JPH10276224A - スイッチングハブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全てのポートに対する送信が一時停止する事
態を低減し、或いは、送信が長時間にわたって停止する
のを低減する。 【解決手段】 ポート１５ａ〜１５ｄ、これらポートで
共通に使用される転送データ保存用のバッファ１３、ポ
ート１５ａ〜１５ｄの各々に接続されて通信制御を行う
ネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄ、このＩ／Ｆ部２
２ａ〜２２ｄをバッファ１３に選択的に接続するスイッ
チング部を備えたスイッチングハブにあって、データ量
監視部３０を設け、このデータ量監視部３０によりバッ
ファ１３のデータ量に応じて３つのしきい値（ｔｈ1 ＜
ｔｈ2 ＜ｔｈ3 ）を設定し、更に前記しきい値毎に送信
停止時間Ｔ／４、Ｔ／２、Ｔを設定し、前記しきい値を
越える毎に応答する前記送信停止時間だけ送信を停止さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワークシス
テムに用いられるスイッチングハブに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、スイッチングハブ（switching hu
b)は、ネットワークの帯域を容易に拡張することのでき
るＬＡＮ（local area network）機器として注目されて
いる。スイッチングハブは所定のポート速度を維持した
まま、複数のポート間通信を同時に実現できるもので、
データ・フレームの中に格納されている相手先端末のＬ
ＡＮアドレスを読み取り、その端末が接続しているＬＡ
Ｎにのみデータを転送するものであり、通常、４以上の
接続ポートを備えている。

【０００３】図５はスイッチングハブを用いたネットワ
ークシステムを示す。スイッチングハブ１１ａ，１１ｂ
の各ポート（１４ｂ〜１４ｄ、１４ｅ〜１４ｇ）に端末
１２ａ〜１２ｆが接続され、スイッチングハブ１１ａの
ポート１４ａとスイッチングハブ１１ｂのポート１４ｈ
とがラインにより接続されている。このように、スイッ
チングハブ同士を接続することで、スイッチングハブが
１台のみの場合に比べ、システムの規模を拡大すること
ができる。各スイッチングハブは複数のポートを持ち、
データの宛て先を見て必要なポートのみにデータを中継
する。図５に示す構成では、端末１２ａと１２ｂ、端末
１２ｃと１２ｄ、端末１２ｅと１２ｆの各々による組み
合わせで、矢印に示す様に同時に通信を行うことができ
る。

【０００４】図６はスイッチングハブの内部構成を示
す。スイッチングハブ１１は、データの交換を行うスイ
ッチング部２１、このスイッチング部２１に接続される
各ポートのネットワークＩ／Ｆ（インターフェース）部
２２ａ〜２２ｄ、スイッチング部２１に接続されるバッ
ファ２３、及びポート１５ａ〜１５ｄの各々を備えてい
る。ここでは全体で１つの共通バッファを設ける方式に
しているが、各ポート毎に出力バッファを設ける方式や
各ポート毎に入力バッファを設ける方式にすることもで
きる。

【０００５】スイッチングハブ１１では同一宛て先のデ
ータを同時に受信でき、送信の競合が起こった時のデー
タや、処理能力の関係で直ぐには送信できないデータを
バッファ２３に保存する。バッファ２３が送信待ちのデ
ータで一杯になると、データの取りこぼしが生じる。こ
の問題を解決するためには、ネットワーク上を流れるデ
ータ量を適正な値に調整するフロー制御が必要になる。
このフロー制御について、以下に説明する。

【０００６】図７は従来のスイッチングハブにおけるフ
ロー制御部の構成を示す。バッファ２３には、しきい値
ｔｈを越えたか否かを監視するデータ量監視部３１が接
続されており、このデータ量監視部３１にネットワーク
Ｉ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄが接続されている。データ量監
視部３１はバッファ２３にしきい値ｔｈを設定してい
る。バッファ２３内に溜まっている送信待ちのデータ量
が増え、しきい値ｔｈを越えると、データ量監視部３１
はネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄに接続されてい
る端末に対し、ネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄか
ら端末へ送信停止命令３２を出力する。

【０００７】送信停止命令３２を出力するタイミング
は、データがバッファ２３に一杯になったときではな
く、しきい値ｔｈを越えたときである。その理由は、送
信停止命令３２を出してから端末１２ａ〜１２ｆが送信
を止めるまでタイムラグがあり、その間、更にデータを
受信する可能性があるためである。端末１２ａ〜１２ｆ
からの送信停止は、バッファ２３内の送信待ちデータが
送信され、バッファ２３内データ量が或る値以下に下が
るまで継続する必要がある。送信停止命令３２として
は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）（登録商標）
の場合、バックプレッシャ(back pressure）と呼ばれる
方式が用いられる。これは、ジャム(jam) 信号等により
意図的に衝突状況を作り出し、送信側を待たせる方式で
ある。この場合の送信停止は、送信停止命令３２を出す
側が内部でバッファ２３内データ量を監視し、或る値以
下に下がるまで継続させる。

【０００８】最近、送受信を同時に行うことが可能な全
二重イーサネットが注目されている。しかし、全二重イ
ーサネットでは上記したバックプレッシャが使用できな
いため、イーサネットの規格を審議するＩＥＥＥ８０
２．３委員会では、特別な制御用フレームを用いてフロ
ー制御を実現することが検討されている。図８はフロー
制御用フレームの構成を示す。フロー制御用フレーム４
１は、宛先アドレス４２、送信元アドレス４３、タイプ
フィールド４４、フロー制御識別コード４５、送信停止
時間指定値４６、予備４７、フレームチェックシーケン
ス４８より構成されている。予備４７は、フロー制御用
フレームの長さをイーサネットで規定している最小フレ
ーム長以上にするための調整部である。このフロー制御
用フレーム４１を受信した機器は、フロー制御用フレー
ム４１内の送信停止時間指定値４６で指定された間、送
信を停止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスイッ
チングハブによると、１つの共通バッファを各ポートで
共用する方式や各ポート毎に出力バッファを設ける方式
にすると、任意のポートからの受信データが格納されう
る。このため、共通バッファ方式では全ポートから送信
停止命令を出し、各ポートに出力バッファを設ける方式
ではそのポート以外の全てのポートから送信停止命令を
出す必要があり、フロー制御を実施した場合、スイッチ
ングハブの全てのポートに対する送信が一時停止すると
いう問題がある。また、入力バッファ方式は大容量を必
要とし、制御が複雑になるという問題がある（但し、入
力バッファ方式では、そのポートにおける受信データし
かバッファに格納されないため、バッファがオーバーフ
ローしそうになった時に前記ポートからのみ送信停止命
令を出せばよいので、全ポートへの送信が一時停止する
ことは生じない）。

【００１０】一般に、スイッチングハブを用いたコンピ
ュータシステムでは、各ポート間が全く同じ頻度で通信
することは少なく、或る特定のポート間の通信に偏るこ
とが多い。例えば、図６のように４つのポートを持つス
イッチングハブにあって、２２ｂ→２２ｃ、２２ｄ→２
２ｃ、２２ｃ→２２ａで通信が行われているとする。こ
の場合、ポート１５ｃにおける通信が伝送容量を越える
と全ての通信を処理することはできず、ポート１５ｂ及
びポート１５ｄからのデータがバッファ２３に次々と格
納される。しかし、ポート１５ｃからポート１５ａのデ
ータは競合が起きないため、バッファ２３に次々と格納
されることはない。この場合、フロー制御のために送信
停止命令を出すのはポート１５ｂ及びポート１５ｄのみ
で良いにもかかわらず、全てのポートに対する送信が一
時停止する。

【００１１】また、送信停止時間は、バッファのデータ
量が或る値以下に下がるまで継続すべきなのに、フロー
制御用フレームを用いた送信停止時間を最初に指定する
ため、その後、バッファのデータ量をフロー制御にフィ
ードバックさせることができない。この場合、送信停止
時間としてはバッファに溜まっている送信待ちデータが
送信される割合が最も遅い場合を想定して設定せざるを
得ず、停止時間はバックプレッシャを使用する方法に比
べて長くなる。このため、バッファがオーバーフローし
そうになってスイッチングハブがフロー制御用フレーム
を送信する場合、スイッチングハブに対する送信が長時
間停止することになる。

【００１２】本発明の目的は、全てのポートに対する送
信が一時停止する事態を低減することのできるスイッチ
ングハブを提供することにある。また、本発明の他の目
的は、送信が長時間にわたって停止するのを低減するこ
とのできるスイッチングハブを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、第１の特徴として、複数のポートと、前
記複数のポートで共通に使用され或いは前記各ポート毎
に設けられて転送データを一時的に保存するバッファ
と、前記ポートの各々に接続されて通信制御を行うネッ
トワークインターフェース部と、このネットワークイン
ターフェース部と前記バッファを選択的に切り替え接続
するスイッチング部を備えたスイッチングハブにおい
て、前記バッファのデータ量に応じて段階的に複数のし
きい値を設定すると共に前記複数のしきい値毎に送信停
止時間を設定し、前記複数のしきい値の１つを越える毎
に対応する前記送信停止時間だけ送信を停止させるデー
タ量監視部を設けたことを特徴とするスイッチングハブ
を提供する。

【００１４】また、本発明は、第２の特徴として、複数
のポートと、前記複数のポートで共通に使用され或いは
前記各ポート毎に設けられて転送データを一時的に保存
するバッファと、前記ポートの各々に接続されて通信制
御を行うネットワークインターフェース部と、このネッ
トワークインターフェース部と前記バッファを選択的に
切り替え接続するスイッチング部を備えたスイッチング
ハブにおいて、前記バッファ内の送信待ちデータの数を
監視し、前記バッファ内のデータ量が予め設定したしき
い値を越えたとき、最も多い送信待ちデータ数のポート
に送信停止命令を出力する送信待ちデータ監視部を設け
たことを特徴とするスイッチングハブを提供する。な
お、前記送信待ちデータ監視部は、送信待ちデータ数の
多い順に設定したポート数まで前記送信停止命令を出力
しても良い。

【００１５】更に、本発明は、第３の特徴として、複数
のポートと、前記複数のポートで共通に使用され或いは
前記各ポート毎に設けられて転送データを一時的に保存
するバッファと、前記ポートの各々に接続されて通信制
御を行うネットワークインターフェース部と、このネッ
トワークインターフェース部と前記バッファを選択的に
切り替え接続するスイッチング部を備えたスイッチング
ハブにおいて、前記バッファのデータ量に応じて第１及
び第２のしきい値を設定し、前記データ量が前記第１の
しきい値を越えた時に予め決定した１以上のポートに送
信停止命令を出力し、前記第２のしきい値を越えた時に
全てのポートに送信停止命令を出力するデータ量監視部
を設けたことを特徴とするスイッチングハブを提供す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明によるスイッチング
ハブの第１の実施の形態を示す。ここでは、フロー制御
部のみを示し、全体構成については図６のバッファ２３
をバッファ１３に代えた構成と同じであるので、ここで
は説明を省略する。

【００１７】スイッチングハブ１１は、表１に示すしき
い値（ｔｈ1 ，ｔｈ2 ，ｔｈ3 ）を有して転送データを
一時的に保存するバッファ１３を備え、このバッファ１
３にはデータ量監視部３０が接続されている。データ量
監視部３０にはネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄが
接続されている。ネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄ
の各々には、外部との接続のためのポート１５ａ〜１５
ｄが接続されている。この構成では、バッファ１３はポ
ート１５ａ〜１５ｄで共用される。

【００１８】

【表１】

【００１９】しきい値ｔｈ3 は、従来のバッファ２３が
オーバーフローしそうになった時に送信停止命令を出す
しきい値である。しきい値ｔｈ3 の時の送信停止時間Ｔ
に比べて、しきい値ｔｈ1 はＴ／４、しきい値ｔｈ2 は
Ｔ／２に設定される。つまり、しきい値が小さくなるほ
ど送信停止時間を小さくしている。データ量監視部３０
は、バッファ１３内のデータ量が各しきい値を越えた
時、表１に基づいて送信停止時間の異なる送信停止命令
３２を送出する。

【００２０】このように、本発明の第１の実施の形態に
よれば、複数のしきい値を設定し、これに応じた送信停
止時間を設定するようにした結果、スイッチングハブへ
の送信が長時間停止する事態が低減され、通信が円滑に
行われるようにすることができる。なお、図１において
は、バッファ１３をポート１５ａ〜１５ｄで共用する構
成にしたが、ポート１５ａ〜１５ｄ毎にバッファを設け
る構成にすることもできる。

【００２１】図２は本発明によるスイッチングハブの第
２の実施の形態を示す。図２では図１に示したものと同
一であるものには同一引用数字を用いたので、以下にお
いては重複する説明は省略する。図２におけるスイッチ
ングハブ１１は、スイッチング部２１、このスイッチン
グ部２１に接続されたバッファ２３、このバッファ２３
内の送信待ちデータの送信元ポート毎のデータ数を管理
する送信待ちデータ監視部２４、スイッチング部２１に
接続されたネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄ、この
ネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄの各々に対応して
設けられたポート１５ａ〜１５ｄの各々を備えて構成さ
れている。

【００２２】表２は送信待ちデータ監視部２４によって
管理されている送信待ちデータ数の一例を示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】例えば、上記したように、ネットワークＩ
／Ｆ部２２ｂ→２２ｃ、ネットワークＩ／Ｆ部２２ｄ→
２２ｃ、ネットワークＩ／Ｆ部２２ｃ→２２ａで通信が
行われているとすると、送信待ちデータとしてバッファ
２３に溜まるのは、ネットワークＩ／Ｆ部２２ｂのポー
ト１５ｂと１４ｄからのデータのみになる。表２の例で
は、バッファ２３にポート１５ｂからのデータが２０
個、ポート１５ｄからのデータが１０個溜まっており、
ポート１５ａ，１４ｃからのデータは無い状態である。

【００２５】図３は図２のスイッチングハブにおけるフ
ロー制御部の構成を示す。バッファ２３に接続されたバ
ッファ内データ量監視部３０を有している。データ量監
視部３０には、ネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄが
接続されている。更に、データ量監視部３１には送信待
ちデータ監視部２４が接続されている。図３において、
バッファ２３内のデータ量が予め決められたしきい値ｔ
ｈを越えると、送信待ちデータ監視部２４で管理してい
るポート毎の待ちデータ数を調べ、最も待ちデータ数の
多いポート（本例ではポート１５ｂ）に対してのみ送信
停止命令３２が送出される。この方式では、送信停止命
令を出した後にポート間の通信の傾向が変わると効果が
弱くなるが、実際にはその確率は小さく、問題にはなら
ない。

【００２６】なお、１つのポートのみでなく、待ちデー
タ数の多い順に複数のポート（例えば、ポート１５ｂと
ポート１５ｄ）に送信停止命令３２を出すようにしても
よく、これによって効率的に送信停止命令３２を発する
ことができる。また、１つの共通バッファの例について
説明したが、ポート毎にバッファを設ける構成の場合で
も、各バッファ毎にポート毎の送信待ちデータ数を管理
する送信待ちデータ監視部を設ければよい。

【００２７】本発明の第２の実施の形態によれば、送信
停止命令は一部のポートのみに出され、無関係なポート
に対する送信の一時停止はなくなるため、他のポートに
対する送信は可能になり、システム全体のスループット
が高められる。図４は本発明によるスイッチングハブの
第３の実施の形態を示す。図４では上記各実施の形態に
示したものと同一であるものには同一引用数字を用いた
ので、以下においては重複する説明は省略する。

【００２８】図４のスイッチングハブ１１は、各ポート
で共用されるバッファ１６を備えている。このバッファ
１６にはデータ量監視部３０が接続され、バッファ１６
に２つのしきい値ｔｈ11，ｔｈ12を設定している。デー
タ量監視部３０にはネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２
ｄが接続され、ネットワークＩ／Ｆ部２２ａ〜２２ｄの
各々には外部との接続のためのポート１５ａ〜１５ｄが
接続されている。

【００２９】ここで、しきい値ｔｈ11としきい値ｔｈ12
は、ｔｈ11＜ｔｈ12の関係にある。データ量監視部３０
はバッファ１６内のデータ量がしきい値ｔｈ11を越える
とネットワークＩ／Ｆ部２２ｃ，２２ｄのポート１５
ｃ，１５ｄにのみ送信停止命令３２を出力し、更に、バ
ッファ１６内のデータ量がしきい値ｔｈ12を越えるとネ
ットワークＩ／Ｆ部２２ａ，２２ｂのポート１５ａ，１
５ｂにのみ送信停止命令３２を出力する。しきい値ｔｈ
を越えた時にどのポートに送信停止命令３２を出力する
かの決定は、例えば、送信優先度の低い端末が接続され
ているポートにすることができる。或いは、高速のアッ
プリンクを持つスイッチングハブの場合であれば、高速
ポートを選択することにより、フロー制御の効果は大き
くなる。

【００３０】なお、第３の実施の形態において、各ポー
ト毎に送信バッファを持つスイッチングハブにおいて
も、同様に各バッファに２つのしきい値ｔｈ11，ｔｈ12
を定め、バッファ内のデータ量がｔｈ11を越えた時に、
そのポート以外で予め決められた一部のポートにのみ送
信停止命令を出力し、しきい値ｔｈ12を越えた時、しき
い値ｔｈ11を出力したポート以外の全ポートに送信停止
命令を出力する構成にしてもよい。

【００３１】本発明の第３の実施の形態によれば、デー
タ量が設定した第１のしきい値に達した時に一部のポー
トのみに送信停止命令が出され、更にデータ量が増えて
第２のしきい値を越えると他の全てのポートにも送信停
止命令が出される。このように２段階に分けて送信停止
命令が出されるため、全てのポートへの送信が同時に一
時停止する事態を低減することができるため、システム
全体のスループットが高められる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、バ
ッファに格納されるデータに対して少なくとも１つのし
きい値を設定し、バッファ内のデータ量をデータ量監視
部又は送信待ちデータ監視部で監視し、しきい値を越え
たか否か、更には所定の条件が成立したことをもってポ
ートに送信停止命令を出力するようにしたので、スイッ
チングハブへの送信が長時間停止する事態が低減され、
或いは、全てのポートへの送信が同時に一時停止する事
態を低減することが可能になる。この結果、通信が円滑
に行われるようになり、システム全体のスループットを
高めることが可能になる。 （注）発明の詳細な説明中イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎ
ｅｔ）は登録商標である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチングハブの第１の実施の
形態を示すブロック図。

【図２】本発明によるスイッチングハブの第２の実施の
形態を示すブロック図。

【図３】本発明によるスイッチングハブの第３の実施の
形態を示すブロック図。

【図４】図２のスイッチングハブにおけるフロー制御部
の構成を示すブロック図。

【図５】スイッチングハブを用いたネットワークシステ
ムを示す接続図。

【図６】スイッチングハブの内部構成を示すブロック
図。

【図７】図６のスイッチングハブにおけるフロー制御部
の構成を示すブロック図。

【図８】フロー制御用フレームの構成図。

【符号の説明】

１１ スイッチングハブ １３，１６，２３ バッファ １５ａ〜１５ｄ ポート ２１ スイッチング部 ２２ａ〜２２ｄ ネットワークＩ／Ｆ部 ２４ 送信待ちデータ監視部 ３０ データ量監視部 ３２ 送信停止命令 ｔｈ1 ，ｔｈ2 ，ｔｈ3 ，ｔｈ11，ｔｈ12 しきい値

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のポートと、前記複数のポートで共
   通に使用され或いは前記各ポート毎に設けられて転送デ
   ータを一時的に保存するバッファと、前記ポートの各々
   に接続されて通信制御を行うネットワークインターフェ
   ース部と、このネットワークインターフェース部と前記
   バッファを選択的に切り替え接続するスイッチング部を
   備えたスイッチングハブにおいて、 前記バッファのデータ量に応じて段階的に複数のしきい
   値を設定すると共に前記複数のしきい値毎に送信停止時
   間を設定し、前記複数のしきい値の１つを越える毎に対
   応する前記送信停止時間だけ送信を停止させるデータ量
   監視部を設けたことを特徴とするスイッチングハブ。
2. 【請求項２】 複数のポートと、前記複数のポートで共
   通に使用され或いは前記各ポート毎に設けられて転送デ
   ータを一時的に保存するバッファと、前記ポートの各々
   に接続されて通信制御を行うネットワークインターフェ
   ース部と、このネットワークインターフェース部と前記
   バッファを選択的に切り替え接続するスイッチング部を
   備えたスイッチングハブにおいて、 前記バッファ内の送信待ちデータの数を監視し、前記バ
   ッファ内のデータ量が予め設定したしきい値を越えたと
   き、最も多い送信待ちデータ数のポートに送信停止命令
   を出力する送信待ちデータ監視部を設けたことを特徴と
   するスイッチングハブ。
3. 【請求項３】 前記送信待ちデータ監視部は、送信待ち
   データ数の多い順に設定したポート数まで前記送信停止
   命令を出力することを特徴とする請求項２記載のスイッ
   チングハブ。
4. 【請求項４】 複数のポートと、前記複数のポートで共
   通に使用され或いは前記各ポート毎に設けられて転送デ
   ータを一時的に保存するバッファと、前記ポートの各々
   に接続されて通信制御を行うネットワークインターフェ
   ース部と、このネットワークインターフェース部と前記
   バッファを選択的に切り替え接続するスイッチング部を
   備えたスイッチングハブにおいて、 前記バッファのデータ量に応じて第１及び第２のしきい
   値を設定し、前記データ量が前記第１のしきい値を越え
   た時に予め決定した１以上のポートに送信停止命令を出
   力し、前記第２のしきい値を越えた時に全てのポートに
   送信停止命令を出力するデータ量監視部を設けたことを
   特徴とするスイッチングハブ。