JP5201588B2 - 帯域制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のラインカードインタフェースの帯域制御において、帯域管理機能の負
荷分散を行う帯域制御装置に関する。

従来から、複数のラインカード（ＷＡＮやＬＡＮに接続するためのインタフェースを提供するＩ／Ｏカード）インタフェース（以下、ブレードという）で構成され、ユーザフロー単位の帯域制御機能（ＱｏＳ；Quality of Service）を保有するレイヤ２スイッチ装置及びルータにおいて、帯域制御を行うポイントが入力を問わずブレード上にあり、帯域制御を複数のブレードに跨って行うサービスが知られている。このようなサービスを提供する場合、各ブレードの帯域制御部に割り当てられる帯域の総和がユーザが設定した帯域となり、設定帯域を複数のブレード上で共有し、複数ブレードに分割（分配）する必要がある。

図３を参照して、従来技術による帯域制御装置の構成を説明する。入力ブレード７は、キュー監視部７１と帯域制御部７２から構成する。キュー監視部７１は、ユーザＱｏＳ単位に帯域の使用状況を帯域管理部９へ通知する。帯域管理部９は、キュー監視部７１から通知された帯域の使用状況の情報を基に入力ブレード７の帯域制御部７２に対して帯域分配を行う。帯域制御部７２は、分配された帯域を使用して出力ブレード８に対してデータ出力を行う。なお、帯域管理部は装置全体を制御するための装置制御ユニットなど、装置内の特定のユニットに１つ配置して、全てのキューに対して、１つの帯域管理部が帯域分配処理を実施するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１３４７７９号公報

ところで、従来技術においては帯域管理に関する情報が管理ユニットに集中するために、帯域管理部の負荷が非常に大きくなる。これらの負荷は、制御ユニットとブレード間の内部バスの輻輳による通知情報の廃棄や、管理ユニットのＣＰＵの輻輳による処理遅延が生じ、帯域管理部から帯域制御部へ帯域の反映に狂いが生じ、結果的に適切な帯域制御ができなくなるという問題がある。

また、帯域管理部に負荷となる複雑なトラフィックの印加が、特定のブレードに集中して発生した場合、そのブレードに対する帯域の割り当てへの影響だけでなく、他のブレードへの割り当てにも影響してしまう。このような負荷の影響をできるだけ受けないように、管理ユニットには高性能なＣＰＵ（制御部）を実装し処理能力を上げるなどの対策が取られるが、負荷は装置規模（ブレード数やＱｏＳ数）の実装数に伴い増加するため、最終的には装置規模を大きくできないという問題も発生してしまう。

また、管理ユニットに障害が発生した場合の影響範囲が全ブレードのトラヒックに影響する。なぜなら、管理ユニットが非冗長のケースでは、そのまま帯域の分配機能が停止してしまい、以後、正常に帯域制御が機能しなくなる。仮に、冗長されていても、全てのＱｏＳの情報を常に同期していたり、瞬時に新たな管理ユニットが状態を引き継ぐことは非常に困難であるため、引継ぎが完了するまでの間、適切な帯域分配ができなくなるという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、帯域管理機能の負荷分散を行うこ
とができる帯域制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の入力ブレードと、複数の出力ブレードとから構成する通信装置において、使用する帯域の制御を行う帯域制御装置であって、前記入力ブレードに配置され、キューを監視するキュー監視手段と、前記入力ブレードに配置され、使用する帯域を制御する帯域制御手段と、前記入力ブレードに入力されたデータのユーザフロー毎の帯域使用状況の情報のみを前記キュー監視手段から受け、前記帯域使用状況の情報を基に、前記キュー監視手段と同一の前記入力ブレードに配置された前記帯域制御手段に対して帯域分配を行う帯域管理手段とを備え、前記帯域管理手段は、前記ユーザフロー毎の出力回線が存在する前記出力ブレード毎に配置されていることにより、前記帯域管理手段の負荷を分散させることを特徴とする。

本発明は、上記の帯域制御装置であって、一つの前記入力ブレードが複数の出力ブレードに接続され、リンクアグリゲーションの出力先が前記複数の出力ブレードに跨がっており、前記入力ブレードには、リンクアグリゲーションにおいて前記複数の出力ブレードのうちいずれの出力ブレードを代表ブレードとするかを表す情報を記憶する記憶手段が配置され、前記キュー監視手段は、自身が配置された前記入力ブレードに配置された前記記憶手段に記憶されている情報が表す前記代表ブレードに配置された前記帯域管理手段に対し、前記帯域使用状況の情報を出力する。
また、本発明は、上記の帯域制御装置であって、前記代表ブレードに障害発生が検出された場合、前記記憶手段に記憶されている前記代表ブレードを表す情報を他の出力ブレードに更新する装置制御手段をさらに備え、前記キュー監視手段は、前記装置制御手段によって前記記憶手段の情報が更新されると、更新後の前記代表ブレードに配置された前記帯域管理手段に対し、前記帯域使用状況の情報を出力し、新たに代表ブレードになった前記出力ブレードの前記帯域管理手段は、前記キュー監視手段から受ける前記帯域使用状況の情報に基づいて前記帯域分配を開始する。

本発明によれば、帯域管理部を各出力ブレードに分散させたため、特定のブレードやユニットに処理負荷が集中することを避けることができ、１つの帯域管理部に対する処理負荷が軽減し、帯域管理部の内部バスやＣＰＵの輻輳が無く、適正な帯域制御を行うことが可能になる。また、ブレードに故障が発生しても影響を受けるＱｏＳは、そのブレードを出力先にしているＱｏＳに限定することができるという効果が得られる。また、装置規模が大きくなり、ブレード数やＱｏＳ数が増加しても、帯域管理部の負荷は増大せず、装置のスケールアップが可能である。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す装置の動作を示す図である。 従来技術による帯域制御を行う装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態による帯域制御装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、入力ブレードであり、２系統のキュー監視部１１、１４及び帯域制御部１２、１５と、ＬＡＧ（link aggregation）管理マップ記憶部１３を備えている。符号２は、入力ブレードであり、１系統のキュー監視部２１及び帯域制御部２２と、ＬＡＧ管理マップ記憶部２３を備えている。符号３は、出力ブレードであり、帯域管理部３１を備えている。符号４は、出力ブレードであり、帯域管理部４１を備えている。帯域管理部３１は、キュー監視部１１からユーザＱｏＳ単位に帯域の使用状況の通知を受け、帯域制御部１２に対して、帯域の分配を行う。帯域管理部４１は、キュー監視部１４からユーザＱｏＳ単位に帯域の使用状況の通知を受け、帯域制御部１５に対して、帯域の分配を行うとともに、キュー監視部２１からユーザＱｏＳ単位に帯域の使用状況の通知を受け、帯域制御部２２に対して、帯域の分配を行う。図１に示すように、帯域管理部３１、４１は、それぞれ該当するＱｏＳの出力ブレード３、４内に配置する。例え、入力ブレードが同じでも、出力ブレードが異なるＱｏＳの帯域管理部は異なる出力ブレード上に配置する（ＱｏＳ＃１とＱｏＳ＃２）。

ＬＡＧによる冗長構成をとる場合には、出力先としてのＬＡＧごとに帯域管理を行う必要がある一方、ＬＡＧの出力先は複数のブレードに跨ることがある。本発明では、ＬＡＧの出力先が複数ブレードに跨る場合には、ＬＡＧの帯域管理をする代表ブレードを決め、入力ブレード間で代表ブレードを共通に制御する方式をとっている。各キュー監視部１１、１４、２１は、ＱｏＳがＬＡＧ管理に帰属している場合は、ＬＡＧ管理マップ記憶部１３、２３に記憶されているＬＡＧ管理マップから本ＬＡＧの代表ブレードを求め、代表ブレード上の帯域管理部にキュー状態を通知する。一方、ＬＡＧに帰属してない場合は、出力ブレードの帯域管理部にキュー状態を通知する。帯域管理部３１、４１のそれぞれは全ての入力ブレードの通知情報を収集し、この情報を基にして各ブレードの帯域制御部に帯域を割り当てる。帯域制御部１２、１５、２２のそれぞれは、帯域管理部３１または帯域管理部４１から割り当てられた帯域を使用してデータパケットを送信する。この動作はＱｏＳ単位に実施する。

このようにすることにより、２つの帯域管理部３１、４１によって帯域管理の処理を分散させたため、出力ブレード４上における処理負荷が大きくなり帯域管理部４１の動作が緩慢になっても、出力ブレード３を出力先にしている帯域制御部１２（ＱｏＳ＃１）は、その影響を受けることなく、帯域の分配動作を継続することができる。また、出力ブレード４が故障しても、出力ブレード３を出力先にしている帯域制御部１２（ＱｏＳ＃１）は、影響を受けることなく帯域の分配動作を継続することができる。

次に、図２を参照して、ＬＡＧ構成時における代表ブレードが故障した場合の動作を説明する。図２において、ＬＡＧ＃１に帰属するポートは、出力ブレード４、５にあるとする。ＬＡＧ＃１の代表ブレードは出力ブレード４である状態において、出力ブレード４に障害が発生した場合、装置制御部６は出力ブレード４の障害発生が検出されると、入力ブレード２のＬＡＧ管理マップ記憶部２３に記憶されているＬＡＧ管理マップのＬＡＧ＃１に関係付けられている出力ブレードの情報を更新する。図２に示す例では、ＬＡＧ＃１に関係付けられている出力ブレード４の識別情報（＃１）を、出力ブレード５の識別情報（＃２）へ変更する。

ＬＡＧ管理マップが更新されたＬＡＧに帰属するＱｏＳのキュー監視部２１は、即座に現在のキュー状態を新代表ブレードの帯域管理部（ここでは、帯域管理部５１）に通知する。新たな代表ブレードの帯域制御部５１は、各入力ブレードのキュー状態の情報を集めて帯域分配を開始する。この動作において、元々、出力ブレード５に帯域管理部５１が配置されていたＱｏＳに対する影響は無い。

以上説明したように、キュー状態の情報を収集し、帯域の分配を行う帯域管理部が特定のユニットやブレードに集中しないように、ＱｏＳ単位にそのＱｏＳの出力回線が存在する複数の出力ブレードに帯域管理部をそれぞれ分散して配置したため、帯域管理部の処理負荷が大きくなることを避けることができる。帯域制御部が入力ブレード上に存在する場合、帯域制御部と帯域管理部は別ブレードとなり、帯域制御部が出力ブレード上に存在する場合は、帯域制御部と帯域管理部は同一ブレードとなり、装置規模やブレード数に関係なくこの構成を継承するため、帯域制御部の位置やブレード数に関係なく、各ブレード上の帯域管理部は自ブレードが出力先になるＱｏＳのみを管理すれば良い。

また、本実施形態では入力ブレードと出力ブレードは別ブレードとして説明したが、入力ブレードと出力ブレードが一つの入出力ブレードで構成される場合でも、本発明を適用することにより、各ブレード上の帯域管理部は自ブレードが出力先になるＱｏＳのみを管理すれば良いので、同様の効果が得られる。

また、ＬＡＧ（リンクアグリゲーション）のように、出力ポートが複数存在し、更に、そのポートが複数のブレードに跨る場合は、ＬＡＧを構成するポートが帰属するブレードの内に１つを代表ブレードとして、代表ブレード上の帯域管理部のみ動作するようにしたため、全ブレードで共通の帯域管理部がどのブレード上に存在するかを、ＬＡＧ毎に記憶しておくことで、帯域制御部が複数のブレードに跨る場合でも、キュー監視部は１つのブレード上の帯域管理部に通知を送信することが可能となる。

なお、図１、図２に示す各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより帯域制御管理処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１、２・・・入力ブレード、１１、２１・・・キュー監視部、１２、１５、２２・・・帯域制御部、１３、２３・・・ＬＡＧ管理マップ記憶部、３、４、５・・・出力ブレード、３１、４１、５１・・・帯域管理部、６・・・装置制御部

Claims (3)

1. 複数の入力ブレードと、複数の出力ブレードとから構成する通信装置において、使用する帯域の制御を行う帯域制御装置であって、
   前記入力ブレードに配置され、キューを監視するキュー監視手段と、
   前記入力ブレードに配置され、使用する帯域を制御する帯域制御手段と、
   前記入力ブレードに入力されたデータのユーザフロー毎の帯域使用状況の情報のみを前記キュー監視手段から受け、前記帯域使用状況の情報を基に、前記キュー監視手段と同一の前記入力ブレードに配置された前記帯域制御手段に対して帯域分配を行う帯域管理手段とを備え、
   前記帯域管理手段は、前記ユーザフロー毎の出力回線が存在する前記出力ブレード毎に配置されていることにより、前記帯域管理手段の負荷を分散させることを特徴とする帯域制御装置。
2. 一つの前記入力ブレードが複数の出力ブレードに接続され、リンクアグリゲーションの出力先が前記複数の出力ブレードに跨がっており、
   前記入力ブレードには、リンクアグリゲーションにおいて前記複数の出力ブレードのうちいずれの出力ブレードを代表ブレードとするかを表す情報を記憶する記憶手段が配置され、
   前記キュー監視手段は、自身が配置された前記入力ブレードに配置された前記記憶手段に記憶されている情報が表す前記代表ブレードに配置された前記帯域管理手段に対し、前記帯域使用状況の情報を出力する、請求項１に記載の帯域制御装置。
3. 前記代表ブレードに障害発生が検出された場合、前記記憶手段に記憶されている前記代表ブレードを表す情報を他の出力ブレードに更新する装置制御手段をさらに備え、
   前記キュー監視手段は、前記装置制御手段によって前記記憶手段の情報が更新されると、更新後の前記代表ブレードに配置された前記帯域管理手段に対し、前記帯域使用状況の情報を出力し、
   新たに代表ブレードになった前記出力ブレードの前記帯域管理手段は、前記キュー監視手段から受ける前記帯域使用状況の情報に基づいて前記帯域分配を開始する、請求項２に記載の帯域制御装置。

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