JP2002368786A - パケット転送方法及びパケット転送装置 - Google Patents

パケット転送方法及びパケット転送装置

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JP2002368786A
JP2002368786A JP2001172754A JP2001172754A JP2002368786A JP 2002368786 A JP2002368786 A JP 2002368786A JP 2001172754 A JP2001172754 A JP 2001172754A JP 2001172754 A JP2001172754 A JP 2001172754A JP 2002368786 A JP2002368786 A JP 2002368786A
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優治 木庭
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パケットを処理するリソースが限られたシス
テムLSI上で、リソースを有効活用することで、パケッ
ト処理転送能力、および回路規模・消費電力を削減する
パケット転送方法およびパケット転送装置を提供する。 【解決手段】 Ethernet(登録商標)フレーム内のIPヘ
ッダ受信完了101直後に宛先IPアドレスを元に該当MACア
ドレス検索処理102を開始し、MACアドレス検索の結果、
該当MACアドレスがアドレス解決テーブル内に存在する
場合は、Ethernet(登録商標)フレーム受信完了104を
待ってFCSチェック303を行い、エラーが無ければフレー
ム転送開始105を行い、エラーが有ればフレーム破棄106
を行う。該当MACアドレスがテーブル内に存在しない場
合は、フレーム受信完了104を待ってFCSチェック303を
行い、エラーが無ければアドレス未解決フレーム退避処
理108を、エラーが有る場合はフレーム破棄106を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パケットを転送す
るブリッジやルータに使用するパケット転送方法に関
し、特にロジック回路、メモリやプロセッサを混載した
シリコンチップ上のシステムLSIなどパケット処理のリ
ソースが限られたシステムで、リソースを有効活用し、
パケット転送能力劣化を抑えつつ、消費電力、回路規模
削減に寄与するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のパケット転送方法および転送装置
は、図2(1)、図2(2)および図4に示すような方
法および装置が一般的であった。以下、従来のパケット
転送方法および転送装置の構成について、図2(1)、
図2(2)および図4を参照しながら説明する。
【0003】図4は一般的なパケット転送装置のブロッ
ク図である。パケット受信装置11は、ネットワークから
到着するパケットを受信し、受信したパケットをパケッ
トバッファ12に送る。パケットの受信が完了すると、パ
ケット受信完了信号16がプロセッサ3に送られ、プロセ
ッサ3は受信したパケットのヘッダをパケットバッファ
12から読みこんで処理し、アドレス解決テーブル4を参
照して転送先を決定する。処理が終了後、プロセッサ3
はパケット転送装置15にパケット転送指示信号18を出
し、パケット転送装置15はパケットバッファ12から該当
するパケットを読み出してネットワークに送出する。
【0004】図2(1)に示した方法は、パケット受信
開始200から、パケットヘッダ受信完了201の後、パケッ
ト全体の受信完了を待たずにヘッダ処理202を開始する
カットスルー方式である。ヘッダ処理202が終了後、例
外処理203が不要であればパケット転送開始204し、例外
処理が必要であれば例外処理205を行う。カットスルー
方式の場合、図4のパケット受信装置11は、ヘッダの受
信完了信号7をプロセッサ3に送り、ヘッダ処理を開始
する。
【0005】ヘッダ処理202が完了後、パケット全体の
受信を待たずにパケットの転送を開始するため、パケッ
ト転送時間は短い。しかし、パケットを完全に受信する
前に転送を開始するため、例えばFCSなどのチェックの
結果、エラーを検出しても、エラーを含んだパケットを
転送してしまう。ヘッダ処理202後、例外処理を行う場
合も同様に、エラーを含んだパケットに対して例外処理
205を行ことになり、結果的に、エラーを含んだパケッ
トが伝搬してパケット転送性能劣化を招く場合がある。
【0006】図2(2)に示した方法は、パケット受信
開始200から、パケット受信完了301の後、ヘッダ処理20
2を行うストア・アンド・フォワード方式である。パケ
ット受信完了301後、たとえばFCSチェック303でエラ
ーの有無を確認してから、パケット転送開始204するた
め、エラーの伝搬を抑え、信頼性を向上できる。しか
し、一旦パケット全体を受信後にヘッダ処理202、FCSチ
ェック303、例外処理205を行うため、カットスルー方式
と比較してパケットの転送時間が長くかかってしまう。
【0007】また、パケットをバッファに蓄積する場
合、パケットをバッファに蓄えるのに時間がかかること
で、高負荷なパケット群を次々と受信した場合、ヘッダ
処理202や、例外処理205に許容される時間が圧迫され、
その結果、パケット転送処理が破綻し、最後にはシステ
ムダウンを招く。
【0008】図5は特開平11-261649号公報で提案され
たパケット転送装置の構成を示す図である。パケットを
蓄えるメモリを、ヘッダ処理用のヘッダバッファ29と、
パケット全体を格納したパケットバッファ12とに分け、
あるパケットのヘッダ処理と別のパケットの受信・送信
処理を並列に実行することで、パケットの処理能力向上
を図っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ストア・アンド・フォ
ワード方式では、図2のヘッダ処理202や例外処理205に
充分な時間を確保するためには、クロック周波数を上げ
たり並列処理を行う冗長回路を設けて、ヘッダ処理202
や例外処理205の高速化を行う必要があるが、回路規模
や消費電力の増大につながる。
【0010】また、上記特開平11-261649号公報におい
て提案された装置では、パケットを格納する図4のパケ
ットバッファ12の他に、ヘッダのみを格納するヘッダバ
ッファ29を設け、あるパケットのヘッダ処理と、別のパ
ケットの受信または送信処理を同時に実行できるように
することにより、パケット処理能力の向上を図っている
が、ヘッダ処理専用のバッファであるヘッダバッファ29
を設けることにより、回路規模・消費電力の増大を招く
恐れがあり、シリコンチップ上のシステムLSIとして
の構成には不向きである。
【0011】本発明は、このような問題を解決するもの
で、ヘッダ処理や例外処理手順を工夫することで、パケ
ット全体を格納するバッファと、ヘッダのみを格納する
バッファを別々に設けてパケット送信処理とヘッダ処理
を並列に行うことをせずに、エラーを含んだパケットの
伝搬を防ぎつつ、クロック周波数の高速化、回路規模増
加が伴う並列処理化を不要とし、それにともなう消費電
力量の抑制に寄与するパケット転送方法及びパケット転
送装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のパケット転送方法では、パケットのヘッダ
を受信完了直後にヘッダ解析処理を開始し、ヘッダ解析
処理の結果、例外処理が不要な場合は、パケット受信完
了を待ってパケット転送開始し、例外処理が必要な場合
は、ヘッダ解析処理完了後に例外処理を行う。ヘッダ受
信完了からパケット受信完了までの時間を利用してヘッ
ダ処理や例外処理を実施することで、エラーを含んだパ
ケットの伝搬を招かず、クロック周波数の低減や、並列
処理のための冗長回路を削減しても、高負荷なパケット
群の受信能力向上に寄与することができる。
【0013】また、本発明のパケット転送方法では、Et
hernet(登録商標)フレームでカプセル化されたIPパケ
ットを転送するシステムの場合、IPヘッダ受信後に、IP
ヘッダに含まれるIPアドレスを元に、アドレス解決テー
ブルから該当するMACアドレスを検索した結果、該当す
るMACアドレスがアドレス解決テーブル中に存在した場
合、既にパケットが受信完了していたら転送処理を行
い、パケットがまだ受信完了していなかったら、パケッ
ト受信完了を待って例外処理を開始する。IPアドレスを
元にアドレス解決テーブルから該当するMACアドレスを
検索した結果、該当するMACアドレスがアドレス解決テ
ーブル中に存在しない場合、MACアドレス解決をするた
めの例外処理を行う。IPヘッダ受信完了からパケット受
信完了までの時間を利用してIPアドレスからMACアドレ
ス検索を実施することで、エラーを含んだパケットの伝
搬を招かず、クロック周波数の低減や、並列処理のため
の冗長回路を削減しても、高負荷なIPパケット群の受信
能力向上に寄与することができる。
【0014】また、本発明のパケット転送方法は、Ethe
rnet(登録商標)フレームを転送する、複数のポートを
持つシステムの場合、Ethernet(登録商標)ヘッダ受信
後に、Ethernet(登録商標)ヘッダに含まれるMACアド
レスをもとに、アドレス解決テーブルから該当するポー
ト番号を検索した結果、該当するポート番号がアドレス
解決テーブル中に存在した場合、既にパケットが受信完
了していたら、フレームの転送開始を行い、フレームが
まだ受信完了していなかったら、フレーム受信完了を待
ってフレームの転送開始を行う。MACアドレスを元にア
ドレス解決テーブルから該当するポート番号を検索した
結果、該当するポート番号がアドレス解決テーブル中に
存在しない場合、フレームをブロードキャストするため
の例外処理を行う。Ethernet(登録商標)ヘッダ受信完
了からフレーム受信完了までの時間を利用してMACアド
レスからポート番号検索を実施することで、エラーを含
んだパケットの伝搬を招かず、クロック周波数の低減
や、並列処理のための冗長回路を削減しても、高負荷な
MACレイヤパケット群の受信能力向上に寄与することが
できる。
【0015】また、本発明のパケット転送装置は、前記
パケット転送方法をプロセッサで実施することで、エラ
ーを含んだパケットの伝搬を招かず、クロック周波数の
低減や、並列処理のための冗長回路を削減しても、高負
荷なパケット群の受信能力向上に寄与することができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。
【0017】図1は、本発明のパケット転送方法を説明
するためのフローチャートである。図3は、本発明のパ
ケット転送装置の構成を示した図である。ここではEthe
rnet(登録商標)フレーム(LANとして一般化してい
るEthernet(登録商標)のパケットフォーマット)でカ
プセル化したIPパケットを受信し、送信先IPアドレスを
元に送信先のEthernet(登録商標)MACアドレスを、ア
ドレス解決テーブルから検索後に、Ethernet(登録商
標)フレームを転送することを例にする。なお、MACと
は、媒体アクセス制御(Media Access Control)のこと
で、OSI(開放型システム間相互接続)基本参照モデル
のデータリンク層の構成要素である。以下では、図1に
示したパケット処理手順を示すフローチャートに基づ
き、図3に示したプロセッサ3が処理をするものとして
説明する。
【0018】図1のステップ100においてEthernet(登
録商標)フレーム受信開始後、まずステップ101におい
て、図3のフレーム受信装置1からのヘッダ受信完了信
号6をプロセッサ3が検出して、Ethernet(登録商標)
フレームのペイロード内IPヘッダ部の受信が完了したか
どうかを調べる。
【0019】IPヘッダの受信が完了していれば、直ちに
ヘッダ処理として、IPヘッダ内の送信先IPアドレスを元
に、図3のアドレス解決テーブル4から転送先の該当す
るEthernet(登録商標)MACアドレスを検索する処理で
ある図1のMACアドレス検索102を行う。転送先のIPアド
レスに対応するMACアドレスを検索した結果、アドレス
解決テーブル4に該当MACアドレスが存在すれば、受信
したEthernet(登録商標)フレームの宛先MACアドレス
を、該当MACアドレスに更新する。このとき、例外処理
である図1のステップ103のMACアドレス検索未解決時処
理は行わずステップ104に進む。
【0020】図1のステップ104で、Ethernet(登録商
標)フレーム受信完了を確認後、FCSチェック303を行
い、エラーが無ければEthernet(登録商標)フレームの
転送開始処理105を行い、図3のフレーム転送装置5に
よりフレームが転送される。エラーが検出されれば図1
のフレーム破棄処理106を行う。
【0021】また、転送先のIPアドレスに対応するMAC
アドレスを検索した結果、アドレス解決テーブル4に該
当MACアドレスが存在しなければ、例外処理である図1の
ステップ104のEthernet(登録商標)フレーム受信完了
を確認後、FCSチェック303を行い、エラーが無ければIP
アドレスに対応するMACアドレスが判明するまでEtherne
t(登録商標)フレームを図3のアドレス未解決フレー
ムバッファ9に退避しておく図1のアドレス未解決フレ
ーム退避処理108を行い、エラーが検出されればフレー
ム破棄処理106を行う。
【0022】このように、Ethernet(登録商標)フレー
ム内のIPヘッダ受信後からEthernet(登録商標)フレー
ム受信完了するまでの時間を活用し、あて先IPアドレス
に該当するMACアドレス検索処理102を行うことで、Ethe
rnet(登録商標)フレーム受信完了後からステップ102
とステップ108とステップ303の処理を実行することと比
較して、処理に対する時間制限の拡大を図ることができ
る。その結果、高負荷なEthernet(登録商標)フレーム
群の受信時でも、MACアドレス検索処理102やEthernet
(登録商標)フレーム待避処理108の高速化のためのク
ロック周波数の高速化、並列処理化に伴う回路規模増加
を不要にできる。さらに、それに伴う消費電力量の増加
を抑えることもできる。
【0023】さらに、Ethernet(登録商標)フレーム受
信完了前に、MACアドレス検索処理102を開始すること
で、Ethernet(登録商標)フレーム受信完了直後に、FC
Sチェック303およびEthernet(登録商標)フレーム転送
開始105あるいは、アドレス未解決フレーム待避処理108
に移行できる確率が高くなる。そのため、ストア・アン
ド・フォワード方式の信頼性を維持しつつ、Ethernet
(登録商標)フレーム転送のレイテンシ(latency)を
改善できる。
【0024】なお、以上の例では、処理対象のパケット
が、Ethernet(登録商標)フレームであったが、その他
のパケットでもよく、例外処理をIPアドレスから該当す
るMACアドレスをアドレス解決テーブル4から検索した
結果、アドレス解決テーブル4内に該当するMACアドレ
スが存在しなかった場合の処理としたが、MACアドレス
から、対応するポート番号を検索した結果、アドレス解
決テーブル4内に該当するポート番号が存在しなかった
場合の処理でもよく、その他の例外処理でもよい。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明で
は、パケットヘッダ受信後から、パケット受信完了の確
認処理の間に、ヘッダ処理、例外処理を行うことで、高
負荷なパケット群の受信時でも、クロック周波数の高速
化、回路規模増加が伴う並列処理化を不要とし、それに
伴う消費電力の増加抑制に寄与するこができる。
【0026】さらに、パケット受信完了前にヘッダ処
理、例外処理を開始することで、パケット受信完了直後
に、パケット転送開始あるいは、例外処理に移行できる
確率が高くなるため、ストア・アンド・フォワード方式
の信頼性を維持しつつ、パケット転送のレイテンシ(la
tency)を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるパケット処理手順
を示すフローチャート、
【図2】従来のパケット処理手順を示すフローチャー
ト、
【図3】本発明の実施の形態におけるパケット転送装置
の構成を示す図、
【図4】従来のパケット転送装置の構成を示す図、
【図5】特開平11-261649号公報で提案されたパケット
転送装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 フレーム受信装置 2 フレームバッファ 3 プロセッサ 4 アドレス解決テーブル 5 フレーム転送装置 6 フレーム受信完了信号 7 ヘッダ受信完了信号 8 フレーム転送指示信号 9 アドレス未解決バッファ 11 パケット受信装置 12 パケットバッファ 15 パケット転送装置 16 パケット受信完了信号 18 パケット転送指示信号 29 ヘッダバッファ 100 Ethernet(登録商標)フレーム受信開始 101 IPヘッダ受信完了の判定 102 該当MACアドレスの検索 103 該当MACアドレスがテーブル内に存在するかの判定 104 フレーム受信完了の判定 105 フレーム転送開始 106 フレーム破棄 108 アドレス未解決フレーム退避処理 200 パケット受信開始 201 パケットヘッダ受信完了の判定 202 ヘッダ処理 203 例外処理が必要かどうかの判定 204 パケット転送開始 205 例外処理 301 パケット受信完了の判定 303 FCSチェック 304 エラー有りかどうかの判定 305 パケットの破棄

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パケットを効率よく転送するパケット転
    送方法において、パケットのヘッダを受信完了直後にヘ
    ッダ解析処理を開始し、ヘッダ解析処理の結果、例外処
    理が不要な場合はパケット受信完了を待ってパケット転
    送し、例外処理が必要な場合はヘッダ解析処理完了後に
    例外処理を行い、例外処理終了後既にパケットが受信完
    了していた場合は、パケットのエラーチェック後に例外
    処理を、パケットがまだ受信完了していない場合は受信
    完了を待った後、パケットのエラーチェック後に例外処
    理を行い、ヘッダ受信完了からパケット受信完了までの
    時間を利用して例外処理を行うことを特徴とするパケッ
    ト転送方法。
  2. 【請求項2】 前記ヘッダ解析処理が、IPアドレスから
    MACアドレスを検索する処理であり、前記例外処理が、I
    Pアドレスから、該当するMACアドレスを、アドレス解決
    テーブルから検索した結果、該当するMACアドレスが前
    記アドレス解決テーブル中に存在しない場合の処理であ
    ることを特徴とする請求項1記載のパケット転送方法。
  3. 【請求項3】 前記ヘッダ解析処理が、MACアドレスか
    ら、ポート番号を検索する処理であり、前記例外処理
    が、MACアドレスから、MACアドレスを持つネットワーク
    端末が接続されるポート番号をアドレス解決テーブルか
    ら検索した結果、該当するポート番号が存在しない場合
    の処理であることを特徴とする請求項1記載のパケット
    転送方法。
  4. 【請求項4】 パケットを効率よく転送するパケット転
    送装置において、パケットヘッダ受信完了とパケット受
    信完了を検出しパケットをパケット受信バッファに蓄積
    するパケット受信手段と、パケット転送指示により前記
    パケット受信バッファに蓄積したパケットを転送するパ
    ケット転送手段と、IPアドレスまたはMACアドレス
    入力に対して対応するデータを出力するアドレス解決テ
    ーブルと、前記パケット受信手段からのパケットヘッダ
    受信完了情報とパケット受信完了情報と前記アドレス解
    決テーブルを参照し、その情報をもとに前記パケット受
    信バッファへアクセスしてデータ処理し、前記パケット
    転送手段へパケット転送指示するプロセッサとで構成
    し、請求項1乃至請求項3記のいずれかに記載のパケッ
    ト転送方法を前記プロセッサで実行することを特徴とす
    るパケット転送装置。
JP2001172754A 2001-06-07 2001-06-07 パケット転送方法及びパケット転送装置 Withdrawn JP2002368786A (ja)

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Cited By (4)

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