JP2011091711A - ノード及び送信フレーム振り分け方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチ等のノードにおいて、優先度の低い送信フレームによって優先度の高い送信フレームが破棄されないようにした場合に発生する、構成が複雑になるといった課題や、順序性が保証されない場合があるといった課題を解決する。
【解決手段】振り分けテーブル２には、送信ポートPO11〜PO1nの送信ポート番号に関連付けて、その送信ポートを振り分け先にする送信フレームの優先度が１つ或いは複数（連続する複数の優先度）記録されている。ここで、送信フレームの順序性を保証するため、同一の優先度が複数のポート番号に関連付けて記録されることを禁止している。振り分け手段１は、受信ポートPI11〜PI1nから入力された送信フレームを、送信ポートPO11〜PO1nの何れかに振り分ける際、振り分けテーブル２から、上記送信フレームの優先度と関連付けて記録されている送信ポート番号を検索し、この検索した送信ポート番号の送信ポートに送信フレームを振り分ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の送信ポートに送信フレームを振り分ける送信フレーム振り分け技術に関する。

回線の帯域を増強させる方法の１つとして、IEEE802.3adによって標準化されているリンクアグリゲーションがある。これは、ネットワーク機器や端末装置（ノードと称す）間をつなぐ複数の物理的なリンクを束ね、帯域の広い１本の論理的なリンクとして扱う技術である。リンクアグリゲーションを利用することにより、例えば、１Gbpsの帯域幅のリンクを８本束ねて、８Gbpsの帯域幅の論理リンクとして使用することが可能になる。

ところで、IEEE802.3adでは、束ねられたリンク（送信ポート）に送信フレームを振り分けるための負荷分散方式は規定されておらず、通常、アドレスベースの負荷分散方式が使用されている。アドレスベースの負荷分散方式は、送信フレームのアドレス情報（送信元/宛先MACアドレス、送信元/宛先IPアドレス等）に対して所定の演算を行い、演算結果に基づいて送信フレームを振り分ける方式である。

アドレスベースの負荷分散方式は、同一フロー（送信元/宛先アドレスが同一）の送信フレームは、同じ送信ポートに振り分けられるので、順序性を保証できる。しかし、アドレスベースの負荷分散方式では、リアルタイム性が要求される優先度の高い送信フレーム（音声、動画などの送信フレーム）や、リアルタイム性が要求されない優先度の低い送信フレーム（データなどの送信フレーム）など、様々な優先度の送信フレームが同一の送信ポートに振り分けられるため、輻輳が発生し、上記送信ポート用のキューが溢れると、送信フレームの優先度にかかわらず、溢れた送信フレームは破棄されてしまう。つまり、優先度の低い送信フレームによって優先度の高い送信フレームが破棄されてしまう場合がある。

このような問題を解決することができる技術として次のような技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されているネットワークスイッチ装置は、リンクアグリゲーションが設定された複数の送信ポートそれぞれに、優先度毎のキューが設けられている。そして、送信フレームが入力された場合には、そのアドレス情報に基づいて振り分け先にする送信ポートを決定し、その送信ポートに設けられている複数のキューの内の、送信フレームの優先度に対応したキューに送信フレームをキューイングする。キューイングされた送信フレームは、優先度の高いキューにキューイングされているものから順番に、送信ポートへ出力される。

また、リンクアグリゲーションを利用した技術として、次のような技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載されている技術では、複数のネットワークインタフェース（送信ポート）IF1〜IF3を備えると共に、優先度の異なる複数の業務Ａ，Ｂを処理するサーバにおいて、優先度の高い業務Ｂの帯域を優先的に拡張するため、リンクアグリゲーションを利用している。優先度が低い業務Ａに、リンクアグリゲーションによってグループ化されているネットワークインタフェースIF1,IF2が対応付けられ、優先度が高い業務ＢにネットワークインタフェースIF3が対応付けられている状態において、ネットワークインタフェースIF3のトラフィックが増加した場合は、ネットワークインタフェースIF2に関するグループ化を解除し、その後、ネットワークインタフェースIF2,IF3をグループ化して優先度の高い業務Ｂに対応付ける。これ以降は、優先度の低い業務Ａからのデータ（送信フレーム）は、ネットワークインタフェースIF1に振り分けられ、優先度の高い業務Ｂからのデータは、ネットワークインタフェースIF2,IF3に振り分けられる。

特開２００７−５３５６４号公報 再特ＷＯ２００７／０２９２９７号公報

特許文献１に記載されている技術は、各送信ポートそれぞれに優先度毎のキューを設け、優先度の高いキューにキューイングされている送信フレームから順に送信ポートに出力するようにしているので、優先度の低い送信フレームによって優先度の高い送信フレームが破棄されることはない。しかし、特許文献１に記載されている技術は、送信ポートそれぞれに、優先度毎のキューを設けなければならないため、構成が複雑になるという問題がある。

また、特許文献２に記載されている技術は、優先度が異なる業務それぞれに対して、１つ或いは複数の送信ポート（ネットワークインタフェース）を対応付けているので、優先度の低い業務から出力される優先度の低い送信フレームによって、優先度の高い業務から出力される優先度の高い送信フレームが破棄されることはない。しかし、引用文献２には、複数の送信ポートが対応付けられた業務から出力される送信フレームを、対応付けられている送信ポートの内のどの送信ポートに振り分けるかは全く記載されておらず、送信フレームの順序性が保証されていないという問題がある。

［発明の目的］
そこで、本発明の目的は、優先度の低い送信フレームによって優先度の高い送信フレームが破棄されないようにした場合に発生する、構成が複雑になるといった課題や、順序性が保証されない場合があるといった課題を解決するノードを提供することにある。

本発明にかかる第１のノードは、
複数の送信ポートと、振り分け手段とを備え、
前記複数の送信ポートには、それぞれ１個または連続する複数の優先度が、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当てられ、
前記振り分け手段は、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分ける。

本発明にかかる送信フレーム振り分け方法は、
複数の送信ポートに、それぞれ１個または連続する複数の優先度を、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当て、
前記振り分け手段が、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分ける。

本発明にかかる第１のプログラムは、
複数の送信ポートを備え、前記複数の送信ポートには、それぞれ１個または連続する複数の優先度が、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当てられているコンピュータを、
送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分ける振り分け手段として機能させる。

本発明によれば、簡単な構成で、優先度の高い送信フレームが優先度の低い送信フレームによって破棄される危険性を少なくすることができると共に、送信フレームの順序性を保証することができる。

本発明の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。 ノードN1の構成例を示すブロック図である。 振り分けテーブル２の内容例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の処理例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態で使用するノードN1の構成例を示すブロック図である。 振り分けテーブル2aの内容例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の処理例を示すフローチャートである。 振り分けテーブル2aの他の内容例を示す図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［本発明の第１の実施の形態］
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態は、ノードN1，N2を含んでいる。ノードN1, N2は、スイッチ等のネットワーク装置や、端末装置である。

ノードN1，N2は、共にリンクアグリゲーションをサポートしており、それぞれｎ個の送信ポートPO11〜PO1n，PO21〜PO2nと、ｎ個の受信ポートPI11〜PI1n，PI21〜PI2nとを備えている。ノードN1，N2間の物理的なリンクL1〜Lnは、リンクアグリゲーションによって束ねられ、1本の帯域の広い論理的なリンクＬとして扱われる。なお、送信ポートPO11〜PO1nには、送信ポート番号＃１〜＃ｎが付与されているとする。

図２を参照すると、ノードN1は、送信ポートPO11〜PO1n毎のキューQ1〜Qnと、受信ポートPI11〜PI1nから入力された送信フレームを、その優先度に応じたキューQ1〜Qn（送信ポートPO11〜PO1n）に振り分ける振り分け手段１と、送信フレームの優先度と振り分け先の送信ポートとの対応関係が記録された振り分けテーブル２とを備えている。

図３を参照すると、振り分けテーブル２には、送信ポート番号＃１〜＃ｎに関連付けて、その送信ポートを振り分け先にする送信フレームの優先度が記録されている。図３の例は、送信ポートPO11〜PO1nのポート数が３（ｎ＝３）で、送信フレームの優先度が１〜６（優先度１が最も優先度が高い）の６段階である場合についてのものであり、送信ポート番号＃１の送信ポートPO11には優先度が「１」の送信フレームが、送信ポート番号＃２の送信ポートPO12には優先度が「２，３」の送信フレームが、送信ポート番号＃３の送信ポートPO13には優先度が「４，５，６」の送信フレームが振り分けられることを示している。また、この例では、優先度が高い送信フレームほど、広い帯域を確保できるようにするため、優先度が高い送信フレームの振り分け先にされる送信ポートほど、関連付けて記録される優先度の数を少なくしているが、これに限られるものではなく、例えば、各送信ポートに関連付けて記録する優先度の数を同じにしてもよい。また、この例では、送信フレームの順序性を保証するために、同一の優先度が、複数の送信ポート番号に関連付けて記録されることを禁止している。

振り分け手段１は、受信ポートPI11〜PI1nから入力された送信フレームの優先度を、そのヘッダ部から抽出する機能や、抽出した優先度に関連付けて記録されている送信ポート番号を振り分けテーブル２から検索する機能や、検索した送信ポート番号の送信ポートに送信フレームを振り分ける機能を有する。なお、送信フレームの優先度は、その送信元のアプリケーションプログラムに応じたものが設定されているとする。

ここで、振り分け手段１は、CPU（中央処理装置）によって実現することができ、その場合には、例えば、CPUを振り分け手段１として機能させるためのプログラムを記録したディスク、半導体メモリ等を用意し、CPUに上記プログラムを読み取らせる。CPUは、読み取ったプログラムに従って自身の動作を制御することにより、自CPU上に振り分け手段１を実現する。

尚、ノードN2もノードN1と同様の構成を有している。但し、ノードN2内の振り分け手段は、その負荷分散方式がノードN1内の振り分け手段１と異なるものであっても構わない。

次に、図４のフローチャートを参照して本実施の形態の動作について詳細に説明する。

図１に示すように、ノードN1とノードN2とがリンクアグリゲーションによる論理的なリンクＬで接続されている状態において、例えば、受信ポートPI11からノードN2宛ての送信フレームが入力されると（ステップC101）、振り分け手段１は、先ず、送信フレームのヘッダ部からその優先度を抽出する（ステップC102）。

その後、振り分け手段１は、ステップC102で抽出した優先度と関連付けて記録されている送信ポート番号を振り分けテーブル２から検索し、検索した送信ポート番号の送信ポートに対応するキューに送信フレームをキューイングする（ステップC103，C104）。例えば、振り分けテーブル２の内容が図３に示すものである場合は、送信フレームの優先度が「１」であれば、送信フレームをキューQ1にキューイングし、また、送信フレームの優先度が「４」であれば、送信フレームをキューQ3にキューイングする。

各キューQ1〜Qnは、キューイングされた送信フレームを、キューイングされた順番で出力し、キューQ1〜Qnから出力されて送信フレームは、送信ポートPO11〜PO1nを介してノードN2へ送信される（ステップC105）。

[第１の実施の形態の効果]
本実施の形態によれば、簡単な構成で、優先度の高い送信フレームが優先度の低い送信フレームによって破棄される危険性を少なくすることができると共に、送信フレームの順序性を保証することができる。その理由は、複数の送信ポートPO11〜PO1nに、それぞれ１つまたは連続する複数の優先度を、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当て、振り分け手段１が送信フレームを振り分ける際、送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに送信フレームを振り分けるようにしているからである。

また、本実施の形態では、優先度が高いフレームの振り分け先にされている送信ポートほど、その送信ポートを共有する送信フレームの優先度の数を少なくしているので、優先度の高い送信フレームほど、広い帯域を確保することが可能になる。

[本発明の第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、複数の送信ポートに同じ優先度の送信フレームを振り分けるようにしても、送信フレームの順序性を保証できるようにしたことを特徴とする。

図５を参照すると、本実施の形態で使用するノードN1は、振り分け手段１の代わりに振り分け手段1aを備えている点、および、振り分けテーブル２の代わりに振り分けテーブル2aを備えている点で、図２に示した第１の実施の形態のノードN1と相違している。

図６を参照すると、振り分けテーブル2aには、送信ポートPO11〜PO1nの送信ポート番号＃１〜＃ｎに関連付けて、その送信ポートを振り分け先にする送信フレームの優先度が記録されると共に、その送信ポートが振り分け先にされている優先度の送信フレームの内の、アドレス情報（送信元/宛先MACアドレス、送信元/宛先IPアドレス等）がどのような範囲にあるものをその送信ポートに振り分けるのかを示すアドレス情報範囲が記録されている。アドレス情報範囲としては、送信フレームの送信元MACアドレス、宛先MACアドレス、送信元IPアドレス、或いは、宛先IPアドレスに対するハッシュ値を使用したり、アドレスA1〜A2，(A2＋１)〜A3，(A3＋１)〜A4，…などのような実際のアドレスを使用することができる。

図６の例は、送信ポートPO11〜PO1nのポート数が７（ｎ＝７）、優先度が１〜３の３段階、アドレス情報範囲として宛先MACアドレスを「４」で除算した際の余りを使用した場合についてのものであり、送信ポート番号＃１〜＃４の送信ポートPO11〜PO14には、それぞれ優先度が「１」で、アドレス情報範囲が「０」「１」「２」「３」の送信フレームが振り分けられ、送信ポート番号＃５，＃６の送信ポートPO15，PO16には、それぞれ優先度が「２」で、アドレス情報範囲が「０，１」「２，３」の送信フレームが振り分けられ、送信ポート番号＃７の送信ポートPO17には、優先度が「３」で、アドレス情報範囲が「０，１，２，３」の送信フレームが振り分けられることを示している。

振り分け手段1aは、受信ポートPI11〜PI1nから入力された送信フレームの優先度およびアドレス情報をそのヘッダ部から抽出する機能や、抽出したアドレス情報からアドレス情報範囲を演算する機能や、上記優先度と上記アドレス情報範囲との両方に関連付けて記録されている送信ポート番号を振り分けテーブル2aから検索する機能や、検索した送信ポート番号の送信ポートに送信フレームを振り分ける機能を有する。なお、振り分け手段1aも第１の実施の形態における振り分け手段１と同様に、CPUによって実現することができる。

次に、本実施の形態の動作について図７のフローチャートを参照して説明する。

ノードN1内の振り分け手段1aは、例えば、受信ポートPI11から送信フレームが入力されると、先ず、そのヘッダ部から送信フレームの優先度とアドレス情報を抽出する（ステップC101，C102a）。

次に、振り分け手段1aは、ステップC102aで抽出したアドレス情報に対して予め定められている所定の演算を行うことにより、送信フレームのアドレス情報範囲を求める。本実施の形態では、送信フレームの宛先MACアドレスを「４」で除算し、その余りをアドレス情報範囲とする。その後、振り分け手段1aは、ステップC102aで抽出した送信フレームの優先度と上記アドレス情報範囲との両方に関連付けて記録されている送信ポート番号を振り分けテーブル2aから検索する（ステップC103a）。例えば、振り分けテーブル2aの内容が図６に示すものである場合、送信フレームの優先度が「１」、アドレス情報範囲が「２」であれば、送信ポート番号「＃３」が検索され、送信フレームの優先度が「２」、アドレス情報間が「０」であれば、送信ポート番号「＃５」が検索されることになる。

これ以降は、第１の実施の形態で説明したステップC104，C105と同様の動作が行われる。

尚、上述した説明では、振り分けテーブル2aとして、１つの送信ポートには１つの優先度だけが割り当てられている、図６に示すようなテーブルを使用したが、複数の優先度が割り当てられている送信ポートを含む、図８に示すような振り分けテーブル2aを使用するようにしても良い。図８に示した振り分けテーブル2aは、送信ポート番号＃１〜＃３の送信ポートPO11〜PO13には、それぞれ優先度が「１」で、アドレス情報範囲が「０」「１」「２」の送信フレームが振り分けられ、送信ポート番号＃４の送信ポートPO14には、優先度が「２」で、アドレス範囲情報が「０」「１」の送信フレームが振り分けられること示している。更に、図８の振り分けテーブル2aは、送信ポート番号＃５の送信ポートPO15には、優先度が「２」で、アドレス情報範囲が「２」の送信フレームと、優先度が「３」で、アドレス情報範囲が「０」の送信フレームとが振り分けられ、送信ポート番号＃６の送信ポートPO16には、優先度が「３」で、アドレス情報範囲が「１」「２」の送信フレームが振り分けられることを示している。

[第２の実施の形態の効果]
本実施の形態によれば、第１の実施の形態で得られる、簡単な構成で、優先度の高い送信フレームが優先度の低い送信フレームによって破棄される危険性を少なくすることができると共に、送信フレームの順序性を保証することができるという効果に加えて、複数の送信ポートに同じ優先度の送信フレームを振り分けるようにしても、送信フレームの順序性を保証することができるという効果を得ることができる。その理由は、複数の送信ポートPO11〜PO1nに、それぞれ、１つまたは連続する複数の優先度を、高い優先度が割り当てられている送信ポートほど、そのポート数が多くなるように割り当てると共に、アドレス情報の全範囲の内の、その送信ポートが担当するアドレス情報の範囲を割り当て、振り分け手段1aが、送信フレームを複数の送信ポートPO11〜PO1nの何れかに振り分ける際、送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートの内の、送信フレームのアドレス情報を含む範囲が割り当てられている送信ポートに送信フレームを振り分けるようにしているからである。なお、複数の送信ポートに同じ優先度の送信フレームを振り分けるようにしても、送信フレームの順序性を保証できるようにすることにより、優先度の高い送信フレームに対して、第１の実施の形態よりも広い帯域を保証することが可能になる。

本発明は、リンクアグリゲーション機能を備えるネットワーク通信機器や端末、および、それらを用いて構成されるネットワークに適用できる。

N1，N2・・・ノード
PO11〜PO1n，PO21〜PO2n・・・送信ポート
PI11〜PI1n，PI21〜PI2n・・・受信ポート
L1〜Ln・・・物理的なリンク
Ｌ・・・論理的なリンク
Q1〜Qn・・・キュー
１，1a・・・振り分け手段
２，2a・・・振り分けテーブル

Claims (11)

1. 複数の送信ポートと、振り分け手段とを備え、
   前記複数の送信ポートには、それぞれ１個または連続する複数の優先度が、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当てられ、
   前記振り分け手段は、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分けることを特徴とするノード。
2. 請求項１記載のノードにおいて、
   前記複数の送信ポートには、それぞれ１個または連続する複数の優先度が、高い優先度が割り当てられている送信ポートほど、その送信ポートに割り当てられている優先度の数が少なくなり、且つ、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当てられることを特徴とするノード。
3. 請求項１または２記載のノードにおいて、
   前記複数の送信ポートそれぞれのノード番号に関連付けて、その送信ノードに割り当てられている優先度が記録された振り分けテーブルを備え、且つ、
   前記振り分け手段は、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記振り分けテーブルから、前記送信フレームの優先度と関連付けて記録されているポート番号を検索し、該検索したポート番号の送信ポートへ前記送信フレームを振り分けることを特徴とするノード。
4. 複数の送信ポートと、振り分け手段とを備え、
   前記複数の送信ポートには、それぞれ、１個または連続する複数の優先度が、高い優先度が割り当てられている送信ポートほど、そのポート数が多くなるように割り当てられると共に、アドレス情報の全範囲の内の、その送信ポートが担当するアドレス情報の範囲が割り当てられ、
   前記振り分け手段は、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートの内の、前記送信フレームのアドレス情報を含む範囲が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分けることを特徴とするノード。
5. 請求項４記載のノードにおいて、
   前記複数の送信ポートそれぞれのノード番号に関連付けて、その送信ノードに割り当てられている優先度とアドレス情報の範囲とが記録された振り分けテーブルを備え、
   前記振り分け手段は、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記振り分けテーブルから、前記送信フレームの優先度と、前記送信フレームのアドレス情報を含むアドレス情報の範囲とに関連して記録されているポート番号を検索し、該検索したポート番号の送信ポートへ前記送信フレームを振り分けることを特徴とするノード。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のノードにおいて、
   前記送信フレームの優先度は、その送信フレームの送信元のアプリケーションプログラムに応じたものであることを特徴とするノード。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のノードにおいて、
   前記複数の送信ポートにはリンクアグリゲーションが設定されていることを特徴とするノード。
8. 複数の送信ポートに、それぞれ１個または連続する複数の優先度を、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当て、
   振り分け手段が、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分けることを特徴とする送信フレーム振り分け方法。
9. 複数の送信ポートに、それぞれ、１個または連続する複数の優先度を、高い優先度が割り当てられている送信ポートほど、そのポート数が多くなるように割り当てると共に、アドレス情報の全範囲の内の、その送信ポートが担当するアドレス情報の範囲を割り当て、
   振り分け手段が、送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートの内の、前記送信フレームのアドレス情報を含む範囲が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分けることを特徴とする送信フレーム振り分け方法。
10. 複数の送信ポートを備え、前記複数の送信ポートには、それぞれ１個または連続する複数の優先度が、送信ポート間での優先度の重複を禁止する形で割り当てられているコンピュータを、
    送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分ける振り分け手段として機能させるためのプログラム。
11. 複数の送信ポートを備え、前記複数の送信ポートには、それぞれ、１個または連続する複数の優先度が、高い優先度が割り当てられている送信ポートほど、そのポート数が多くなるように割り当てられると共に、アドレス情報の全範囲の内の、その送信ポートが担当するアドレス情報の範囲が割り当てられているコンピュータを、
    送信フレームを前記複数の送信ポートの何れかに振り分ける際、前記送信フレームと同一の優先度が割り当てられている送信ポートの内の、前記送信フレームのアドレス情報を含む範囲が割り当てられている送信ポートに前記送信フレームを振り分ける振り分け手段として機能させるためのプログラム。

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