JP2002152268A - マルチレイヤパケット処理装置 - Google Patents

マルチレイヤパケット処理装置

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JP2002152268A JP2001276883A JP2001276883A JP2002152268A JP 2002152268 A JP2002152268 A JP 2002152268A JP 2001276883 A JP2001276883 A JP 2001276883A JP 2001276883 A JP2001276883 A JP 2001276883A JP 2002152268 A JP2002152268 A JP 2002152268A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチレイヤパケットをハードウェア的に高
速処理する。 【解決手段】 空中網インターフェースと、パケット処
理部とを備え、パケット処理部は、空中網インターフェ
ースを介して伝わったパケットの開始部分から一部にタ
グを付け加えて第１パケットに出力し、残り部分を貯蔵
するためのメモリを有するパケット分離プロセッサと、
パケット分離プロセッサから伝わった前記第１パケット
でカプセル化したヘッダのそれぞれに対応する分析を順
次に行い、分析結果をタグに反映して出力するヘッダ分
析プロセッサと、パケット分離プロセッサに貯蔵された
残り部分を要請して出力するパケット組み合わせプロセ
ッサと、パケット組み合わせプロセッサから伝わった完
成パケットのタグから出力経路を把握して出力経路を決
める出力経路決定プロセッサとを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はデータパケット処理
装置に係り、さらに詳しくは受信されたマルチレイヤパ
ケットを高速で処理するためにマルチプロセッサを用い
るマルチレイヤパケット処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ネットワーク上でデータ通信を
行うためには、公知のＯＳＩ参照モデルに基づき上位階
層から下位階層を介してデータを転送し、再び下位階層
から転送されたデータを伝達され、上位階層に伝えるよ
うにする一連の過程が先行されるべきである。この際、
上位階層から下位階層に情報が伝わる時は制御情報を有
するヘッダが追加されるが、これをカプセル化過程と呼
ぶ。
【０００３】また、通信におけるカプセル化は、他の構
造中に一つのデータ構造を含めるものであって、最終目
的地に達するまでデータ構造が隠される。例えば、一つ
のＴＣＰ/ＩＰ形式のデータパケットはセル単位に転送
されるＡＴＭフレーム中にカプセル化しうるが、ＡＴＭ
フレームが送受信される情況の中、カプセル化したパケ
ットはただＡＴＭデータ間のビットストリームと見做さ
れるだけである。
【０００４】ネットワーク環境下の装置の機能のうち一
つは前述したようにカプセル化したデータパケットのヘ
ッダ/トレーラに対する処理(確認、変換、アップデート
など)を行うことであり、高速通信のために早い処理速
度が求められる。言い換えれば、トレーラにはデータの
長さ情報及び巡回冗長検査(Cyclic Redundancy Check:
ＣＲＣ)情報が収録される。
【０００５】図１は従来のパケット処理動作を説明する
ための図であって、データパケットが入力インターフェ
ース１-１を介してメモリ１-３に伝われば、中央理装置
１-４においてメモリ１-３に貯蔵されたパケットのヘッ
ダ情報を読み取って分析すること及び処理した後出力イ
ンターフェース１-２を介して出力する。
【０００６】かかる従来のデータパケット処理方式は、
中央処理装置(ＣＰＵ)でメモリ１-３に貯蔵されたパケ
ットのヘッダに搭載された多種の情報をアクセスして処
理すること及びメモリ１-３に貯蔵する動作を繰り返し
て行うので、パケットの処理速度が多少落ちるようにな
り、よって後続入力されるパケットがメモリで待機状態
になる。
【０００７】つまり、従来の中央集中式パケット処理方
式は、パケットの高速処理において不向きであることが
分かる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した目的
を解決するために案出されたもので、その目的はマルチ
プロセッサを用いて受信されたマルチレイヤパケットを
ハードウェア的に高速処理できるようにしたマルチレイ
ヤパケット処理装置を提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明のマルチレイヤパケット処理装置は、空中
網を介して連結された他ノードとデータパケットを送受
信するための空中網インターフェースと、該空中網イン
ターフェースを介して伝達されたデータパケットのカプ
セル化したヘッダのそれぞれに応じてパイプライン式の
順次的な処理を行う複数のパケット処理部と、を備え
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明を詳述する。図２は本発明の実施の形態に従うマルチ
レイヤパケット処理装置を示すブロック図である。マル
チレイヤパケット処理装置は、空中網の他ノードとデー
タをインターフェースする空中網インターフェース１０
０と、該空中網インターフェース１００を介して入力さ
れたデータパケットのカプセル化したヘッダのそれぞれ
に応じてパイプライン式の順次的な処理がなされるよう
に複数のパケット処理部２００と、内部装置または有線
または無線で連結された私設網のいずれかのノードとデ
ータパケットをインターフェースする内部インターフェ
ース３００とを備えている。
【００１１】複数のパケット処理部２００はパケット分
離プロセッサ２１０と、ヘッダ分析プロセッサ２２２・
２３０と、ルックアッププロセッサ２４０と、パケット
組み合わせプロセッサ２２４と、出力経路決定プロセッ
サ２５０とを備えている。
【００１２】また、ヘッダ分析プロセッサ２２２・２３
０は、ＩＰヘッダ分析プロセッサ２２２と、プロトコル
転送タイプヘッダ分析プロセッサ２３０とを備えてい
る。
【００１３】以上は、各部を機能的に表現した用語で説
明したが、図では本発明の実施の形態を説明するために
ＡＴＭ転送方式に合う用語で表記されているので、以下
には、図に表記された部材番号及び名称を参照して本発
明を説明する。
【００１４】本発明に実施の形態に係るマルチレイヤパ
ケット処理装置は、空中網からインターフェースを介し
てＡＴＭ ＡＡＬ５プロトコルのセル形式でカプセル化
された多様なタイプのパケットを受け入れ、次の表１は
そのようなパケットタイプとパケット形式のリストを示
す。
【００１５】
【表１】
【００１６】特に、前記表１は広帯域移動通信システム
(Universal Mobile Telecommunication System: 以下、
ＵＭＴＳと称する)に適用されるパケット形式を示す。
【００１７】広帯域移動通信システムは、ＩＰアドレス
を有するモバイル機器を介してマルチメディアデータを
送受信できるようにするシステムであって、該当領域内
のモバイル機器を管理するＨＡ(Home Agent)とモバイル
機器の移動による受信経路を再調整するＦＡ(Foreign A
gent)が用いられる。表１はこのような広帯域システム
にも本発明が適用され得ることを示すためのものであ
る。
【００１８】表１に示したようなパケットがＡＴＭ Ａ
ＡＬ５セルにカプセルして転送される際、パケットをハ
ードウェア的に処理するための構造を図２に示してい
る。図２はメインモジュールインターフェース（空中網
インターフェース）１００、ＡＴＭリアセンブリ部（パ
ケット分離プロセッサ）２１０、進入（ingress）ＩＰ
プロセッサ（IPヘッダ分析プロセッサ）２２２、ＧＴＰ
(GPRS Tunnel Protocol)及びＵＤＰ(User DatagramProt
ocol)プロセッサ（プロトコル転送タイプヘッダ分析プ
ロセッサ）２３０、ルックアップ(Look-up)プロセッサ
２４０、進出(egress)ＩＰプロセッサ（パケット組み合
わせプロセッサ）２２４、セグメント部（出力経路決定
プロセッサ）２５０、それからＡＴＭスイッチインター
フェース３００がパイプライン構造で連結された様子を
示している。
【００１９】ＡＴＭリアセンブリ部２１０は、メインモ
ジュールインターフェース１００を介して入力されるＡ
ＴＭセルをパケットに再組合わせし、再組み合わせした
パケットにおいてヘッダが含まれ得るように設定された
サイズの一部にタグを付け加えて第１パケットに出力す
る。
【００２０】進入ＩＰプロセッサ２２２は、リアセンブ
リ部２１０から伝わった第１パケットのＩＰヘッダを分
析し、目的地アドレスがシステムのアドレスと一致する
場合はＩＰヘッダを除いた第２パケットをＧＴＰ及びＵ
ＤＰプロセッサ２３０に出力する。もし、アドレスが一
致していなければ第１パケットをバイパス信号と共に出
力する。
【００２１】ＧＴＰ及びＵＤＰプロセッサ２３０は、バ
イパス信号と共に第１パケットが伝わればいずれの処理
なしで第１パケットをルックアッププロセッサ２４０に
伝達し、第２パケットが伝わった場合はＵＤＰヘッダの
ポート番号をチェックし、ＧＴＰヘッダのメッセージタ
イプ及びＴＥＩＤ(Tunnel end point ID)フィールドを
チェックを通してＧＴＰパケットと判断されれば、有効
インデックス値を探してタグに記録し、タグに有効イン
デックス値が記録された第３パケットをルックアップ_
バイパス信号と共に出力する。この際、ＵＤＰヘッダは
伝達されない。
【００２２】ルックアッププロセッサ２４０は、第３パ
ケットがバイパス信号と共に入力されれば、いずれの処
理なしで信号をバイパスし、第１パケットが伝われば、
伝わったパケットの目的地アドレスがシステムのアドレ
スと一致していないパケットなので、目的地アドレスを
ルーチングして目的地アドレスがアップデートされた第
１パケットを出力する。
【００２３】進出ＩＰプロセッサ２２４は目的地アドレ
スがアップデートされた第１パケットまたはタグに有効
インデックス値を有する第３パケットが伝われば、リア
センブリ部２１０に一時貯蔵されたパケットの残りペイ
ロード部分を要請して目的地アドレスがアップデートさ
れた第１パケットまたはタグに有効インデックス値を有
する第３パケットと共にセグメント部２５０にパケット
を出力する。
【００２４】セグメント部２５０は進出ＩＰプロセッサ
２２４において目的地アドレスがアップデートされた第
１パケットと共に残りペイロード部分が伝われば、適切
なＶＰＩ/ＶＣＩ値を探してＡＴＭセルに分割してメイ
ンモジュールインターフェース１００に出力し、タグに
有効インデックス値を有する第３パケットＰ３と共にペ
イロードの残り部分が伝われば、タグをＡＴＭセルに含
めてＡＴＭスイッチインターフェース３００に出力す
る。
【００２５】ここで、リアセンブリ部２１０はセルメモ
リ２１１を有する。セルメモリ２１１はリアセンブリ部
２１０から分離されたペイロードの残り部分を貯蔵す
る。ＧＴＰ及びＵＤＰプロセッサ２３０はＴＥＩＤルッ
クアップテーブル２３２を有する。ルックアッププロセ
ッサ２４０はＩＰアドレスルックアップテーブル２４２
を有する。セグメント部２５０はインデックステーブル
２５２を有する。このような全体的なパケット処理装置
の構造を図３に示した。
【００２６】図３〜図５に基づきＩＰプロセッサの動作
を説明する。まず、前記リアセンブリ部２１０において
メインモジュールインターフェース１００を介して伝わ
ったＡＴＭセルのうち最初に受信された部分から各ヘッ
ダが除去された４個のセルを寄せ集めた１９２バイトに
タグを付け加えて第１パケットＰ１としてIPプロセッサ
２２０に伝えると(ここで、第１パケットＰ１の構造は
真っ先にタグが付き、その後にＩＰ２０、ＵＤＰ８、Ｇ
ＴＰ１２、そして、ペイロード最初部分が含まれる。括
弧内の数字は各ヘッダのバイト数を示す。)、IPプロセ
ッサ２２０は第１パケットＰ１を受信し(Ｓ１)、ＩＰヘ
ッダ確認を行った後、先にＩＰ目的地アドレスが自身の
アドレスと一致するかを検査する(Ｓ２)。一致していな
い場合はＵＤＰとＧＴＰ処理が要らないので第１パケッ
トＰ１と共にＧＴＰ_バイパス信号をＧＴＰ及びＵＤＰ
プロセッサ２３０に伝達する(Ｓ２-２)。この場合、Ｇ
ＴＰ及びＵＤＰプロセッサ２３０はいずれの処理なしで
第１パケットP１をルックアッププロセッサ２４０にバ
イパスする。一方、IPプロセッサ２２０においてアドレ
スが一致することと判断(Ｓ２)された場合は、ＩＰヘッ
ダが漏落された第２パケットＰ２をＧＴＰ及びＵＤＰプ
ロセッサ２３０に転送する(Ｓ３)。
【００２７】前記で伝わったパケットがモバイルＩＰな
らば、モバイルＩＰプロセッサ２２２-１においてどの
カプセル化タイプであるかを分析し、該当タイプのジカ
プセレーションを行う。外部ＩＰヘッダを剥がし出した
後、カプセル化したＩＰヘッダに対する確認が終われ
ば、次の経路であるＧＴＰ及びＵＤＰプロセッサ２３０
にパケットを転送する(Ｓ３)。この際、ＧＴＰ及びＵＤ
Ｐプロセッサ２３０はモバイルＩＰパケットに対する分
析機能がないのでバイパス信号を共に送る。
【００２８】また、図６及び図７において、ＧＴＰ及び
ＵＤＰプロセッサ２３０はIPプロセッサ２２０から第２
パケットＰ２が受信されれば(Ｓ１１)、まずＵＤＰパケ
ットであるのかを検査する(Ｓ１２)。ＧＧＳＮ(Gateway
GSN)_アウトゴーイングであり、目的地アドレスがシス
テムのアドレスと一致する場合は常にＩＰ/ＵＤＰ/ＧＴ
Ｐの形式を有するべきなので、ＵＤＰでなければエラー
と判断する(Ｓ１２-１)。ＵＤＰパケットと判断されれ
ば、ポート番号をチェックする(Ｓ１３)。そして、再び
ＧＴＰパケットか否かを把握して(Ｓ１４)、ＧＴＰパケ
ットでなければエラーと判断(Ｓ１２-１)する。ＧＴＰ
と判断されれば、ＴＥＩＤテーブル２３２をルックアッ
プ(Ｓ１５)して有効インデックス値を探す。ＧＴＰパケ
ットか否かはＧＴＰヘッダのメッセージタイプとＴＥＩ
Ｄフィールドをチェックしてメッセージタイプが２５５
と判断されば、ＧＴＰパケットと判断する。そしてＴＥ
ＩＤルックアップテーブル２３２で探したインデックス
値を第２パケットP２のタグに記録し(Ｓ１６)、ＵＤＰ
ヘッダを漏落させた第３パケットP３をルックアップ_バ
イパス信号と共にルックアッププロセッサ２４０に出力
(Ｓ１７)する。
【００２９】そうすると、図６に示した通り、ルックア
ッププロセッサ２４０では行うべきことがないので、ル
ックアップ_バイパス信号に応じていずれの処理なしで
第３パケットP３をIPプロセッサ２２０にバイパスす
る。一方、ルックアッププロセッサ２４０は、第１パケ
ットＰ１が伝われば、伝わったパケットの目的地アドレ
スがシステムのアドレスと一致していないパケットなの
で、目的地アドレスをルックアップテーブル(２４２)で
探索して目的地アドレスをアップデートした第１パケッ
トをIPプロセッサ２２０に出力する。
【００３０】ルックアッププロセッサ２４０においてモ
バイルＩＰパケットに対するルックアップは、ＣＩＤＲ
(Classless Inter-Domain Routing)基盤の最長プリフィ
ックス(longest-prefix)マッチルックアップでなく、完
全(exact)マッチの場合のみ結果を出力する完全マッチ
ルックアップを行う。完全マッチが必要な理由は、ＵＭ
ＴＳ網内部に存するモバイルノードはトポロジー(topol
ogy)基盤のプリフィックスを有することではないからで
ある。
【００３１】再び、図５及び図８に基づきIPプロセッサ
２２０の動作を説明する。進出ＩＰVMではルックアップ
プロセッサから第３パケットＰ３が伝われば(Ｓ４)、タ
グの有効インデックス値がセットされているか否かを判
断する。タグの有効インデックス値がセットされていな
ければ、パケットアドレスフィールドを用いてリアセン
ブリ部にパケットの残り部分を要請する(Ｓ５)。その
間、第３パケットＰ３はセグメント部２５０に転送され
(Ｓ６)、要請したペイロードの残り部分が伝われば(Ｓ
６)、連続的にセグメント部２５０に出力する(Ｓ７)。
ここで、ペイロード残り部分の転送が完了されるまで他
のＳＯＰ(Start of Packet)はセグメント部２５０に転
送しないようにする。
【００３２】そうすれば、セグメント部２５０はタグに
有効インデックス値を有する第３パケットと共に残りペ
イロード部分が伝わればタグをＡＴＭセルに含めてＡＴ
Ｍスイッチインターフェース３００に出力する。一方、
目的地アドレスがアップデートされた第１パケットＰ１
と共に残りペイロード部分が伝われば、適切なＶＰＩ/
ＶＣＩ値を探してＡＴＭセルに分割してメインモジュー
ルインターフェース１００に出力する。
【００３３】また、本発明に係るパケット処理装置は、
受信されたパケットがカプセル化したモバイルＩＰパケ
ットならば、元々のＩＰヘッダを復旧する。そして、シ
ステムがパケットが達すべき最終目的地の中間ノードの
場合ならＩＰヘッダをアップデートしなければならな
い。
【００３４】
【発明の効果】以上述べた通り、パイプライン構造のマ
ルチプロセッサがそれぞれ該当する機能を行い、次のプ
ロセッサに処理されたヘッダ部分が除かれ出力されるよ
うにすることで、パケットの処理速度を向上させうるよ
うになる。また、前述したように順次にパケットを処理
する場合、機能モジュールをさらに細分すればするほど
同時に処理できるパケットの数が増えるので一定時間内
にデータ処理量を増やせる。
【００３５】従って、本発明は受信されたマルチレイヤ
パケットに対してパイプライン構造を有するマルチプロ
セッサを用いてハードウェア的に高速処理が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のパケット処理動作を説明するための図
面。
【図２】 ＡＴＭ転送方式に用いられる本発明に係るマ
ルチレイヤパケット処理装置を示したブロック図。
【図３】 図２に付加される装置を共に示したブロック
図。
【図４】 図３のＩＰプロセッサ前処理動作を説明する
ための部分ブロック図。
【図５】 図３のＩＰプロセッサ動作を説明するための
順序図。
【図６】 図３のＧＴＰ及びＵＤＰプロセッサ動作を説
明するための部分ブロック図。
【図７】 図３のＧＴＰ及びＵＤＰプロセッサ動作を説
明するための順序図。
【図８】 図３のＩＰプロセッサ後処理動作を説明する
ための部分ブロック図。
【符号の説明】
１００ 空中網インターフェース ２００ パケット処理部 ２１０ パケット分離プロセッサ ３００ 内部インターフェース

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空中網を介して連結された他ノードとデ
    ータパケットを送受信するための空中網インターフェー
    ス１００と、該空中網インターフェースを介して伝わっ
    たデータパケットのカプセル化したヘッダのそれぞれに
    応じてパイプライン式の順次的な処理がなされる複数の
    パケット処理部２００と、を備えることを特徴とするマ
    ルチレイヤパケット処理装置。
  2. 【請求項２】 前記複数のパケット処理部２００は、前
    記空中網インターフェースを介して伝わったパケットの
    開始部分から一部にタグを付け加えて第１パケットに出
    力し、残り部分を貯蔵するためのメモリを有するパケッ
    ト分離プロセッサ２１０と、 該パケット分離プロセッサから伝わった前記第１パケッ
    トでカプセル化したヘッダのそれぞれに対応する分析を
    順次に行い、分析結果をそれぞれ前記タグに反映して出
    力する複数のヘッダ分析プロセッサ２２２・２３０と、 該複数のヘッダ分析プロセッサを介して分析処理済みパ
    ケットが伝われば前記パケット分離プロセッサに貯蔵さ
    れた残り部分を要請して共に出力するパケット組み合わ
    せプロセッサ２２４と、 該パケット組み合わせプロセッサから伝わった完成パケ
    ットのタグから出力経路を把握して出力経路を決める出
    力経路決定プロセッサ２５０と、を備えることを特徴と
    する請求項１に記載のマルチレイヤパケット処理装置。
  3. 【請求項３】 前記パケット分離プロセッサ２１０は、
    前記インターフェースを介してパケットがＡＴＭセルに
    伝わる場合、パケットに再組合わせすることを特徴とす
    る請求項２に記載のマルチレイヤパケット処理装置。
  4. 【請求項４】 前記出力経路決定プロセッサ２５０は、
    前記パケット組み合わせプロセッサから伝わった完成し
    たパケットをＡＴＭセルに分割して出力することを特徴
    とする請求項３に記載のマルチレイヤパケット処理装
    置。
  5. 【請求項５】 前記複数のヘッダ分析プロセッサ２２２
    ・２３０は、前記第１パケットが伝われば目的地アドレ
    スとシステムのアドレスが一致するか否かを判断して、
    一致する場合はＩＰヘッダが除去された第２パケットを
    出力するＩＰヘッダ分析プロセッサ２２２と、 該ＩＰヘッダ分析プロセッサから前記第２パケットが伝
    わればプロトコル転送タイプヘッダを分析して前記タグ
    に分析内容を反映し、転送プロトコルタイプヘッダが除
    去された第３パケットを出力するプロトコル転送タイプ
    ヘッダ分析プロセッサ２３０と、 前記プロトコル転送タイプヘッダ分析プロセッサから前
    記第１パケットが伝われば目的地アドレスをアップデー
    トして前記パケット組み合わせプロセッサに出力し、前
    記プロトコル転送タイプのヘッダ分析プロセッサから前
    記第３パケットと共にバイパス信号が伝われば、前記第
    ３パケットを処理せず前記パケット組み合わせプロセッ
    サに出力するルックアッププロセッサ２４０と、を備え
    ることを特徴とする請求項２に記載のマルチレイヤパケ
    ット処理装置。
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