バッファ装置、通信装置およびフレーム送信方法
【課題】安価なＬ２スイッチを用いた通信装置においてバッファリング機能を実現可能なバッファ装置を得ること。
【解決手段】Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチからホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視し、また、サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御する疑似Ｌ２機能部２２２と、前記出力ポート毎に対応したシェーパを備え、前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記シェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューラ部２２４と、前記スケジューリングの結果に応じて、前記スケジューラ部２２４が一時的にフレームを蓄積するバッファ部２２５と、を備える。
【解決手段】Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチからホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視し、また、サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御する疑似Ｌ２機能部２２２と、前記出力ポート毎に対応したシェーパを備え、前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記シェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューラ部２２４と、前記スケジューリングの結果に応じて、前記スケジューラ部２２４が一時的にフレームを蓄積するバッファ部２２５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に搭載されるバッファ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、イーサネット（登録商標）では、技術発展に伴って、従来の規格との互換性を保ちつつ、回線速度を向上させた新方式を取り入れている。１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等、１ギガビット毎秒のイーサネット規格をインタフェースとする通信サービスが一般家庭向けに普及してきている一方で、通信機器の中には、１００ＢＡＳＥ−Ｔ等、より低速の規格しか実装していないものも多く存在する。
【０００３】
上記通信サービスにおいて、通信サービスネットワークとホームネットワークの境界に配置される装置は、ホームゲートウェイと呼ばれ、ネットワークアドレス変換やファイヤウォールといった家庭内の装置がインターネットにアクセスするために必要な機能や、ＩＰ電話やＩＰ ＴＶといったネットワークサービスを終端する機能を提供する。
【０００４】
ホームゲートウェイは、サービスネットワーク側が高速な物理回線であってホームネットワーク側が低速な物理回線である場合、サービスネットワーク側からのバーストトラヒックをバッファリングする機能を持つ。このような状況において、ホームゲートウェイがバッファリングできない大きさのバーストトラヒックを受信した場合、バッファ溢れによるパケットロスが発生する。そのため、ホームネットワークにおけるユーザ視点からは、バッファリング可能な最大バーストトラヒックは、サービスネットワークのサービス品質に影響を与えるパラメータといえる。
【０００５】
ホームゲートウェイが、ホームネットワーク側のインタフェースを提供するためのＬ２スイッチ機能を持つハードウェアと、ホームネットワークとサービスネットワークの間の転送機能や装置全体の管理機能などを持つハードウェアと、を装置内部に備える構成は、ホームネットワーク内部の端末同士の通信の高速化や製造コストなどにおいてメリットを持つ。このような構成では、通常、上述のバッファリング機能はＬ２スイッチに配置される。したがって、Ｌ２スイッチのバッファリング機能が、ホームゲートウェイの上述のサービス品質を決定付けることを意味する。
【０００６】
また、下記非特許文献１では、Ｌ２スイッチのネットワークにおけるフロー制御方式を規定し、バッファ溢れのような輻輳状態の可能性を前段のデバイスに通知する技術が開示されている。ここでは、前段でのバッファリングが可能であるが、Ｌ２スイッチにフロー制御の機能が必要であるため、Ｌ２スイッチの能力がホームゲートウェイの上述のサービス品質を決定付けることを意味する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE802.1Qbb http://ieee802.org/1/pages/802.1bb.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術によれば、Ｌ２スイッチを基本的な機能のみを有する安価なデバイスで実現することは装置コストの面で有利である。一方で、高い性能を持つバッファリング機能またはフロー制御方式を有するＬ２スイッチは概して高価である。そのため、低い装置コストと高いサービス品質を両立させることが困難である、という問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価なＬ２スイッチを用いた通信装置においてバッファリング機能を実現可能なバッファ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、サービスネットワークとホームネットワークとの間でフレームを転送する通信装置において、Ｌ２スイッチと接続するバッファ装置であって、前記Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチから前記ホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視するＬ２監視手段と、前記サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、また、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御するＬ２制御手段と、前記出力ポート毎に対応したシェーパを備え、前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記シェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューラ手段と、前記スケジューリングの結果に応じて、前記スケジューラ手段が一時的にフレームを蓄積するバッファ手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、安価なＬ２スイッチを用いた通信装置においてバッファリング機能を実現できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施の形態のバッファ装置を搭載したホームゲートウェイを含むネットワークの構成例を示す図である。
【図２】図２は、Ｌ３プロセッサの構成例を示す図である。
【図３】図３は、ＶＬＡＮ情報テーブルの構成例を示す図である。
【図４】図４は、ＦＤＢ情報テーブルの構成例を示す図である。
【図５】図５は、スケジューラ部がフレームを受信した際の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、スケジューラ部がバッファ部にバッファされているフレームを送信する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかるバッファ装置を搭載した通信装置であるホームゲートウェイを含むネットワークの構成例を示す図である。このネットワークの構成は、一般的によく知られている構成である。ネットワークは、サービスネットワーク１と、ホームゲートウェイ２と、ホームネットワーク３と、から構成される。ホームゲートウェイ２は、インターネットプロバイダなどのサービスネットワーク１と、家庭内のネットワークであるホームネットワーク３とを接続する位置に配置されている。
【００１５】
ホームゲートウェイ２は、物理インタフェース２１と、Ｌ３プロセッサ２２と、物理インタフェース２３と、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２４と、物理インタフェース２５と、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６と、Ｌ２プロセッサ２７と、物理インタフェース２８と、を備える。
【００１６】
Ｌ３プロセッサ２２は、汎用プロセッサであって、レイヤ３の転送機能、スケジューラ、およびＬ２プロセッサの制御といった機能を備えるＬ３スイッチであり、バッファ装置を構成する。Ｌ２プロセッサ２７は、ここでは、レイヤ２の転送機能に特化したＬ２スイッチである。物理インタフェース２１はＬ３プロセッサ２２の入力側のインタフェースであり、物理インタフェース２３はＬ３プロセッサ２２の出力側のインタフェースであり、物理インタフェース２５はＬ２プロセッサ２７の入力側のインタフェースであり、物理インタフェース２８はＬ２プロセッサ２７の出力側のインタフェースである。また、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２４およびＬ３−Ｌ２間インタフェース２６は、Ｌ３プロセッサ２２とＬ２プロセッサ２７との間を接続するインタフェースである。
【００１７】
つぎに、Ｌ３プロセッサ２２の構成について説明する。図２は、Ｌ３プロセッサ２２の構成例を示す図である。Ｌ３プロセッサ２２は、Ｌ３制御部２２１と、疑似Ｌ２機能部２２２と、Ｌ２情報テーブル部２２３と、スケジューラ部２２４と、バッファ部２２５と、を備える。なお、Ｌ３制御部２２１が、図１に示す転送機能を実現し、疑似Ｌ２機能部２２２およびＬ２情報テーブル部２２３が、図１に示すＬ２制御を実現し、スケジューラ部２２４およびバッファ部２２５が、図１に示すスケジューラを実現する。
【００１８】
Ｌ３制御部２２１は、レイヤ３のパケット転送制御機能部である。Ｌ３制御部２２１は一般的なルータが備える機能、すなわち、ＩＰ（Internet Protocol）ルーティング、アドレス解決、ネットワークアドレス変換、パケットフィルタなどの機能と、上記機能によるパケット処理の結果、ホームネットワーク３側へ送信するべきパケットをイーサネットフレーム化し、擬似Ｌ２機能部２２２へ渡す機能と、を有する。
【００１９】
擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６を使用してＬ２プロセッサ２７の制御・監視を行い、上記制御・監視の結果を示す情報をＬ２情報テーブル部２２３に保持する。また、擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ２情報テーブル部２２３の内容に基づいて、Ｌ２プロセッサ２７に向けて送信するパケットの処理を行う。
【００２０】
また、擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６経由で、Ｌ２プロセッサ２７から、少なくとも、Ｌ２プロセッサ２７が入力フレームに付与されているＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）タグに基づいて出力ポートである物理インタフェース２８（以下、出力ポートとする）を決定するための情報であるＶＬＡＮ転送テーブルの設定、Ｌ２プロセッサ２７が入力フレームの宛先アドレスを基に出力ポートを決定するための情報であるＦＤＢ（Forwarding Database）、およびＬ２プロセッサ２７の各物理ポートのリンク速度、の各情報を取得する。ここで、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６は、一般的なＬ２プロセッサ２７が備えるものである。すなわち、ホームゲートウェイ２が、一般的なＬ２プロセッサ２７を使用して実現可能であることを示している。
【００２１】
Ｌ２情報テーブル部２２３は、擬似Ｌ２機能部２２２におけるＬ２プロセッサ２７の制御・監視の結果を保持する記憶部である。Ｌ２情報テーブル部２２３は、ＶＬＡＮ情報テーブルと、ＦＤＢ情報テーブルと、リンク速度情報と、から構成される。
【００２２】
ＶＬＡＮ情報テーブルは、出力ポートからＶＬＡＮ ＩＤを参照するためのテーブルである。図３は、ＶＬＡＮ情報テーブルの構成例を示す図である。ＶＬＡＮ情報テーブルは、出力ポートと、ＶＬＡＮと、から構成される。出力ポートの各組み合わせに対して、ＶＬＡＮ ＩＤが付与されていることを示す。擬似Ｌ２機能部２２２は、転送に使用され得る出力ポートの組み合わせに対してＶＬＡＮ ＩＤを割り当て、ＶＬＡＮ情報テーブルに保持する。このとき、擬似Ｌ２機能部２２２は、割当結果を、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６経由でＬ２プロセッサ２７のＶＬＡＮ転送テーブルに設定する。
【００２３】
ホームネットワーク３側の物理インタフェース２８の数が比較的小さく、転送に使用され得る出力ポートの組み合わせの数が、Ｌ２プロセッサ２７に設定可能なＶＬＡＮ ＩＤの最大値より小さい場合、全ての出力ポートの組み合わせについてＶＬＡＮ ＩＤを割り当てることができる。このような場合、擬似Ｌ２機能部２２２は、転送処理を開始する以前にＶＬＡＮ情報テーブルを一度だけ設定すれば、その後ＶＬＡＮ情報テーブルの更新・維持を要さない。すなわち、擬似Ｌ２機能部２２２は、ＶＬＡＮ情報テーブルを静的な設定とすることができる。
【００２４】
一方、ホームネットワーク３側の物理インタフェース２８の数が比較的大きく、転送に使用され得る出力ポートの組み合わせの数が、Ｌ２プロセッサ２７に設定可能なＶＬＡＮ ＩＤの最大値より大きい場合、擬似Ｌ２機能部２２２は、動的なＶＬＡＮ情報テーブルの更新・維持を必要とする。
【００２５】
ＦＤＢ情報テーブルは、フレームの宛先ＭＡＣアドレスから出力ポートおよびＶＬＡＮ ＩＤを求めるためのテーブルである。図４は、ＦＤＢ情報テーブルの構成例を示す図である。ＦＤＢ情報テーブルは、ＭＡＣアドレスと、出力ポートと、ＶＬＡＮと、から構成される。擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ２プロセッサ２７に設定されているＦＤＢを監視し、ＦＤＢに登録されているＭＡＣアドレスと出力ポートの対応関係をＦＤＢ情報テーブルに保持する。また、擬似Ｌ２機能部２２２は、上記保持された出力ポートを基に、ＶＬＡＮ情報テーブル（図３参照）を参照し、出力ポートに対応するＶＬＡＮ ＩＤをＦＤＢ情報テーブルに保持する。
【００２６】
リンク速度情報は、擬似Ｌ２機能部２２２が、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６経由で取得したＬ２プロセッサ２７の各出力ポートのリンク速度を示す情報である。
【００２７】
つづいて、擬似Ｌ２機能部２２２が、Ｌ２情報テーブル部２２３に保持された内容に基づいて、Ｌ２プロセッサ２７へ出力するパケットに対する処理について説明する。擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ３制御部２２１からホームネットワーク３へ送信するイーサネットフレームを受け取ると、イーサネットフレームの宛先ＭＡＣアドレスに基づいて、Ｌ２情報テーブル部２２３内のＦＤＢ情報テーブルを参照し、ＶＬＡＮ ＩＤを決定する。なお、ＦＤＢ情報テーブルにイーサネットフレームと同一の宛先ＭＡＣアドレスが存在しない場合、擬似Ｌ２機能部２２２は、全出力ポートに出力することを示すＶＬＡＮ ＩＤを上記ＶＬＡＮ ＩＤとして決定する。そして、擬似Ｌ２機能部２２２は、イーサネットフレームにＶＬＡＮタグを挿入し、ＶＬＡＮタグに上記ＶＬＡＮ ＩＤを付与する。擬似Ｌ２機能部２２２は、上述したように処理されたイーサネットフレームをスケジューラ部２２４へ渡す。
【００２８】
なお、擬似Ｌ２機能部２２２が、Ｌ２プロセッサ２７を監視し、また、イーサネットフレームにＶＬＡＮタグを挿入しているが、これに限定するものではない。例えば、擬似Ｌ２機能部２２２を２つに分割し、Ｌ２プロセッサ２７を監視する機能と、イーサネットフレームにＶＬＡＮタグを挿入する機能と、をそれぞれ別の構成が行うようにしてもよい。
【００２９】
スケジューラ部２２４は、Ｌ２情報テーブル部２２３を参照し、Ｌ２のリンク速度を考慮したバッファリングとフレーム送信を実施する。まず、スケジューラ部２２４は、Ｌ２情報テーブル部２２３のリンク速度情報を参照し、Ｌ２プロセッサ２７の各出力ポートのリンク速度を監視する。スケジューラ部２２４は、出力ポート毎にリンク速度に応じて制御可能なシェーパ機構を備えており、各出力ポートへの出力レートがリンク速度を上回らないようにバッファリングと選択的なフレームのコピーおよび送信を行う。シェーパは、あるフレームについて通過の可否を判定し、通過不可能な場合には通過が可能となるタイミングを出力することによって、フレームの最大通過速度を制御する。一般的には、リーキバケットやトークンバケットといった方式が知られている。
【００３０】
上記のバッファリングと選択的なフレームのコピーおよび送信について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図５は、スケジューラ部２２４がフレームを受信した際の処理を示すフローチャートである。まず、スケジューラ部２２４は、受信したフレームの出力対象の出力ポートをＶＬＡＮタグに基づいて判別し、出力対象の出力ポートそれぞれに対応したシェーパ状態を参照し、出力可能であるかどうかを確認する（ステップＳ１）。出力不可能な出力ポートの数が０の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、そのままフレームを送信し（ステップＳ３）、送信した出力対象の出力ポートのシェーパを出力不可能状態に更新する（ステップＳ４）。
【００３１】
出力不可能な出力ポートの数が０ではない、すなわち、０より大きい場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、さらに、スケジューラ部２２４は、出力可能な出力ポートの数を確認する（ステップＳ５）。出力可能な出力ポートの数が０ではない、すなわち、０より大きい場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、スケジューラ部２２４は、フレームをコピーし（ステップＳ６）、一方のフレーム（例えば、コピー先フレーム）のＶＬＡＮタグを出力不可能であった出力ポート全てに送信することを意味する値に書き換えてバッファ部２２５にバッファ（蓄積）し（ステップＳ７）、もう一方のフレーム（例えば、コピー元フレーム）のＶＬＡＮタグを出力可能であった出力ポート全てに送信することを意味する値に書き換えて送信する（ステップＳ８）。
【００３２】
出力可能な出力ポートの数が０の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、フレームをそのままバッファ部２２５にバッファ（蓄積）する（ステップＳ９）。
【００３３】
このような処理を行うことによって、スケジューラ部２２４は、低速リンクである出力ポートと高速リンクである出力ポートの双方に出力すべきフレームについて、それぞれの速度に基づいたフレーム送信が可能となる。そのため、ホームゲートウェイ２では、Ｌ３プロセッサ２２内でバッファリングを行うため、Ｌ２プロセッサ２７は従来と同じものを使用しつつ、バッファ容量を目標性能に合わせて設定することが可能となる。
【００３４】
つぎに、スケジューラ部２２４が、バッファ部２２５にバッファされているフレームを送信する処理について説明する。図６は、スケジューラ部２２４がバッファ部２２５にバッファされているフレームを送信する処理を示すフローチャートである。スケジューラ部２２４は、出力ポート毎に存在するシェーパのいずれかが出力可能状態となると、それを契機として、出力可能状態となった出力ポートへ送信するフレームがバッファ部２２５に存在するかどうかを確認する（ステップＳ１１）。送信するフレームが存在しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、スケジューラ部２２４は、シェーパを出力可能状態に更新し（ステップＳ１２）、処理を終了する。
【００３５】
送信するフレームが存在する場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、該当フレームの出力先が、上記出力可能状態となった出力ポート以外に存在するかどうかを確認する（ステップＳ１３）。
【００３６】
上記出力可能状態となった出力ポート以外に出力先が存在しない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、スケジューラ部２２４は、該当フレームを送信する（ステップＳ１４）。
【００３７】
上記出力可能状態となった出力ポート以外に出力先が存在する場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、該当フレームを送信する送信方式の選択を行う（ステップＳ１５）。具体的に、スケジューラ部２２４は、逐次送信、一括送信、または遅延付き逐次送信のいずれかの送信方式を選択し、選択された方式でフレームを送信する。
【００３８】
逐次送信を選択した場合（ステップＳ１５：逐次送信）、スケジューラ部２２４は、逐次送信処理を行う（ステップＳ１６）。具体的に、スケジューラ部２２４は、フレームをコピーし、一方のフレームのＶＬＡＮタグを出力可能状態となった出力ポートのみを出力先とすることを意味する値に書き換え、送信する。また、もう一方のフレームのＶＬＡＮタグを、上記出力可能状態となった出力ポート以外のフレームの出力先全てに送信することを意味する値に書き換え、引き続きバッファ部２２５に保持する。この方式では、スケジューラ部２２４は、出力先の出力ポートが送信可能状態となる毎にフレームをコピーし、１つずつ出力する。
【００３９】
一括送信を選択した場合（ステップＳ１５：一括送信）、スケジューラ部２２４は、一括送信処理を行う（ステップＳ１７）。具体的に、スケジューラ部２２４は、フレームの全ての出力先が出力可能となるまで、フレームをバッファ部２２５に保持する。すなわち、当該フレームが該当出力ポートに対して出力可能となったことを記録し、当該フレームが全ての出力ポートに対して出力可能となった場合、フレームを送信し、まだ出力ポートのうち、出力不可能な出力ポートが残っている場合、当該フレームを引き続きバッファ部２２５に保持する。この方式では、スケジューラ部２２４は、逐次送信と比較して、フレームのコピーを抑制できる一方、送信可能状態となった後もフレームの送信が保留されるため、フレーム送信までの遅延が大きくなる。
【００４０】
遅延付き逐次送信を選択した場合（ステップＳ１５：遅延付き逐次送信）、スケジューラ部２２４は、一定期間フレームの送信を保留した後にフレームを送信、すなわち、遅延付き逐次送信処理を行う（ステップＳ１８）。具体的に、スケジューラ部２２４は、当該フレームが該当出力ポートに対して出力可能となったことを記録し、一定期間のタイマを起動する。ただし、当該フレームについて既にタイマが起動済みの場合、タイマを新たに起動しない。タイマが満了した場合、またはタイマが起動済みかつ当該フレームが全ての出力ポートに対して出力可能となった場合、スケジューラ部２２４は、その時点で出力可能となっている出力ポートに対してフレームを送信する。すなわち、スケジューラ部２２４は、フレームのＶＬＡＮタグを出力可能状態となった出力ポートのみを出力先とすることを意味する値に書き換えて送信するとともに、まだ出力不可能である出力ポートが存在する場合には、フレームをコピーし、コピーしたフレームのＶＬＡＮタグを、上記出力可能状態となった出力ポート以外のフレームの出力先全てに送信することを意味する値に書き換えて引き続きバッファ部２２５に保持する。この方式では、スケジューラ部２２４は、逐次方式と比較して、一定期間の間フレームのコピーを抑制する効果を得ることができる一方、送信可能状態となった後もフレームの送信が保留されるため、フレーム送信までの遅延が大きくなる。また、一括送信方式と比較した場合、フレーム送信までの遅延は、最大でも上記一定期間に限られるため、小さくなるが、フレームのコピーの頻度は大きくなる。
【００４１】
ここで、スケジューラ部２２４において、上述した３つの送信方式を選択する方法について説明する。３つの送信方式のうち、固定的にいずれかを選択する方法と、３つの送信方式のいずれかを状況に応じて選択する方法がある。固定的にいずれかを選択する方法については特別な説明を要さないので記載を省略する。一方、上記３つの送信方式のいずれかを状況に応じて選択する方法については以下に説明する。
【００４２】
上述したように３つの送信方式には、フレームコピーの回数と、フレーム送信までの遅延と特徴的な差異がある。フレームコピーの回数が大きくなると、Ｌ３プロセッサ２２とＬ２プロセッサ２７との間のリンクを通過するフレーム数が大きくなるため、上記リンクにおいて輻輳が発生する可能性が高くなる。
【００４３】
そのため、スケジューラ部２２４は、上記輻輳の発生確率を示す情報として上記リンクへ送信するためのキュー長を監視し、キュー長に応じて送信方式を選択する。例えば、キュー長に閾値Ａを設定し、キュー長＜Ａの場合には、コピーが多いが遅延の小さい送信方式を使用し、Ａ＜キュー長の場合にはコピーが少なく、遅延が小さい送信方式を使用する。なお、この選択方法は一例であり、これに限定するものではない。例えば、上記閾値を２つ以上設定し、２つ以上の送信方式を使い分けることも可能である。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態では、通信装置内において、一般的なＬ２スイッチの前段に汎用的なＬ３スイッチを配置し、Ｌ３スイッチがバッファ装置を構成して、Ｌ２スイッチからホームネットワーク側への出力ポートの送信状態に基づいて、サービスネットワーク側からＬ２スイッチへ入力されるフレームを出力ポート毎に制御することとした。これにより、通信装置では、安価なＬ２スイッチを用いつつ、バッファリング機能を実現でき、低パケットロス、かつ、高いサービス品質を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかるバッファ装置は、ネットワーク間のパケット転送する通信装置に有用であり、特に、パケット入力側のネットワークとパケット出力側のネットワークの回線速度が異なる場合に適している。
【符号の説明】
【００４６】
１ サービスネットワーク
２ ホームゲートウェイ
３ ホームネットワーク
２１、２３、２５、２８ 物理インタフェース
２２ Ｌ３プロセッサ
２４、２６ Ｌ３−Ｌ２間インタフェース
２７ Ｌ２プロセッサ
２２１ Ｌ３制御部
２２２ 疑似Ｌ２機能部
２２３ Ｌ２情報テーブル部
２２４ スケジューラ部
２２５ バッファ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に搭載されるバッファ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、イーサネット（登録商標）では、技術発展に伴って、従来の規格との互換性を保ちつつ、回線速度を向上させた新方式を取り入れている。１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等、１ギガビット毎秒のイーサネット規格をインタフェースとする通信サービスが一般家庭向けに普及してきている一方で、通信機器の中には、１００ＢＡＳＥ−Ｔ等、より低速の規格しか実装していないものも多く存在する。
【０００３】
上記通信サービスにおいて、通信サービスネットワークとホームネットワークの境界に配置される装置は、ホームゲートウェイと呼ばれ、ネットワークアドレス変換やファイヤウォールといった家庭内の装置がインターネットにアクセスするために必要な機能や、ＩＰ電話やＩＰ ＴＶといったネットワークサービスを終端する機能を提供する。
【０００４】
ホームゲートウェイは、サービスネットワーク側が高速な物理回線であってホームネットワーク側が低速な物理回線である場合、サービスネットワーク側からのバーストトラヒックをバッファリングする機能を持つ。このような状況において、ホームゲートウェイがバッファリングできない大きさのバーストトラヒックを受信した場合、バッファ溢れによるパケットロスが発生する。そのため、ホームネットワークにおけるユーザ視点からは、バッファリング可能な最大バーストトラヒックは、サービスネットワークのサービス品質に影響を与えるパラメータといえる。
【０００５】
ホームゲートウェイが、ホームネットワーク側のインタフェースを提供するためのＬ２スイッチ機能を持つハードウェアと、ホームネットワークとサービスネットワークの間の転送機能や装置全体の管理機能などを持つハードウェアと、を装置内部に備える構成は、ホームネットワーク内部の端末同士の通信の高速化や製造コストなどにおいてメリットを持つ。このような構成では、通常、上述のバッファリング機能はＬ２スイッチに配置される。したがって、Ｌ２スイッチのバッファリング機能が、ホームゲートウェイの上述のサービス品質を決定付けることを意味する。
【０００６】
また、下記非特許文献１では、Ｌ２スイッチのネットワークにおけるフロー制御方式を規定し、バッファ溢れのような輻輳状態の可能性を前段のデバイスに通知する技術が開示されている。ここでは、前段でのバッファリングが可能であるが、Ｌ２スイッチにフロー制御の機能が必要であるため、Ｌ２スイッチの能力がホームゲートウェイの上述のサービス品質を決定付けることを意味する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE802.1Qbb http://ieee802.org/1/pages/802.1bb.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術によれば、Ｌ２スイッチを基本的な機能のみを有する安価なデバイスで実現することは装置コストの面で有利である。一方で、高い性能を持つバッファリング機能またはフロー制御方式を有するＬ２スイッチは概して高価である。そのため、低い装置コストと高いサービス品質を両立させることが困難である、という問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価なＬ２スイッチを用いた通信装置においてバッファリング機能を実現可能なバッファ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、サービスネットワークとホームネットワークとの間でフレームを転送する通信装置において、Ｌ２スイッチと接続するバッファ装置であって、前記Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチから前記ホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視するＬ２監視手段と、前記サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、また、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御するＬ２制御手段と、前記出力ポート毎に対応したシェーパを備え、前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記シェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューラ手段と、前記スケジューリングの結果に応じて、前記スケジューラ手段が一時的にフレームを蓄積するバッファ手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、安価なＬ２スイッチを用いた通信装置においてバッファリング機能を実現できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施の形態のバッファ装置を搭載したホームゲートウェイを含むネットワークの構成例を示す図である。
【図２】図２は、Ｌ３プロセッサの構成例を示す図である。
【図３】図３は、ＶＬＡＮ情報テーブルの構成例を示す図である。
【図４】図４は、ＦＤＢ情報テーブルの構成例を示す図である。
【図５】図５は、スケジューラ部がフレームを受信した際の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、スケジューラ部がバッファ部にバッファされているフレームを送信する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかるバッファ装置を搭載した通信装置であるホームゲートウェイを含むネットワークの構成例を示す図である。このネットワークの構成は、一般的によく知られている構成である。ネットワークは、サービスネットワーク１と、ホームゲートウェイ２と、ホームネットワーク３と、から構成される。ホームゲートウェイ２は、インターネットプロバイダなどのサービスネットワーク１と、家庭内のネットワークであるホームネットワーク３とを接続する位置に配置されている。
【００１５】
ホームゲートウェイ２は、物理インタフェース２１と、Ｌ３プロセッサ２２と、物理インタフェース２３と、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２４と、物理インタフェース２５と、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６と、Ｌ２プロセッサ２７と、物理インタフェース２８と、を備える。
【００１６】
Ｌ３プロセッサ２２は、汎用プロセッサであって、レイヤ３の転送機能、スケジューラ、およびＬ２プロセッサの制御といった機能を備えるＬ３スイッチであり、バッファ装置を構成する。Ｌ２プロセッサ２７は、ここでは、レイヤ２の転送機能に特化したＬ２スイッチである。物理インタフェース２１はＬ３プロセッサ２２の入力側のインタフェースであり、物理インタフェース２３はＬ３プロセッサ２２の出力側のインタフェースであり、物理インタフェース２５はＬ２プロセッサ２７の入力側のインタフェースであり、物理インタフェース２８はＬ２プロセッサ２７の出力側のインタフェースである。また、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２４およびＬ３−Ｌ２間インタフェース２６は、Ｌ３プロセッサ２２とＬ２プロセッサ２７との間を接続するインタフェースである。
【００１７】
つぎに、Ｌ３プロセッサ２２の構成について説明する。図２は、Ｌ３プロセッサ２２の構成例を示す図である。Ｌ３プロセッサ２２は、Ｌ３制御部２２１と、疑似Ｌ２機能部２２２と、Ｌ２情報テーブル部２２３と、スケジューラ部２２４と、バッファ部２２５と、を備える。なお、Ｌ３制御部２２１が、図１に示す転送機能を実現し、疑似Ｌ２機能部２２２およびＬ２情報テーブル部２２３が、図１に示すＬ２制御を実現し、スケジューラ部２２４およびバッファ部２２５が、図１に示すスケジューラを実現する。
【００１８】
Ｌ３制御部２２１は、レイヤ３のパケット転送制御機能部である。Ｌ３制御部２２１は一般的なルータが備える機能、すなわち、ＩＰ（Internet Protocol）ルーティング、アドレス解決、ネットワークアドレス変換、パケットフィルタなどの機能と、上記機能によるパケット処理の結果、ホームネットワーク３側へ送信するべきパケットをイーサネットフレーム化し、擬似Ｌ２機能部２２２へ渡す機能と、を有する。
【００１９】
擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６を使用してＬ２プロセッサ２７の制御・監視を行い、上記制御・監視の結果を示す情報をＬ２情報テーブル部２２３に保持する。また、擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ２情報テーブル部２２３の内容に基づいて、Ｌ２プロセッサ２７に向けて送信するパケットの処理を行う。
【００２０】
また、擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６経由で、Ｌ２プロセッサ２７から、少なくとも、Ｌ２プロセッサ２７が入力フレームに付与されているＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）タグに基づいて出力ポートである物理インタフェース２８（以下、出力ポートとする）を決定するための情報であるＶＬＡＮ転送テーブルの設定、Ｌ２プロセッサ２７が入力フレームの宛先アドレスを基に出力ポートを決定するための情報であるＦＤＢ（Forwarding Database）、およびＬ２プロセッサ２７の各物理ポートのリンク速度、の各情報を取得する。ここで、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６は、一般的なＬ２プロセッサ２７が備えるものである。すなわち、ホームゲートウェイ２が、一般的なＬ２プロセッサ２７を使用して実現可能であることを示している。
【００２１】
Ｌ２情報テーブル部２２３は、擬似Ｌ２機能部２２２におけるＬ２プロセッサ２７の制御・監視の結果を保持する記憶部である。Ｌ２情報テーブル部２２３は、ＶＬＡＮ情報テーブルと、ＦＤＢ情報テーブルと、リンク速度情報と、から構成される。
【００２２】
ＶＬＡＮ情報テーブルは、出力ポートからＶＬＡＮ ＩＤを参照するためのテーブルである。図３は、ＶＬＡＮ情報テーブルの構成例を示す図である。ＶＬＡＮ情報テーブルは、出力ポートと、ＶＬＡＮと、から構成される。出力ポートの各組み合わせに対して、ＶＬＡＮ ＩＤが付与されていることを示す。擬似Ｌ２機能部２２２は、転送に使用され得る出力ポートの組み合わせに対してＶＬＡＮ ＩＤを割り当て、ＶＬＡＮ情報テーブルに保持する。このとき、擬似Ｌ２機能部２２２は、割当結果を、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６経由でＬ２プロセッサ２７のＶＬＡＮ転送テーブルに設定する。
【００２３】
ホームネットワーク３側の物理インタフェース２８の数が比較的小さく、転送に使用され得る出力ポートの組み合わせの数が、Ｌ２プロセッサ２７に設定可能なＶＬＡＮ ＩＤの最大値より小さい場合、全ての出力ポートの組み合わせについてＶＬＡＮ ＩＤを割り当てることができる。このような場合、擬似Ｌ２機能部２２２は、転送処理を開始する以前にＶＬＡＮ情報テーブルを一度だけ設定すれば、その後ＶＬＡＮ情報テーブルの更新・維持を要さない。すなわち、擬似Ｌ２機能部２２２は、ＶＬＡＮ情報テーブルを静的な設定とすることができる。
【００２４】
一方、ホームネットワーク３側の物理インタフェース２８の数が比較的大きく、転送に使用され得る出力ポートの組み合わせの数が、Ｌ２プロセッサ２７に設定可能なＶＬＡＮ ＩＤの最大値より大きい場合、擬似Ｌ２機能部２２２は、動的なＶＬＡＮ情報テーブルの更新・維持を必要とする。
【００２５】
ＦＤＢ情報テーブルは、フレームの宛先ＭＡＣアドレスから出力ポートおよびＶＬＡＮ ＩＤを求めるためのテーブルである。図４は、ＦＤＢ情報テーブルの構成例を示す図である。ＦＤＢ情報テーブルは、ＭＡＣアドレスと、出力ポートと、ＶＬＡＮと、から構成される。擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ２プロセッサ２７に設定されているＦＤＢを監視し、ＦＤＢに登録されているＭＡＣアドレスと出力ポートの対応関係をＦＤＢ情報テーブルに保持する。また、擬似Ｌ２機能部２２２は、上記保持された出力ポートを基に、ＶＬＡＮ情報テーブル（図３参照）を参照し、出力ポートに対応するＶＬＡＮ ＩＤをＦＤＢ情報テーブルに保持する。
【００２６】
リンク速度情報は、擬似Ｌ２機能部２２２が、Ｌ３−Ｌ２間インタフェース２６経由で取得したＬ２プロセッサ２７の各出力ポートのリンク速度を示す情報である。
【００２７】
つづいて、擬似Ｌ２機能部２２２が、Ｌ２情報テーブル部２２３に保持された内容に基づいて、Ｌ２プロセッサ２７へ出力するパケットに対する処理について説明する。擬似Ｌ２機能部２２２は、Ｌ３制御部２２１からホームネットワーク３へ送信するイーサネットフレームを受け取ると、イーサネットフレームの宛先ＭＡＣアドレスに基づいて、Ｌ２情報テーブル部２２３内のＦＤＢ情報テーブルを参照し、ＶＬＡＮ ＩＤを決定する。なお、ＦＤＢ情報テーブルにイーサネットフレームと同一の宛先ＭＡＣアドレスが存在しない場合、擬似Ｌ２機能部２２２は、全出力ポートに出力することを示すＶＬＡＮ ＩＤを上記ＶＬＡＮ ＩＤとして決定する。そして、擬似Ｌ２機能部２２２は、イーサネットフレームにＶＬＡＮタグを挿入し、ＶＬＡＮタグに上記ＶＬＡＮ ＩＤを付与する。擬似Ｌ２機能部２２２は、上述したように処理されたイーサネットフレームをスケジューラ部２２４へ渡す。
【００２８】
なお、擬似Ｌ２機能部２２２が、Ｌ２プロセッサ２７を監視し、また、イーサネットフレームにＶＬＡＮタグを挿入しているが、これに限定するものではない。例えば、擬似Ｌ２機能部２２２を２つに分割し、Ｌ２プロセッサ２７を監視する機能と、イーサネットフレームにＶＬＡＮタグを挿入する機能と、をそれぞれ別の構成が行うようにしてもよい。
【００２９】
スケジューラ部２２４は、Ｌ２情報テーブル部２２３を参照し、Ｌ２のリンク速度を考慮したバッファリングとフレーム送信を実施する。まず、スケジューラ部２２４は、Ｌ２情報テーブル部２２３のリンク速度情報を参照し、Ｌ２プロセッサ２７の各出力ポートのリンク速度を監視する。スケジューラ部２２４は、出力ポート毎にリンク速度に応じて制御可能なシェーパ機構を備えており、各出力ポートへの出力レートがリンク速度を上回らないようにバッファリングと選択的なフレームのコピーおよび送信を行う。シェーパは、あるフレームについて通過の可否を判定し、通過不可能な場合には通過が可能となるタイミングを出力することによって、フレームの最大通過速度を制御する。一般的には、リーキバケットやトークンバケットといった方式が知られている。
【００３０】
上記のバッファリングと選択的なフレームのコピーおよび送信について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図５は、スケジューラ部２２４がフレームを受信した際の処理を示すフローチャートである。まず、スケジューラ部２２４は、受信したフレームの出力対象の出力ポートをＶＬＡＮタグに基づいて判別し、出力対象の出力ポートそれぞれに対応したシェーパ状態を参照し、出力可能であるかどうかを確認する（ステップＳ１）。出力不可能な出力ポートの数が０の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、そのままフレームを送信し（ステップＳ３）、送信した出力対象の出力ポートのシェーパを出力不可能状態に更新する（ステップＳ４）。
【００３１】
出力不可能な出力ポートの数が０ではない、すなわち、０より大きい場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、さらに、スケジューラ部２２４は、出力可能な出力ポートの数を確認する（ステップＳ５）。出力可能な出力ポートの数が０ではない、すなわち、０より大きい場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、スケジューラ部２２４は、フレームをコピーし（ステップＳ６）、一方のフレーム（例えば、コピー先フレーム）のＶＬＡＮタグを出力不可能であった出力ポート全てに送信することを意味する値に書き換えてバッファ部２２５にバッファ（蓄積）し（ステップＳ７）、もう一方のフレーム（例えば、コピー元フレーム）のＶＬＡＮタグを出力可能であった出力ポート全てに送信することを意味する値に書き換えて送信する（ステップＳ８）。
【００３２】
出力可能な出力ポートの数が０の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、フレームをそのままバッファ部２２５にバッファ（蓄積）する（ステップＳ９）。
【００３３】
このような処理を行うことによって、スケジューラ部２２４は、低速リンクである出力ポートと高速リンクである出力ポートの双方に出力すべきフレームについて、それぞれの速度に基づいたフレーム送信が可能となる。そのため、ホームゲートウェイ２では、Ｌ３プロセッサ２２内でバッファリングを行うため、Ｌ２プロセッサ２７は従来と同じものを使用しつつ、バッファ容量を目標性能に合わせて設定することが可能となる。
【００３４】
つぎに、スケジューラ部２２４が、バッファ部２２５にバッファされているフレームを送信する処理について説明する。図６は、スケジューラ部２２４がバッファ部２２５にバッファされているフレームを送信する処理を示すフローチャートである。スケジューラ部２２４は、出力ポート毎に存在するシェーパのいずれかが出力可能状態となると、それを契機として、出力可能状態となった出力ポートへ送信するフレームがバッファ部２２５に存在するかどうかを確認する（ステップＳ１１）。送信するフレームが存在しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、スケジューラ部２２４は、シェーパを出力可能状態に更新し（ステップＳ１２）、処理を終了する。
【００３５】
送信するフレームが存在する場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、該当フレームの出力先が、上記出力可能状態となった出力ポート以外に存在するかどうかを確認する（ステップＳ１３）。
【００３６】
上記出力可能状態となった出力ポート以外に出力先が存在しない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、スケジューラ部２２４は、該当フレームを送信する（ステップＳ１４）。
【００３７】
上記出力可能状態となった出力ポート以外に出力先が存在する場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、スケジューラ部２２４は、該当フレームを送信する送信方式の選択を行う（ステップＳ１５）。具体的に、スケジューラ部２２４は、逐次送信、一括送信、または遅延付き逐次送信のいずれかの送信方式を選択し、選択された方式でフレームを送信する。
【００３８】
逐次送信を選択した場合（ステップＳ１５：逐次送信）、スケジューラ部２２４は、逐次送信処理を行う（ステップＳ１６）。具体的に、スケジューラ部２２４は、フレームをコピーし、一方のフレームのＶＬＡＮタグを出力可能状態となった出力ポートのみを出力先とすることを意味する値に書き換え、送信する。また、もう一方のフレームのＶＬＡＮタグを、上記出力可能状態となった出力ポート以外のフレームの出力先全てに送信することを意味する値に書き換え、引き続きバッファ部２２５に保持する。この方式では、スケジューラ部２２４は、出力先の出力ポートが送信可能状態となる毎にフレームをコピーし、１つずつ出力する。
【００３９】
一括送信を選択した場合（ステップＳ１５：一括送信）、スケジューラ部２２４は、一括送信処理を行う（ステップＳ１７）。具体的に、スケジューラ部２２４は、フレームの全ての出力先が出力可能となるまで、フレームをバッファ部２２５に保持する。すなわち、当該フレームが該当出力ポートに対して出力可能となったことを記録し、当該フレームが全ての出力ポートに対して出力可能となった場合、フレームを送信し、まだ出力ポートのうち、出力不可能な出力ポートが残っている場合、当該フレームを引き続きバッファ部２２５に保持する。この方式では、スケジューラ部２２４は、逐次送信と比較して、フレームのコピーを抑制できる一方、送信可能状態となった後もフレームの送信が保留されるため、フレーム送信までの遅延が大きくなる。
【００４０】
遅延付き逐次送信を選択した場合（ステップＳ１５：遅延付き逐次送信）、スケジューラ部２２４は、一定期間フレームの送信を保留した後にフレームを送信、すなわち、遅延付き逐次送信処理を行う（ステップＳ１８）。具体的に、スケジューラ部２２４は、当該フレームが該当出力ポートに対して出力可能となったことを記録し、一定期間のタイマを起動する。ただし、当該フレームについて既にタイマが起動済みの場合、タイマを新たに起動しない。タイマが満了した場合、またはタイマが起動済みかつ当該フレームが全ての出力ポートに対して出力可能となった場合、スケジューラ部２２４は、その時点で出力可能となっている出力ポートに対してフレームを送信する。すなわち、スケジューラ部２２４は、フレームのＶＬＡＮタグを出力可能状態となった出力ポートのみを出力先とすることを意味する値に書き換えて送信するとともに、まだ出力不可能である出力ポートが存在する場合には、フレームをコピーし、コピーしたフレームのＶＬＡＮタグを、上記出力可能状態となった出力ポート以外のフレームの出力先全てに送信することを意味する値に書き換えて引き続きバッファ部２２５に保持する。この方式では、スケジューラ部２２４は、逐次方式と比較して、一定期間の間フレームのコピーを抑制する効果を得ることができる一方、送信可能状態となった後もフレームの送信が保留されるため、フレーム送信までの遅延が大きくなる。また、一括送信方式と比較した場合、フレーム送信までの遅延は、最大でも上記一定期間に限られるため、小さくなるが、フレームのコピーの頻度は大きくなる。
【００４１】
ここで、スケジューラ部２２４において、上述した３つの送信方式を選択する方法について説明する。３つの送信方式のうち、固定的にいずれかを選択する方法と、３つの送信方式のいずれかを状況に応じて選択する方法がある。固定的にいずれかを選択する方法については特別な説明を要さないので記載を省略する。一方、上記３つの送信方式のいずれかを状況に応じて選択する方法については以下に説明する。
【００４２】
上述したように３つの送信方式には、フレームコピーの回数と、フレーム送信までの遅延と特徴的な差異がある。フレームコピーの回数が大きくなると、Ｌ３プロセッサ２２とＬ２プロセッサ２７との間のリンクを通過するフレーム数が大きくなるため、上記リンクにおいて輻輳が発生する可能性が高くなる。
【００４３】
そのため、スケジューラ部２２４は、上記輻輳の発生確率を示す情報として上記リンクへ送信するためのキュー長を監視し、キュー長に応じて送信方式を選択する。例えば、キュー長に閾値Ａを設定し、キュー長＜Ａの場合には、コピーが多いが遅延の小さい送信方式を使用し、Ａ＜キュー長の場合にはコピーが少なく、遅延が小さい送信方式を使用する。なお、この選択方法は一例であり、これに限定するものではない。例えば、上記閾値を２つ以上設定し、２つ以上の送信方式を使い分けることも可能である。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態では、通信装置内において、一般的なＬ２スイッチの前段に汎用的なＬ３スイッチを配置し、Ｌ３スイッチがバッファ装置を構成して、Ｌ２スイッチからホームネットワーク側への出力ポートの送信状態に基づいて、サービスネットワーク側からＬ２スイッチへ入力されるフレームを出力ポート毎に制御することとした。これにより、通信装置では、安価なＬ２スイッチを用いつつ、バッファリング機能を実現でき、低パケットロス、かつ、高いサービス品質を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかるバッファ装置は、ネットワーク間のパケット転送する通信装置に有用であり、特に、パケット入力側のネットワークとパケット出力側のネットワークの回線速度が異なる場合に適している。
【符号の説明】
【００４６】
１ サービスネットワーク
２ ホームゲートウェイ
３ ホームネットワーク
２１、２３、２５、２８ 物理インタフェース
２２ Ｌ３プロセッサ
２４、２６ Ｌ３−Ｌ２間インタフェース
２７ Ｌ２プロセッサ
２２１ Ｌ３制御部
２２２ 疑似Ｌ２機能部
２２３ Ｌ２情報テーブル部
２２４ スケジューラ部
２２５ バッファ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サービスネットワークとホームネットワークとの間でフレームを転送する通信装置において、Ｌ２スイッチと接続するバッファ装置であって、
前記Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチから前記ホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視するＬ２監視手段と、
前記サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、また、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御するＬ２制御手段と、
前記出力ポート毎に対応したシェーパを備え、前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記シェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューラ手段と、
前記スケジューリングの結果に応じて、前記スケジューラ手段が一時的にフレームを蓄積するバッファ手段と、
を備えることを特徴とするバッファ装置。
【請求項２】
前記スケジューラ手段は、前記Ｌ２スイッチを監視した結果に基づいてフレームの出力対象となる出力ポートを判別し、出力対象の出力ポートに対応したシェーパの状態を確認した結果、対象の全ての出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームを前記バッファ手段に蓄積し、対象の一部の出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームをコピーし、一方のフレームのタグを書き換えて前記バッファ手段に蓄積し、他方のフレームのタグを書き換えて出力可能な出力ポートへ送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載のバッファ装置。
【請求項３】
前記スケジューラ手段は、前記バッファ手段を確認し、出力可能状態となった出力ポートへ送信するフレームが前記バッファ手段に存在する場合、当該フレームの出力先となる出力ポートが１つのときは、前記バッファ手段から取り出して前記出力可能状態となった出力ポートへ送信し、当該フレームの出力先となる出力ポートが複数のときは、他の出力ポートの出力状態に応じて送信を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載のバッファ装置。
【請求項４】
前記スケジューラ手段は、前記Ｌ２スイッチとの間の接続リンクの輻輳状態を示す情報に基づいて、前記Ｌ２スイッチへ送信するフレームを制御する、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のバッファ装置。
【請求項５】
前記タグスイッチングによりＶＬＡＮを構成する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバッファ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のバッファ装置を、Ｌ２スイッチの前段に備える、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項７】
サービスネットワークとホームネットワークとの間でフレームを転送する通信装置において、Ｌ２スイッチと接続するバッファ装置のフレーム送信方法であって、
前記Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチから前記ホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視するＬ２監視ステップと、
前記サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、また、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御するＬ２制御ステップと、
前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記出力ポート毎に対応したシェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューリングステップと、
を含むことを特徴とするフレーム送信方法。
【請求項８】
前記スケジューリングステップでは、前記Ｌ２スイッチを監視した結果に基づいてフレームの出力対象となる出力ポートを判別し、出力対象の出力ポートに対応したシェーパの状態を確認した結果、対象の全ての出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームをバッファに蓄積し、対象の一部の出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームをコピーし、一方のフレームのタグを書き換えて前記バッファに蓄積し、他方のフレームのタグを書き換えて出力可能な出力ポートへ送信する、
ことを特徴とする請求項７に記載のフレーム送信方法。
【請求項９】
前記スケジューリングステップでは、前記バッファを確認し、出力可能状態となった出力ポートへ送信するフレームが前記バッファに存在する場合、当該フレームの出力先となる出力ポートが１つのときは、前記バッファから取り出して前記出力可能状態となった出力ポートへ送信し、当該フレームの出力先となる出力ポートが複数のときは、他の出力ポートの出力状態に応じて送信を行う、
ことを特徴とする請求項８に記載のフレーム送信方法。
【請求項１０】
前記スケジューリングステップでは、前記Ｌ２スイッチとの間の接続リンクの輻輳状態を示す情報に基づいて、前記Ｌ２スイッチへ送信するフレームを制御する、
ことを特徴とする請求項７、８または９に記載のフレーム送信方法。
【請求項１１】
前記タグスイッチングによりＶＬＡＮを構成する、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載のフレーム送信方法。
【請求項１】
サービスネットワークとホームネットワークとの間でフレームを転送する通信装置において、Ｌ２スイッチと接続するバッファ装置であって、
前記Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチから前記ホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視するＬ２監視手段と、
前記サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、また、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御するＬ２制御手段と、
前記出力ポート毎に対応したシェーパを備え、前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記シェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューラ手段と、
前記スケジューリングの結果に応じて、前記スケジューラ手段が一時的にフレームを蓄積するバッファ手段と、
を備えることを特徴とするバッファ装置。
【請求項２】
前記スケジューラ手段は、前記Ｌ２スイッチを監視した結果に基づいてフレームの出力対象となる出力ポートを判別し、出力対象の出力ポートに対応したシェーパの状態を確認した結果、対象の全ての出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームを前記バッファ手段に蓄積し、対象の一部の出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームをコピーし、一方のフレームのタグを書き換えて前記バッファ手段に蓄積し、他方のフレームのタグを書き換えて出力可能な出力ポートへ送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載のバッファ装置。
【請求項３】
前記スケジューラ手段は、前記バッファ手段を確認し、出力可能状態となった出力ポートへ送信するフレームが前記バッファ手段に存在する場合、当該フレームの出力先となる出力ポートが１つのときは、前記バッファ手段から取り出して前記出力可能状態となった出力ポートへ送信し、当該フレームの出力先となる出力ポートが複数のときは、他の出力ポートの出力状態に応じて送信を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載のバッファ装置。
【請求項４】
前記スケジューラ手段は、前記Ｌ２スイッチとの間の接続リンクの輻輳状態を示す情報に基づいて、前記Ｌ２スイッチへ送信するフレームを制御する、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のバッファ装置。
【請求項５】
前記タグスイッチングによりＶＬＡＮを構成する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバッファ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のバッファ装置を、Ｌ２スイッチの前段に備える、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項７】
サービスネットワークとホームネットワークとの間でフレームを転送する通信装置において、Ｌ２スイッチと接続するバッファ装置のフレーム送信方法であって、
前記Ｌ２スイッチが備えるフォワーディングテーブル、および前記Ｌ２スイッチから前記ホームネットワークへフレームを送信する出力ポートのリンク速度を監視するＬ２監視ステップと、
前記サービスネットワークから取得したフレームにタグを挿入し、また、前記Ｌ２スイッチのタグスイッチングを制御するＬ２制御ステップと、
前記Ｌ２スイッチを監視した結果および前記出力ポート毎に対応したシェーパの状態に基づいて、タグ挿入後のフレームを前記Ｌ２スイッチへ送信するタイミングを制御するスケジューリングを行うスケジューリングステップと、
を含むことを特徴とするフレーム送信方法。
【請求項８】
前記スケジューリングステップでは、前記Ｌ２スイッチを監視した結果に基づいてフレームの出力対象となる出力ポートを判別し、出力対象の出力ポートに対応したシェーパの状態を確認した結果、対象の全ての出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームをバッファに蓄積し、対象の一部の出力ポートへの出力が不可能な場合、前記フレームをコピーし、一方のフレームのタグを書き換えて前記バッファに蓄積し、他方のフレームのタグを書き換えて出力可能な出力ポートへ送信する、
ことを特徴とする請求項７に記載のフレーム送信方法。
【請求項９】
前記スケジューリングステップでは、前記バッファを確認し、出力可能状態となった出力ポートへ送信するフレームが前記バッファに存在する場合、当該フレームの出力先となる出力ポートが１つのときは、前記バッファから取り出して前記出力可能状態となった出力ポートへ送信し、当該フレームの出力先となる出力ポートが複数のときは、他の出力ポートの出力状態に応じて送信を行う、
ことを特徴とする請求項８に記載のフレーム送信方法。
【請求項１０】
前記スケジューリングステップでは、前記Ｌ２スイッチとの間の接続リンクの輻輳状態を示す情報に基づいて、前記Ｌ２スイッチへ送信するフレームを制御する、
ことを特徴とする請求項７、８または９に記載のフレーム送信方法。
【請求項１１】
前記タグスイッチングによりＶＬＡＮを構成する、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載のフレーム送信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１０６６５（Ｐ２０１３−１１０６６５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５９２４（Ｐ２０１１−２５５９２４）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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