納する処理を行う場合と、メモリに格納する処理を行わずに受信したパケットに対してパケット中継処理を行う場合を含み、
前記高負荷モードおよび低負荷モードにおいて、前記メモリの使用状況に基づいて、前記受信したパケットをメモリに格納する処理を行うか、またはメモリに格納する処理を行わずに受信したパケットに対してパケット中継処理を行うかのいずれかを選択することを特徴とするパケット転送方法。 - 請求項８に記載のパケット転送方法であって、
前記メモリに格納する処理を行わずに受信したパケットに対してパケット中継処理を行う状態において、前記受信したパケットをメモリに格納する処理を行って前記メモリに格納したパケットの読み出しが完了していない場合には、前記メモリからの読み出し完了後に、前記受信パケットに対してパケット中継処理を行うことを特徴とするパケット中継装置。 - 請求項８に記載のパケット転送方法であって、
前記パケット中継処理が高負荷状態であり、また前記メモリの使用状況が予め設定した閾値以上の場合には、前記パケット転送装置へのパケットの送信抑制をネットワーク側に通知する信号を送信することを特徴とするパケット転送方法。
Priority Applications (1)
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| JP2016096640A JP6628684B2 (ja) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | パケット転送装置およびパケット転送方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2016096640A JP6628684B2 (ja) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | パケット転送装置およびパケット転送方法 |
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2016
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