JP2006279801A - パケット処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】VLAN用パケット処理装置において、MACパケットの解析に対する処理負荷を軽減する。
【解決手段】回線終端部110は、イーサネット回線に対するMACパケットの送受信を行う。ダミータグ挿入部120は、MACパケットのヘッダ領域にVLANタグが含まれていない場合にダミータグを挿入することによって、VLANタグの有無に拘わらずデータ領域の先頭位置が同一になるようにする。MACパケット解析部130は、MACパケットの先頭から19バイト目がデータ領域の先頭位置であると機械的に判断する。レイヤ3ヘッダ抽出部140は、データ領域からレイヤ3パケットのヘッダ情報を抽出する。パケット転送処理部150は、当該ヘッダ情報を用いてMACパケットのヘッダ書き換え等の処理を行う。ダミータグ除去部160は、MACパケットのダミータグを除去して回線終端部110に送る。
【選択図】図1

Description

この発明は、例えばルータやLANスイッチ等のパケット処理装置に関する。より詳細には、この発明は、例えばVLAN(Virtual Local Area Network)で使用されるMAC(Media Access Control)パケット等の、網識別タグを備えた通信パケットを処理するパケット処理装置に関する。
従来より、ネットワーク構成の一形態として、例えばVLANが知られている。VLANとは、物理的に構築されたLAN(Local Area Network)内に仮想的に構築されたネットワークである。LAN内にVLANを構築することにより、例えば当該LAN内の他の端末からVLANへのアクセスを制御することができるので、セキュリティの信頼性を高めることができる。1個のLANは、複数のVLANに分割することが可能である。さらには、1個のVLANを、複数個の下位VLANに分割することも可能である。
LANに関する規定(すなわちイーサネット(登録商標)に関する規約)としては、例えばIEEE802.3 やDIX規定(イーサネットIIとも称される)が知られている。また、LAN内にVLANを構築するための規約としては、例えばIEEE802.1Qが知られている。
LANにおいては、MACパケットを用いてデータの通信が行われる。LAN内にVLANが構築されている場合、MACパケットには、必要に応じてVLANタグが挿入される。図5に、DIX規定に準拠したMACパケットの構成を示す。図5において、(A)はVLANタグが挿入されていないMACパケットの構成であり、(B)はVLANタグが挿入されたMACパケットの構成である。
図5(A)に示したように、通常のMACパケットは、14バイトのヘッダ領域、46〜1500バイトのデータ領域および4バイトのFCS(Frame Check Sequence)領域を備える。ここで、ヘッダ領域には、6バイトの宛先アドレス、6バイトの送信元アドレス、および、2バイトのタイプ(データ領域に格納される上位レイヤパケットのプロトコルタイプを示す識別子)が格納される。データ領域には、レイヤ3パケット(例えばIP(Internet protocol) パケット)が格納される。FCS領域には、MACパケットのエラーチェックのためのデータが格納される。
また、図5(B)に示したように、VLANタグには、タグプロトコル識別子(Tag Protocol Identifier:TPID)と、タグ制御情報(Tag Control Information:TCI) とが格納される。タグプロトコル識別子は、当該MACパケットがIEEE802.1Qに準拠していること(すなわちVLAN用のMACパケットであること)を示す識別子である。タグ制御情報は、当該MACパケットが属するVLANを識別するための情報である。
VLAN内では、同一のパケット処理装置が、VLANタグを備えるMACパケットと、VLANタグを備えないMACパケットとを、両方処理する場合がある。例えば、VLANとしてはポートVLANモードやタグVLANモードが知られているが、ポートVLAN用のMACパケットはVLANタグを備えないのに対して、タグVLAN用のMACパケットはVLANタグを備えている。したがって、ポートVLANに接続されたポートとタグVLANに接続されたポートとを有するパケット処理装置内では、VLANタグを備えるMACパケットと、VLANタグを備えないMACパケットとが、混在することになる。
MACパケットの転送処理技術は、例えば下記特許文献1に開示されている。ルータやLANスイッチ等のパケット処理装置は、受信したMACパケットのヘッダ領域から宛先アドレス等を読み出すとともに、データ領域に格納されたレイヤ3パケット(例えばIPパケット)からもヘッダ情報(宛先アドレス等)を読み出す。そして、パケット処理装置は、これらの読み出し情報に基づいて、パケット転送処理(MACパケットの宛先アドレス書き換え等)を行う(特許文献1の段落0003〜0004参照)。
特許第3233353号公報
MACパケットからレイヤ3パケットのヘッダ情報を読み出すために、パケット処理装置は、当該レイヤ3パケットの先頭位置(すなわち当該MACアドレスに設けられたデータ領域の先頭位置)を判断する必要がある。しかしながら、パケット処理装置内では、VLANタグが挿入されたMACパケットと、当該VLANタグが挿入されていないMACパケットとが、混在している場合がある(上述)。このため、レイヤ3パケットの先頭位置は、一定ではない。すなわち、VLANタグが挿入されていないMACパケットではレイヤ3パケットの先頭位置が15バイト目であるのに対し(図5(A)参照)、VLANタグが挿入されたMACパケットでは、レイヤ3パケットの先頭位置が19バイト目である(図5(B)参照)。このため、従来のパケット処理装置では、MACパケットの13、14バイト目の格納値が「タイプ」(図5(A)参照)であるか、「タグプロトコル識別子」(図5(B)参照)であるか否かを判断することによって、当該MACパケットにVLANタグが挿入されているか否かを判定していた。
しかし、このような処理は、パケット処理装置の高速化を図る上で、障害の一つになっていた。特に、MACパケットのヘッダ解析処理をCPU(Central Processing Unit) 等でソフトウエア的に実行している場合、処理ステップが多いヘッダ解析処理を高速で行うためにはCPU自体の性能を向上させなければならず、パケット処理装置の高価格化の要因になっていた。
この発明の解決課題は、パケット処理を高速で実行することができるパケット処理装置を安価に提供する点にある。
この発明に係るパケット処理装置は、通信回線に対する通信パケットの送受信を行う回線終端部と、回線終端部が受信した通信パケットのヘッダ領域に網識別タグが含まれるか否かを判断し、網識別タグが含まれない場合には網識別タグの挿入されるべき位置に網識別タグと同じデータ長のダミータグを挿入するダミータグ挿入部と、ダミータグ挿入部から出力された通信パケットの先頭から所定バイト目を、通信パケットのデータ領域に格納された上位レイヤパケットのヘッダ位置であると判断するパケット解析部と、パケット解析部の判断結果に基づいて上位レイヤパケットのヘッダ情報を読み出すヘッダ抽出部と、ヘッダ抽出部が読み出したヘッダ情報を用いて、ダミータグ挿入部から受信した通信パケットを転送するための処理を行うパケット転送処理部と、パケット転送処理部から受信した通信パケットに含まれるタグの網識別タグ/ダミータグを判別してダミータグである場合にはダミータグを除去し、通信パケットを回線終端部に転送するダミータグ除去部とを備える。
本発明では、網識別タグが挿入されていない通信パケットに対して、ダミータグ挿入部がダミータグを挿入する。このため、パケット解析部は、通信パケットが網識別タグを備えているか否かに拘わらず、その通信パケットの先頭から所定バイト目を上位レイヤパケットのヘッダ位置であると判断することができる。したがって、この発明によれば、パケット解析部による上位レイヤパケットのヘッダ位置の判定処理を簡単にすることができ、これにより、高速のパケット処理を安価な装置で実現することができる。
以下、この発明の実施の形態について、レイヤ2パケットであるMACパケットの処理を行う装置にこの発明を適用する場合を例に採り、図1〜4を用いて説明する。なお、図1〜4において、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。
図1は、この実施形態に係るパケット処理装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。図1に示したように、このパケット処理装置100は、回線終端部110と、ダミータグ挿入部120と、MACパケット解析部130と、レイヤ3ヘッダ抽出部140と、パケット転送処理部150と、ダミータグ除去部160とを備えている。
回線終端部110は、複数のポートを用いて、対応するイーサネット回線との間でMACパケットの送受信を行う。この実施形態では、回線終端部110が、網識別タグ(ここではVLANタグ)を使用するイーサネット回線と、VLANタグを使用しないイーサネット回線の、両方に接続されているものとする。回線終端部110は、これらのイーサネット回線からMACパケットを受信すると、当該MACパケットのFCS領域(図5(A)、(B)参照)に格納されたCRC(Cyclic Redundancy Check) 値を用いて既知のエラーチェックを行い、その後、このMACパケットをダミータグ挿入部120に送る。また、回線終端部110は、ダミータグ除去部160からMACパケットを受信すると、CRC値を計算してFCS領域に格納した後、対応するイーサネット回線に送信する。
ダミータグ挿入部120は、回線終端部110が受信したMACパケットのヘッダ領域に、VLANタグが含まれるか否かを判断する。そして、ダミータグ挿入部120は、VLANタグが含まれていない場合には、VLANタグの挿入されるべき位置(ここでは、12バイト目と13バイト目との間)にVLANタグと同じデータ長(ここでは4バイト)のダミータグを挿入し、その後、そのMACパケットをパケット転送処理部150へ出力する。一方、VLANタグが含まれていない場合、ダミータグ挿入部120は、そのMACタグをそのままパケット転送処理部150へ出力する(後述)。ダミータグ挿入部120は、ハードウエア論理回路で構成することが望ましい。
MACパケット解析部130は、ダミータグ挿入部120からパケット転送処理部150へ送られるMACパケットをモニタする。そして、MACパケット解析部130は、MACパケットの先頭から19バイト目を、当該MACパケットのデータ領域開始位置(すなわち、このデータ領域に格納されたレイヤ3パケットのヘッダ先頭位置)であると判断する。後述するように、この実施形態では、VLANタグの有無に拘わらずデータ領域開始位置が固定されるので、MACパケット解析部130の処理が簡単になる。MACパケット解析部130は、例えば、CPU上にソフトウエア的に構築される。
レイヤ3ヘッダ抽出部140は、MACパケット解析部130の判断結果に基づいてレイヤ3パケットのヘッダ情報を読み出し、当該ヘッダ情報をパケット転送処理部150に送る。
パケット転送処理部150は、ダミータグ挿入部120からMACパケットを受信するとともに、レイヤ3ヘッダ抽出部140からレイヤ3パケットのヘッダ情報を受信する。そして、パケット転送処理部150は、MACパケットのヘッダ情報とレイヤ3パケットのヘッダ情報とに基づき、MACパケットの宛先アドレス書き換え等のパケット転送処理を、必要に応じて行う。処理後のMACパケットは、ダミータグ除去部160に送られる。パケット転送処理部150は、VLANタグを備えるMACパケットに対しては、従来と同じ処理を実行すればよい。また、ダミータグが挿入されたMACパケットに対しては、VLANタグを有さないMACパケットに対する従来の処理と同様の処理を実行すればよい。
ダミータグ除去部160は、パケット転送処理部150からMACパケットを受信すると、このMACパケットに格納されたタグのVLANタグ/ダミータグを判定する。ダミータグ除去部160は、当該タグがダミータグであると判定された場合、当該ダミータグを除去した後で、当該MACパケットを回線終端部110に送る。一方、当該タグがVLANタグであると判定された場合、ダミータグ除去部160は、当該MACパケットをそのまま回線終端部110に送る(後述)。ダミータグ除去部160は、ハードウエア論理回路で構成することが望ましい。
次に、この実施形態に係るパケット処理装置100の要部動作について、詳細に説明する。
まず、ダミータグ挿入部120の詳細動作について、図2を用いて説明する。
図2は、VLANタグを挿入されていないMACパケットに対する処理を説明するための概念図である。ここで、図2(A)は、ダミータグが挿入される前のMACパケットの構成を示しており、図5(A)と同様である。また、図2(B)は、ダミータグが挿入された後のMACパケットの構成を示している。なお、回線終端部110からパケット転送処理部150への転送経路上では、MACパケットにFCSを付加しないこととしてもよい。
ダミータグ挿入部120は、回線終端部110からMACパケットを受信すると、当該MACパケットから、13、14バイト目の情報を読み出す。上述のように、MACパケットにVLANタグが挿入されていない場合、13、14バイト目には「タイプ」の情報が格納されている(図5(A)参照)。一方、MACパケットにVLANタグが挿入されている場合、13、14バイト目にはタグプロトコル識別子(TPID)が格納されている(図5(B)参照)。
ここで、タイプ情報としては、例えば上位レイヤプロトコルがIPv4(Internet Protocol version 4) の場合には‘0800h’(hは16進数であることを表す記号、以下同じ)が格納され、また、上位レイヤプロトコルがARP(Address Resolution Protocol) の場合には‘0806’が格納される。
これに対して、タグプロトコル識別子の値は、例えばDIX規定(すなわちイーサネットII)の場合、通常は‘8100h’である。したがって、ダミータグ挿入部120は、例えば、13、14バイト目の値が‘8100h’であるときはVLANタグが挿入されていると判断し、他の値であるときはVLANタグが挿入されていないと判断すればよい。また、例えば13、14バイト目の値が所定値よりも大きい場合はVLANタグが挿入されていると判断し、所定値以下の場合はVLANタグが挿入されていないと判断してもよい。以下、13、14バイト目の値が‘8100h’であるときにのみVLANタグが挿入されていると判断する場合を例に採って説明する。
VLANタグが挿入されていないと判断した場合、ダミータグ挿入部120は、上述のように、12バイト目と13バイト目との間に4バイトのダミータグを挿入する。これにより、このMACパケットの13バイト目〜16バイト目はダミータグの格納領域となり、17バイト目および18バイト目は「タイプ」の格納領域となり、19バイト目以降の所定バイト(46〜1500バイト)がデータ領域(レイヤ3パケットの格納領域)になる(図2(B)参照)。すなわち、ダミータグを挿入されたMACパケットと、VLANタグが挿入されているMACパケットとで、データ領域の先頭位置は同一になる(図5(B)参照)。ここで、ダミータグの格納値は、特には限定されないが、例えば、上位2バイトをタグプロトコル識別子の値‘8100h’とし、且つ、下位2バイトをタグ制御情報で使用され得ない値(例えば‘0000h’)とすればよい。
次に、MACパケット解析部130の詳細動作について、図3の概略フローチャートを用いて説明する。以下に説明するように、パケット処理装置100にダミータグ挿入部120が設けられていない場合、MACパケット解析部130は、ステップS301〜S307の処理をすべて実行しなければならない。これに対して、この実施形態のパケット処理装置100は、ダミータグ挿入部120を備えているので、MACパケット解析部130は、図3の破線で示した部分の処理を省略することができ、ステップS301,S306,S307のみを実行すればよい。
まず、パケット処理装置100にダミータグ挿入部120が設けられていない場合の動作を説明する。
この場合、回線終端部110(図1参照)に受信されたMACパケットは、VLANタグの有無に拘わらず、そのままパケット転送処理部150に送られることになる。このため、当該MACパケットにおけるデータ領域の先頭位置は固定ではなく、15バイト目或いは19バイト目である(図5(A)、(B)参照)。したがって、MACパケット解析部130は、MACパケット毎に、データ領域の先頭位置をチェックしなければならない。このために、MACパケット解析部130は、MACパケットを受信すると(図3のステップS301参照)、パケットポインタ(MACパケット上の番地を規定するための代数)の値を‘13’に設定した後(ステップS302参照)、当該パケットポインタから2バイト分の情報を、MACパケットから読み出す(ステップS303参照)。これにより、MACパケット解析部130は、当該MACパケットの13、14バイト目の値を読み出すことができる。そして、MACパケット解析部130は、この読み出し値が‘8100h’と一致するか否かにより、当該MACパケットがVLANタグを有しているか否かを判定する(ステップS304参照)。上述のように、MACパケットがVLANタグを有している場合、当該MACパケットの13、14バイト目には、タグプロトコル識別子として例えば‘8100h’が格納される。この場合、MACパケットの13、14バイト目の値が‘8100h’の場合は当該MACパケットはVLANタグを有しているが、他の値の場合は当該MACパケットはVLANタグを有していないことになる。
ステップS304でVLANタグが無いと判断された場合、MACパケット解析部130は、パケットポインタの値を‘15’に設定する(ステップS305参照)。一方、ステップS304でVLANタグが有ると判断された場合、MACパケット解析部130は、パケットポインタの値を‘19’に設定する(ステップS306参照)。その後、MACパケット解析部130は、パケットポインタの値を、レイヤ3パケットの先頭位置情報として、レイヤ3ヘッダ抽出部140に送る(ステップS307参照)。
これに対して、この実施形態のパケット処理装置100(すなわちダミータグ挿入部120を備えているパケット処理装置)では、MACパケットを受信すると(図3のステップS301参照)、パケットポインタの値を‘19’に設定した後(ステップS306参照)、当該パケットポインタの値をレイヤ3ヘッダ抽出部140に送るだけでよい(ステップS307参照)。
続いて、ダミータグ除去部160の詳細動作について、図4を用いて説明する。
図4は、VLANタグを挿入されていないMACパケットに対する処理を説明するための概念図である。図4(A)は、ダミータグが除去される前のMACパケットの構成を示しており、図2(B)と同様である。また、図4(B)は、ダミータグが除去された後のMACパケットの構成を示しており、図5(A)と同様である。なお、パケット転送処理部150から回線終端部110への転送経路上では、MACパケットにFCSを付加しないこととしてもよい。
ダミータグ除去部160は、パケット転送処理部150からMACパケットを受信すると、当該MACパケットから、15、16バイト目の情報を読み出す。上述のように、MACパケットにVLANタグが挿入されている場合、15、16バイト目にはタグ制御情報(TCI)が格納されている(図5(B)参照)。一方、MACパケットにダミータグが挿入されている場合、15、16バイト目には、タグ制御情報で使用され得ない値(例えば‘0000h’)が格納されている(図4(A)参照)。したがって、ダミータグ除去部160は、例えば、15、16バイト目の値が‘0000h’であるときは13〜16バイト目がダミータグであると判断し、他の値であるときはVLANタグであると判断すればよい。
ダミータグであると判断した場合、ダミータグ除去部160は、当該ダミータグ(13〜16バイト目の格納情報)を除去する。これにより、このMACパケットの13、14バイト目は「タイプ」となり、15バイト目以降の所定バイト(46〜1500バイト)がデータ領域(レイヤ3パケットの格納領域)になる(図4(B)参照)。そして、ダミータグ除去部160は、ダミータグを除去した後のMACパケットを、回線終端部110に送る。
一方、VLANタグであると判断した場合、ダミータグ除去部160は、当該MACパケットを、そのまま回線終端部110に送る。
以上説明したように、この実施形態に係るパケット処理装置100によれば、VLANタグが挿入されていないMACパケットを受信したときに当該VLANタグと同じ位置に同じデータ長のダミータグを挿入することとしたので、MACパケット解析部130の処理ステップ数を低減することができ、これによりMACパケットの解析処理に要する時間を短縮することができる。
なお、この実施形態では、DIX規定に準拠したMACパケットを例に採って説明したが、例えばIEEE802.3 等の他の規約に準処したMACパケットを処理する場合にもこの発明を適用できることは、もちろんである。
また、この実施形態では、この発明がVLAN用のパケット処理装置に適用された場合を例に採って説明したが、通信パケットに網識別タグ(通信網の識別のためのタグ)が設けられる場合と設けられない場合とがあるような通信ネットワークのパケット処理装置でありさえすれば、どのような装置であっても、この発明を適用することが可能である。例えば、レイヤ2パケットにレイヤ3パケットが格納され、当該レイヤ3パケットに通信網識別用のタグが設けられる場合と設けられない場合とがあるような場合にも、この発明を適用することが可能である。
実施形態に係るパケット処理装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。 実施形態に係るダミータグ挿入部の動作を説明するための概念図であり、(A)はダミータグが挿入される前の状態、(B)はダミータグが挿入された後の状態を示す図である。 実施形態に係るMACパケット解析部の動作を説明するための概略フローチャートである。 実施形態に係るダミータグ除去部の動作を説明するための概念図であり、(A)はダミータグが除去される前の状態、(B)はダミータグが除去された後の状態を示す図である。 通信パケットの構成例を示す概念図である。
符号の説明
100 パケット処理装置
110 回線終端部
120 ダミータグ挿入部
130 MACパケット解析部
140 レイヤ3ヘッダ抽出部
150 パケット転送処理部
160 ダミータグ除去部

Claims (5)

  1. 通信回線に対する通信パケットの送受信を行う回線終端部と、
    当該回線終端部が受信した前記通信パケットのヘッダ領域に網識別タグが含まれるか否かを判断し、当該網識別タグが含まれない場合には当該網識別タグの挿入されるべき位置に当該網識別タグと同じデータ長のダミータグを挿入するダミータグ挿入部と、
    当該ダミータグ挿入部から出力された前記通信パケットの先頭から所定バイト目を、当該通信パケットのデータ領域に格納された上位レイヤパケットのヘッダ位置であると判断するパケット解析部と、
    当該パケット解析部の判断結果に基づいて前記上位レイヤパケットのヘッダ情報を読み出すヘッダ抽出部と、
    当該ヘッダ抽出部が読み出したヘッダ情報を用いて、前記ダミータグ挿入部から受信した前記通信パケットを転送するための処理を行うパケット転送処理部と、
    当該パケット転送処理部から受信した前記通信パケットに含まれるタグの網識別タグ/ダミータグを判別してダミータグである場合には当該ダミータグを除去し、当該通信パケットを前記回線終端部に転送するダミータグ除去部と、
    を備えることを特徴とするパケット処理装置。
  2. 前記通信パケットがレイヤ2パケットであり、且つ、前記上位レイヤパケットがレイヤ3パケットであることを特徴とする請求項1に記載のパケット処理装置。
  3. 前記レイヤ2パケットがMACパケットであることを特徴とする請求項2に記載のパケット処理装置。
  4. 前記網識別タグがVLANタグであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のパケット処理装置。
  5. 前記ダミータグ挿入部が、前記ダミータグのタグ制御情報格納領域に、前記VLANタグのタグ制御情報として使用され得ない値を格納し、
    前記ダミータグ除去部が、当該タグ制御情報格納領域の格納値を用いて、前記網識別タグ/ダミータグを判別する、
    ことを特徴とする請求項4に記載のパケット処理装置。
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