JP3754044B2 - パケットフォワーディング回路 - Google Patents
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Description
本発明は、ＩＰ(Internet Protocol)ネットワークに利用する。パケットの流量制御または輻輳制御などのトラヒックエンジニアリング技術に関する。
従来のパケットフォワーディング回路を図８および図９に示す。図８は従来のパケットフォワーディング回路の構成図である。図９は従来のフォワーディングテーブルの検索方法を説明するための図である。従来のパケットフォワーディング回路は、到着するＩＰ(Internet Protocol)パケットのＩＰアドレスと事前に設定されたフォワーディングテーブルの検索用アドレスとを比較し、その中で最も長くビット列が一致した検索用アドレスの示す出力方路を検索し、到着したＩＰパケットを検索した出力方路に向けて転送する。このような検索を行う回路をＬＭＥ(Longest
Matching Engine)という。
Matching Engine)という。
例えば、１２８．１４．２５．０８というＩＰアドレスは、図９の表では、１２８．１５．２５．ｘｘおよび１２８．１５．ｘｘ．ｘｘに一致するが、１２８．１５．２５．ｘｘの方が長いビットに一致しているので、Ｙ3へフォワーディングされる（例えば、特許文献１または２参照）。なお、図中ｘは検索対象外となるビットを表す。
特開２０００−３５８０６４号公報
特開２０００−３３２７８６号公報
特開２００１−２８５３６７号公報
ＬＭＥを用いると、テーブルが小さく効率よくフォワーディングできる一方、具体的には、どこの端末もしくはサブネットワークへ、どの程度の量のトラヒックを送っているか把握することが困難であるため、流量制御や輻輳制御などのトラヒックエンジニアリングを行うことは困難であった。一方、完全一致テーブルをすべて事前に持つ手段もあるが、現在、通常の中継ルータには１００万を超えるユーザ（エントリ）が存在して、また、全ユーザのＩＰアドレスのテーブルを持つと考えると、２32ビットのアドレス空間を全て持つことになり、高価となってしまう。
なお、ユーザが自ら条件を登録してＶＰＮ(Virtual Private Network)における設定条件を適宜変更する技術は、例えば、特許文献３に開示されているが、ネットワーク側が自動的にトラヒックを把握して流量制御や輻輳制御などのトラヒックエンジニアリングを行う技術は開示されていない。
本発明は、このような背景に行われたものであって、ＬＭＥを用いながら、流量制御や輻輳制御などのトラヒックエンジニアリングを行うことができるフォワーディング回路を提供することを目的とする。
本発明は、ＬＭＥによるフォワーディングのうち、特に負荷が重い、もしくは、あらかじめ予想されて設定されている閾値を上回るトラヒックのアドレスに関しては、詳細なテーブルに自動的に展開して、サブネットワーク毎もしくはＩＰ端末毎にトラヒックを計数することを特徴とする。
すなわち、本発明はパケットフォワーディング回路であって、本発明の特徴とするところは、到着するＩＰパケットのＩＰアドレスを抽出する手段と、ＩＰアドレスから出力方路を検索するための事前に設定された検索用アドレスを含むフォワーディングテーブルと、前記抽出する手段により抽出されたＩＰアドレスと当該フォワーディングテーブルに設定された前記検索用アドレスとを比較し、その中で最も長くビット列が一致した検索用アドレスの示す出力方路を検索する手段と、この検索する手段の検索結果に基づき転送されたパケット数を前記検索用アドレス毎にカウントする手段と、このカウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた検索用アドレスについては、当該検索用アドレスと最も長くビット列が一致したＩＰアドレスを有するＩＰパケットが到着したときにそのＩＰアドレスを解析する手段と、この解析する手段の解析結果に基づき当該ＩＰアドレスを有するＩＰパケットの転送先となる下の階層の１以上のサブネットワークもしくはＩＰ端末のＩＰアドレスを特定する手段と、この特定する手段の特定結果に基づき当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されるＩＰパケットを特定するための検索用下位アドレスを生成する手段と、当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されたパケット数を当該サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎にカウントする手段とを備えたところにある（請求項１）。
これにより、フォワーディングテーブルによってフォワーディングされるパケットのうち、特に負荷が重い、もしくは、あらかじめ予想されて設定されている閾値を上回るトラヒックのアドレスに関しては、詳細なテーブルに自動的に展開して、サブネットワーク毎もしくはＩＰ端末毎にトラヒックを計算することができる。したがって、ＬＭＥを用いながら、流量制御や輻輳制御などのトラヒックエンジニアリングを行うことができる。
また、前記サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎に当該検索用下位アドレス毎の前記カウント結果が記録されたテーブルを前記フォワーディングテーブルの下位テーブルとして生成する手段を備えることができる（請求項２）。
また、前記検索用アドレスの有効検索ビットの長さに応じて前記ＩＰアドレスを解析する手段を起動させる閾値を設定する手段を備えることができる（請求項３）。すなわち、検索用アドレスの有効検索ビットの長さによってサブネットワークサイズが分類できる。例えば、有効検索ビットが長ければ長いほど、サブネットワークサイズは小さくなり最終的にはＩＰ端末のＩＰアドレスに収束する。したがって、サブネットワークサイズに比例させて閾値を設定するなどの閾値設定を行うことができる。
また、ネットワークの混雑状況に応じて前記閾値の係数を変更する手段を備えることができる（請求項４）。例えば、ネットワークが混雑しているときには、流量制御や輻輳制御を行う必要性が高くなる。反対に、ネットワークが空いているときには、流量制御や輻輳制御を行う必要性は低くなる。したがって、ネットワークが混雑しているときには、ネットワークが空いているときと比較して、閾値を小さい値とし、監視体制を強化することができる。反対に、ネットワークが空いているときには、ネットワークが混んでいるときと比較して、閾値を大きい値とし、監視体制を緩和することができる。
また、前記カウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた宛先アドレスに向かうパケットフローに対し、当該パケットを廃棄する手段を備えることができる（請求項５）。これにより、単に、トラヒック計測を行うだけでなく、実際に流量制御または輻輳制御を行うことができる。
本発明の他の観点はプログラムであって、本発明の特徴とするところは、情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、到着するＩＰパケットのＩＰアドレスを抽出する機能と、ＩＰアドレスから出力方路を検索するための事前に設定された検索用アドレスを含むフォワーディングテーブルに相応する機能と、前記抽出する機能により抽出されたＩＰアドレスと当該フォワーディングテーブルに設定された前記検索用アドレスとを比較し、その中で最も長くビット列が一致した検索用アドレスの示す出力方路を検索する機能と、この検索する機能の検索結果に基づき転送されたパケット数を前記検索用アドレス毎にカウントする機能と、このカウントする機能のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた検索用アドレスについては、当該検索用アドレスと最も長くビット列が一致したＩＰアドレスを有するＩＰパケットが到着したときにそのＩＰアドレスを解析する機能と、この解析する機能の解析結果に基づき当該ＩＰアドレスを有するＩＰパケットの転送先となる下の階層の１以上のサブネットワークもしくはＩＰ端末のＩＰアドレスを特定する機能と、この特定する機能の特定結果に基づき当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されるＩＰパケットを特定するための検索用下位アドレスを生成する機能と、当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されたパケット数を当該サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎にカウントする機能とを実現させるところにある（請求項６）。
また、前記サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎に当該検索用下位アドレス毎の前記カウント結果が記録されたテーブルを前記フォワーディングテーブルの下位テーブルとして生成する機能を実現させることができる（請求項７）。
また、前記検索用アドレスの有効検索ビットの長さに応じて前記ＩＰアドレスを解析する機能を起動させる閾値を設定する機能を実現させることができる（請求項８）。
また、ネットワークの混雑状況に応じて前記閾値の係数を変更する機能を実現させることができる（請求項９）。
また、前記カウントする機能のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた宛先アドレスに向かうパケットフローに対し、当該パケットを廃棄する機能を実現させることができる（請求項１０）。
本発明のさらに他の観点は、本発明のプログラムが記録された前記情報処理装置読み取り可能な記録媒体である（請求項１１）。本発明のプログラムは本発明の記録媒体に記録されることにより、前記情報処理装置は、この記録媒体を用いて本発明のプログラムをインストールすることができる。あるいは、本発明のプログラムを保持するサーバからネットワークを介して直接前記情報処理装置に本発明のプログラムをインストールすることもできる。
これにより、汎用の情報処理装置を用いて、ＬＭＥを用いながら、流量制御や輻輳制御などのトラヒックエンジニアリングを行うことができるフォワーディング回路を実現することができる。
本発明によれば、従来のフォワーディングテーブルでは不可能であった、サブネットワーク毎やＩＰ端末毎にトラヒック量を計数することもトラヒックエンジニアリングを行うこともできる。
（第一実施例）
本発明第一実施例を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施例のパケットフォワーディング回路の構成を示し、図２にそのフォワーディングテーブルの構成を示す。
本発明第一実施例を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施例のパケットフォワーディング回路の構成を示し、図２にそのフォワーディングテーブルの構成を示す。
本実施例は、パケットフォワーディング回路であって、本実施例の特徴とするところは、到着するＩＰパケットのＩＰアドレスを抽出するパケット処理部１と、ＩＰアドレスから出力方路を検索するための事前に設定された検索用アドレスを含むフォワーディングテーブル２とを備え、パケット処理部１は、抽出されたＩＰアドレスと当該フォワーディングテーブル２に設定された前記検索用アドレスとを比較し、その中で最も長くビット列が一致した検索用アドレスの示す出力方路を検索する手段と、この検索する手段の検索結果に基づき転送されたパケット数を前記検索用アドレス毎にカウントする手段と、このカウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた検索用アドレスについては、当該検索用アドレスと最も長くビット列が一致したＩＰアドレスを有するＩＰパケットが到着したときにそのＩＰアドレスを解析する手段と、この解析する手段の解析結果に基づき当該ＩＰアドレスを有するＩＰパケットの転送先となる下の階層の１以上のサブネットワークもしくはＩＰ端末のＩＰアドレスを特定する手段と、この特定する手段の特定結果に基づき当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されるＩＰパケットを特定するための検索用下位アドレスを生成する手段と、当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されたパケット数を当該サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎にカウントする手段とを備えたところにある（請求項１）。
また、パケット処理部１は、前記サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎に当該検索用下位アドレス毎の前記カウント結果が記録された詳細テーブル３をフォワーディングテーブル２の下位テーブルとして生成する手段を備える（請求項２）。
次に、第一実施例のパケットフォワーディング回路の動作を図３を参照して説明する。図３は第一実施例のパケットフォワーディング回路の動作を示すフローチャートである。ＩＰパケットが到着すると、まずフォワーディングテーブルを検索し、ＬＭＥの動作を行う。パケットをフォワーディングすると同時に該当するアドレスのカウント値を１つインクリメントする。ネットワーク内にあらかじめ定めた値を上回る場合は、詳細テーブル生成ビットをセットして、詳細テーブル側の動作を行う。また、詳細テーブル生成ビットスイッチがあらかじめセットされている場合は、即座に詳細テーブル側の動作を行う。
詳細テーブル側の動作としては、詳細テーブル３は、到着したＩＰアドレスでｅｘａｃｔ ｍａｔｃｈを行う。例えば、１２８．１６．１６．３が初めて到着したら、テーブルを生成し、以降、１２８．１６．１６．３が到着する度にカウンタをインクリメントする。テーブルに存在しないＩＰアドレスを持ったパケットが到着したら同様にテーブルを生成する。また、このテーブルは一定時間でリセット（クリア）される。
このことにより、例では、１２８．１６．１６．３のパケットが１９４ときわめて高いことがわかる。この動作により、ある宛先アドレス（ＤＡ）が輻輳の原因であることがわかる。これは網設計を行うときの重要なデータとなる。
（第二実施例）
第二実施例を図４を参照して説明する。図４は第二実施例のテーブル構成を示す図である。第二実施例は、パケット処理部１は、ＬＭＥにおける検索用アドレスの有効検索ビットの長さに応じて前記ＩＰアドレスを解析する手段を起動させる閾値を設定する手段を備える（請求項３）。すなわち、第二実施例ではＬＭＥのマスク（ｘｘの位置）に応じて閾値を決める。例えば、クラスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎のサブネットワークの大きさに比例させ、閾値を可変にしている。
第二実施例を図４を参照して説明する。図４は第二実施例のテーブル構成を示す図である。第二実施例は、パケット処理部１は、ＬＭＥにおける検索用アドレスの有効検索ビットの長さに応じて前記ＩＰアドレスを解析する手段を起動させる閾値を設定する手段を備える（請求項３）。すなわち、第二実施例ではＬＭＥのマスク（ｘｘの位置）に応じて閾値を決める。例えば、クラスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎のサブネットワークの大きさに比例させ、閾値を可変にしている。
（第三実施例）
第三実施例を図５を参照して説明する。図５は第三実施例のテーブル構成を示す図である。第三実施例は、パケット処理部１は、ネットワークの混雑状況に応じて前記閾値の係数を変更する手段を備える（請求項４）。第三実施例では、ネットワーク輻輳テーブル４を設け、ネットワークの輻輳状況により閾値を×０．１、×１、×１０と変化させる。輻輳時には、より詳細なテーブルを多く得ることができる。つまり、ネットワークに影響が少ない場合は、ユーザの独占を許すが、輻輳時には、個別に使用量を測定することが可能である。このようなネットワークの状況に応じた閾値設定は、個別ユーザへのＵＰＣ(Usage Parameter Control)等に有効に用いることができる。
第三実施例を図５を参照して説明する。図５は第三実施例のテーブル構成を示す図である。第三実施例は、パケット処理部１は、ネットワークの混雑状況に応じて前記閾値の係数を変更する手段を備える（請求項４）。第三実施例では、ネットワーク輻輳テーブル４を設け、ネットワークの輻輳状況により閾値を×０．１、×１、×１０と変化させる。輻輳時には、より詳細なテーブルを多く得ることができる。つまり、ネットワークに影響が少ない場合は、ユーザの独占を許すが、輻輳時には、個別に使用量を測定することが可能である。このようなネットワークの状況に応じた閾値設定は、個別ユーザへのＵＰＣ(Usage Parameter Control)等に有効に用いることができる。
（第四実施例）
第四実施例を図６および図７を参照して説明する。図６は第四実施例のパケットフォワーディング回路の構成を示す図である。図７は第四実施例のテーブル構成を示す図である。第四実施例は、パケット処理部１の前記カウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた宛先アドレスに向かうパケットフローに対し、当該パケットを廃棄するＵＰＣ部５およびＵＰＣ制御部６を備える（請求項５）。
第四実施例を図６および図７を参照して説明する。図６は第四実施例のパケットフォワーディング回路の構成を示す図である。図７は第四実施例のテーブル構成を示す図である。第四実施例は、パケット処理部１の前記カウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた宛先アドレスに向かうパケットフローに対し、当該パケットを廃棄するＵＰＣ部５およびＵＰＣ制御部６を備える（請求項５）。
第四実施例は、第一実施例と同様に、ＬＭＥによる処理において、ある程度負荷の重いユーザに関して、詳細テーブル３を作成する。詳細テーブル３は図７のように閾値を有しており、それぞれのコネクションの最大レートを超えた場合、当該宛先アドレス（ＤＡ）へのパケットをＵＰＣ部５で廃棄する。図７に示したように、詳細テーブル３はＥｘａｃｔ ｍａｔｃｈを行っており、あらかじめコネクション毎に最大の量が決まっている。また、詳細テーブル３は、実施例１〜３と同様に、ダイナミックに作成され、一定時間でテーブルはリセットされる。
（第五実施例）
本発明は、汎用の情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に本発明のパケットフォワーディング回路に相応する機能を実現させるプログラムとして実現することができる（請求項６〜１０）。このプログラムは、記録媒体に記録されて情報処理装置にインストールされ（請求項１１）、あるいは通信回線を介して情報処理装置にインストールされることにより当該情報処理装置に、パケット処理部１、フォワーディングテーブル２、詳細テーブル３、ネットワーク輻輳テーブル４、ＵＰＣ部５、ＵＰＣ制御部６にそれぞれ相応する機能を実現させることができる。
本発明は、汎用の情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に本発明のパケットフォワーディング回路に相応する機能を実現させるプログラムとして実現することができる（請求項６〜１０）。このプログラムは、記録媒体に記録されて情報処理装置にインストールされ（請求項１１）、あるいは通信回線を介して情報処理装置にインストールされることにより当該情報処理装置に、パケット処理部１、フォワーディングテーブル２、詳細テーブル３、ネットワーク輻輳テーブル４、ＵＰＣ部５、ＵＰＣ制御部６にそれぞれ相応する機能を実現させることができる。
本発明によれば、従来のフォワーディングテーブルでは不可能であった、サブネットワーク毎やＩＰ端末毎にトラヒック量を計数することもトラヒックエンジニアリングを行うこともできる。これにより、ネットワークの利用効率を向上させることができるため、ネットワーク管理者およびユーザに対して利便性を向上させることができる。特に、流量制御または輻輳制御などのトラヒックエンジニアリングをネットワーク管理者が設定するまでもなく、パケットフォワーディング回路が自動的に判断して行うことにより、ネットワーク管理者に対する利便性を向上させることができる。
１ パケット処理部
２ フォワーディングテーブル
３ 詳細テーブル
４ ネットワーク輻輳テーブル
５ ＵＰＣ部
６ ＵＰＣ制御部
２ フォワーディングテーブル
３ 詳細テーブル
４ ネットワーク輻輳テーブル
５ ＵＰＣ部
６ ＵＰＣ制御部
Claims (11)
- 到着するＩＰパケットのＩＰアドレスを抽出する手段と、
ＩＰアドレスから出力方路を検索するための事前に設定された検索用アドレスを含むフォワーディングテーブルと、
前記抽出する手段により抽出されたＩＰアドレスと当該フォワーディングテーブルに設定された前記検索用アドレスとを比較し、その中で最も長くビット列が一致した検索用アドレスの示す出力方路を検索する手段と、
この検索する手段の検索結果に基づき転送されたパケット数を前記検索用アドレス毎にカウントする手段と、
このカウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた検索用アドレスについては、当該検索用アドレスと最も長くビット列が一致したＩＰアドレスを有するＩＰパケットが到着したときにそのＩＰアドレスを解析する手段と、
この解析する手段の解析結果に基づき当該ＩＰアドレスを有するＩＰパケットの転送先となる下の階層の１以上のサブネットワークもしくはＩＰ端末のＩＰアドレスを特定する手段と、
この特定する手段の特定結果に基づき当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されるＩＰパケットを特定するための検索用下位アドレスを生成する手段と、
当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されたパケット数を当該サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎にカウントする手段と
を備えたことを特徴とするパケットフォワーディング回路。 - 前記サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎に当該検索用下位アドレス毎の前記カウント結果が記録されたテーブルを前記フォワーディングテーブルの下位テーブルとして生成する手段を備えた請求項１記載のパケットフォワーディング回路。
- 前記検索用アドレスの有効検索ビットの長さに応じて前記ＩＰアドレスを解析する手段を起動させる閾値を設定する手段を備えた請求項１記載のパケットフォワーディング回路。
- ネットワークの混雑状況に応じて前記閾値の係数を変更する手段を備えた請求項３記載のパケットフォワーディング回路。
- 前記カウントする手段のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた宛先アドレスに向かうパケットフローに対し、当該パケットを廃棄する手段を備えた請求項１記載のパケットフォワーディング回路。
- 情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、
到着するＩＰパケットのＩＰアドレスを抽出する機能と、
ＩＰアドレスから出力方路を検索するための事前に設定された検索用アドレスを含むフォワーディングテーブルに相応する機能と、
前記抽出する機能により抽出されたＩＰアドレスと当該フォワーディングテーブルに設定された前記検索用アドレスとを比較し、その中で最も長くビット列が一致した検索用アドレスの示す出力方路を検索する機能と、
この検索する機能の検索結果に基づき転送されたパケット数を前記検索用アドレス毎にカウントする機能と、
このカウントする機能のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた検索用アドレスについては、当該検索用アドレスと最も長くビット列が一致したＩＰアドレスを有するＩＰパケットが到着したときにそのＩＰアドレスを解析する機能と、
この解析する機能の解析結果に基づき当該ＩＰアドレスを有するＩＰパケットの転送先となる下の階層の１以上のサブネットワークもしくはＩＰ端末のＩＰアドレスを特定する機能と、
この特定する機能の特定結果に基づき当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されるＩＰパケットを特定するための検索用下位アドレスを生成する機能と、
当該サブネットワークもしくはＩＰ端末に転送されたパケット数を当該サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎にカウントする機能と
を実現させることを特徴とするプログラム。 - 前記サブネットワークもしくはＩＰ端末の検索用下位アドレス毎に当該検索用下位アドレス毎の前記カウント結果が記録されたテーブルを前記フォワーディングテーブルの下位テーブルとして生成する機能を実現させる請求項６記載のプログラム。
- 前記検索用アドレスの有効検索ビットの長さに応じて前記ＩＰアドレスを解析する機能を起動させる閾値を設定する機能を実現させる請求項６記載のプログラム。
- ネットワークの混雑状況に応じて前記閾値の係数を変更する機能を実現させる請求項８記載のプログラム。
- 前記カウントする機能のカウント結果に基づきカウント値が閾値を超えた宛先アドレスに向かうパケットフローに対し、当該パケットを廃棄する機能を実現させる請求項６記載のプログラム。
- 請求項６ないし１０のいずれかに記載のプログラムが記録された前記情報処理装置読み取り可能な記録媒体。
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| JP2003346531A JP3754044B2 (ja) | 2003-10-06 | 2003-10-06 | パケットフォワーディング回路 |
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