JP2002190822A - ネットワーク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パケットに対するフィルタの処理および転送先
の決定を、同時に処理する技術を提供する。 【解決手段】ネットワーク装置（１０１）は、まずイン
タフェース部（１０５）においてネットワークより受信
したパケットを処理部（１０４）へ転送する。処理部
（１０４）では、受け取ったパケットから送信元および
宛先アドレスを抽出する。検索テーブル（１０３）は、
２つのアドレスより、少なくともアドレス情報について
対象のパケットに適合する処理（５０１）の集合を処理
部（１０４）へ返す。処理部（１０４）はアドレス以外
の条件（５０４、５０５）が対象のパケットに適合する
かを判断した上で、もし存在すればすべての条件が適合
し優先度（５０６）がもっとも高い処理（５０７）を実
行する。フィルタの処理の結果このパケットを転送しな
ければならない場合には、検索結果に経路情報（４０
１）が存在すれば、この転送先（４０４）が属するネッ
トワークに接続しているインタフェース部（１０５）へ
パケットを送る。

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機器に
関し、特にマスクつきアドレスをアドレスの範囲指定と
して用いるネットワーク、たとえばインターネット上の
通信において、送信元アドレスと宛先アドレスの双方を
元に処理を行うネットワーク機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ネットワーク機器におけるパケッ
ト転送における転送先の決定は、パケットの送信元アド
レスあるいは宛先アドレスのいずれかのみに基づいてい
る。この決定方法として、宛先アドレスの範囲と転送先
の関係から検索テーブルをつくり、ここから検索する方
法が一般的である。検索方法として有名なものに、ｒａ
ｄｉｘｔｒｅｅがある。これは、マスクつきアドレス群
を、マスクの内包関係に留意しつつ、アドレスのうち差
異のあるビットが存在するごとに、そのビットについて
分岐をつくることにより分岐する２分木の構造から、鍵
であるアドレスと一致するものを検索する方法である。

【０００３】ｒａｄｉｘｔｒｅｅによる転送先の検索
は、１つのアドレスのみに基づくという前提で、最大の
条件分岐の回数をビットを単位とするアドレス長におさ
えることができる効率的な構造である。しかしながら、
この構造を用いている限り、将来のネットワークの応用
範囲の拡大にともない予想される、転送先を２つ以上の
アドレスに基づいて決定したいという需要には応えるこ
とはことは難しい。

【０００４】また、従来のネットワーク機器におけるパ
ケットのフィルタ処理では、送信元および宛先のアドレ
ス情報とその他パケットについての情報の一部につい
て、条件と条件を満たしたパケットに適用する処理を優
先度順に記述し、フィルタの対象となる各パケットにつ
いて、優先度順にパケットがいずれかの条件と一致する
まで条件との一致を評価し、最初に一致した条件に対応
する処理を適用するのが一般的である。

【０００５】従来のパケットフィルタの方法について
は、基本的に存在するすべての条件を調べる手法である
ために、転送先の決定方法と比較して、条件の数が多く
なるに従い処理に時間がかかる。しかしながら、条件と
なりうるアドレスがひとつではないため、もとよりｒａ
ｄｉｘｔｒｅｅの構造および手法を用いることは困難で
あり、かつその利点を十分に生かすことができない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、フィルタにおけ
るパケットに適用する処理の検索については、既存の手
法ではすべての条件について適合するかどうかを検査す
るため、条件の増加に伴いパケットあたり処理時間が増
加し、パケット処理速度が低下するという問題がある。

【０００７】また、転送先をパケットの送信元と宛先の
２つのアドレス共に基づいて決定したいという要求に対
しては、従来の技術で述べたパケット転送先決定の手法
では不可能であり、前述のフィルタで用いる手法では処
理に条件の数に比例した時間がかかる、という問題があ
る。

【０００８】さらに、転送先の検索とフィルタとして適
用する処理の検索は、密接に関連した処理であり、かつ
検索の鍵が類似しているにもかかわらず、転送先につい
ては処理速度を、フィルタについては複雑な条件も記述
できることを重視するという理由により、一般的に異な
る手法により実装されているために、処理を統合するこ
とができないという問題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のネットワーク機
器は、パケットに対するフィルタの処理および転送先の
決定を、検索テーブルからの送信元アドレスと宛先アド
レスの組合わせによる検索として同時に処理することに
より、機能を拡張し性能を向上するものである。

【００１０】具体的には、まず、フィルタの各項目の、
アドレスの範囲についての条件をインデックスとし、そ
の他の条件、条件を満たした場合の処理、および項目の
優先順位を内容とした検索対象からなる検索テーブルを
生成する。転送先については、その転送先を適用するア
ドレスの範囲をインデックスとし、その他の条件は存在
せず、条件を満たした場合の処理を転送先への転送とす
る検索対象として、フィルタの項目と同様に扱う。

【００１１】検索テーブルは、各頂点に最大４つの分岐
があり、各分岐の先に頂点が存在する４分木の構造をと
る。各頂点には、送信元と宛先の２つのマスクつきアド
レスで示す範囲がある。頂点の分岐は、頂点の範囲を表
す２つのマスクつきアドレスのマスクの次のビットの組
合わせに対応している。分岐の先の頂点の範囲は、元の
頂点の範囲に対して、分岐の対応しているビットの組合
わせに応じて限定されている。

【００１２】検索対象を複数の適切な頂点に収めること
により、検索対象の数にかかわらず、一定の処理を最大
でビット列表現でのアドレスの長さの回数繰り返すこと
により、少なくとも送信元アドレスと宛先アドレスにつ
いて条件を満たす検索対象の集合が得られる。検索対象
には優先順位も含まれているので、この順位に従いその
他の条件を調べ、最初に満たした対象の処理を実行する
ことにより、ネットワーク機器について、前記課題を解
決することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。第１図はネットワーク装置のモジュールと
その関係を表す図である。図１は検索テーブルの構造の
例である。

【００１４】第１図において、ネットワーク装置（１０
１）は、制御部（１０２）、検索テーブル（１０３）、
処理部（１０４）と、複数のインタフェース部（１０
５）よりなる。処理部（１０４）と各インタフェース
（１０５）との間は各インタフェースが受信したパケッ
トおよび各インタフェースより送信すべきパケットを交
換するためのデータバスがある。インタフェースはそれ
ぞれ外部のネットワークと接続しており、パケットを送
受信する。検索テーブルは、頂点が図（２０１）の構造
である４分木であり、検索対象（３０１）は、経路情報
（４０１）およびフィルタの処理（５０１）であるもの
とする。

【００１５】第２図に検索テーブルの頂点のデータ構造
を示す。頂点のデータ構造（２０１）は、自身の直接上
の頂点への参照（２０２）、マスクつき送信元アドレス
（２０４）とマスクつき宛先アドレス（２０５）からな
るインデックス（２０３）、この頂点に収まっている検
索対象（３０１）への参照の集合（２０６）、各マスク
つきアドレスのマスクの次のビットの０／１の組合わせ
に基づく分岐である、下の頂点への参照（２０７、２０
８、２０９、２１０）より構成する。

【００１６】第３図に検索対象のデータ構造を示す。検
索対象のデータ構造（３０１）は、マスクつき宛先アド
レス（３０３）とマスクつき送信元アドレス（３０４）
からなるインデックス（３０２）、この検索対象が収ま
っている頂点への参照の集合（３０５）、アドレス以外
の条件や処理を含む検索対象の具体的な記述（３０６）
から構成する。この例では、検索対象は経路情報（４０
１）およびフィルタの処理（５０１）であるものとす
る。

【００１７】第４図に経路情報の例を示す。経路情報
（４０１）は、転送先のネットワーク機器の指定に用い
るアドレス（４０４）、転送先のネットワーク機器と接
続しているネットワーク（４０５）、この転送先を用い
る条件となるマスクつき宛先アドレス（４０２）、マス
クつき送信元アドレス（４０３）から構成する。

【００１８】第５図に、フィルタの条件と処理の記述の
例を示す。条件と処理（５０１）は、処理の適用条件で
あるマスクつき宛先アドレス（５０２）、マスクつき送
信元アドレス（５０３）、上位プロトコルの識別子（５
０４）、およびフローの識別子（５０５）と、条件を満
たすものが複数ある場合の優先度（５０６）、および条
件を満たした場合の処理の記述（５０７）より構成す
る。

【００１９】本発明のネットワーク装置（１０１）は、
まずインタフェース部（１０５）においてネットワーク
より受信したパケットを処理部（１０４）へ転送する。
パケットが処理部（１０４）へ転送されると、処理部
（１０４）では、受け取ったパケットから送信元および
宛先アドレスを抽出し、これを検索テーブル（１０３）
に転送する。検索テーブル（１０３）では、受け取った
２つのアドレスより、少なくともアドレス情報について
対象のパケットに適合する処理の集合を処理部（１０
４）へ返す。処理部（１０４）が検索テーブル（１０
３）より適合する可能性のある処理（５０１）の集合を
受け取ると、アドレス以外の条件（５０４、５０５）が
対象のパケットに適合するかを判断した上で、もし存在
すればすべての条件が適合し優先度（５０６）がもっと
も高い処理（５０７）を実行する。フィルタの処理の結
果このパケットを転送しなければならない場合には、検
索結果に経路情報（４０１）が存在すれば、この転送先
（４０４）が属するネットワークに接続しているインタ
フェース部（１０５）へパケットを送る。インタフェー
ス部（１０５）が処理部（１０４）よりパケットを受け
取ると、このパケットをそのインタフェース部が接続し
ているネットワークへ送信する。

【００２０】フィルタの条件と処理（５０１）および経
路情報（４０１）の追加および削除は、処理部（１０
２）がそれぞれを検索対象（３０１）の形に書き換えた
後に、その検索対象の追加および削除を検索テーブル
（１０３）に命令する。検索テーブルが検索対象の追加
および削除の命令を受け取ると、命令を実行する。検索
テーブルにおいての検索対象の追加および削除の動作に
ついては後で述べる。

【００２１】検索テーブル（１０３）において、送信元
アドレスと宛先アドレスを鍵として、インデックス（３
０２）がこの鍵を条件として満たすすべての検索対象
（３０１）を検索するには、次のようにする。

【００２２】まず、検索テーブルである４分木の根であ
る頂点を選択する（６０１）。ついで、現在選択してい
る頂点に収めてある検索対象のすべて（２０６）を検索
結果に加える（６０２）。つぎに、４つの分岐（２０７
〜２１０）のうち、鍵の各アドレスについて、頂点のイ
ンデックス（２０３）のマスクが１でないもっとも左の
ビットと組合わせが一致する分岐を選択する（６０
３）。選択した分岐の延長に頂点が存在しなければ、検
索を終了する（６０７）。選択した方向に頂点が存在す
るなら、つぎに頂点のインデックス（２０３）と鍵がマ
スク部分について一致することを確認する（６０５）。

【００２３】鍵と一致しない検索を終了する（６０
７）。鍵と一致すれば、この頂点を選択し（６０６）、
（６０２）を適用する。

【００２４】検索を終了した時点（６０７）で、（６０
２）で加えた検索結果の集合が鍵と一致するすべての検
索対象となる。

【００２５】ある宛先および送信元のマスクつきアドレ
スの組合わせをインデックス（３０２）とする検索対象
（３０１）を検索テーブルに追加するには、次のように
する。

【００２６】まず、検索テーブルである４分木の根であ
る頂点を選択する（７０２）。ついで、選択している頂
点の、検索対象（３０１）の（２（７００）から戻って
きた場合には、制限した）インデックス（３０２）と重
なる分岐（２０７〜２１０のいずれか）を選択する（７
０３）。選択する分岐が１つしかなく、分岐の先に頂点
が存在しない場合は、その分岐を選択して、３（７２
０）を適用する（７０７）。選択する分岐が１つしかな
く、分岐の先に頂点が存在する場合は、この分岐を選択
し、４（８００）を適用する（７０６）。選択する分岐
が２つある場合、双方の分岐のいずれの先にも頂点が存
在しないなら、２つの分岐を同時に選択し、３（７２
０）を適用する（７１０）。双方の分岐の先に存在する
頂点が同じであるなら、２つの分岐を同時に選択し、４
（８００）を適用する。２つの分岐の先にある頂点が異
なるか、片方には頂点が存在しない場合には、各分岐に
ついて、それぞれ別個に、頂点が存在すれば４（８０
０）、存在しなければ３（７２０）を適用する（７１
３）。

【００２７】３（７２０）は、選択する分岐の先に頂点
（２０１）が存在しない場合の処理である。まず始め
に、対象のインデックス（３０２）と選択した分岐に対
応する範囲の重なる部分を求め、これを範囲とする頂点
（２０１）を新たに生成する（７２１）。ついで、選択
した分岐の先に生成した頂点を配置する（７２２）。最
後に、生成した頂点について５（８２０）を適用する
（７２３）。

【００２８】４（８００）は、選択する分岐（２０７〜
２１０のいずれか）の先に頂点（２０１）が存在する場
合の処理である。まず始めに、選択している分岐の先に
存在する頂点が、分岐の親である頂点の、選択していな
い分岐（２０７〜２１０の残りすべて）の先にも存在し
ているかどうかを調べる（８０１）。もし存在している
ならば、まず、分岐の先の頂点を、頂点が存在する分岐
それぞれについて、分岐の定義に基づく範囲の分割にし
たがって複写する。ついで、複写した各頂点のインデッ
クス（２０３）を再定義する。最後に、各複写の頂点を
各頂点のインデックスのもととなった分岐の延長に配置
する（８０２）。

【００２９】選択した分岐の先の頂点（２０１）が、分
岐の親である頂点の選択したものと異なる分岐の先に存
在する頂点のいずれとも異なるようになった時点で、ま
ず対象（３０１）のインデックス（３０２）と親である
頂点のインデックス（２０３）を２つのマスクつきアド
レスそれぞれについて２分割したそれぞれ１／４の範囲
の中で選択した分岐が相当するものとの共通部分を求め
る（８０３）。ついでこの共通部分と分岐の先の頂点の
インデックス（２０３）とを比較し、一致した場合、こ
の頂点と対象について、５（８２０）を適用する（８１
３）。対象のインデックスと分岐の示す範囲との共通部
分が頂点のインデックスに含まれる場合、分岐の先の頂
点を選択し、２（７００）を適用する（８１２）。共通
部分が頂点の範囲を含む場合、共通部分に基づいて新た
な頂点を生成し、分岐の先に存在する頂点を、頂点の範
囲に応じて、新たに生成した頂点の適切な分岐の先に配
置する。ついで、分岐の先を、新たに生成した頂点に置
き換える（８１０）。この頂点を選択し、５（８００）
を適用する（８１１）。これまでのいずれにも該当しな
い場合、まず、各アドレスについて、頂点の範囲と共通
部分の両方を含む最小のマスクつきアドレスを求める
（８０７）。ついで、求めたマスクつきアドレスをイン
デックスとする新たな頂点を生成する。次に、選択して
いる分岐上に存在する頂点を新たに生成した頂点の適切
な分岐上に配置する。さらに、選択している分岐上に新
たな頂点を配置する（８０８）。最後に、新たに生成し
た頂点を選択し、２ （７００）を適用する（８０
９）。

【００３０】５（８２０）は、対象を収めるべき頂点を
発見した場合の処理である。まず、頂点と検索対象の相
互参照を生成する（８２１）。ついで、６を適用する
（８２２）。

【００３１】６（８３０）は、頂点（２０１）のインデ
ックス（２０３）の再定義の処理である。まず、頂点の
分岐の先にある頂点のインデックスおよび頂点に収まっ
ている（２０６）検索対象（３０１）のインデックス
（３０２）をすべて含む最小のマスクつきアドレスを求
め、これを頂点のインデックスとする（８３１）。つい
で、インデックスに変更があり、この頂点に親の頂点が
存在する場合、親の頂点を選択し、６（８３０）を適用
する（８３４）。そうでない場合には、処理を終了する
（８３５）。

【００３２】あるマスクつき送信元および宛先アドレス
をインデックスとする検索対象（３０１）を削除するに
は、次のようにする。

【００３３】まず最初に、検索対象が収まっているすべ
ての頂点（３０５）について、それぞれ別個に２（９１
０）を適用する（９０２）。

【００３４】２（９１０）は、頂点と検索対象との関連
を削除する処理である。まず最初に、選択している頂点
から当該の検索対象への参照（２０６）を削除する（９
１１）。

【００３５】次に、検索対象から選択している頂点への
参照（３０５）を削除する（９１２）。ここで、頂点の
参照している検索対象がほかにも存在している場合は５
（１０１０）を適用する。存在しなければ３（９３
０）を適用する。

【００３６】３（９３０）は、検索対象を収めていない
頂点の処理である。まず始めに、選択している頂点の分
岐の先にある頂点の数を数える（９３１）。頂点が存在
しない場合、まず、この頂点の親の頂点から、この頂点
への参照を削除する（９３９）。ついで、選択している
頂点を削除する（９４０）。最後に、親である頂点を選
択し、４（１００１）を適用する（９４１）。頂点が１
つのみ存在する場合、まず始めに、この頂点の上の頂点
の、この頂点に向かっている分岐から、この頂点への参
照を削除する（９３４）。ついで、選択している頂点を
削除する（９３５）。次に、１つのみ存在する頂点を、
親である頂点の適切な分岐の先に配置する（９３６）。
最後に、直接上の頂点を選択し、４（１００１）を選択
する（９３７）。頂点が２つ以上存在する場合、この頂
点について５（１０１０）を適用する。

【００３７】４（１００１）は、頂点に検索対象が収ま
っているかどうかのチェックの処理である。まず、頂点
について、参照している検索対象が存在するかどうかを
調べる（１００２）。存在しているなら、この頂点につ
いて、５ （１０１０）を適用する（１００３）。存 在
しないなら、この頂点について、３ （９３０）を適用
する（１００４）。

【００３８】５（１０１０）は、頂点の範囲の共通部分
の再計算の処理である。まず始めに、選択している頂点
について、頂点から参照のあるすべての頂点および検索
対象より、範囲の共通部分の再計算を行う（１０１
１）。ついで、頂点の範囲の共通部分のいずれかに変更
があり、新たな共通部分が、以前の共通部分を内包して
いる場合、選択している頂点の親の頂点を選択し、６
（１０２０）を適用する（１０１４）。これに該当しな
い場合、処理を終了する（１０１５）。

【００３９】６（１０２０）は、範囲の共通部分のいず
れかが等しい頂点の統合処理である。始めに、選択して
いる頂点の分岐の先の各頂点について、範囲の共通部分
の組を調べる（１０２１）。ここで、分岐の先に存在す
るある２つの頂点について、範囲の共通部分のいずれか
が存在してかつ等しい場合、範囲の共通部分が同じであ
る２つの頂点の、いずれかについて、その頂点とその下
にある頂点のすべてを、各頂点からの検索対象への参照
と共に削除する（１０２３）。ついで、削除した頂点の
存在した分岐の先に、残した方の頂点を配置する（１０
２４）。次に、残った頂点およびその頂点の下にあるす
べての頂点について、頂点の範囲を２つの分岐の範囲の
和に合わせて拡張する（１０２５）。最後に、選択して
いる頂点について４（１００１）を適用する（１０２
６）。共通部分のいずれかが同じである頂点の組合わせ
が存在しない場合、処理を終了する（１０２７）。

【００４０】

【発明の効果】現在、ネットワーク機器におけるパケッ
トフィルタの実装は、処理とその条件（代表的なところ
では、宛先アドレス、転送先アドレス、上位プロトコル
識別子、フロー識別子）を優先度順に記述し、パケット
ごとに優先度順に条件を満たすまで全探索を行う方法が
標準的である。これに対して、本発明の方法を適用する
と、送信元アドレスおよび宛先アドレスについて条件の
一致する処理を検索することにより、全探索をしなけれ
ばならない範囲を限定することができ、さらに残りの範
囲について、アドレス以外の条件についてのみ条件を調
査すればよい。アドレスについての条件に基づいた検索
を用いて範囲を絞り込むことにより、１パケットあたり
フィルタの適用すべき処理の決定に必要な時間の短縮が
期待できる。

【００４１】また、ネットワーク機器でのパケット転送
における次の転送先アドレスおよびインタフェースの決
定は、現在のところ、宛先アドレスのみに基づいてい
る。しかしながら、たとえばQoSの実現にあたり、送信
元アドレスや上位プロトコルにも基づく決定が必要とな
る。本手法を用いることにより、転送先を決定する条件
を、少なくとも宛先アドレスと送信元アドレスの両方へ
拡張することが可能になる。

【００４２】また、転送機能のあるネットワーク機器に
おいて、フィルタの機能も用いている場合、現在のとこ
ろ、パケットの情報に基づく検索を、それぞれ別個に行
っている。本手法を用いると、この２つを合わせて１度
の検索で行うことも可能になる。重複する検索を統合す
ることにより、構造が単純になり、処理速度の向上を期
待できるばかりでなく、先に述べた複雑な条件による転
送先の決定にフィルタの処理を用いるなど、複雑な処理
を単純かつ統一的な構造で行うことができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例における機器構成例を示す図である。

【図２】頂点のデータ構造を示す図である。

【図３】検索対象のデータ構造を示す図である。

【図４】経路情報例を示す図である。

【図５】フィルタの条件と処理の例を示す図である。

【図６】検索手順を示すフローチャートである。

【図７】検索対象追加手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】検索対象追加手順を示すフローチャートであ
る。

【図９】検索対象削除手順を示すフローチャートであ
る。

【図１０】検索対象削除手順を示すフローチャートであ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アドレスの範囲を表現するにあたり表現の
   対象内に存在する代表的なアドレスと先頭より連続する
   ビットマスクを使用するネットワークにおける、順序の
   ある２つのマスクつきアドレスを検索インデックスとす
   る検索対象群からの、同じく順序のある２つのアドレス
   を鍵としたインデックスの各マスクつきアドレスと鍵の
   アドレスの組合わせのそれぞれについて、インデックス
   のマスクつきアドレスが、鍵のマスクつきアドレスと一
   致するか、鍵のマスクつきアドレスを内包するような検
   索対象をすべて挙げる検索において、頂点の範囲を２つ
   のマスクつきアドレスで示し、マスクつきアドレスのマ
   スクされていない先頭の各ビットの組合わせのそれぞれ
   を分岐で示す４分木を検索テーブルに用いることを特徴
   とする検索方式。
2. 【請求項２】前記検索方式において、検索方式の変更な
   く記憶領域を節減するために、検索対象を収めておらず
   ４つの分岐上に頂点が１つも存在しない頂点を削除する
   ことを特徴とする検索方式。
3. 【請求項３】前記検索方式において、検索方式の変更な
   く記憶領域を節減するために、検索対象を収めておらず
   延長上に頂点のある分岐が１つしかない頂点を削除し、
   分岐上にある頂点を削除した頂点と置き換えることを特
   徴とする検索方式。
4. 【請求項４】前記検索方式において、検索方式の変更無
   く記憶領域を節減するために、直接上の頂点を共有する
   ２つの頂点から先の木構造が一致する場合に、重複部分
   を統合することを特徴とする検索方式。
5. 【請求項５】前記検索テーブル管理方式において、前記
   検索方式が適用可能である４分木の構造を保ちつつ検索
   対象を追加できるよう、検索対象の追加にあたり、追加
   する検索対象の検索インデックスを任意の既存の頂点が
   示す範囲の和で表すことができない場合に、追加する検
   索対象のインデックスをまたがる分岐に頂点を挿入する
   ことを特徴とする検索方式。