JP2000244574A - ネットワーク中継装置及びネットワーク中継方法 - Google Patents

ネットワーク中継装置及びネットワーク中継方法

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JP2000244574A JP4683799A JP4683799A JP2000244574A JP 2000244574 A JP2000244574 A JP 2000244574A JP 4683799 A JP4683799 A JP 4683799A JP 4683799 A JP4683799 A JP 4683799A JP 2000244574 A JP2000244574 A JP 2000244574A
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Yoshito Sako
義人 左古
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速にフロー検出して、高速に多様なQoS
制御やフィルタリングを行う。 【解決手段】 転送エンジン13は、ネットワークイン
タフェース部30を介して受信したパケットをパケット
バッファ12に記憶し、ヘッダ情報をヘッダRAM11
に記憶する。検索エンジン14は、ヘッダ情報により転
送先情報及びアクション情報等の転送制御情報を検索
し、ヘッダRAM11に書き込む。転送エンジン13で
は、パケットバッファ12及びヘッダRAM11に記憶
された情報に基づいて出力パケットを作成し、転送先に
出力する。スイッチ部20は、出力パケットを宛先のル
ーティング処理部10へスイッチングする。フロー検索
テーブルは、パケットの転送元又は転送先情報に対応す
るQoS等のアクションをエントリとし、入力ポート番
号毎に分割し、入力ポート番号が一致するエントリのみ
を検索することで高速化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワーク中継
装置及びネットワーク中継方法に係る。本発明は、特
に、コンピュータネットワークシステムにおけるルータ
等のネットワーク中継装置において、入力されたパケッ
トの転送先を高速に検索することができるネットワーク
中継装置及びネットワーク中継検索方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ネットワークシステムにおいて
は、複数のネットワーク間を接続するためにルータやブ
リッジ等のネットワーク中継装置が用いられる。ルータ
は、接続されているネットワークやサブネット等から受
け取ったパケットの宛先アドレスを調べてパケットの転
送先を決定し、転送先のルータ又はホストが接続された
ネットワークやサブネット等にパケットを転送する。
【0003】図13に、従来のネットワーク中継装置の
構成図を示す。この図において、ルータ100は、ルー
ティング制御部(RM)110、ルータバス120、ネ
ットワークインタフェース部(NIF)130、ポート
140等を備える。各ポート140は、適宜のネットワ
ーク150に接続される。
【0004】ネットワークインタフェース部130は、
ポート140に接続されたネットワークからパケットを
受け取り、受け取ったパケットをルータバス120経由
でルーティング制御部110に送信する。ルーティング
制御部110は、ルーティング情報を保持するルーティ
ングテーブルを備え、このルーティング情報を用いて受
け取ったパケットの宛先から転送先のネットワーク15
0を決定し、そのネットワーク150が接続されるポー
ト140のネットワークインタフェース部130にパケ
ットを送信する。ルーティング制御部110からパケッ
トを受け取ったネットワークインタフェース部130
は、そのパケットを転送先のネットワーク150に送出
する。なお、ルーティング制御部110は、受け取った
パケットのヘッダ情報に基づいてルーティングテーブル
に保持するルーティング情報を更新・保守するととも
に、ルータ100全体の管理機能を備えている。
【0005】ここで、ルータがパケットを受け取ったと
きに、次に転送するアドレス及びパケットを出力するポ
ートを検索する経路検索処理について説明する。通常、
経路検索には、構成定義情報及びルータ間での送受によ
り得られた情報等から作成される経路検索テーブル(ル
ーティングテーブル)が用いられる。ルーティングテー
ブルは、ネットワークアドレスとネットワークマスク長
等の組を検索のキーとして、出力ポート、次ホップアド
レス、及び、ネットワークが直接接続されているか否か
の情報(次ホップ情報)等を検索するためのテーブルで
ある。
【0006】また、他の従来技術として、特開平05−
199230号公報(米国特許第5,434,863号
参照)には、ルーティング処理の高速性を損なうことな
く、ネットワークの規模に柔軟に対応できるようにした
インタネットワーク装置及び通信ネットワークシステム
が記載されている。この装置及びシステムでは、ルータ
管理部と、ルーティングを行う複数のルーティングアク
セラレータモジュールとが、高速バスで結合される構成
となっている。また、各々のルーティングアクセラレー
タには、複数の通信ポートが互いに独立に接続されてい
る。このような従来技術によると、複数のルーティング
アクセラレータにより、高速ルーティングを可能とし、
また、ルーティングアクセラレータを増設すれば、小規
模から大規模ネットワークへの対応が容易に実現でき
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ルータでは、近年出現してきたの高速LAN(Local Are
a Network)や、広帯域ISDN及びATM(Asynchronou
s Transfer Mode)など高速回線に対応するのは困難であ
る。また、従来のルータでは、ルーティングを行う手段
が一ケ所であるためルーティング処理がネックとなり、
サポートできるポート数や通信トラフィックに限界があ
る。従って、ルータのポートメニュー等の構成を小規模
から大規模までスムーズに拡張すること、ポートのトラ
フィックや数に応じて性能を向上させることが困難であ
る。
【0008】また、インターネットユーザの増加に伴
い、ルータが検出しなければならないフローの数が増加
している。そのため、ルータでは多数のフロー条件を設
定できなくてはならない。また、インターネットを流れ
るトラヒックの急増、回線速度の高速化により、ルータ
における1パケットあたりの処理時間の短縮が必要とな
る。そのため、ルータは、設定されるフロー条件数が増
加した場合にも、QoS(Quality of Service、サービ
ス品質)制御やフィルタリングを高速に行えなければな
らない。
【0009】一方、フロー条件の設定に関しては、ルー
タの管理者が望む多種多様なフロー条件に柔軟に対応で
きることが望ましい、従来の技術では、かかる観点は検
討されていない。
【0010】本発明は、以上の点に鑑み、高通信品質
(QoS)、高信頼性、セキュリティーを保証して高速
にルーティングするネットワーク中継装置及び方法を提
供することを目的とする。
【0011】また、本発明は、ユーザを識別する情報や
プロトコル情報や優先度情報等のフロー条件を大量に設
定でき、回線速度の高速化やフロー条件の増加に対応
し、高速にフロー検出し、高速にQoS制御やフィルタ
リング等の通信品質に関する制御を実現することを目的
とする。また、フロー条件の記述性を向上させ、転送元
及び転送先の情報等の組合せ条件により、優先制御、廃
棄制御、帯域制御等の多種多様なフロー条件に柔軟に対
応した制御を高速に処理することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の解決手段
によると、ネットワークと接続されたネットワークイン
タフェース部と、入力パケットを記憶するパケットバッ
ファと、パケットの転送元又は転送先を含む情報に対応
するアクション情報をエントリとして入力又は出力回線
番号毎に分割して設定されたフロー検索テーブルとを有
し、前記ネットワークインタフェース部から入力された
パケットのルーティングを行うルーティング処理部と、
装置内部を管理するルーティング管理部と、前記ルーテ
ィング管理部及び複数の前記ルーティング処理部の各々
を接続する接続部とを備え、前記ネットワークインタフ
ェース部は、ネットワークから入力された入力パケット
を前記ルーティング処理部へ出力し、前記ルーティング
処理部は、前記ネットワークインタフェース部からの入
力パケットをバッファメモリに記憶し、記憶されたヘッ
ダ情報に基づいて、パケットバッファに記憶された入力
パケットの転送先を検索し、前記フロー検索テーブルを
参照して、パケットの入力又は出力回線番号に対応する
エントリのみを検索して読み出し、パケットの転送元又
は転送先を含む情報と読み出されたエントリ内の比較条
件との一致を判定し、両者が一致すると判定された場合
に、エントリ内のアクション情報により、パケットの転
送の優先度又は転送の可否等の通信品質に関する制御を
決定し、前記パケットバッファに記憶された入力パケッ
ト及び前記ヘッダ情報により作成された出力パケット
を、前記接続部又は前記ネットワークインタフェース部
に出力するようにしたネットワーク中継装置を提供す
る。
【0013】本発明の第2の解決手段によると、ネット
ワークと接続されたネットワークインタフェース部と、
前記ネットワークインタフェース部から入力されたパケ
ットのルーティングを行うルーティング処理部と、装置
内部を管理するルーティング管理部と、前記ルーティン
グ管理部及び複数の前記ルーティング処理部の各々を接
続する接続部とを備えたネットワーク中継装置におい
て、ネットワークから入力された入力パケットを転送先
に出力するネットワーク中継方法であって、前記ルーテ
ィング処理部は、フロー検索テーブルに、パケットの転
送元又は転送先を含む情報に対応するアクション情報を
エントリとして入力又は出力回線番号毎に分割して設定
し、入力パケットをバッファメモリに記憶し、記憶され
たヘッダ情報に基づいて、パケットバッファに記憶され
た入力パケットの転送先を検索し、前記フロー検索テー
ブルを参照して、パケットの入力又は出力回線番号に対
応するエントリのみを検索して読み出し、パケットの転
送元又は転送先を含む情報と読み出されたエントリ内の
比較条件との一致を判定し、両者が一致すると判定され
た場合に、エントリ内のアクション情報により、パケッ
トの転送の優先度又は転送の可否等の通信品質に関する
制御を決定し、前記パケットバッファに記憶された入力
パケット、及び、前記ヘッダ情報により作成された出力
パケットを、前記接続部又は前記ネットワークインタフ
ェース部に出力するようにしたネットワーク中継方法を
提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】図1に、本発明に係るネットワー
ク中継装置の構成図を示す。この図において、ルータ1
は、ルーティング処理部(RP, Routing Processor)
10、スイッチ部(CS, Crossbar Switch)20、ネ
ットワークインタフェース部(NIF,Network Interfa
ce)30、ポート40、ルーティング管理部(RM, Ro
utingManager)60、電源(PS, Power Supply)70
等を備える。各ポート40は、適宜のネットワーク50
に接続される。ネットワーク50としては、例えば、イ
ーサネット等のLAN、WAN、ATM等がある。な
お、装置の信頼性向上させるため、電源70及び共通部
等を適宜二重化することができる。
【0015】ルーティング制御のための機能は、ルーテ
ィング機能を実行するルーティング処理部10及びルー
タ1の管理を行うルーティング管理部60に分かれる。
さらに、ルータ1は、ひとつ又は複数のネットワークイ
ンタフェース部30を有するルーティング処理部10
を、複数備えている。ルーティング管理部60は、ルー
タ1全体の管理機能を備えるとともに、ルート計算処理
を実行し、また、他のルータとの間でルーティング情報
を送受するとともに、ルータ内の各ルーティング処理部
10にルーティング情報を配布する。ルーティング管理
部60は、ここでは、二重化構成が採用される。スイッ
チ部20は、クロスバスイッチ等のスイッチを備え、ル
ーティング処理部10相互間又はルーティング処理部1
0とルーティング管理部60との間の通信及び交換を行
う。スイッチ部20は、ここでは、二重化構成が採用さ
れる。なお、スイッチ部20に代えてバス等により接続
しても良い。また、クロスバスイッチを用いた場合、ル
ーティング管理部60及び複数のルーティング処理部1
0のうち1組により接続経路が占有されることなく、同
時に複数の組が送受信を行うことができる。
【0016】ルーティング処理部10は、接続されたネ
ットワークインタフェース部30によりパケット転送を
行う。ルーティング処理部10は、また、他のルーティ
ング処理部10に接続されたネットワーク50にパケッ
トを転送する場合は、スイッチ部20を介して該当する
ルーティング処理部10にパケットを転送する。ルーテ
ィング処理部10は、各機能がハードウェア構成により
高速動作をするよう設計される。ルーティング処理部1
0は、さらに詳細には、例えば、スイッチング処理、ル
ート検索、フォワーディング、フィルタリング、Qo
S、IPマルチキャスト等の機能を有する。ルーティン
グ処理部10は、自己のルーティング処理部10内のネ
ットワークインタフェース部30の各ポート40、他の
各ルーティング処理部10及びルーティング管理部60
等の各々について、適宜入力バッファ及び出力バッファ
を備える。ネットワークインタフェース部30は、ひと
つ又は複数のポート40を有し、ネットワーク50とル
ーティング処理部10とのインタフェースを制御する。
【0017】図2に、ルーティング処理部の内部構成を
表したネットワーク中継装置の動作説明図を示す。この
図を用いて、経路検索と、経路検索の結果得られた宛先
にパケットを転送する動作について、ルーティング処理
部10の内部構成図を参照して説明する。ルーティング
処理部10は、転送エンジン13、検索エンジン14、
ヘッダRAM11、パケットバッファ12、経路テーブ
ル15、ARPテーブル(アドレス検索テーブル)(AR
P, Address Resolution Protocol)16、フィルタ/Q
oSテーブル(フロー検索テーブル)17を備える。転
送エンジン13は、例えば、パケットの入出力処理を行
う。検索エンジン14は、主に、パケットのヘッダ情報
に基づき経路検索処理及びQoS制御等のフロー検索処
理を行う。検索エンジン14は、専用LSI等により、
高速処理が可能なハードウェアで構成される。
【0018】パケットバッファ12は、転送エンジン1
3がルーティング処理部10に入力されたパケットを転
送するまでの間、入力されたパケットを格納しておく。
ヘッダRAM11は、入力されたパケットのヘッダのみ
を抽出して記憶する。ヘッダRAM11は、読み出し/
書込速度の高速なメモリを用いる。この実施の形態で
は、ネットワークから受信したパケットや他のデータ処
理装置から転送されたパケットを格納するバッファメモ
リとは別に、パケットバッファ12と非同期にアクセス
可能なヘッダRAM11を設け、パケットをパケットバ
ッファ12へ格納すると同時に該パケットのヘッダ部を
ヘッダRAM11へも格納(コピー)するようにした。
転送エンジン13及び検索エンジン14等の各々のプロ
セッサは、ヘッダRAM11を使用してパケットのヘッ
ダ部を取り込み、ヘッダ部を解析している間、パケット
バッファ12に対するパケットの読み書きが可能にな
り、あるパケットのヘッダ解析処理と他のパケットの転
送処理等の並列動作が達成される。
【0019】したがって、検索エンジン14のプロセッ
サがヘッダ情報をヘッダRAM11から読み出している
間、パケットバッファ12はプロセッサが使用しないの
で、転送エンジン13によるパケット送信又は転送のた
めのアクセスが可能になり、検索エンジン14と転送エ
ンジン13とのパケットバッファ12へのアクセス競合
が起こらないようにすることができる。なお、ネットワ
ーク側からの受信パケット及びそのヘッダ部を格納する
領域と、スイッチ部20側からの転送パケット及びその
ヘッダ部を格納する領域とを、それぞれ別構成としても
よい。このように別構成にすると、パケットの管理が容
易になる。
【0020】また、経路テーブル15、ARPテーブル
16及びフィルタ/QoSテーブル17は、それぞれ独
立に分割して構成される。これにより、検索エンジン1
4が各テーブルを個別にアクセスして読み出し又は書込
を行うことで、ルーティング情報、QoS等を高速に検
索することができる。さらに、ルーティング処理の高速
化の実現のために、パイプライン処理を実行することが
できる。各テーブルの詳細及びパイプライン処理につい
ては、後述する。
【0021】図3に、ネットワーク中継装置の動作概要
のシーケンス図を示す。まず、ネットワークからポート
を介して、第1のネットワークインタフェース部30に
パケットが入力されると、第1のネットワークインタフ
ェース部30は、これを転送エンジン13に送信する。
転送エンジン13は、受信したパケットをパケットバッ
ファ12に記憶する。また、転送エンジン13は、入力
パケットのヘッダのみを抽出し、内部ヘッダを付加して
ヘッダ情報を形成し、ヘッダ情報をヘッダRAM11に
記憶する。内部ヘッダについては、後述する。
【0022】検索エンジン14は、ヘッダRAM11を
アクセスしてヘッダ情報を読み出す。なお、転送エンジ
ン13が、ヘッダRAM11に記憶されたヘッダ情報を
検索エンジン14に送信するようにしてもよい。検索エ
ンジン14では、ヘッダ情報により、宛先のルータ・R
P・ポートの各番号又はアドレス、MACアドレス等の
次の転送経路に関する情報、及び、QoS制御情報等の
通信品質に関する制御についての情報等を適宜検索す
る。検索エンジン14は、検索された各番号・アドレス
情報等の転送先情報及びQoS情報等のアクション情報
を含む転送制御情報をヘッダRAM11に書き込む。な
お、検索エンジン14は、転送エンジン13に転送制御
情報を送信するようにしてもよい。
【0023】転送エンジン13では、パケットバッファ
12に記憶されたパケット及びヘッダRAM11に記憶
されたヘッダ情報(転送制御情報を含む)に基づいて、
出力パケットを作成する。そして、転送エンジン13
は、作成された出力パケットを転送先に出力する。この
際、転送エンジン13は、転送経路が他のルーティング
処理部10に属するものである場合は、該当する他のル
ーティング処理部10へのバッファにキューイングし、
自己のルーティング処理部10のネットワークインタフ
ェース部30に属するものである場合は、対応するポー
ト40のバッファにキューイングする。
【0024】なお、ルーティング処理部10により検索
される転送経路は、ひとつに限らず、複数経路として各
経路に同報転送することもできる。この場合、複数の各
経路毎に適宜のバッファにキューイングされる。
【0025】以下に、ルーティング処理部の詳細な構成
及び動作を説明する。まず、各メモリの説明をする。図
4に、パケットバッファ12及びヘッダRAM11の説
明図を示す。
【0026】図4(A)に、パケットバッファ12に記
憶されるパケットのファーマットの一例を示す。パケッ
トバッファ12には、ネットワーク50又はスイッチ部
20等から、パケットが入力される。このパケットのフ
ォーマットは、例えば、IPパケットに、レイヤ2・M
ACヘッダ401が付加されたものである。IPパケッ
トは、例えば、レイヤ3・IPヘッダ402、レイヤ4
・ヘッダ403及びペイロード404を含む。
【0027】レイヤ2・MACヘッダ401は、例え
ば、パケットを直前に送出したルータの物理アドレス
(ハードウエアアドレス)である送信元MACアドレス
(SourceAddress Media Access Control、SAMAC)と、
パケットを次に受信するルータの物理アドレスである宛
先MACアドレス(Destination Address Media Access
Control、DAMAC)等を有する。レイヤ3・IPヘッダ
402は、送信元アドレス(送信端末のアドレス)であ
る送信元IPアドレス(Source IP Address:以下「SI
P」という。)と、宛先アドレス(受信端末のアドレ
ス)である宛先IPアドレス(Destination IP Addres
s:以下「DIP」という。)等を有する。レイヤ4ヘッダ
403は、プロトコル(=上位アプリケーション)を表
す送信元ポート(Source Port:以下「SPORT」とい
う。)と宛先ポート(Destination Port:以下「DPOR
T」という。)等を有する。ペイロード404は、ユー
ザデータを含む。各ヘッダとしては、上述の他に優先度
を表すTOS(Type of Service)、IPプロトコルの上位
プロトコル等の情報も格納される場合があるが、上述し
た各情報と同様に処理することができる。
【0028】また、図4(B)に、ヘッダRAMに記憶
されるヘッダ情報のフォーマット一例を示す。ヘッダ情
報は、例えば、パケットフォーマット中のレイヤ2・M
ACヘッダ401及びレイヤ3・IPヘッダ402に、
制御情報として内部ヘッダ405を付加したものであ
る。この内部ヘッダ405は、例えば、入力回線番号、
出力回線番号、QoS制御情報等を有する。なお、ルー
タ内部での内部パケットフォーマットは、ネットワーク
のパケットのフォーマットに内部ヘッダ405が付加さ
れる。その際、パケットバッファ12に記憶された情報
とヘッダRAM11に記憶された情報とにより内部パケ
ットが形成されることができる。また、パケットバッフ
ァ12に、内部ヘッダ405を含めた内部パケットフォ
ーマットの形式で記憶するようにして、パケットバッフ
ァ12のみの情報から内部パケットを転送するようにし
ても良い。また、検索エンジン14により検索された転
送先情報及びアクション情報等の転送制御情報は、この
内部ヘッダ405に書き込まれることができる。
【0029】つぎに、図5に、経路検索に用いられる各
テーブルの説明図を示す。図5(A)に示すように、経
路テーブル15の各エントリは、例えば、宛先のIPア
ドレス501、次ルータのIPアドレス502、自ルー
タの送出RP番号503及び送出ポート番号504等を
含む。また、図5(B)に示すように、ARPテーブル
16の各エントリは、例えば、次ルータのIPアドレス
502、次ルータのMACアドレス506等を含む。ま
た、図5(C)に示すように、フィルタ/QoSテーブ
ル17の各エントリは、例えば、IPヘッダ/レイヤ4
ヘッダの値(範囲)507及びアクション508等を含
む。ここで、アクション508としては、通過又は廃棄
をする処理であるフィルタ、カプセル化する又はカプセ
ル化しない処理であるトンネル、QoS等がある。特に
QoSについては、後述する。
【0030】図6に、ルーティング処理部による高速化
処理の説明図を示す。この図を参照して、ギガビット等
の高速な回線速度に追従できるようにしたパケット転送
の実現化方法について説明する。ここでは、ルーティン
グ処理のパラレル化/パイプライン化により、高速化を
実現する。以下に、図4及び図5に示されるフォーマッ
トを参照して、動作を説明する。
【0031】ルーティング処理は、主に、受信処理、
入力検索処理、出力検索処理、送信処理に分けら
れる。まず、受信処理では、転送エンジン13は、ネ
ットワークインタフェース部30からの受信パケットを
受け取る。パケットバッファ12には、前述のとおり入
力パケット又は内部ヘッダを付加した内部パケットフォ
ーマットのパケットが記憶される。また、入力パケット
のレイヤ2・MACヘッダ401及びレイヤ3・IPヘ
ッダ402に内部ヘッダ405を付加してヘッダ情報と
し、ヘッダ情報がヘッダRAM11に記憶される。ヘッ
ダRAM11は、パケットバッファ12と独立に高速に
読み出し及び書き込みが可能であり、ヘッダ情報のみを
記憶することで、記憶容量を削減し、一層高速に処理を
することができる。検索エンジン14は、抽出されたヘ
ッダ情報を、適宜のタイミングでアクセスすることがで
きる。
【0032】つぎに、入力検索処理では、検索エンジ
ン14は、ヘッダ情報からレイヤ3・IPヘッダ402
中にある宛先IPアドレスを抽出し、このアドレスに基
づき経路テーブル15を参照して、次ルータのIPアド
レス502、自ルータの送出RP番号503及び送出ポ
ート番号504等を検索する。さらに、検索エンジン1
4は、受信したヘッダ情報からレイヤ3・IPヘッダ4
02及びレイヤ4・ヘッダ403等の比較情報に基づ
き、フィルタ/QoSテーブル17を参照して、QoS
等の入力側の各種アクション508を検索する。これら
の入力側フィルタ/QoS検索及び経路検索は、各々の
テーブルが別個に設けられているため、並列して実行す
ることができる。
【0033】つぎに、出力検索処理では、検索エンジ
ン14は、入力検索処理で求められた次ルータのIP
アドレスを抽出し、このアドレスに基づきARPテーブ
ル16を参照して、次ルータのMACアドレス506等
を検索するとともに、フィルタ/QoSテーブル17を
参照して、QoS等の出力側の各種アクション508を
検索する。これらの出力側フィルタ/QoS検索及び回
線表/ARP検索は、各々のテーブルが別個に設けられ
ているため、並列して実行することができる。求められ
た次の転送先に関する番号・アドレス情報等の転送先情
報及びQoS制御情報等のアクション情報を含む転送制
御情報は、ヘッダRAM11に記憶される。転送制御情
報は、例えば、ヘッダ情報中の内部ヘッダ405又はそ
の他の位置に適宜書き込むことができる。
【0034】つぎに、送信処理では、出力検索処理
が検索した転送制御情報を含むヘッダ情報をヘッダRA
M11から読み出し、ヘッダ情報とパケットバッファ1
2に基づき出力パケットを作成して、ネットワークイン
タフェース部30又は他のルーティング処理部10若し
くはルーティング管理部60に対するバッファにキュー
イングする。
【0035】図7に、ハードウェアによる検索エンジン
の構成図の一例を示す。検索エンジン14は、経路テー
ブル15、ARPテーブル16、フィルタ/QoSテー
ブル17等の各テーブルについて、例えば、木構造検索
により必要なデータを検索することができる。ここで
は、ハードウェアで構成した検索エンジン14の処理部
の一例として、経路テーブル15を用いて転送先経路を
検索するための経路検索処理部について説明する。
【0036】経路検索処理部213は、木構造検索回路
2130と、読み込みアドレス生成回路2131と、経
路検索処理制御回路2132を備える。木構造検索回路
2130は、経路テーブル15等の各テーブルに格納さ
れた2のp乗分木構造を検索し、次に読み込むべきノー
ドのポインタの生成、受信パケットの宛先IPアドレス
の検査ビット値の抽出、木構造検索の終了判定、検索結
果である経路情報の候補の更新等を行う。また、読み込
みアドレス生成回路2131は、木構造検索回路213
0から出力される読み込むべきノードへのポインタ、お
よび検査ビット値に従い、実際に読み込むノードの一部
のワードのメモリアドレスを生成する。また、経路検索
処理制御回路2132は、経路検索処理部213全体の
制御(各回路の動作タイミングおよび動作状態管理など)
を行う。
【0037】次に、経路検索処理部213の動作につい
て説明する。木構造検索回路2130は、ヘッダRAM
11から受信パケットの宛先IPアドレスを受け取り、
この宛先IPアドレスとノードのマスク長の値から次ノ
ードへのポインタを生成して、読み込みアドレス生成回
路2131に渡す。また、木構造検索回路2130は、
ノードのマスク長で示される宛先IPアドレスの検査ビ
ット位置の値(検査ビット値)を抽出して、読み込みアド
レス生成回路2131に渡す。
【0038】読み込みアドレス生成回路2131はこの
ノードへのポインタと、検査ビット値と、経路検索処理
制御回路2132からのタイミング信号を用いて、読み
出すべきノードデータが格納されているメモリアドレス
を生成し、メモリ制御回路2132へ送信し、メモリ制
御回路2132はこのメモリアドレスと経路検索処理制
御回路2132からのタイミング信号を用いてメモリ制
御信号を生成し、経路テーブル15へ転送する。上記の
メモリ制御信号を受信した経路テーブル15は、対応す
るノードデータを信号線215を用いて木構造検索回路
へ転送する。
【0039】木構造検索回路2130はこのノードデー
タを用いて、検索し、木構造検索を終了すると判定した
場合は、木構造検索終了信号を経路検索処理制御回路2
132へ出力し、経路検索処理制御回路2132は、木
構造検索回路2130内に保持された経路情報のうちの
エントリ有りフラグを調べ、その値が0の場合は経路検
索処理を終了し、転送エンジン13等へ検索結果無しと
いう通知をする。エントリ有りフラグの値が1の場合
は、経路情報を出力し検索処理を終了し、次のパケット
処理の制御を行う。
【0040】つぎに、図8に、パイプライン制御による
高速処理の説明図を示す。図示されるように、受信処理
、入力検索、出力検索処理、転送処理の各処理
をパイプラインで処理し、各処理部が常に動作するよう
に制御することにより、ルーティング処理を高速化する
ことができる。ここでは、さらに、入力検索におい
て、入力フィルタ処理(入力フィルタ/QoS検索)
と、経路表検索(経路検索)を平行して実行している。
また、出力検索処理、出力フィルタ処理(出力フィル
タ/QoS検索)と、出力回線表検索(出力回線表/A
RP検索)を平行して実行している。パイプライン構成
は、この図に限らず、適宜の順序で実行することができ
る。
【0041】パイプライン処理では上述の各処理部のう
ちの処理部1がエントリNの処理1を終了すると、処理
1より後の処理2を行う処理部2がエントリNの処理2
を終了したか否かに拘わらず、処理部1がエントリN+
1の処理を開始する。この様なパイプライン処理を行う
ことにより、エントリNを処理する時間は、1つの処理
の時間となり、処理速度は4倍となる。前述の例では、
フロー検索が4つの処理に分割されパイプライン処理し
たが、P個の処理に分割し、パイプライン処理できれば
P倍の性能となる。
【0042】つぎに、図9に、フロー検索処理の説明図
を示す。一般に、ルータ等のネットワーク中継装置は、
予めコネクションを設定していないので、ATM交換機
の場合のコネクション情報テーブルやコネクション情報
テーブル内のQoS制御情報を持っていない(パケット
型通信)。このため、ルータでQoS制御を行うために
は、ATM交換機と同様の優先転送機能の他に、入力パ
ケット毎にヘッダ内の情報等によりQoS制御情報を検
索するフロー検索手段が必要となる。ここでは、一例と
して、フロー検索手段により、検索されたQoS制御情
報に対し優先転送機能を適用する。なお、ここでは、ヘ
ッダ内の情報等の情報を組み合わせて作成したパケット
識別の条件をフロー条件と呼び、フロー条件に一致する
一連のトラヒックをフローと呼び、また、フロー条件に
入力パケットが一致するか否かを判定してQoS制御情
報や転送可否情報等のアクション情報を検出することを
フロー検索と呼ぶ。
【0043】本実施の形態では、QoS制御を入力側ル
ーティング処理部10−1及び出力側ルーティング処理
部10−2に、それぞれ設けると共に、スイッチ部20
にQoS機能を持たせるようにした。入力ルーティング
処理部10−1では、入力検索フローとしてフィルタフ
ロー検索911、トンネルフロー検索912、QoSフ
ロー検索913を備える。同様に、出力ルーティング処
理部10−2では、出力検索フローとしてフィルタフロ
ー検索921、トンネルフロー検索922、QoSフロ
ー検索923を備える。スイッチ部20は、優先度によ
り送信する順序を選択するアービトレーション機能を備
えることで、QoS機能を持たせるようにした。なお、
スイッチ部20にも、ルーティング処理部10−1及び
10−2と同様に、フィルタフロー検索、トンネルフロ
ー検索、QoSフロー検索を備えることもできる。
【0044】フィルタフロー検索911及び921で
は、パケットを通過させるか又は廃棄するかを求める。
トンネルフロー検索912及び922では、パケットを
カプセル化するか否かを求め、カプセル化する場合は、
カプセル化のソフトウェア処理を実行する。
【0045】QoSフロー検索913及び923では、
例えば、パケットの優先制御、廃棄制御、帯域制御等が
ある。優先制御とは、重要度の高いデータやリアルタイ
ム系データ等を優先的に送信する制御である。廃棄制御
とは、トラフィックが多い場合・障害発生等において、
重要度の低いデータを廃棄することにより、重要なデー
タの消失を防止する制御である。また、帯域制御とは、
回線内を複数の帯域に分割したり、帯域幅を変更する制
御である。たとえば、優先クラスと廃棄クラスのマトリ
クスを用いてトラフィック制御することで、優先及び廃
棄制御を行うことができる。この場合、優先クラスによ
り、例えば、HNA/SNA、音声、動画等は遅延小と
し、FTP、メール、WWWウェブ等は、遅延大とする
制御を行うことができる。また、廃棄クラスにより、例
えば、制御パケットは廃棄率を小さくし、音声、動画等
は、廃棄率を大とするように制御することができる。
【0046】つぎに、スイッチ部20でのQoS制御に
ついて説明する。ルーティング処理部10から送られて
きたパケットには、制御情報中にQoS制御情報が含ま
れている。スイッチ部20では、特に出力側において、
このQoS情報による優先制御等を行う。実際には、例
えば、優先順位毎にキューを備えて出力制御を行うこと
等により制御が可能である。これにより、一段と高品質
の通信及び転送を行うことができる。
【0047】図10に、フロー検索テーブルの説明図を
示す。このフロー検索テーブルは、上述のフィルタ/Q
oSテーブル17に対応するものである。ここでは、一
例として、図示のように、比較フィールド101とし
て、転送元IPアドレス、宛先IPアドレス、パケット
長、IP優先度、IP上位プロトコル、送達確認フラ
グ、転送先TCP/UDPポート、宛先TCP/UDP
ポートを含む。また、アクションフィールド102とし
ては、フィルタ(通過/廃棄)、トンネル(カプセル化
する/しない)、QoS(遅延クラス、廃棄クラス、帯
域等)が記憶されている。
【0048】次に、QoSフロー検索の具体的方法を説
明する。ここでは、一例としてQoSフロー検索に注目
して説明するが、フィルタフロー検索又はトンネルフロ
ー検索についても、同様に実施することができる。な
お、アクションフィールド102には、これら各フロー
の制御情報が混在して記憶されていても良いし、また、
各フロー毎にフロー検索テーブルが設けられるようにし
ても良い。
【0049】まず、リニアサーチ方式について説明す
る。アクションのひとつとしてのパケットのQoS制御
情報を判定する際、予め設定されたエントリをエントリ
テーブルの上から順に読みだす。そして、パケットのヘ
ッダ部等の値とエントリの比較フィールド101内の有
効なフロー条件に全て一致したか否か判定する。なお、
一致した場合にはエントリ内のアクションフィールド1
02内のQoS制御情報をパケットのQoS制御情報と
判定し、QoSフロー検索を終了する。フロー条件に一
致する場合が検索されると、アクションフィールド10
2内のQoS制御情報をQoS制御情報と決定し次のエ
ントリの検索を実行せずフロー検索を終了する。
【0050】以上のようなリニアーサーチ方式では、大
量のエントリが設定されるネットワークにおいては高速
にQoS制御やフィルタリングを実行することが困難と
なる場合がある。そこで、本実施の形態のフロー検索方
式では、大量のエントリが設定された場合でも、リニア
サーチ方式と比較して高速にフロー検索を行うことがで
きる、入力回線限定方式等を採用するとよい。以下、入
力回線限定方式の概要を説明する。入力回線限定方式で
は、リニアーサーチ方式の比較フィールドを構成する入
力回線番号に一致するエントリだけを検索し、高速化を
図るようにする。
【0051】図11に、第1の入力回線限定方式の説明
図を示す。第1の入力回線限定方式においては、リニア
ーサーチ方式の比較フィールドから入力回線番号と入力
回線番号有効ビットを削除したエントリ511−iを入
力回線毎に設定しておく。フロー条件部521−iは、
例えば、送信元あるいは宛先ユーザを識別する条件はSI
PとDIPの上限値と下限値であるSIP上限値501、SIP下
限値502、DIP上限値503、DIP下限値504と、SI
PとDIPの上限値と下限値が有効であることを示すIP有効
ビット562と、送信元ポートであるSPORT505と、
宛先ポートであるDPORT506と、前記SPORT505とDP
ORT506が有効であることを示すポート有効ビット5
63等を含む。QoS制御情報部530−iは、例え
ば、優先転送機能で使用するQoS制御情報であるQo
S制御情報507を含む。フロー条件である入力回線番
号が一致したエントリ511−iだけ検索するためエン
トリ511−i内に入力回線番号は必要ない。フロー検
索時には、パケットが入力した入力回線に割り当てられ
たエントリ511−iのみ検索する。
【0052】ここで、上述の第1の入力回線限定方式で
は、入力回線番号に関係ないエントリ511−iを設定
する(例えば「全ての入力回線から入力されたTeln
etのトラヒックは高優先」と設定する)場合、エント
リ511−iを入力回線数(=N)設定する必要があ
り、エントリテーブルを実現するメモリの効率が悪くな
る場合がある。そこで、以下に、一層高速な入力回線限
定方式について説明する。
【0053】図12に、第2の入力回線限定方式の説明
図を示す。第2の入力回線限定方式では、エントリテー
ブル750のアドレスであるリスト540を、入力回線
毎にリストテーブル760に設定しておく。例えば、リ
ストテーブルアドレスが”1”のリスト540−11は
エントリ511−1のアドレスであり、リストテーブル
アドレスが”2”のリスト540−12はエントリ51
1−Hのアドレスである。フロー検索時には、パケット
が入力された入力回線に割り当てられたリスト540だ
け読みだし、このリスト540がポイントするエントリ
511−iを読み出す。ビット幅の小さなリスト540
(例えば、1024エントリ持った時にも10bit程
度)を入力回線毎に所持し、ビット幅の大きなエントリ
511−iを各入力回線で共有すれば、エントリテーブ
ルを実現するメモリを有効に使用することができる。こ
のため、高速化を実現しつつ、多数のエントリ511−
iを設定することが可能となる。
【0054】フロー検出方式の他の実施例として出力回
線限定方式がある。出力回線限定方式では、フロー条件
である出力回線番号が一致するエントリ511−iのみ
を、上述の入力限定方式と同様に処理することで、フロ
ー検出の高速化を実現する。また、フロー条件としてヘ
ッダ情報内の入力回線番号の代わりにSAMACを用いた際
のSAMAC限定方式がある。SAMAC限定方式では、SAMACの
グループであるSAMACグループを定義し、SAMACグループ
の識別子であるSAMAC識別子でエントリを限定すること
で、上述の入力限定方式と同様にフロー検索を実行する
ことができる。
【0055】
【発明の効果】
【0056】本発明によると、以上のように、高通信品
質(QoS)、高信頼性、セキュリティーを保証して高
速にルーティングするネットワーク中継装置及び方法を
提供することができる。
【0057】また、本発明によると、ユーザを識別する
情報やプロトコル情報や優先度情報等のフロー条件を大
量に設定でき、回線速度の高速化やフロー条件の増加に
対応することができ、高速にフロー検出して、高速にQ
oS制御やフィルタリングを実現することができる。ま
た、フロー条件の記述性を向上させ、転送元及び転送先
の情報等の組合せ条件により、優先制御、廃棄制御、帯
域制御等の多種多様なフロー条件に柔軟に対応した制御
を高速に処理することができる。さらに、本発明による
と、質の異なる業務(基幹業務と情報系業務等)をひと
つのネットワークに統合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るネットワーク中継装置の構成図。
【図2】ルーティング処理部の内部構成を表したネット
ワーク中継装置の動作説明図。
【図3】ネットワーク中継装置の動作概要のシーケンス
図。
【図4】パケットバッファ及びヘッダRAMの説明図。
【図5】経路検索に用いられる各テーブルの説明図。
【図6】ルーティング処理部による高速化処理の説明
図。
【図7】ハードウェアによる検索エンジンの構成図。
【図8】パイプライン制御による高速処理の説明図。
【図9】フロー検索処理の説明図。
【図10】フロー検索テーブルの説明図。
【図11】第1の入力回線限定方式の説明図。
【図12】第2の入力回線限定方式の説明図。
【図13】従来のネットワーク中継装置の構成図。
【符号の説明】
1 ネットワーク中継装置 10 ルーティング処理部 20 スイッチ部 30 ネットワークインタフェース部 40 ポート 50 ネットワーク 60 ルーティング管理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相本 毅 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 矢崎 武己 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松山 信仁 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立インフォメーションテクノロジー内 (72)発明者 左古 義人 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 田部 智彦 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内 Fターム(参考) 5K030 GA01 GA11 HA10 HB11 HB28 HC01 HC14 HD03 KA13 KX12 KX29 LB05 LC01 LC15 LE05 5K034 AA01 AA05 DD03 EE09 FF11 MM11 MM21 9A001 CC02 CC03 CC07 KK56 LL02 LL03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ネットワークと接続されたネットワークイ
    ンタフェース部と、 入力パケットを記憶するパケットバッファと、パケット
    の転送元又は転送先を含む情報に対応するアクション情
    報をエントリとして入力又は出力回線番号毎に分割して
    設定されたフロー検索テーブルとを有し、前記ネットワ
    ークインタフェース部から入力されたパケットのルーテ
    ィングを行うルーティング処理部と、 装置内部を管理するルーティング管理部と、 前記ルーティング管理部及び複数の前記ルーティング処
    理部の各々を接続する接続部とを備え、 前記ネットワークインタフェース部は、ネットワークか
    ら入力された入力パケットを前記ルーティング処理部へ
    出力し、 前記ルーティング処理部は、 前記ネットワークインタフェース部からの入力パケット
    をバッファメモリに記憶し、 記憶されたヘッダ情報に基づいて、パケットバッファに
    記憶された入力パケットの転送先を検索し、 前記フロー検索テーブルを参照して、パケットの入力又
    は出力回線番号に対応するエントリのみを検索して読み
    出し、 パケットの転送元又は転送先を含む情報と読み出された
    エントリ内の比較条件との一致を判定し、 両者が一致すると判定された場合に、エントリ内のアク
    ション情報により、パケットの転送の優先度又は転送の
    可否等の通信品質に関する制御を決定し、 前記パケットバッファに記憶された入力パケット及び前
    記ヘッダ情報により作成された出力パケットを、前記接
    続部又は前記ネットワークインタフェース部に出力する
    ようにしたネットワーク中継装置。
  2. 【請求項2】前記ルーティング処理部は、 前記フロー検索テーブル内のエントリを指定するエント
    リポインタを前記アドレス情報毎に分割して設定したエ
    ントリーポインタテーブルをさらに備え、 パケット内のアドレス情報に対応するエントリポインタ
    のみを読み出し、 読み出されたエントリポインタが指定するエントリを前
    記フロー検索テーブルから読み出し、 パケット内のアドレス情報と、読み出されたエントリ内
    の情報との一致を判定し、 一致と判定された場合に、エントリ内のアクション情報
    により、パケットの転送の優先度又は転送の可否等の通
    信品質に関する制御を行うことを特徴とする請求項1に
    記載のネットワーク中継装置。
  3. 【請求項3】前記アクション情報は、通過/廃棄等の処
    理を行うフィルタ制御、カプセル化する又はしない等の
    処理を行うトンネル制御、及び、遅延クラス若しくは廃
    棄クラスによる優先処理又は帯域に関する処理を行うQ
    oS制御のいずれかひとつ又は複数の制御に対応するこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載のネットワーク中
    継装置。
  4. 【請求項4】前記パケットバッファと独立して高速読出
    し及び書込み可能であり、入力パケットに関するヘッダ
    情報を記憶するヘッダメモリをさらに備えた請求項1乃
    至3のいずれかに記載のネットワーク中継装置。
  5. 【請求項5】ネットワークと接続されたネットワークイ
    ンタフェース部と、前記ネットワークインタフェース部
    から入力されたパケットのルーティングを行うルーティ
    ング処理部と、装置内部を管理するルーティング管理部
    と、前記ルーティング管理部及び複数の前記ルーティン
    グ処理部の各々を接続する接続部とを備えたネットワー
    ク中継装置において、ネットワークから入力された入力
    パケットを転送先に出力するネットワーク中継方法であ
    って、 前記ルーティング処理部は、 フロー検索テーブルに、パケットの転送元又は転送先を
    含む情報に対応するアクション情報をエントリとして入
    力又は出力回線番号毎に分割して設定し、 入力パケットをバッファメモリに記憶し、 記憶されたヘッダ情報に基づいて、パケットバッファに
    記憶された入力パケットの転送先を検索し、 前記フロー検索テーブルを参照して、パケットの入力又
    は出力回線番号に対応するエントリのみを検索して読み
    出し、 パケットの転送元又は転送先を含む情報と読み出された
    エントリ内の比較条件との一致を判定し、両者が一致す
    ると判定された場合に、エントリ内のアクション情報に
    より、パ ケットの転送の優先度又は転送の可否等の通信品質に関
    する制御を決定し、 前記パケットバッファに記憶された入力パケット、及
    び、前記ヘッダ情報により作成された出力パケットを、
    前記接続部又は前記ネットワークインタフェース部に出
    力するようにしたネットワーク中継方法。
  6. 【請求項6】前記ルーティング処理部は、 さらに、エントリーポインタテーブルに、前記フロー検
    索テーブル内のエントリを指定するエントリポインタを
    前記アドレス情報毎に分割して設定し、 パケット内のアドレス情報に対応するエントリポインタ
    のみを読み出し、 読み出されたエントリポインタが指定するエントリを前
    記フロー検索テーブルから読み出し、 パケット内のアドレス情報と、読み出されたエントリ内
    の情報との一致を判定し、 一致と判定された場合に、エントリ内のアクション情報
    により、パケットの転送の優先度又は転送の可否等の通
    信品質に関する制御を行うことを特徴とする請求項5に
    記載のネットワーク中継方法。
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