JP2004153471A - チェックサム算出方法、チェックサム記録方法、およびその方法を利用可能な通信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】データ入力部210を介して送信データが入力されると、チェックサム算出部220は、入力されたデータの先頭からのチェックサムの累積値を算出し、所定長ごとにチェックサム格納部232に保持する。ヘッダ生成部250は、送信サイズ制御部240から次に送信すべきパケットのサイズを取得すると、送信すべきデータの区間を決定し、その区間の直前のデータまでのチェックサム累積値と、その区間の最後のデータまでのチェックサム累積値とを、チェックサム格納部232から読み出して、それらの差を算出し、当該区間のチェックサム値を得る。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はチェックサム生成技術に関し、特にネットワークを介して送受信されるパケットのチェックサムを算出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
インターネットが広く普及し、大量のデータがインターネットを介して送受信されている。現在、インターネットで広く利用されている通信プロトコルとして、TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)およびUDP/IP(User Datagram Protocol / Internet Protocol)がある。TCPおよびUDPでは、データをパケット化して送受信するが、受信したデータの信頼性をチェックするために、それぞれのパケットにはチェックサムが与えられる。チェックサムは、パケットの全データを1の補数加算したものであり、パケットのヘッダ内に格納される。送信側は、パケットの送信に先立って、そのパケットの全データを加算してチェックサムを算出し、ヘッダに格納して送信する。受信側は、パケットを受信すると、そのパケットの全データを加算し、その結果が、ヘッダ内に格納されたチェックサム値と一致するか否かをチェックする。一致していれば、パケットの受信に成功したと判断し、一致していなければ、受信したパケット内のデータに誤りがあると判断して、そのパケットを廃棄する。
【0003】
TCPの場合、1回に送信可能なデータの量は、ネットワークの状況や、受信側のバッファの状況などにより変動し、送信の直前に決定される。そのため、送信側では、一般に、次に送信するパケットのサイズが確定した後に、そのパケットのデータを読み出してチェックサムを算出している。そして、そのチェックサムをパケットのヘッダに格納し、ヘッダ情報を送信した後、再びデータを読み出して送信する。
【0004】
特開2001−268159号公報は、TCPパケットを生成する方法を開示する。この方法では、TCPにより送信すべきデータをいったんTXバッファに貯蔵し、次に送信するパケットのサイズが確定すると、そのサイズのデータをTXバッファから読み出してチェックサムを算出するとともに、そのデータを臨時バッファに格納する。そして、チェックサムを含むヘッダを送信した後、臨時バッファからデータを読み出して送信する。このように、メモリを2つ用意することにより、チェックサム算出のためのTXバッファからのデータ読み出しと、データ送信のための臨時バッファからのデータ読み出しを並行してパイプライン的に行うことができるので、オーバーヘッドを改善することができる。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−268159号公報(図3)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法によっても、次に送信するパケットのサイズが確定してからチェックサムを算出することに変わりはなく、パケット送出までの遅延時間が長いという問題がある。また、物理的に分割された2種類のメモリを用意する必要があるので、ハードウエア規模が大きくなり、コストがかかるという問題がある。
【0007】
本発明は、そうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、データのチェックサムの算出に要する時間を短縮する技術を提供することにある。本発明の別の目的は、高速なチェックサム算出に要するハードウエアの規模を削減する技術を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様はチェックサム算出方法に関する。この方法は、所定のタイミングでデータ長が確定するデータブロックにチェックサムを与えるために、前記タイミングに先立って、前記データブロックを含むデータユニットの所定長ごとに、前記データユニットの先頭からのチェックサムの累積値を算出して記憶装置に保持する。
【0009】
データブロックは、たとえば、TCPにおけるペイロードであってもよい。TCPパケットは送信直前にデータ長が確定するが、予め所定長ごとにチェックサムの累積値を格納しておくことで、データ長が確定したときに、そのデータブロックの前後の累積値を利用して、短時間でパケットのチェックサムを算出することができる。
【0010】
前記データブロックのデータ長が確定したあと、そのデータブロックの前後の前記累積値を前記記憶装置から読み出して、そのデータブロックのチェックサムを算出してもよい。前記データブロックの直前のデータまでのチェックサムの累積値と、前記データブロックの最後のデータまでのチェックサム累積値とを前記記憶装置から読み出し、それらの差を算出して、そのデータブロックのチェックサムとしてもよい。
【0011】
本発明の別の態様も、チェックサム算出方法に関する。この方法は、所定のタイミングでデータ長が確定するデータブロックにチェックサムを与えるために、前記タイミングに先立って、前記データブロックを含むデータユニットを所定長に分割し、その各部分ごとにチェックサム値を算出して記憶装置に保持する。
【0012】
前記データブロックのデータ長は、前記所定長の整数倍になるよう制限されてもよい。
【0013】
本発明のさらに別の態様は、チェックサム記録方法に関する。この方法は、あるデータユニットの複数の箇所について、データユニットの先頭からその箇所までのチェックサム値を算出して保持する。データユニットのサイズが大きい場合であっても、途中の複数の箇所について、チェックサムの途中結果を記録しておくことで、データユニットの先頭に近いデータに誤りがあったときに、データユニット全体のチェックサムを計算するまでもなく、誤りを検出することができる。
【0014】
本発明のさらに別の態様は、通信装置に関する。この通信装置は、データユニットの入力を受け付ける入力部と、前記データユニットの先頭からのチェックサムの累積値を算出する算出部と、前記データユニットの所定長ごとに、前記累積値を保持する保持部と、を備える。
【0015】
前記データユニットを複数のデータブロックに分割し、ネットワークを介して送出する出力部と、次に送出するデータブロックのサイズを制御するサイズ制御部と、次に送出するデータブロックのサイズを取得して、そのデータブロックの前後の前記累積値を前記保持部から読み出し、そのデータブロックのチェックサムを算出する第2算出部と、をさらに備えてもよい。
【0016】
前記保持部は、送出するデータブロックのサイズが予め定まっていない通信方式でデータユニットを送出する場合は、所定長ごとに、そのデータユニットの先頭からのチェックサムの累積値を保持し、送出するデータブロックのサイズが予め定まっている通信方式でデータユニットを送出する場合は、そのデータユニット全体のチェックサムを保持してもよい。送出するデータブロックのサイズが予め定まっていない通信方式は、たとえばTCPであってもよく、送出するデータブロックのサイズが予め定まっている通信方式は、たとえばUDPであってもよい。
【0017】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態に係る通信装置の一例としてのインターネット電話装置100の全体構成を示す。インターネット電話装置100は、インターネット20を介して、他のインターネット電話装置100との間で通話を行うための装置である。インターネット電話装置100は、主に、ソフトウェア処理を実行するための汎用回路であるCPU110、プログラムエリアまたはワークエリアとして利用されるメモリ120、インターネット20を介してパケットを送受信するネットワークインターフェース部130、音声信号を入力するマイク150、音声信号を出力するスピーカ160、音声信号の圧縮符号化処理および復号処理を行うコーデック処理部140、IPによる通信のための各種処理を行うIP処理部170、TCPまたはUDPによる通信のための各種処理を行うTCP/UDP処理部200、およびこれらの構成を電気的に接続するバス102を備える。
【0019】
本実施の形態のインターネット電話装置100では、音声信号などのデータをTCP/IPにより送信するためにTCPパケットを生成するにあたって、送信するデータが入力されたときに、予め所定長ごとにチェックサムの累積値を算出して保持しておく。そして、TCPパケットのサイズが確定したときに、その累積値を利用して、そのパケットのチェックサムを算出する。これにより、従来の、送信サイズが確定してからデータを読み出してチェックサムを算出する方式に比べて、チェックサムの算出に要する時間を大幅に短縮することができる。この点については、図2以降の説明部分で詳述する。
【0020】
まず、インターネット電話装置100がパケットを受信したときの動作の概要について説明する。ネットワークインターフェース部130が受信したパケットは、IP処理部170に送られる。IP処理部170は、パケットが自装置に割り当てられたIPアドレスに宛てられたものであるか否かを判断し、自装置宛てのパケットのみをTCP/UDP処理部200に送る。TCP/UDP処理部200は、ヘッダ情報などからパケットがTCPパケットであるかUDPパケットであるかを判断し、それぞれのパケットに対して必要な処理を実行する。受信したパケットが音声信号であった場合、そのデータはコーデック処理部140に送られる。コーデック処理部140は、圧縮符号化されていた通話音声信号を復号し、スピーカ160に出力する。
【0021】
つづいて、インターネット電話装置100が音声信号を含むデータを送信するときの動作の概要について説明する。マイク150から入力された音声信号は、コーデック処理部140に送られ、符号化される。符号化された信号は、必要であれば、図示しないセキュリティ処理部により暗号化された後、TCP/UDP処理部200に送られパケット化される。生成されたTCPまたはUDPパケットは、ネットワークインターフェース部130を介して、インターネット20に送出される。
【0022】
IP処理部170、TCP/UDP処理部200、およびコーデック処理部140の機能は、ハードウエア的にはCPU110やメモリ120などの構成で実現でき、ソフトウエア的にはプロトコル処理機能またはコーデック処理機能のあるプログラムなどによって実現できるが、本図ではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できる。これらの構成を、専用の回路により実現してもよい。本図では、IP処理部170、TCP/UDP処理部200、およびコーデック処理部140は、それぞれバス102に接続されているが、これらを専用の回路により実現する場合、それぞれの回路を専用バスにより接続してもよい。
【0023】
図2は、図1のTCP/UDP処理部200の内部構成のうち、本実施の形態において特徴的なパケット生成機能を実現するための構成を示す。TCP/UDP処理部200は、CPU110などにより用意された送信データの入力を受け付けるデータ入力部210、送信データのチェックサムの累積値を算出するチェックサム算出部220、送信データを保持するデータ格納部230、送信データの所定長の区間ごとにチェックサムの累積値を保持するチェックサム格納部232、データ格納部230に残っている未送信のデータのサイズを格納するデータサイズ格納部234、TCPパケットの送信サイズを制御する送信サイズ制御部240、TCPおよびUDPパケットのヘッダ情報を生成する、第2算出部の一例としてのヘッダ生成部250、およびTCPおよびUDPパケットを出力するパケット出力部260を含む。
【0024】
まず、TCPパケットが生成される手順について説明する。CPU110などからデータ入力部210を介して入力された送信データは、データ格納部230に格納されるとともに、チェックサム算出部220に送られる。チェックサム算出部220は、入力されたデータの先頭からのチェックサムの累積値を算出し、所定長ごとに、算出された累積値を出力してチェックサム格納部232に保持しておく。チェックサムは、16ビット(1ワード)ごとに一まとめにしたデータを順次加算することにより算出されるが、ここで、加算とは1の補数加算を指し、加算結果が16ビットに収まらずに桁あふれした場合は、加算結果に1を加える。
【0025】
図3は、データ格納部230およびチェックサム格納部232の内部データの例を示す。本図では、288ワードの送信データがデータ格納部230に格納されている。チェックサム格納部232には、64ワードごとにチェックサムの累積値が格納されている。たとえば、送信データの先頭から64ワード目までのチェックサム累積値は16進数で3210であり、先頭から128ワード目までのチェックサム累積値は16進数で5332である。
【0026】
図2に戻り、TCPパケットの生成手順の説明を続ける。送信サイズ制御部240は、受信側のバッファの状況や、パケット消失等のネットワークの状況を考慮して、次に送信すべきTCPパケットのサイズを決定する。このとき、TCPパケットのサイズは、チェックサム累積値を記録した区間の単位長の整数倍に制限される。すなわち、本実施の形態では、TCPパケットのサイズは、64ワードの整数倍に制限される。この理由については後で詳述する。
【0027】
ヘッダ生成部250は、送信サイズ制御部240から、次に送信すべきTCPパケットのサイズを取得すると、そのサイズをもとに送信すべきデータの区間を決定し、その区間の直前の区間の最後のチェックサム累積値と、その区間の最後のチェックサム累積値とを、チェックサム格納部232から読み出す。そして、それらの差を算出し、当該区間のチェックサム値を得る。1の補数演算においては、負数を絶対値のビット反転で表現し、a−b=a+^b(ただし、^bはbのビット反転を表す)として減算を行う。ヘッダ生成部250は、このチェックサム値をヘッダ情報に格納し、その他のヘッダ情報とともに出力する。パケット出力部260は、ヘッダ生成部250から取得したヘッダ情報を出力した後、データ格納部230から送信サイズ分のデータを読み出して出力する。
【0028】
図3の例において、たとえば、最初に送信するTCPパケットのサイズが64ワードであったとすると、そのパケットのチェックサム値は、3210hである。つづいて、144ワードのデータ長のパケットを送信可能であったとする。このとき、送信サイズ制御部240は、チェックサム累積値を記録した区間の単位長の整数倍で、かつ、送信可能なパケットのサイズを超えないサイズを、次に送信するTCPパケットのサイズとする。ここでは、144を超えない最大の64の倍数、すなわち128ワードとなる。次に送信すべきデータ230bおよび230cのチェックサム値は、その区間の最後のチェックサム累積値である7654hから、その区間の直前の区間230aの最後のチェックサム累積値である3210hを減じた値、すなわち4444hとなる。
【0029】
データを送信すると、データサイズ格納部234に保持している未送信データサイズの値から、送信したデータのサイズを減じる。送信サイズ制御部240が決定したTCPパケットのデータサイズが、未送信データのサイズよりも大きい場合は、データサイズ格納部234に保持されたデータサイズがヘッダ生成部250に出力される。このとき、ヘッダ生成部250は、データ全体のチェックサム累積値から、直前に送信したデータ区間の最後のチェックサム累積値を減じて、送信パケットのチェックサム値を得る。
【0030】
このように、予め所定長ごとにチェックサム累積値を算出して保持しておき、その累積値を利用してパケットのチェックサムを算出するので、チェックサムの算出に要する時間を大幅に短縮することができ、パケットサイズが確定してからパケットを送出するまでの遅延時間を削減することができる。これは、通話音声などリアルタイム性が要求されるデータを送受信する際に、とくに有効である。
【0031】
チェックサム累積値を記録する単位区間のサイズは、送信側および受信側の装置の性能や、ネットワークの性能などを考慮して設計すればよい。ネットワーク上の通信がある程度の不確実性を伴うのは不可避であり、また、必要以上に小さいサイズのパケットで通信を行うことは非効率的であるから、送信するパケットのサイズを、たとえば64ワードの整数倍に制限したとしても支障はない。64ワードごとにチェックサム累積値を格納する場合、チェックサム格納部232の容量は、全てのデータについてチェックサム累積値を保持しておく場合に比べて、64分の1ですむ。また、パケットのチェックサムを算出するためにメモリから読み出すデータは、パケットデータの前後のチェックサム累積値に対応する2ワードですむため、データ格納部230とチェックサム格納部232とを物理的に分割された2種類のメモリにより実現する必要はなく、1つにまとめてもよい。すなわち、メモリに対する制約が小さい。
【0032】
上述の方法は、ソフトウエアによっても実現できるが、より高速化を図るためにTCPおよびUDPのための処理を専用のハードウエアにより実現する場合に、本方法を適用すれば、メモリアクセスのオーバーヘッドが改善され、より有効に処理の高速化に寄与することができる。
【0033】
次に、UDPパケットを生成する手順について説明する。CPU110などからデータ入力部210を介して入力されたデータは、データ格納部230に格納されるとともに、チェックサム算出部220に送られる。UDPの場合は、送信するパケットのサイズが予め指定されるので、所定の区間ごとにチェックサム累積値を保持しておく必要はなく、パケット全体のチェックサムを算出してチェックサム格納部232に保持する。ヘッダ生成部250は、次に送信すべきUDPパケットのチェックサム値をチェックサム格納部232から読み出してヘッダ情報に格納し、その他のヘッダ情報とともに出力する。パケット出力部260は、ヘッダ生成部250から取得したヘッダ情報を出力した後、データ格納部230からデータを読み出して出力する。
【0034】
このように、本実施の形態によれば、TCPとUDPのパケット生成処理のための構成を別個に設ける必要はなく、同じ構成により双方のパケットを生成して送信することができる。
【0035】
TCPによりデータを送信する場合であっても、最初に送信すべきパケットのサイズがデータサイズよりも大きい場合には、一度に全てのデータを送信可能であるから、減算によりチェックサム値を算出する必要はなく、データ全体のチェックサム値がパケットのチェックサム値となる。
【0036】
図4は、本実施の形態におけるチェックサム算出方法の手順を示すフローチャートである。CPU110などからデータ入力部210を介して送信データが入力されると(S100)、チェックサム算出部220は、入力されたデータの先頭からのチェックサムの累積値を算出し、所定長ごとに、算出された累積値を出力してチェックサム格納部232に保持する(S102)。ヘッダ生成部250は、送信サイズ制御部240から、次に送信すべきTCPパケットのサイズを取得すると(S104)、そのサイズをもとに送信すべきデータの区間を決定し、その区間の直前のデータまでのチェックサム累積値と、その区間の最後のデータまでのチェックサム累積値とを、チェックサム格納部232から読み出す(S106)。そして、それらの差を算出し、当該区間のチェックサム値を得る(S108)。パケット出力部260は、ヘッダ生成部250から取得したチェックサムを含むヘッダ情報を送信し(S110)、さらにデータ格納部230から送信サイズ分のデータを読み出して送信する(S112)。送信データが残っている場合は(S114のN)、S104に戻り、パケットを生成して送信する手順を繰り返す。全てのデータを送信すると(S114のY)、処理を終了する。
【0037】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を述べる。
【0038】
実施の形態では、インターネット電話装置を例にとって説明したが、本発明の技術は、コンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオ装置など、データを送受信する通信装置全般に利用可能である。また、一連のデータ列について、先頭からのチェックサム累積値を複数箇所に埋め込む技術は、通信に限らず、データを記録する装置全般に利用可能である。
【0039】
TCP/UDP処理部200を実現するための回路およびメモリを、一つの半導体基板上に搭載してもよい。さらに、IP処理部170、コーデック処理部140、CPU110、セキュリティ処理部などの回路を搭載してもよい。これにより、通信装置の小型化、軽量化、高速化を図ることができる。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、データのチェックサムの算出に要する時間を短縮する技術を提供することができる。また、本発明によれば、高速なチェックサム算出に要するハードウエアの規模を削減する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る通信装置の一例としてのインターネット電話装置の全体構成を示す図である。
【図2】図1のTCP/UDP処理部の内部構成を示す図である。
【図3】データ格納部とチェックサム格納部の内部データの例を示す図である。
【図4】第1の実施の形態に係るチェックサム算出方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
100 インターネット電話装置、 200 TCP/UDP処理部、 210 データ入力部、 220 チェックサム算出部、 230 データ格納部、232 チェックサム格納部、 234 データサイズ格納部、 240 送信サイズ制御部、 250 ヘッダ生成部、 260 パケット出力部。
Claims (9)
- 所定のタイミングでデータ長が確定するデータブロックにチェックサムを与えるために、前記タイミングに先立って、前記データブロックを含むデータユニットの所定長ごとに、前記データユニットの先頭からのチェックサムの累積値を算出して記憶装置に保持することを特徴とするチェックサム算出方法。
- 前記データブロックのデータ長が確定したあと、そのデータブロックの前後の前記累積値を前記記憶装置から読み出して、そのデータブロックのチェックサムを算出することを特徴とする請求項1に記載のチェックサム算出方法。
- 前記データブロックの直前のデータまでのチェックサムの累積値と、前記データブロックの最後のデータまでのチェックサム累積値とを前記記憶装置から読み出し、それらの差を算出して、そのデータブロックのチェックサムとすることを特徴とする請求項2に記載のチェックサム算出方法。
- 所定のタイミングでデータ長が確定するデータブロックにチェックサムを与えるために、前記タイミングに先立って、前記データブロックを含むデータユニットを所定長に分割し、その各部分ごとにチェックサム値を算出して記憶装置に保持することを特徴とするチェックサム算出方法。
- 前記データブロックのデータ長は、前記所定長の整数倍になるよう制限されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のチェックサム算出方法。
- あるデータユニットの複数の箇所について、データユニットの先頭からその箇所までのチェックサム値を算出して保持することを特徴とするチェックサム記録方法。
- データユニットの入力を受け付ける入力部と、
前記データユニットの先頭からのチェックサムの累積値を算出する算出部と、
前記データユニットの所定長ごとに、前記累積値を保持する保持部と、
を備えることを特徴とする通信装置。 - 前記データユニットを複数のデータブロックに分割し、ネットワークを介して送出する出力部と、
次に送出するデータブロックのサイズを制御するサイズ制御部と、
次に送出するデータブロックのサイズを取得して、そのデータブロックの前後の前記累積値を前記保持部から読み出し、そのデータブロックのチェックサムを算出する第2算出部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の通信装置。 - 前記保持部は、送出するデータブロックのサイズが予め定まっていない通信方式でデータユニットを送出する場合は、所定長ごとに、そのデータユニットの先頭からのチェックサムの累積値を保持し、送出するデータブロックのサイズが予め定まっている通信方式でデータユニットを送出する場合は、そのデータユニット全体のチェックサムを保持することを特徴とする請求項8に記載の通信装置。
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