JP3662378B2 - ネットワーク中継器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークシステム中に備えられ、情報の塊としてのデータパケットの送信を中継する、いわゆるルータ等と呼ばれるネットワーク中継器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ネットワークシステム中にそのネットワーク内で送受信されるデータパケットの送信を中継するネットワーク中継器が存在する。
図5は、ネットワークシステムの一例を示す模式図である。
このネットワークシステムは、データパケットの入出力を司る3つのポート(ポート1,ポート2,ポート3)を備えたネットワーク中継器11と、各ポート1,2,3に接続された各LAN(Local Area Network)1,2,3と、それらのLAN1,2,3のいずれかを経由していずれかのポートに接続された多数の端末A〜Jとから構成されている。ここで、これら多数の端末のうち端末A〜Cはポート1、端末D〜Gはポート2、端末H〜Jはポート3に接続されている。
【0003】
ここで端末Aから端末Dに向けてデータパケットを送信する場合、発信元である端末Aから送信されたデータパケットは、LAN1を経由し、ポート1からネットワーク中継器11に入力され、ネットワーク中継器11では、そのデータパケット中の受信先アドレスから受信先の端末Dがポート2に接続された端末であることを知り、ポート2からLAN2にそのデータパケットを出力する。
【0004】
端末Dは、LAN2を経由して送られてきたデータパケット中の受信先アドレスから、自分が受信すべきデータパケットであることを知り、受信する。このようにしてデータパケットの送受信が行なわれる。ところで、近年データ通信の安全性の問題からVLAN(Virtual LAN;バーチャルLAN)なる考え方が採用されてきている。VLANとは、各ポート1,2,3に接続された物理的なLAN1,2,3から離れて通信を行なうことができるグループとして定義された論理的なLANであり、例えば図5に示す例では、破線で囲まれた端末A,B,D,E,FがVLAN1と名づけられた1つのVLANを構成し、一点鎖線で囲まれた端末D,E,H,I,JがVLAN2と名付けられた1つのVLANを構成し、点線で囲まれた端末C,E,F,G,JがVLAN3と名付けられた1つのVLANを構成しているものとする。この例に示すように、1つの端末が複数のVLANに属することも許容されている。
【0005】
図6は、図5に示す端末とVLANとの関係を示す模式図である。ここに示す例では、端末A,BはVLAN1のみに属し1、端末H,IはVLAN2のみに属し、端末C,GはVLAN3のみに属し、端末DはVLAN1とVLAN2に属し、端末JはVLAN2とVLAN3に属し、端末FはVLAN3とVLAN1に属し、端末EはVLAN1とVLAN2とVLAN3に属している。
【0006】
ネットワーク中継器11には、各端末のアドレスと、各端末が属するVLANのVLANIDと、各端末が接続されたポートのポートIDとの対応関係が記録されており、ネットワーク中継器11にデータパケットが入力されると、そのネットワーク中継器では、そのデータパケットの発信元アドレスと受信先アドレスを見て発信元端末と受信先端末が同一のVLANに属しているか否かを知り、同一のVLANに属している場合に、受信先端末が接続されているポートからそのデータパケットが送り出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図7は、ネットワーク中継器における、各端末のアドレスと、各端末が属するVLANのVLANIDと、各端末が接続されたポートのポートIDとの対応関係を示すVLAN制御テーブルの一例を示す図である。
ここでは、各端末のアドレス(MACアドレス)と、各端末が属するVLANを識別するVLANIDと、各端末が接続されたポートを識別するポートIDが単純にテーブル化されている。
【0008】
例えばMACアドレスAの端末(端末A)は、VLAN1に属し、ポート1の先に接続されており、MACアドレスDの端末(端末D)は、VLAN1とVLAN2に属し、ポート2の先に接続されており、MACアドレスEの端末(端末E)は、VLAN1とVLAN2とVLAN3に属し、ポート2の先に接続されている。
【0009】
ここで例えばVLAN2とVLAN3に属する端末Jが発信元となってVLAN1とVLAN3に属する端末Fにデータパケットを送信する場合を考える。これらの端末J,Eは、VLAN3という共通のVLANに属しており、したがってこれらの端末J,Eの間で通信を行なうことができる。
この場合、ネットワーク中継器11では、先ず、入力されてきたデータパケット中の発信元アドレスJから、その端末JがVLAN2に属していることを知り、かつそのデータパケット中の受信先アドレスEからその端末EがVLAN1に属していることを知り、それらVLAN2とVLAN1との比較を行なう。ここでは一致しないため、次に、端末EがVLAN3に属していることを知り、端末FのVLAN2と端末EのVLAN3との比較を行なう。これも一致しないため、端末JがVLAN3に属していることを知り、かつ端末FがVLAN2に属していることを知り、これらVLAN3とVLAN2との比較を行なう。不一致であることから、端末FがVLAN3にも属していることを知り、VLAN3とVLAN3との比較を行ない、今度は一致し、したがって入力されてきたデータパケットを端末Eへ送信してもよいことを知り、その端末Eが接続されているポート2からそのデータパケットを送り出す。このようにして、図7に示すテーブルによって、一応、発信元端末と受信先端末が同一のVLANに属しているか否かを知り、同一のVLANに属している場合に、受信先端末に向けてデータパケットを送り出すことは可能であるが、発信元端末と受信先端末が同一のVLANに属しているか否かを知るために上述したような逐次比較を必要とし、各端末がそれぞれ多数のVLANに属している場合、このような逐次比較により共通のVLANを見つける手法では多大な時間を必要とし、通信速度の低下を招くという問題がある。
【0010】
図8は、各端末のアドレス(MACアドレス)と、各端末が属するVLANとの、もう1つの対応付方法を示す図である。
ここでは、各MACアドレス(各端末)毎に、VLANの最大数n+1の長さのビット配列を備え、ビット0にVLAN1,ビット1にVLAN2,ビット2にVLAN3、というように各ビットに各VLANが割り当てられている。
【0011】
例えば図8(a)には、MACアドレスA(端末A)に対応するn+1ビットのビット配列が示されており、ビット0のみ‘1’、他の全てのビットを‘0’とし、これにより、端末AがVLAN1にのみ属していることが示されている。また同様に、図8(b)には、MACアドレスD(端末D)に対応するn+1ビットのビット配列が示されており、ビット0とビット1が‘1’、他のビットが‘0’であることから、端末DはVLAN1とVLAN2に属していることがわかる。さらに、図8(c)にはMACアドレスE(端末E)に対応するn+1ビットのビット配列が示されており、ビット0〜2が‘1’、他のビットが‘0’であることから、端末EはVLAN1,2,3に属していることがわかる。
【0012】
各端末がどのVLANに属するかをこのようなビット配列の形式で持った場合、発信元端末に対応するビット配列と受信側端末に対応するビット配列について、各対応するビット毎にAND演算を行ない、それら各対応するビット毎のAND演算結果全体についてOR演算を行なうと、そのOR演算結果が論理‘1’のときは、発信元端末と受信側端末が同一のVLANに属し、そのOR演算結果が論理‘0’のときは同一のVLANには属していないことが判明する。すなわち、図8に示すようなビット配列の形式の場合、逐次比較は不要であって、単純な演算により同一のVLANに属しているか否かを知ることができ、高速通信が可能である。
【0013】
しかしながら、図8に示す形式の場合、各端末毎にビット配列を必要とするため多大なメモリ容量を必要とし、また、VLANの最大数と同じ長さのビット配列を必要とするためVLANの最大数を小さく見積ると拡張性に乏しくVLANの最大数を大きく見積もるとさらに膨大な容量のメモリを必要とするという問題がある。
【0014】
本発明は、上記事情に鑑み、メモリ容量の増大化を抑えつつ通信の可否を高速に知ることのできる構成を備えたネットワーク中継器を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のネットワーク中継器は、発信元アドレスと受信先アドレスを含む情報の塊としてのデータパケットの発信元もしくは受信先のうちのすくなくとも一方として作用する1つ以上の端末が接続され得るポートを複数備えるとともに、通信が許容された複数の端末のグループであるVLANが、各端末が接続されたポートとは独立に、かつ1つの端末が複数の異なるVLANに重複して所属することが許容されて定義され、同一のVLANに属する発信元端末から受信先端末に向けたデータパケットの送信を中継するネットワーク中継器において、
(1)複数のポートのうちのいずれかのポートに接続されてなる各端末のアドレスと、複数のポートを相互に識別するためのポートIDと、共通の1つのVLANのみ、もしくは共通の複数のVLANのみに属する1つ以上の端末を1つの単位グループとしたときに、複数のポートのうちのいずれかのポートに接続された全ての端末それぞれがいずれか1つの単位グループのみに属するように振り分けられてなる複数の単位グループが相互に識別されるように定義されてなるVLANIDとが対応づけられてなるVLAN制御テーブルを記憶するVLAN制御テーブル記憶手段
(2)各発信元端末が属する各単位グループの各VLANIDと、各受信先端末が属する各単位グループの各VLANIDとの双方のVLANIDに対応して、発信元端末側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末から受信先端末側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末へのデータパケットの送信が許容されているか否かを示す情報が格納されてなる結合管理テーブルを記憶する結合管理テーブル記憶手段
(3)複数のポートのうちのいずれかのポートからデータパケットが入力されてきたときに、VLAN制御テーブル記憶手段に記憶されたVLAN制御テーブルを参照して、そのデータパケットの発信元アドレスから発信元端末が属する単位グループのVLANIDを知るとともにそのデータパケットの受信先アドレスから受信先端末が属する単位グループのVLANIDを知り、次いで、結合管理テーブル記憶手段に記憶された結合管理テーブルを参照して、その発信元端末からその受信先端末への、そのデータパケットの送信が許容されているか否かを知り、送信が許容されている場合に、そのデータパケットを、その受信先端末が接続されてなるポートから送り出す転送制御手段
を備えたことを特徴とする。
【0016】
ここで、上記本発明のネットワーク中継器において、上記結合管理テーブル記憶手段が、発信側の各VLANIDと受信側の各VLANIDとの双方のVLANIDに対応して、発信側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末から受信側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末へのデータパケットの送信が許容されているか否かを示す情報に加え、データパケットの転送制御に関わる付加情報が格納されてなる結合管理テーブルを記憶するものであってもよい。
【0017】
この「データパケットの転送制御に関わる付加情報」とは、例えば通信時間、通信回数等をいうが、これらに限られるものではなく、発信元端末側の各VLANIDと受信先端末側の各VLANIDとを索引情報として入手することのできる、データパケットの転送制御に関わる情報であればよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態における、端末のグループ分け方法の説明図である。
ここでは、共通の1つのVLANのみ、もしくは共通の複数のVLANのみに属する1つ以上の端末を1つの単位グループとしたときに、端末A〜Jからなる10台全ての端末それぞれが何れか1つの単位グループのみに属するように振り分けられ、このように振り分けられた各単位グループ毎にVLANIDが付される。すなわち、ここに示す例では、VLAN1にのみ属する端末は端末A,Bの2つであることから、これら2つの端末A,Bにより1つの単位グループが形成され、その単位グループはVLAN11と名付けられ、VLAN2にのみに属する端末は端末H,Iの2つであることからこれら2つの端末H,Iにより1つの単位グループが形成され、その単位グループはVLAN12と名付けられ、VLAN1とVLAN2のみに属する端末は端末Dのみであることからこの端末Dにより1つの単位グループが形成され、その単位グループはVLAN14と名付けられている。他の単位グループについても同様である。すなわち、ここに示す例では、VLAN1にはVLAN11とVLAN14とVLAN16とVLAN17が含まれる。他のVLAN2,3についても同様である。
【0019】
図2は、端末のグループ分けを図1に示すように行なったときのMACアドレスとVLANIDとポートIDとの対応関係を示すVLAN制御テーブルを示す図である。
グループ分けを図1に示すように行なった結果、各MACアドレスに対応するVLANIDの欄には、各1つのVLANIDのみ記録されることになる。ただしこの場合、例えばVLAN1に4つのVLANID、すなわちVLAN11,14,16,17が付されているように、1つのVLANに複数のVLANIDが付されることがあり、このため図2に示すVLAN制御テーブルの場合、図7に示すVLAN制御テーブルと異なり、異なる端末が同一のVLANに属しているか否かを示す情報が不足していることになる。
【0020】
そこで本実施形態では、以下に説明するような、結合管理テーブルを備える。
図3は、結合管理テーブルの一例を示す図である。
この結合管理テーブルは、各発信元端末が属する各単位グループの各VLANID(発信側VLANID)と、各受信先端末が属する各単位グループの各VLANID(受信側VLANID)とを索引情報とする2次元的なテーブルであり、この結合管理テーブルには、発信側VLANIDと受信側VLANIDとの2次元的な各座標点に、その座標の発信側VLANIDで示される単位グループに属する端末が発信元となり、その発信元端末から発信されたデータパケットを、その座標の受信側VLANIDで示される単位グループに属する端末が受信することができる(論理‘1’)か否(論理‘0’)かを示す結合情報が記憶されている。
【0021】
この結合管理テーブルにより、ある特定の端末どうしが通信可能な端末どうしであるか否か、即ち、同一のVLANに属している端末であるか否かを知ることができる。
図4は、本発明のネットワーク中継器の一実施形態を示すブロック図である。尚、本実施形態においても、この図4に示すネットワーク中継器を含むネットワークシステム全体は図5に示すシステムであるとする。
【0022】
この図4に示すネットワーク中継器11には、内部バス101に接続された、VLAN制御テーブル102、VLANIDラッチ103、結合管理テーブル104、制御プロセッサ105と、VLANを制御するVLAN制御プロセッサ106が備えられている。
VLAN制御テーブル102は、本実施形態では図2に示した内容のテーブルであり、連想メモリ(内容アドレス式メモリ;CAM(Content Addressable Memory))内に記憶されている。連想メモリは、1ワード分のデータのうちの一部分のビットパターンからなる検索データを入力し、その検索データと同一の部分データを持ったデータが内部に記憶されているか否を検索することのできる機能を備えたメモリである。連想メモリ自体は既に広く知られており、詳細説明は省略する。
【0023】
VLANIDラッチ103は、VLAN制御テーブル102から読み出されたVLANIDを一旦格納しておくためのものである。詳細は後述する。
結合管理テーブル104は、本実施形態では図3に示した内容のテーブルであり、通常のRAM(Random Access Memory)内に記憶されている。
【0024】
制御プロセッサ105は、VLAN制御テーブル(CAM)102、VLANIDラッチ103、および結合管理テーブル(RAM)104の動作タイミング等の制御を行ない、必要に応じてVLAN制御テーブル102や結合管理テーブル104の内容の書き換えを行なうためのものである。
VLAN制御プロセッサ106は、VLAN制御テーブル102や結合管理テーブル104との間で情報の授受を行ないながら、発信元端末から送信されてきたデータパケットを指定の受信先端末に向けて転送してもよいか否かを判定し、その判定結果に従ってデータパケットの転送制御を行なうためのものである。
【0025】
ネットワーク中継器11のいずれかのポート(図5参照)からデータパケットが入力されてくると、各ポートに対応して備えられた、そのポートからのデータパケットの入力、およびそのポートからのデータパケットの出力を担う各ポートコントローラ(図示せず)のうち、そのデータパケットが入力されてきたポートのポートコントローラにより、その入力されてきたデータパケット中の発信元MACアドレスが切り出されてVLAN制御プロセッサ106に入力される。VLAN制御プロセッサ106は、その発信元MACアドレスをVLAN制御テーブル(CAM)102に渡す。するとVLAN制御テーブル(CAM)102では、その入力されたMACアドレスが記憶されているか否かが検索され、記憶されていたときはそのMACアドレスに対応するVLANID(図2参照)が読み出され、VLANIDラッチ103にラッチされる。結合管理テーブル104を参照するにあたっては、図3に示すように、発信側のVLANIDと受信側のVLANIDとの双方が必要であり、ここでは受信側のVLANIDが揃うまで発信側のVLANIDがVLANIDラッチ103に一旦記憶される。
【0026】
VLAN制御テーブル(CAM)102に発信元MACアドレスが記憶されていなかったときは、このVLAN制御テーブル(CAM)102ではその新たなMACアドレスの登録が行なわれる。
次に、VLAN制御プロセッサ106には、ポートコントローラで切り出された受信先MACアドレスが入力され、VLAN制御プロセッサ106は、VLAN制御テーブル(CAM)102に、その受信先MACアドレスを渡す。VLAN制御テーブル(CAM)102では、この入力されたMACアドレスを基に再度検索が行なわれ、そのMACアドレスに対応するVLANID(受信側VLANID)とポートIDが読み出される。この読み出された受信側VLANIDは、VLANIDラッチ103にラッチされている発信側VLANIDとともに結合管理テーブル104に入力される。また、読み出されたポートIDは、VLAN制御プロセッサ106に入力される。
【0027】
結合管理テーブル(RAM)104では、入力された発信側VLANIDと受信側VLANIDとに基づいて、それら2つのVLANIDを座標とした座標点に格納されている論理‘1’又は論理‘0’の結合情報が読み出されてVLAN制御プロセッサ106に渡される。前述したように、結合情報が論理‘1’であることは、その発信元端末と受信先端末が同一のVLANに属していることを意味しており、したがって通信可能であることをあらわしており、一方、その結合情報が論理‘0’であったときは、その発信元端末と受信先端末とに共通のVLANは存在せず、したがって通信不能であることを表わしている。
【0028】
VLAN制御プロセッサ106は、結合管理テーブル(RAM)104から受け取った結合情報が通信可能であることを示す論理‘1’にあるときは、VLAN制御テーブル(CAM)102から受け取ったポートIDによって特定されるポートを管理するポートコントローラ(図示せず)に向けて、今回入力されてきたデータパケットをそのポートコントローラが管理するポートから出力するよう送信制御情報を出力する。その送信制御情報を受け取ったポートコントローラは、今回入力されてきたデータパケットを、そのデータパケットが入力されたポートを管理するポートコントローラから受け取り、自分が管理するポートから出力する。
【0029】
尚、VLAN制御テーブル102の検索において、VLAN制御プロセッサ106からVLAN制御テーブル102に渡したMACアドレスの検索に失敗した(VLAN制御テーブル102に、VLAN制御プロセッサ106から渡したMACアドレスと同一のMACアドレスが記憶されていなかった)ときは、その旨を表わすミスヒット情報がVLAN制御テーブル(CAM)102からVLAN制御プロセッサ106に渡される。そのときは、VLAN制御プロセッサ106は、あらかじめ定められた手順に従い、例えば宛先不明のデータパケットを処理するコントローラが接続された特別のポートからそのデータパケットを出力するよう指示する。
【0030】
このようにして、本実施形態においては、図1,図2を参照して説明したように各端末(各MACアドレス)が各1つのVLANIDを持ち、図3に示すような結合管理テーブルを備えて通信可能/不能を認識するようにしたため、結合管理テーブルという僅かなメモリ容量の増加だけで、データパケットの高速な転送制御が可能である。
【0031】
尚、上記実施形態では、同一のVLANに属している端末どうしの間ではいずれの方向にも通信が可能であることを前提としている。すなわち端末Aと端末FはVLAN1という同一のVLANに属しており(図1参照)、したがって端末Aが発信元端末、端末Fが受信先端末となることもでき、これとは逆に、端末Fが発信元端末、端末Aが受信先端末となることもできる。これにとどまるときは、この点に関しては、図7を参照して説明した手法あるいは図8を参照して説明した手法の場合と同様であるが、本発明の場合、例えば端末Aから端末Fにデータパケットを送信することができるものの、端末Fから端末Aには送信できないように一方通行の送信を可能とすることもできる。すなわち、図3に示す結合管理テーブルは図の左上から右下に延びる対角線X−X’を境界にして、論理‘1’と論理‘0’からなるパターンが線対称となっているが、非対称のパターンを作成することにより、例えばVLAN11に属する端末AからVLAN16に属する端末Fには送信可能とし、逆にVLAN16に属する端末FからVLAN11に属する端末Aには送信不能とすることもできる。
【0032】
また、図3に示す結合管理テーブルの各座標点には、論理‘1’と論理‘0’の二値からなる結合情報が記憶されているが、多値の結合情報を記憶し、例えば数値0は通信不能をあらわし、数値1以上は通信可能であって、かつその数値が1回の通信可能時間をあらわし、その通信可能時間だけ通信の仲介を行なうようにしてもよく、あるいは数値1以上は通信可能であって、かつその数値が通信可能回数をあらわし、1回通信を行なう毎にデクリメントするようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メモリ容量の増大化を抑えつつ通信の可否を高速に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】端末のグループ分け方法の説明図である。
【図2】図1に示すように端末のグループ分けを行なったときのMACアドレスとVLANIDとポートIDとの対応関係を示すVLAN制御テーブルを示す図である。
【図3】結合管理テーブルの一例を示す図である。
【図4】本発明のネットワーク中継器の一実施形態を示すブロック図である。
【図5】ネットワークシステムの模式図である。
【図6】図5に示す端末とVLANとの関係を示す模式図である。
【図7】ネットワーク中継器における、各端末のアドレスと、各端末が属するVLANのVLANIDと、各端末が接続されたポートのポートIDとの対応関係を示すVLAN制御テーブルの一例を示す図である。
【図8】各端末のアドレス(MACアドレス)と、各端末が属するVLANとの、他の対応付方法を示す図である。
【符号の説明】
10 ネットワークシステム
11 ネットワーク中継器
101 内部バス
102 VLAN制御テーブル(CAM)
103 VLANIDラッチ
104 結合管理テーブル
105 制御プロセッサ
106 VLAN制御プロセッサ
Claims (2)
- 発信元アドレスと受信先アドレスを含む情報の塊としてのデータパケットの発信元もしくは受信先のうちのすくなくとも一方として作用する1つ以上の端末が接続され得るポートを複数備えるとともに、通信が許容された複数の端末のグループであるVLANが、各端末が接続されたポートとは独立に、かつ1つの端末が複数の異なるVLANに重複して所属することが許容されて定義され、同一のVLANに属する発信元端末から受信先端末に向けたデータパケットの送信を中継するネットワーク中継器において、
前記複数のポートのうちのいずれかのポートに接続されてなる各端末のアドレスと、前記複数のポートを相互に識別するためのポートIDと、共通の1つのVLANのみ、もしくは共通の複数のVLANのみに属する1つ以上の端末を1つの単位グループとしたときに、前記複数のポートのうちのいずれかのポートに接続された全ての端末それぞれがいずれか1つの単位グループのみに属するように振り分けられてなる複数の単位グループが相互に識別されるように定義されてなるVLANIDとが対応づけられてなるVLAN制御テーブルを記憶するVLAN制御テーブル記憶手段、
各発信元端末が属する各単位グループの各VLANIDと、各受信先端末が属する各単位グループの各VLANIDとの双方のVLANIDに対応して、発信元端末側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末から受信先端末側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末へのデータパケットの送信が許容されているか否かを示す情報が格納されてなる結合管理テーブルを記憶する結合管理テーブル記憶手段、および
前記複数のポートのうちのいずれかのポートからデータパケットが入力されてきたときに、前記VLAN制御テーブル記憶手段に記憶されたVLAN制御テーブルを参照して、該データパケットの発信元アドレスから発信元端末が属する単位グループのVLANIDを知るとともに該データパケットの受信先アドレスから受信先端末が属する単位グループのVLANIDを知り、次いで、前記結合管理テーブル記憶手段に記憶された結合管理テーブルを参照して、該発信元端末から該受信先端末への該データパケットの送信が許容されているか否かを知り、該送信が許容されている場合に、該データパケットを、該受信先端末が接続されてなるポートから送り出す転送制御手段を備えたことを特徴とするネットワーク中継器。 - 前記結合管理テーブル記憶手段が、発信側の各VLANIDと受信側の各VLANIDとの双方のVLANIDに対応して、発信側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末から受信側の各VLANIDによって識別される単位グループに属する端末へのデータパケットの送信が許容されているか否かを示す情報に加え、データパケットの転送制御に関わる付加情報が格納されてなる結合管理テーブルを記憶するものであることを特徴とする請求項1記載のネットワーク中継器。
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