JP4316349B2

JP4316349B2 - パケット転送経路制御装置および制御プログラム

Info

Publication number: JP4316349B2
Application number: JP2003365970A
Authority: JP
Inventors: 宏岡川; 仁一吉沢
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: US20050089013A1; US7505476B2; JP2005130366A

Description

本発明はパケット通信方式に係り、さらに詳しくは可変長や固定長のパケットをユニキャスト方式、あるいはマルチキャスト／ブロードキャスト方式で転送する通信システムにおけるパケット転送経路制御装置、および制御プログラムに関する。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレームなどの可変長のパケットや、非同期転送モード（アシンクロナス・トランスファー・モード、ＡＴＭ）などの固定長パケットを用いる通信システムが広範に利用されている。このようなパケット転送システム内のパケット転送経路制御装置は、入力されたパケットをパケット内の宛先情報に基づいて決定した出力ポートから送信する機能を持っている。宛先情報に対応する出力ポートがただ１つであるようなパケット、すなわち１つの入力ポートから入力され、１つの出力ポートから出力されるパケットをユニキャストパケット、入力パケットの宛先情報に複数の出力ポートが対応し、１つの入力ポートから入力されたパケットを複数の出力ポートから出力すべきパケットをマルチキャストパケット、入力パケットの宛先情報が全ての出力ポートに対応するパケット、あるいは出力ポートが定まらず、結果として全ての出力ポートから出力されるパケットをブロードキャストパケットと称する。

通常の１対１の通信ではユニキャストパケットが主に用いられ、通信が行われる。一方、放送サービスのように１対多の通信では、１台の放送サーバから複数の加入者に対して同時にパケットが送信されるために、全ての加入者との間での通信を１対１のユニキャストパケットによって実現することはサーバの負荷が大きくなり、サーバに接続された通信回線の帯域を効率的に利用することができない。そこでパケットの転送経路制御装置において、例えば放送サーバから送られたパケットを実質的にコピーして、マルチキャスト／ブロードキャストパケットとして加入者側に転送する方式が用いられている。

図２０はそのようなパケット転送経路制御装置によるマルチキャストパケット転送方式の説明図である。同図において放送サーバ４１から出力された１つのマルチキャストパケットは、経路制御装置４２によって実質的にコピーされ、複数の出力ポートから出力されて、加入者１から加入者３は放送サーバから出力されたパケットを受信することができる。パケットをコピーする経路制御装置４２をできるだけ加入者の近くに置くことによって、放送サーバ、および通信システムの負荷を増大させることなく、１対多の通信を実現することができる。

図２１はパケット転送経路制御装置の従来例の構成ブロック図であり、図２２は転送されるパケットのフォーマットの例である。図２１において、ある入力ポート５０から入力されたパケットは、対応する方路決定部５１によってそのパケットがユニキャストパケットであるか、複数の出力ポートから出力すべきマルチキャストパケットであるかのパケット種別が判別され、また出力ポート管理テーブル５２の内容によって、パケットの宛先アドレス情報に対応してパケットを出力すべき出力ポートが決定され、このパケット種別と出力ポートの情報はパケットデータと共にパケットデータ書込み部５３に送られる。

パケットデータ書込み部５３はパケットデータをパケットバッファ５４に書き込むと共に、パケット管理テーブル５５に、例えばそのパケットを出力すべき出力ポートに対応させて、そのパケットの管理情報として、パケットデータが格納されたパケットバッファ５４上のアドレスなどを書き込む。各出力ポート５７に対応するパケットデータ読出し部５６は、対応する出力ポート５７から出力すべきパケットを、その出力ポートに対応させて、パケット管理テーブル５５内の管理情報によってパケットバッファ５４から読出し、パケットを出力ポート５７から出力する。

図２２のパケットフォーマットは、例えばイーサネットフレームの例を示し、このフレームのプリアンブルの次に格納されているパケットの宛先アドレスに対応して、図２１の出力ポート管理テーブル５２にそのパケットを出力すべき出力ポートの番号が格納されており、入力されたパケットはその出力ポートから出力されることになる。

一般家庭などにおけるブロードバンド通信技術の普及に伴なって、放送サービスや多地点テレビ電話のように、マルチキャスト／ブロードキャストパケットを利用した１対多の通信技術の重要性は急速に高まっている。マルチキャストパケットやブロードキャストパケットを転送するためには、パケットの転送経路制御装置内で前述のようにパケットのコピー処理を行う必要があり、多数の出力ポートを持つ経路制御装置においてはコピー処理に膨大な時間がかかり、ユニキャストパケットを含めて後続するパケットの処理が滞り、経路制御装置の性能の劣化が生じるという問題点があった。

このようにユニキャストパケットとマルチキャストパケットとが転送される通信システムにおけるパケット転送技術の従来例として次の３つの文献がある。
特開平１０−２４３００９５号公報「スイッチングハブ」特表２００３−５１６０２９号公報「ワイヤ速度のＩＰマルチキャスト転送のための方法および装置」特開２００３−１５８５３２号公報「マルチＭＡＣＬＳＩのマルチキャスト送信パケットの転送装置およびその転送方法」

特許文献１では、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの伝送経路を別にして、マルチキャストパケットの伝送では、入力ポートと出力ポートとをリピートバッファを介して１対Ｎに接続し、複数の出力ポートから同じパケットを同時に送出可能とする技術が開示されている。

特許文献２では、ＩＰマルチキャストグループのための受信されたＩＰマルチキャストパケットはメモリに記憶され、メモリにおけるパケットの場所へのポインタがパケットのコピーが転送されるべき各ポート毎に記憶され、入力ポートに到着するＩＰマルチキャストパケット、受信側パケットのコピーがワイヤ速度でＩＰマルチキャストグループの各メンバに転送される技術が開示されている。

特許文献３には、複数ポートを持つパケット転送装置において、上位層デバイスとのインタフェースである送信バスに複数のポートに同時に書き込む仕組みを設けたことによって、上位層デバイスに対してマルチキャストを効率よく転送する技術が開示されている。

しかしながらこれらの従来技術においては、ユニキャストパケットとマルチキャスト／ブロードキャストパケットとの間のパケット順序性が保証されないという問題点があった。例えば特許文献３では、マルチキャスト／ブロードキャストパケットを書き込むマルチキャスト専用キューが設けられ、各出力ポートでの読出し時にパケットのコピー処理を行う方式が提案されているが、マルチキャストパケットの出力が優先されるために、時間的に先に到着したユニキャストパケットを、マルチキャスト専用キュー内のパケットが出力されるまで出力できず、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの間の出力順序が保証できない。

パケット出力の順序性が乱れた場合には、パケット受信側の上位レイヤ、例えばＴＣＰによってそれが検出され、パケットの再送要求が送信元に対して行われることになる。このような再送要求が複数の端末から同時に行われると、ネットワークの輻輳状態が発生しやすくなり、ネットワークの運用上望ましくないという問題点があった。

本発明の課題は上述の問題点に鑑み、出力ポート毎にマルチキャストパケットの管理情報を格納するマルチキャスト管理テーブルを設け、また入力パケットに対して、例えば出力ポート毎にシリアル番号を付与してパケットの出力を管理することによって、パケットの転送処理を高速化すると共に、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの間でのパケットの出力の順序性を保証することである。

図１は本発明のパケット転送経路制御装置の原理構成ブロック図である。同図は１つ以上の入力ポートの何れかから入力され、複数の出力ポートの内の１つの出力ポートから出力されるべきユニキャストパケット、複数の出力ポートから出力されるべきマルチキャストパケットの転送を制御するパケット転送経路制御装置の原理構成ブロック図である。

図１において方路決定手段１は、入力ポートから入力されたパケットを出力すべき出力ポートを決定し、かつそのパケットに対する出力順序を指定する出力順序識別情報を付与するものであり、パケットデータ記憶手段２は入力されたパケットのデータを記憶するものであり、パケット出力手段３_a、３_b、・・３_nは複数の出力ポートにそれぞれ対応し、方路決定手段１によって対応する出力ポートから出力すべきことが決定されているパケットを、出力順序識別情報の示す出力順序に従ってパケットデータ記憶手段２から読出し、対応する出力ポートから出力するものである。

発明の実施の形態においては、複数の出力ポートにそれぞれ対応して、各出力ポートから出力されるべきユニキャストパケットのデータに対するパケットデータ記憶手段２上の記憶位置、および出力順序識別情報を含むパケット管理情報を記憶するユニキャストパケット管理情報記憶手段と、各出力ポートから出力されるべきマルチキャストパケットに対して、ユニキャストパケットと同様のパケット管理情報を記憶するマルチキャストパケット管理情報記憶手段とをさらに備えることもできる。

また出力順序識別情報は、すべての入力ポートから入力された全パケットの入力順序を示すシリアル番号、または各出力ポート毎に出力されるべきパケットの入力順序を示す出力ポート毎のシリアル番号であることもできる。パケット出力手段は、ユニキャストパケット管理情報記憶手段にパケット管理情報が記憶されているパケットの内で、次に出力すべきユニキャストパケットの出力順序識別情報と、同様にマルチキャストパケット管理情報記憶手段に管理情報が記憶され、次に出力すべきマルチキャストパケットの出力順序識別情報とを比較して、対応する出力ポートから次に出力すべきパケットを決定することもできる。

本発明のパケット転送経路制御装置は、図１におけると同様の方路決定手段、パケットデータ記憶手段、および複数の出力ポートにそれぞれ対応するパケット出力手段に加えて、ポインタ記憶手段を備えることができる。

ポインタ記憶手段は、入力ポートから入力されたユニキャストパケットの内で時間的に直近に入力されたユニキャストパケット、またはそのユニキャストパケットのパケット管理データを指すポインタを、そのユニキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応して記憶するものであり、パケット出力手段は対応する出力ポートから出力すべきことが決定されているパケットを、ポインタ記憶手段の記憶内容に基づいてユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの入出力の順序を保証する出力順序に従って、パケットデータ記憶手段から読出し、対応する出力ポートから出力する。

発明の実施の形態においては転送経路制御装置は、前述と同様にパケット管理情報としてユニキャストパケットのパケットデータ記憶手段上の記憶位置などを記憶するユニキャストパケット管理情報記憶手段と、パケット管理情報としてマルチキャストパケットのデータのパケットデータ記憶手段上の記憶位置、およびそのマルチキャストパケットが入力された時点で、ポインタ記憶手段からそのマルチキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応して読み出されたポインタの値などを記憶するマルチキャストパケット管理情報記憶手段とを備えることもできる。

また実施の形態においては、前述のポインタは前述の時間的に直近に入力されたユニキャストパケットのパケットデータ記憶手段上の記憶位置、またはユニキャストパケット管理情報記憶手段上でのそのユニキャストパケットに対応するパケット管理情報の記憶位置を示すこともでき、パケット出力手段が対応する出力ポートから直前に出力されたユニキャストパケットに対するパケット管理情報のユニキャストパケット管理情報記憶手段上での記憶位置を記憶し、対応する出力ポートから次のパケットを出力するにあたって、その記憶位置とマルチキャストパケット管理情報記憶手段にパケット管理情報が記憶されているマルチキャストパケットの内で、次に出力すべきマルチキャストパケットに対するポインタの値とを比較し、両者が一致する時にマルチキャストパケットを、一致しない時にユニキャストパケットを出力することもできる。

本発明のパケット転送制御プログラムはユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの転送を制御する計算機によって使用されるプログラムであり、入力ポートから入力されたパケットを出力すべき出力ポートを決定する手順と、そのパケットがユニキャストパケットである時、パケットを出力すべき出力ポート毎にユニキャストパケットの管理情報を記憶するテーブルに、パケットに対して指定された出力ポート毎、または全パケットの入力順序を順序性識別情報として書き込む手順と、そのパケットがマルチキャストパケットである時、パケットを出力すべき出力ポート毎にマルチキャストパケットの管理情報を記憶するテーブルに、パケットに対して指定された出力ボート毎、または全パケットの入力順序を順序性識別情報として書き込む手順とを計算機に実行させるものである。

発明の実施の形態においては、この転送制御プログラムは出力ポートに対応してユニキャストパケット管理情報を記憶するテーブルから次に出力すべきユニキャストパケットの順序性識別情報を読出し、マルチキャストパケット管理情報を記憶するテーブルから次に出力すべきマルチキャストパケットの順序性識別情報を読み出す手順と、読み出した２つの順序性識別情報の値を比較して出力ポートからユニキャストパケットとマルチキャストパケットの何れを出力するかを決定する手順とをさらに計算機に実行させることもできる。

以上のように本発明によれば、パケットの入力順序を示すシリアル番号、または各出力ポートに対応して時間的に最も直近に入力されたユニキャストパケットを示すＵＴポインタを用いて、パケットの出力順序の管理が行われる。

本発明によれば、出力ポートに１対１に対応してマルチキャスト管理テーブルを備え、そのテーブルの格納内容を用いてマルチキャストパケットの出力を管理することによって、マルチキャストパケットを含めたパケットの転送処理を高速化することができる。

また本発明によれば、入力されたパケットにシリアル番号を付与するか、出力ポートに対応してその出力ポートから出力されるべきユニキャストパケットの内で時間的に最も直近に入力されたパケットを指すＵＴポインタを用いることによってパケットの出力の順序性を保証することができ、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットの間の出力順序の保証を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態を詳細に説明する前に、まず本発明のパケット転送経路制御装置によるパケット受信時とパケット送信時の基本処理について、図２および図３を用いて説明する。図２はパケット受信時の基本フローチャートである。同図においてステップＳ１でパケットが受信されると、ステップＳ２で受信パケットのパケット種別、すなわちユニキャストパケットかマルチキャストパケットかが判定され、またそのパケットを出力すべき出力ポートが決定され、ステップＳ３で従来例の図２１におけると同様に、パケットバッファにパケットデータが書き込まれ、並行してステップＳ４で受信パケットがユニキャストパケットであるか否かが判定される。

ユニキャストパケットである場合には、ステップＳ５で本発明においてユニキャストパケットの転送、すなわち出力を管理するためのユニキャストパケットに対する管理情報を格納するユニキャスト管理テーブルに、パケットのパケットバッファ上のアドレスと、パケットの出力順序を保証するための順序性識別情報が書き込まれる。パケットがマルチキャストあるいはブロードキャストパケットである場合には、ステップＳ６で本発明において出力ポートのそれぞれに対して１対１に設けられるマルチキャスト管理テーブル、すなわちマルチキャストパケット（ブロードキャストパケットを含む）を出力すべき全ての出力ポートに対応するマルチキャスト管理テーブルに、パケットのパケットバッファ上のアドレスと、パケットの出力順序を保証するための順序性識別情報が書き込まれる、すなわち本発明においては、従来例の図２１におけるパケット管理テーブル５５が、基本的にユニキャスト管理テーブルとマルチキャスト管理テーブルとに分割され、またマルチキャスト管理テーブルは各出力ポート、すなわちパケットデータ読出し部のそれぞれに対して１対１に設けられる。

図３は本発明におけるパケット送信時の基本処理フローチャートである。同図においてパケットを送信する場合には、図２１の従来例におけると同様に、それぞれの出力ポートに対応するパケットデータ読出し部によって対応する出力ポートからのパケット送信処理が行われる。

この処理においては、ステップＳ１０でユニキャスト管理テーブルから対応する出力ポートから次に出力すべきパケットに対応する管理情報が取り出され、並行してステップＳ１１でマルチキャスト管理テーブルから対応する出力ポートから次に出力すべきマルチキャストパケットに対する管理情報が取り出され、ステップＳ１２で取り出された管理情報、ここでは順序性識別情報が比較されて、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットのいずれを出力するかが決定される。ユニキャストパケットを出力すべき場合には、ステップＳ１３でユニキャスト管理テーブルからパケットバッファ上のパケットデータが書き込まれているアドレスが取得され、ステップＳ１４でパケットバッファからパケットデータが読み出され、ステップＳ１５でパケット送信処理が行われる。

ステップＳ１２でマルチキャストパケットを出力すべきものと決定された場合には、ステップＳ１６でマルチキャスト管理テーブルからパケットバッファ上のアドレス、すなわちマルチキャストパケットのデータが書き込まれているアドレスが取得され、ステップＳ１７でパケットバッファからパケットデータが読み出され、ステップＳ１８でパケット送信処理が行われる。ステップＳ１５、またはステップＳ１８でパケット送信処理が行われた後には、ステップＳ１０とステップＳ１１との処理が並行して行われる。
なお例えば図２において、ステップＳ３のパケットデータの書込みの後にステップＳ４でパケットの種別の判定を行ってもよく、また図３のステップＳ１０の処理の後にステップＳ１１の処理を実行しても良いが、ここでは処理の高速化のために並列処理が実行される。

つづいて本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。図４は第１の実施形態におけるパケット転送経路制御装置の構成ブロック図である。同図においては、まず従来例の図２１と同様に各入力ポート１０₁から１０_mにそれぞれ対応して、方路決定部１１₁から１１_mが設けられ、各方路決定部からは出力ポート管理テーブル１２に対するアクセスが可能となっている。また従来例には存在しないシリアル番号管理テーブル１３が設けられ、このテーブルも各方路決定部からアクセス可能となっている。第１の実施形態ではこのシリアル番号管理テーブル１３によってパケットの出力の順序性が管理される。その詳細については後述する。

また各方路決定部に対応してパケットデータ書込み部１４₁から１４_mが設けられ、またパケットバッファ１５が設けられ、従来例におけるパケット管理テーブル５５に代わってユニキャストパケットに対する管理情報を格納するユニキャスト管理テーブル１６が設けられる。

各出力ポート１９₁から１９_nに対応するパケットデータ読出し１８₁から１８_nのそれぞれに対応して、マルチキャストパケットの管理情報が格納されるマルチキャスト管理テーブル１７₁から１７_nが設けられる。またユニキャスト管理テーブル１６に対しては各パケットデータ書込み部から管理情報が書き込まれ、ユニキャストパケットの出力に対応して各パケットデータ読出し部から管理情報が読み出される。

図４において入力ポートのいずれか、例えば入力ポート１０₁から入力されたパケットに対して、方路決定部１１₁によってパケット種別の判別、すなわちユニキャストパケットか、マルチキャスト／ブロードキャストパケットかの判別と、そのパケットを出力すべき出力ポートの決定、およびパケットに付与されるシリアル番号の採番がおこなわれる。パケット種別の判別では、例えばイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）フレームの場合には、宛先アドレスの先頭ビットの値が０の時にユニキャストパケット、１の時にマルチキャスト／ブロードキャストパケットと判別され、また出力ポートの決定は出力ポート管理テーブル１２の内容によって行われる。

図５は出力ポート管理テーブルの格納内容の例である。同図において、パケットの宛先アドレスのそれぞれに対応して出力ポートの番号が格納されている。ユニキャストパケットに対しては宛先アドレスのそれぞれに対して出力ポート番号が１つだけ格納され、マルチキャストパケットに対してはアドレスのそれぞれに対して複数の出力ポート番号が格納されている。このテーブルの内容は、例えばキャリアによるネットワークの運用においてあらかじめ設定されており、宛先アドレスを参照することによってパケットを出力すべき出力ポートを決定することができる。また入力パケットの送信元アドレスと入力ポートとの２つの情報から、自己学習によってその内容を設定することも可能であるが、その詳細の説明は省略する。

次に方路決定部１１₁によってシリアル番号管理テーブル１３の内容が参照され、入力パケットに対するシリアル番号の採番が行われる。シリアル番号は、入力パケットに付与すべきシリアル番号を装置全体での一連の番号、または出力ポート毎の一連の番号として管理する。図６は出力ポート毎に管理する場合のシリアル番号管理テーブル１３の格納形式の例である。パケットが入力されるたびに、そのパケットが出力されるべき出力ポートに対応してシリアル番号が読み出され、入力パケットにその番号を付与すると共に、シリアル番号を１インクリメントして、再びテーブルに格納する処理が行われる。以上の処理によってパケット種別、出力ポート番号、およびシリアル番号の情報がパケットデータと共に、例えばパケットデータ書込み部１４₁に送られる。

パケットデータ書込み部１４₁は、パケットデータをパケットバッファ１５に書き込むと共に、パケットバッファ上のパケットデータの保存アドレス、パケット長、シリアル番号などをユニキャスト管理テーブル１６、またはそのパケットをマルチキャストパケットとして出力すべき出力ポートに対応するマルチキャスト管理テーブルのそれぞれに書き込む。装置内では出力ポート毎にユニキャストパケットの管理情報を収容するキューをユニキャスト管理テーブル１６として、またマルチキャスト／ブロードキャストパケットの管理情報を収容するキューを出力ポート毎に構成して、マルチキャスト管理テーブルとして用いる。

図７は入力されたパケットがマルチキャストパケットである場合の、マルチキャスト管理テーブルへのパケット管理情報の書込み方式の説明図である。同図に示すように、方路決定部１１からパケットデータ書込み部１４に対してパケットデータ、パケット種別、出力ポート番号、およびシリアル番号が与えられる。パケットデータ書込み部１４は、パケットがマルチキャストパケットである場合に、そのパケットを出力すべき出力ポートに対応するマルチキャスト管理テーブルのそれぞれに対して、マルチキャストのパケット管理情報を書き込む。これによって、方路決定部１１によって決定されたパケットを出力すべきすべての出力ポートに対応するマルチキャスト管理テーブルに対して、並列にパケット管理情報を書き込むことができる。

続いてパケットデータ書込み部１４₁によってパケット管理情報の書込みが行われる。前述のようにパケットがユニキャストパケットである場合には、管理情報はユニキャスト管理テーブル１６に書き込まれる。図８は第１の実施形態におけるユニキャスト管理テーブルの構成例である。ユニキャスト管理テーブル１６は、前述のように出力ポート毎のキューに対応し、先頭パケット管理テーブル、末尾パケット管理テーブル、空き領域管理テーブルの３つと共に用いられ、ユニキャストパケットの管理に使用される。先頭パケット管理テーブルには、出力ポート毎に送信待ちのパケット数と、次に出力すべき先頭パケットの管理データのユニキャスト管理テーブル上のアドレスが、ポインタとして格納される。同様に末尾パケット管理テーブルには、出力ポート毎に送信待ちで最後の順序のパケットに対するパケット管理情報のアドレスがポインタとして格納される。

ユニキャスト管理テーブルには、各エントリに、その管理情報に対応するパケットデータのパケットバッファ上の保存アドレス、パケット長、シリアル番号、および同一出力ポートから出力されるべき次の順序のパケットの管理情報へのポインタの４つの情報が格納される。ここでパケット長は、パケットのデータがパケットバッファ上で複数のアドレスにまたがって格納されることがあるため、そのようなパケットの管理のために格納される。さらに空き領域管理テーブルには、ユニキャスト管理テーブル上の空き領域、すなわちデータが格納されていない領域へのポインタが格納される。

図９は第１の実施形態におけるマルチキャスト管理テーブルの構成例である。図４で説明したように、マルチキャスト管理テーブルはそれぞれの出力ポート毎に１対１に対応して設けられる。マルチキャスト管理テーブルは出力ポート毎のキューを構成し、キューの先頭パケット、すなわち最初に出力すべきパケットの管理情報を格納するアドレスへのポインタと、末尾パケット、すなわち最後に出力すべきパケットの管理情報のアドレスを示す末尾パケットポインタと共に管理される。パケット管理情報としては、ユニキャスト管理テーブルと同様にパケットバッファ上のパケットデータの保存アドレス、パケット長、シリアル番号が格納される。キューに管理情報が追加される時には、末尾パケットポインタの指すアドレスの次のアドレスに管理情報が格納され、末尾パケットポインタがインクリメントされる。またパケットを出力する際には、先頭パケットポインタが指すアドレスの管理情報を読出し、先頭パケットポインタの値をインクリメントするという処理によって、テーブルの更新が行われる。管理情報がアドレス順に保存されるために、マルチキャストパケットの間でのパケットの出力の順序性は保証される。なおユニキャストパケットの管理を、図８のような構成ではなく、図９のように出力ポート毎に分かれたテーブル構成で行うこともできる。

図１０は第１の実施形態におけるパケット受信時の処理フローチャートである。同図の処理は、図２の基本処理フローチャートにおけると類似している。ステップＳ２０でパケットが受信されると、ステップＳ２１でシリアル番号の採番、ステップＳ２２で出力ポートｉが決定された後に、図２におけると同様の処理が実行される、すなわちステップＳ２５ではユニキャスト管理テーブルの出力ポートｉに対応するキューに対してパケットの管理情報が追加され、ステップＳ２６ではマルチキャストパケット管理テーブルの出力ポートｉ、ここでは複数の出力ポートに対応するテーブルにパケットの管理情報が格納される。

図１１はパケット受信時のユニキャスト管理テーブルの更新処理のフローチャートである。同図において、まずステップＳ３０で空き領域管理テーブルから、ユニキャスト管理テーブル上の１つの空き領域へのポインタによって空きアドレスｋが取得される。このポインタは基本的には空き領域管理テーブル内のどのポインタを使用しても良い。そしてステップＳ３１でユニキャスト管理テーブルのアドレスｋに受信パケットのパケットバッファ上の保存アドレス、パケット長、シリアル番号が保存され、ステップＳ３２で先頭パケット管理テーブルから、ユニキャストパケットを出力すべき出力ポートｉの送信待ちパケット数が取得され、１加算した値の書込みが行われる。

ステップＳ３３でその送信待ちパケット数の値が１であるか否かが判定され、１である場合にはその出力ポートｉに対応する新しいキューを構成するためにステップＳ３４で先頭パケット管理テーブルの出力ポートｉに対応するエントリにポインタとしてアドレスｋが登録された後に、また送信待ちパケット数が１を超える、すなわち２以上である場合にはステップＳ３５で対応するキューにそのパケットの管理情報を追加するために、末尾パケット管理テーブルから出力ポートｉに対応する末尾パケットのポインタを取得し、そのポインタによって示されるユニキャスト管理テーブルのアドレスに保存されている管理情報の中のポインタの値としてアドレスｋが登録された後に、ステップＳ３６の処理に移行する。そしてステップＳ３６で、末尾パケット管理テーブルの出力ポートｉに対応するポインタとしてアドレスｋが登録されて処理を終了する。

図１２はパケット送信時の処理フローチャートである。同図は図３の基本処理フローチャートと類似しているが、まずステップＳ４０、ステップＳ４１において、それぞれの管理テーブルから次に出力すべき先頭パケットのシリアル番号が取得され、ステップＳ４２でそれらの番号の大小が比較され、ユニキャストパケットのシリアル番号の方が小さい場合には、ステップＳ４３からステップＳ４５の処理が行われてユニキャストパケットが送信され、マルチキャストパケットのシリアル番号の方が小さい場合には、ステップＳ４６からステップＳ４８の処理によってマルチキャストパケットが送信される。

図１３は第１の実施形態におけるパケット送信時のユニキャスト管理テーブル更新処理のフローチャートである。出力ポートｉからユニキャストパケットを送信する場合には、その出力ポートに対応するパケットデータ読出し部によってユニキャスト管理テーブル１６の格納内容の更新が行われる。まずステップＳ５０で先頭パケット管理テーブルの出力ポートｉに対応するエントリから、先頭パケットポインタが示すアドレスｊが取得され、ステップＳ５１でユニキャスト管理テーブルのアドレスｊに格納されているパケットデータ保存アドレス、パケット長、シリアル番号が読み出され、ステップＳ５２で先頭パケット管理テーブルから出力ポートｉにおける送信待ちのパケット数が読み出され、その値から１を減算した値が送信待ちパケット数として書き込まれる。

ステップＳ５３でその新しい送信待ちパケット数の値が０であるか否かが判定され、０を超えている、すなわち１以上である場合には、ステップＳ５４でユニキャスト管理テーブルのアドレスｊのエントリに格納されているポインタの値が、先頭パケット管理テーブルの出力ポートｉに対応するエントリに書き込まれた後に、また送信待ちパケットが０である場合には直ちに、ステップＳ５５でユニキャスト管理テーブルのアドレスｊが空き領域管理テーブルに登録されて処理を終了する。

図９で説明したようにマルチキャスト管理テーブルは出力ポート毎にそれぞれ構成され、パケットの管理情報は入力順とアドレス順とが対応する形式で保存されるために、パケット受信時、およびパケット送信時におけるテーブルの更新処理は容易である。マルチキャスト管理テーブル上の管理情報の追加、または削除に対応して先頭パケットポインタ、または末尾パケットポインタの更新を行うのみでデータの更新処理が行われる。

以上に説明した第１の実施形態では、入力パケットに対してシリアル番号を付加し、その管理を行うこと、またパケット送信時のユニキャストパケットとマルチキャストパケットの間でのシリアル番号の比較処理が従来例と比べて増加するが、これらの処理は簡単なものである。ユニキャストパケット相互間、マルチキャスト／ブロードキャストパケット相互間に加えて、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの間でパケット出力の順序性が保証できるという従来技術に比べて大きな効果がある。

続いて本発明の第２の実施形態について説明する。図１４は第２の実施形態におけるパケット転送経路制御装置の構成ブロック図である。同図を図４の第１の実施形態と比較すると、シリアル番号管理テーブル１３に代わって、ＵＴポインタ管理テーブル２０が備えられ、このＵＴポインタ管理テーブル２０に対しては方路決定部ではなく、パケットデータ書込み部のそれぞれからアクセスが行われる点が基本的に異なっている。

すなわち第２の実施形態においては、シリアル番号に代わってＵＴポインタを用いてパケットの出力の順序性が管理される。図１５はＵＴポインタ管理テーブル２０の格納形式を示す。各出力ポートに対応してＵＴポインタの値が格納される。

各入力ポートからユニキャストパケットが入力されるたびに、その入力ポートに対応するパケットデータ書込み部によって、そのパケットの管理情報が格納されたユニキャスト管理テーブル１６上のアドレスが、ＵＴポインタの値としてそのパケットを出力すべき出力ポートに対応するエントリに格納される。すなわちＵＴポインタ管理テーブル２０には、各出力ポートに対応して出力されるべきユニキャストパケットの内で、時間的に常に直近に入力されたユニキャストパケットに対応する管理情報の、ユニキャスト管理テーブル上のアドレスが保存されることになる。なおＵＴポインタの値としては、ユニキャスト管理テーブル上のアドレスの代わりに、そのユニキャストパケットのデータが格納されたパケットバッファ上のアドレスを使うことも可能である。

図１６は第２の実施形態におけるユニキャスト管理テーブルの構成を示す。第１の実施形態における図８と比較すると、ユニキャスト管理テーブルの各エントリにシリアル番号が格納されない点を除いて、第１の実施形態におけるとその構成は同じである。またユニキャスト管理テーブルの更新手順も、シリアル番号を使用しない点を除いては第１の実施形態におけると同じである。

図１７は第２の実施形態におけるマルチキャスト管理テーブルの構成を示す。第１の実施形態における図９と比較すると、マルチキャストパケットの管理データとして、シリアル番号に代わってＵＴポインタが格納される点が異なっている。

第２の実施形態においては、ある入力ポートから入力されたパケットが複数の出力ポートから出力すべきマルチキャストパケットである場合には、対応するパケットデータ書込み部によってＵＴポインタ管理テーブル２０に格納されているＵＴポインタ、すなわち時間的に最も直近に入力されたユニキャストパケットに対応するポインタの値が読み出され、その値が図１７におけるＵＴポインタの値として、パケットバッファ上のパケットデータの保存アドレス、パケット長と共に格納される。マルチキャスト管理テーブルにおけるパケット受信時、およびパケット送信時の管理情報の更新手順は、ＵＴポインタが存在する以外は、第１の実施形態におけると同様に簡単な処理として実行される。

図１８は第２の実施形態におけるパケット受信時の処理フローチャートである。基本処理フローチャートとしての図２と同様に、ステップＳ６０からステップＳ６３の処理が実行され、ステップＳ６３で受信パケットがユニキャストパケットであると判定された時には、ステップＳ６４でユニキャスト管理テーブルにパケット管理情報が追加された後に、ステップＳ６５でＵＴポインタ管理テーブルに格納されているポインタの値が更新される。すなわちＵＴポインタ管理テーブルの中で、そのユニキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応するエントリに、このパケットの管理情報が格納されたユニキャスト管理テーブル上のアドレスが保存される。ステップＳ６３でマルチキャストパケットと判定された場合には、ステップＳ６６でＵＴポインタ管理テーブルからＵＴポインタの値が読み出され、ステップＳ６７でＵＴポインタの値を含むパケット管理情報がマルチキャスト管理テーブルに追加される。

図１９は第２の実施形態におけるパケット送信時の処理フローチャートである。第２の実施形態においては、それぞれの出力ポートに対応するパケットデータ読出し部が、時間的に最も直近に、対応する出力ポートから出力されたユニキャストパケットの管理情報のユニキャスト管理テーブル上のアドレスを保持しており、図１９のパケット送信処理のフローチャートに従ってパケット出力処理を行うものとする。まずステップＳ７０で出力ポートｉに対応するマルチキャスト管理テーブルにおける先頭パケットのＵＴポインタが取得され、ステップＳ７１でそのポインタの値と、直近に出力したユニキャスト管理テーブル上の管理情報のアドレスとを比較し、これらの値が等しい場合には、今読み出されたＵＴポインタの値に対応するマルチキャストパケットの直前に入力されたユニキャストパケットが出力ポートｉからすでに出力されたことが明らかであるために、次に送信すべきパケットとしてマルチキャストパケットを送信することを決定し、ステップＳ７６からステップＳ７８においてマルチキャストパケットの送信処理を行う。

ＵＴポインタの値と保持していたユニキャスト管理テーブルのアドレスとが等しくない場合には、現在読み出されたＵＴポインタに対応するマルチキャストパケットの前に出力すべきユニキャストパケットがまだ存在するものとして、ステップＳ７２からステップＳ７４においてユニキャストパケットを送信した後、ステップＳ７５で送信したユニキャストパケットに対応するパケット管理情報が保存されていたユニキャスト管理情報のアドレスを保存して、ステップＳ７０の処理に戻る。

なおステップＳ７１でＵＴポインタの値と保持していたアドレスの値とが等しくない場合にユニキャストパケットを送信するものとしているが、一般的にはこのような場合には保持していたアドレスの方がＵＴポインタの値より小さく、マルチキャストパケットを出力する前にまだ出力すべきユニキャストパケットが存在することになるが、例えば図１６のユニキャスト管理テーブルにおいてパケットの管理情報が保存されるアドレスは出力ポート毎にキューを構成するため、時間的に前に管理情報が保存されるアドレスが後に管理情報が保存されるアドレスよりも小さいとは限らないために、ＵＴポインタの値と保存していたアドレスとが等しくない場合にユニキャストパケットを送信するものとする。

このように第２の実施形態においては、マルチキャストパケットに対応するＵＴポインタの値と、保存している、時間的に最も直近に出力したユニキャストパケットに対応したパケット管理情報のユニキャスト管理テーブル上のアドレスとを比較して、次に出力すべきパケットとしてユニキャストパケットかマルチキャストパケットかの選択を行うことによって、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの間で出力パケットの順序性を保証することができる。この保証のために、ＵＴポインタの管理と、パケット送信時のポインタの値と直前のパケット管理情報アドレスとの比較処理が従来に比べて増加するが、これらの処理は簡単な処理であり、ユニキャストパケット相互間、マルチキャスト／ブロードキャストパケット相互間だけでなく、ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの間でパケットの出力の順序性が保証される。

（付記１）ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの転送を制御する装置において、
１つ以上の入力ポートの何れかから入力されたパケットを出力すべき出力ポートを決定し、かつ該パケットに対する出力順序を指定する出力順序識別情報を付与する方路決定手段と、
入力されたパケットのデータを記憶するパケットデータ記憶手段と、
前記複数の出力ポートにそれぞれ対応する複数のパケット出力手段であって、前記方路決定手段によって対応する出力ポートから出力すべきことが決定されているパケットのデータを、前記出力順序識別情報の示す出力順序に従って前記パケットデータ記憶手段から読出し、対応する出力ポートから出力するパケット出力手段とを備えることを特徴とするパケット転送経路制御装置。

（付記２）前記パケット転送経路制御装置において、
複数の出力ポートにそれぞれ対応して、該各出力ポートから出力されるべきユニキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置、および出力順序識別情報を含むパケット管理情報を記憶するユニキャストパケット管理情報記憶手段と、
各出力ポートから出力されるべきマルチキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置、および出力順序識別情報を含むパケット管理情報を記憶するマルチキャストパケット管理情報記憶手段とをさらに備えることを特徴とする付記１記載のパケット転送経路制御装置。

（付記３）前記パケット出力手段が、前記ユニキャストパケット管理情報記憶手段にパケット管理情報が記憶されているパケットの内で、次に出力すべきユニキャストパケットの出力順序識別情報と、マルチキャストパケット管理情報記憶手段にパケット管理情報が記憶されているパケットの内で、次に出力すべきマルチキャストパケットの出力順序識別情報とを比較して、対応する出力ポートから次に出力すべきパケットを決定することを特徴とする付記２記載のパケット転送経路制御装置。

（付記４）前記出力順序識別情報が、全ての入力ポートから入力された全パケットの入力順序を示すシリアル番号、または各出力ポート毎に出力されるべきパケットの入力順序を示す出力ポート毎のシリアル番号であることを特徴とする付記１記載のパケット転送経路制御装置。

（付記５）ユニキャストパケットとマルチキャストパケットの転送を制御する装置において、
１つ以上の入力ポートの何れかから入力されたパケットを出力すべき出力ポートを決定し、かつ該パケットに対する出力順序を指定する出力順序識別情報を付与する方路決定手段と、
複数の各出力ポートに対応して、１つ以上の入力ポートから入力されたユニキャストパケットの内で時間的に直近に入力されたユニキャストパケット、または該ユニキャストパケットのパケット管理データを指すポインタを、該ユニキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応して記憶するポインタ記憶手段と、
入力されたパケットのデータを記憶するパケットデータ記憶手段と、
前記複数の出力ポートにそれぞれ対応する複数のパケット出力手段であって、前記方路決定手段によって対応する出力ポートから出力すべきことが決定されているパケットのデータを、前記ポインタ記憶手段の記憶内容に基づいてユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの入出力の順序を保証する出力順序に従って前記パケットデータ記憶手段から読出し、対応する出力ポートから出力するパケット出力手段とを備えることを特徴とするパケット転送経路制御装置。

（付記６）前記パケット転送経路制御装置において、
複数の出力ポートにそれぞれ対応して、該各出力ポートから出力されるべきユニキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置を含むパケット管理情報を記憶するユニキャストパケット管理情報記憶手段と、
各出力ポートから出力されるべきマルチキャストパケットのデータに対するパケットデータ記憶手段上の記憶位置、および該マルチキャストパケットが入力された時点で前記ポインタ記憶手段から該マルチキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応して読み出されたポインタの値を含むパケット管理情報を記憶するマルチキャストパケット管理情報記憶手段とをさらに備えることを特徴とする付記５記載のパケット転送経路制御装置。

（付記７）前記ポインタが、前記時間的に直近に入力されたユニキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置、または前記ユニキャストパケット管理情報記憶手段上での該ユニキャストパケットに対応するパケット管理情報の記憶位置を指すことを特徴とする付記６記載のパケット転送経路制御装置。

（付記８）前記パケット出力手段が、対応する出力ポートから直前に出力したユニキャストパケットに対するパケット管理情報の前記ユニキャストパケット管理情報記憶手段上での記憶位置を記憶し、対応する出力ポートから次のパケットを出力するにあたって、前記マルチキャストパケット管理情報記憶手段にパケット管理情報が記憶されているマルチキャストパケットの内で次に出力すべきマルチキャストパケットに対する前記ポインタの値と前記記憶位置とを比較し、両者が一致する時にマルチキャストパケットを、一致しない時にユニキャストパケットを出力することを特徴とする付記７記載のパケット転送経路制御装置。

（付記９）ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの転送を制御する計算機によって使用されるプログラムにおいて、
入力ポートから入力されたパケットを出力すべき出力ポート決定する手順と、
該パケットがユニキャストパケットである時、該パケットを出力すべき出力ポート毎にユニキャストパケットの管理情報を記憶するテーブルに、パケットに対して指定された出力ポート毎、または全パケットの入力順序に対応して付与された順序性識別情報を書き込む手順と、
該パケットがマルチキャストパケットである時、該パケットを出力すべき出力ポート毎にマルチキャストパケットの管理情報を記憶するテーブルに、パケットに対して指定された出力ポート毎、または全パケットの入力順序に対応して付与された順序性識別情報を書き込む手順とを計算機に実行させるパケット転送経路制御プログラム。

（付記１０）前記パケット転送制御プログラムにおいて、
出力ポートに対応してユニキャストパケット管理情報を記憶するテーブルから次に出力すべきユニキャストパケットの順序性識別情報を読出し、マルチキャストパケット管理情報を記憶するテーブルから次に出力すべきマルチキャストパケットの順序性識別情報を読み出す手順と、
該読み出した２つの順序性識別情報の値を比較して、該出力ポートから次にユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの何れを出力するかを決定する手順とをさらに計算機に実行させることを特徴とする付記９記載のパケット転送制御プログラム。

本発明は、パケットなどを利用して通信を行う通信産業は当然のこととして、プライベートなネットワークを介して企業内での通信を必要とするすべての産業において利用可能である。

本発明のパケット転送経路制御装置の原理構成ブロック図である。本発明におけるパケット受信時の基本処理フローチャートである。本発明におけるパケット送信時の基本処理フローチャートである。第１の実施形態におけるパケット転送経路制御装置の構成を示すブロック図である。出力ポート管理テーブルの格納内容の例である。シリアル番号管理テーブルの格納形式の例である。マルチキャスト管理テーブルへのパケット管理情報書込み方式の説明図である。第１の実施形態におけるユニキャスト管理テーブルの構成例である。第１の実施形態におけるマルチキャスト管理テーブルの構成例である。第１の実施形態におけるパケット受信時の処理フローチャートである。パケット受信時のユニキャスト管理テーブル更新処理のフローチャートである。第１の実施形態におけるパケット送信時の処理フローチャートである。パケット送信時のユニキャスト管理テーブル更新処理のフローチャートである。第２の実施形態におけるパケット転送経路制御装置の構成を示すブロック図である。ＵＴポインタ管理テーブルの格納形式の例である。第２の実施形態におけるユニキャスト管理テーブルの構成例である。第２の実施形態におけるマルチキャスト管理テーブルの構成例である。第２の実施形態におけるパケット受信時の処理フローチャートである。第２の実施形態におけるパケット送信時の処理フローチャートである。パケット転送経路制御装置によるマルチキャストパケット出力方式の説明図である。パケット転送経路制御装置の従来例の構成を示すブロック図である。パケットフォーマットの例を示す図である。

符号の説明

１方路決定手段
２パケットデータ記憶手段
３_a，３_b・・・パケット出力手段
１０₁，１０₂・・・入力ポート
１１₁，１１₂・・・方路決定部
１２出力ポート管理テーブル
１３シリアル番号管理テーブル
１４₁，１４₂・・・パケットデータ書込み部
１５パケットバッファ
１６ユニキャスト管理テーブル
１７₁，１７₂・・・マルチキャスト管理テーブル
１８₁，１８₂・・・パケットデータ読出し部
１９₁，１９₂・・・出力ポート
２０ＵＴポインタ管理テーブル
４１放送サーバ
４２経路制御装置
５０入力ポート
５１方路決定部
５２出力ポート管理テーブル
５３パケットデータ書込み部
５４パケットバッファ
５５パケット管理テーブル
５６パケットデータ読出し部
５７出力ポート

Claims

ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの転送を制御する装置において、
１つ以上の入力ポートの何れかから入力されたパケットを出力すべき出力ポートを決定し、かつ該パケットに対する出力順序を指定する出力順序識別情報を付与する方路決定手段と、
入力されたパケットのデータを記憶するパケットデータ記憶手段と、
前記複数の出力ポートにそれぞれ対応する複数のパケット出力手段であって、前記方路決定手段によって対応する出力ポートから出力すべきことが決定されているパケットのデータを、前記出力順序識別情報の示す出力順序に従って前記パケットデータ記憶手段から読出し、対応する出力ポートから出力するパケット出力手段とを備え、
前記出力順序識別情報は、前記ユニキャストパケットと前記マルチキャストパケットの間の入力順序を保持していることを特徴とするパケット転送経路制御装置。
前記パケット転送経路制御装置において、
複数の出力ポートにそれぞれ対応して、該各出力ポートから出力されるべきユニキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置、および出力順序識別情報を含むパケット管理情報を記憶するユニキャストパケット管理情報記憶手段と、
各出力ポートから出力されるべきマルチキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置、および出力順序識別情報を含むパケット管理情報を記憶するマルチキャストパケット管理情報記憶手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のパケット転送経路制御装置。
ユニキャストパケットとマルチキャストパケットの転送を制御する装置において、
１つ以上の入力ポートの何れかから入力されたパケットを出力すべき出力ポートを決定し、かつ該パケットに対する出力順序を指定する出力順序識別情報を付与する方路決定手段と、
複数の各出力ポートに対応して、１つ以上の入力ポートから入力されたユニキャストパケットの内で時間的に直近に入力されたユニキャストパケット、または該ユニキャストパケットのパケット管理データを指すポインタを、該ユニキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応して記憶するポインタ記憶手段と、
入力されたパケットのデータを記憶するパケットデータ記憶手段と、
前記複数の出力ポートにそれぞれ対応する複数のパケット出力手段であって、前記方路決定手段によって対応する出力ポートから出力すべきことが決定されているパケットのデータを、前記ポインタ記憶手段の記憶内容に基づいてユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの入出力の順序を保証する出力順序に従って前記パケットデータ記憶手段から読出し、対応する出力ポートから出力するパケット出力手段と、
複数の出力ポートにそれぞれ対応して、該各出力ポートから出力されるべきユニキャストパケットのデータに対する前記パケットデータ記憶手段上の記憶位置を含むパケット管理情報を記憶するユニキャストパケット管理情報記憶手段と、
各出力ポートから出力されるべきマルチキャストパケットのデータに対するパケットデータ記憶手段上の記憶位置、および該マルチキャストパケットが入力された時点で前記ポインタ記憶手段から該マルチキャストパケットが出力されるべき出力ポートに対応して読み出されたポインタの値を含むパケット管理情報を記憶するマルチキャストパケット管理情報記憶手段とを備えることを特徴とするパケット転送経路制御装置。
ユニキャストパケットとマルチキャストパケットとの転送を制御する計算機によって使用されるパケット転送経路制御プログラムであって、
前記パケット転送経路制御プログラムは、
入力ポートから入力されたパケットを出力すべき出力ポート決定する手順と、
該パケットがユニキャストパケットである時、該パケットを出力すべき出力ポート毎にユニキャストパケットの管理情報を記憶するテーブルに、パケットに対して指定された出力ポート毎、または全パケットの入力順序に対応して付与された順序性識別情報を書き込む手順と、
該パケットがマルチキャストパケットである時、該パケットを出力すべき出力ポート毎にマルチキャストパケットの管理情報を記憶するテーブルに、パケットに対して指定された出力ポート毎、または全パケットの入力順序に対応して付与された順序性識別情報を書き込む手順とを前記計算機に実行させ、
前記順序性識別情報は、前記ユニキャストパケットと前記マルチキャストパケットの間の入力順序を保持していることを特徴とするパケット転送経路制御プログラム。