JP2533103B2 - パケツト交換方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 発明の効果 〔概要〕 パケット交換方式において、送信バッファをパケット
の属性対応に複数のFIFOで構成し、受信バッファをパケ
ットの出方路および属性対応に複数のFIFOで構成し、パ
ケットの属性ごとに伝送路上でのパケット転送を規制
し、またパケットの出方路あるいは属性ごとに交換機内
のパケット転送を規制することにより、輻輳制御時のス
ループットの低下を防ぐことができるようにしたもので
ある。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高速パケット交換網の輻輳制御に関し、特
に高速パケット交換網全体で、輻輳制御時のスループッ
トの低下を防ぐことができるパケット交換方式に関す
る。

パケット交換網では、データ端末装置でのパケットの
発生が確率的であり、多数の端末装置が一斉にパケット
を送出すると、網内に大量のパケットが入り、網で定め
たサービス基準を維持できなくなるような輻輳が発生す
る。このような場合に、パケット交換網全体のスループ
ットを低下させることなく、速やかに網を正常運用状態
に復帰させるための輻輳制御が必要になる。

なお、本明細書において、FIFOとは、先入れ先出し
（First-in First-out）バッファである。

〔従来の技術〕

パケット交換網では、ユーザのデータが各交換局
（機）で蓄積・転送を繰り返して相手に到着する仕組み
になっているので、ユーザデータの流れ、すなわちトラ
ヒック制御を行なう必要がある。

トラヒック制御には、送受信スループットのアンバラ
ンスの解消および送信スループットの平滑化のためのフ
ロー制御と、網内の輻輳による網品質劣化およびロック
アップの防止のための輻輳制御がある。

フロー制御は、単一論理チャネル上のパケット流量を
監視する論理チャネルレベルでの制御、さらに単一端末
へのパケット流量を監視する端末レベルでの制御によ
り、送受信スループットの調整による無効トラヒックの
防止および送信スループットの平滑化によるバッファ量
の削減を可能にする。

このフロー制御の制御形態には、エンド−エンドのフ
ロー制御方式および網−エンドのフロー制御方式があ
る。エンド−エンドのフロー制御方式には、たとえばパ
ケットの再送回復手順も含んだウインドウ制御方式など
がある。このウインドウ制御方式は、論理リンクごとに
連続して送ることのできるパケット数（ウインドウサイ
ズ）を定め、一定数送ったあとに受信側から送信を許可
する指示がくるまでは送信端末装置は次のパケットの送
出を制御する方式である。

一方、エンド−エンドの論理チャネルレベルのフロー
制御が正常に行なわれたとしても、確率的に端末装置の
スループットを越えたパケットが到着する可能性があ
り、この場合には網内への過大なパケットの流入を防ぐ
ために、たとえばバッファでオーバフローしたパケット
は無断で廃棄するなどの網−エンドのフロー制御を行な
う必要がある。

このようなフロー制御は、第10図に示すように、網11
のエッジ13,15（端末17,19の収容部）間で行なわれてお
り、たとえば網11内が輻輳状態になり、各中継交換機21
で廃棄されたパケットに対して、網11のエッジ13,15間
で再送制御が行なわれた場合には、網11内の輻輳が一層
増大することがあった。

したがって、網全体の輻輳を防ぐには交換網レベルで
のトラヒック制御（輻輳制御）を行なう必要がある。こ
の輻輳制御は、交換機または網へ流入するパケットの総
量を規制するわけで、直接端末装置を規制する網−エン
ド制御と、隣接交換機の規制などの網内制御とがある。

網内制御は、輻輳状態を検出した交換局（機）が、全
交換局（機）に対して輻輳通知パケットを送出する。輻
輳通知パケットを受信した交換局（機）は、当該交換局
（機）へのパケット送出を規制する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような従来の輻輳制御方式は、たとえ
ば網内のある交換局（機）が輻輳すると、隣接局からの
パケットを制限するだけでは輻輳が網全体に波及するこ
とになるために、網内の全交換局（機）に輻輳を通知し
てパケットの転送を規制するとともに、網の入口でも輻
輳局宛のパケットを規制する必要がある。

第11図は、パケット交換機において、特定の出方路の
輻輳に対応する輻輳制御により、スループットの低下を
引き起こす例を説明する図である。

なお、第11図に示すパケット交換機では、出方路Ａお
よびＢと、入方路ＣおよびＤとを有し、輻輳により出方
路Ａ宛のパケットの転送が規制された場合の例である。

通常、パケットスイッチ31を介して、入方路C,Dの受
信バッファ33,35と出方路A,Bの送信バッファ37,39との
間でパケットの転送が行なわれる。

ここで、受信バッファ33,35で出方路Ａ宛のパケット
の送出が停止すると、次に続く出方路Ｂ宛のパケットの
転送まで停止することになり、網全体のスループットが
著しく低下する問題点があった。

また、パケット交換機内で、たとえば出方路Ａに続く
送信バッファ37が溢れて出方路Ａ宛のパケットの送出が
停止した場合でも同様である。

本発明は、パケットの輻輳制御時に、ネットワーク全
体のスループットの低下を防止することができるパケッ
ト交換方式を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理ブロック図である。

図において、受信バッファ110,120は、パケット交換
網を構成するパケット交換機の各入方路101,103とパケ
ットスイッチ150との間に、パケットの出方路および属
性対応に待行列を構成する複数のFIFOを含む。

送信バッファ130,140は、パケット交換機の各出方路1
05,107とパケットスイッチ150との間に、パケットの属
性対応に待行列を構成する複数のFIFOを含む。

パケット転送規制手段160,170は、各FIFOの状態に応
じてパケットの転送規制を行なう。

なお、パケット転送規制手段160,170は、隣接するパ
ケット交換機間で当該属性のパケット転送を規制する構
成であることが好ましい。

また、パケット転送規制手段160,170は、パケットス
イッチ150を介して受信バッファ110,120と送信バッファ
130、140との間で当該出方路および属性のパケット転送
を規制する構成であることが好ましい。

〔作用〕

本発明は、受信バッファ110,120にパケットの出方路
および属性対応に設けられている各FIFOの状態に応じ
て、パケット転送規制手段160,170は、当該属性のパケ
ットの転送規制を隣接するパケット交換機に対して行な
う。また、当該属性のパケットの転送規制が行なわれた
パケット交換機では、パケット転送規制手段160,170
が、隣接するパケット交換機に対して当該属性のパケッ
トの転送を停止するように制御する。

また、送信バッファ130,140にパケットの属性対応に
設けられている各FIFOの状態に応じて、パケット転送規
制手段160,170は、パケットスイッチ150を介して受信バ
ッファ110,120と送信バッファ130,140との間で、当該出
方路および属性のパケットの転送を停止するように制御
する。

したがって、隣接するパケット交換機から、ある属性
のパケットの転送規制が行なわれた場合には、当該属性
のパケットの転送を停止する。転送が停止された出方路
の送信バッファで、当該属性対応のFIFOに溢れが生じた
場合には、パケット交換機内のすべての受信バッファに
対して、当該出方路および属性のパケットの転送を停止
させることができる。さらに、当該属性のパケットの転
送が停止した受信バッファで、当該属性対応のFIFOに溢
れが生じた場合には、隣接するパケット交換機に対して
当該属性のパケットの転送規制を行なうことができる。

すなわち、パケット交換網において、パケットの属性
対応に転送規制を行なうことができるので、スループッ
トの低下を最小限に押さえることができる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に
説明する。

本発明のパケット交換方式では、パケット交換網内の
パケットをその属性（たとえば優先度やバースト性の強
さ）ごとにグループ分けを行なう。パケット交換機の出
方路にパケットを送出するFIFOは、この属性対応に別々
に設けられる。また、入力路に受信されるパケットは、
その属性と出方路の組み合わせ対応に別々に設けられる
FIFOでそれぞれ待行列が作られる。

以下、伝送路対応に設けられるこれら複数のFIFOの集
合をＭ−FIFO（多重FIFO）といい、受信バッファを受信
用Ｍ−FIFO、送信バッファを送信用Ｍ−FIFOという。

第２図は、本発明の一実施例の構成を示す。

図において、パケット交換機は、入方路201,203およ
び出方路205,207にそれぞれ接続される複数の伝送路対
応部210,220と、各伝送路対応部210,220間のパケット交
換を行なうパケットスイッチ（PSW）230とにより構成さ
れる。

伝送路対応部210,220は、それぞれ、入方路201,203と
パケットスイッチ230との間で縦続に接続される受信制
御部211,221、受信用Ｍ−FIFO212,222およびPSW入力部2
13,223と、パケットスイッチ230と出方路205,207との間
で縦続に接続される送信制御部214,224、送信用Ｍ−FIF
O215,225および伝送路送出部216,226とにより構成され
る。

伝送路対応部210において、伝送路から入方路201にパ
ケットが受信されると、受信制御部211ではパケットの
ヘッダ（論理チャネル番号、LCN）を解析してパケット
の出方路と属性を決定し、受信用Ｍ−FIFO212内の当該
出方路および属性の組み合わせに対応するFIFOに入力す
る。PSW入力部213では、受信用Ｍ−FIFO212からパケッ
トを取り出してパケットスイッチ230に送出する。

パケットスイッチ230では、指定された出方路を有す
る伝送路対応部（たとえば220、以下同様）の送信制御
部224へパケットを転送する。

送信制御部224では、パケットスイッチ230から受信し
たパケットを、その属性に応じて送信用Ｍ−FIFO225の
指定されたFIFOに入力する。伝送路送出部226は、送信
用Ｍ−FIFO225からパケットを取り出して出方路207へ送
出する。

次に輻輳制御時において、パケット交換機間のパケッ
ト転送を規制する制御信号、さらにパケット交換機内に
おいて、受信用Ｍ−FIFO212,222と送信用Ｍ−FIFO214,2
24間のパケット転送を規制する制御信号の流れについて
説明する。

パケット交換機間のパケット転送を規制する制御信号
の流れは、受信用Ｍ−FIFO212、222のパケット蓄積量が
所定値を越えたときに、越えたFIFOに対する「伝送路入
力輻輳通知」241を伝送路送出部216,226に対して行な
い、伝送路送出部216,226は、これを受けて他のパケッ
ト交換機に対して当該属性のパケットを送出することを
停止させる「転送停止指令パケット」243を出方路205,2
07に送出する。

また、伝送路を介して他のパケット交換機から送出さ
れた「転送停止指令パケット」243′を受信した受信制
御部211,221は、伝送路送出部216,226へ「属性対応パケ
ット送出規制信号」245を送出する。これにより、伝送
路送出部26,226では、当該属性のパケットを送信用Ｍ−
FIFO215,225から出方路205,207へ送出することを停止す
る。

第３図は、「転送停止指令パケット」243の一例を示
すフレームフォーマットである。図において、「転送停
止指令パケット」243は、転送停止指令パケットである
ことを示す論理チャネル番号（LCN）301と、属性番号０
〜Ｎの各属性対応の転送停止情報310,311、…、319とに
より構成される。

パケット交換機内のパケット転送を規制する制御信号
の流れは、送信用Ｍ−FIFO215,225内のパケット蓄積量
が所定値を越えたときに、PSW入力部213,223に対して、
「伝送路出力輻輳通知」251を行ない、PSW入力部213,22
3は、パケット交換機内のすべての伝送路対応部210,220
に対して、当該出方路および属性のパケットを送出する
ことを停止させる「出方路輻輳通知パケット」253を送
出する。パケットスイッチ230からこの「出方路輻輳通
知パケット」253′を受信した送信制御部214,224は、PS
W入力部213,223へ「出方路・属性対応転送規制信号」25
5を送出する。これにより、PSW入力部213,223では、当
該出方路および属性のパケットの転送を停止する。

第４図は、「出方路輻輳通知パケット」253の一例を
示すフレームフォーマットである。図において、「出方
路輻輳通知パケット」253は、出方路輻輳通知パケット
であることを示す論理チャネル番号（LCN）401、出方路
番号403、属性番号405により構成される。

以下、各部の構成を示す。

第５図は、Ｍ−FIFO（212,215,222,225）の一実施例
である。

図において、Ｍ−FIFOは複数のFIFO501,502,503を並
列に配置し、パケット入力511およびパケット出力513を
それぞれスイッチ505,507で切り換える構成である。ス
イッチ305の切り換え制御は、後述するFIFO選択信号（6
15,815）により行なわれ、スイッチ507の切り換え制御
は、後述するFIFO選択信号（715,915）により行なわれ
る。

また、各FIFO501,502,503のパケット蓄積量を常時監
視し、蓄積量情報（241,251,713,913）を外部へ通知す
るFIFO制御部509を有する。

なお、受信用Ｍ−FIFO（212,222）は、パケットの出
方路および属性対応に、出方路×属性の組み合わせ数だ
けFIFO501〜503が設けられる。送信用Ｍ−FIFO（215,22
5）は、パケットの属性数だけFIFO501〜503が設けられ
る。

第６図は、受信制御部（211,221）の一実施例であ
る。

第２図および第６図において、入方路201,203から入
力されたパケット611のヘッダには、論理チャネル番号
（LCN）がある。この論理チャネル番号（LCN）をマッピ
ングメモリ601のアドレスとして入力すると、出方路に
おける論理チャネル番号（新LCN）、パケットの属性番
号および出方路番号を示す信号613がヘッダ付替え部603
に送出され、パケットの出方路および属性に対応するFI
FO選択信号615が受信用Ｍ−FIFO212,222に送出される。
また、ヘッダ付替え部603の入力部に設けられるスイッ
チ605には、マッピングメモリ601から開閉制御信号617
が送出される。これらの情報は、バーチャルコール（V
C）を設定するときにマッピングメモリ601に格納され
る。

入力されたパケット611が、データ用パケットの場合
にはスイッチ605が閉じられ、信号613に基づきヘッダ付
替え部603で、パケットの論理チャネル番号（LCN）が出
方路における論理チャネル番号（新LCN）に付け替えら
れ、さらにパケットの先頭に属性番号と出方路番号が付
加されて出力される（619）。

また、入力されたパケット611が「転送停止指令パケ
ット」243の場合には、論理チャネル番号（LCN）がそれ
を示す番号になっている。したがって、マッピングメモ
リ601は伝送路送出部216,226に対して「属性対応パケッ
ト送出規制信号」245を送出する。同時に、スイッチ605
を開いてこの「転送停止指令パケット」243を廃棄す
る。

第７図は、PSW入力部（213,223）の一実施例である。

第２図および第７図において、受信用Ｍ−FIFO212,22
2からのパケット711をパケットスイッチ（PSW）230に転
送する場合には、スイッチ701をａ側に選択する。受信
用Ｍ−FIFO212,222内でパケットを有しているFIFOは、
制御部703でFIFO制御部（509）から送出される出方路・
属性対応FIFO内パケット有無信号713により検出され、F
IFO選択信号715で受信用Ｍ−FIFO212,222内の一つのFIF
Oを指定して、パケット711を取り出す。取り出されたパ
ケット711は、スイッチ701を介して出力される。

また、送信制御部214,224から「出方路・属性対応転
送規制信号」255が入力されると、出方路・属性対応転
送規制レジスタ705に書き込む。以後、受信用Ｍ−FIFO2
12,222内の当該出方路・属性に対応するFIFOにパケット
が入っていても、パケットの取り出し処理は行なわな
い。

また、送信用Ｍ−FIFO215,225からパケットの属性対
応の「伝送路出力輻輳通知」251が入力されると、制御
部703は出方路輻輳通知パケット作成部707に対して動作
指令717を出し、かつスイッチ701の選択信号719を送出
し、スイッチ701をｂ側に切り換えて出方路輻輳通知パ
ケット作成部707からの「出方路輻輳通知パケット」253
を送出する。

第８図は、送信制御部214,224の一実施例を示す。

第２図および第８図において、パケットスイッチ（PS
W）230から入力されたパケット811は、属性番号分離部8
01で属性番号とパケットに分離され、パケット813は分
離された属性番号に対応するFIFO選択信号815に応じ
て、送信用Ｍ−FIFO215,225内の指定されたFIFOに送出
される。

また、パケットスイッチ（PSW）230から入力されたパ
ケット811が、「出方路輻輳通知パケット」253の場合に
は、論理チャネル番号（LCN）がそれを示す番号になっ
ている。したがって、規制信号分離部803はPSW入力部21
3,223に対して「出方路・属性対応規制信号」255を送出
する。

第９図は伝送路送出部（216,226）の一実施例を示
す。

第２図および第９図において、送信用Ｍ−FIFO215,22
5からのパケット911を出方路205,207に送出する場合に
は、スイッチ901をａ側に選択する。送信用Ｍ−FIFO21
5,225内でパケットを有しているFIFOは、制御部903でFI
FO制御部（509）から送出される属性対応FIFO内パケッ
ト有無信号913により検出され、FIFO選択信号915で送信
用Ｍ−FIFO215,225内の一つのFIFOを指定して、パケッ
ト911を取り出す。取り出されたパケット911は、スイッ
チ901を介して出力される。

また、受信制御部211,221から「属性対応パケット送
出規制信号」245が入力されると、属性対応送出規制レ
ジスタ905に書き込む。以後、送信用Ｍ−FIFO215,225内
の当該属性に対応するFIFOにパケットが入っていても、
パケットの取り出し処理は行なわない。

また、受信用Ｍ−FIFO212,222からパケットの出方路
あるいは属性対応の「伝送路入力輻輳通知」241が入力
されると、制御部903は転送停止指令パケット作成部907
に対して動作指令917を出し、かつスイッチ901の選択信
号919を送出し、スイッチ901をｂ側に切り換えて転送停
止指令パケット作成部907からの「転送停止指令パケッ
ト」243を出方路205,207に送出する。

なお、以上説明した各部の構成は一例に過ぎず、それ
に限定されるものではない。

また、パケットスイッチ230では、受信制御部211,221
で付加された出方路番号に従って、パケットをその出方
路（送信制御部214,224）に転送する交換制御を行なう
が、そのときにこの出方路番号は廃棄される。このよう
な制御を行なうパケットスイッチ230の構成について
は、本発明の説明では直接関係がないので省略している
が、同一出願人による特許出願、特願昭60−252253「パ
ケット交換方式」に詳細に述べられている。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、パケットを属性ご
とにグループ分けし、送信・受信バッファをパケットの
属性対応に複数のFIFOで構成し、さらに受信バッファを
出方路対応にも構成することにより、任意の属性のパケ
ットの転送制御が輻輳しても、他の属性のパケットの転
送制御に与える影響を最小限に押さえることができる。

したがって、輻輳制御において、ネットワーク全体の
スループットの低下を抑制することができる効果があ
り、実用的には極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、 第３図は「転送停止指令パケット」の一例を示すフレー
ムフォーマット、 第４図は「出方路輻輳通知パケット」の一例を示すフレ
ームフォーマット、 第５図はＭ−FIFOの一実施例の構成を示すブロック図、 第６図は受信制御部の一実施例の構成を示すブロック
図、 第７図はPSW入力部の一実施例の構成を示すブロック
図、 第８図は送信制御部の一実施例の構成を示すブロック
図、 第９図は伝送路送出部の一実施例の構成を示すブロック
図、 第10図は従来のパケット交換方式を説明するブロック
図、 第11図は従来の輻輳制御によるスループットの低下を説
明する図である。 図において、 101,103は入方路、105,107は出方路、110,120は受信バ
ッファ、130,140は送信バッファ、150はパケットスイッ
チ（PSW）、160,170はパケット転送規制手段、201,203
は入方路、205,207は出方路、210,220は伝送路対応部、
211,221は受信制御部、212,222は受信用Ｍ−FIFO、213,
223はPSW入力部、214,224は送信制御部、215,225は送信
用Ｍ−FIFO、216,226は伝送路送出部、230はパケットス
イッチ（PSW）、241は「伝送路入力輻輳通知」、243は
「転送停止指令パケット」、245は「属性対応パケット
送出規制信号」、251は「伝送路出力輻輳通知」、253は
「出方路輻輳通知パケット」、255は「出方路・属性対
応転送規制信号」、501〜503はFIFO、505,507はスイッ
チ、509はFIFO制御部、511はパケット入力、513はパケ
ット出力、615,715,815,915はFIFO選択信号である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富永 進 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 長谷部 高行 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 電子情報通信学会創立70周年記念総合 全国大会（昭和62年）1797

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各入方路（101,103）に接続される受信バ
   ッファ（110,120）と、 各出方路（105,107）に接続される送信バッファ（130,1
   40）と、 受信バッファ（110,120）と送信バッファ（130,140）と
   の間でパケットの交換制御を行なうパケットスイッチ
   （150）と を備えたパケット交換機のパケット交換方式において、 受信バッファ（110,120）は、パケットの出方路および
   属性対応に待行列を構成する複数のFIFOを含み、 送信バッファ（130,140）は、パケットの属性対応に待
   行列を構成する複数のFIFOを含み、 各FIFOの状態に応じて、パケットの転送規制を行なうパ
   ケット転送規制手段（160,170）を備えたことを特徴と
   するパケット交換方式。
2. 【請求項２】パケット転送規制手段（160,170）は、隣
   接するパケット交換機間で当該属性のパケット転送を規
   制する構成である特許請求の範囲第（１）項に記載のパ
   ケット交換方式。
3. 【請求項３】パケット転送規制手段（160,170）は、パ
   ケットスイッチ（150）を介して受信バッファ（110,12
   0）と送信バッファ（130,140）との間で当該出方路およ
   び属性のパケット転送を規制する構成である特許請求の
   範囲第（１）項に記載のパケット交換方式。