JP4268977B2 - パケットスイッチングネットワークに用いるパケットスイッチ装置 - Google Patents

Description

大量のコネクションレスなデータトラヒックをATM等のコネクションオリエンティッドな網を用いて効率よく処理するネットワークやパケットスイッチングネットワーク、パケットスイッチ装置及び網管理装置に関する。

近年のインターネットの急速な進展に伴って、大量のコネクションレスなデータトラヒックをATM等のコネクションオリエンティッドな網を用いて効率よく処理するネットワークやスイッチングシステムの提案がなされている。尚、ここで言うコネクションレスとは、通信に先立って予めコネクション設定を行わないことを意味し、コネクションオリエンティッドとは、通信に先立って予めコネクション設定が必要であることを意味している。

例えば、非特許文献１にMPOAプロトコルのアーキテクチャが記載されている。ここでMPOAとは、Multi Protocol over ATM（マルチプロトコル・オーバー・エイ・ティー・エム）の略である。MPOAで通信する場合、MPOAサーバにてレイヤ３の宛先アドレス（例えば、宛先IP（Internet Protocol）アドレス）から変換されたATMアドレスを入手した後に、ATMのシグナリング手続きを用いてATMコネクションを設定する。ここでのATMコネクションは、SVC（"Switched Virtual Connection"−スイッチト・バーチャル・コネクション）、つまり、送信されるべきトラヒックがある時に、リクエストベースでその都度張られるコネクションである。SVCを扱うためのシグナリング手続きは、例えば、非特許文献２に記載されている。

また他の通信プロトコルの例としては、非特許文献３に記載のRSVP（リソース・リザベーション・プロトコル）がある。RSVPにおいては、まず送信側と受信側の間のデータ送信経路に沿って、受信側より順次、通信帯域やルータのバッファ資源等を予約してゆく。次に、資源予約が完了してからデータ送信を開始する。

ATMインターネットワーキング」：日経ＢＰ出版センタ：１９９５年９月２２日１版発行：１２１ページ "ATM Forum UNI version3.1"：Prentice-Hall, Inc.：１９９５年発行 "RSVP：A New Resource ReSerVation Protocol"：IEEE Network：１９９３年９月号

コネクションオリエンティッドな通信の代表は、通常の電話である。呼受付制御というリアルタイムソフト処理を必要とし、それに伴うリソースの確保が必要であるが、一旦リソースが確保されれば、その通信帯域は保証される。しかも通常は双方向の帯域が確保される。もちろん無音でもリソースは開放されないのでリソースの使用効率は良くない。

一方、コネクションレス通信は通常のＬＡＮ等で主に使われており、データのかたまり毎にその都度リソースが確保され使われる。ファイル転送のように片方向で瞬時的に多量のデータが発生する通信には有利である。しかし、通信帯域は常に保証されるわけではないので、ネットワーク全体の使用率が高くなってくると、リソースの奪い合いが起こり、更には、リソースが確保出来なかった転送データの再送が起こり、ますますリソース不足が起こる、いわゆる輻輳状態に陥りやすい。

これら双方の欠点を補う目的で登場したのがＡＴＭであり、リソースの効率的利用という面では貢献が著しい。しかし、一方では双方の欠点を合わせ持つという面もある。複雑な呼受付制御は依然として必要であるし、リソース不足が起こればやはり輻輳状態を招く。

また、全ての通信がＡＴＭに切り替わればＡＴＭの長所が充分生き、理想的であるが、現実には従来の電話も必要であるし、ＬＡＮやＷＡＮ(Wide Area Network)も広く行き渡り、簡単には設備の更改は行われない。特に今後は後者のデータ通信の利用がますます多くなりトラヒックが増加する。したがって、これら従来のデータ通信網とＡＴＭ網との効率良い共存が必要となってくる。

さらに、従来のデータ通信は、ＬＡＮという名の示すとおり、文字通りローカルな通信が主体であったのに対し、最近ではインターネットに代表されるように世界的な広がりが求められるようになった。コネクションレス通信で世界中を結んでいては、あるひと所の通信障害等が、データの再送を次々に起こさせ、瞬時に世界中に輻輳を起こす事も考えられる。したがって、大規模ネットワークでは適切な帯域割当等のリソース管理が必要である。また、大規模な物を管理するには当然、階層的概念の導入が必要になる。

以上では、「量」と「規模」に関しての課題について主に述べたが、「質」の問題も無
視できない。通信が身近になるにつれ、さまざまなサービスへの要求が高まってきている。たとえば、電話網では自動転送や発信者番号通知、着信者課金、会議電話サービスといったものがある。これに対応するために制御信号を効率的に通信するためのインテリジェントネットワークが構築されてきた。データ通信に関しても同様な要求が生じることが予想できる。これに対して、電話網と同様にインテリジェントネットワークを用いる案もあるし、ＡＴＭ網においてはその特徴を生かして、仮想的な制御網をＡＴＭ網の中に論理的に構築する事も可能である。しかし、上記従来のＬＡＮを中心とするデータ通信網との整合性は必ずしも良いとは言えない。従って、大規模データ通信網においては、トラヒック状態の把握や、通信帯域のダイナミックな制御、サービス提供のための付加的情報のやりとり等が必須になってくる。また、「質」の問題では当然、網の一部の障害が広く波及しない仕組みや、予め輻輳を防止するような手段の提供が必要である。

以下では、本発明が解決しようとする課題をもう少し具体的に述べる。

MPOAで通信する場合、送信されるべきトラヒックがある時に、リクエストベースでその都度SVCのATMコネクションを張るので、ATMコネクション設定時間の影響によるデータ転送遅延時間が大きくなる。また、場合によっては、データ転送時間よりATMコネクション設定時間のほうが大きくなってしまうという不合理が起こりうる。更に、リクエストベースでコネクションを張るので、データを発生させるユーザが増えた場合、コネクションを設定したり切断したりするための制御パケットがデータ転送の前後で頻繁に発生してネットワークの輻輳をまねく。

一方、RSVPを用いて通信する場合、資源予約が完了してからデータ送信を開始するため、データ転送遅延、遅延変動が大きくなる。また、帯域等の資源を確保し続けるためには資源保持用のリフレッシュパケットを定期的に受信側から送る必要がある。したがって、データを発生させるユーザが多くなると資源を確保するために必要な制御用パケットが多
くの帯域をとってしまうことになり、網管理自体も複雑になってしまう。

そこで本発明においては、以下に列挙する課題の解決を目的とする。

第一の目的として、コネクション設定遅延を避けて、データ転送の遅延と遅延変動を小さくすると共に、コネクション設定ないしは資源確保のための制御用パケットの発生数を減らすパケットスイッチングネットワーク、パケットスイッチ装置及び網管理装置を提供することにある。

第二の目的として、大規模データネットワークにおけるコネクションレスデータフローの処理を効率良く行うパケットスイッチングネットワーク、網管理装置及びパケットスイッチ装置を提供することにある。

さらに第三の目的として、物理レイヤの障害（伝送路の切断など）や論理パスの障害（VC（Virtual Circuit）やVP（Virtual Path）などの切断）に対する耐性の強いパケットスイッチングネットワーク、網管理装置及びパケットスイッチ装置を提供することにある。

さらに第四の目的として、連続的に大量に発生するデータ、即ち、バーストデータの集中によって出現するネットワーク中の中期的（例えば秒オーダー）、局所的（例えばノード単位）輻輳の回避をするパケットスイッチングネットワーク、網管理装置及びパケットスイッチ装置を提供することにある。

本発明では、ネットワークはコネクションオリエンティッドなコア網とそこに接続されるコネクションレスなアクセス網に分かれていて、エッジノードからエッジノードへはあらかじめ複数のコネクション（パーマネントバーチャルルート（PVR）、と本明細書内で
は呼ぶ）が張られている。網管理手段は、アクセス網から入ってきたコネクションレスなデータフローに対して、該複数のPVRの中から１つのルートを選択し、そのPVRに沿ってデータを転送する。複数のPVRの中からのルート選択基準として各PVRの状態、例えば各PVRの使用可能な帯域、を用いる。これによって上記第１の目的が達成される。

該使用可能帯域を把握する手段として、網管理装置による各ノードにおけるトラヒックの集中把握、または、RMパケット（リソースマネジメントパケット）を用いたエッジノード間のフロー制御による帯域把握を使用する。これによって第２の目的が達成される。

予め複数のコネクションを設定しておき、輻輳または障害が検知された場合に、該コネクションを現用系から予備系へ切り替える。これによって第３の目的が達成される。

エッジノードのアクセス網側インタフェースでPVR別にあらかじめ定められた帯域にデータフローの転送速度を調整（シェーピング）することにより、帯域保証された論理的なルートに沿ってデータ転送を行う。

さらに、アクセス網からコア網へマルチリンク手順を用いて複数のデータリンクを張りコア網への入力トラヒック量を分割する。これによって第４の目的が達成される。

第一の効果として、予めコネクションを設定しておくことにより、コネクション設定時間を無くし、データ転送に伴う遅延と遅延変動を小さくすると共に、コネクション設定ないしは資源確保のための制御用パケットの発生数を減らすことができる。

第二の効果として、コネクションオリエンティッドなコア網の状態に応じてコネクションレスなアクセス網からのトラヒックが通るルートを変えることにより、大規模データネットワークにおけるコネクションレスデータフローの処理を効率よく行える。

第三の効果として、予め複数のコネクションを設定しておくことにより、物理レイヤの障害（伝送路の切断など）や論理パスの障害（VCやVPなどの切断）に対する耐性の強いパケットスイッチングネットワークが提供される。

第四の効果として、アクセス網からコア網へマルチリンク手順を用いて複数のデータリンクを張り、コア網への入力トラヒック量を分割することにより、バーストデータの集中によって出現するネットワーク中の中期的、局所的輻輳を未然に回避できる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明のパケットスイッチングネットワークの一実施例である。サブネットワーク＃Ａ、＃Ｂ、＃Ｃ、＃Ｄは、それぞれボーダルータＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤを介してエッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤに接続されている。エッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤで囲まれたネットワーク領域をコア網と呼ぶことにする。コア網１００に接続されたサブネットワークを総称してアクセス網と呼ぶことにする。コア網とアクセス網を、図中で太線の楕円により表示している。

コア網１００はコネクションオリエンティッドな網、例えばATM網であって、エッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤと中継ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３の間は、図１に細線で示すデータリンクが張られている。上記のエッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ及び中継ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３には、制御信号線（極細線で示す）を介して網管理装置２００が接続されている。

ＩＰ（Internet Protocol：インターネットプロトコル）等のアクセス網内のルーティングプロトコルはエッジノードで終端され、コア網１００内は、例えばATM（非同期転送モード）、FR（フレームリレー）等のコネクションオリエンティッドなプロトコルが稼働している。

エッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣとＥＤには、それぞれIPアドレスとして、"101.102.103.104"、"104.101.102.103"、"103.104.101.102"102.103.104.101"が付与されているとする。

図２は、本発明のパケットスイッチングネットワークにおけるPVR（パーマネントバーチャルルート、と呼ぶ）の設定例である。図１における網管理装置２００は省略した。図１に記載のコア網構成において、網管理装置２００によってエッジノード間でＲ１からＲ６までのPVRがあらかじめ登録されている。Ｒ１からＲ６までのPVRと図１のデータリンクの間に図３の対応関係がある。

図３は、ＰＶＲ毎に、コア網の対地接続情報、ルート、割り当て帯域が管理されている例を図２の記載に対応させて表している。図３の状態データが図４のの網管理データ格納部に登録されている。

エッジノード間は該PVRに沿って、例えばATMセルでスイッチングされて、データ転送される。エッジノードＥＡとエッジノードＥＣの間には、異なったデータリンクを通る複数（２本）のPVR、すなわちＲ２とＲ６があらかじめ登録されている。

以下、図４は、図１の網管理装置２００の構成例である。網管理装置２００は、網管理制御部と網管理データ格納部からなっている。網管理制御部は、起動部、データ書込部、データ解析部、データ収集部、データ入力部と送受信部からなり、それらはバスによって相互接続されている。

送受信部は各ノードと接続されており、エッジノードや中継ノードの各種状態データのやりとりを行う。データ書込部とデータ解析部は網管理データ格納部と接続されており、各種状態データの記録と解析を行う。

次に、図２１に各ノードでの帯域情報の登録方法を示す。動的に変化する帯域を各エッジノードもしくは中継ノードで測定するステップと、測定した帯域を各ノードから網管理装置へ通知するステップと、各ノードから送られた帯域情報から、各ルートの利用可能帯域を網管理装置が設定するステップと、網管理装置にて対地ルート別の割り当て帯域を管理するステップと、網管理装置から各ノードに帯域情報を分配するステップと、各ノードにて帯域情報を登録するステップからなる。

図２における各エッジノード、中継ノードもまた、それぞれ状態データを持っている。図５から図１１までは、図２の網構成におけるエッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤと中継ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３のPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例である。図３の網管理装置２００の管理データに基づき、各エッジノードごとに宛先サブネット、VPI/VCI、ポートINF（Interface：インタフェース）が設定されている。

図５は、エッジノードＥＡのＰＶＲの登録例を表したものである。図５において、ＰＶＲ−ＩＤはパーマネントルート識別子であり、図２に記載のものと対応し、宛先サブネットはサブネットＡからのデータの送信先となるサブネットを表し、VPIは、バーチャルパス識別子であり、エッジノードＥＡと接続される各ノード、ここでは、中継ノードＮ１、Ｎ２、エッジノードＥＤ，ＥＢとを接続するためのバーチャルパスを特定するためのデータである。また、ＶＣＩは、バーチャルパス識別子と同様に、エッジノードＥＡと接続される各ノードのバーチャル・チャネルを特定するための情報であるバーチャルチャネル識別子である。ポートＩＮＦは、エッジノードＥＡのポートインターフェースの番号であり、ポート１は中継ノードＮ１と接続されるインターフェースのポート番号である。以下、図６は、図５と同様の規則でエッジノードＥＢのＰＶＲの登録例を表したものであり、図７は、エッジノードＥＣのＰＶＲの登録例を表したものであり、図８は、エッジノードＥＤのＰＶＲの登録例を表したものである。

図９から図１１は、図５から図８と同様の規則であるが、中継ノードのＰＶＲの登録例を示したものであり、図９が中継ノードＮ１、図１０が中継ノードＮ２，図１１が中継ノードＮ３の内容である。

図１２は、エッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの構成例である。アクセス網側回線インタフェース１０、ATMスイッチ部２０、コア網側回線インタフェース３０とノード制御部４０からなる。ノード制御部４０は、アクセス網側回線インタフェース１０、ATMスイッチ部２０、コア網側回線インタフェース３０と接続されている。

ATMスイッチ部には、例えば、特開平４−２７６９４３号公報「スイッチングシステム」に開示の共通バッファスイッチ技術が使用される。

図１３は、アクセス網側回線インタフェース１０の構成例である。回線制御部、経路テーブル、フレーム処理部、IP（Internet Protocol）処理部、AAL5（ATM Adaptation Layer5）処理部、ATM処理部を含んで構成される。IP処理部からAAL5処理部へのデータ引き渡しには、例えば、各種インタネットプロトコルの標準化団体であるIETF（Internet Engineering Task Force：インタネット・エンジニアリング・タスク・フォース）のRFC1483（リクエスト・フォー・コメント１４８３）に記載のマルチプロトコル・エンキャプスレーション技術を用いる。

図１３のATM処理部には、特開平４−２６０２４５号公報「非同期転送モードにおける加入者線伝送路容量表示方式」に記載のセル流量モニタ回路、が含まれており、コネクションごとの伝送容量を測定し、かつ、伝送容量を調整できる。

図１３のアクセス網側インタフェース１０にて、IPのコネクションレスなデータフローがATMセル流に変換される。図１８にアクセス網側から入力されるIPパケットのフォーマットを、図１９にコア網側へ出力されるATMセルのフォーマットを示す。

図１４は、コア網側回線インタフェース３０の構成例である。回線制御部、スケジューラ、セル送・受信部、セルバッファ、セレクタ、物理レイヤ処理部を含んで構成される。セルバッファ、セレクタ、スケジューラには、例えば、特願平８−２８０８６０号公報「ネットワークノード内フロー制御方法、並びにパケットスイッチ」に記載のマルチQOSシェーパが使用される。

帯域情報の登録フロー図（図２１）とアクセス網側回線インタフェース図（図１３）との間には、図２１の”動的に変化する帯域を測定”する部分が図１３のATM処理部であり、測定した帯域を各エッジノードから図１３に記載の経路テーブル１３、回線制御部、図１２のノード制御部４０を経由して、図４の網管理装置２００へ通知し、各エッジノードから送られてきた帯域情報は、網管理装置２００の送受信部を通って、データ収集部へいったん蓄積される。各ルートの利用可能帯域を網管理装置２００のデータ解析部で求め、データ書き込み部を介して、網管理データ格納部へ設定される、この網管理データ格納部にて対地ルート別の割り当て帯域を管理する。この帯域情報が、網管理装置２００から各エッジノードへ、図４の網管理データ格納部、データ書き込み部、送受信部、図１２のノード制御部４０、図１３の回線制御部を介して経路テーブル１３へ分配される。各エッジノードの経路テーブル１３に帯域情報を登録する。

以下、サブネット＃Ａ内から発生したデータが、ボーダルータＲＡ、エッジノードＥＡ、とエッジノードＥＣを経てサブネット＃Ｃ内へ転送される場合について、本発明にかかるネットワークとエッジノードの動作について説明する。

図１５にエッジノードＥＡにおける経路テーブル検索及び設定手順の例を示す。エッジノードＥＡから宛先サブネット＃Ｃへは、PVRとしてあらかじめＲ２とＲ６が設定されている。図２１で示される帯域情報の登録手続きを経て、PVRのＲ２とＲ６に対してそれぞれ２０Mbit/sと１０Mbit/sの帯域があらかじめ設定されている。

サブネット＃Ａ内から発生したサブネット＃Ｃゆきのコネクションレスデータフローは
、ボーダルータＲＡを経てエッジノードＥＡに到着する。宛先アドレスから宛先サブネットがサブネット＃Ｃと判定される。サブネット＃ＣゆきのPVRとしてＲ２とＲ６が登録されているが、そのうち最も帯域の大きいＲ２が選択される。最も大きい帯域をもつルートの高速検索方法として、例えば「データ構造とアルゴリズム」（（株）培風館：１９８７年３月初版発行）の２３９ページに記載されているヒープソート法が用いられる。

この選択されたPVR-IDのＲ２に対応するVPI/VCIとポートINFの組として、VPI/VCI=11/12とポートINF=2を得る。ATMセルのヘッダに、VPI/VCI=11/12が設定されて送信される。

図２３にPVRが選択されデータが転送されている状態を示す。PVRのＲ２とＲ６を比べると、Ｒ２の帯域がＲ６の帯域よりも大きいので、エッジノードＥＡに入ってきたサブネット＃Ｃゆきの第１のIPパケットは、ATMセルに変換された後にPVRのＲ２に割り付けられて送信される。第１のIPパケットに対応するATMセルに記された１、２、３という番号はATMセルの送信順序を示している。

このように、本実施例ではコア網１００にあらかじめPVR（パーマネント・バーチャル・ルート）を登録し、データ転送時に宛先IPアドレスをATMアドレスに変換し、そのATMアドレスに対応するPVR（パーマネント・バーチャル・ルート）を選択してIPパケットを転送するため、コネクション設定遅延時間が無くなり、データ転送に伴う遅延と遅延変動を小さくすることができる。同時に、コネクション設定ないしは資源確保のための制御用パケットの発生数を減らすことが出来る。

また転送されるデータに対して、コア網１００内ではプロセッサ処理によるホップ・バイ・ホップルーティング（すなわち、ルータでIPパケットを振り分けるときのように、宛先IPアドレスをプロセッサによって解読し、該IPパケットの出力ポート先を決めること）を行わず、データをATMセルにのせてハードウェアでスイッチングするので、コア網内のデータ転送遅延が小さくなる。

さらに、コア網１００にてあらかじめ登録された複数のPVR（パーマネント・バーチャル・ルート）の内から帯域の最も大きいルートを選択することにより、大規模データネットワークにおけるコネクションレスデータフローの転送を効率よく処理することができる。

次に、コア網内の状態が変化したときの動作について説明する。

図２２は、図２３のようにPVRのＲ２が選択されてIPデータが転送されている状態において、網管理装置２００と各ノードの間で図２１に示される手順で各ノードでの帯域情報がさらに再登録されて、PVRのＲ２とＲ６に対してそれぞれ１０Mbit/sと１５Mbit/sの帯域が新たに設定された状態を示す。

これは、IPデータの転送中において、網管理装置２００と各ノードの連携によってコア網の状態（ここでの例では、帯域）が再把握されたことを意味する。

サブネット＃Ａ内から発生したサブネット＃Ｃゆきのコネクションレスデータフローは、ボーダルータＲＡを経てエッジノードＥＡに到着する。宛先アドレスから宛先サブネットがサブネット＃Ｃと判定される。サブネット＃ＣゆきのPVRとしてＲ２とＲ６が登録されているが、そのうち最も帯域の大きいPVRとして今度はＲ６が選択される。

この選択されたPVR-IDのＲ６に対応するVPI/VCIとポートINFの組として、VPI/VCI=10/17とポートINF=1を得る。ATMセルのヘッダに、VPI/VCI=10/17が設定されて送信される。

図２４に新たなPVRが選択された後の、データが転送されている状態を示す。PVRのＲ２とＲ６を比べると、今度はＲ６の帯域がＲ２の帯域よりも大きいので、エッジノードＥＡに入ってきたサブネット＃ＣゆきのIPデータフローは、ATMセルに変換された後にPVRのＲ６に割り付けられて送信される。すなわち、図２３の状態と比べると、ATMセルの運ばれるルートが変更されている。ATMセルに記された１、２、３、４、５、６という番号はATMセルの送信順序を示している。１、２、３は図２３の状態のとき、PVRのＲ２経由で転送されたATMセルであり、４、５、６は状態変更後のPVR、即ちＲ６経由で転送される。ATMセル１、２、３は、図２３の第１のIPパケットに対応し、ATMセル４、５、６は、図２４の第２のIPパケットに対応する。

尚、図２１の状態から図２２の状態へ遷移するようなルート切替を行う場合には、例えば、特願平８−３４４９８１号に記載のＩＰスイッチを利用することにより、先行するIPパケットの最終セル通過後にルートを切り替えることによりパケット廃棄を防止することができる。

異なったPVR経由で転送されたATMセルは、エッジノードＥＣのアクセス網側インタフェース１０でIPパケットに組み立てられ、ボーダルータＲＣを経てサブネット＃Ｃへ転送される。

このように、コア網１００にて定期的にPVRの帯域を把握し、その得られた帯域に応じて適切なPVRへIPパケットを振り分けることにより、大規模データネットワークにおけるコネクションレスデータフローの転送をさらに効率よく処理することができる。

また、コア網１００でコネクション設定ないしは資源確保のための制御用パケットが発生する局面は、PVRを設定する時とPVR帯域情報を更新するときに限られ、アクセス網間でデータ転送のたびごとにリクエストベースでその都度コネクションが張られるわけではないので、コア網での制御用パケットの発生数を減らすことができる。

図２６にエッジノードの図１３のアクセス網側回線インタフェース１０の入力側のAAL5処理部及びATM処理部の一構成例を示す。入力パケットを、PVR対応に配備した論理キューへ入力しバッファリングする。該論理キューからの出力パケットをセグメント化手段へ入力し、SAR-PDU（Segmentation and Reassembly-Protocol Data Unit：セグメンテイション・アンド・リアセンブリ−プロトコル・データ・ユニット）として出力する。こうして、PVR対応にAAL5処理部（入力側）１１から出力されたSAR-PDUをATM処理部１２のセル化手段へ入力してセル化し、次にデータ速度調整手段へ入力する。このデータ速度調整手段では、経路テーブル１３にあらかじめ設定されている割り当て帯域通りにPVRごとにシェーピングを行う。（ここでシェーピングとは、各パケットをいったんバッファメモリに蓄積し、瞬時データ速度値を越えないようにデータの読み出し速度を調整することをいう。）さらに、サーバにてセル出力順序が調整された後にセル出力される。

割り当て帯域通りにPVRごとにシェーピングを行うことにより、各サブネットからのコネクションレスなデータフローを帯域保証されたPVRへ割り付けることができる。したがって、バーストデータの集中によって出現するネットワーク中の中期的、局所的輻輳の回避が可能となる。

尚、本実施例では、エッジノードにおけるPVRの選択に、使用可能帯域を用いたが、これは一例であって、他の情報、例えば各エッジノードのバッファの状態等を用いても良いし、時刻によって予め選択ルートを決めておいても良いし、ランダムにルートを選択しても良い。

次に、コア網内で輻輳や障害が発生したときの動作を説明する。

図１７にエッジノードＥＡにおける経路テーブル設定例を示す。エッジノードＥＡからサブネット＃ＣゆきのPVRとして最初はＲ２が設定されている。

図１６に示すようにＲ２で輻輳または障害が検知された場合は、図１７に示すようにPVRがＲ２（現用系）からＲ６（予備系）へルート変更される。

伝送路の障害は、ATMのOAM（Operation and Management：保守管理）機能により検知される。輻輳は、例えば輻輳の起こったノードが網管理装置２００に通知することにより検知され、さらに網管理装置２００から各ノードへPVRの切替を指示することによりPVRが予備系に切り替わる。

このように、物理レイヤの障害（伝送路の切断など）や論理パスの障害（VCやVPなどの切断）に対する耐性の強いパケットスイッチングネットワークが提供できる。
（実施例２）
上記実施例１では、図２１に示すように各ノードで計測された帯域情報をもとに、網管理装置２００がPVRの帯域を集中的に経路テーブル１３へ設定している。PVRの帯域設定方法としては、それ以外に、エッジノード間でＡＢＲ（Available Bit Rate：アベイラブル・ビット・レート）に基づくフロー制御（民間の標準化団体であるATM-Forumのトラヒック管理仕様バージョン4.0）を行って帯域設定する方法がある。このフロー制御は、RMセル（リソースマネジメントセル）をデータセル流中に周期的に埋め込み、レートベースの閉ループフィードバック制御を行うことを特徴としている。RMセルは、コア網のエッジノード間の使用可能な（Availableな）帯域を周期的にモニタし、該帯域に応じてセル出力速度を調整するためのセルとして使用される。

図２７にエッジノードの図１３のアクセス網側回線インタフェース１０の入力側のAAL5処理部及びATM処理部の一構成例を示す。入力パケットを、PVR対応に配備した論理キューへ入力しバッファリングする。該論理キューからの出力パケットをセグメント化手段へ入力し、SAR-PDU（Segmentation and Reassembly-Protocol Data Unit：セグメンテイション・アンド・リアセンブリ−プロトコル・データ・ユニット）として出力する。こうして、PVR対応にAAL5処理部（入力側）１１から出力されたSAR-PDUをATM処理部１２のセル化手段へ入力してセル化し、次にデータ速度調整手段へ入力する。このデータ速度調整手段では、経路テーブル１３に設定されているPVRごとにシェーピングを行う。

次にPVRごとの動的シェーピング動作について説明する。
１）明示的レート制御の場合、ATM処理（出力側）１４にて捕捉した逆方向RMセル内の明示的な帯域情報を基にして、最大許容データ速度値（ACR：Allowed Cell Rate）を経路テーブル１３に設定する。このACR値に従って帯域制御テーブル５０が設定され、その指示によりPVRごとにセル出力速度が調整される。PVRごとのシェーパとしては、例えば、特開平４−２７６９４３号公報「スイッチングシステム」に開示されている共通バッファ技術が使用される。すなわち、共通バッファ上にPVRごとの論理キューが形成されており、該共通バッファからのセル読み出しを帯域制御テーブルを用いて制御する（これが、データ速度調整手段に相当する）。ここで帯域制御テーブルとは、どの時刻にどの共通バッファ上の論理キューからパケットを読み出すかを指定するテーブルのことである。

逆方向RMセル内の明示的な帯域情報を適宜用いて、帯域制御テーブルを順次書き換えることにより、PVRごとの動的シェーピング動作が実現できる。
２）バイナリモードレート制御の場合 ATM処理（出力側）１４にて捕捉した逆方向RMセル内のCI（Congestion Indication：輻輳通知）ビットやNI（No Increase：レート増大禁止）ビットを基にして、レート計算回路１５にて最大許容データ速度値（ACR：Allowed Cell Rate）を計算する。明示的レート制御の場合との違いは、CIビットやNIビットの表示を用いてACR値が相対的に増加、減少、ないしは変化無しとなることである。ACR値が確定した後の動作は、明示的レート制御の場合と同様である。

なお、データ速度調整手段は、RMセルの発生及びデータへの挿入を行う手段を含んで構成されている。

図２０−（ａ）及び図２０−（ｂ）に、帯域設定に用いられるRMセル（リソースマネジメントセル）のフォーマットを示す。またレート計算用の回路、RMセルの発生及びデータへの挿入を行う手段としては、特願平８−５１３１４号公報「セル出力制御回路および制御方法」を使用する。

コア網の状態を反映してPVRごとに動的に帯域をシェーピングすることにより、各サブネットからのコネクションレスなデータフローを効率よくPVRへ割り付けることができる。したがって、バーストデータの集中によって出現するネットワーク中の中期的、局所的輻輳の回避が可能となる。
（実施例３）
図２５に示すのは、IETF（インタネット・エンジニアリング・タスク・フォース）のRFC1990（リクエスト・フォー・コメント１９９０）で規定されているPPP Multilink Protocol（ポイント・ツー・ポイント・マルチリンク・プロトコル）を利用して、ボーダルータＲＡからエッジノードＥＡとエッジノードＥＢの両方へデータリンク（図では極太線で示している）が張られている例である。ここで「マルチリンク・プロトコル」は、複数張られているデータリンクをまとめて１本の論理的なデータリンクに見せる役割を果たしている。（図２５は、ボーダルータＲＡとエッジノードＥＡ間、及び、ボーダルータＲＡとエッジノードＥＢ間が物理的に接続されている場合を想定した図である。）本例では、サブネット＃Ａから発生されたサブネット＃Ｃゆきのデータフローを、ボーダルータＲＡにてエッジノードＥＡゆきとエッジノードＥＢゆきに分割することができる。

エッジノードＥＡからエッジノードＥＣ、エッジノードＥＢからエッジノードＥＣまでは、それぞれPVRとして例えばＲ２とＲ３が割り当てられている。

このようにマルチリンクプロトコルを用いてトラヒックの分割を行うことにより、バーストデータ集中によるコア網での中期的、局所的輻輳を回避し、コア網１００でのトラヒックロードバランスの向上をはかることができる。

また、本構成においてはボーダルータＲＡからコア網１００へ複数のデータリンクが張られているので、たとえボーダルータＲＡからエッジノードＥＡへのデータリンクに障害が起こっても、ボーダルータＲＡからエッジノードＥＢへトラヒックを迂回できるので、耐障害性を高くすることができる。

本発明のパケットスイッチングネットワークの構成例を示す接続図である。 本発明のパケットスイッチングネットワークにおけるPVR（パーマネントバーチャルルート、と呼ぶ）の設定例を示す模式図である。 図４の網管理データ格納部に登録されている状態データの例を示す表である。 図１における網管理装置の構成例を示すブロック図である。 エッジノードＥＡにおけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 エッジノードＥＢにおけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 エッジノードＥＣにおけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 エッジノードＥＤにおけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 中継ノードＮ１におけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 中継ノードＮ２におけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 中継ノードＮ３におけるPVR（パーマネントバーチャルルート）の登録例を示す表である。 図１におけるエッジノードＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの構成例を示すブロック図である。 図１２におけるアクセス網側回線インタフェースの構成例を示すブロック図である。 図１２におけるコア網側回線インタフェースの構成例を示すブロック図である。 エッジノードＥＡにおける経路テーブル検索及び設定手順の例を示すフロー図である。 図２におけるＲ２で輻輳または障害が検知されたことを示す模式図である。 エッジノードＥＡにおける経路テーブル設定例を示すフロー図である。 各種のデータフォーマットを示す図である。 各種のデータフォーマットを示す図である。 各種のデータフォーマットを示す図である。 各ノードでの帯域情報の登録方法を示すフロー図である。 エッジノードＥＡにおける経路テーブル設定例を示すフロー図である。 PVRが選択されデータが転送されている状態を示す模式図である。 PVRが選択されデータが転送されている状態を示す模式図である。 本発明のパケットスイッチングネットワークの他の構成を示す接続図である。 図１３における入側のAAL5処理部及びATM処理部の構成例を示すブロック図である。 図１３における入側のAAL5処理部及びATM処理部の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

＃Ａ、＃Ｂ、＃Ｃ、＃Ｄ…サブネット、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ…ボーダルータ、ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ…エッジノード、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…中継ノード、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６…パーマネントバーチャルルート、１００…コア網、２００…網管理装置、１０…アクセス網側回線インタフェース、１１…AAL5処理（入力側）、１２…ATM処理（入力側）、１３…経路テーブル、１４…ATM処理（出力側）、１５…レート計算回路、２０…ATMスイッチ部、３０…コア網側回線インタフェース、４０…ノード制御部、５０…帯域制御テーブル

Claims (4)

1. 複数のパケット通信網間を接続してパケットを転送するパケットスイッチングネットワークで、パケット転送する複数のパケットスイッチ装置ならびに前記パケットスイッチ装置と接続され該パケットスイッチ装置と該ネットワークの状態とを監視制御する網監理装置とからなるネットワークで使用するパケットスイッチ装置であって、
   前記網監理装置がパケット転送元の通信網と接続された第1のパケットスイッチ装置と該パケットの転送先の通信網と接続された第2のパケットスイッチ装置との間に予め設定した複数のパケット転送ルートに基づき、該複数の転送ルート情報を記憶する記憶手段と、
   パケットを受信すると、該パケットの宛先と前記ネットワークの状態に基づき前記記憶された複数の転送ルート情報から１つの転送ルートを選択して該パケットを送信するパケット転送手段とを備え、
   前記第1のパケットスイッチ装置は、前記パケット転送元の通信網から第1のパケットを受信すると、該第1のパケットを送信先に対応した第1の情報を付加した第2のパケットに変換して前記選択された転送ルートにある中間のパケットスイッチ装置に転送し、
   前記中間のパケットスイッチ装置は、前記第1のパケットスイッチ装置から前記第2のパケットを受信すると、該第2のパケットの前記第1の情報を該第2のパケットの送信先に対応した第2の情報に変換して前記第2のパケットスイッチ装置に転送し、
   前記第2のパケットスイッチ装置は、前記中間のパケットスイッチ装置から前記第2のパケットを受信すると、該第2のパケットから前記第2の情報を削除して元の前記第1のパケットに戻し、該第1のパケットの転送先の通信網に転送する
   ことを特徴とするパケットスイッチングネットワークに用いるパケットスイッチ装置。
2. 上記パケット転送手段での上記転送ルートの選択に用いる上記ネットワークの状態は、該複数の転送ルートの夫々に設定された帯域の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチングネットワークに用いるパケットスイッチ装置。
3. 上記パケット転送手段での上記転送ルートの選択に用いる上記ネットワークの状態は、該複数の転送ルートにある上記各パケットスイッチ装置ならびに該転送ルートの障害情報であることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチングネットワークに用いるパケットスイッチ装置。
4. 上記パケット転送手段での上記転送ルートの選択に用いる上記ネットワークの状態は、該複数の転送ルートの輻輳情報であることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチングネットワークに用いるパケットスイッチ装置。

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