专利名称：分组传输装置及其方法
技术领字段本发明涉及分组交换网络中控制流的频带同时进行分组传输的分组传输装置及其相关技术。
背景技术：
这样的分组传输装置具有路由器、交换机或者完成那些主要功能的板等的各种各样的形态。而且，在这种分组传输装置中被使用、且作为对诸流进行公平频带控制的调度方式，WFQ(Weighted Fair Queuing；加权公平排队)是最普通的。在这种方式中，准备流数数目的队列，使各流使用频带相等，从而控制停留在各队列中的发送等待分组的发送顺序，以此实现公平频带保证。
另外，在具代表性的分组传输网络一因特网上，会多处发生拥塞。因此，根据WFQ，为了在端到端进行完全频带控制，有必要在拥塞发生的所有地方安装WFQ，但是这种做法现实上是几乎不可能的。
还有，[TCP1999](美国专利5802106号，同第6018516号、同第6038216号)技术利用占因特网大部分流量的TCP(Transmission Control Protocol；传输控制协议)流的性质，不管有无拥塞、通过一个地方进行频带控制。
在此情况中，当存在数据的发送端和接收端时，在TCP中作为分组接收时的接收确认，将ACK分组发回给送者，而在[TCP1999](ShrikrishnaKarandikar、Shivkumar Kalyanaraman、Prasad Bagal、Bob Packer、“TCP RateControl”、1999；http//citeseer.nj.nec.com/304953.html)中，通过改变所谓ACK分组的“窗口大小(Window Size)”字段，控制着发送端的数据发送速度。
但是，在现有的技术中，因为不仅必须控制从数据发送端到接收端方向而且控制从接收端到发送端的ACK分组，必须改写分组的字段，因改写字段导致必须改写分组首标的检查信息，所以存在处理负担重的问题而且，在采用象IPSec那种防止改写数据的协议情况下，不能使用。因为限定于TCP技术，所以象RTP、RTCP那样保持UDP到下层从而控制发送速率的流控制是不可能的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单高速并且对TCP以外的带有频率控制机能的协议也对应可能的分组传输装置。
在有关第1发明的分组传输装置中，输入到达的分组，顺序地向外部输出不废弃的分组，同时，该装置包括按流分类到达的分组的流分类部；判断各流是否在其上限频带规定的使用频带的第1范围内的流判断部；参照流判断部的判断结果更新上限频带的上限频带更新部，上限频带更新部更新上限频带使它超过线路容量除以流个数的所得的值。
以此结构能实现如下的分组传输装置通过仅监视从发送端到接收端的分组、必要时废弃分组，以此控制流的频带，从而高速地控制各个流的频带。
在有关第2发明的分组传输装置中，输入到达的分组，顺序地向外部输出不废弃的分组，同时，该装置包括按流分类到达的分组的流分类部；判断各流是否在其上限频带规定的使用频带第1范围内的流判断部；更新上限频带的上限频带更新部；以及判断全部流是否在全频带值规定的使用频带的第2范围内的全频带判断部，上限频带更新部参照流判断部的判断结果和全频带判断部的判断结果来更新上限频带。
由此结构组合流判断和全频带判断的各自的判断结果，按照各情况，能合理地控制频带。
在有关第3发明的分组传输装置中，当流判断部的判断结果不在第1范围，并且全频带判断部的判断结果在第2范围内时，上限频带更新部进行更新，以便增加上限频带。
这个结构能够实现通过增加上限频带而使上限频带不压迫流频带。
在有关第4发明的分组传输装置中，当流判断部的判断结果在第1范围，并且全频带判断部的判断结果不在第2范围内时，上限频带更新部减少上限频带。
这个结构能够通过减少上限频带，抑制占有频带多的其它流，以保证公平性。
有关第5发明的分组传输装置中，当流判断部的判断结果不在第1范围，并且全频带判断部的判断结果也不在第2范围内时，到达的分组被废弃。
以这个结构，通过废弃分组，能简单、高速地进行频带控制。
有关第6发明的分组传输装置中，流分类部基于到达的分组的首标信息进行分类。
用此结构，可基于首标信息简洁地分类流。
有关第7发明地分组传输装置中，上限频带对全部流是共同的。
以此结构能通过简单的处理，高速地控制频带。
有关第8发明的分组传输装置中，上限频带对各流被赋予加权。
用此结构，通过赋予加权，能按照流的重要性进行频带控制。
图1是本发明的一个实施例的分组传输装置的框图。
图2(a)是流表的构成图，图2(b)是全频带表的构成图，图2(c)是基于流判断/全频带判断的处理的说明3是分组传输装置的流程图。
图4是流判断的流程图。
图5是全频带判断的流程图。
图6是上限频带更新的流程图。
图7是表示被频带控制的吞吐率的图。
图8是表示频带控制前的吞吐率的图具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的实施例。图1是本发明的一个实施例的分组传输装置的框图。
在图1中，控制部1按照图3所示的流程图控制图1所示的各个要素。
分组输入部2输入到达的分组。到达的分组在控制部1的控制下，成为后述的处理对象，除非被认为那个应该废弃，否则被设置为队列3。被设置为队列3的分组以FIFO模式，通过分组输出部4，被输往发送目的地。
控制部1参照临时存储部7和记录装置D。临时存储部7由存储器等组成，临时存储控制部1处理上必需的信息。另外，记录装置D由硬盘或存储器等组成，在记录装置D上，被设置着图2(a)所示的流表5和全频带表6。
这里，对本说明书中所说的“流”进行说明。“流”是这个分组传输装置要进行频带保证的分组流动的一个单位。在本例中，将分组发送方IP地址，分组发送目的地IP地址、发送方端口号、发送目的地端口号以及协议相等的分组的流动定义为一个流。这里，如果参照TCP/IP分组或者UDP分组等的首标信息，很容易得到发送目的地IP地址等这样的信息。
但是，本发明预定的流不限于此例，而仅仅关注发送方的IP地址以及发送目的地的IP地址，如果他们相等，也能够定义为一个流(也就是，比前述定义宽松)。相反要更严格地区别流，即使这种情况，本发明同样适用。
另外，在图1所示的分组传输装置的分组输入部2中，不限于仅物理地连接一根线路。也就是，在分组输入部2，分组可以从多个线路到达。但是，以下为简化说明，假定在分组输入部2能够使分组到达的全线路的线路容量为10Mbps。当然，在线路容量比该容量大或小的情况下，本发明也同样适用。
其次，用图2(a)，对流表5的内容进行说明。在本实施例中，如后面参照图4详细叙述的那样，流判断部9用权标桶对每个流进行流判断。这个流判断，用来判断各个流是否在其上限频带规定的使用频带的第一范围内(在范围内或超出该范围)。
用于该流判断的必要信息和定义上述流的发送目的地的IP地址等信息被存储在流表5中。具体地，“流ID”字段是对每个流唯一的识别号码。“前一时刻tb”是对该流即将更新权标桶的信息之前的时刻。“权标桶的水量T”是对该流而言积存在权标桶中的水量。该水量T的最大值是“权标桶的容量S”。水量T仅能增加平均单位时间上限频带R(参照图2(b)乘以该流的加权W的积的量。水量T达到容量S后，水从桶中“溢出”，水量T不可能超过容量S。
这里，水量T意味的是现在对于该流发送良好的分组大小，如果到达的分组的大小L(字节)≤水量T(字节)，不防碍发送这个到达的分组、(即，对于该流，上限频带R在规定的使用频带的第1范围内以下在图上也标记为“Under”)，如果不那样，一发送到达的分组就发生问题(不在上述范围以下图上也标记为“Over”)。
还有，上面的乘以加权W的做法，可以省略或将加权W设为完全相同的值，而象本实施例那样，对每个流设置不同的加权值，对于重要的流(比如，被要求即时性通话等的分组)赋予宽的使用频带，否则依重要程度而定，能实现有判断的频带保证，容易适应对通信的要求，这种做法是很好的。
这里，图1所示的流分类部8，参照流表5，对到达的分组诸流进行分类，将该流的ID返回给控制部1。如果到达的分组是由不属于在流表5中已经定义过的任何一个的新流生成的，对这个新流赋予新的流ID，设定象图2所示的各个字段，登记在流表5上。
下面，用图2(b)对全频带表6进行说明。那么，在本实施例中，象后面参照图5详细叙述的那样，全频带判断部11使用权标桶对全频带进行全频带判断。这个所谓全频带判断，是判断全部流是否在全频带值Ra规定的使用频带的第2范围内(在范围内后超出该范围)。
用于实现这个全频带判断的必要信息被存储在全频带表6内。具体地，“全频带值Ra”字段是比线路容量(在本例中10Mbps)稍微小(在本例中9.95Mbps)的值，是常数。还有，在“全频带判断”字段中存储全频带判断的结果(Over/Under)。
“前一时刻tba”是上一次进行全频带判断的时刻，“权标桶的水量Ta”以及“权标桶的容量Sa”字段与上述同样，是用于全频带判断的权标桶的各个基础。
这里，全频带判断结果是“Under”的时候，意味着在线路容量中没有被使用的频带还相当多，全频带判断结果是“Over”时，意味着线路容量几乎全被使用。
还有，在本例中，全频带表6上，除上面的字段以外，还设置了下面的字段。“上限频带R”，在本实施例中对于全部流是共同的，它与加权W共同表示各个流的权标桶水量的增加速率。在“流判定”中存储关注的流的流判定结果。而且在“加减值”中存储“上限频带R”的加减值。
总之，用于流判断的上限频带R是个变量，如后面详细叙述的那样根据情况而增减。另一方面，用于全频带判定的权标桶的速率(全频带值Ra)是个常数。
这里，不用说，存储在流表5、全频带表6的各个值是示例，本发明并不限定于图示的情况，信息的存储要点也可以不象这样的表而是别的样子。
而且，复数设定全频带表6中的全频带值Ra和全频带判断结果的组，可以实施更细致的全频带的监控。
下面，参照图2(c)，跟据流判断结果和全频带判断结果的组合，说明本实施例的处理方法。
(1)流判断结果以及全频带判断结果都是“Under”的情况。
在这种情况，不发生拥塞，维持原状态。
(2)流判断结果是“Over”，全频带判断结果是“Under”的情况象这种情况，在现有的技术中，因为该流正在拥塞，往往废弃到达的分组。
在这里，考察这种情况，发现虽然线路还有未使用的频带，但是流的频带被上限频带R压迫。因此，希望上限频带值R比现有的值更大些。
因而，在本实施例中，不废弃到达的分组，而是给上限频带R增加加减值，使上限频带值R变大。
(3)流判断结果是“Under”，全频带判断结果是”Over”的情况在这种情况下，用现有的技术，基于全频带判断结果是”Over”的原因，往往废弃到达的分组。
这里，考察这种情况，发现有如下的可能性流判断结果制造的流被其它流所压迫，不能充分地利用频带。因此，有必要希望上限频带值R比现在的更小，以抑制占有过多频带的其它流。
在本实施例中，不废弃到达的分组，从上限频带R减去加减值，使上限频带值R变小。
(4)流判断结果和全频带判断结果都是“Over”的情况在这种情况下，废弃到达的分组。仍然保持上限频带值R的现状。
根据上面区分的(1)～(4)种情况，来摸索通常最适合的上限频带值R。还有，在本实施例中，使上限频带值R的加法值和减法值一致，也可以设成别的值。而且，根据以上的处理，对流判断而言，权标桶的速率(上限频带值R)应该时时刻刻变为最适值，由此可尽量减少被废弃的到达的分组而提高频带使用效率。
下面，参照图4说明流判断部9的操作。流分类部8对关注的流进行上述的流判断。
首先，在步骤21中，流判断部9从流表5读取该流的前一时刻tb、水量T、加权W、容量S，从全频带表6读取上限频带R。
接着，在步骤22中，流判断部9求到达的分组的大小L和当前时刻tn。
然后，在步骤23中，流判断部9用上限频带R乘以加权W的值RW计算现在的水量T(＝T+R(tn-tb))。这里，如果T＞S(步骤24)，则设T＝S(第25步)。
然后，在步骤26中，流判断部9比较到达的分组的大小L和水量T。如果T≥L(步骤26)，在步骤27中，流判断部9将流判断结果设置为“Under”，用水量T减去L，进入步骤29。另一方面，如果T＜L(步骤26)，在步骤28中，流判断部9将流判断结果设置为“Over”，使水量T保持原样，进入步骤29。
在步骤29中，将当前时刻tn调到前一时刻tb，更新全频带表6的内容。因此，全频带表6的“流判断”字段被设置为“Over”或者“Under”。
下面参照图5说明全频带判断部11的操作。全频带判断部11进行上述的全频带判断。
首先，在步骤31中，全频带判断部11从全频带表6求全频带值Ra、前一时刻tba、水量Ta、容量Sa。还有，在步骤32中，全频带判断部11求到达的分组的大小L和当前时刻tn。
然后，在步骤33中，全频带判断部11计算当前的水量Ta(＝Ta+Ra(tn-tba))。这里，如果Ta＞Sa(步骤34)，则Ta＝Sa(步骤35)。
然后，在步骤36中，全频带判断部11比较到达的分组的大小L和水量Ta。如果Ta≥L(步骤36)，全频带判断部11设置全频带判断结果为“Under”，水量Ta减去L进入第39步。另一方面，如果Ta＜L(步骤36)，在步骤38中，全频带判断部11设置全频带判断结果为“Over”，使水量Ta保持不变，进入步骤39。
在步骤39中，将当前时刻tn调整为前一时刻tba，更新全频带表6的内容。因此，全频带表6的“全频带判断”字段被设置为“Over”或者“Under”值。
下面，参照图2(c)和图6，说明图1的上限频带更新部10的操作。那么，所谓的废弃条件是是否废弃到达的分组的标志。
上限频带更新部10，象图6所示的那样，对于上述(1)～(4)的情况进行分支处理。在(1)的情况(步骤31、32、35)，上限频带R保持不变，废弃条件设为NG。在(2)的情况(步骤31、33、36)，上限频带R增加加减值，废弃条件设为NG。
还有，在(3)的情况(步骤31、32、34)，上限频带R减去加减值，废弃条件设为NG。特别地，在(4)的情况(步骤31、33、37)，上限频带值R保持不变，废弃条件设为OK。
依据上面的说明，用图3，说明本实施例的分组传输装置的全部操作。
首先，在步骤1中，控制部1初始化流表5以及全频带表6的各值。这里，上限频带R的初始值可以是0Mbps到线路容量(这里是10Mbps)的任何值。这是为了象上述那样将上限频带R的值更新为最合适的值。
然后，在步骤2中，控制部1等待分组的到达。如果分组到达了分组输入部2，控制部1将它交给流分类部8。
于是，流分类部8检查该分组是不是被流表5定义的流。如果是未被定义的新流，流分类部8将新流的定义信息存储在流表5中。而且，在步骤5中，流分类部8对于这个分组将对应的流ID返回控制部1。
然后，在步骤6中，控制部1让流判断部9进行流判断，流判断结果被设到全频带表6中。接着，在步骤7中，控制部1让上限频带更新部10进行图6的处理。
然后，在步骤8中，控制部1检查对这个分组的废弃条件(步骤8)。如果它是OK(步骤9)，不将该分组输出到队列3，而是废弃它，返回步骤2处理。
如果是NG，则在步骤10中，让全频带判断部11进行全频带判断，全频带判断结果被设置到全频带表6中。这个分组被送到队列3，经由分组输出部4发送到发送目的地。而且，控制部1返回步骤2处理。
下面，说明本实施例的分组传输装置的适用例。首先图8表示终端1～5的5台终端在没有任何频带控制时进行分组传输的情况下的各个终端的吞吐率的时间变化。本例中，终端1等占有很宽的频带，其结果，终端4、5等只能使用很少的频带。
如果使用本实施例的分组传输装置，则如图7那样。从图7了解到各个终端变得能够公平地利用频带。并且，整体的吞吐率与图8相比也只是下降一点而已。
根据本发明，能公平地或者在加权被设定的情况下按照加权对各流进行频带控制。
权利要求
1.一种分组传输装置，输入到达的分组、将不废弃的分组顺序地输出到外部，其特征在于，该分组传输装置包括对到达的分组按流分类的流分类部；判断各流是否在其上限频带规定的使用频带的第1范围内的流判断部；以及参照上述流判断部的判断结果更新上限频带的上限频带更新部；所述上限频带更新部更新上限频带，使其成为超过线路容量除以流个数的所得值的上限频带。
2.一种分组传输装置，输入到达的分组、将不废弃的分组顺序地输出到外部，其特征在于，该分组传输装置包括对到达的分组按流分类的流分类部；判断各流是否在其上限频带规定的使用频带的第1范围内的流判断部；用于更新上限频带的上限频带更新部；以及判断全部流是否在全频带值规定的使用频带的第2范围内的全频带判断部；所述上限频带更新部参照所述流判断部的判断结果和所述全频带判断部的判断结果更新上限频带。
3.如权利要求2所述的分组传输装置，其中，上述上限频带更新部在上述流判断部的判断结果不在第1范围而上述全频带判断部的判断结果在第2范围时，进行更新，以便增加上限频带。
4.如权利要求2所述的分组传输装置，其中，上述上限频带更新部在上述流判断部的判断结果在第1范围而上述全频带判断部的判断结果不在第2范围时，进行更新，以便减少上限频带。
5.如权利要求2所述的分组传输装置，其中，上述流判断部的判断结果不在第1范围而上述全频带判断部的判断结果也不在第2范围时，废弃到达的分组。
6.如权利要求1所述的分组传输装置，其中，上述流分类部依据到达的分组的首标信息进行分类。
7.如权利要求1所述的分组传输装置，其中，上限频带对于全部流是共同的。
8.如权利要求1所述的分组传输装置，其中，上限频带对各流被赋予加权。
9.一种分组传输方法，输入到达的分组，顺序向外部输出不废弃的分组，其特征在于，该分组传输方法包括对到达的分组按流分类的步骤；判断各流是否在其上限频带规定的使用频带的第1范围内的判断步骤；以及参照这个判断结果更新上限频带的步骤；上限频带被更新为超过线路容量除以流个数的所得值的上限频带。
10.一种输入到达的分组，顺序向外部输出不废弃分组的分组传输方法，其特征在于，该方法包括设置对到达的分组按流分类的步骤；判断各流是否在其上限频带规定的使用频带的第1范围内的判断步骤；以及判断全部流是否在全频带值规定的使用频带的第2范围内的判断步骤；参照对各流的判断结果和对全部流的判断结果更新上限频带。
11.如权利要求10所述的分组传输方法，其中，当对各流的判断结果不在第1范围而对全部流的判断结果在第2范围时，进行更新，以便增加上限频带。
12.如权利要求10所述的分组传输方法，其中，当对各流的判断结果在第1范围而对全部流的判断结果不在第2范围时，进行更新，以便减少上限频带。
13.如权利要求10所述的分组传输方法，其中，当对各流的判断结果不在第1范围而对全部流的判断结果也不在第2范围时，废弃到达的分组。
14.如权利要求9所述的分组传输方法，其中，根据到达的分组的首标信息对其分类。
15.如权利要求9所述的分组传输方法，其中，上限频带对于全部流是共同的。
16.如权利要求9所述的分组传输方法，其中，上限频带对于各流被赋予加权。
17.一种输入到达的分组，顺序向外部输出不废弃分组的分组传输方法，该方法包括按流分类到达的分组的步骤；以及对各流用权标桶进行频带控制的步骤；该权标桶的比率根据对全部流的使用频带而变化。
全文摘要
一种分组传输装置，包括输入到达的分组并顺序地向外部输出不废弃的分组，同时包括对到达的分组进行按流分类的流分类部(8)，判断各流是否在其上限频带规定的使用频带第1范围内的流判断部(9)、参照流判断部的判断结果更新上限频带的上限频带更新部(10)，上限频带更新部更新上限频带使之成为超过线路容量除以流个数的商值。
文档编号H04L12/56GK1450768SQ0310868
公开日2003年10月22日 申请日期2003年4月3日 优先权日2002年4月5日
发明者熊泽雅之, 岛津干夫, 志水郁二 申请人:松下电器产业株式会社