JP2016012781A - パケット転送経路設定回路、パケット転送スイッチ、パケット転送経路設定方法及びパケット転送方法 - Google Patents
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Abstract
Description
先ず、本願発明に関連する発明及び本願発明で用いる用語の説明を行う。図1は、ネットワークの例を示し、図2〜図7はスイッチの動作を示し、図8、図9は、ネットワーク全体でのパケットの振る舞いを示す。図1〜図7で本願発明に関連するパケット分類手法について説明し、図8、図9でネットワーク全体での振る舞いを考慮した新たな課題を示す。
図8、図9に示したネットワーク全体でのパケットの振る舞いでは、3つのスイッチSWA、SWB、SWCのアクションの組合せを説明する。スイッチのアクションの組合せによって、「ネットワーク全体でのパケットの振る舞い」が決まる。たとえば、領域1、領域2の値がともに0のパケットは、SWAではPA2、SWBでは廃棄、SWCでは廃棄というアクションが適用される。これらのアクションをネットワーク全体の図として描いたのが、図9のIである。図9のIでは、SWAのみがパケットを送出し(AからBへの矢印)、SWB、SWCは送出していない(矢印が出ていない)。
図12及び図13を用いてBDDとMDD(multi−valued decision diagram)という圧縮データ構造を説明する。ここで、BDDとは二分岐決定木であり、MDDとは多分岐決定木である。後述する二分岐決定木生成部121は、パケットヘッダのビット列から、図12のBDDを生成する。図12は、図8の領域Iを表すBDDである。BDD中の非終端ノードN0〜N8に書かれた数値は、パケットヘッダのビット番号を表す(ビット番号は0から数えることにする)。そのビットが0であれば点線を、1であれば実線を辿る。
非特許文献1のパケット分類手法では、部分パス共有のない決定木を用いるのに対し、本実施形態では、多分岐決定木構築手順おいて、MDDを用いて部分パスを共有することで圧縮を行う。よって、非特許文献1の決定木より、本実施形態に係るMDDのほうが小さくなると期待できる(任意のデータでそうなるわけではないが、非特許文献3による現実的なデータで実験的に確認している。なお、BDD/MDDの圧縮率を数学的に記述することは難しいとされている)。そして、非特許文献1ではメモリに収まらなかったような複雑なヘッダ空間であっても、本実施形態に係るパケット分類方法を用いればメモリに収まる可能性がある。
本発明に関連するヘッダ空間を圧縮してコンパクトに表現する手法(非特許文献2参照)では、振る舞いごとにBDDを構築し、それらをひとつずつ上から下に辿ってパケットの振る舞いを求めた。これに対し、本願発明はひとつのMDDを辿るだけでよい。よって、非特許文献2に比べて、より短時間でパケットの振る舞いを求められると期待でき、より高い分類性能を実現できる可能性がある。
まず、MDDの初期構築(construction)を説明する。本実施形態に係る多分岐決定木構築部122は、根ノードから各終端ノードへのMDDを構築する。パケットヘッダのビット数をLとし、Lビットのヘッダ空間をχ={0,1}Lと表す(図2〜図7はL=3+3である)。あるヘッダを表すビットパターンをx∈χとする。
次に、多分岐決定木構築部122は、各振る舞いを表すMDDをのうち、ビット列の共通する非終端ノードを共有させることでひとつにまとめ(unification)、図18のMDDを得る。ふたつのMDD Fi,Fjが与えられたとき、ヘッダxの振る舞いが、Fi,Fjのいずれかで定義されていれば(nilでなければ)、その振る舞いに対応づければよい。このような
本実施形態に係るパケット転送経路設定回路12はビット集約部123を備えることが好ましい。ここまで、BDDやMDDの各ノードは、ひとつのビットに対応づけられていた(図17、図18のように)。ここで、本実施形態に係るビット集約部123は、多分岐決定木構築部122で構築した多分岐決定木の根ノードから終端ノードの経路方向に隣接する複数のビットに対応づけて集約する。例えば、各終端ノードを複数のビットに対応付けて集約し、図18のMDDを図13のMDDに変換する。このことにより、根ノードから終端ノードのパスを短くし、パケットヘッダに対応する振る舞いを短時間で突き止められるようになる。
上記のようにして構築した図18のようなMDD FあるいはF(K)を、新たな振る舞いを表すMDD F′で更新する。新たな振る舞いが定義されたヘッダ空間、X′={x∈χ:F′(x)≠nil}、では、新たな振る舞いを適用し、それ以外は元のままとする。このとき、CASEを用いて下記の演算を適用すればよい。
パケット転送経路設定部124は、パケット受信部11の受信したパケットの経路を、当該パケットの前記ヘッダ空間に記載されたビット列に従って、多分岐決定木構築部122又はビット集約部123の構築したMDDを検索して辿りついた終端ノードに割当てられている経路に設定する。例えば、MDD F(K)を辿り、与えられたパケットヘッダxに対応する振る舞いを検索する(図23に示すアルゴリズム4)。このアルゴリズム4では、入力となるヘッダのビット列を、Kビットごとに区切った「配列」パケットヘッダpktとみなす。図24に、6ビットのパケットヘッダをK=2ビットごとの配列で扱う例を示す。パケットヘッダpkt[0]とすると0、1番目の2ビット(01)を得られ、パケットヘッダpkt[1]で2、3番目の2ビット(01)を得られる。一般には、パケットヘッダpkt[i]は[Ki,K(i+1)−1]の範囲のビット列を表す。
11:パケット受信部
12:パケット転送経路設定回路
13:パケット転送部
121:二分岐決定木生成部
122:多分岐決定木構成部
123:ビット集約部
124:パケット転送経路設定部
Claims (7)
- パケットの経路を特定するためのヘッダ空間に記載されたビット列を二分岐決定木に変換し、前記二分岐決定木の各終端ノードに割り当てられている前記パケットの経路毎に、前記経路が共通する二分岐決定木の終端ノードに到達しうる二分岐決定木を生成する二分岐決定木生成部と、
前記経路の異なる各二分岐決定木のうちのビット列の共通する非終端ノードを共有させ、根ノードから各終端ノードへの多分岐決定木を構築する多分岐決定木構築部と、
受信したパケットの経路を、当該パケットの前記ヘッダ空間に記載されたビット列に従って、前記多分岐決定木構築部で構築した前記多分岐決定木を検索して辿りついた終端ノードに割り当てられている経路に設定するパケット転送経路設定部と、
を備えるパケット転送経路設定回路。 - 前記多分岐決定木構築部で構築した前記多分岐決定木の根ノードから終端ノードの経路方向に隣接する複数の非終端ノードを1つの非終端ノードに集約するビット集約部を、
さらに備え、
前記パケット転送経路設定部は、受信したパケットの経路を、当該パケットの前記ヘッダ空間に記載されたビット列に従って、前記ビット集約部で非終端ノードを集約した前記多分岐決定木を検索して辿りついた終端ノードに割り当てられている経路に設定する、
請求項1に記載のパケット転送経路設定回路。 - パケットを受信するパケット受信部と、
前記パケット受信部の受信したパケットのヘッダ空間にビット列に従って当該パケットの経路を設定する請求項1又は2に記載のパケット転送経路設定回路と、
前記パケット転送経路設定回路の設定した経路に基づいて、当該パケットを転送するパケット転送部と、
を備えるパケット転送スイッチ。 - パケットの経路を特定するためのヘッダ空間に記載されたビット列を二分岐決定木に変換し、前記二分岐決定木の各終端ノードに割り当てられている前記パケットの経路毎に、前記経路が共通する二分岐決定木の終端ノードに到達しうる二分岐決定木を生成し、前記経路の異なる各二分岐決定木のうちのビット列の共通する非終端ノードを共有させ、根ノードから各終端ノードへの多分岐決定木を構築する多分岐決定木構築手順と、
受信したパケットの経路を、当該パケットの前記ヘッダ空間に記載されたビット列に従って、多分岐決定木構築手順で構築した前記多分岐決定木を検索して辿りついた終端ノードに割り当てられている経路に設定するパケット転送経路設定手順と、
を順に有するパケット転送経路設定方法。 - 前記多分岐決定木構築手順において、前記多分岐決定木の根ノードから終端ノードの経路方向に隣接する複数の非終端ノードを1つの非終端ノードに集約し、
前記パケット転送経路設定手順において、受信したパケットの経路を、当該パケットの前記ヘッダ空間に記載されたビット列に従って、前記多分岐決定木構築手順で非終端ノードを集約した前記多分岐決定木を検索して辿りついた終端ノードに割り当てられている経路に設定する、
請求項4に記載のパケット転送経路設定方法。 - 請求項4又は5に記載のパケット転送経路設定方法を用いて、受信したパケットのヘッダ空間にビット列に従って当該パケットの経路を設定するパケット転送経路設定手順と、
前記パケット転送経路設定手順で設定した経路に基づいて、当該パケットを転送するパケット転送手順と、
を順に有するパケット転送方法。 - コンピュータを、請求項1に記載の二分岐決定木生成部、多分岐決定木構築部及びパケット転送経路設定部又は請求項2に記載の二分岐決定木生成部、多分岐決定木構築部、パケット転送経路設定部及びビット集約部をとして機能させるためのパケット転送経路設定プログラム。
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