JP5835821B1 - Statistical information memory system, network device, and statistical information storage method - Google Patents
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Abstract
【課題】より安価なメモリ構成で、逐次入力される統計情報を高速かつ効率よく蓄積する。【解決手段】各粗粒度統計情報を蓄積する粗粒度メモリ12と、粗粒度メモリ12より記憶容量が小さく、かつ高速で動作することにより上位装置からの細粒度統計情報を一時蓄積する細粒度メモリ11とを直列的に配置して、更新処理部STAが、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、細粒度メモリ11で一時蓄積している細粒度統計情報で、粗粒度メモリ12に蓄積されている粗粒度統計情報を順次更新する。【選択図】 図1Statistical information that is sequentially input is accumulated at high speed and efficiently with a less expensive memory configuration. A coarse-grained memory for storing each coarse-grained statistical information, and a fine-grained memory for temporarily storing fine-grained statistical information from a host device by operating at high speed with a smaller storage capacity than the coarse-grained memory. 11 are arranged in series, and the update processing unit STA stores the fine-grained statistical information temporarily stored in the fine-grained memory 11 in accordance with the access period of the coarse-grained memory 12 and is stored in the coarse-grained memory 12. The coarse-grained statistical information is updated sequentially. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、メモリシステム技術に関し、特にネットワーク全体の最適化や管理を目的として、ルータなどのネットワーク機器で統計情報の取得と蓄積を高速で行うための統計情報蓄積技術に関する。 The present invention relates to a memory system technology, and more particularly to a statistical information storage technology for performing high-speed acquisition and storage of statistical information in a network device such as a router for the purpose of optimization and management of the entire network.
図7は、IPルータを用いた一般的なネットワーク構成を示す説明図である。ここでは、4つのIPルータR1,R2,R3,R4が通信回線L1,L2,L3,L4,L5,L6を介してそれぞれ1対1で個別に接続されている。
このようなネットワーク構成において、R1とR2を結ぶL1に障害が発生した場合、R1は隣接するR3,R4間で経路情報を交換して、例えばR1→R3→R2という別の経路を選択し、R2との通信を維持する。また、障害が復旧した場合、R1は同様にして隣接するR3,R4間で経路情報を交換し、R1→R2という元の経路を再選択する。このようにして、回線障害が発生しても通信が停止しないネットワークが実現される。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a general network configuration using an IP router. Here, four IP routers R1, R2, R3, and R4 are individually connected on a one-to-one basis via communication lines L1, L2, L3, L4, L5, and L6.
In such a network configuration, when a failure occurs in L1 connecting R1 and R2, R1 exchanges route information between adjacent R3 and R4, and selects another route, for example, R1 → R3 → R2. Maintain communication with R2. When the failure is recovered, R1 similarly exchanges route information between adjacent R3 and R4, and reselects the original route R1 → R2. In this way, a network is realized in which communication does not stop even if a line failure occurs.
図8は、従来のIPルータの内部構成を示すブロック図である。パケット入力部51は、入力回線31に到着したIPパケットのヘッダ情報をルックアップテーブル51Aにより解析処理する機能と、得られた解析結果に基づいて宛先検索部51Bにより到着IPパケットの宛先を検索する機能と、パケット出力部53からの廃棄指示に基づいて宛先検索部51Bによりパケットの廃棄を行う機能とを有している。解析処理のうち高度なものとしては、例えば5−tupleとよばれる送信元/先IPアドレス、プロトコル番号、送信元/先ポート番号(L3 Src., L3 Dst., #Protocol, L4 Src., L4 Dst.)からなる5つの属性値の組み合わせによって、フロー情報などを解析する処理手法がある。
FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of a conventional IP router. The
パケット交換部52は、パケット入力部51で検索した宛先に基づいて、到着パケットに対するヘッダ情報の書き換えやスイッチングを行って、その宛先に対応するパケット出力部53の待ち行列(キュー)へ出力する機能を有している。
パケット出力部53は、出力回線32ごとにパケットを一時蓄積する待ち行列を有し、各待ち行列に蓄積されたパケットを対応する出力回線32へ順次出力する機能と、ハードウェア実装されたリソースを超えるパケットが蓄積された際にはパケット落ち(ドロップ)を行い、さらにはパケット入力部51に対して廃棄指示を行う機能とを有している。
The
The
しかしながら、前述した従来のIPルータは、ネットワークに設置された各機器に対して独立に制御、設定するものであった。そのため、例えば優先指定や省電力化を目的とした帯域制御や、障害発生時の緊急対策など、ネットワーク全体を再構築する場合には、すべての機器の状況を把握し、さらに各機器ひとつひとつを設定しなければならないという問題があった。
また、ネットワークのトラヒック量は時間によって特徴的な変動をするため、この特徴を利用し、各時間帯において最適なネットワークを再構築することによって大きな省電力化が期待できるが(非特許文献1)、従来のIPルータにおいては、前述のとおりすべての機器の状況を動的に情報収集することが困難である。
However, the above-described conventional IP router controls and sets each device installed in the network independently. Therefore, when rebuilding the entire network, for example, bandwidth control for priority designation or power saving, or emergency measures in the event of a failure, grasp the status of all devices and set each device individually. There was a problem that had to be done.
In addition, since the amount of traffic on the network varies characteristically with time, it is possible to expect significant power savings by reconstructing an optimal network in each time zone using this feature (Non-patent Document 1). In conventional IP routers, it is difficult to dynamically collect information on the status of all devices as described above.
さらに、従来のIPルータによって構築されたネットワークにおいては、例えば、アプリケーションに対応する優先決め(QoS:Quality of Service)を設定する場合など、管理者はネットワーク内のすべてのIPルータを設定し直さなければならない。限られたネットワーク、LAN網において、この取り決めは過剰なサービスによる無駄な経路、ルータによる電力消費や、設定変更に係る管理者への負荷を引き起こすことがあった。 Furthermore, in a network constructed with conventional IP routers, the administrator must reconfigure all IP routers in the network, for example, when setting priorities (QoS: Quality of Service) corresponding to applications. I must. In a limited network or LAN network, this arrangement may cause a wasteful route due to excessive service, power consumption by a router, and a load on an administrator related to a setting change.
SDN(Software Defined Network)は、このような背景のもとで提案された新しいネットワーク仕様である。図9は、SDNに基づくネットワークの構成例である。ここでは、ネットワーク内の全てルータR1,R2,R3,R4は、それぞれSDN対応機能を有し、SDNを介してSDNコントローラ(サーバ)SVと接続されており、SVのソフトウェアによって管理される。これによって、夜間や週末などトラヒック量が減少する場合には不必要な通信回線およびルータを遮断して電力消費を削減でき、ルータ間のトラヒック量を監視しつつ、最適な負荷分散や優先制御を管理できる。 SDN (Software Defined Network) is a new network specification proposed under such a background. FIG. 9 is a configuration example of a network based on SDN. Here, all the routers R1, R2, R3, and R4 in the network each have an SDN-compatible function, are connected to the SDN controller (server) SV via the SDN, and are managed by the SV software. As a result, when the traffic volume decreases at night or on weekends, unnecessary communication lines and routers can be cut off to reduce power consumption, and optimal load distribution and priority control can be performed while monitoring the traffic volume between routers. Can manage.
このように、SDNによれば、SVで各ルータの状況を集中的に把握できるため、管理者はこのネットワーク全体の情報を随時取得しつつ、SVに実装したソフトウェアだけで、ネットワーク内に設置されたすべてのルータを動的かつ一元的に設定・変更することが可能となる。 As described above, according to SDN, the status of each router can be intensively grasped by SV. Therefore, an administrator can obtain information on the entire network at any time and can be installed in the network only by software installed in SV. All routers can be set and changed dynamically and centrally.
SDNの代表としてOpenFlow(登録商標)が知られている。OpenFlowの環境に設置するルータは、従来のIPルータとハードウェア仕様が異なり、メーカからもIPルータと区別して製造販売されている。したがって、例えばある既存のネットワークをSDN対応に変更しようとする際、すべてのIPルータ機器をSDNに対応するルータに変更して、SDNにおいて要求される動作や処理内容を実現する機能を追加しなければならない。 OpenFlow (registered trademark) is known as a representative of SDN. Routers installed in the OpenFlow environment have hardware specifications different from those of conventional IP routers, and are manufactured and sold by manufacturers separately from IP routers. Therefore, for example, when attempting to change an existing network to be compatible with SDN, all IP router devices must be changed to routers that support SDN, and functions for realizing operations and processing contents required in SDN must be added. I must.
既存のIPルータにおいてSDNに対応するための主な機能の1つとして、自己の動作状況を示す統計情報をパケットから取得し蓄積する機能がある。これは、SVからの要求に応じて、自己の動作状況、具体的には自己で転送したパケットのフローに関する統計情報を通知する必要があるからである。
このような統計情報は、ポートやキューごとに細かく設定されている。図10は、OpenFlowで必要とされる統計情報例である。IPルータには、これらポートやキューを複数設けられていることから、取得・蓄積すべき統計情報は極めて膨大な数となる。
As one of main functions for supporting SDN in an existing IP router, there is a function of acquiring and storing statistical information indicating its own operation status from a packet. This is because, in response to a request from the SV, it is necessary to notify its own operation status, specifically, statistical information regarding the flow of the packet transferred by itself.
Such statistical information is set in detail for each port and queue. FIG. 10 is an example of statistical information required for OpenFlow. Since the IP router is provided with a plurality of these ports and queues, the statistical information to be acquired / stored is extremely large.
したがって、このような統計情報をパケットから取得して項目ごとに蓄積するには、高速で動作し、かつ大容量のメモリが必要となる。統計情報の蓄積に用いられる一般的な半導体メモリとしては、SRAM(Static Random Access Memory)とDRAM(Dynamic Random Access Memory)がある。SRAMは、高速動作可能であるが高価であり、DRAMは安価であるが動作速度は遅い。したがって、上位装置から逐次高速で入力される膨大な数の統計項目に関する統計情報を、単一のハードウェアコンポーネントで蓄積するのは難しい。 Therefore, in order to acquire such statistical information from a packet and store it for each item, it is necessary to operate at a high speed and have a large capacity memory. Common semiconductor memories used for storing statistical information include SRAM (Static Random Access Memory) and DRAM (Dynamic Random Access Memory). SRAM can operate at high speed but is expensive, and DRAM is inexpensive but operates at low speed. Therefore, it is difficult to accumulate statistical information on a large number of statistical items input sequentially from a host device at a high speed with a single hardware component.
従来、パケットから抽出した各種情報を蓄積するメモリ構成として、SRAMとDRAMを組み合わせた技術が提案されている(特許文献1など参照)。図11は、従来のメモリ構成を示すブロック図である。この例では、SRAM61とDRAM62とを並列的に配置して、蓄積すべき統計情報を識別するためのフロー識別条件については、高速検索を実現するためにSRAM61からなるフローテーブルに蓄積し、これらフロー識別条件のうちのいずれかを満たすパケットから抽出した統計情報についてはDRAM62からなる統計情報テーブルに蓄積している。
Conventionally, a technique combining SRAM and DRAM has been proposed as a memory configuration for storing various types of information extracted from packets (see Patent Document 1). FIG. 11 is a block diagram showing a conventional memory configuration. In this example, the
また、パケットから取得した比較的データ量の小さい固定長のヘッダ情報については、パケットヘッダ蓄積メモリに高速で蓄積し、比較的データ量の大きい可変長のパケットデータについてはパケットデータ蓄積メモリに蓄積している。したがって、上記SRAMやDRAMを用いて、ヘッダ情報についてはSRAM61に蓄積し、パケットデータについてはDRAM62に蓄積することも考えられる。
Also, fixed-length header information with a relatively small amount of data acquired from a packet is stored at high speed in the packet header storage memory, and variable-length packet data with a relatively large amount of data is stored in the packet data storage memory. ing. Therefore, it can be considered that the header information is stored in the SRAM 61 and the packet data is stored in the
しかしながら、このようなメモリ構成によれば、蓄積すべき情報がその使用目的やデータ量に応じてSRAMまたはDRAMに蓄積されるため、前述したような、使用目的が同じ膨大な量の統計情報を高速で蓄積する必要があるSDNでは、いずれか一方にのみ蓄積が集中し、統計情報を効率よく蓄積できないという問題点があった。 However, according to such a memory configuration, the information to be stored is stored in the SRAM or DRAM according to the purpose of use and the amount of data. In the SDN that needs to be stored at high speed, there is a problem in that the storage is concentrated only on one of them and statistical information cannot be stored efficiently.
このような目的を達成するために、本発明にかかる統計情報メモリシステムは、より安価なメモリ構成で、逐次入力される統計情報を高速かつ効率よく蓄積できる統計情報蓄積技術を提供することを目的としている。 In order to achieve such an object, a statistical information memory system according to the present invention aims to provide a statistical information storage technique capable of storing statistical information that is sequentially input at high speed and efficiently with a cheaper memory configuration. It is said.
このような目的を達成するために、本発明にかかる統計情報メモリシステムは、上位装置から逐次入力される、統計項目に関する時間的粒度の細かい統計値である細粒度統計情報を、当該統計項目ごとに統計処理することにより時間的粒度の粗い統計値である粗粒度統計情報を計算し、得られた計算結果を新たな粗粒度統計情報として蓄積する統計情報メモリシステムであって、前記統計項目に関する前記粗粒度統計情報をそれぞれ蓄積する粗粒度メモリと、前記粗粒度メモリに比較して記憶容量が小さく、かつ、高速で動作して、前記上位装置から逐次入力される前記統計項目に関する前記細粒度統計情報をそれぞれ一時蓄積する細粒度メモリと、前記粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、前記細粒度メモリで一時蓄積している前記細粒度統計情報で、前記粗粒度メモリに蓄積されている前記粗粒度統計情報を順次更新する更新処理部とを備えている。 In order to achieve such an object, the statistical information memory system according to the present invention, for each statistical item, provides fine-grained statistical information, which is a statistical value with a fine temporal granularity regarding statistical items , that is sequentially input from a host device. in a statistics memory system computes the coarse grain statistics is rough statistics of time granularity by statistical processing, storing calculation results obtained as a new coarse grain statistics, relating to the statistic The coarse-grained memory for accumulating the coarse-grained statistical information, and the fine-grained granularity related to the statistical items sequentially input from the host device, operating at high speed and having a smaller storage capacity than the coarse-grained memory The fine-grained memory for temporarily storing statistical information and the fine-grained memory temporarily stored in the fine-grained memory in accordance with the access period of the coarse-grained memory. In degrees statistics and an update processing unit that the accumulated coarse granularity memory said sequential updating coarse grain statistics are.
また、本発明にかかる上記統計情報メモリシステムの一構成例は、前記更新処理部が、前記粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、全ての前記統計項目のうちから更新対象として順に選択した対象統計項目ごとに、前記粗粒度メモリに蓄積されている当該対象統計項目に関する前記粗粒度統計情報を、前記細粒度メモリで一時蓄積している当該対象統計項目に関するすべての前記細粒度統計情報で更新し、得られた粗粒度統計情報を当該対象統計項目に関する新たな粗粒度統計情報として前記粗粒度メモリに書き込むようにしたものである。 Also, in one configuration example of the statistical information memory system according to the present invention, the update processing unit sequentially selects the target statistics selected as the update target from among all the statistical items in accordance with the access period of the coarse-grained memory. For each item, the coarse-grained statistical information related to the target statistical item stored in the coarse-grained memory is updated with all the fine-grained statistical information related to the target statistical item temporarily stored in the fine-grained memory. The obtained coarse granularity statistical information is written into the coarse granularity memory as new coarse granularity statistical information relating to the target statistical item.
また、本発明にかかる上記統計情報メモリシステムの一構成例は、前記粗粒度メモリのアクセス周期ごとに、全ての前記統計項目のうちから更新対象となる前記対象統計項目を逐次選択し、前記更新処理部に対して、当該対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を指示する更新制御部をさらに備えている。 In addition, one configuration example of the statistical information memory system according to the present invention sequentially selects the target statistical item to be updated from all the statistical items for each access period of the coarse-grained memory, and updates the update The image processing apparatus further includes an update control unit that instructs the processing unit to update the coarse-grained statistical information regarding the target statistical item.
また、本発明にかかる上記統計情報メモリシステムの一構成例は、それぞれ異なる対象統計項目に関する前記粗粒度統計情報の更新を並列的に実行する複数の前記更新処理部を備え、前記更新制御部は、前記粗粒度メモリへのアクセス周期ごとに、全ての前記統計項目のうちから更新対象となる前記対象統計項目を複数選択し、これら対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を、前記更新処理部のそれぞれに個別に指示するようにしたものである。 In addition, one configuration example of the statistical information memory system according to the present invention includes a plurality of update processing units that execute update of the coarse-grained statistical information regarding different target statistical items in parallel, and the update control unit includes: In addition, for each access cycle to the coarse-grained memory, a plurality of the target statistical items to be updated are selected from all the statistical items , and the update processing unit updates the coarse-grained statistical information related to the target statistical items. Each is individually instructed.
また、本発明にかかる上記統計情報メモリシステムの一構成例は、前記細粒度メモリが、前記粗粒度メモリへ更新後の新たな粗粒度統計情報を転送した後、自己に対して新たな細粒度統計情報が蓄積されて、自己が更新されたか否かを検出し、次回の更新処理時に、更新なしが検出されている場合には、前記細粒度メモリと前記粗粒度メモリとの間の通信を遮断するようにしたものである。 Also, in one configuration example of the statistical information memory system according to the present invention, after the fine-grained memory transfers the updated new coarse-grained statistical information to the coarse-grained memory, a new fine-grained granularity is given to itself. Statistic information is accumulated and it is detected whether or not it has been updated. If no update is detected during the next update process, communication between the fine-grained memory and the coarse-grained memory is performed. It is intended to block.
また、本発明にかかる上記統計情報メモリシステムの一構成例は、前記統計項目の項目数をN[個]、メモリ間の通信所要時間をTd[s]、パケットのスループットをT[bps]、パケット長をL[bit]、および前記細粒度メモリのビット長をW[bit]とした場合、前記細粒度メモリは、次の式2W≧N×Td×T/Lを満たす最小のWにNを乗算して得られる記憶容量C=W×N[bit]を有するものである。 In addition, according to an exemplary configuration of the statistical information memory system according to the present invention, the number of statistical items is N [number], the communication required time between memories is Td [s], the packet throughput is T [bps], When the packet length is L [bit] and the bit length of the fine-grained memory is W [bit], the fine-grained memory is set to the minimum W satisfying the following expression 2 W ≧ N × Td × T / L It has a storage capacity C = W × N [bit] obtained by multiplying N.
また、本発明にかかるネットワーク機器は、前述した統計情報メモリシステムを備え、当該統計情報メモリシステムで到着したパケットに関する統計情報を蓄積するものである。 A network device according to the present invention includes the above-described statistical information memory system, and accumulates statistical information regarding packets arriving in the statistical information memory system.
本発明にかかる統計情報蓄積方法は、上位装置から逐次入力される、統計項目に関する時間的粒度の細かい統計値である細粒度統計情報を、当該統計項目ごとに統計処理することにより時間的粒度の粗い統計値である粗粒度統計情報を計算し、得られた計算結果を新たな粗粒度統計情報として蓄積する統計情報蓄積方法であって、前記統計項目に関する前記粗粒度統計情報を、粗粒度メモリでそれぞれ蓄積するステップと、前記粗粒度メモリに比較して記憶容量が小さく、かつ、高速で動作して、前記上位装置から逐次入力される前記統計項目に関する前記細粒度統計情報を、細粒度メモリでそれぞれ一時蓄積するステップと、前記粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、前記細粒度メモリで一時蓄積している前記細粒度統計情報で、前記粗粒度メモリに蓄積されている前記粗粒度統計情報を順次更新する更新処理ステップとを備えている。 The statistical information accumulating method according to the present invention is obtained by performing statistical processing for each statistical item, with fine granularity statistical information, which is a statistical value having a fine temporal granularity related to statistical items , sequentially input from a host device. A statistical information storage method for calculating coarse-grained statistical information, which is a coarse statistical value, and storing the obtained calculation result as new coarse-grained statistical information, the coarse-grained statistical information related to the statistical items being stored in a coarse-grained memory And the step of accumulating the fine-grained statistical information on the statistical items sequentially input from the host device, having a storage capacity smaller than that of the coarse-grained memory and operating at high speed. In the fine-grained statistical information temporarily accumulated in the fine-grained memory in accordance with the step of temporarily accumulating in each, and according to the access period of the coarse-grained memory, And an update processing step of sequentially updating the coarse grain statistical information accumulated in the particle size memory.
本発明によれば、入力回線から新たなパケットが到着するごとに上位装置から高速で逐次入力される、時間的粒度が細かい細粒度統計情報は、高速動作が可能な、例えばSRAMからなる細粒度メモリに順次蓄積される。また、時間的粒度が粗い粗粒度統計情報については、例えばDRAMからなる粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、細粒度メモリで一時蓄積している細粒度統計情報で更新される。 According to the present invention, the fine granularity statistical information with fine temporal granularity, which is sequentially input from the host device every time a new packet arrives from the input line, is fine granularity composed of, for example, SRAM capable of high speed operation. It is sequentially stored in the memory. The coarse-grained statistical information with a coarse temporal granularity is updated with the fine-grained statistical information temporarily stored in the fine-grained memory in accordance with the access period of the coarse-grained memory made of DRAM, for example.
したがって、高速動作可能であるが単位容量当たりの価格が高いSRAMだけではなく、SRAMと比較して動作速度は比較的遅いものの単位容量当たりの価格が低いDRAMも併用しつつ、入力回線から新たなパケットが到着するごとに上位装置から高速で逐次入力される細粒度統計情報を、欠損することなく受け取ることができるとともに、これら細粒度統計情報を統計項目ごとに統計処理して粗粒度統計情報を蓄積することができる。これにより、コストパフォーマンスに優れた、高速動作可能な統計情報メモリシステムを実現することが可能となる。 Therefore, not only an SRAM that can operate at high speed but has a high price per unit capacity, but also a DRAM that has a relatively low operating speed but a low price per unit capacity compared to SRAM, can be used from the input line. Fine-grained statistical information that is sequentially input from the host device at high speed every time a packet arrives can be received without loss, and these fine-grained statistical information is statistically processed for each statistical item to obtain coarse-grained statistical information. Can be accumulated. Thereby, it is possible to realize a statistical information memory system that is excellent in cost performance and capable of high-speed operation.
また、既存のネットワークをSDN対応に変更しようとする際、すべてのIPルータ機器をSDNに対応するルータに変更しなければならないという問題があった。本発明によれば、既存のIPルータに回路ユニットとして統計情報メモリシステムを追加するだけで、既存のIPルータが持つ資源を活用しつつ、SDNへの対応が可能となる。したがって、ネットワーク全体を極めて容易にSDN対応へ再構築することができるとともに、移行にともなう設備投資を大幅に削減することが可能となる。 Further, when trying to change an existing network to be compatible with SDN, there has been a problem that all IP router devices must be changed to routers corresponding to SDN. According to the present invention, by adding a statistical information memory system as a circuit unit to an existing IP router, it is possible to support SDN while utilizing resources of the existing IP router. Therefore, the entire network can be reconstructed very easily to be compatible with SDN, and the capital investment accompanying the migration can be greatly reduced.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる統計情報メモリシステム10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる統計情報メモリシステムの構成を示すブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a statistical
この統計情報メモリシステム10は、全体として半導体メモリを搭載したFPGA(Field Programmable Gate Array)などの回路ユニットからなり、例えばIPルータなどのネットワーク機器からなる上位装置に実装されて、この上位装置から逐次入力される、各統計項目に関する時間的粒度の細かい統計値を示す細粒度統計情報を、当該統計項目ごとに統計処理することにより時間的粒度の粗い統計値を示す粗粒度統計情報を計算し、得られた計算結果を新たな粗粒度統計情報として蓄積する機能を有している。
The statistical
前述したように、統計情報の蓄積に用いられる一般的な半導体メモリとしては、SRAMとDRAMがある。このうち、SRAMは高速動作可能であるが単位容量当たりの価格が高くて大記憶容量には向かない。一方、DRAMはSRAMと比較して単位容量当たりの価格が低く大記憶容量を容易に実現できるが動作速度は比較的遅い。 As described above, typical semiconductor memories used for accumulation of statistical information include SRAM and DRAM. Among these, the SRAM can operate at high speed, but the price per unit capacity is high and is not suitable for a large storage capacity. On the other hand, DRAM has a lower price per unit capacity than SRAM and can easily realize a large storage capacity, but its operation speed is relatively slow.
また、蓄積の対象となる統計情報を、時間的粒度、すなわち統計情報の処理(発生)間隔で分析すると、上位装置から逐次入力される時間的粒度の細かい細粒度統計情報と、これら細粒度統計情報を統計処理して得られる時間的粒度の粗い粗粒度統計情報の2つに分類される。 Further, when the statistical information to be accumulated is analyzed at the time granularity, that is, at the statistical information processing (occurrence) interval, the fine granularity statistical information with fine temporal granularity sequentially input from the host device, and these fine granularity statistics. The information is classified into two types of coarse-grained statistical information with coarse temporal granularity obtained by statistically processing information.
本発明は、このようなSRAMとDRAMが相反する性能を有する点、および統計情報には時間的粒度が異なる2種類の統計情報が存在している点に着目し、SRAMからなる細粒度メモリ11とDRAMからなる粗粒度メモリ12を並列的ではなく直列的に配置して、パケット到着間隔で上位装置から高速で逐次入力される細かい細粒度統計情報については、高速動作が可能な細粒度メモリ11で一時的に蓄積し、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、細粒度メモリ11内の細粒度統計情報で粗粒度メモリ12内の粗粒度統計情報を、順次更新するようにしたものである。
The present invention pays attention to the fact that such SRAM and DRAM have contradictory performance, and the fact that there are two types of statistical information having different temporal granularities in the statistical information, and the fine-
[統計情報メモリシステム]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる統計情報メモリシステム10の詳細構成について説明する。
この統計情報メモリシステム10は、細粒度メモリ11、粗粒度メモリ12、更新処理部STA、および更新制御部CNTから構成されている。
[Statistical information memory system]
Next, the detailed configuration of the statistical
The statistical
[細粒度メモリ]
細粒度メモリ11は、粗粒度メモリ12に比較して記憶容量が小さく、かつ、高速で動作するSRAMを有し、上位装置から逐次高速で入力される全統計項目に関する細粒度統計情報をそれぞれ一時蓄積する機能を有している。
粗粒度メモリ12は、データ通信を行うためのデータ線13Aおよび制御線13Bを介して細粒度メモリ11と接続されて、細粒度メモリ11に比較して記憶容量が大きいDRAMを有し、全統計項目に関する粗粒度統計情報をそれぞれ蓄積する機能を有している。
[Fine grain memory]
The fine-
The coarse-
更新処理部STAは、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、細粒度メモリ11で一時蓄積している細粒度統計情報で、粗粒度メモリ12に蓄積されている粗粒度統計情報を順次更新する機能を有している。
The update processing unit STA sequentially updates the coarse-grained statistical information stored in the coarse-
より具体的には、更新処理部STAは、粗粒度12メモリのアクセス周期に合わせて、全統計項目のうちから更新対象として順に選択した対象統計項目ごとに、粗粒度メモリ12に蓄積されている当該対象統計項目に関する粗粒度統計情報を、細粒度メモリ11で一時蓄積している当該対象統計項目に関するすべての細粒度統計情報で更新する機能と、得られた粗粒度統計情報を当該対象統計項目に関する新たな粗粒度統計情報として粗粒度メモリ12に書き込む機能とを有している。
More specifically, the update processing unit STA is accumulated in the coarse-
更新制御部CNTは、粗粒度メモリ12のアクセス周期ごとに、全統計項目のうちから更新対象となる対象統計項目を逐次選択する機能と、更新処理部SATに対して、当該対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を指示する機能とを有している。
The update control unit CNT has a function of sequentially selecting target statistical items to be updated from all the statistical items for each access cycle of the coarse-
細粒度メモリ11には、主な回路部として、細粒度蓄積部11A、細粒度制御部11B(更新制御部CNT)、データ転送部11C、および更新処理部STAが設けられている。なお、本実施の形態では、更新処理部STAを細粒度メモリ11の細粒度蓄積部11Aに設けた場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の回路部にあるいは細粒度メモリ11や粗粒度メモリ12と独立して更新処理部STAを設けてもよい。また、本実施の形態では、更新制御部CNTが、細粒度制御部11Bと後述する粗粒度メモリ12の粗粒度制御部12Bで構成される場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の回路部にあるいは細粒度メモリ11や粗粒度メモリ12と独立して更新処理部STAを設けてもよい。
The
細粒度蓄積部11Aは、上位装置からデータ転送部11Cに対して逐次高速で入力される細粒度統計情報を一時的に蓄積する機能と、前述した更新処理部STAとを有している。具体的には、細粒度蓄積部11Aにおいて、例えば各統計項目に対応した複数の待ち行列(キュー)が設けられており、データ転送部11Cからの細粒度統計情報は、対応する待ち行列に順次蓄積される。
The fine-
細粒度制御部11Bは、上位装置からの指示に応じてデータ転送部11Cにおける細粒度統計情報の入出力を制御する機能と、データ転送部11Cから細粒度蓄積部11Aへの細粒度統計情報の書き込みを制御する機能と、粗粒度メモリ12からの更新要求に応じて更新処理部STAにおける粗粒度統計情報に関する、粗粒度メモリ12からの読み出し、更新、および粗粒度メモリ12への書き込みを制御する機能(更新制御部CNT)とを有している。
The fine
データ転送部11Cは、上位装置から逐次高速で入力される細粒度統計情報を受け取って細粒度蓄積部11Aへ書き込む機能と、細粒度蓄積部11Aから細粒度統計情報を読み出して上位装置へ出力する機能とを有している。
The
[粗粒度メモリ]
粗粒度メモリ12には、主な回路部として、粗粒度蓄積部12Aと粗粒度制御部12B(更新制御部CNT)が設けられている。
粗粒度蓄積部12Aは、更新処理部STAにおける粗粒度統計情報の更新処理の開始時に、更新対象として選択された対象統計項目に関する粗粒度統計情報を読み出して細粒度メモリ11へ出力する機能と、更新処理部STAにおける粗粒度統計情報の更新処理の終了時に、対象統計項目に関する細粒度統計情報を細粒度メモリ11から受け取って蓄積する機能とを有している。
[Coarse grain memory]
The
The coarse-
粗粒度制御部12Bは、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、一定周期で粗粒度統計情報の更新を要求する更新要求を細粒度メモリ11へ出力する機能(更新制御部CNT)と、更新処理部STAにおける粗粒度統計情報の更新処理に同期して、あるいは細粒度メモリ11からの要求に応じて、細粒度蓄積部11Aにおける粗粒度統計情報の読み出し、書き込みを制御する機能とを有している。本実施の形態では、細粒度メモリ11に対する更新要求を粗粒度制御部12Bから出力する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の回路部から更新要求を出力するようにしてもよい。
The coarse
[IPルータ]
図2は、第1の実施の形態にかかる統計情報メモリシステムを実装したIPルータの構成を示すブロック図である。
このIPルータ20は、SDN対応機能を有するパケット転送装置であり、主な機能部として、パケット転送処理部20R、統計情報メモリシステム10、メモリシステム制御部25、およびSDN制御部26が設けられている。
[IP router]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an IP router in which the statistical information memory system according to the first embodiment is mounted.
The
パケット転送処理部20Rは、一般的なIPルータが有するパケット転送機能を有しており、統計情報メモリシステム10の上位装置に相当する。このパケット転送処理部20Rには、主な回路部として、パケット入力部21、パケット交換部22、およびパケット出力部23が設けられている。
The packet
パケット入力部21は、入力回線31に到着したIPパケットのヘッダ情報をルックアップテーブル21Aにより解析処理する機能と、得られた解析結果に基づいて宛先検索部21Bにより到着IPパケットの宛先を検索する機能と、パケット出力部23からの廃棄指示に基づいて宛先検索部21Bによりパケットの廃棄を行う機能とを有している。
The
パケット交換部22は、パケット入力部21で検索した宛先に基づいて、到着パケットに対するヘッダ情報の書き換えやスイッチングを行って、その宛先に対応するパケット出力部23の待ち行列(キュー)へ出力する機能を有している。
パケット出力部23は、出力回線32ごとにパケットを一時蓄積する待ち行列を有し、各待ち行列に蓄積されたパケットを対応する出力回線32へ順次出力する機能と、ハードウェア実装されたリソースを超えるパケットが蓄積された際にはパケット落ち(ドロップ)を行い、さらにはパケット入力部21に対して廃棄指示を行う機能とを有している。
The
The
統計情報メモリシステム10は、制御バスCBを介したメモリシステム制御部25からの指示に応じて、パケット入力部21およびパケット出力部23で取得された細粒度統計情報を、データバスDBを介して受け取って蓄積する機能と、読み出した細粒度統計情報をデータバスDBを介してパケット出力部23へ出力する機能とを有している
In response to an instruction from the memory
メモリシステム制御部25は、IPルータ20の内部動作タイミングに同期して、統計情報メモリシステム10に対する統計情報の書き込み・読み出しを制御する機能を有している。統計情報の読み出しについては、例えば、統計情報メモリシステム10を構成するFPGAあるいは別箇のFPGAにより、粗粒度メモリ12から統計情報を直接読み出して、データバスDBへ出力するようにしてもよい。
なお、統計情報メモリシステム10で用いるクロックCLKについては、統計情報メモリシステム10内部で生成してもよく、メモリシステム制御部25で生成したクロックCLKを統計情報メモリシステム10へ分配するようにしてもよい。
The memory
Note that the clock CLK used in the statistical
SDN制御部26は、パケット入力部21から制御バスCBを介して受け取ったSDNコントローラからの指示に応じて、指定された統計情報の読み出しを制御バスCBを介してメモリシステム制御部25に指示する機能と、統計情報メモリシステム10から出力された統計情報を制御バスCBを介して受け取り、制御バスCBを介してパケット出力部23からSDNコントローラへ送信する機能とを有している。
In response to an instruction from the SDN controller received from the
[第1の実施の形態の動作]
次に、図面を参照して、本実施の形態にかかる統計情報メモリシステム10およびこれを実装したIPルータ20の動作について説明する。
まず、図3を参照して、IPルータ20における統計情報取得動作について説明する。図3は、IPルータにおける統計情報取得動作を示す説明図である。これら統計情報の取得については、一般的な取得手法を用いて取得される。
[Operation of First Embodiment]
Next, the operations of the statistical
First, the statistical information acquisition operation in the
入力回線31からの到着パケットに関する統計情報は、主にパケット入力部21およびパケット出力部23で取得される。例えば、パケット入力部21では、到着パケットを識別するための到着パケット情報やヘッダ情報の解析結果を示すヘッダ解析情報が取得される。また、パケット出力部23では、出力回線32から送信される出発パケットを識別するための出発パケット情報や、パケット出力部23の待ち行列で廃棄されたパケットに関する廃棄パケット情報が取得される。
Statistical information relating to packets arriving from the
また、パケット入力部21では、到着パケットの数を示す到着パケット数やパケット長が取得され、5−tupleとよばれる送信元/先IPアドレス、プロトコル番号、送信元/先ポート番号(L3 Src., L3 Dst., #Protocol, L4 Src., L4 Dst.)からなる5つの属性値の組み合せに基づきルックアップテーブル21Aが参照されて、到着パケットのルーティングを示す宛先ルーティング情報や、到着パケットのフローを示すフロー情報が取得される。
Further, the
次に、図4を参照して、本実施の形態にかかる統計情報メモリシステム10における統計情報の更新動作について説明する。図4は、統計情報メモリシステムの統計情報更新処理を示すフローチャートである。
Next, with reference to FIG. 4, the update operation | movement of the statistical information in the statistical
まず、細粒度メモリ11は、上位装置から高速で逐次入力される細粒度統計情報をデータ転送部11Cにより受け取って、統計項目ごとに設けられた細粒度蓄積部11Aの待ち行列に一時蓄積する(ステップ100)。
この後、時間経過とともに、細粒度蓄積部11Aのリソースが枯渇するため、細粒度メモリ11は、粗粒度メモリ12からの更新要求に基づき、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、ステップ101〜106に示す統計情報更新処理を実行する。
First, the fine-
After this, since the resources of the fine-
まず、更新制御部CNTは、全統計項目のうちの一部を、更新対象となる対象統計項目として選択し、更新処理部STAに対して対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を指示する(ステップ101)、この際、1回の更新処理では全統計項目を更新できないため、全統計項目のうちの一部を対象統計項目として順選択し、複数回の更新処理で全統計項目を更新している。対象統計項目については、更新制御部CNTが自律的に順次選択してもよく、粗粒度メモリ12からの更新要求からの指示に基づき選択してもよい。
First, the update control unit CNT selects a part of all statistical items as target statistical items to be updated, and instructs the update processing unit STA to update coarse-grained statistical information regarding the target statistical items ( Step 101) At this time, since all statistical items cannot be updated by one update process, a part of all statistical items are sequentially selected as target statistical items, and all statistical items are updated by a plurality of update processes. ing. Regarding the target statistical item, the update control unit CNT may autonomously sequentially select, or may select based on an instruction from the update request from the coarse-
続いて、更新処理部STAは、更新制御部CNTからの更新指示に応じて、指定された対象統計項目に関する粗粒度統計情報を粗粒度メモリ12から取得し(ステップ102)、当該対象統計項目に対応する待ち行列に一時蓄積されているすべての細粒度統計情報を粗粒度メモリ12から読み出す(ステップ103)。 Subsequently, in response to an update instruction from the update control unit CNT, the update processing unit STA obtains coarse-grained statistical information related to the specified target statistical item from the coarse-grained memory 12 (step 102), and sets the target statistical item as the target statistical item. All the fine-grained statistical information temporarily stored in the corresponding queue is read from the coarse-grained memory 12 (step 103).
次に、更新処理部STAは、読み出した当該対象統計項目に関するすべての細粒度統計情報を、当該対象統計項目の粗粒度統計情報に加算することにより、その粗粒度統計情報を一括して更新し(ステップ104)、得られた粗粒度統計情報を当該対象統計項目に関する新たな粗粒度統計情報として粗粒度メモリ12に書き込む(ステップ105)。
この後、更新処理部STAは、当該対象統計項目に対応する待ち行列に一時蓄積されているすべての細粒度統計情報をクリア(消去)し(ステップ106)、ステップ100へ戻って、逐次入力される後続の細粒度統計情報に対する更新処理を繰り返し実行する。
Next, the update processing unit STA collectively updates the coarse-grained statistical information by adding all the fine-grained statistical information regarding the read target statistical item to the coarse-grained statistical information of the target statistical item. (Step 104), the obtained coarse-grained statistical information is written into the coarse-
Thereafter, the update processing unit STA clears (deletes) all the fine-grained statistical information temporarily stored in the queue corresponding to the target statistical item (step 106), returns to step 100, and is sequentially input. Repeat the update process for subsequent fine-grained statistical information.
[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、各粗粒度統計情報を蓄積する粗粒度メモリ12と、粗粒度メモリ12より記憶容量が小さく、かつ高速で動作することにより上位装置からの細粒度統計情報を一時蓄積する細粒度メモリ11とを直列的に配置して、更新処理部STAが、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、細粒度メモリ11で一時蓄積している細粒度統計情報で、粗粒度メモリ12に蓄積されている粗粒度統計情報を順次更新するようにしたものである。
[Effect of the first embodiment]
As described above, the present embodiment has a coarse-
これにより、入力回線31から新たなパケットが到着するごとに上位装置から高速で逐次入力される、時間的粒度が細かい細粒度統計情報は、高速動作が可能なSRAMからなる細粒度メモリ11に順次蓄積される。また、時間的粒度が粗い粗粒度統計情報については、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、細粒度メモリ11で一時蓄積している細粒度統計情報で更新される。
As a result, each time a new packet arrives from the
したがって、高速動作可能であるが単位容量当たりの価格が高いSRAMだけではなく、SRAMと比較して動作速度は比較的遅いものの単位容量当たりの価格が低いDRAMも併用しつつ、入力回線31から新たなパケットが到着するごとに上位装置から高速で逐次入力される細粒度統計情報を、欠損することなく受け取ることができるとともに、これら細粒度統計情報を統計項目ごとに統計処理して粗粒度統計情報を蓄積することができる。これにより、コストパフォーマンスに優れた、高速動作可能な統計情報メモリシステムを実現することが可能となる。
Therefore, not only an SRAM that can operate at high speed but has a high price per unit capacity, and a DRAM that has a relatively low operating speed but a low price per unit capacity compared to SRAM, is also newly introduced from the
また、前述したように、SDNの代表であるOpenFlowの環境に設置するルータは、従来のIPルータとハードウェア仕様が異なり、メーカからもIPルータと区別して製造販売されている。したがって、例えばある既存のネットワークをSDN対応に変更しようとする際、すべてのIPルータ機器をSDNに対応するルータに変更しなければならないという問題があった。 As described above, the router installed in the environment of OpenFlow, which is representative of SDN, has a hardware specification different from that of the conventional IP router, and is manufactured and sold by the manufacturer separately from the IP router. Therefore, for example, when an existing network is to be changed to be compatible with SDN, there has been a problem that all IP router devices must be changed to routers corresponding to SDN.
本実施の形態によれば、既存のIPルータに回路ユニットとして統計情報メモリシステム10を追加するだけで、既存のIPルータが持つ資源を活用しつつ、SDNへの対応が可能となる。したがって、ネットワーク全体を極めて容易にSDN対応へ再構築することができるとともに、移行にともなう設備投資を大幅に削減することが可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to cope with SDN while utilizing resources of an existing IP router by simply adding the statistical
また、本実施の形態において、更新処理部STAが、粗粒度メモリ12のアクセス周期に合わせて、全統計項目のうちから更新対象として順に選択した対象統計項目ごとに、粗粒度メモリ12に蓄積されている当該対象統計項目に関する粗粒度統計情報を、細粒度メモリ11で一時蓄積している当該対象統計項目に関するすべての細粒度統計情報で更新し、得られた粗粒度統計情報を当該対象統計項目に関する新たな粗粒度統計情報として粗粒度メモリ12に書き込むようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the update processing unit STA accumulates in the coarse-
これにより、1つの対象統計項目に関する更新処理において、項目細粒度メモリ11と粗粒度メモリ12との間で、粗粒度統計情報を読み書きするだけで済む。このため、例えば、細粒度メモリ11で一時蓄積している対象統計項目に関するすべての細粒度統計情報を、順次粗粒度メモリ12へ転送して更新する場合と比較して、極めて効率よく更新処理を実行することが可能となる。
As a result, in the update process for one target statistical item, it is only necessary to read and write the coarse-grained statistical information between the item fine-
また、本実施の形態において、更新制御部CNTが、粗粒度メモリ12のアクセス周期ごとに、全統計項目のうちから更新対象となる対象統計項目を逐次選択し、更新処理部STAに対して、当該対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を指示するようにしてもよい。
これにより、必要最低限のアクセス周期で、全統計項目に関する粗粒度統計情報を更新することができる。
Further, in the present embodiment, the update control unit CNT sequentially selects the target statistical items to be updated from all the statistical items for each access period of the coarse-
As a result, it is possible to update the coarse-grained statistical information regarding all statistical items with the minimum necessary access cycle.
[第2の実施の形態]
次に、図5および図6を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる統計情報メモリシステム10における統計情報蓄積動作について説明する。図5は、第2の実施の形態にかかる統計情報メモリシステムの要部構成を示すブロック図である。図6は、更新処理動作を示すタイミングチャートである。
[Second Embodiment]
Next, a statistical information accumulation operation in the statistical
本実施の形態では、更新処理部STAの構成例として、細粒度メモリ11の細粒度蓄積部11Aにおいて、統計項目ごとに設けられているバンク記憶部BMのそれぞれに、更新処理部STAを分割して設けた構成例について、詳細に説明する。
In the present embodiment, as an example of the configuration of the update processing unit STA, the fine-
帯域の高い100Gbpsクラスのネットワークトラヒックにおける統計情報の取得蓄積においては、先述のリソースの問題に加えてメモリのバンド(帯域)が大きな技術課題となる。例えば、ルータへのトラヒックを全二重100Gbps、平均パケット長を200バイトとした場合、平均パケットレート到着間隔は16ns(62.5M-pps:Packet Per Second)となる。すなわち平均16ns間隔で表1に示したすべての統計情報を加算、更新する必要がある。現在商用化されるメモリで16ns以下のアクセスタイムを満足するのはレジスタやSRAMであるが、これらはビットあたりの単価が非常に高価であるため大容量の搭載が難しい。一方、DRAMはビット単価、大容量搭載が有利であるものの、ランダムアクセス性能は60ns以上を要してしまうためワイヤーレートにおける統計情報の取得を保証することができない。 In obtaining and accumulating statistical information in a network traffic of 100 Gbps class with a high bandwidth, in addition to the above-mentioned resource problem, a memory band (bandwidth) becomes a major technical problem. For example, when the traffic to the router is 100 Gbps and the average packet length is 200 bytes, the average packet rate arrival interval is 16 ns (62.5 M-pps: Packet Per Second). That is, it is necessary to add and update all the statistical information shown in Table 1 at an average interval of 16 ns. Among the commercially available memories, registers and SRAMs satisfy an access time of 16 ns or less. However, since the unit price per bit is very expensive, it is difficult to mount a large capacity. On the other hand, although DRAM is advantageous in terms of a unit price and a large capacity, random access performance requires 60 ns or more, so it is not possible to guarantee acquisition of statistical information at the wire rate.
高速小容量の細粒度統計メモリ11をSRAMで、低速大容量の粗粒度メモリ12をDRAMで構成した場合に発生するもうひとつの問題について説明する。先述のとおりSRAMリソースが枯渇する前にDRAMへデータ転送を行わなければならない。このときSRAMからDRAMへデータ転送するタイミングが各統計について同時に発生するとDRAM側のバンド(帯域)が不足する。SRAMで構成した統計が何時枯渇するかはパケットトラヒック依存のため制御ができない。DRAM側のバンドは、外部トラヒックからSRAMへのバンドに追従ができないため、SRAMとDRAM間の通信についての対策が必要となる。
Another problem that occurs when the high-speed and small-capacity fine-grained
本発明によるもうひとつの特徴は、SRAMとDRAM間のデータ転送と通信制御に関するもので、パケットトラヒック依存ではなく、バンドの低いDRAMに同期した定期的なデータ通信によって課題を解決するものである。図6には、商用のDDR−SDRAMを用いて粗粒度メモリ12を構成した場合における、SRAMとのデータ通信に関するタイムチャートが示されている。ここでは、DDR−SDRAMのアクセス周期ごとに到来する、ACT(ページの活性化コマンド)からPRE(ページの非活性化コマンド)までの活性期間TPに、REN(Readコマンド)とWEN(Writeコマンド)を4つのバンクA,B,C,Dに対して指示している。
Another feature of the present invention relates to data transfer and communication control between SRAM and DRAM, and solves the problem not by packet traffic but by periodic data communication synchronized with a low-band DRAM. FIG. 6 shows a time chart regarding data communication with the SRAM when the coarse-
各バンクA,B,C,Dにおいて、それぞれのRENからWENまでの期間TA,TB,TC,TDはSRAMとのデータ通信と統計情報の更新を行う時間として割り当てる。したがって、この例においてはACTからPREまでのTPにおいて、4つの統計情報の更新が並列的に行われることとなる。すなわちSRAMとDRAM間のデータ通信に関し、DRAM側が基準となってSRAMの統計情報の更新、並び初期化(リセット)を行う。このようにすれば、外部のネットワークトラヒックに依存することなく、常にDRAMのバンド(帯域)許容内において統計情報の更新が可能となる。 In each bank A, B, C, and D, periods TA, TB, TC, and TD from REN to WEN are allocated as times for performing data communication with the SRAM and updating statistical information. Accordingly, in this example, four pieces of statistical information are updated in parallel in the TP from ACT to PRE. That is, with respect to data communication between the SRAM and the DRAM, the DRAM statistical information is updated and aligned (reset) based on the DRAM side. In this way, it is possible to update statistical information within the DRAM band tolerance without depending on external network traffic.
[第2の実施の形態の動作]
次に、図5および図6を参照して、本実施の形態にかかる更新処理動作について詳細に説明する。
細粒度制御部11Bの更新制御部CNTは、粗粒度メモリ12からの更新要求に応じて、細粒度蓄積部11Aのページ信号PAGEを監視し、細粒度蓄積部11Aの活性状態ACTが終了してから非活性状態PREとなるまでの空き期間TPに、予め選択した対象統計項目に対応するバンク記憶部BMの更新処理部STAに対して統計情報の蓄積を指示する。ここでは、全統計項目から4つずつ順に対象統計項目として選択するものとし、以下では、統計項目A,B,C,Dを対象統計項目として選択した場合を例として説明する。
[Operation of Second Embodiment]
Next, the update processing operation according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
The update control unit CNT of the fine
まず、更新制御部CNTは、空き期間TPにおいて、対象統計項目A,B,C,Dと対応する4つのバンク記憶部BMに対し、読み出し制御信号RENとバンク選択信号BANKとを、クロックCLKに同期して順に出力する。この際、更新制御部CNTは、粗粒度メモリ12からの粗粒度統計情報の読み出しタイミングが重ならないよう、1クロック分ずつずらしてRENとBANKとを各バンク記憶部BMに出力する。これにより、各バンク記憶部BMでの計算処理が並列的に実行される。
First, the update control unit CNT sends the read control signal REN and the bank selection signal BANK to the clock CLK for the four bank storage units BM corresponding to the target statistical items A, B, C, and D in the free period TP. Synchronously output in order. At this time, the update control unit CNT outputs REN and BANK to each bank storage unit BM by shifting by one clock so that the read timing of the coarse grain statistical information from the
バンク記憶部BMには、細粒度統計情報で粗粒度統計情報を更新するための統計処理部STAがそれぞれ設けられており、RENに同期して粗粒度メモリ12から読み出された粗粒度統計情報DC0を、BENによりゲートGを制御して受け取り、当該バンク記憶部BMに対応する自己の待ち行列Q0から読み出したすべての細粒度統計情報DSを、加算器ADDでDC0に加算して更新して、新たな粗粒度統計情報DC1を計算する。
The bank storage unit BM is provided with a statistical processing unit STA for updating the coarse-grained statistical information with the fine-grained statistical information, and the coarse-grained statistical information read from the coarse-
この後、更新制御部CNTは、残りの空き期間TPにおいて、対象統計項目A,B,C,Dと対応する4つのバンク記憶部BMに対し、書き込み信号WENをクロックCLKに同期して順に出力する。この際、更新制御部CNTは、粗粒度メモリ12への粗粒度統計情報の書き込みタイミングが重ならないよう、1クロック分ずつずらしてWENとBANKとを各バンク記憶部BMに出力する。
Thereafter, the update control unit CNT sequentially outputs the write signal WEN to the four bank storage units BM corresponding to the target statistical items A, B, C, and D in synchronization with the clock CLK in the remaining free period TP. To do. At this time, the update control unit CNT outputs WEN and BANK to each bank storage unit BM while shifting by one clock so that the timing of writing the coarse-grained statistical information to the coarse-
バンク記憶部BMは、更新により得られた粗粒度統計情報DC1を、WENに同期して粗粒度メモリ12へ出力する。これにより、DC0をDSにより更新して得られたDC1が粗粒度メモリ12に書き込まれる。
この際、当該バンク記憶部BMに対応する自己の待ち行列Q1にDC1を蓄積するようにしてもよい。これにより、上位装置からの読み出し要求に応じて粗粒度統計情報DC1を出力する際、粗粒度メモリ12からの読み出しを省くことができ、より高いレスポンスを得ることが可能となる。
The bank storage unit BM outputs the coarse grain statistical information DC1 obtained by the update to the
At this time, DC1 may be stored in its own queue Q1 corresponding to the bank storage unit BM. As a result, when the coarse-grained statistical information DC1 is output in response to a read request from the host device, reading from the coarse-
[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、それぞれ異なる対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を並列的に実行する複数の更新処理部STAを備え、更新制御部CNTが、粗粒度メモリ12へのアクセス周期ごとに、全統計項目のうちから更新対象となる対象統計項目を複数選択し、これら対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を、更新処理部STAのそれぞれに個別に指示するようにしたものである。
これにより、複数の統計項目に関する粗粒度統計情報が、並列的に更新されるため、極めて効率よく更新処理を実行することができる
[Effect of the second embodiment]
As described above, the present embodiment includes a plurality of update processing units STA that execute update of coarse-grained statistical information regarding different target statistical items in parallel, and the update control unit CNT accesses the coarse-
As a result, the coarse-grained statistical information on a plurality of statistical items is updated in parallel, so that the update process can be executed very efficiently.
また、本実施の形態において、細粒度メモリ11から粗粒度メモリ12へ更新後の新たな粗粒度統計情報を転送した後、細粒度メモリ11に対して新たな細粒度統計情報が蓄積されて、細粒度メモリ11が更新されたか否かを検出して出力する更新有無検出部を設け、次回の更新処理時に、更新有無検出部が更新なしを示している場合には、更新制御部CNTにより、細粒度メモリ11と粗粒度メモリ12との間の通信を遮断するようにしてもよい。これにより、通信維持による不要な消費電力を削減することができる。
In the present embodiment, after transferring the updated coarse-grained statistical information from the fine-
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態にかかる統計情報メモリシステム10について説明する。
細粒度メモリ11は、粗粒度メモリ12より記憶容量を小さくできるものの、入力回線31から到着するパケットのパケットレートに応じて、必要とされる記憶容量が変化する。本実施の形態では、入力回線31から到着するパケットのパケットレートと細粒度メモリ11で必要となる記憶容量との関係について詳細に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a statistical
Although the fine-
SRAM(細粒度メモリ11)とDRAM(粗粒度メモリ12)との間で粗粒度統計情報をやり取りするのに要する通信所要時間をTdとする。ここで、DRAMのクロック周波数を400MHzとし、Tdがクロック信号CLKの4周期分に相当する場合、Td=4/(4×108)=10[ns]となる。
このため、全統計項目数Nが10万個の場合、全統計項目の粗粒度統計情報を更新するのに要するターンアラウンドタイムはTAT=N×Td=1[ms]となる。
Let Td be the communication time required for exchanging coarse grain statistical information between the SRAM (fine grain memory 11) and the DRAM (coarse grain memory 12). Here, when the clock frequency of the DRAM is 400 MHz and Td corresponds to four cycles of the clock signal CLK, Td = 4 / (4 × 10 8 ) = 10 [ns].
For this reason, when the total number of statistical items N is 100,000, the turnaround time required to update the coarse-grained statistical information of all statistical items is TAT = N × Td = 1 [ms].
一方、IPルータ20におけるパケットのスループットをT[bps]とし、パケット長をL[bit]とした場合、パケットレートはPPS=T/L[pps(Packet Per Second)]となり、パケット当たりの許容遅延時間はD=1/PPSとなる。
したがって、ワイヤーレート条件がT=100G[bps]でL=64[Byte]の場合、オーバーヘッドを20[Byte]とすると、Dは次のようになる。
L=64[Byte]+20[Byte] =672[bit]
PPS=100×109/672 ≒148M[pps]
D=1/148M[pps] ≒6.72[ns]
On the other hand, when the packet throughput in the
Therefore, when the wire rate condition is T = 100 G [bps] and L = 64 [Bytes], assuming that the overhead is 20 [Bytes], D is as follows.
L = 64 [Byte] +20 [Byte] = 672 [bit]
PPS = 100 × 10 9/672 ≒ 148M [pps]
D = 1 / 148M [pps] ≒ 6.72 [ns]
また、T=100G[bps]でL=200[Byte]の場合、
L=200[Byte] =1600[bit](平均パケット長とみなす)
PPS=100×109/1600 ≒62.5M[pps]
D=1/62.5M[pps] ≒16[ns]
となり、T=100G[bps]でL=1518[Byte]の場合、
L=1518[Byte]+20[Byte] =12304[bit]
PPS=100×109/12304 ≒8.2M[pps]
D=1/8.2M[pps] ≒122[ns]
となる。
Further, when T = 100 G [bps] and L = 200 [Bytes],
L = 200 [Byte] = 1600 [bit] (considered as the average packet length)
PPS = 100 × 10 9/1600 ≒ 62.5M [pps]
D = 1 / 62.5M [pps] ≒ 16 [ns]
When T = 100G [bps] and L = 1518 [Byte],
L = 1518 [Byte] + 20 [Byte] = 12304 [bit]
PPS = 100 × 10 9/12304 ≒ 8.2M [pps]
D = 1 / 8.2M [pps] ≒ 122 [ns]
It becomes.
ここで、一般的なDRAMのランダムアクセス性能は60ns以上であるため、例えばT=100G[bps]でL=200[Byte]のワイヤーレート条件には適用できず、SRAMが必要となることが分かる。 Here, since the random access performance of a general DRAM is 60 ns or more, for example, it cannot be applied to the wire rate condition of T = 100 G [bps] and L = 200 [Byte], and it is understood that an SRAM is required. .
一方、メモリアクセス回数はM=TAT/Dで求められるため、各ワイヤーレート条件で必要となるSRAMのビット長W[bit]は次のようになる。
M64B=1×10-3/(6.72×10-9) ≒148809[回]<218 (=262144)
W64B=18[bit]
M200B=1×10-3/(16×10-9) ≒62500[回]<216 (=65536)
W200B=16[bit]
M1518B=1×10-3/(122×10-9) ≒8197[回]<214 (=16384)
W1518B=14[bit]
On the other hand, since the number of memory accesses is determined by M = TAT / D, the SRAM bit length W [bit] required for each wire rate condition is as follows.
M 64B = 1 × 10 −3 /(6.72×10 −9 ) ≒ 148809 [times] <2 18 (= 262144)
W 64B = 18 [bit]
M 200B = 1 × 10 −3 / (16 × 10 −9 ) ≒ 62500 [times] <2 16 (= 65536)
W 200B = 16 [bit]
M 1518B = 1 × 10 −3 / (122 × 10 −9 ) ≒ 8197 [times] <2 14 (= 16384)
W 1518B = 14 [bit]
したがって、もっとも厳しいワイヤーレート条件である64[Byte]への対応を考慮すると、最大でW=18[bit]のSRAMを用いればよいことが分かる。この際、SRAMに必要とされる記憶容量は、C=W×Nで求められ、次のようになる。
C64B=18×105 =1.8M[bit]
C200B=16×105 =1.6M[bit]
C1518B=14×105 =1.4M[bit]
Therefore, it is understood that a maximum of W = 18 [bit] SRAM may be used in consideration of the correspondence to 64 [Byte] which is the strictest wire rate condition. At this time, the storage capacity required for the SRAM is obtained by C = W × N and is as follows.
C 64B = 18 × 10 5 = 1.8M [bit]
C 200B = 16 × 10 5 = 1.6M [bit]
C 1518B = 14 × 10 5 = 1.4M [bit]
[第3の実施の形態の効果]
以上の計算過程をまとめると、全統計項目数をN[個]、メモリ間の通信所要時間をTd[s]、パケットのスループットをT[bps]、パケット長をL[bit]、およびSRAMのビット長をW[bit]とした場合、SRAMは、次の式(1),式(2)
2W≧N×Td×T/L …(1)
C=W×N …(2)
で求められる記憶容量C[bit]を有すればよいことが分かる。したがって、Wとして式(1)を満足する最小値を選択して、SRAMの記憶容量Cを決定すれば、与えられたワイヤーレート条件を満足するために必要となる最小限のCを、極めて容易に算出することができる。
[Effect of the third embodiment]
To summarize the above calculation process, the total number of statistical items is N [pieces], the required communication time between memories is Td [s], the packet throughput is T [bps], the packet length is L [bit], and the SRAM When the bit length is W [bits], the SRAM has the following expressions (1) and (2).
2 W ≧ N × Td × T / L (1)
C = W × N (2)
It can be seen that the storage capacity C [bit] required by the above is sufficient. Therefore, if the minimum value satisfying the expression (1) is selected as W and the storage capacity C of the SRAM is determined, the minimum C required to satisfy the given wire rate condition can be very easily achieved. Can be calculated.
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.
10…統計情報メモリシステム、11…細粒度メモリ、11A…細粒度蓄積部、11B…細粒度制御部、11C…データ転送部、12…粗粒度メモリ、12A…粗粒度蓄積部、12B…粗粒度制御部、13A…データ線、13B…制御線、STA…更新処理部、CNT…更新制御部、BM…バンク記憶部、20…IPルータ、20R…パケット転送処理部、21…パケット入力部、22…パケット交換部、23…パケット出力部、25…メモリシステム制御部、26…SDN制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記統計項目に関する前記粗粒度統計情報をそれぞれ蓄積する粗粒度メモリと、
前記粗粒度メモリに比較して記憶容量が小さく、かつ、高速で動作して、前記上位装置から逐次入力される前記統計項目に関する前記細粒度統計情報をそれぞれ一時蓄積する細粒度メモリと、
前記粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、前記細粒度メモリで一時蓄積している前記細粒度統計情報で、前記粗粒度メモリに蓄積されている前記粗粒度統計情報を順次更新する更新処理部と
を備えることを特徴とする統計情報メモリシステム。 The coarse-grained statistical information, which is the statistical value with coarse temporal granularity, is statistically processed for each statistical item, and the fine-grained statistical information, which is the statistical value with fine temporal granularity related to the statistical items , input sequentially from the host device. A statistical information memory system that calculates and accumulates the obtained calculation results as new coarse-grained statistical information,
A coarse-grained memory for storing the coarse-grained statistical information related to the statistical items ;
A fine-grained memory that has a small storage capacity compared to the coarse-grained memory, operates at high speed, and temporarily accumulates the fine-grained statistical information on the statistical items sequentially input from the host device;
An update processing unit that sequentially updates the coarse-grained statistical information stored in the coarse-grained memory with the fine-grained statistical information temporarily accumulated in the fine-grained memory in accordance with the access period of the coarse-grained memory; A statistical information memory system comprising:
前記更新処理部は、前記粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、全ての前記統計項目のうちから更新対象として順に選択した対象統計項目ごとに、前記粗粒度メモリに蓄積されている当該対象統計項目に関する前記粗粒度統計情報を、前記細粒度メモリで一時蓄積している当該対象統計項目に関するすべての前記細粒度統計情報で更新し、得られた粗粒度統計情報を当該対象統計項目に関する新たな粗粒度統計情報として前記粗粒度メモリに書き込むことを特徴とする統計情報メモリシステム。 The statistical information memory system according to claim 1,
The update processing unit, for each target statistical item sequentially selected as an update target from among all the statistical items in accordance with the access cycle of the coarse-grained memory, the target statistical item stored in the coarse-grained memory The coarse-grained statistical information is updated with all the fine-grained statistical information related to the target statistical item temporarily accumulated in the fine-grained memory, and the obtained coarse-grained statistical information is updated with a new coarse-grained statistical information. A statistical information memory system, characterized in that the granularity statistical information is written in the coarse grain memory.
前記粗粒度メモリのアクセス周期ごとに、全ての前記統計項目のうちから更新対象となる前記対象統計項目を逐次選択し、前記更新処理部に対して、当該対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を指示する更新制御部をさらに備えることを特徴とする統計情報メモリシステム。 The statistical information memory system according to claim 2,
For each access period of the coarse-grained memory, sequentially select the target statistical item to be updated from all the statistical items , and update the coarse-grained statistical information related to the target statistical item to the update processing unit The statistical information memory system further comprising an update control unit for instructing.
それぞれ異なる対象統計項目に関する前記粗粒度統計情報の更新を並列的に実行する複数の前記更新処理部を備え、
前記更新制御部は、前記粗粒度メモリへのアクセス周期ごとに、全ての前記統計項目のうちから更新対象となる前記対象統計項目を複数選択し、これら対象統計項目に関する粗粒度統計情報の更新を、前記更新処理部のそれぞれに個別に指示する
ことを特徴とする統計情報メモリシステム。 The statistical information memory system according to claim 3,
A plurality of the update processing units that execute the update of the coarse-grained statistical information regarding different target statistical items in parallel,
The update control unit selects a plurality of target statistical items to be updated from all the statistical items for each access cycle to the coarse-grained memory, and updates the coarse-grained statistical information related to these target statistical items. The statistical information memory system, wherein the update processing unit is individually instructed.
前記細粒度メモリは、前記粗粒度メモリへ更新後の新たな粗粒度統計情報を転送した後、自己に対して新たな細粒度統計情報が蓄積されて、自己が更新されたか否かを検出し、次回の更新処理時に、更新なしが検出されている場合には、前記細粒度メモリと前記粗粒度メモリとの間の通信を遮断することを特徴とする統計情報メモリシステム。 In the statistical information memory system according to any one of claims 1 to 4,
The fine-grained memory detects whether the self-updated new fine-grained statistical information has been accumulated after transferring the new updated coarse-grained statistical information to the coarse-grained memory. In the next update process, if no update is detected, communication between the fine-grained memory and the coarse-grained memory is cut off.
前記統計項目の項目数をN[個]、メモリ間の通信所要時間をTd[s]、パケットのスループットをT[bps]、パケット長をL[bit]、および前記細粒度メモリのビット長をW[bit]とした場合、前記細粒度メモリは、次の式
2W≧N×Td×T/L
を満たす最小のWにNを乗算して得られる記憶容量C=W×N[bit]を有することを特徴とする統計情報メモリシステム。 In the statistical information memory system according to any one of claims 1 to 5,
The number of statistical items is N [pieces], the required communication time between memories is Td [s], the packet throughput is T [bps], the packet length is L [bits], and the bit length of the fine-grained memory is When W [bit], the fine-grained memory has the following formula 2 W ≧ N × Td × T / L
A statistical information memory system having a storage capacity C = W × N [bit] obtained by multiplying N by the minimum W satisfying
前記統計項目に関する前記粗粒度統計情報を、粗粒度メモリでそれぞれ蓄積するステップと、
前記粗粒度メモリに比較して記憶容量が小さく、かつ、高速で動作して、前記上位装置から逐次入力される前記統計項目に関する前記細粒度統計情報を、細粒度メモリでそれぞれ一時蓄積するステップと、
前記粗粒度メモリのアクセス周期に合わせて、前記細粒度メモリで一時蓄積している前記細粒度統計情報で、前記粗粒度メモリに蓄積されている前記粗粒度統計情報を順次更新する更新処理ステップと
を備えることを特徴とする統計情報蓄積方法。 The coarse-grained statistical information, which is the statistical value with coarse temporal granularity, is statistically processed for each statistical item, and the fine-grained statistical information, which is the statistical value with fine temporal granularity related to the statistical items , input sequentially from the host device. A statistical information accumulation method for calculating and accumulating the obtained calculation results as new coarse-grain statistical information,
Storing the coarse-grained statistical information related to the statistical items in a coarse-grained memory, respectively;
A step of temporarily storing the fine-grained statistical information regarding the statistical items sequentially input from the host device in the fine-grained memory, each having a storage capacity smaller than that of the coarse-grained memory and operating at high speed. ,
An update process step of sequentially updating the coarse-grained statistical information stored in the coarse-grained memory with the fine-grained statistical information temporarily accumulated in the fine-grained memory in accordance with the access period of the coarse-grained memory; A statistical information accumulating method comprising:
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