技術 アップリンク付きスイッチングハブ

0001

本発明は、共有バス方式のアップリンク付きスイッチングハブに係り、特に、アップリンクからのデータ転送のために共有バス周りのハードウェアに負担をかけないアップリンク付きスイッチングハブに関するものである。

0002

従来のイーサネットに代表されるＬＡＮは、メディア共通型であり、端末数が増えると１端末当たりの伝送容量が小さくなる。この問題を解決するものとして、最近、スイッチングハブが注目を集めている。スイッチングハブでは、フレームの宛先を読み取り、該当するポートのみにフレームを転送するため、複数組の通信を同時に実現でき、ネットワークを容易に高速化することができる。

0003

一方、イーサネットの伝送速度を１０倍の１００Ｍｂｐｓに上げる１００Ｍイーサネット（１００Ｍイーサと略す）がネットワークの高速化の有効な手段として注目されている。最近では、超高速ネットワーク実現のため、１００Ｍイーサポートを複数持つスイッチングハブも発表されている。

0004

このようなスイッチングハブにおけるスイッチング方式の一つとして、共有バス方式がある。共有バス方式は、構成が簡単であることやマルチキャスト転送が容易に実現できる等の利点がある。

0005

図５に共有バス方式を用いたスイッチングハブの一般的なハードウェア構成例を示す。この例では、１００ＭイーサのポートがＮ個ある場合について示している。図示されるように、スイッチングハブは、各ポート１〜Ｎに対応して、１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎ（この符号の下１桁１〜ｎはポート１〜Ｎに対応する；以下同じ）、１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎ、送信バッファ１３１〜１３ｎ、１００Ｍイーサ送受信部１４〜１４ｎが設けられている。１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎ及び１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎは共有バス１９によって互いに接続されている。共有バス１９は各ポートのチャネルに時分割されて使用される。

0006

図６に共有バスのチャネル分割の例を示す。ポート１からポートＮまでの各ポート受信データ転送用チャネルが固定的に割り当てられている。

0007

各ポートにおいてフレームが受信されたら、１００Ｍイーサ送受信部１４１〜１４ｎは受信データを１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎに送り、１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎは予め割り当てられたチャネル内に受信データを書き込む。

0008

一方、１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎは、Ｎ個あるチャネルの中から自ポート宛てのデータを取り出し、１００Ｍイーサ送受信部１４１〜１４ｎを介してポートからフレームを送信する。自ポート宛てのフレームが複数のポートから同時に送られてきた場合、１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎはすぐに送信できないデータをいったん送信バッファ１３１〜１３ｎに格納し、その後、送信バッファ１３１〜１３ｎからデータを取り出してフレームを送信する。

0009

図７に、１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎ内の構成を示す。１００Ｍイーサ送信処理部１２は、共有バス受信部３１、フレーム送信調停部３２、バッファ制御部３３、フレーム送信部３４から構成されている。フレーム送信調停部３２は、共有バスチャネル受信部３１によって取り出された自ポート宛てのチャネルデータと送信バッファ１３（１３１〜１３ｎ）上の送信待ちのデータの中から１つのデータを選び、フレーム送信部３４を介して送信する。自ポート宛てのデータで直ぐに送信できないデータはいったん送信バッファ１３に格納される。共有バス方式を用いたスイッチングハブでは、共有バスの伝送容量がスイッチングハブとしてのスイッチング容量となる。また、全ポートから同時にデータが送られてくる場合に備えて送信バッファへの転送容量も同程度が必要となる。例えば、１００Ｍイーサ１６ポートのスイッチングハブの場合、共有バスの伝送容量や送信バッファへの転送容量としてそれぞれ１．６Ｇｂｐｓが必要となる。

0010

スイッチングハブでは、スイッチングハブ間の接続やバックボーンネットワークへの接続用にアップリンクポートを付けた製品が多い。従来のイーサネットのスイッチングハブでは、アップリンクとしてＦＤＤＩや１００Ｍイーサが使われている。そして、１００Ｍイーサスイッチングハブのアップリンクとしては、伝送速度１ＧｂｐｓクラスのギガビットＬＡＮが考えられる。ギガビットＬＡＮとして提案されているものには、ギガビットイーサネットやファイバチャネル、ＡＴＭ等がある。

0011

前記した図５のスイッチングハブにギガビットＬＡＮのアップリンクポートを付ける場合を考える。図８に示されるように、このスイッチングハブには、図５の構成に加えてギガビットＬＡＮインタフェース部が設けられている。ギガビットＬＡＮインタフェース部は、ギガビットＬＡＮ送信処理部１５、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６、ギガビットＬＡＮ送信バッファ１７、ギガビットＬＡＮ送受信部１８から構成されている。ギガビットＬＡＮ送信処理部１５及びギガビットＬＡＮ受信処理部１６は、共有バス１９に接続されている。

0012

図９に図８のスイッチングハブの共有バスのチャネル分割の例を示す。図示されるように、１００Ｍイーサポート１〜Ｎの受信データ転送チャネルに加えて、ギガビットＬＡＮポート受信データ転送チャネルを設ける。ギガビットＬＡＮポート受信データ転送チャネルは、１つの１００Ｍイーサ受信データ転送チャネルに比べて１０倍の容量を持つ。

0013

次に、ギガビットＬＡＮポートと１００Ｍイーサポートとの間のデータの流れを説明する。

0014

ギガビットＬＡＮ送信処理部１５では、１００Ｍイーサポート１〜Ｎまでの受信データ転送チャネルの中からギガビットＬＡＮポート宛てのデータを読み取り、ギガビットＬＡＮ送信バッファ１７にいったん格納し、１００Ｍｂｐｓから１Ｇｂｐｓへの伝送速度変換を行った後、ギガビットＬＡＮ送受信部１８を介して送信する。

0015

ギガビットＬＡＮ受信処理部１６では、受信データをギガビットＬＡＮポート受信データ転送チャネルに書き込み、１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎはギガビットＬＡＮポート受信データ転送チャネルに自ポート宛てのデータがある場合は、チャネルからデータを読み取り、いったん送信バッファ１３１〜１３ｎに格納し、１Ｇｂｐｓから１００Ｍｂｐｓへの伝送速度変換を行った後、１００Ｍイーサ送受信部１４１〜１４ｎを介してポートからフレームを送信する。

0016

１００Ｍイーサポートを１６ポート持つスイッチングハブにギガビットＬＡＮポートを１ポート付ける場合を考える。この場合、共有バスの伝送容量として１００Ｍイーサポートのみの場合１．６Ｇｂｐｓであったのに対し、ギガビットＬＡＮのアップリンクを付けることにより２．６Ｇｂｐｓになる。また、送信バッファへのデータ転送容量も１．６Ｇｂｐｓから２．６Ｇｂｐｓに上がる。

0017

これらの容量が上がった場合、共有バスに接続されている共有バスインタフェース部（１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎ及び１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎ）の回路及び送信バッファ１３１〜１３ｎへのデータ転送回路は高性能化が要求され、より高速かつ大規模な回路が必要とされる。

0018

例えば、共有バスの伝送容量１．６Ｇｂｐｓを実現するためには、共有バスのバス幅（パラレルビット数）が６４ビットで、１つの１００Ｍイーサポート受信データ転送チャネル幅（割り当て時間）が４０ｎｓであればよい。これを２．６Ｇｂｐｓにするために、以下の２通りの条件を考える。

0019

条件１）バス幅を増やして１０４ビットとし、１つの１００Ｍイーサポート受信データ転送チャネル幅は４０ｎｓのままとする。

0020

条件２）バス幅は６４ビットのままとし、１つの１００Ｍイーサポート受信データ転送チャネル幅を２５ｎｓに短縮する。

0021

条件１の場合、バス幅が６４から１０４に増えるため、共有バスインタフェース部の回路の信号線数が増え、ハードウェア量が増加する。

0022

条件２の場合、バス幅は増えないがチャネル幅が短くなることにより、共有バスインタフェース部の回路には高速で従って高価なＬＳＩを使用することになる。

0023

同様に、送信バッファへのデータ転送容量についても、大規模な回路か又は高速動作可能な回路が必要となる。送信バッファも、大容量（多くの記憶素子個数）又は高速で高価な記憶素子が必要となる。

0024

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、アップリンクからのデータ転送のために共有バス周りのハードウェアに負担をかけないアップリンク付きスイッチングハブを提供することにある。

0025

上記目的を達成するために本発明は、所定伝送速度のネットワークに接続される複数のポート（普通速ポート）とそれより高い伝送速度のネットワークに接続される１つのポート（アップリンクポート）とを有し、各ポート間で相互にデータ転送を行うアップリンク付きスイッチングハブにおいて、各普通速ポートの送信処理部及び受信処理部を共有バスにより相互接続すると共にこの共有バスにアップリンクポートの送信処理部を接続し、アップリンクポートの受信処理部を上記共有バスとは別の信号線により各普通速ポートの送信処理部に接続し、各普通速ポートの受信データはその受信処理部から各普通速ポートの送信処理部及びアップリンクポートの送信処理部へ上記共有バスを時分割使用して転送し、アップリンクポートの受信データはその受信処理部から普通速ポートの送信処理部へ上記信号線を介して普通速ポートの伝送速度で転送するものである。

0026

上記普通速ポートの送信処理部は、上記共有バスから自ポート宛ての転送データを取り出す共有バス側回路と、上記信号線から自ポート宛ての転送データを取り出すアップリンク側回路と、送信するデータを一時格納する送信バッファと、これらの読取データ・格納データから送信するデータを選択する調停部とを備えてもよい。

0027

上記信号線を上記共有バスとは別の共有バスとし、この共有バスを時分割使用してもよい。

0028

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

0029

図１に示されるアップリンク付きスイッチングハブは、前記した図５のスイッチングハブにギガビットＬＡＮのアップリンクポートを付けたものである。即ち、スイッチングハブには、図５と同様に、普通速ポートとして１００ＭイーサのポートがＮ個あり、各ポート１〜Ｎに対応して、１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎ、１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎ、送信バッファ１３１〜１３ｎ、１００Ｍイーサ送受信部１４１〜１４ｎが設けられている。１００Ｍイーサ受信処理部１１１〜１１ｎ及び１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎは共有バス１９によって互いに接続されている。また、アップリンクポートであるギガビットＬＡＮポートのギガビットＬＡＮインタフェース部には、図８と同様に、ギガビットＬＡＮ送信処理部１５、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６、ギガビットＬＡＮ送信バッファ１７、ギガビットＬＡＮ送受信部１８が設けられており、ギガビットＬＡＮ送信処理部１５は共有バス１９に接続されている。

0030

図８と異なるのは、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６に付随させてギガビットＬＡＮ受信バッファ２０が設けられている。そして、このギガビットＬＡＮ受信処理部１６は共有バス１９には接続されず、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６から各１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎへデータ転送信号線２１１〜２１ｎが設けられている。

0031

ギガビットＬＡＮ受信処理部１６では、フレームを受信したらそのデータをギガビットＬＡＮ受信バッファ２０に格納し、そのフレームがどのポート宛てであるかを判定するようになっている。そして、該当する宛先ポートの１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎに対してデータ転送信号線２１１〜２１ｎを介してデータを転送し、このとき、データは伝送速度１００Ｍｂｐｓに変換して転送するようになっている。

0032

また、本発明における１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎ内の構成は、図２に示されるように、共有バス受信部３１、フレーム送信調停部３２、バッファ制御部３３、フレーム送信部３４、ギガビットＬＡＮデータ受信部３５からなり、図７の構成にギガビットＬＡＮデータ受信部３５が追加されている。フレーム送信調停部３２は、共有バスチャネル受信部３１によって取り出された自ポート宛てのチャネルデータと、ギガビットＬＡＮデータ受信部３５で受けとったデータと、送信バッファ１３上の送信待ちのデータの中から１つのデータを選び、フレーム送信部３４を介して送信し、自ポート宛てのデータで直ぐに送信できないデータはいったん送信バッファ１３に格納するようになっている。

0033

本発明の要点は、アップリンクポートからの受信データを共有バスに送らず、アップリンクの受信処理部において宛先判定と伝送速度変換とを行った後、そのデータを共有バスとは別の信号線で宛先の普通速ポートの送信処理部に送るようにしたことにある。

0034

これにより、アップリンクポートからの受信データは共有バスを通らなくなり、共有バスの伝送容量はアップリンクポートがない場合と同じになる。従って、共有バスインタフェース部にはアップリンクポートがない場合と同じ性能の回路が使用でき、高性能化の必要がない。一方、普通速ポートの送信処理部には、共有バスからのデータとアップリンクポートからのデータとを選択して取り込む回路が必要となるが、アップリンクポートのインタフェース部にて伝送速度変換を行っているので、送信処理部に要求される性能アップ分は僅かである。例えば、１００Ｍイーサポートが１６個に対しギガビットＬＡＮポートを１個設ける場合、従来技術では２．６Ｇｂｐｓの処理性能が必要だったが、本発明では１．７Ｇｂｐｓの処理性能があればよい。送信バッファへのデータ転送回路についても同様の処理性能があればよい。

0035

次に、他の実施形態を説明する。

0036

図１の形態は、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６から各１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎに対して個別にデータ転送信号線２１１〜２１ｎを設けたものであったが、信号線を共有バス１９とは別の共有バスとし、この共有バスを時分割使用する方式もある。即ち、図３に示されるように、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６及び各１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎが共有バス２２に接続されている。他の構成は図１と同じである。

0037

図４に共有バス２２のチャネル分割の例を示す。ギガビットＬＡＮポートから各１００Ｍイーサポートまでの受信データ転送用チャネルが固定的に割り当てられている。

0038

ギガビットＬＡＮ受信処理部１６では、フレームの宛先を判定したら、該当するチャネルにデータを書き込む。各１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎは、それぞれ自チャネルのデータを読み出して送信する。

0039

この形態では、共有バス２２を使用することにより、ギガビットＬＡＮ受信処理部１６から各１００Ｍイーサ送信処理部１２１〜１２ｎへの信号線の本数を大幅に減らすことができる。

0040

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

0041

（１）共有バスの伝送容量や送信バッファへのデータ転送容量を増大させることなくアップリンクポートを設けることができる。

0042

（２）従来構成に比べて、同一の共有バス容量で、より多くのポートを設けることができ、より大規模なスイッチングハブが実現できる。

0043

（３）共有バスインタフェース部回路、送信バッファ及びその制御回路のハードウェア量やＬＳＩピン数を少なくしたり、より動作の低速なＬＳＩやメモリを使用することができ、より低コストなスイッチングハブが実現できる。

0044

図１本発明の一実施形態を示すスイッチングハブの内部構成図である。
図２図１のスイッチングハブの１００Ｍイーサ送信処理部の構成図である。
図３本発明の一実施形態を示すスイッチングハブの内部構成図である。
図４図３のスイッチングハブにおけるアップリンク用の共有バスを時分割使用するためのチャネル分割図である。
図５従来のスイッチングハブの内部構成図である。
図６従来のスイッチングハブにおける共有バスを時分割使用するためのチャネル分割図である。
図７従来のスイッチングハブの１００Ｍイーサ送信処理部の構成図である。
図８従来技術によるアップリンク付きスイッチングハブの内部構成図である。
図９図８のスイッチングハブにおける共有バスを時分割使用するためのチャネル分割図である。

0045

１１１〜１１ｎ １００Ｍイーサ受信処理部（普通速ポートの受信処理部）
１２１〜１２ｎ １００Ｍイーサ送信処理部（普通速ポートの送信処理部）
１３１〜１３ｎ送信バッファ
１５ギガビットＬＡＮ送信処理部（アップリンクポートの送信処理部）
１６ ギガビットＬＡＮ受信処理部（アップリンクポートの受信処理部）
１９共有バス
２２ 共有バス
２１１〜２１ｎ データ転送信号線