JP2002094569A - 再構成バッファの作動方法 - Google Patents

再構成バッファの作動方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定長のセルから可変長のパケットを再構成
する。 【解決手段】 パケットバッファの自由プール３００
は、複数のバッファ要素の自由リストとして維持され
る。パケットの最初のセルが到着すると、バッファ要素
３０２がリストの頭部から、そのパケットに割り当てら
れ、パケットデータが割り当てられたバッファ要素にコ
ピーされて、バッファ要素がリストの尾部に移動され
る。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、バッファ管理に関し、
さらに詳細には、再構成バッファの管理に関する。
【０００１】インターネットでは、データは、インター
ネットプロトコル（ＩＰ）として知られる標準プロトコ
ルに従って、複数のルーティング装置により、異質のコ
ンピュータより成る地球規模のネットワーク上を転送さ
れる。ＩＰは、データをパケットとして知られる可変サ
イズ部分に分割して転送するものである。ネットワーク
における全てのトラフィックは、パケットで移送される
データである。
【０００２】非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワーク
において、データは、通常４８バイトのデータを運ぶ一
定長の小さなセルで転送される。ＡＴＭは、通信プロト
コルによるオーバーヘッドを最小限に抑え、かつ大多数
の通信プロトコルをハードウェアで実現することによ
り、高い伝送レートを得ることができる。特に、ＡＴＭ
によるルーティングは、完全にハードウェアで行われ
る。ＡＴＭでは、送り手と伝送先の間に仮想チャンネル
と呼ばれる仮想回路が形成され、仮想チャンネルの形成
及び保守がハードウェアでスイッチング遅延を最小限に
抑えるように実現される。
【０００３】ルータは、入来パケットを受け取り、各パ
ケットを一時的に蓄積した後、パケットをネットワーク
の他の部分へ伝送するための装置である。以下の説明に
おいて、用語「ルーティング装置」は、ルータまたは回
路スイッチの機能を実行する任意の装置を意味する。ル
ーティング装置の１つの関連例は、ＡＴＭ−ＩＰスイッ
チである。
【０００４】毎秒数テラビットのオーダーの非常に大き
い総帯域幅でＩＰトラフィックをルーティングできるル
ーティング装置が緊急に必要とされている。かかるルー
ティング装置は、「テラビットルータ」と呼ばれる。
【０００５】ＩＰパケットをルータ間においてＡＴＭリ
ンクを介して伝送する際、パケットを一定長のＡＴＭセ
ルにセグメント化する必要がある。受信側のルータは、
セルを受信すると、これを元のパケットに再構成しなけ
ればならない。
【０００６】従来の再構成方式は、下記の手順で行われ
る。
【０００７】まず第１に、パケットバッファ（または再
構成バッファ）の自由プールを維持し、次に、所与のパ
ケットの最初のセルの到着と同時に、自由プールからパ
ケットバッファを割り当てる。パケットデータをセルか
らバッファにコピーし、タイマーをスタートさあせる。
タイマーは、システムをセル損から保護する機能を備え
ており、再構成タイマーとして知られている。
【０００８】最後のパケットを除き所与のパケットの各
後続のセルが到着する度に、パケットデータをセルから
バッファへコピーする。新しいデータがコピーされる度
に、再構成タイマーを再びスタートさせる。所与のパケ
ットの最後のセルが到着すると、パケットデータを再び
セルからバッファへコピーし、再構成タイマーを停止さ
せる。新しい完全なパケットを処理し、意図する送信先
へ伝送する。その後、バッファを自由プールに戻す。
【０００９】再構成タイマーの時間が切れると、１また
はそれ以上のセルが失われたかあるいは損傷をうけたと
想定する。この場合、パケットの再構成を放棄し、バッ
ファを自由プールに戻す。
【００１０】しかしながら、ルータは多数の再構成作業
を同時に行う必要があることを知らなければならない。
通常、ルータは、各々がＩＰパケットからのデータを運
ぶ多数のＡＴＭ仮想回路を開いた状態にする。任意１つ
の仮想回路内において、所与のパケットのセルは隣接し
た状態で到着する。しかしながら、異なる仮想回路に到
達する所与のパケットのセルは、互いに差し挟まれた関
係にあり、これは異なるパケットからのセルが差し挟ま
れているということである。各々がそれ自身のタイマー
を必要とする各仮想回路において、再構成を同時に行わ
なければならないということが考えられる。多数の仮想
回路を有する高容量のルータでは、多数のタイマーが必
要である。
【００１１】従って、本発明の目的は、上述の目的を解
消するかあるいは少なくとも軽減することにある。
【００１２】本発明の１つの側面によると、再構成バッ
ファの作動方法であって、ａ）新しいパケットから最初
のフラグメントを受け取り、ｂ）新しいパケットにバッ
ファ場所を割り当て、ｃ）割り当てたバッファ場所をバ
ッファリストの尾部に移動させ、ｄ）後続のフラグメン
トを受け取り、それらを割り当てたバッファ場所に送っ
て、ステップｃ）を繰返し、ｅ）最後のフラグメントを
受け取ると、割り当てたバッファ場所から再構成された
パケットを伝送し、ｆ）フラグメントをさらに受け取ら
ない場合は、割り当てたバッファ場所がバッファリスト
の頂部に到達するようにし、ｇ）割り当てたバッファ場
所がバッファリストの頂部に到達すると、この場所を再
使用するステップより成る再構成バッファの作動方法が
提供される。
【００１３】フラグメントは、ネットワークの制約によ
り別々に伝送されるデータのパケットの一部として定義
される。フラグメントは、セルまたはＩＰフラグメント
と呼んでもよい。
【００１４】本発明の利点は、再構成タイマーがなくて
も、一定長のセルから可変長のパケットを再構成できる
ことにある。
【００１５】本発明の一実施例によると、再構成タイマ
ーがなくても、一定長の非同期転送モード（ＡＴＭ）か
ら可変長のインターネットプロトコル（ＩＰ）パケット
を再構成する方法が提供される。
【００１６】本発明をより良く理解するために、例示の
目的のみで添付図面を参照する。
【００１７】図１は、複数のパケットスイッチまたはル
ータ１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２
が接続されるＡＴＭネットワーク１００を示す。６個の
パケットスイッチまたはルータを示すが、特定の用途に
応じてネットワーク１００には任意多数のかかるスイッ
チまたはルータを接続できることがわかる。
【００１８】各パケットスイッチ１０２、１０４、１０
６、１０８、１１０、１１２は、ネットワーク１００を
介して各パケットスイッチに接続されている。ネットワ
ーク１００をＡＴＭネットワークとして説明するが、イ
ンターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークでもよ
い。
【００１９】各パケットスイッチ１０２、１０４、１０
６、１０８、１１０、１１２は、テラビットルータ（図
示せず）のインターフェイスユニットであると考えるこ
とができる。例えば、リップコア（登録商標）のような
かかるルータは、各々が毎秒２．５、１０及び４０ギガ
ビットのインターフェイス速度をサポートしなければな
らない複数のインターフェイスユニットより成る。従っ
て、パケットの取扱いは、必要とされる高レベルのハー
ドウェア統合を可能にし開発リスクを減少させるため
に、できるだけ簡単にする必要がある。
【００２０】本発明をテラビットルータに関連して説明
するが、本発明は、パケットデータを再構成しなければ
ならないパケットスイッチまたは任意の装置にも同様に
利用可能であることが容易にわかるであろう。パケット
データの再構成が必要な１つの例は、パケットスイッチ
またはテラビットルータへの進入点である。
【００２１】図２は、ネットワーク（図示せず）からセ
ルの形のデータパケットを受信する入力２０２を備えた
テラビットルータ２００を示す。このルータ２００は、
ネットワークから個々のセルを受信するセル受信機能２
０４と、このセル受信機能からのセルを取り纏めて元の
データパケットに再構成する再構成バッファ２０６とを
有する。再構成されたセルは、ルータ２００の出力２０
８から出力される。バッファ２０６を、図３を参照して
さらに詳細に説明する。
【００２２】図３において、バッファ３００は、リスト
上に配列された複数のバッファ要素３０２、３０４、３
０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、３１
８、３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３
０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０より成
る。２０個のバッファ要素を示すが、任意適当な数を特
定の用途に応じて使用できることがわかるであろう。
【００２３】図３において、要素３０２はリストの頂部
にあるため、自由に使用可能であり、要素３４０はパケ
ットからの少なくとも１つのセルを含み、要素３１８は
実質的に再構成されたパケットを含む。これは一例であ
るに過ぎない。要素３１８もリストの中間にあるため自
由に使用可能であることがわかるであろう。さらに、要
素３４０も、もしパケットの再構成が始まったばかりで
あれば自由に使用可能であろう。
【００２４】本発明の実施例において、以下のステップ
がテラビットルータにおいて実行される。
【００２５】まず第１に、パケットバッファの自由プー
ルであるバッファ３００がリンクされたリストとして維
持される。このリンクされたリストを、「自由リスト」
と呼ぶ。
【００２６】所与のパケットの最初のセルが到着する
と、自由リストの頭部から、例えばバッファ要素３０２
が選択され、最初のセルのパケットデータがそのバッフ
ァ要素にコピーされる。その後、そのバッファ要素は、
矢印３４２で示すように、自由リストの尾部へ移動され
る。その後、バッファ要素３４０は、矢印３４４に示す
方向に、リストの尾部から移動する。
【００２７】最後のセルを除く所与のパケットの後続セ
ルが到着する度に、パケットデータは関連のバッファ要
素にコピーされ、そのバッファ要素は自由リストの端部
に移動する。
【００２８】所与のパケットの最後のセルが到着する
と、最後のセルのパケットデータはバッファ要素にコピ
ーされ、パケットが完全に処理されて、図２に示すよう
に出力２０８へ送られる。再構成が行われると、バッフ
ァ要素はリストを、矢印３４４で示す方向に、リストの
頂部に来るまで移動し、プロセスが新しいパケットにつ
いて再スタートする。
【００２９】パケットのセルが失われて完全なパケット
を受信できない場合、他のパケットにバッファが割り当
てられる結果、矢印３４４で示すように、バッファ要素
は最終的に自由リストの頭部に再び現れ、新しいパケッ
トについて再使用される。再構成がうまくいかなかった
場合は、自動的に放棄される。
【００３０】これは、データの各パケットについて繰り
返されるため、ただ１つのバッファ要素がデータの特定
パケットに関するセルを取り纏めるようになり、バッフ
ァ要素がリストの頂部に到達すると実質的な時間切れと
なる。
【００３１】この方式は、コンピュータネットワーク上
の或る特定の所謂「サービスの拒絶」と呼ばれる攻撃に
対する保護を与えるために使用できることがわかるであ
ろう。
【００３２】ＩＰは、パケットサイズに物理的制限のあ
るリンクを含むネットワーク上において大きなパケット
の伝送を可能にするために、パケットの細分化をサポー
トする。従って、大きなパケットを多数の小さなパケッ
トに分割し、それらを最終的な送信先で再構成する。こ
れにより、ネットワークが攻撃に対して脆弱になる。攻
撃を行うエージェントは、各々が大きなパケットに属す
る旨の表示を有するが、後続のフラグメントまたはセル
が伝送されない多数の個別のフラグメントまたはセル
を、その目標に対して、伝送することがある。その目標
（上述した従来型再構成方式を用いる場合）は、再構成
を行う度に資源を確保し、その結果バッファが一杯にな
る。再構成タイマーを用いてこの種の攻撃に対処するの
は困難である。その理由は、もしタイマーの時間が実効
性を発揮するに十分短い場合、細分化された本当のパケ
ットの到着を見届けるほど十分長くないからである。
【００３３】本発明による再構成方式を用いる目標は、
かかる「サービスの拒絶」攻撃の下でバッファが一杯に
なる可能性がより少ない。偽のフラグメントまたはセル
は帯域幅を浪費するが、自由プールに対する最終的な影
響はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＡＴＭネットワークを示す。
【図２】図２は、本発明に従ってデータパケットを再構
成する装置を示す。
【図３】図３は、図２の装置の一部を構成するバッファ
を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 再構成バッファの作動方法であって、 ａ）新しいパケットから最初のフラグメントを受け取
    り、 ｂ）新しいパケットにバッファ場所を割り当て、 ｃ）割り当てたバッファ場所をバッファリストの尾部に
    移動させ、 ｄ）後続のフラグメントを受け取り、それらを割り当て
    たバッファ場所に送って、ステップｃ）を繰返し、 ｅ）最後のフラグメントを受け取ると、割り当てたバッ
    ファ場所から再構成されたパケットを伝送し、 ｆ）フラグメントをさらに受け取らない場合は、割り当
    てたバッファ場所がバッファリストの頂部に到達するよ
    うにし、 ｇ）割り当てたバッファ場所がバッファリストの頂部に
    到達すると、この場所を再使用するステップより成る再
    構成バッファの作動方法。
  2. 【請求項２】 バッファリストにおける割り当てたバッ
    ファ場所の位置を用いて、各パケットからフラグメント
    を受信するためのタイミングをとるステップをさらに含
    む請求項１の方法。
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