JP2000083053A - プログラム内蔵方式パケット処理装置 - Google Patents
プログラム内蔵方式パケット処理装置Info
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Abstract
用いるパケット通信のために、パケットの処理を安全、
かつ高速に行うパケット処理装置を提供する。 【解決手段】パケット処理が過大なリソースを消費しな
いよう監視する機構は、リソース管理部が管理テーブル
に、到着したパケットのID、該パケットが利用するリソ
ース、およびパケットがリソースを利用する期限を書き
込むことでスタートする。パケットのリソース利用期限
は、パケットの先頭が到着した時点をパケット入力部で
監視しておき、その時点からNクロックと設定する。設
定されたリソース利用期限が到来したら、リソース管理
部はパケット処理部に対して、該パケットのリソース利
用禁止を指示する。この指示が行われると該パケットの
処理のためのCPU時間の割当は禁止され、パケットが利
用していたバッファなどは、そのパケットの処理プログ
ラムからはアクセス不能となる。
Description
関し、特にパケット内に該パケットの処理方法を規定し
たパケットを処理するパケット処理装置の構成方法に関
する。
置に到着すると、CPU時間やメモリ等、処理装置が持つ
リソースを該パケットのために確保し、それらを利用し
て該パケットの転送、破棄等の処理を実行する。この処
理が暴走し、パケット処理装置のリソースがあるパケッ
トのため過大に消費されることは防ぐ必要がある。
蔵方式パケットと呼ばれるパケットを用いたパケット転
送方式、すなわち、パケット生成者がパケットの処理方
法を該パケット内で自由に記述することを許す場合には
特に重要となる。
法の記述の誤り、または処理方法を記述した部分に伝送
誤りが発生することにより、パケット処理装置が記述を
正確に処理した場合であっても、処理の暴走等が発生
し、処理装置のリソースが過大に消費される可能性があ
るからである。
and David L. Tennenhouse, ''ANTS: A Toolkit
for Building and Dynamically Deploying Netw
orkProtocols,'' Proceedings of IEEE OPENARCH'9
8, pp. 117-129では、パケットが発信元パケット処理
装置で生成されてから到着パケット処理装置で破棄され
るまで、該パケットがライフサイクルで利用可能な最大
リソース量を記述し、その範囲を越えたら該パケットに
よるリソース利用を禁止する。この制限により、あるパ
ケットが利用するリソース量はネットワーク全体として
は制限される。
than T. Moore, Carl A. Gunter and Scott Ne
ttles, "PLAN: A Packet Language for Active
Networks," International Conference on Functio
nal Programming(ICFP) '98投稿予定論文(98年6月1日
時点でhttp://www.cis.upenn.edu/~switchwareにて公開
済)では、パケットの処理方法を記述する言語仕様に対
して、ループの記述を不可能とする等の制限を組み込む
ことにより、あるパケットの処理が無限に資源を利用し
続けることを防ぐ。
により、処理が暴走したり無意味な処理が行われたりす
ることを防ぐため、これまでIP version 4やATMとい
ったパケット通信では、パケット処理を規定する部分で
あるヘッダ部について、ヘッダ部全体に対する誤り検出
データを設けて伝送誤りの検出や訂正を行っていた。
法では、パケット処理を高速に行おうとする場合、様々
な問題が生じる。
装置で消費されるリソースに着目した場合、高速処理に
適したリソース制限の設定が難しいことである。
フサイクルとして制限する方法では、例えば多数のパケ
ット処理装置を経由することを想定して大量のリソース
利用を許可されたパケットが送信元パケット処理装置付
近のパケット処理装置で暴走した場合、暴走が発生した
パケット処理装置のリソースを大量に消費してしまう。
高速なパケット処理を行う場合、個々のパケットに割り
当て可能な、CPU時間やメモリ量といったリソース量に
は限度があり、これらが不確定だとパケット処理装置の
構築が困難になってしまう。この問題は特に、記述をパ
イプライン的に処理する場合に重大な問題となる。
限を効果的に行うことは可能となる。しかし、言語仕様
が複雑となるため高速な解釈、処理が困難となる。
全体に対して誤り検出データを設けることにより伝送誤
りを検出、訂正する方法では、処理方法を規定する部分
全てが到着しないと処理が開始できないことである。こ
れは、IPやATMといった従来のパケット交換方式のよう
に、ヘッダ部分のみに処理方法が規定されていた場合に
は重大な問題とはならなかった。ヘッダ部のサイズは小
さかったためである。ところが、カプセルを用いた通信
方式のように、処理方法を記述した部分のサイズが大き
くなる場合がある方式では、記述部全てが到着しないと
処理が開始できないのでは、パケットが到着し初めてか
ら処理が行われるまで多大な時間が必要となる。また、
記述全体を格納するために大量のバッファが必要とな
る。
交換を可能とするプログラム内蔵方式パケット処理装置
を提供することである。
内に当該パケットの処理方法が記述されたパケットを当
該記述に基づいて処理するプログラム内蔵方式パケット
処理装置であって、パケットの受信を開始した時点また
は受信が完了した時点から当該パケット処理装置にて定
められた時間が経過したならば、該パケットの処理のた
めに確保していたノード内リソースの利用中止動作を行
うことを特徴とする。
利用されるリソースは、他のリソースの利用が禁止され
た後も保持されることを特徴とする。
ンを持ち、入力されるパケットの境界を識別してパケッ
ト処理部に転送するパケット入力部と、各パケットのリ
ソース利用権を管理するリソース管理部と、各パケット
のリソース利用情報を格納している利用権管理テーブル
と、各パケット内の記述を解釈し、その記述に従ってパ
ケット処理を行うパケット処理部と、1または複数の出
力ラインを持ち、パケット処理部にて処理されたパケッ
トを各出力ラインに出力するパケット出力部から構成さ
れ、パケット内に当該パケットの処理方法が記述された
パケットを当該記述に基づいて処理するプログラム内蔵
方式パケット処理装置であって、リソース管理部は、受
信したパケットの処理が完了すべき時刻を、パケット入
力部がパケットの受信を開始した時点または受信が完了
した時点を用いて定め、定められた時間を利用権管理テ
ーブルに格納し、処理が完了すべき時刻が到来したなら
ば、パケット処理部に対して該パケットの処理を中止さ
せることを特徴とする。
ト間での連携のための情報を管理するパケット間連携機
能部を持ち、処理が完了すべき時刻が到来した場合であ
っても、パケット間連携機能部内に格納された情報に関
しては、消去を行わないことを特徴とする。
の処理方法が記述されたパケットを、当該記述に基づい
て処理するプログラム内蔵方式パケット処理装置であっ
て、パケットの処理方法の記述に関して、記述の一部分
に対して、その部位に対応する誤り検出データの存在の
可否が判別可能なパケットを受信した際に、誤り検出デ
ータが存在すると判別される部位に関しては、誤り検出
データおよび対応する記述が到着したならば他の部位の
到着を待たずに記述の解釈を開始し、誤り検出データが
存在しないと判別される部位に関しては、他の部位の到
着を待たずに記述の解釈を開始することにより、パケッ
ト処理方法の記述すべてが到着する前に記述の解釈を開
始することを特徴とする。
の処理方法が記述されたパケットを、当該記述に基づい
て処理する、伝送誤り判別部と、パケット処理法解釈部
と、特殊誤り計算部とから構成されるプログラム内蔵方
式パケット処理装置であって、パケットの処理方法の記
述に関して、記述の一部分に対して、その部位に対応す
る誤り検出データの存在の可否が判別可能なパケットを
受信した際に、伝送誤り判別部は、誤り検出データが存
在すると判別される部位に関しては、誤り検出データお
よび対応する記述が到着したならば、他の部位の到着を
待たずにパケット処理法解釈部に転送し、誤り検出デー
タが存しないと判別される部位に関しては、他の部位の
到着を待たずにパケット処理法解釈部に転送し、パケッ
ト処理法解釈部は、パケット内に指定された記述に応じ
て必要ならば特殊誤り計算部を利用しつつ、伝送誤り判
別部から送付されたパケットの部位に関しては直ちに解
釈を開始することを特徴とする。
検出データの存在の可否の判別を、少なくとも一部の部
位に対する判別は、パケット内の記述に従って行うこと
を特徴とする。
が到着した時点を元にパケットのリソース利用の可否を
判定するため、パケット処理装置は該パケットが到着し
終わった後、パケット処理装置のリソースを該パケット
用に割り当て続けるべき期間を算出することができる。
従って、必要十分な資源を割り当てた後は次に到着する
パケットの処理に移ることができる。また、必ずしも処
理方法の記述全てが到着しなくても処理を開始すること
が可能となる。このため、パケットをパイプライン的に
処理する、高速なパケット処理装置の構築が容易とな
る。
第4の発明を実施するためのパケット処理装置の構成例
を図1に示す。
複数の入力ラインを持ち、入力されるパケットの境界を
識別してパケット処理部105に転送するパケット入力部1
02、各パケットのリソース利用権を管理するリソース管
理部103, リソース管理部103の中にあり、各パケット
のリソースの利用情報を格納している利用権管理テーブ
ル104, 各パケットに対して、パケット内の記述を解釈
することにより、転送、破棄、IPv4ヘッダでのTTLなど
転送に伴うパケットの一部書き換え等、各種処理を行
い、パケット処理装置101としての出力ポートが複数あ
る場合にはどのポートに出力すべきかを決定するパケッ
ト処理部105, セッション確立など、パケット間での連
携のための情報を管理するパケット間連携機能部106、
および1個または複数個の出力ラインを持ち、パケット
処理部105にて処理されたパケットを必要ならばバッフ
ァリングの上、各出力ラインに出力するパケット出力部
107から構成される。
す情報を格納する。
いる入力バッファ、およびメモリ領域は、パケット処理
部105の中でそのパケット処理のために確保されている
リソースである。
など、パケット間での情報の受け渡しが必要な場合に、
その情報を管理する。受け渡す情報としては、ステート
など、何らかの値や、処理プログラム等がある。この構
成例を図3に示す。本テーブルは、第2,第4の発明を
実施する場合のみ必須である。
図4を参照して説明する。
すると、401においてパケット入力部102がパケットの境
界を識別し、識別したパケットに対してパケットIDを与
える。
パケットの転送などパケット通信を実現するための処理
それ自体と、パケットの処理が過大なリソースを消費し
ないよう監視する処理である。
ケット処理部105において行われる。パケット処理部105
は、パケット内の処理方法の記述、例えばIP version4
のヘッダを処理記述として持つパケットならば、ヘッダ
内のアドレスによる転送先の指示、CRCフィールドによ
るヘッダ部の伝送エラーのチェック、各種オプション処
理、を解釈し、その指示に従って転送先を決定し、誤り
検出データの再計算など行った上で、他のノードへの転
送が必要な場合にはパケット出力部107へと送付する。
セッションの確立など、パケット間の連携が必要な場合
には、パケット間連携機能部内へのデータの書き込み
や、データの参照を行う。次に、403において、パケッ
ト出力部107は送付されたパケットを、出力ラインの空
き状況などを参照しつつ他のノードへと転送する。
いよう監視する機構は、処理401の後、処理404におい
て、リソース管理部103が管理テーブル104に、到着した
パケットのID、該パケットが利用するリソース、および
パケットがリソースを利用する期限を書き込むことでス
タートする。パケットIDは、パケット入力部102が処理4
01で付与した値である。
ット処理部105での処理に必要となるリソース、すなわ
ち、処理のためのCPU等の時間の割当、バッファリング
のためのメモリ、レジスタ、等を指す。パケットのリソ
ース利用期限は、 パケットの先頭が到着した時点をパ
ケット入力部102で監視しておき、その時点からNクロッ
クと設定する、 パケットの先頭が到着した時点をパケ
ット入力部102で監視した上で、下位レイヤからパケッ
トのサイズ情報を得、それらによりパケットの最後尾が
到着する時点を算出し、パケットの最後尾が到着し終わ
ってからNクロック、と設定する、パケットの先頭が到
着した時点から、パケット長のx倍のクロック数が経過
した時点とする等の方法により設定される。
限が到来したら、処理405において、リソース管理部103
はパケット処理部105に対して、該パケットのリソース
利用禁止を指示する。この指示が行われると該パケット
の処理のためのCPU時間の割当は禁止され、パケットが
利用していたバッファなどは、そのパケットの処理プロ
グラムからはアクセス不能となる。従って、既にパケッ
ト出力部107に送付済のパケットを除き、パケットの処
理継続は不可能となる。
機能部内のデータは消去しない。
ためのパケット処理装置の構成例を図5に示す。
部502と、パケット処理法解釈部503と特殊誤り計算部50
4とから構成される。
トの、パケット処理方法の記述に関して伝送誤りを検出
または訂正し、正しいと判定された記述、およびデータ
をパケット処理法解釈部503に送付する。データに関し
ては、伝送誤りのチェックの実行は任意である。
記述に従ってパケットの転送や廃棄、一部書き換え、と
いった処理を行う。
釈部503により起動され、通常とは異なる方式の伝送誤
り計算および訂正方式の計算処理を行う。
説明する。
例を図6に示す。
対象区間に分割され、各区間に必ず誤り検出対象開始指
示およびその長さを指示する部分と誤り検出データ部分
を持つ場合の例である。このパケットがパケット処理装
置501に到着すると、伝送誤り判別部502は、誤り検出対
象開始指示とその長さを指示する部分をパケットから順
次読みとり、指定された長さ分だけの間誤り検出のため
の計算を開始する。伝送誤り判別部502は、指示された
長さに到達するまで順次、処理方式記述またはデータを
読みとり、誤り検出の計算を終了した時点で誤り検出デ
ータをパケットから読みとり、計算結果を比較し、結果
が正しい時、すなわち処理方式記述またはデータの内容
が正しいと判断される時には、その内容をパケット処理
法解釈部503に送る。結果が正しくなかった時には、該
誤り訂正区間がパケットの先頭の処理方式記述であった
場合には、パケットの処理方式が未定であるので該パケ
ット全体を廃棄し、該誤り訂正区間がパケットの先頭以
外の処理方式記述またはデータであった場合には、パケ
ット処理法解釈部503に対して、後続の処理方式記述ま
たはデータが破損していることを通知する。パケット処
理法解釈部503は該通知を受け、そこで実行されている
先行のパケット処理方式記述に対し後続データが破損し
ていることを提示し、パケット処理方式記述に記述され
た破損状況対応部分を呼び出して障害対策を行う。本方
式ではパケットの先頭には必ず処理方式記述が存在する
ため、パケットの先頭にデータが配置されている場合は
考慮しなくて良い。また、図では誤り検出データが必ず
処理方式記述またはデータに後続しているが、誤り検出
データは誤り検出対象開始指示とその長さを指示する部
分の直後に配置することも、伝送誤り判定部502が誤り
検出データを一時的に記憶しておくことにより、同様の
手順により可能である。
パケット内に記述された処理方式を実行開始できること
により遅延を小さくすることができ、また後続データが
破損していた場合の振舞をパケット内の処理方式記述に
より自由に変更できるという利点がある。例えば伝送誤
りが問題を起こさないようなデータに関しては、パケッ
ト内処理方式記述において、伝送誤り判定部502から報
告される誤り検出情報を一切無視することも可能であ
る。
式記述の部分は図6(a)と同様であるが、他の部分には誤
り検出対象区間開始情報などの明示的な情報を持たず、
パケット内処理方式記述部分で誤り検出のための計算を
実行する場合の例である。このパケットがパケット処理
装置501に到着すると、先頭の処理方式記述部に対する
誤り検出は図6(a)の場合と同様に処理されるが、それに
後続する部分の誤り検出は伝送誤り判定部502では行わ
れない。後続する処理方式記述部またはデータ部に関す
る誤り検出は、パケット内に配置された処理方式記述と
して、誤り計算を開始する位置と長さを指定した上で、
特殊誤り計算部504を起動するように記述し、パケット
処理法解釈部503が該記述を受けて特殊誤り計算部504の
起動を行い、該計算結果をパケット処理法解釈部503が
受け取り、処理方式記述に提示し、パケット処理方式記
述に記述された破損状況対応部分を呼び出して障害対策
を行う。
定部502が備える標準的な伝送誤り検出方式とは異なる
伝送誤り検出方式を、パケット内の処理方式記述により
任意に指定することが可能となる特徴を持つ。例えば、
伝送誤りが絶対に許されない情報を伝達するパケットに
対しては、多くの回復用情報を付加した誤り計算および
訂正方式を特殊誤り計算部504に実行させ、通常のパケ
ットに対しては付加情報をそれほど必要としない誤り検
出計算方式を特殊誤り計算部504に実行させることによ
り、パケットごとに最適な伝送誤り検出および訂正方式
を実装することができる。
あるパケットの処理が終了する時点が、該パケットの到
着完了時点で算出可能となることである。このため、バ
ッファやレジスタ等、そのパケット処理のために占有さ
れている資源が遅くともいつまでには解放されるかが計
算でき、次々に到着するパケットの処理を連続的に行う
ことが容易となる。この結果、パケットをパイプライン
的に処理することが容易となる。
も、必ずしもパケット全体が到着しなくても伝送誤りを
チェックし、処理を開始することが可能となるため、パ
ケットのパイプライン的に処理することが容易となるこ
とである。
きバッファ量が低減されることである。パケットが到着
した部分から順次処理されるならば、例えば入力バッフ
ァは、必ずしもパケット全体を保持する必要はない。処
理に必要な部分のみを保持していれば十分である。ま
た、本発明ではあるパケットが到着し終わった後、その
パケットの処理に必要十分なバッファのみを残し、次の
パケットの処理を開始できる。これらの結果として装置
が必要とするバッファ量は低減され、安価に装置を構成
することが可能となる。
ータ例である。
の構成例である。
Claims (7)
- 【請求項1】パケット内に当該パケットの処理方法が記
述されたパケットを当該記述に基づいて処理するプログ
ラム内蔵方式パケット処理装置であって、 パケットの受信を開始した時点または受信が完了した時
点から当該パケット処理装置にて定められた時間が経過
したならば、該パケットの処理のために確保していたノ
ード内リソースの利用中止動作を行うことを特徴とする
プログラム内蔵方式パケット処理装置。 - 【請求項2】パケット間の連携のために利用されるリソ
ースは、他のリソースの利用が禁止された後も保持され
ることを特徴とする請求項1に記載のプログラム内蔵方
式パケット処理装置。 - 【請求項3】一つまたは複数の入力ラインを持ち、入力
されるパケットの境界を識別してパケット処理部に転送
するパケット入力部と、 各パケットのリソース利用権を管理するリソース管理部
と、 各パケットのリソース利用情報を格納している利用権管
理テーブルと、 各パケット内の記述を解釈し、その記述に従ってパケッ
ト処理を行うパケット処理部と、 1または複数の出力ラインを持ち、パケット処理部にて
処理されたパケットを各出力ラインに出力するパケット
出力部から構成され、 パケット内に当該パケットの処理方法が記述されたパケ
ットを当該記述に基づいて処理するプログラム内蔵方式
パケット処理装置であって、 リソース管理部は、受信したパケットの処理が完了すべ
き時刻を、パケット入力部がパケットの受信を開始した
時点または受信が完了した時点を用いて定め、定められ
た時間を利用権管理テーブルに格納し、 処理が完了すべき時刻が到来したならば、パケット処理
部に対して該パケットの処理を中止させることを特徴と
するプログラム内蔵方式パケット処理装置。 - 【請求項4】セッション確立などパケット間での連携の
ための情報を管理するパケット間連携機能部を持ち、 処理が完了すべき時刻が到来した場合であっても、パケ
ット間連携機能部内に格納された情報に関しては、消去
を行わないことを特徴とする請求項3に記載のプログラ
ム内蔵方式パケット処理装置。 - 【請求項5】パケット内に当該パケットの処理方法が記
述されたパケットを、当該記述に基づいて処理するプロ
グラム内蔵方式パケット処理装置であって、 パケットの処理方法の記述に関して、記述の一部分に対
して、その部位に対応する誤り検出データの存在の可否
が判別可能なパケットを受信した際に、 誤り検出データが存在すると判別される部位に関して
は、誤り検出データおよび対応する記述が到着したなら
ば他の部位の到着を待たずに記述の解釈を開始し、 誤り検出データが存在しないと判別される部位に関して
は、他の部位の到着を待たずに記述の解釈を開始するこ
とにより、 パケット処理方法の記述すべてが到着する前に記述の解
釈を開始することを特徴とするプログラム内蔵方式パケ
ット処理装置。 - 【請求項6】パケット内に当該パケットの処理方法が記
述されたパケットを、当該記述に基づいて処理する、伝
送誤り判別部と、パケット処理法解釈部と、特殊誤り計
算部とから構成されるプログラム内蔵方式パケット処理
装置であって、 パケットの処理方法の記述に関して、記述の一部分に対
して、その部位に対応する誤り検出データの存在の可否
が判別可能なパケットを受信した際に、 伝送誤り判別部は、誤り検出データが存在すると判別さ
れる部位に関しては、誤り検出データおよび対応する記
述が到着したならば、他の部位の到着を待たずにパケッ
ト処理法解釈部に転送し、誤り検出データが存しないと
判別される部位に関しては、他の部位の到着を待たずに
パケット処理法解釈部に転送し、パケット処理法解釈部
は、パケット内に指定された記述に応じて必要ならば特
殊誤り計算部を利用しつつ、伝送誤り判別部から送付さ
れたパケットの部位に関しては直ちに解釈を開始するこ
とを特徴とするプログラム内蔵方式パケット処理装置。 - 【請求項7】記述の各部位に対する誤り検出データの存
在の可否の判別を、少なくとも一部の部位に対する判別
は、パケット内の記述に従って行うことを特徴とする請
求項5または6に記載のプログラム内蔵方式パケット処
理装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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