JP6743771B2 - ネットワークスイッチ - Google Patents

Description

この明細書における開示は、異なるＶＬＡＮを接続し、車載ネットワークを構成するネットワークスイッチに関する。

車載ネットワークではリアルタイム性が求められる。このため、通信規格として、ＣＡＮ（登録商標）やＬＩＮよりも高速通信が可能なイーサネット（登録商標）が検討されている。イーサネットの場合、ノード間にネットワークスイッチを設け、ネットワークスイッチを介してイーサネットフレームを転送することとなる。

このようなネットワークスイッチは、スイッチＩＣ及びマイクロコンピュータ（以下、マイコンと示す）を備えている。また、特許文献１に開示されるように、マイコンが、ソフトウェア制御によりＩＰルーティングを実行する。

特開２０１０−１８３４２１号公報

異なるＶＬＡＮ間でフレームを転送する場合にも、ネットワークスイッチを介して通信することとなる。上記したように、従来のネットワークスイッチでは、スイッチＩＣが受信したフレームをマイコンに転送し、マイコンがソフトウェア制御によりＩＰルーティングを実行するため、遅延が問題となる。

遅延を低減するために、たとえばマイコンの処理能力を高速化すること、スイッチＩＣとマイコンとの間の通信速度を高速化することが考えられる。しかしながら、高性能なマイコンや高速通信Ｉ／Ｆのいずれも、高速なクロックを必要とするため、発熱が大きくなるという問題が生じる。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、車載ネットワークを構成するネットワークスイッチにおいて、遅延を低減し、且つ、発熱を抑制することを目的とする。

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

本開示のひとつであるネットワークスイッチは、複数のポート（２１）を有するスイッチＩＣ（２０）及びマイクロコンピュータ（３０）を備え、異なるＶＬＡＮを接続して車載ネットワークを構成するネットワークスイッチであって、
スイッチＩＣは、
ポートを通じて受信したフレームからＭＡＣアドレスを抽出し、ＭＡＣアドレスのうちの宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスか否かを判定するＬ２受信部（２２）と、
ＭＡＣアドレステーブルを記憶する第１記憶部（２３）と、
宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスではないと判定された場合に、ＭＡＣアドレステーブルに基づいて、宛先ＭＡＣアドレスに対応するポートを決定し、決定したポートを通じてフレームを送信するＬ２処理部（２４）と、
ルーティングテーブルを記憶する第２記憶部（２５）と、
宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスであると判定された場合に、フレームのＩＰアドレスを抽出し、ＩＰアドレスのうちの送信元ＩＰアドレスが、ルーティングテーブルに登録されている登録済アドレスであるか否かを判定するＬ３受信部（２６）と、
送信元ＩＰアドレスが登録済アドレスであると判定された場合に、ルーティングテーブル及びＩＰアドレスのうちの宛先ＩＰアドレスに基づいて、出力するポート及び転送先の宛先ＭＡＣアドレスを決定し、フレームのＭＡＣアドレスを付け替えて決定したポートを通じて送信するＬ３処理部（２７）と、を有し、
マイクロコンピュータは、
ＭＡＣアドレステーブル及びルーティングテーブルの登録内容を書き換える書換部（３１）と、
送信元ＩＰアドレスが登録済アドレスではないと判定された場合に、送信元のノードが通信を許可された正規装置であるか否かを判断する判断部（３２）と、
を有する。

本開示のひとつであるネットワークスイッチは、複数のポート（２１）を有するスイッチＩＣ（２０）及びマイクロコンピュータ（３０）を備え、異なるＶＬＡＮを接続して車載ネットワークを構成するネットワークスイッチであって、
スイッチＩＣは、
ポートを通じて受信したフレームからＭＡＣアドレスを抽出し、ＭＡＣアドレスのうちの宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスか否かを判定するＬ２受信部（２２）と、
ＭＡＣアドレステーブルを記憶する第１記憶部（２３）と、
宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスではないと判定された場合に、ＭＡＣアドレステーブルに基づいて、宛先ＭＡＣアドレスに対応するポートを決定し、決定したポートを通じてフレームを送信するＬ２処理部（２４）と、
ルーティングテーブルを記憶する第２記憶部（２５）と、
宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスであると判定された場合に、フレームのＩＰアドレスを抽出し、ＩＰアドレスのうちの送信元ＩＰアドレスが、ルーティングテーブルに登録されている登録済アドレスであるか否かを判定するＬ３受信部（２６）と、
送信元ＩＰアドレスが登録済アドレスであると判定された場合に、ルーティングテーブル及びＩＰアドレスのうちの宛先ＩＰアドレスに基づいて、出力するポート及び転送先の宛先ＭＡＣアドレスを決定し、フレームのＭＡＣアドレスを付け替えて決定したポートを通じて送信するＬ３処理部（２７）と、を有する。

第１実施形態に係るネットワークスイッチが適用された車載ネットワークを示す図である。 スイッチＩＣが実行する処理を示すフローチャートである。 イーサネットフレームの中継例を示す図である。 比較例において、ＩＰルーティング処理の通信経路を示す図である。 ＩＰルーティング処理の通信経路を示す図である。 ＩＰルーティング処理のタイミングチャートを示す図である。 車載ネットワークの変形例を示す図である。 第２実施形態に係るネットワークスイッチにおいて、スイッチＩＣが実行する処理を示すフローチャートである。 起動時におけるイーサネットフレームの転送例を示す図である。 第３実施形態に係るネットワークスイッチを示す図である。 スイッチＩＣのポート制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 起動時における通信量の変化を示す図である。 その他の例を示す図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態に係るネットワークスイッチについて説明する。

図１に示すネットワークスイッチ１０は、車両に搭載されている。ネットワークスイッチ１０は、異なるＶＬＡＮ（Virtual LAN）を接続し、車載ネットワークの一部を構成している。ネットワークスイッチ１０を介したネットワークは、イーサネット（登録商標）を通信規格とするネットワークである。

車載ネットワークは、イーサネットを含む複数の通信規格よりなるネットワークである。その中でも、イーサネットは、ＣＡＮ（登録商標）やＬＩＮなどよりも通信速度が高速の通信規格である。イーサネットは、通信速度が１０Ｍｂｐｓ以上の通信規格である。イーサネットでは、ＰｔｏＰ（１対１）の接続形態となる。以下では、ネットワークスイッチ１０を介したネットワークを、車載ネットワークと示す。

ネットワークスイッチ１０は、スイッチＩＣ２０及びマイクロコンピュータ３０を備えている。以下、マイクロコンピュータ３０を、単にマイコン３０と示す。さらに、ネットワークスイッチ１０は、波形成形回路などが形成された図示しない物理層ＩＣ（ＰＨＹチップ）を備えている。

スイッチＩＣ２０は、イーサネットフレーム中のＭＡＣアドレスを基に中継するＬ２回路と、ＩＰアドレスを基に中継するＬ３回路を有している。スイッチＩＣ２０は、ＩＰルーティング機能の一部を備えるイーサネットスイッチである。スイッチＩＣ２０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いて構成されている。スイッチＩＣ２０は、論理回路やメモリを有して構成されている。なお、イーサネットフレームがフレームに相当する。

スイッチＩＣ２０は、複数のポート２１、Ｌ２受信部２２、第１記憶部２３、Ｌ２処理部２４、第２記憶部２５、Ｌ３受信部２６、Ｌ３処理部２７、及び第３記憶部２８を有している。Ｌ２受信部２２、第１記憶部２３、及びＬ２処理部２４が、Ｌ２回路に相当する。第２記憶部２５、Ｌ３受信部２６、Ｌ３処理部２７、及び第３記憶部２８が、Ｌ３回路に相当する。

ポート２１には、物理層ＩＣを介して、ノード１００が接続されている。本実施形態では、スイッチＩＣ２０が、ポート２１として、６つのポート２１ａ〜２１ｆを有している。そして、ポート２１ａ〜２１ｆには、ノード１００ａ〜１００ｆがそれぞれ接続されている。たとえばポート２１ａにはノード１００ａが接続され、ポート２１ｄにはノード１００ｄが接続されている。

また、ポートＶＬＡＮにより、ネットワークが分割されている。本実施形態では、ポート２１ａ〜２１ｃにＶＬＡＮ ＩＤ＝１が設定され、ポート２１ｄ〜２１ｆにＶＬＡＮ ＩＤ＝２が設定されている。このように、２つのＶＬＡＮに分割されている。たとえば、ＶＬＡＮの一方が車両の制御系、他方がインフォティメント系とされている。このように、系統ごとにＶＬＡＮが分類されている。制御系とは、エンジン、ステアリング、ブレーキ等の車の基本性能に関する系統である。

Ｌ２受信部２２は、ポート２１を通じてイーサネットフレームを受信する。Ｌ２受信部２２は、受信したイーサネットフレームのチェックを行い、イーサネットフレームを正常に受信したか否かを判断する。

正常に受信できた場合、Ｌ２受信部２２は、受信したイーサネットフレームのＭＡＣアドレスのうち、宛先ＭＡＣアドレスが自身（ネットワークスイッチ１０）のＭＡＣアドレスであるか否かを判定する。

第１記憶部２３は、ＭＡＣアドレステーブルを記憶している。ＭＡＣアドレステーブルには、ポート２１と、ポート２１に接続されたノード１００のＭＡＣアドレスとが対応付けられている。ＭＡＣアドレステーブルは、スイッチＩＣ２０によって自律的に書き換えられる（更新される）のではなく、マイコン３０によって書き換えられる。第１記憶部２３は、ＲＡＭなどのメモリによって構成されている。

Ｌ２処理部２４は、宛先ＭＡＣアドレスが自身のＭＡＣアドレスでない場合に、ＭＡＣアドレステーブルに基づいて、宛先ＭＡＣアドレスに対応するポート２１を決定する。Ｌ２処理部２４は、送信元と宛先のＶＬＡＮが同一であるか否かを判定し、ＶＬＡＮが同一である場合に、決定したポート２１を通じてイーサネットフレームを送信する。一方、ＶＬＡＮが異なる場合には、イーサネットフレームを破棄する。

第２記憶部２５は、ルーティングテーブルを記憶している。ルーティングテーブルには、ＶＬＡＮごとの経路情報がまとめられている。具体的には、ポート２１、ネットワークアドレス、ネクストホップアドレスなどが含まれている。ルーティングテーブルには、ネクストホップアドレスとして、ネクストホップ（転送先）のＩＰアドレスと、このＩＰアドレスに対応するＭＡＣアドレスがまとめられている。車載ネットワークの場合、ノード数が少ないため、ＭＡＣアドレスまで含めたテーブルとなっている。ルーティングテーブルは、スイッチＩＣ２０によって自律的に書き換えられる（更新される）のではなく、マイコン３０によって書き換えられる。第２記憶部２５は、ＲＡＭなどのメモリによって構成されている。

Ｌ３受信部２６は、Ｌ２受信部２２が受信したイーサネットフレームの宛先ＭＡＣアドレスが自身のＭＡＣアドレスの場合に、所定の処理を実行する。Ｌ３受信部２６は、受信したイーサネットフレームからＬ３ヘッダ情報であるＩＰアドレスを抽出し、第３記憶部２８に保存する。そして、ＩＰアドレスのうちの送信元ＩＰアドレスが登録済みのアドレスであるかをチェックする。Ｌ３受信部２６は、ルーティングテーブルに基づいて、送信元ＩＰアドレスが登録済みのアドレスであるかをチェックする。

Ｌ３受信部２６は、送信元ＩＰアドレスが登録済ではないと判定すると、後述する第３記憶部２８に記憶されたＩＰアドレスを、マイコン３０に送信する。

Ｌ３処理部２７は、送信元ＩＰアドレスが登録済であると判定された場合に、ルーティングテーブル及び宛先ＩＰアドレスに基づいて、出力するポート２１及び転送先の宛先ＭＡＣアドレスを決定する。そして、イーサネットフレームを再構築し、決定したポート２１を通じて送信する。

宛先ＩＰアドレスに対応する宛先ＭＡＣアドレスとは、出力するポート２１のＶＬＡＮにおける宛先のノード１００のＭＡＣアドレスである。たとえばネクストホップが直接接続の場合、宛先ＩＰアドレスが設定されているノード１００のＭＡＣアドレスである。また、ネクストホップが他のネットワークスイッチ、すなわち宛先のノード１００が他のネットワークスイッチの場合、他のネットワークスイッチのＭＡＣアドレスである。

Ｌ３処理部２７は、ＭＡＣアドレスの付け替え及びＩＰヘッダの修正により、イーサネットフレームを再構築し、再構築したイーサネットフレームを、ポート２１を通じて送信する。

第３記憶部２８は、Ｌ３受信部２６により抽出されたＩＰアドレスを、一時的に記憶する。第３記憶部２８は、レジスタ等によって構成されている。

マイコン３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びレジスタなどを備えて構成されている。マイコン３０において、ＣＰＵが、ＲＡＭやレジスタの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムにしたがって、所定の処理を実行する。マイコン３０は、ソフトウェア制御により、所定の処理を実行する。マイコン３０は、機能部（ソフトウェア実行部）として、書換部３１及び判断部３２を有している。

書換部３１は、スイッチＩＣ２０の第１記憶部２３に記憶されるＭＡＣアドレステーブル、及び、第２記憶部２５に記憶されるルーティングテーブルの登録内容を書き換える。たとえば、判断部３２によって、新たなノードがイーサネットにおける通信を許可された正規装置であると判断された場合に、このノードを追加するよう登録内容を書き換える。書換部３１は、ネットワークスイッチ１０の電源が投入される起動時に実行する初期処理として、第１記憶部２３にＭＡＣアドレステーブルの登録内容を書き込むとともに、第２記憶部２５にルーティングテーブルの登録内容を書き込む。

判断部３２は、Ｌ３受信部２６によって送信元ＩＰアドレスが登録済のアドレスではないと判定された場合に、送信元ＩＰアドレスのノードが、イーサネットにおける通信を許可された正規装置であるか否かを判断する。正規装置リストは、予めメモリに記憶されている。判断部３２は、スイッチＩＣ２０からＩＰアドレスを受信すると、正規装置であるか否かを判断する。

次に、図２及び図３に基づき、スイッチＩＣ２０が実行する処理（中継処理）について説明する。スイッチＩＣ２０は、電源が投入された状態で、以下に示す処理を繰り返し実行する。

先ず、スイッチＩＣ２０のＬ２受信部２２が、ポート２１を通じてイーサネットフレームを受信する（ステップＳ１０）。

次いで、Ｌ２受信部２２は、イーサネットフレームのチェックを行い、正常の受信したか否かを判定する（ステップＳ２０）。Ｌ２受信部２２は、イーサネットフレーム中のＣＲＣフィールドの値に基づいて、イーサネットフレームのエラーチェックを行う。また、受信したイーサネットフレームからＬ２ヘッダ情報であるＭＡＣアドレスを抽出し、ＭＡＣアドレスのうちの送信元ＭＡＣアドレスが登録済みのアドレスであるかをチェックする。Ｌ２受信部２２は、第１記憶部２３に記憶されているＭＡＣアドレステーブルに基づいて、送信元ＭＡＣアドレスが登録済みのアドレスであるかをチェックする。

上記したエラーチェックにより、イーサネットフレームの受信が異常である判定すると、Ｌ２受信部２２は、イーサネットフレームを破棄し（ステップＳ３０）、一連の処理を終了する。

一方、イーサネットフレームを正常に受信したと判定すると、Ｌ２受信部２２は、宛先ＭＡＣアドレスが、自身のＭＡＣアドレスであるか否かを判定する（ステップＳ４０）。すなわち、Ｌ３回路への処理の引き渡しが必要か否かを判定する。

ステップＳ４０において、宛先ＭＡＣアドレスが自身のＭＡＣアドレスでない、すなわちＬ３回路への引き渡しが不要であると判定されると、Ｌ２処理部２４が、ＭＡＣアドレステーブルに基づいて、宛先ＭＡＣアドレスに対応するポート２１を決定する。すなわち、イーサネットフレームを出力するポート２１を決定する（ステップＳ５０）。

次いで、Ｌ２処理部２４は、送信元と宛先のＶＬＡＮが同一であるか否かを判定する（ステップＳ６０）。本実施形態では、上記したようにポートＶＬＡＮを採用している。そこで、イーサネットフレームを受信するポート２１、すなわち送信元のポート２１と、イーサネットフレームを出力するポート２１、すなわち宛先のポート２１のＶＬＡＮ ＩＤによって、ＶＬＡＮが同一であるか否かを判定する。

ＶＬＡＮが異なると判定すると、Ｌ２処理部２４は、ステップＳ３０の処理、すなわちイーサネットフレームの破棄を実行し、一連の処理を終了する。

一方、ＶＬＡＮが同一であると判定すると、Ｌ２処理部２４は、ステップＳ５０で決定したポート２１へイーサネットフレームを出力し、このポート２１を通じて宛先ＭＡＣアドレスのノード１００にイーサネットフレームを送信する（ステップＳ７０）。たとえば、図３に一点鎖線で示すように、ノード１００ａからノード１００ｃにイーサネットフレームを転送する場合、スイッチＩＣ２０が上記したステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ５０，Ｓ６０，Ｓ７０の処理を実行することにより、ネットワークスイッチ１０を介してイーサネットフレームが転送される。

ステップＳ４０において、宛先ＭＡＣアドレスが自身のＭＡＣアドレスである、すなわちＬ３回路への引き渡しが必要であると判定されると、Ｌ３回路側の処理に移る。先ずＬ３受信部２６が、受信したイーサネットフレームからＩＰアドレスを抽出し、ＩＰアドレスを第３記憶部２８に保存するとともに、送信元ＩＰアドレスが登録済みのアドレスであるか否かを判定する（ステップＳ８０）。Ｌ３受信部２６は、第２記憶部２５に記憶されているルーティングテーブルに基づいて、送信元ＩＰアドレスが登録済みのアドレスであるかをチェックする。

ステップＳ８０において、登録済みのアドレスではないと判定すると、Ｌ３受信部２６は、第３記憶部２８に記憶されたＩＰアドレスを、マイコン３０に送信する（ステップＳ９０）。そして、一連の処理を終了する。これにより、マイコン３０の判断部３２にて、送信元ＩＰアドレスのノードが正規装置であるか否かの判断がなされる。

ステップＳ８０において、登録済みのアドレスであると判定されると、Ｌ３処理部２７が、第２記憶部２５に記憶されたルーティングテーブルに基づいて、宛先ＩＰアドレスに対応する経路、その経路に出力するポート２１、及び転送先（ネクストホップ）のＭＡＣアドレスである宛先ＭＡＣアドレスを決定する（ステップＳ１００）。

次いで、Ｌ３処理部２７は、イーサネットフレームを再構築する（ステップＳ１１０）。Ｌ３処理部２７は、ＭＡＣアドレスを付け替える。具体的には、ステップＳ１００で決定した宛先ＭＡＣアドレスと、送信元ＭＡＣアドレスを付け替える。このとき、自身（ネットワークスイッチ１０）のＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスとして設定する。また、ＩＰヘッダを修正する。具体的には、ＴＴＬ（Time To Live）及びチェックサムの値を変更する。

そして、Ｌ３処理部２７は、再構築したイーサネットフレームを、ステップＳ１００で決定したポート２１へ出力し、このポート２１を通じて宛先ＭＡＣアドレスのノード１００にイーサネットフレームを送信する（ステップＳ１２０）。たとえば、図３に二点鎖線で示すように、ノード１００ａからノード１００ｄにイーサネットフレームを転送する場合、スイッチＩＣ２０が上記したステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０，Ｓ８０，Ｓ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を実行することにより、ネットワークスイッチ１０を介してイーサネットフレームが転送される。

次に、本実施形態に係るネットワークスイッチ１０の効果について説明する。

本実施形態では、スイッチＩＣ２０が、第２記憶部２５、Ｌ３受信部２６、及びＬ３処理部２７を有している。これにより、スイッチＩＣ２０は、イーサネットフレーム中の送信元ＩＰアドレスが登録済みのアドレスか否かを判断することができる。また、登録済みであることを判断した上で、ルーティングテーブルに基づき、出力するポート２１及び転送先の宛先ＭＡＣアドレスを決定し、イーサネットフレームを再構築して、決定したポートから送信することができる。

このように、ＩＣスイッチ２０にＩＰルーティングの主たる機能をもたせている。したがって、ソフトウェア制御によりマイコン３０がＩＰルーティングを実行する構成に較べて、遅延を低減することができる。また、高性能なマイコンや高速通信Ｉ／Ｆを採用しなくてもよいため、発熱を抑制することができる。以上により、遅延を低減しつつ発熱を抑制することができる。さらには、スイッチＩＣ２０とマイコン３０との間の通信量を低減し、ひいてはエミッション（電磁ノイズの放射）の増大を抑制することができる。

図４〜図６は、上記効果を説明するための図である。図４は、比較例におけるＩＰルーティング処理時の通信経路を示している。比較例では、本実施形態の要素と共通乃至関連する要素に対し、本実施形態の要素の符号末尾にｒを加算した符号を付与している。

図４に示す比較例のネットワークスイッチ１０ｒも、スイッチＩＣ２０ｒ及びマイコン３０ｒを備えている。しかしながら、スイッチＩＣ２０ｒがＬ２回路のみを有しており、Ｌ３回路を有していない。マイコン３０ｒが、ソフトウェア制御により、ＩＰルーティングを実行する。図４に示すように、ＶＬＡＮ ＩＤが互いに異なるポート２１ａｒ，２１ｄｒで中継する場合、ポート２１ａｒを通じて受信したイーサネットフレームを、スイッチＩＣ２０ｒでＬ２処理した後、マイコン３０ｒに転送する。そして、マイコン３０ｒでＬ３処理した後、マイコン３０ｒからスイッチＩＣ２０ｒにイーサネットフレームを転送し、ポート２１ｄｒから送信することとなる。

これに対し、本実施形態によれば、図５に示すように、ポート２１ａを通じて受信したイーサネットフレームを、スイッチＩＣ２０でＬ２処理及びＬ３処理し、ポート２１ｄから送信することができる。すなわち、イーサネットフレームをマイコン３０に転送することなく、中継することができる。このため、図６に示すように、ＩＰルーティングが必要な場合に、イーサネットフレームの中継にかかる処理時間を比較例に較べて短縮することができる。なお、フレーム受信とはステップＳ１０での処理に相当し、Ｌ２処理とはステップＳ２０，Ｓ４０の処理に相当する。Ｌ３処理とはステップＳ８０，Ｓ１００，Ｓ１１０の処理に相当し、フレーム送信とはステップＳ１２０の処理に相当する。

なお、ステップＳ６０の処理を省略し、ステップＳ５０の次にステップＳ７０の処理を実行するよう、スイッチＩＣ２０のＬ２処理部２４を構成してもよい。これに対し、本実施形態では、ステップＳ６０の処理を実行するように、Ｌ２処理部２４が構成されている。このため、Ｌ２処理部２４は、送信元と宛先のＶＬＡＮが同じ場合にのみ、ＭＡＣアドレステーブルに基づき決定したポート２１を通じて、イーサネットフレームを送信する。送信元と宛先のＶＬＡＮが一致しない場合には、イーサネットフレームを破棄する。特に、制御系とインフォティメント系のように、系統ごとにＶＬＡＮを分類した場合には、通常、ＶＡＬＮ内でのデータ転送で事足りるため、セキュリティ性を高めることができる。

また、送信元ＩＰアドレスが登録済アドレスではないと判定すると、マイコン３０に対してイーサネットフレームを送信するように、スイッチＩＣ２０を構成してもよい。これに対し、本実施形態では、Ｌ３受信部２６が抽出したＩＰアドレスを第３記憶部２８に一時的に記憶させ、登録済アドレスではないと判定すると、マイコン３０に対してＩＰアドレスを送信する。したがって、遅延をさらに低減することができる。

なお、ネットワークスイッチ１０の適用は、上記例に限定されない。たとえば図７に示す変形例では、２つのネットワークスイッチ１０ａ，１０ｂが接続されている。各ネットワークスイッチ１０ａ，１０ｂは、それぞれネットワークスイッチ１０と同じ構成とされている。ネットワークスイッチ１０ａの複数のポート２１の一部にはＶＬＡＮ ＩＤ＝１が設定され、残りのポート２１にはＶＬＡＮ ＩＤ＝２が設定されている。また、ネットワークスイッチ１０ｂの複数のポート２１の一部にはＶＬＡＮ ＩＤ＝２が設定され、残りのポート２１にはＶＬＡＮ ＩＤ＝３が設定されている。

ノード１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、ネットワークスイッチ１０ａにおけるＶＬＡＮ ＩＤ＝１のポート２１に接続され、ノード１００ｄ，１００ｅは、ネットワークスイッチ１０ａにおけるＶＬＡＮ ＩＤ＝２のポート２１に接続されている。ノード１００ｇは、ネットワークスイッチ１０ｂにおけるＶＬＡＮ ＩＤ＝２のポート２１に接続され、ノード１００ｈ，１００ｉは、ネットワークスイッチ１０ｂにおけるＶＬＡＮ ＩＤ＝３のポート２１に接続されている。

図７に二点鎖線で示すように、イーサネットフレームをノード１００ａからノード１００ｉに転送する場合、送信元ＩＰアドレスにはノード１００ａのＩＰアドレスが設定され、宛先ＩＰアドレスにはノード１００ｉのＩＰアドレスが設定される。また、送信元ＭＡＣアドレスにはノード１００ａのＭＡＣアドレスが設定され、宛先ＭＡＣアドレスにはネットワークスイッチ１０ａのＭＡＣアドレスが設定される。

ネットワークスイッチ１０ａのスイッチＩＣ２０は、ノード１００ａに対応するポート２１を通じてイーサネットフレームを受信し、上記した処理を実行する。この処理により、送信元ＭＡＣアドレスがネットワークスイッチ１０ａのＭＡＣアドレスに付け替えられ、宛先ＭＡＣアドレスがネットワークスイッチ１０ｂのＭＡＣアドレスに付け替えられる。そして、ネットワークスイッチ１０ｂに対応するポート２１からイーサネットフレームが送信される。

ネットワークスイッチ１０ｂのスイッチＩＣ２０は、ネットワークスイッチ１０ａに対応するポート２１を通じてイーサネットフレームを受信し、上記した処理を実行する。この処理により、送信元ＭＡＣアドレスがネットワークスイッチ１０ｂのＭＡＣアドレスに付け替えられ、宛先ＭＡＣアドレスがノード１００ｉのＭＡＣアドレスに付け替えられる。そして、ノード１００ｉに対応するポート２１からイーサネットフレームが送信される。

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示したネットワークスイッチ１０と共通する部分についての説明は省略する。

図８は、ＩＣスイッチ２０が実行する処理を示している。本実施形態では、Ｌ３受信部２６が、ステップＳ７２，Ｓ７４の処理を実行可能に構成されている。

ステップＳ４０において、宛先ＭＡＣアドレスが自身のＭＡＣアドレスであると判定されると、Ｌ３受信部２６は、スイッチＩＣ２０の起動時であるか否かを判定する（ステップＳ７２）。起動時とは、電源投入によりスイッチＩＣ２０が立ち上がり、処理開始となってから所定の期間である。

ステップＳ７２において起動時であると判定すると、Ｌ３受信部２６は、イーサネットフレームを破棄し（ステップＳ７４）、一連の処理を終了する。これにより、Ｌ３受信部２６は、起動時において、ステップＳ８０の処理を実行することはない。

ステップＳ７２において起動時ではないと判定すると、Ｌ３受信部２６はステップＳ８０の処理を実行する。以降の処理については、先行実施形態と同じである。

このように本実施形態では、Ｌ３受信部２６が、起動時において、送信元ＩＰアドレスの判定をせずに、イーサネットフレームを破棄する。起動時にＩＰルーティングを停止するため、起動時における処理負荷（すなわち、通信量）を低減することができる。通信量とスイッチＩＣ２０の回路の発熱量はほぼ比例関係にあるため、発熱を低減することができる。発熱の低減により、スイッチＩＣ２０の回路規模を小さくすることもできる。

また、本実施形態では、起動時において、ＭＡＣアドレステーブル及びルーティングテーブルのうち、ＭＡＣアドレステーブルのみ、対応するメモリ（第１記憶部２３）に書き込めばよい。マイコン３０から第２記憶部２５への書き込みが完了しなくても、通信を開始できるため、ネットワークスイッチ１０の起動時間を短縮することもできる。

図９は、具体例を示している。図９では、車載ネットワークが２つのＶＬＡＮに分けられている。第１のＶＬＡＮ（ＶＬＡＮ ＩＤ＝１）には、ノード１００として外部Ｉ／Ｆ１００ｊ及びＨＭＩ端末１００ｋが含まれ、第２のＶＬＡＮ（ＶＬＡＮ ＩＤ＝２）には、ノード１００としてセンサ１００ｍ，１００ｎ及びＥＣＵ１００ｐが含まれている。ＥＣＵ１００ｐは、たとえばエンジンＥＣＵである。第１のＶＬＡＮはインフォティメント系、第２のＶＬＡＮは制御系とされている。外部Ｉ／Ｆ１００ｊが、外部インターフェースに相当する。

ＥＣＵ１００ｐをリプログする場合、外部Ｉ／Ｆ１００ｊからネットワークスイッチ１０を介してＥＣＵ１００ｐに、リプログデータを含むイーサネットフレームを転送することとなる。しかしながら、１つの系統（システム）が１つのＶＬＡＮ内で完結している。したがって、起動時には、図９に二点鎖線で示すように、ネットワークスイッチ１０において、外部Ｉ／Ｆ１００ｊからＥＣＵ１００ｐへの転送するイーサネットフレームを破棄する。

このように、ネットワークスイッチ１０は、外部Ｉ／Ｆ１００ｊを含む第１のＶＬＡＮと、第２のＶＬＡＮとの間で転送されるイーサネットフレームを、起動時において破棄する。起動時において、外部Ｉ／Ｆ１００ｊから入力されたイーサネットフレームのＩＰルーティングを停止するため、起動時セキュリティを高めることができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示したネットワークスイッチ１０と共通する部分についての説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態では、スイッチＩＣ２０がポート制御部２９を有している。ポート制御部２９は、起動時において、ＶＬＡＮに応じて設定された優先度の順でポート２１の電源を投入する。すなわち、ポート制御部２９は、ＶＬＡＮごとにポート２１の電源投入のタイミングを制御する。

図１０では、ネットワークが３つのＶＬＡＮに分けられている。ポート２１のうち、ＶＬＡＮ ＩＤ＝１が設定されたポート２１ａ，２１ｂの優先度は１とされている。ＶＬＡＮ ＩＤ＝２が設定されたポート２１ｃ，２１ｄの優先度は２とされ、ＶＬＡＮ ＩＤ＝３が設定されたポート２１ｅ，２１ｆの優先度は３とされている。たとえば、ポート２１ａ，２１ｂを含むＶＬＡＮが制御系、ポート２１ｃ，２１ｄを含むＶＬＡＮがボディ系、ポート２１ｅ，２１ｆを含むＶＬＡＮがインフォティメント系とされている。ボディ系とは、ウインドウ、ミラー、ドア、ワイパー等に関する系統である。

図１１は、スイッチＩＣ２０のうち、ポート制御部２９が実行する処理を示している。ポート制御部２９はスイッチＩＣ２０の起動時に、以下に示す処理を実行する。

起動時において、ポート制御部２９は、先ず優先度１のポート２１ａ，２１ｂの電源を投入する（ステップＳ２００）。これにより、同じＶＬＡＮ内のノード１００ａ，１００ｂ間でのイーサネットフレームの転送が可能となる。

次いで、ポート制御部２９は、ステップＳ２００の実行から所定時間ｔ１が経過したか否かを判定し（ステップＳ２１０）、所定時間ｔ１が経過すると、優先度２のポート２１ｃ，２１ｄの電源を投入する（ステップＳ２２０）。これにより、ノード１００ｃ，１００ｄもイーサネットフレームの転送が可能となる。たとえば、ノード１００ａからノード１００ｄへのイーサネットフレームの転送が可能となる。

次いで、ポート制御部２９は、ステップＳ２２０の実行から所定時間ｔ２が経過したか否かを判定し（ステップＳ２３０）、所定時間ｔ２が経過すると、優先度３のポート２１ｅ，２１ｆの電源を投入する（ステップＳ２４０）。そして、一連の処理を終了する。これにより、ノード１００ｅ，１００ｆもイーサネットフレームの転送が可能となる。たとえば、ノード１００ｆからノード１００ａへのイーサネットフレームの転送が可能となる。

図１２は、起動時における通信量の変化を示している。二点鎖線は、ポート制御部２９を有さず、起動時においてすべてのポート２１が同時に電源投入される比較例を示している。実線は、ポート制御部２９が優先度の順にポート２１の電源を投入する本実施形態の例（本例）を示している。本実施形態では、起動直後の時刻Ｔ１でポート２１ａ，２１ｂのみ電源投入し、時刻Ｔ１から所定時間ｔ１経過後の時刻Ｔ２でポート２１ｃ，２１ｄの電源を投入する。さらに時刻Ｔ２から所定時間ｔ２経過後の時刻Ｔ３でポート２１ｅ，２１ｆの電源を投入する。

本実施形態によれば、優先度に応じてポート２１の電源投入タイミングをずらすため、通信負荷が分散される。このため、図１２に示すように、比較例に較べてピークの通信量を低減することができる。発熱量は通信量にほぼ比例するため、ピークの通信量を低減することで、発熱を低減することができる。また、ピークの通信量を低減できるので、スイッチＩＣ２０の回路規模を小さくすることもできる。

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

ＶＬＡＮとして、ポートＶＬＡＮの例を示したが、これに限定されない。タグＶＬＡＮなどにも適用できる。

スイッチＩＣ２０は、少なくともステップＳ１０，Ｓ４０，Ｓ５０，Ｓ７０，Ｓ８０，Ｓ９０，Ｓ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を実行するように構成されればよい。なお、ステップＳ９０の処理は、ＩＰアドレスに限定されず、送信元ＩＰアドレスを含む情報であればよい。

スイッチＩＣ２０のＬ３処理部２７は、ルーティングテーブルに基づいて、ネクストホップのＩＰアドレスを求め、ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）により、ネクストホップのＩＰアドレスからＭＡＣアドレスを求めて、宛先のＭＡＣアドレスとしてもよい。

第３実施形態において、ポート制御部２９が、起動時において、ＶＬＡＮに応じて設定された優先度の順でポート２１の電源を投入する例を示した。これに対し、図１３に示す例では、ＶＬＡＮに関係なく、ポート２１に優先度が設定されている。そして、ポート制御部２９は、優先度の順に、ポート２１の電源を投入する。

図１３では、車載ネットワークが、スイッチＩＣ２０に接続されるノード１００として、ＥＣＵ１００ｑ、センサ１００ｒ、ＥＣＵ１００ｓ、センサ１００ｔ、ＨＭＩ端末１００ｕ、及び外部Ｉ／Ｆ１００ｖを含んでいる。そして、制御系のＥＣＵ１００ｑ及びセンサ１００ｒがそれぞれ接続されるポート２１が優先度１とされ、ボディ系のＥＣＵ１００ｓ及びセンサ１００ｔがそれぞれ接続されるポート２１が優先度２とされている。また、インフォティメント系のＨＭＩ端末１００ｕ及び外部Ｉ／Ｆ１００ｖがそれぞれ接続されるポート２１が優先度３とされている。

そして、スイッチＩＣ２０のポート制御部２９が、起動時において、優先度１，２，３の順にポート２１の電源を投入する。これによれば、優先度に応じてポート２１の電源投入タイミングをずらすため、通信負荷が分散される。このため、ピークの通信量を低減し、ひいては発熱を低減することができる。また、ピークの通信量を低減できるので、スイッチＩＣ２０の回路規模を小さくすることもできる。

１０，１０ａ，１０ｂ…ネットワークスイッチ、２０…スイッチＩＣ、２１…ポート、２２…Ｌ２受信部、２３…第１記憶部、２４…Ｌ２処理部、２５…第２記憶部、２６…Ｌ３受信部、２７…Ｌ３処理部、２８…第３記憶部、２９…ポート制御部、３０…マイクロコンピュータ（マイコン）、３１…書換部、３２…判断部、１００…ノード

Claims (8)

1. 複数のポート（２１）を有するスイッチＩＣ（２０）及びマイクロコンピュータ（３０）を備え、異なるＶＬＡＮを接続して車載ネットワークを構成するネットワークスイッチであって、
   前記スイッチＩＣは、
   前記ポートを通じて受信したフレームからＭＡＣアドレスを抽出し、前記ＭＡＣアドレスのうちの宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスか否かを判定するＬ２受信部（２２）と、
   ＭＡＣアドレステーブルを記憶する第１記憶部（２３）と、
   前記宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスではないと判定された場合に、前記ＭＡＣアドレステーブルに基づいて、前記宛先ＭＡＣアドレスに対応する前記ポートを決定し、決定した前記ポートを通じて前記フレームを送信するＬ２処理部（２４）と、
   ルーティングテーブルを記憶する第２記憶部（２５）と、
   前記宛先ＭＡＣアドレスが自身のアドレスであると判定された場合に、前記フレームのＩＰアドレスを抽出し、前記ＩＰアドレスのうちの送信元ＩＰアドレスが、前記ルーティングテーブルに登録されている登録済アドレスであるか否かを判定するＬ３受信部（２６）と、
   前記送信元ＩＰアドレスが前記登録済アドレスであると判定された場合に、前記ルーティングテーブル及び前記ＩＰアドレスのうちの宛先ＩＰアドレスに基づいて、出力する前記ポート及び転送先の宛先ＭＡＣアドレスを決定し、前記フレームの前記ＭＡＣアドレスを付け替えて決定した前記ポートを通じて送信するＬ３処理部（２７）と、を有するネットワークスイッチ。
2. 前記マイクロコンピュータは、前記ＭＡＣアドレステーブル及び前記ルーティングテーブルの登録内容を書き換える書換部（３１）を有する請求項１に記載のネットワークスイッチ。
3. 前記マイクロコンピュータは、前記送信元ＩＰアドレスが前記登録済アドレスではないと判定された場合に、送信元のノードが通信を許可された正規装置であるか否かを判断する判断部（３２）を有する請求項２に記載のネットワークスイッチ。
4. 前記スイッチＩＣは、前記Ｌ３受信部により抽出された前記ＩＰアドレスを一時的に記憶する第３記憶部（２８）をさらに備え、
   前記Ｌ３受信部は、前記送信元ＩＰアドレスが前記登録済アドレスではないと判定すると、前記第３記憶部に記憶された前記ＩＰアドレスを前記マイクロコンピュータに送信し、
   前記マイクロコンピュータの前記判断部は、前記ＩＰアドレスに基づいて、前記正規装置であるか否かを判断する請求項３に記載のネットワークスイッチ。
5. 前記Ｌ２処理部は、前記ＭＡＣアドレステーブルに基づき前記宛先ＭＡＣアドレスに対応する前記ポートを決定して、送信元と宛先のＶＬＡＮが同じ場合に、決定した前記ポートへ前記フレームを送信し、送信元と宛先のＶＬＡＮが異なる場合に、前記フレームを破棄する請求項１〜４いずれか１項に記載のネットワークスイッチ。
6. 前記Ｌ３受信部は、起動時において、前記送信元ＩＰアドレスの判定をせずに、前記フレームを破棄する請求項１〜５いずれか１項に記載のネットワークスイッチ。
7. 前記Ｌ３受信部は、起動時において、ノードとして外部インターフェースを含む第１のＶＬＡＮと、前記外部インターフェースを含まない第２のＶＬＡＮとの間で転送される前記フレームを破棄する請求項６に記載のネットワークスイッチ。
8. 前記スイッチＩＣは、起動時において、ＶＬＡＮに応じて設定された優先度の順で前記ポートに電力を投入するポート制御部（２９）をさらに備える請求項１〜７いずれか１項に記載のネットワークスイッチ。

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