JP2005252522A - パケット更新装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パケット更新処理の内容を柔軟に変更可能とし、多様なプロトコルやパケット形式をサポートして、パケット更新処理の高機能化を図る。
【解決手段】 更新情報テーブルＴ３は、プロトコル処理部１２によって得られたパケット更新情報をテーブル管理する。更新処理内容決定テーブルＴ４は、上位から任意に変更設定可能で、更新コードＣ２に対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する。更新処理部１４は、更新コードＣ２をキーに更新処理内容決定テーブルＴ４を検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、パケット識別コードＣ１をキーに更新情報テーブルＴ３を検索して、決定した更新処理内容にもとづきパケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、またはパケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、更新コードＣ２で決定した更新処理内容で直接、更新処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明はパケット更新装置に関し、特にパケットの更新処理を行うパケット更新装置に関する。

ルータは、異なるネットワーク同士を相互に接続し、ノード同士が通信できるようにパケットのやりとりを可能にするネットワーク機器である。ルータにより、ＬＡＮ（Local Area Network）とＬＡＮ、ＬＡＮとインターネットなどが接続し、広域のネットワークが構築される。

ルータは、ネットワーク内を伝送するパケットのネットワークプロトコルを認識し、ヘッダ部を解析して、その宛先情報にもとづいて経路を選択する。従来では、対応するプロトコルを限定した安価なルータ（ダイヤルアップルータ等）が広く用いられていた。

一方、近年になって、情報通信ネットワークのマルチメディア化が進むにつれて、１台の装置で様々なプロトコルやパケット形式に対応可能なルータの需要が多くなってきており（プロトコルとは、例えば、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）やＵＤＰ（User Datagram Protocol）などのことであり、パケット形式とは、Ethernet（登録商標）やＬＬＣ（Logical Link Control）などが該当する）、高機能のマルチプロトコル・ルータの開発が強く望まれている。

このようなルータでは、多種多様なパケットの伝送を行うために、装置内部ではパケットの更新処理の機能が特に重要となる。また、１つのハードウェアによる更新処理エンジン（以下、更新処理部と呼ぶ）だけでは多様なパケットの更新処理を行うことは困難であるので、ソフトウェア処理を行うプロセッサ部を装置内にさらに設けることで、ハード側の更新処理部では実行しきれない更新処理を、プロセッサ部側でも処理できるようにしている。

図１７、図１８はパケットの更新処理例を示す図である。図１７は更新処理部におけるルーティング処理の更新例を示している。パケット２００はＬ２（レイヤ２）ヘッダ、Ｌ３（レイヤ３）ヘッダ、データから構成される。Ｌ２ヘッダは、MAC DA（Media Access Control Destination Address）、MAC SA（MAC Source Address）、Frame Typeから構成され、Ｌ３ヘッダは、Version、ヘッダ長、TOS（Type Of Service）、Total長、識別番号、Flag、フラグメント・オフセット、TTL（Time To Live）、プロトコル番号、Check-Sum、IP DA、IP SA、Optionから構成される。

このような構成を持つパケットに対し、ルーティング時に更新処理として変更が行われるフィールドは、MAC DA、MAC SA、TTL、Check Sumである。更新処理された後のパケットは、所定の回線へスイッチングされた後にネットワーク側へ送信される。

図１８は更新処理部におけるTag削除における更新例を示している。パケット２１０はＬ２ヘッダ、Ｌ３ヘッダ、データから構成される。Ｌ２ヘッダは、MAC DA、MAC SA、Tag識別子、PRI（Primary Rate Interface）、CFI （Canonical Format Identifier）、VLAN ID、Frame Typeから構成される。このような構成を持つパケット２１０に対し、VLANの更新処理としてTag削除が行われるフィールドは、Tag識別子、PRI、CFI、VLAN IDである。更新処理された後のパケット２２０は、所定の回線へスイッチングされた後にネットワーク側へ送信される。

図１９はプロセッサ宛となった際のフィールド情報の付加例を示す図である。更新処理部だけではハードウェアの更新処理を実行できないときに、パケットをプロセッサ宛とし、更新処理部ではフィールド情報を付加する。パケット２３０はＬ２ヘッダ、Ｌ３ヘッダ、データから構成される。

このパケット２３０に対し、プロセッサ宛となったときの更新処理として行う付加には、Ｌ２ヘッダに対してあらたに、IPv4-Flag、IPv6-Flag、受信プロトコル、受信パケット形式、プロセッサコード、プロセッサフラグが付加される。更新処理された後のパケット２４０は、プロセッサ部へ転送され、プロセッサ部で更新処理された後に、所定の回線へスイッチングされてネットワーク側へ送信される。

このように、パケットを構成する各フィールド情報（ヘッダ情報）の変更、削除及びあらたなフィールド情報の追加といった更新処理を行うことで、多様なプロトコルやパケット形式を持つパケットに対してもサポートすることが可能になる。

一方、マルチプロトコルに対応した従来のパケット伝送技術としては、パケットにプロトコル情報を格納する補助フィールドを設け、並列処理プロセッサを用いて、個々のプロトコルに適したプログラムによりパケット処理する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−５７７０３号公報（段落番号〔００１５〕〜〔００２５〕，第１図）

上記で説明したような、ハードウェアによって更新処理の判断・実行を行う更新処理部では、すべてのパケット更新を自身のハードウェアで実行できる場合は図１７、図１８で示したような処理を行うが、すべてのパケット更新を自身で実行しきれない場合には、プロセッサ部側へも更新処理がまわされることになる。このとき、更新処理部では、図１９で上述したようなフィールド情報の付加処理を行って、プロセッサ部側での処理をできるだけ軽減する。

すなわち、パケットの更新処理をプロセッサ部側ですべて実行させるのではなく（図１９のパケット２４０をそのままプロセッサ部へ渡すのではなく）、更新処理部で処理可能な範囲で、ヘッダ部に対してテーブル検索、パケット識別等の処理を行い、その結果得られたフィールド情報をパケット２３０に付加してパケット２４０を生成し、これをプロセッサ部へ送信する。

これにより、プロセッサ部においてフィールド情報を取得するためのテーブル検索、パケット識別といった処理が不要となるので、プロセッサ部では、すでに付加されているフィールド情報をもとに、残りの必要な更新処理を即座に進めることが可能になる。

しかし、従来の更新処理部では、更新処理可能なプロトコルやパケット形式は固定的に決まっているので、新しいプロトコルやパケット形式に対応した、あらたなサポートを追加したい場合、それらのサポートに対応したパケット更新に関するフィールド情報の付加処理を行うことができなかった。

この場合、新しいプロトコルやパケット形式を持つパケットは、更新処理部での前処理（フィールド情報の付加処理）が行われずに、プロセッサ部へ直接渡されるので、プロセッサ部において、更新処理部で行ったテーブル検索、パケット識別等の処理が必要となり、プロセッサ部の処理負荷が増大してしまうといった問題があった。

また、１つのルータ装置内では、通常、単一のプロセッサ部と、回線毎に複数の更新処理部とが設けられるが、あらたなサポートを追加するような場合、新しいプロトコルやパケット形式を持つパケットの更新処理は、すべてプロセッサ部へ集中して向かうことになる。このような状態が生じると、プロセッサ部のソフトウェアによって行われる更新処理の負荷が大幅に増大し、処理性能が著しく劣化することになる。

一方、上記の従来技術（特開２００２−５７７０３号公報）では、マルチプロセッサによる並列処理を行っているが、本来、ハードウェアで高速処理可能な更新処理に対してもソフトウェアですべて処理されるので処理時間がかかり、伝送速度の低下を引き起こし、最適なパケット更新処理を行っているとはいえない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、パケット更新処理の内容を柔軟に変更可能とし、多様なプロトコルやパケット形式をサポートして、パケット更新処理の高機能化を図ったパケット更新装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、パケットの更新処理を行うパケット更新装置１０において、パケットの宛先情報を管理し、かつ上位から更新コードＣ２が設定可能な宛先テーブルＴ１と、パケットのＱｏＳ保証を行うためのフロー情報を管理し、かつ上位から更新コードＣ２が設定可能なフローテーブルＴ２と、受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、かつ受信パケットに対応するパケット識別コードＣ１を生成するパケット識別部１２ａと、宛先テーブルＴ１を検索して、受信パケットの宛先を求める宛先解決部１２ｂと、フローテーブルＴ２を検索して、受信パケットのフローを求めるフロー解決部１２ｃと、パケット識別及びテーブル検索の結果にもとづいて、パケット更新情報を生成し、取得したパケット識別コードＣ１及び更新コードＣ２を出力するパケット更新情報生成部１２ｄと、から構成されるプロトコル処理部１２と、パケット更新情報をテーブル管理する更新情報テーブルＴ３と、上位から任意に変更設定可能で、更新コードＣ２に対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する更新処理内容決定テーブルＴ４と、更新コードＣ２をキーに更新処理内容決定テーブルＴ４を検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、パケット識別コードＣ１をキーに更新情報テーブルＴ３を検索して、決定した更新処理内容にもとづくパケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、またはパケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、更新コードＣ２で決定した更新処理内容で直接、受信パケットの更新処理を行う更新処理部１４と、を有することを特徴とするパケット更新装置１０が提供される。

ここで、宛先テーブルＴ１は、パケットの送信先である宛先情報をテーブル管理する。フローテーブルＴ２は、パケットのＱｏＳ保証を行うためのフローをテーブル管理する。パケット識別部１２ａは、受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、受信パケットに対応するパケット識別コードＣ１を生成する。宛先解決部１２ｂは、宛先検索キーにより、宛先テーブルＴ１を検索して、受信パケットの宛先を求める。フロー解決部１２ｃは、フロー検索キーにより、フローテーブルＴ２を検索して、受信パケットのフローを求める。パケット更新情報生成部１２ｄは、パケット識別及びテーブル検索にもとづいて、パケット更新情報を生成する。更新情報テーブルＴ３は、パケット更新情報をテーブル管理する。更新処理内容決定テーブルＴ４は、更新コードＣ２に対応し、上位から任意に変更設定可能なパケット更新処理内容をテーブル管理する。更新処理部１４は、更新コードＣ２をキーに更新処理内容決定テーブルＴ４を検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、パケット識別コードＣ１をキーに更新情報テーブルＴ３を検索して、決定した更新処理内容にもとづきパケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、またはパケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、更新コードＣ２で決定した更新処理内容で直接、受信パケットの更新処理を行う。

本発明のパケット更新装置は、上位から任意に変更設定可能なパケット更新処理内容をテーブル管理する更新処理内容決定テーブルを有し、プロトコル処理時に取得した更新コードから更新処理内容決定テーブルを検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、決定した更新処理内容にもとづき、更新情報テーブル内のパケット更新情報を読み出し、受信パケットに更新処理を行う。またはパケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、更新コードで決定した更新処理内容で直接、受信パケットに更新処理を行う構成とした。これにより、パケット更新処理の内容を柔軟に変更可能とし、多様なプロトコルやパケット形式をサポートして、パケット更新処理の高機能化を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のパケット更新装置の原理図である。パケット更新装置１０は、宛先テーブルＴ１、フローテーブルＴ２、更新情報テーブルＴ３、更新処理内容決定テーブルＴ４、プロトコル処理部１２、更新処理部１４から構成され、パケットの更新処理を行う装置である。

パケットの更新処理とは、図１７〜図１９で上述したように、受信したパケットのヘッダ部に対して、フィールド情報の値を変更・削除したり、あらたなフィールド情報を付加したりして、ヘッダフィールドの情報をあらたな情報に変換する処理のことを意味する。

宛先テーブルＴ１は、パケットの送信先である宛先情報をテーブル管理する。また、宛先テーブルＴ１には、上位から更新コード（更新処理時に後述の更新処理内容決定テーブルＴ４を検索する際に用いるコード）を設定することが可能である。

フローテーブルＴ２は、パケットのＱｏＳ（Quality of Service）保証を行うためのフロー情報を管理する。また、フローテーブルＴ２に対しても、上位から更新コードを設定することが可能である。

プロトコル処理部１２は、パケット識別部１２ａ、宛先解決部１２ｂ、フロー解決部１２ｃ、パケット更新情報生成部１２ｄから構成される。パケット識別部１２ａは、受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、かつ受信パケットに一意に対応するパケット識別コードＣ１を生成する。

宛先解決部１２ｂは、受信パケットをどこに出力するかを知るために、宛先テーブルＴ１を検索して、受信パケットの宛先情報を求める。また、このとき更新コードが宛先テーブルＴ１に設定されている場合は、宛先情報に対応する更新コードも求める。

フロー解決部１２ｃは、宛先解決後、パケットのＱｏＳ保証に必要なフロー情報を得るために、フローテーブルＴ２を検索して、受信パケットのフロー情報を求める。また、このとき更新コードがフローテーブルＴ２に設定されている場合は、フロー情報に対応する更新コードも求める。

パケット更新情報生成部１２ｄは、これらパケット識別及びテーブル検索の結果にもとづいて、パケット更新情報を生成する。また、パケット識別部１２ａで生成されたパケット識別コードＣ１と、宛先／フロー解決のいずれかの処理で求められた更新コードＣ２とを後段の更新処理部１４へ出力する。

ここで、更新コードには優先順位が付けられており、優先順位の高い方の更新コードをパケット更新情報生成部１２ｄでは選択して更新処理部１４へ出力する。例えば、宛先テーブルＴ１とフローテーブルＴ２の両方に更新コードが設定されたとき、宛先／フロー解決時には宛先解決部１２ｂ、フロー解決部１２ｃのそれぞれで更新コードが取得され、パケット更新情報生成部１２ｄへ２つの更新コードが送信されることになるが、フローテーブルＴ２に設定された更新コードの方が、宛先テーブルＴ１に設定された更新コードよりも優先順位が高いとした場合には、フローテーブルＴ２側の更新コードを選択し、この更新コードＣ２の送信を行うことにする。

更新情報テーブルＴ３は、パケット更新情報生成部１２ｄから送信されたパケット更新情報を受信してテーブル管理する。更新処理内容決定テーブルＴ４は、上位から任意に変更設定可能で、更新コードＣ２に一意に対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する。

更新処理部１４は、更新コードＣ２をキーに更新処理内容決定テーブルＴ４を検索して、受信パケットの更新処理内容を決定する。そして、パケット識別コードＣ１をキーに更新情報テーブルＴ３を検索して、決定した更新処理内容にもとづきパケット更新情報を読み出して、受信パケットのヘッダフィールドに対して更新処理を行う。

また、このとき、パケット更新情報生成部１２ｄで生成されたパケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、更新コードＣ２で決定した更新処理内容で直接、受信パケットのヘッダフィールドに対して更新処理を行う（パケット更新情報で更新処理をできる場合と、できない場合とで更新処理内容決定テーブルＴ４のテーブル構成（更新処理内容）は異なるものとなる。詳細は後述する）。

次に本発明のパケット更新装置１０を有するルータ装置について説明する。図２、図３はルータ装置の構成を示す図である。ルータ装置１００は、ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−ｎ、パケットスイッチ１３０、プロセッサ部１２０から構成される。

ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−ｎは、パケット更新部１０ａとパケット転送部１０ｂから構成される。パケット更新部１０ａは、本発明のパケット更新装置１０に該当し、図１で上述した構成要素の他に、受信Ｉ／Ｆ１１、パケットバッファ１３、送信Ｉ／Ｆ１５を含む。また、パケット転送部１０ｂは、パケットスイッチ１３０から送信されたパケットを受信して、ネットワーク側へ転送するために必要な制御を施し、ネットワーク側へ処理後のパケットを転送する。

パケット更新部１０ａに対し、受信Ｉ／Ｆ１１は、ネットワークから送信されてきたパケットの受信インタフェース制御を行う。制御後は、プロトコル処理部１２及びパケットバッファ１３にパケットを送信する。

プロトコル処理部１２は、受信パケットのプロトコルやパケット形式を識別し、宛先テーブルＴ１、フローテーブルＴ２を検索して、宛先／フロー解決を行い、パケット更新情報を生成し、更新情報テーブルＴ３へ送信する。また、取得したパケット識別コードＣ１及び更新コードＣ２を更新処理部１４へ出力する。

パケットバッファ１３は、プロトコル処理部１２で処理が行われている間、受信パケットを格納しておいて時間調整を行う。パケットバッファ１３からの読み出しは、プロトコル処理部１２にて必要な処理が完了し、更新処理部１４へパケット識別コードＣ１及び更新コードＣ２を送信するタイミングで、更新処理部１４からパケットが読み出されて実行される。

更新処理部１４は、パケット識別コードＣ１及び更新コードＣ２により、更新情報テーブルＴ３、更新処理内容決定テーブルＴ４の検索を行って、検索結果にもとづき、パケットバッファ１３から読み出した受信パケットに対して、更新処理を実行する。送信Ｉ／Ｆ１５は、更新処理されたパケットをパケットスイッチ１３０へ送信する。

プロセッサ部１２０は、ルータ装置１００内の分散処理を可能とするソフトウェア処理部であって、ネットワークプロセッサ（以下、ＮＰ）１２１とＣＰＵ１２２から構成されて、ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−ｎだけでは処理できないパケットの更新処理や、その他の監視制御等の処理を行う。例えば、ＮＰ１２１では、ＩＰパケットに特化したソフトウェア処理を行ったり、ＣＰＵ１２２では、更新処理の他に監視系パケットのソフトウェア処理を行ったりする。

パケットスイッチ１３０は、ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−ｎから送信されてきたパケット、またはプロセッサ部１２０から送信されたパケットのスイッチングを行う。

なお、ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−ｎだけでパケットの更新処理が完了した更新処理後のパケットは、パケットスイッチ１３０でスイッチングされた後に該当のネットワークインタフェース部へ送信される。また、ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−ｎだけでパケットの更新処理が完了しなかったパケット（すなわち、プロセッサ宛のパケット）は、パケットスイッチ１３０を介してプロセッサ部１２０へ送信され、プロセッサ部１２０で更新処理される。そして、更新処理が完了したら、パケットスイッチ１３０へ渡されて、スイッチングされた後に該当のネットワークインタフェース部へ送信される。

次に更新情報テーブルＴ３及び更新処理内容決定テーブルＴ４のテーブル構成について説明する。図４は更新情報テーブルＴ３のテーブル構成例を示す図である。更新情報テーブルＴ３は、プロトコル処理部１２で生成されたパケット更新情報を管理するテーブルである。

更新情報テーブルＴ３には、パケット更新情報として、宛先テーブルＴ１の検索結果である宛先情報３１、フローテーブルＴ２の検索結果であるフロー情報３２、受信パケットから抽出したパケット抽出情報３３、受信パケットの識別結果であるパケット識別情報３４が記載される。

宛先情報３１は、例えば、ＭＰＬＳ(Multi-Protocol Label Switcing)パケットに対応した項目の場合、送信ポートＮｏ．、送信パケット形式、MAC DA、送信VID（VID：VLAN ID）、送信Shimラベル（ＭＰＬＳパケットの４バイトのShimヘッダに埋め込まれるラベル値）からなる。

フロー情報３２は、フローＮｏ．、ＣＰＵフラグ、ＣＰＵコード、ＮＰフラグ、ＮＰコードからなる。フラグ値が１ならその項目に該当し、０なら該当しない。例えば、ＣＰＵフラグ＝１ならば、現在処理しているパケットは、プロセッサ部１２０内のＣＰＵ１２２宛のパケットということである。

パケット抽出情報３３は、Ｌ２ヘッダ情報（ＭＡＣアドレス情報）、Ｌ３ヘッダ情報（ＩＰアドレス情報）、受信ポートＮｏ．からなる。パケット識別情報３４は、IPv4フラグ、IPv6フラグ、VLANフラグ、Shimフラグからなる。フラグ値が１ならその項目に該当し、０なら該当しない。例えば、IPv4フラグ＝１ならば、該当パケットは、ＩＰｖ４パケットということである。

なお、更新処理部１４は、受信パケットに関する、上記に示したパケット更新情報を取得する際には、パケット識別コードＣ１を検索アドレスとして用いて、更新情報テーブルＴ３を検索して取得する。

図５は更新処理内容決定テーブルＴ４のテーブル構成例を示す図である。更新処理内容決定テーブルＴ４は、プロセッサ部１２０から任意に変更設定可能なパケット更新処理内容を管理するテーブルである。このテーブルは、プロセッサ部１２０から読み出し／書き込み可能なメモリで構成される（実際には、更新処理内容決定テーブルＴ４だけでなく、宛先テーブルＴ１及びフローテーブルＴ２もプロセッサ部１２０から読み出し／書き込みが可能である）。図のパケット更新処理内容としては、ここでは、更新変更データ４１、フィールド情報付加フラグ４２が記載されるものとした例を示している。

更新変更データ４１は、送信ポートＮｏ．、送信パケット形式、MAC DA、送信VID、送信Shimラベルからなり、フィールド情報付加フラグ４２は、送信ポートフラグ、MAC DAフラグ、送信パケット形式フラグからなる。フラグ値が０ならば該当のフィールド情報の付加は行わず、フラグ値が１ならば該当のフィールド情報の付加を行うことを示す。なお、更新処理部１４は、受信パケットに関する、これらの更新処理内容を取得する際は、更新コードＣ２を検索アドレスとして用いて、更新処理内容決定テーブルＴ４を検索する。

ここで、図５に示す更新処理内容決定テーブルＴ４の構成で実行されるパケット更新処理を示すと、例えば、受信パケットがＭＰＬＳパケットであって、プロセッサ部１２０宛でなく、Shimラベル値等の変更を行う更新処理を施す場合には、プロセッサ部１２０は、更新変更データ４１に変更したい値を書き込んでおき（更新情報テーブルＴ３の宛先情報３１のデータと同じデータを書き込んでおくことになる）、フィールド情報付加フラグ４２の送信ポートフラグ、MAC DAフラグ、送信パケット形式フラグのフラグ値は０とする。

すると、受信ＭＰＬＳパケットのヘッダ部が有している送信ポートＮｏ．、送信パケット形式、MAC DA、送信VID、送信Shimラベルの各フィールド情報は、更新処理部１４によって、更新変更データ４１に記されている値にそれぞれ変更される。なお、フィールド情報付加フラグ４２のフラグ値が１となったときの更新処理例については図１５、図１６で後述する。

図６は更新処理内容決定テーブルの他のテーブル構成例を示す図である。更新処理内容決定テーブルＴ４−１は、更新情報テーブルＴ３記載のパケット更新情報で更新処理を実行できない場合に使用されるテーブルである。更新処理内容決定テーブルＴ４−１は、更新データの値と、更新データをパケットに付加する際の位置情報とを持ち、位置情報は更新開始位置、更新量、更新フラグから構成される。

例えば、更新開始位置＝１１２ビット、更新量＝３２ビット、更新フラグとして付加フラグが１（更新データを付加する場合にはフラグ値が１）、更新データ＝６７８９Ａとすると、図に示すように、パケットヘッダの先頭から１１２ビットの位置に３２ビット分のデータ値６７８９Ａの更新データが付加されることになる。なお、更新処理内容決定テーブルＴ４−１の具体的な使用例については図１５、図１６で後述する。

次に具体的な例を用いて本発明のパケット更新処理の動作について詳しく説明する。図７は本発明のルータ装置が適用されるネットワーク構成を示す図である。ネットワーク１は、端末１０１、ルータ装置１００−１〜１００−５、サーバ１０２から構成される。端末１０１は、ルータ装置１００−１と接続し、ルータ装置１００−１は、ルータ装置１００−２〜１００−４と接続し、ルータ装置１００−５はルータ装置１００−２〜１００−４とサーバ１０２と接続する。端末１０１のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスを、MAC Address=08.40.30.20.10.00、IP Address=192.168.1.10とする。また、サーバ１０２のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスを、MAC Address=01.00.10.20.30.40、IP Address=140.150.30.100とする。このようなネットワーク環境において、端末１０１からサーバ１０２へパケット伝送を行う場合のルータ装置１００−１の動作について以降説明する。

図８はルータ装置１００−１の構成を示す図である。ルータ装置１００−１は、図２、図３で上述したように、ネットワークインタフェース部１１０−１〜１１０−４と、ＮＰ１２１とＣＰＵ１２２を含むプロセッサ部１２０と、パケットスイッチ１３０とから構成される。ネットワークインタフェース部１１０−１は、端末１０１と接続し、ネットワークインタフェース部１１０−２〜１１０−４はそれぞれ、ルータ装置１００−２から１００−４と接続する。以下、端末１０１と接続するネットワークインタフェース部１１０−１の動作を中心に説明する。

図９はパケット識別部１２ａの動作を示す図である。ルータ装置１００−１のネットワークインタフェース部１１０−１内のパケット識別部１２ａは、図２で示した受信Ｉ／Ｆ１１から送信されたパケットＰ１を受信する。パケットＰ１のヘッダはＬ２ヘッダ、Ｌ３ヘッダの各フィールドで構成される。

パケット識別部１２ａは、パケットＰ１からパケット抽出情報、パケット識別情報を取得する。また、パケットＰ１に一意に対応するパケット識別コードを生成する（ここでは、パケット識別コード＝１００とする）。

パケット抽出情報には、Ｌ２ヘッダ情報、Ｌ３ヘッダ情報、受信ポートＮｏ．があり、Ｌ２ヘッダ情報としては、MAC DA=01.00.10.20.30.40（サーバ１０２のＭＡＣアドレス）、MAC SA=08.40.30.20.10.00（端末１０１のＭＡＣアドレス）、Frame Type（受信パケット形式）=0x0800(IPv4)を取得し、Ｌ３ヘッダ情報としては、Version=4、IP DA=140.150.30.100（サーバ１０２のＩＰアドレス）、IP SA=192.168.1.10（端末１０１のＩＰアドレス）、Protocol No.（受信プロトコルＮｏ．）=06(TCP)を取得し、受信ポートＮｏ．＝１を取得する。

また、パケット識別情報として、ＩＰｖ４フラグ、ＩＰｖ６フラグ、ＶＬＡＮフラグ、Ｓｈｉｍフラグがあり、ここでのフラグ値は、ＩＰｖ４フラグ＝１で、その他のフラグ値は０である（パケットＰ１はＩＰｖ４パケットであることを示している）。

図１０は宛先解決部１２ｂの動作を示す図である。宛先解決部１２ｂは、パケット識別部１２ａで取得されたパケット抽出情報の中のＬ３ヘッダ情報と受信ポートＮｏ．を宛先検索キーとしてパケットＰ１の宛先を求める。

宛先解決部１２ｂは、IP Version、IP DA、Protocol、Rx Port（受信ポートＮｏ．）の項目からなるＣＡＭ（Content Addressable Memory）を有し、ここではＣＡＭの中で、図９で示したIP Version=4、IP DA=140.150.30.100、Protocol=06、Rx Port=1となる行を見つけ、例えば、そのときの行番号を宛先テーブルＴ１の検索アドレスとする。

宛先テーブルＴ１は、Tx Port（送信ポートＮｏ．）、Tx形式（送信パケット形式）、MAC DAの項目からなり、宛先解決部１２ｂは、ＣＡＭから求めた検索アドレスで宛先テーブルＴ１を検索する。

ここでのテーブル検索結果は、送信ポートＮｏ．＝２、送信パケット形式＝０８００（ＩＰｖ４）、MAC DA=01.00.10.20.30.40（サーバ１０２のＭＡＣアドレス）となっている。

図１１はフロー解決部１２ｃの動作を示す図である。フロー解決部１２ｃは、宛先解決部１２ｂで求めた宛先テーブル検索結果と、パケット識別部１２ａで取得されたパケット抽出情報の中のＬ３ヘッダ情報及び受信ポートＮｏ．をフロー検索キーとしてパケットＰ１のフローを求める。

フロー解決部１２ｃでも図１０の検索方法と同様に、ＣＡＭ（図示せず）を用いてフロー検索キーから検索アドレスを求め、フローテーブルＴ２を検索する。ここでのテーブル検索結果は、Flow No.=0010、CPU Flag:1、CPU Code=02、NP Flag:0、NP Code=0、更新コード＝２０となっている。ＣＰＵフラグが１であるので、受信パケットＰ１はプロセッサ部１２０宛のパケットとなる。なお、ここの例では、更新コードはフローテーブルＴ２のみに設定され、この更新コードを用いて、更新処理を行うものとする。

次にパケット更新情報生成部１２ｄと更新情報テーブルＴ３について説明する。パケット更新情報生成部１２ｄは、図９〜図１１で上述した各構成部で取得された情報を受信して、パケット更新情報を生成して更新情報テーブルＴ３へ送信する。また、パケット識別コード＝１００と更新コード＝２０を更新処理部１４へ送信する。

図１２は更新情報テーブルＴ３で管理されるパケット更新情報を示す図である。ここではパケット識別コード＝１００であるので、テーブルアドレス＝１００の欄に、パケットＰ１に関するパケット更新情報が記載されることになる。記載されている内容は上述したので説明は省略する。

次に更新処理部１４と更新処理内容決定テーブルＴ４について説明する。更新処理部１４は、フロー解決部１２ｃから送信された更新コード＝２０で、更新処理内容決定テーブルＴ４の更新処理内容を検索する。

図１３は更新処理内容決定テーブルＴ４に記される更新処理内容を示す図である。更新処理内容決定テーブルＴ４に設定される更新処理内容は、プロセッサ部１２０から任意に書き込み可能である。ここでは更新処理内容決定テーブルＴ４の項目として、更新変更データとフィールド情報付加フラグが設定されている例を示している。

図の場合、更新変更データには有効値は設定されずに、フィールド情報付加フラグの送信ポートフラグ、MAC DAフラグ、送信パケット形式フラグがすべて１と設定されている。
このように、フィールド情報付加フラグが１となっている場合は、パケット更新処理として、受信パケットに対して、フラグ値１に対応するフィールド情報の付加が施されることになる。したがって、更新処理部１４が実行するここでのパケット更新処理は、プロセッサ宛のパケットＰ１のヘッダに対して、あらたに送信ポートＮｏ．、MAC DA、送信パケット形式のフィールド情報の付加を行うことになる。

さらに本発明では、フロー解決処理時に、パケットの送信先がプロセッサ宛と認識された場合には、更新処理部１４では、プロセッサ宛パケットに対して、あらかじめ決めておいたフィールド情報のフィールド付加処理を行う。このときに付加されるフィールド情報は、CPU Flag、CPU Code、NP Flag、NP Code、Frame Type（受信パケット形式）、Protocol No.（受信プロトコルＮｏ．）、パケット識別情報（フラグ値）である。

なお、このような固定的に設定されるフィールド情報の数を多くするほど、プロセッサ部１２０で行われる負荷は軽減することになるが、後段の処理にはパケットスイッチ１３０があるために、実際はパケットスイッチ１３０の所用帯域を越えない程度に必要なフィールド情報を選択してパケットに付加することになる。

更新処理部１４の動作の流れを示すと、まず、更新コード＝２０により、更新処理内容決定テーブルＴ４を検索して、フィールド情報付加フラグの送信ポートフラグ、MAC DAフラグ、送信パケット形式フラグがすべて１となっていることを認識する。

そして、パケット識別コード＝１００により、図１２に示す更新情報テーブルＴ３を検索して、更新処理内容該当の送信ポートＮｏ．＝２、MAC DA=01.00.10.20.30.40、送信パケット形式＝０８００（ＩＰｖ４）を抽出する。また、更新情報テーブルＴ３の検索時に、ＣＰＵフラグ＝１なので、プロセッサ宛と認識し、プロセッサ宛パケットに付加すべき上述のフィールド情報も抽出する。

その後、図２で示したパケットバッファ１３からパケットＰ１を読み出し、パケットＰ１のヘッダ部に、更新処理内容決定テーブルＴ４にもとづいて抽出したフィールド情報（プロセッサ部１２０から任意のパケット更新情報が指定されたフィールド情報）と、プロセッサ宛パケット用のフィールド情報（プロセッサ宛パケットとなったときに、あらかじめ付加すべき情報を固定的に設定しておいたフィールド情報）と、を付加してパケットスイッチ１３０へ送信する。更新処理後のパケットは、パケットスイッチ１３０を介してプロセッサ部１２０へ送信される。

図１４は更新処理前後のパケットフォーマットを示す図である。更新処理前のパケットＰ１のパケットフォーマットは、ヘッダ部とデータ部からなり、ヘッダ部はＬ２ヘッダ（MAC DA、MAC SA、Frame Typeを含む）、Ｌ３ヘッダから構成される。このパケットＰ１に対して、更新処理部１４は、上述のフィールド付加処理を行ってパケットＰ１ａを生成する。付加されるフィールド情報の値は図に示す値となる。

次にパケット更新処理の他の動作について説明する。図９〜図１４で上述した更新処理では、更新情報テーブルＴ３記載のパケット更新情報で更新処理を行うことができたが、以降では、更新情報テーブルＴ３記載のパケット更新情報で更新処理を実行できない場合の動作である。

なお、プロトコル処理部１２で行われるパケット識別、宛先／フロー解決、パケット更新情報生成の動作と、更新情報テーブルＴ３の記載内容とについては上述したものと同じであるので、以降では更新処理内容決定テーブルＴ４と更新処理部１４の動作を中心にして説明する。

図１５は更新処理内容決定テーブルに記される更新処理内容を示す図である。更新処理内容決定テーブルＴ４−１は、更新情報テーブルＴ３記載のパケット更新情報の更新内容を変更する場合に用いられるテーブルである。更新処理内容決定テーブルＴ４−１は、更新開始位置＝１１２ビット、更新量＝３２ビット、付加フラグ：１、変更フラグ：０、削除フラグ：０、更新データ＝６７８９Ａと記載されている（これらの項目の意味については図６で上述した）。なお、ここでの更新コードの値は３０とする。

更新処理部１４は、更新コード＝３０をキーにして、更新処理内容決定テーブルＴ４−１を検索することで、上記の各項目を認識し、これらの更新処理内容にもとづいて、パケットＰ１に対して必要なフィールド情報の付加を行うことが可能になる。

図１６は更新処理前後のパケットフォーマットを示す図である。パケットＰ１に対して、更新処理部１４は、図１５で上述のフィールド付加処理を行ってShimフラグを有するパケットＰ１ｂを生成する。

ここで、本来のパケットＰ１はプロセッサ宛となって、プロセッサ部１２０でShimフラグが付加されるものであったが、更新処理内容決定テーブルＴ４−１を用いた更新処理によって、プロセッサ部１２０によるソフトウェア処理を行わずに、ハードウェア処理だけでShimフラグを付加することができている。

このように、更新位置や更新範囲等の項目が記載された更新処理内容決定テーブルＴ４−１を用いることにより、本来サポートをしていないプロトコルやパケット形式を持ったパケットに対しても更新処理が可能となり、新しいサービスに対応したパケットに対しても容易に更新処理を行うことが可能になる。結果として、プロセッサ部１２０の処理を行わなくてもハードウェアによる中継処理が可能になる。

なお、上記では更新処理内容決定テーブルＴ４−１を用いた更新処理により、本来プロセッサ宛であったパケットが、プロセッサ宛ではなくなる例を示したが、プロセッサ宛パケットに対して、更新処理内容決定テーブルＴ４−１を用いた更新処理を行って、さらにプロセッサ部１２０で処理を行うために、プロセッサ部１２０へ送信しても構わない（この場合には例えば、Shimフラグの他に固定的にあらかじめ定めた上述のフィールド情報（CPU Code等）も付加されて出力することになる）。

以上説明したように、本発明によれば、送信するパケットの更新内容をハードウェアにより固定的に設定するのではなく、プロトコル処理の結果を更新コードとして更新処理部１４に出力し、更新処理部１４がプロセッサ部１２０から設定可能な更新処理内容決定テーブルＴ４を検索して、更新内容を決定する構成とした。これにより、あらかじめ決められた更新処理だけでなく、柔軟な更新処理を行うことが可能になる。

また、更新処理内容決定テーブルＴ４は、プロセッサ部１２０から設定可能なテーブルとすることで、装置の運用中でも更新内容の変更ができ、装置内の負荷状態等に合わせた動的な変更が可能になる。さらに、更新処理内容決定テーブルＴ４−１は、更新位置や更新範囲等の項目が記載されたテーブル構成とすることにより、新しいサービスに対応したパケットに対しても容易に更新処理を行うことができ、多種多様なネットワークに対応することが可能になる。

（付記１） パケットの更新処理を行うパケット更新装置において、
パケットの宛先情報を管理し、かつ上位から更新コードが設定可能な宛先テーブルと、
パケットのＱｏＳ保証を行うためのフロー情報を管理し、かつ上位から更新コードが設定可能なフローテーブルと、
受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、かつ受信パケットに対応するパケット識別コードを生成するパケット識別部と、前記宛先テーブルを検索して、受信パケットの宛先を求める宛先解決部と、前記フローテーブルを検索して、受信パケットのフローを求めるフロー解決部と、パケット識別及びテーブル検索の結果にもとづいて、パケット更新情報を生成し、取得した前記パケット識別コード及び前記更新コードを出力するパケット更新情報生成部と、から構成されるプロトコル処理部と、
前記パケット更新情報をテーブル管理する更新情報テーブルと、
上位から任意に変更設定可能で、前記更新コードに対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する更新処理内容決定テーブルと、
前記更新コードをキーに前記更新処理内容決定テーブルを検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、前記パケット識別コードをキーに前記更新情報テーブルを検索して、決定した更新処理内容にもとづく前記パケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、または前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新コードで決定した更新処理内容で直接、受信パケットの更新処理を行う更新処理部と、
を有することを特徴とするパケット更新装置。

（付記２） 前記更新処理部は、宛先解決及びフロー解決時に上位宛と判断された場合には、上位側で行われるソフトウェア更新処理の軽減化を図るためのフィールド情報を、前記更新処理内容決定テーブルにもとづき生成して、パケットヘッダにフィールド情報を付加して上位へ宛てて送信する、または宛先解決及びフロー解決時に上位宛と判断された場合であっても、上位側で行われる更新処理のすべてを前記更新処理内容決定テーブルにもとづき実行して、上位宛のソフトウェア処理をなくして、ハードウェア処理だけで更新処理を完了させることを特徴とする付記１記載のパケット更新装置。

（付記３） 前記更新処理内容決定テーブルは、上位から読み出し／書き込み可能なメモリで構成されることを特徴とする付記１記載のパケット更新装置。
（付記４） 前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新処理内容決定テーブルは、更新データの値と、更新データの位置情報と、の項目を持つテーブル構成となることを特徴とする付記１記載のパケット更新装置。

（付記５） パケットの更新処理を行ってパケット・ルーティングを行うルータ装置において、
パケットのソフトウェア処理を行うプロセッサ部と、
パケットの宛先情報を管理し、かつ前記プロセッサ部から更新コードが設定可能な宛先テーブルと、パケットのＱｏＳ保証を行うためのフロー情報を管理し、かつ前記プロセッサ部から更新コードが設定可能なフローテーブルと、受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、かつ受信パケットに対応するパケット識別コードを生成するパケット識別部と、前記宛先テーブルを検索して、受信パケットの宛先を求める宛先解決部と、前記フローテーブルを検索して、受信パケットのフローを求めるフロー解決部と、パケット識別及びテーブル検索の結果にもとづいて、パケット更新情報を生成し、取得した前記パケット識別コード及び前記更新コードを出力するパケット更新情報生成部と、から構成されるプロトコル処理部と、前記パケット更新情報をテーブル管理する更新情報テーブルと、前記プロセッサ部から任意に変更設定可能で、前記更新コードに対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する更新処理内容決定テーブルと、前記更新コードをキーに前記更新処理内容決定テーブルを検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、前記パケット識別コードをキーに前記更新情報テーブルを検索して、決定した更新処理内容にもとづく前記パケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、または前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新コードで決定した更新処理内容で直接、受信パケットの更新処理を行う更新処理部と、から構成されるパケット更新部を含み、回線毎に設けられるネットワークインタフェース部と、
前記ネットワークインタフェース部で処理されたパケットまたは前記プロセッサ部で処理されたパケットのスイッチングを行うパケットスイッチと、
を有することを特徴とするルータ装置。

（付記６） 前記更新処理部は、宛先解決及びフロー解決時にプロセッサ宛と判断された場合には、前記プロセッサ部で行われるソフトウェア更新処理の軽減化を図るためのフィールド情報を、前記更新処理内容決定テーブルにもとづき生成して、パケットヘッダにフィールド情報を付加して前記プロセッサ部へ宛てて送信する、または宛先解決及びフロー解決時にプロセッサ宛と判断された場合であっても、前記プロセッサ部で行われる更新処理のすべてを前記更新処理内容決定テーブルにもとづき実行して、プロセッサ宛のソフトウェア処理をなくして、ハードウェア処理だけで更新処理を完了させることを特徴とする付記５記載のルータ装置。

（付記７） 前記更新処理内容決定テーブルは、前記プロセッサ部から読み出し／書き込み可能なメモリで構成されることを特徴とする付記５記載のルータ装置。
（付記８） 前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新処理内容決定テーブルは、更新データの値と、更新データの位置情報と、の項目を持つテーブル構成となることを特徴とする付記５記載のルータ装置。

本発明のパケット更新装置の原理図である。 ルータ装置の構成を示す図である。 ルータ装置の構成を示す図である。 更新情報テーブルのテーブル構成例を示す図である。 更新処理内容決定テーブルのテーブル構成例を示す図である。 更新処理内容決定テーブルの他のテーブル構成例を示す図である。 本発明のルータ装置が適用されるネットワーク構成を示す図である。 ルータ装置の構成を示す図である。 パケット識別部の動作を示す図である。 宛先解決部の動作を示す図である。 フロー解決部の動作を示す図である。 更新情報テーブルで管理されるパケット更新情報を示す図である。 更新処理内容決定テーブルに記される更新処理内容を示す図である。 更新処理前後のパケットフォーマットを示す図である。 更新処理内容決定テーブルに記される更新処理内容を示す図である。 更新処理前後のパケットフォーマットを示す図である。 パケットの更新処理例を示す図である。 パケットの更新処理例を示す図である。 プロセッサ宛となった際のフィールド情報の付加例を示す図である。

符号の説明

１０ パケット更新装置
１２ プロトコル処理部
１２ａ パケット識別部
１２ｂ 宛先解決部
１２ｃ フロー解決部
１２ｄ パケット更新情報生成部
１４ 更新処理部
Ｔ１ 宛先テーブル
Ｔ２ フローテーブル
Ｔ３ 更新情報テーブル
Ｔ４ 更新処理内容決定テーブル
Ｃ１ パケット識別コード
Ｃ２ 更新コード

Claims (5)

1. パケットの更新処理を行うパケット更新装置において、
   パケットの宛先情報を管理し、かつ上位から更新コードが設定可能な宛先テーブルと、
   パケットのＱｏＳ保証を行うためのフロー情報を管理し、かつ上位から更新コードが設定可能なフローテーブルと、
   受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、かつ受信パケットに対応するパケット識別コードを生成するパケット識別部と、前記宛先テーブルを検索して、受信パケットの宛先を求める宛先解決部と、前記フローテーブルを検索して、受信パケットのフローを求めるフロー解決部と、パケット識別及びテーブル検索の結果にもとづいて、パケット更新情報を生成し、取得した前記パケット識別コード及び前記更新コードを出力するパケット更新情報生成部と、から構成されるプロトコル処理部と、
   前記パケット更新情報をテーブル管理する更新情報テーブルと、
   上位から任意に変更設定可能で、前記更新コードに対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する更新処理内容決定テーブルと、
   前記更新コードをキーに前記更新処理内容決定テーブルを検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、前記パケット識別コードをキーに前記更新情報テーブルを検索して、決定した更新処理内容にもとづく前記パケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、または前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新コードで決定した更新処理内容で直接、受信パケットの更新処理を行う更新処理部と、
   を有することを特徴とするパケット更新装置。
2. 前記更新処理内容決定テーブルは、上位から読み出し／書き込み可能なメモリで構成されることを特徴とする請求項１記載のパケット更新装置。
3. 前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新処理内容決定テーブルは、更新データの値と、更新データの位置情報と、の項目を持つテーブル構成となることを特徴とする請求項１記載のパケット更新装置。
4. パケットの更新処理を行ってパケット・ルーティングを行うルータ装置において、
   パケットのソフトウェア処理を行うプロセッサ部と、
   パケットの宛先情報を管理し、かつ前記プロセッサ部から更新コードが設定可能な宛先テーブルと、パケットのＱｏＳ保証を行うためのフロー情報を管理し、かつ前記プロセッサ部から更新コードが設定可能なフローテーブルと、受信したパケットからプロトコル及びパケット形式に関する情報を識別・抽出し、かつ受信パケットに対応するパケット識別コードを生成するパケット識別部と、前記宛先テーブルを検索して、受信パケットの宛先を求める宛先解決部と、前記フローテーブルを検索して、受信パケットのフローを求めるフロー解決部と、パケット識別及びテーブル検索の結果にもとづいて、パケット更新情報を生成し、取得した前記パケット識別コード及び前記更新コードを出力するパケット更新情報生成部と、から構成されるプロトコル処理部と、前記パケット更新情報をテーブル管理する更新情報テーブルと、前記プロセッサ部から任意に変更設定可能で、前記更新コードに対応するパケット更新処理内容をテーブル管理する更新処理内容決定テーブルと、前記更新コードをキーに前記更新処理内容決定テーブルを検索して、受信パケットの更新処理内容を決定し、前記パケット識別コードをキーに前記更新情報テーブルを検索して、決定した更新処理内容にもとづく前記パケット更新情報を読み出して受信パケットの更新処理を行い、または前記パケット更新情報の更新内容を変更したい場合は、前記更新コードで決定した更新処理内容で直接、受信パケットの更新処理を行う更新処理部と、から構成されるパケット更新部を含み、回線毎に設けられるネットワークインタフェース部と、
   前記ネットワークインタフェース部で処理されたパケットまたは前記プロセッサ部で処理されたパケットのスイッチングを行うパケットスイッチと、
   を有することを特徴とするルータ装置。
5. 前記更新処理部は、宛先解決及びフロー解決時にプロセッサ宛と判断された場合には、前記プロセッサ部で行われるソフトウェア更新処理の軽減化を図るためのフィールド情報を、前記更新処理内容決定テーブルにもとづき生成して、パケットヘッダにフィールド情報を付加して前記プロセッサ部へ宛てて送信する、または宛先解決及びフロー解決時にプロセッサ宛と判断された場合であっても、前記プロセッサ部で行われる更新処理のすべてを前記更新処理内容決定テーブルにもとづき実行して、プロセッサ宛のソフトウェア処理をなくして、ハードウェア処理だけで更新処理を完了させることを特徴とする請求項４記載のルータ装置。
   

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