JP3989503B2 - ネットワーク中継器 - Google Patents

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Description

本発明は、ネットワークプロセッサ(NP)を有するネットワーク中継器(以下簡単にルータと呼ぶ)において、パケットの中継処理を停止することなく、NP内の中継用経路情報(Forwarding Information Base:以下FIBと呼ぶ)を圧縮する機能を有するルータに係る発明である。
現在、インターネットは急激な成長を続けている。すなわち利用者数の増加、利用用途の拡大によりネットワークの規模が日々拡大し、インターネット上に流れるパケットの量は増加の一途をたどっている。
インターネットはAS(Autonomous System:自律システム)と呼ばれる「単一の経路制御ポリシーを持つネットワークの集合」によって構成されている。インターネットの経路制御は、AS内の経路制御とAS間の経路制御により実施されている。AS内の経路制御はAS内だけで管理され、AS間の経路情報は隣接するASがお互いに経路情報を交換することにより世界的ネットワークによって伝播される。この世界的なAS間の経路情報を「フルルート」と呼ぶ。
IPバージョン4(IPv4)では、IPアドレスを「マスク」としてまとめることによりIPアドレス空間の割り振りをしてフルルートの増加を抑制している。しかし、現時点で約12万の経路が存在し(IPv4)、今後更に増加することが予想されている。
ネットワーク上を流れるパケットを中継するルータは高速処理が要求される。従って、パケットの中継処理は主にハードウエアにより実現されている。
ルータが受信したパケットの宛先を検索するための経路情報は中継用経路情報(FIB)と呼ばれ、ルータ内に保持されている。ルータはこのFIB情報に基づいて、パケットの送信先ルータ(ネクストホップ)を決定する。
図1にルータの一般的な構成の例を示す。本ルータは、ネットワークプロセッサ(以下NPと呼ぶ)3とコントロールポイントプロセッサ(以下CPと呼ぶ)2により構成されている。NPによりパケットの中継処理がなされ、CPにより経路情報(Routing Information Base、以下RIBと呼ぶ)6の更新がなされる。
例えば、ネットワークにより接続されている他のルータAから送出されたパケットは自ルータ1の受信部4により受信される(矢印a、b)。
受信されたパケットはNP3によりその内容が解釈される。すなわち受信されたパケットが経路情報更新パケットであるときには、そのパケットをCP2に渡す(矢印e)。転送パケットである場合には、その宛先(ネクストホップ)である例えばルータCに送信部5から送出する(矢印c、d)。
このとき、NP3は、中継用経路情報(FIB)7に基づいて転送パケットを送出する宛先(ネクストホップ)のルータを決定し、送信部5から転送パケットをネットワーク上に送出す。この処理がルータのパケット転送処理である。
次にIPアドレスとプリフィックスとの関係について説明する。現在、インターネットの経路はCIDR(Classless Inter−Domain Routing)と呼ばれる運用方法が用いられている。
CIDRを用いたアドレス空間をプリフィックスと呼び、例えば図11に示すように192.168.0.0/24のように表記する。このアドレス表記のうち、24がプリフィックスである。
IPアドレス(IPv4)は図11に示すように計32ビットの情報からなっており、その構成はネットワークアドレス部とホストアドレス部から構成されている。
10進数の192を2進数で表すと11000000となり、168は10101000となる。IPアドレス中「/24」はネットワークアドレス部が24ビットであることを示している。すなわち32ビットのアドレスを4つの10進数で表したものが「192.168.0.0」であり、IPアドレス「192.168.0.0/24」は、32ビットのアドレス情報の内最初の24ビットがネットワークアドレス、残り8ビットがホストアドレスであることを示している。
次にプリフィックスを用いた経路集約方法について説明する。
ルータにおける経路検索処理を軽減するために、様々な手法による経路の集約が行われている。すなわち、連続したプリフィックスは、プリフィックス長が短い一つの経路に集約することができる。
例えば、図12に示す4つの連続したIPアドレス、「192.168.0.0/24」、「192.168.1.0/24」、「192.168.2.0/24」、「192.168.3.0/24」、は「192.168.0.0/22」という一つのプリフィックスに集約できる。
すなわち、「192.168.0.0/22」のIPアドレスはネットワークアドレス部が22ビットとなり、上記4つのIPアドレスは、同一のネットワークアドレスをもつIPアドレス「192.168.0.0/22」として表すことができる。
この集約方法を使用して、ルータが保持する中継用経路情報(FIB)を削減し、ルータの経路検索の高速化を図る技術が先行非特許文献1に提案されている。以下、先行非特許文献1「高速なパケット転送のための経路表構築手法に関する研究」に基づいてその内容を説明する。
まず最初に経路情報及び経路木について説明する。
図13は経路情報の簡単な例を示したものである。図13(a)は上からA、B、C、Dの4つのIPアドレスのプリフィックスとネクストホップを示した表である。ここで示したプリフィックス値は2進数である。すなわち10は「十(じゅう)」ではなく「10(いち、ぜろ)」を意味する。ここでネクストホップとは、最終あて先に向けた次の中継地点となるルータのIPアドレスをいう。
図13(b)はこの4つのIPアドレスの経路情報を表した模式図である。今AのIPアドレスが上述の例による「192.168.0.0/22」であったとする。図13(b)の矢印aは、IPアドレスAを持った転送パケットは、次のルータa(ネクストホップa)に送るべきパケットであることを示している。またAの下に記載されている0と1の番号は、次のプリフィックス値(2進数)が0であるときには左の枝に、1であるときには右の枝に向かって検索することを示している。このようにIPアドレスを検索するために、ツリー状に経路情報を現したものを経路木と呼ぶ。
この経路木は、「192.168.0.0/22」のホストアドレスの最初の数字が0であるものがIPアドレスBであることを示している。この数字が1であるときには、更にその次の数字が0であればC、1であればDのIPアドレスとなることを示している。
図13(a)で、この4つのIPアドレスの関係を見ると、プリフィックス値がこの例で22(すなわち、ネットワークアドレス部が22ビット)であるAが*で示されている。このIPアドレスを持つパケットはネクストホップがaであり、aのルータに送信される。
次のプリフィックス値が0、すなわち図12のアドレス「192.168.0.0/24」又は「192.168.1.0/24」、は図13(b)でIPアドレスBとなり、この2つのIPアドレスを宛先に持つパケットはルータb(ネクストホップがb)に送信される。同様に次のプリフィックス値が10(いち、ぜろ)であればC、11(いち、いち)であればDのIPアドレスとなり、それぞれルータb及びルータaに送信されることをこの経路木は示している。
次に経路情報の圧縮方法について説明する。図14は、図13(b)においてIPアドレスDが削除された状態の経路情報(図14(a))及び経路木(図14(b))を示している。IPアドレスAの次のプリフィックス値が1であったときには、更にその次のプリフィックス値が0であるときにそのIPアドレスはCであり、ネクストホップがbであることをこの経路木を検索することにより知ることができる。
しかしこの時は、Aの次のプリフィックス値が1であれば、更にその次のプリフィックス値を検索することなくIPアドレスはCであると決定する事ができる。すなわち経路木図14(b)と図14(c)は等価であり、圧縮された図14(c)の経路木でもIPアドレスCを検索することができる。
この状態で、再びIPアドレスDが追加されると図15(b)の経路木となる。しかし、IPアドレスCとDのネクストホップが異なることから(それぞれb、a)、一旦、IPアドレスCを経路木上一段下げた上で、図15(c)に示すようにIPアドレスDを追加する必要がある。
以上説明したように、先行非特許文献1は、上記経路木圧縮方法により、経路情報を削減し、ルータの経路木検索時間を短縮しようという技術である。
「高速なパケット転送のための経路表構築手法に関する研究」 本文献は、平成17年9月現在下記のURLで公開されている。 http://www.sfc.wide.ad.jp/thesis/2002/master/popo/main.pdf
上述したように、インターネットの成長に伴って、各ルータが交換する経路情報は増加の一途をたどっている。
ルータ内のNPは、高速なパケット転送を実現するためにハードウエア(例えばマイクロプロセッサ)により構成されることが一般的である。このようにハードウエアにより実施されるNPでは、その記憶装置を極力小さくすることが処理性の点からも経済性の点からも要求される。
しかし、世界中のネットワークで使用されるIPアドレスを記憶するFIBの記憶容量を増やすには、ハードウエアの増設あるいは、ルータそのものの更新が要求されることになる。そこで、ハードウエアの増設、更新をすることなく、増大する経路情報を記憶できるルータの開発が必要となった。
一方、先行非特許文献1に開示されている、経路情報の圧縮方法を採用すれば、経路情報を記憶するFIBの容量を圧縮することが可能である。
しかし、この圧縮方法では、FIBの経路木構成を変更している間に当該変更箇所に該当するIPアドレスを宛先に持つパケットを受信すると、間違ったルータに送信してしまうという技術的な問題があった。この問題を解消するためには、ルータのパケット転送処理を一時停止して、FIB情報を更新する必要があり、ルータの経路情報を随時更新することができないという技術的な課題があった。
上記技術的な課題を、図2を用いて詳細に説明する。図中aは、従来技術で説明した図13のIPアドレスAに相当する。従来技術を説明したときと同様、IPアドレスaの次のプリフィックス値が0であるときには、図2(a)の経路木において左側の枝に進みIPアドレスbに到達する。IPアドレスbの次のプリフィックス値が1であれば右にたどってIPアドレスcに到達する。このようにプリフィックス値を追いかけて経路木上のIPアドレスを検索することができる。
図2(a)中、丸で囲んだ2、3、等の数値は、それぞれ経路木上に登録されているIPアドレスを示す。またその数字が記載されている形状(丸、四角、ひし形)は、それぞれそのIPアドレスを有するパケットを転送する次のルータの宛先(ネクストホップ)の違いを表している。番号を記載している形状が丸であるIPアドレスを宛先に持つパケットは、ネクストホップAのルータに送信し、ひし形はネクストホップBへ、四角はそれ以外のネクストホップに送信することを示す。
また経路木上点線で示されている部分は、圧縮された経路木を示す。すなわち、図2(a)で、IPアドレス6以下に位置づけられるIPアドレス7〜10は、ネクストホップがいずれもBであるため、IPアドレス6だけがこの経路木に存在していれば、いずれも同じルータ(ネクストホップB)にパケットが送信されることを示す。このように経路木上、IPアドレス6の下に位置づけられるIPアドレス7〜10を「IPアドレス6の直下のIPアドレス」と表現する。直下とは、経路木上、他のIPアドレスが中間に存在しない下位のIPアドレスをいう。
同じく、図2(b)における2〜3のIPアドレスも、その上位(この状態を同様に直上と呼ぶ)のIPアドレスである1と同一のネクストホップAを有するために経路木上圧縮されている。
現在、FIBが図2(a)の状態にあったときに、ルータが経路情報変更のパケットを他のルータから受信した結果、経路情報が図2(b)に示す状態に変化した場合を考える。
IPアドレスbを有するIPアドレス1(ネクストホップA)が追加され、IPアドレスcを有するIPアドレス11(ネクストホップA、B以外)が追加され、IPアドレス6がIPアドレス12(ネクストホップA、B以外)に変更された状態を考える。
この状態は、実際のネットワーク構成において、IPアドレス1、11を有する端末あるいはルータが増設され、IPアドレス6を有する端末宛のパケットを送信すべきルータが「ネクストホップB」から「ネクストホップA、B以外」に変更になったケースが考えられる。
また、IPアドレス1を有する端末等宛に送るパケットの送信先ルータが、経路木上その直下に位置するIPアドレス2、3と同じAであり、IPアドレス11を有する端末等宛に送るパケットの送信先が、同じく直下に位置するIPアドレス4、5とは異なるケースを想定している。
IPアドレス1が追加された場合には、このIPアドレス1とその直下のIPアドレス2、3が同じネクストホップAを有しているために、経路木上、IPアドレス2、3を圧縮することができる。
IPアドレス11が追加された場合には、このIPアドレス11とその直下のIPアドレス4、5とは異なるネクストホップを有するために、IPアドレス4、5は圧縮することができない。
更に、IPアドレス6をIPアドレス12(この違いはネクストホップの違い)に変更した場合には、IPアドレス12のネクストホップと、その直下にあるIPアドレス7〜10のネクストホップが異なる。従って、IPアドレス6であったときには圧縮されていたIPアドレス7〜10は、IPアドレス6のネクストホップが変更されたことに伴って、非圧縮、すなわちFIBの経路木上に復活させなければならない。
次に、FIBの経路木情報を更新している時に、当該IPアドレスに係るパケットを受信した場合について説明する。
IPアドレス1が追加された場合、経路木にこのIPアドレス1が追加され、その時点ではまだIPアドレス2、3が圧縮されていなくても、例えばIPアドレス2の宛先のパケットは、経路木上IPアドレス1の次にIPアドレス2を検索して、IPアドレス2のネクストホップであるルータAに送信される。その後、このIPアドレス2、3が圧縮された状態では、IPアドレス1まで経路木を検索した時点で、それ以下のIPアドレスが圧縮されてFIBの経路木上に存在しないために、IPアドレス1のネクストホップAに送信される。従って、経路木に新しいIPアドレス1が追加されても、該当するIPアドレス1、2、3宛のパケットは正しくネクストホップAのルータに送信される。
次に、IPアドレス6がIPアドレス12に変更される場合を考える。この場合、IPアドレス6と12は同一IPアドレスであるが、ネクストホップが異なる。
IPアドレス6の直下のIPアドレス7〜10は圧縮されており(図2(a))、FIBの経路木上存在しない。従って、IPアドレス6が12に変更されると、図2(a)において、IPアドレスaの次のプリフィックス値が1であったときは、経路木上IPアドレス12が検索され、その下にはIPアドレスが登録されていないために、すべてのパケットはIPアドレス12のネクストホップ(A、B以外)に送られる。
経路木のIPアドレス6が12に変更された時点で、例えばIPアドレス7宛のパケットを受信すると、そのIPアドレスはIPアドレス12を検索して、そのネクストホップである「A、B以外」に送られる。しかし、本来IPアドレス7を宛先に有するパケットはネクストホップBのルータに送信する必要がある。従って、経路情報更新中の経路木は、正しいルータにパケットを転送する機能を果たさないこととなる。
本発明に係るネットワーク中継器の第1の態様は、他のネットワーク中継器と経路情報交換を行い、自ネットワーク中継器の経路情報を更新し、当該更新された経路情報に基づいて受信したパケットの中継処理を実施するネットワーク中継器が、前記自ネットワーク中継器の経路情報(Routing Information Base:RIB)を有し、前記経路情報の更新処理を行うコントロールポイントプロセッサ(CP)と、中継用経路情報(Forwarding Information Base:FIB)を有し、当該中継用経路情報(FIB)に基づいて前記パケットの中継処理を行うネットワークプロセッサ(NP)とからなり、
前記ネットワークプロセッサ(NP)が、前記受信したパケットが経路情報更新パケットであるときには、当該経路情報更新パケットを前記コントロールポイントプロセッサ(CP)に渡す機能を有し、
前記コントロールポイントプロセッサ(CP)が、前記ネットワークプロセッサ(NP)から受け取った前記経路情報更新パケットに基づいて前記中継用経路情報(FIB)の圧縮、更新処理を行うためのリクエスト情報を作成し、当該リクエスト情報を追加、変更、削除の順序に登録して前記ネットワークプロセッサ(NP)に渡す機能を有することを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第2の態様は、ネットワークプロセッサ(NP)が、更にコントロールポイントプロセッサ(CP)からのリクエスト情報の登録順序に従って中継用経路情報(FIB)を更新する機能を有することを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第3の態様は、他のネットワーク中継器と経路情報交換を行い、自ネットワーク中継器の経路情報を更新し、当該更新された経路情報に基づいて受信したパケットの中継処理を実施するネットワーク中継器が、前記自ネットワーク中継器の経路情報(Routing Information Base:RIB)を有し、前記経路情報の更新処理を行うコントロールポイントプロセッサ(CP)と、中継用経路情報(Forwarding Information Base:FIB)を有し、当該中継用経路情報(FIB)に基づいて前記パケットの中継処理を行うネットワークプロセッサ(NP)とからなり、
前記ネットワークプロセッサ(NP)が、前記受信したパケットが経路情報更新パケットであるときには、当該経路情報更新パケットを前記コントロールポイントプロセッサ(CP)に渡す機能を有し、
前記コントロールポイントプロセッサ(CP)が、前記ネットワークプロセッサ(NP)から受け取った前記経路情報更新パケットに基づいて前記中継用経路情報(FIB)の圧縮、更新処理を行うためのリクエスト情報を作成し、当該リクエスト情報を追加、変更、削除の順序に登録し、前記ネットワークプロセッサ(NP)における前記中継用経路情報(FIB)を、前記登録されたリクエスト情報の順序に従って更新する機能を有することを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第の態様は、中継用経路情報(FIB)の圧縮、更新処理が経路情報のIPアドレスの追加あるいは変更を行う場合において、更新対象IPアドレスのネクストホップと、経路木上更新対象IPアドレスの直上または直下に位置する既存IPアドレス若しくは退避IPアドレスのネクストホップとの異同に基づいて、リクエスト情報を作成および登録し、経路情報のIPアドレスの削除を行う場合において、経路木上削除対象IPアドレスの直上及び直下に位置する既存IPアドレス若しくは退避IPアドレスのネクストホップの異同に基づいて、リクエスト情報の作成および登録をすることを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第の態様は、IPアドレスのネクストホップが、IPアドレスを宛先として有するパケットの送出先ネットワーク中継器を示す情報であることを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第の態様は、退避IPアドレスが、一時退避ファイルに登録され、中継用経路情報(FIB)には登録されないIPアドレスであることを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第の態様は、中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、更新対象IPアドレスのネクストホップと、経路木上更新対象IPアドレスの直上または直下に位置する既存IPアドレスのネクストホップが同一であるときには、経路木上下位に位置するIPアドレスを退避IPアドレスとして登録し、中継用経路情報(FIB)には登録しないことを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第の態様は、中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、更新対象IPアドレスのネクストホップと、経路木上更新対象IPアドレスの直下に位置する退避IPアドレスのネクストホップが異なるときには、退避IPアドレスを中継用経路情報(FIB)に登録することを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第の態様は、中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、経路木上削除対象IPアドレスの直上及び直下に位置する既存IPアドレスのネクストホップが当該IPアドレスの削除によって同一となるときには、経路木上下位に位置するIPアドレスを退避IPアドレスとして登録し、中継用経路情報(FIB)には登録しないことを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明に係るネットワーク中継器の第10の態様は、中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、経路木上削除対象IPアドレスの直上及び直下に位置するIPアドレスのネクストホップが当該削除によって異なるものとなるときには、退避IPアドレスを中継用経路情報(FIB)に登録することを特徴とするネットワーク中継器である。
本発明により、他のルータと経路情報交換を行い、自ルータの経路情報を更新し、更新された経路情報に基づいて受信したパケットの中継処理を実施するルータにおいて、パケットの中継処理を停止することなく自ルータの経路情報を圧縮、更新することが可能となり、ルータのハードウエアの増設、更新をすることなく増加、拡大するインターネットの経路情報に対応することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の態様に係るルータ1の全体構成を模式的に表す図である。本図では、例えば4台のルータA〜Dがネットワークを介して接続されている。ルータAから送出されたパケットはルータ1の受信部4により受信される(矢印a、b)。
受信されたパケットはネットワークプロセッサ(NP)3によりその内容が識別される。すなわち受信されたパケットが経路情報更新パケットであるときには、そのパケットをコントロールポイントプロセッサ(CP)2に渡す(矢印e)。転送パケットである場合には、次に送出する例えばルータCに送信部5から送出す(矢印c、d)。このとき、NP3は、中継用経路情報(FIB)7に基づいて転送パケットを送出するルータ(ネクストホップ)を決定し、送信部5から転送パケットをネットワーク上に送出す。
NP3から経路情報更新パケットを受け取ったCP2は、このパケットの更新情報に基づいて経路情報(RIB)6を更新する(矢印g、h)。CP2は、後述する経路情報の圧縮、変更処理により、NP3に対するリクエスト情報を作成する。複数のリクエスト情報は、追加、変更、削除の順序に登録され、NP3に送出される(矢印f)。
CP2からの上記リクエスト情報を受け取ったNP3は、その登録順に従って、中継用経路情報(FIB)7の更新を行う(矢印k、l)。NPが更新する中継用経路情報(FIB)7に従って、以降NPは転送パケットの送信先を決定する。
一般にルータは、高速でパケットの中継処理(上記の例ではルータAからルータCへ)を行う必要があり、NPはハードウエアにより構成される。また、中継用経路情報(FIB)も高速経路検索を実現するために限られた容量のメモリ上に記憶されている。
一方、経路情報(RIB)の更新等を行うCPは、複雑な処理をする必要があるためにソフトウエアでその機能を実現することが多い。また、経路情報(RIB)は、全世界のインターネット経路情報を保持するために、その容量は大きなものとなる。
インターネットの発展により急速にネットワークが拡大され、その経路情報も増加の一途をたどっている。本発明は、NPが保持する中継用経路情報(FIB)を、限られた容量に抑えることを可能とするネットワーク中継器に係る発明である。
ここで、経路情報(RIB)と中継用経路情報(FIB)の違いについて説明する。図1に示すように、一般的にルータには経路情報(RIB)6と中継用経路情報(FIB)7の2つが設けられている。経路情報(RIB)は、上述したようにRouting Information Baseの略であり、世界中の経路情報を管理しているファイル6である。一方、経路情報(FIB)7は中継用の経路情報であり、Forwarding Information Baseの略である。
ルータは、パケットの転送先を判断する情報としてFIBを参照する。高速検索を可能とするために、FIBファイルをRIBファイルとは別に設けている。しかし、基本的にRIBとFIBでは同一の情報からなっている構成が一般的である。
本発明は、そのFIBを経路木圧縮手法により、少ない容量のファイルとし、しかもそのFIBの経路情報の更新をルータのパケット転送処理を停止することなく実現するところに特徴がある。
次に本発明による具体的な第1の実施の態様を図3以下のフローチャート等を用いて説明する。図3は、NPのパケット受信処理を示すフローチャートである。ルータの受信部4から受信した(a1)パケットの内容を解釈して(a2)、転送パケットであれば他のルータに転送し(a3)、経路情報変更パケットであれば、CPにそのパケットを渡す(a4)。このパケットの流れを、図1の矢印a、b、c、及びeが示している。
図4は、NPから受け取った経路情報変更パケットの、CPにおける受取処理を示すフローチャートである。
NPより経路情報変更パケットを受け取り(A1)、そのイベントを解釈する(A2)。イベントの解釈は当該経路情報変更パケットのヘッダ情報等により行う。イベント情報が追加であった場合には、経路情報追加処理(A3)を実施し、変更であった場合には、経路情報変更処理(A5)を、削除であった場合には、経路情報削除処理(A7)をそれぞれ実施する。NPからの経路情報変更パケットすべてについて処理が終わったら(A9)、NPへのリクエスト送出処理を起動するためのタイマーをセットする(A10)。このタイマーは、NPからの経路情報変更パケットすべての処理が完了するまでの時間をセットするもので、例えば数100msあるいは数秒以内を設定する。
図5は、経路情報追加処理の詳細を示すフローチャート、図6は変更処理、図7は削除処理をそれぞれ示す図である。
図5に表す経路情報追加処理の具体的な処理方法は、まず追加する経路情報に対応するエントリーの追加位置を経路情報(RIB)の経路木上で検索する(A31)。ここでエントリーとは図10に示すように、IPアドレス、プリフィックス、ネクストホップなどからなる一連の情報の集合を指す。「該当エントリー追加位置を探す」とは、図2の経路木において、該当する箇所、例えば図2(a)におけるa、b、cなどIPアドレスに該当する経路木上の場所を検索することをいう。
なお、図10の経路木ファイル構成において、下位エントリーポインタとは当該エントリー(IPアドレス)の下位に位置するエントリーのポインタを示す情報である。ここでポインタとは、経路木ファイルにおいてエントリー1からエントリーnが格納されている場所を示す値である。
下位エントリーポインタで、ポインタ(下位ビット0)及びポインタ(下位ビット1)とあるのは、それぞれ当該エントリーのプリフィックスの下位ビットが0のエントリーが格納されているポインタ(経路木で左の枝)、及び1のエントリーが格納されているポインタ(経路木で右の枝)をそれぞれ示す。
図5に戻って、エントリー追加位置を見つけた場合には、その箇所(RIB)に経路情報、すなわちエントリーを追加する(A32)。次に当該エントリーの直上のエントリーと今回追加するエントリーのネクストホップが同一か否かを判断する(A33)。
直上エントリーとは、図2(b)において、IPアドレス2、3の直上エントリーがIPアドレス1であり、IPアドレス7〜10の直上エントリーはIPアドレス12である。すなわち、直上のエントリーとは、経路木上、他のIPアドレスが中間に存在しない上位のIPアドレスをいう。
A31でエントリー追加位置が見つからないときの処理は、本発明の説明と直接関係しないために本フローチャートでは省略している。
当該追加するエントリーと直上のエントリーのネクストホップが異なる場合には、追加するエントリーを「見えるエントリー(Visible)」として経路木に挿入する(A34)。
ここでネクストホップとは、上述したように最終あて先に向けた次の中継地点となるルータのIPアドレスをいう。
また、「見えるエントリー(Visible)」とは、中継用経路情報FIBに登録する(すなわち圧縮しない)エントリーを意味する。追加するエントリーと直上のエントリーとのネクストホップが異なるために、経路木圧縮ができないので追加するエントリーをそのままVisibleとして登録する。
更に当該エントリーをFIB上に追加するための「追加リクエスト」を登録する(A35)。「追加リクエスト」とは、CPからNPに対して、当該エントリーのFIBへの追加を指示する「リクエスト情報」であり、追加するエントリー情報と、追加する旨のデータを付加したメッセージをNPに渡す処理をいう。
一方、当該エントリーと直上エントリーのネクストホップが同一である場合には、当該エントリーを「見えないエントリー(Hidden)」としてRIB上の経路木に追加する(A36)。ここで「見えないエントリー(Hidden)」とは、FIBに登録しない(すなわち圧縮する)エントリーであることを意味する。図2(a)、図2(b)において、点線で示されたIPアドレスに該当する。
すなわち、A34〜A36の処理は、追加するエントリーの直上のエントリーと当該エントリーのネクストホップが同一である場合には、追加エントリーを圧縮し、異なる場合には圧縮しない処理を行っている。VisibleエントリーはFIBに登録され、HiddenエントリーはFIBには登録されず、例えば図1の一時退避ファイル8に記憶される。
次に、追加するエントリーと直下のエントリーとの間で同様にネクストホップの異同を判断し(A37)、それぞれの場合において更に、直下のエントリーが既に圧縮されているか(Hidden)、圧縮されていないか(Visible)を判断する(A38、A41)。
すなわち、直下のエントリーと追加するエントリーのネクストホップが異なり、更に直下のエントリーが圧縮されている(すなわちHidden)ときには、このHiddenのエントリーを非圧縮(すなわちVisible)に変更する(A39)。具体的には、一時退避ファイルに記憶されている当該HiddenエントリーをVisibleエントリーとし、このエントリーをFIBに追加するために、エントリー追加リクエストを登録する(A40)。
また、直下のエントリーと追加するエントリーのネクストホップが同一で、更に直下のエントリーが非圧縮(すなわちVisible)であるときには、このVisibleのエントリーをHiddenに変更し(A42)、FIBからこのエントリーを削除すべく、エントリー削除リクエストを登録する(A43)。
ここでHiddenのエントリーは、一旦図1の一時退避ファイル8に記憶される。この一時退避ファイルの構成としては図10の経路木ファイル構成と同等のものが考えられるが、その他実施の態様に基づいて必要な情報を加えてもよい。HiddenのエントリーとしてFIB7から削除したエントリーを、再度Visibleのエントリーとして追加できるように、必要なエントリー情報を記憶させるのが一時退避ファイル8の役割である。
一時退避ファイル8を持たずに、FIBファイル7とは別に、もう一つの図示しない第2FIBファイルを設け、この第2FIBファイルには、Hiddenエントリーを含めて記憶する態様も可能である。この第2FIBファイル中のエントリーにも、当該エントリーがVisible又はHiddenであることを示す情報が必要である。
次に、図6に示すフローチャートにより経路情報変更処理を説明する。まず変更する経路情報に対応するエントリーを経路情報(RIB)の経路木上で検索する(A51)。RIBの経路木上のエントリーを変更し(A52)、更にFIBの当該エントリーを変更するために、エントリー変更リクエストを登録する(A53)。
当該変更したエントリーと経路木上直上のエントリーのネクストホップを比較し(A54)、異なっていた場合には、更に今回変更する元のエントリーがVisible(すなわち非圧縮)であるかどうか判断する(A55)。Hidden(すなわち圧縮されていたら)であったら、これをVisibleに変更したあと(A56)、FIBにこのエントリーを追加すべく、エントリー追加リクエストを登録する(A57)。
当該変更したエントリーと経路木上直上のエントリーのネクストホップを比較し(A54)、同一だった場合には、更に変更する元のエントリーがVisibleであるか否かを判断し(A58)、Visibleであったときにはそのエントリーを圧縮すべくHiddenに変更して(A59)、VisibleであったエントリーをFIBから削除すべく、エントリー削除リクエストを登録する(A60)。
同様の処理を、直下のエントリーとネクストホップの異同を判断して(A61)、同一であれば直下エントリーをHiddenにして(A66)、異なれば直下エントリーをVisibleに変更する(A63)等の処理を行う。
図7のフローチャートを元に、経路情報削除時の処理を説明する。該当エントリーを探す処理(A71)は、変更処理の場合(A51)と同じである。当該エントリーを経路情報(RIB)から削除する(A72)。また、NPに対して当該エントリー削除リクエストを登録する(A73)。
その後で、当該エントリーを削除した後の経路木上の直上および直下のエントリーのネクストホップの異同を判断する(A74)。両者のネクストホップが同一で、直下のエントリーがVisibleであれば(A78)、このエントリーは圧縮できることから、Hiddenエントリーに変更する(A79)。このエントリーをFIBから削除すべく、エントリー削除リクエストを登録する(A80)。
直上のエントリーと直下のエントリーのネクストホップが異なるときには(A74)、直下のエントリーがVisibleでなければ、すなわち圧縮されているときは、これを非圧縮、Visibleエントリーに変更して、FIBに追加すべく、エントリー追加リクエストを登録する(A77)。
この後の処理は図4に戻り、他のイベント(追加、変更、削除要求)が残っているか調べ(A9)、すべての経路情報変更パケットの処理が終了したら上述したタイマーをセットして(A10)本処理を終了する。
所定のタイマー値だけ時刻が経過した後、図8のフローチャートで示す「NPへのリクエスト送出処理」が起動される。
図4に示した「NPからのパケット受信処理」で登録されたリクエスト情報を読み出す(B1、B4、B7)。リクエスト情報は、その実施の態様により、追加リクエスト、変更リクエスト、削除リクエスト毎に別々の図示しないファイルに登録してもよいし、リクエスト情報全てを一つのリクエストファイルに登録してもよい。本実施例では、前者の態様を想定して説明する。
図8のフローチャートにおいて、追加リクエストファイルから追加リクエストを読み出す(B1)。次に、NPに対してこの追加リクエストを送出する(B2)。追加リクエストが他にあれば(B3)、順次対応する追加リクエストをNPに送出する。すべての追加リクエストをNPに送出し終わった後で、今度は変更リクエストを読み出す(B4)。すべての変更リクエストをNPに送出し終わったら(B6)、次に削除リクエストを読み出し(B7)、同じくNPに送出する。
経路情報の更新を、追加、変更、削除の順序に行うことにより、ルータのパケット転送機能を停止することなく、FIBの圧縮・更新を可能とするためである。
NPへのリクエスト送出の上記順序の効果について、図2の経路木を例に説明する。図2(a)のIPアドレス6を図2(b)のIPアドレス12に変更する経路情報変更パケットが、他のルータから送られてきた場合を想定して説明する。
経路情報の変更なので、図6に示すフローチャート「変更処理」に該当する。該当エントリーは図2(a)のIPアドレス6のエントリーである。図6の「該当エントリーを変更(A52)」で、経路情報(RIB)の経路木上、図2(a)の6が12に変更される。
図6のA53処理で「エントリー変更リクエスト」が登録される。次にA61の処理で、当該エントリー(12)と直下のエントリー(7〜10)のネクストホップが比較される。12のネクストホップは「A、B以外」、7〜10のネクストホップはBであるために両者は異なる。従って、図6のフローチャートでA62に進む。エントリー12の直下に位置するエントリー7〜10は圧縮されている(Hidden)のでこれを非圧縮(Visible)に変更する(A63)。そして、Visibleに変更したエントリー(ここでは、7〜10)をFIBの経路木上追加すべく「エントリー追加リクエスト」が登録される(A64)。
このようにして登録された「エントリー変更リクエスト」と「エントリー追加リクエスト」は、図8で示す「NPへのリクエスト送出処理」により、「エントリー追加リクエスト」が先に、「エントリー変更リクエスト」が後に登録される。従って、図2(b)の経路木において、IPアドレス(エントリー)7〜10が先に登録され、その後でIPアドレス(エントリー)6が12に変更される。従って、IPアドレス7〜10が変更され、IPアドレス6がまだ変更されていない経路木状態で、IPアドレス7に係るパケットが他のルータから送られてきたときに、経路木上IPアドレス6、そして次にIPアドレス7を検索することができる。
もし、IPアドレス6を12に変更する処理がIPアドレス7をVisibleに変更する処理より先に実施されると、この2つの処理の間でIPアドレス7に係るパケットが他のルータから送られてきたときには、経路木上IPアドレス12の下に存在すべきIPアドレスがないために、IPアドレス7を宛先とするパケットはIPアドレス12のネクストホップを有するルータに誤って送られてしまう。
図9に示すフローチャートに基づいて、NPにおけるCPからのリクエスト受取処理を説明する。CPから送出された各種リクエストを、追加、変更、削除の順に取り出す。
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、図1に示すようにNP3が経路情報変更パケットをCP2に送り出し(矢印e)、CPがRIB6の経路木を変更した後(矢印g、h)、NPに対して追加、変更、削除リクエストを送り出す(矢印f)。NPは、CPからのリクエストに応じて、追加、変更、削除の順にFIB7の経路木にエントリーの追加、変更、削除を行う(矢印k、l)。またCPは圧縮された(Hidden)エントリーを一時退避ファイル8から取出し非圧縮(Visible)エントリーとして復活させたり、非圧縮エントリー(Visible)を圧縮エントリー(Hidden)として、一時退避ファイル8に記憶したりする(矢印i、j)。
第2の実施の形態では、CP2が直接FIB7の経路木を追加、変更、削除する方法をとる。すなわち図1において、矢印kの処理が、NPによって実施されるのではなく、CPによって実施される形態である。FIBの経路木更新がNPによってもCPによっても実施可能な形態であるときに、採用できる態様である。
その場合でも同様に、CPでFIBの経路木を更新する処理が、エントリーの追加、変更、削除の順序に実施される。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るネットワーク中継器の構成図である。 図2は、RIBまたはFIBにおける経路木の説明図である。 図3は、ネットワークプロセッサ(NP)の「パケット受信処理」のフローチャート図である。 図4は、コントロールポイントプロセッサ(CP)の「NPからのパケット受取処理」のフローチャート図である。 図5は、「エントリー追加処理」のフローチャート図である。 図6は、「エントリー変更処理」のフローチャート図である。 図7は、「エントリー削除処理」のフローチャート図である。 図8は、CPの「NPへのリクエスト送出処理」のフローチャート図である。 図9は、NPの「CPからのリクエスト受取処理」のフローチャート図である。 図10は、経路木ファイル構成例を表す図である。 図11は、IPアドレスの構成を説明する図である。 図12は、IPアドレスのプリフィックス値を説明する図である。 図13は、従来技術の経路木圧縮方法を説明する図である。 図14は、従来技術の経路木圧縮方法を説明する図である。 図15は、従来技術の経路木圧縮方法を説明する図である。
符号の説明
1:ネットワーク中継器(ルータ)
2:コントロールポイントプロセッサ(CP)
3:ネットワークプロセッサ(NP)
4:受信部
5:送信部
6:経路情報(Routing Information Base:RIB)
7:中継用経路情報(Forwarding Information Base:FIB)
8:一時退避ファイル

Claims (10)

  1. 他のネットワーク中継器と経路情報交換を行い、自ネットワーク中継器の経路情報を更新し、当該更新された経路情報に基づいて受信したパケットの中継処理を実施するネットワーク中継器が、前記自ネットワーク中継器の経路情報(Routing Information Base:RIB)を有し、前記経路情報の更新処理を行うコントロールポイントプロセッサ(CP)と、中継用経路情報(Forwarding Information Base:FIB)を有し、当該中継用経路情報(FIB)に基づいて前記パケットの中継処理を行うネットワークプロセッサ(NP)とからなり、
    前記ネットワークプロセッサ(NP)が、前記受信したパケットが経路情報更新パケットであるときには、当該経路情報更新パケットを前記コントロールポイントプロセッサ(CP)に渡す機能を有し、
    前記コントロールポイントプロセッサ(CP)が、前記ネットワークプロセッサ(NP)から受け取った前記経路情報更新パケットに基づいて前記中継用経路情報(FIB)の圧縮、更新処理を行うためのリクエスト情報を作成し、当該リクエスト情報を追加、変更、削除の順序に登録して前記ネットワークプロセッサ(NP)に渡す機能を有することを特徴とするネットワーク中継器。
  2. 前記ネットワークプロセッサ(NP)が、更に前記コントロールポイントプロセッサ(CP)からの前記リクエスト情報の登録順序に従って前記中継用経路情報(FIB)を更新する機能を有することを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
  3. 他のネットワーク中継器と経路情報交換を行い、自ネットワーク中継器の経路情報を更新し、当該更新された経路情報に基づいて受信したパケットの中継処理を実施するネットワーク中継器が、前記自ネットワーク中継器の経路情報(Routing Information Base:RIB)を有し、前記経路情報の更新処理を行うコントロールポイントプロセッサ(CP)と、中継用経路情報(Forwarding Information Base:FIB)を有し、当該中継用経路情報(FIB)に基づいて前記パケットの中継処理を行うネットワークプロセッサ(NP)とからなり、
    前記ネットワークプロセッサ(NP)が、前記受信したパケットが経路情報更新パケットであるときには、当該経路情報更新パケットを前記コントロールポイントプロセッサ(CP)に渡す機能を有し、
    前記コントロールポイントプロセッサ(CP)が、前記ネットワークプロセッサ(NP)から受け取った前記経路情報更新パケットに基づいて前記中継用経路情報(FIB)の圧縮、更新処理を行うためのリクエスト情報を作成し、当該リクエスト情報を追加、変更、削除の順序に登録し、前記ネットワークプロセッサ(NP)における前記中継用経路情報(FIB)を、前記登録されたリクエスト情報の順序に従って更新する機能を有することを特徴とするネットワーク中継器。
  4. 前記中継用経路情報(FIB)の圧縮、更新処理が当該経路情報のIPアドレスの追加あるいは変更を行う場合において、当該更新対象IPアドレスのネクストホップと、経路木上当該更新対象IPアドレスの直上または直下に位置する既存IPアドレス若しくは退避IPアドレスのネクストホップとの異同に基づいて、前記リクエスト情報を作成および登録し、
    前記経路情報のIPアドレスの削除を行う場合において、前記経路木上当該削除対象IPアドレスの直上及び直下に位置する既存IPアドレス若しくは退避IPアドレスのネクストホップの異同に基づいて、前記リクエスト情報の作成および登録をすることを特徴とする請求項又はに記載のネットワーク中継器。
  5. 前記IPアドレスのネクストホップが、当該IPアドレスを宛先として有する前記転送パケットの、送出先ネットワーク中継器を示す情報であることを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
  6. 前記退避IPアドレスが、一時退避ファイルに登録され、前記中継用経路情報(FIB)には登録されないIPアドレスであることを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
  7. 前記中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、前記更新対象IPアドレスのネクストホップと、前記経路木上当該更新対象IPアドレスの直上または直下に位置する前記既存IPアドレスのネクストホップが同一であるときには、前記経路木上下位に位置するIPアドレスを前記退避IPアドレスとして登録し、前記中継用経路情報(FIB)には登録しないことを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
  8. 前記中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、前記更新対象IPアドレスのネクストホップと、経路木上当該更新対象IPアドレスの直下に位置する前記退避IPアドレスのネクストホップが異なるときには、前記退避IPアドレスを前記中継用経路情報(FIB)に登録することを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
  9. 前記中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、前記経路木上前記削除対象IPアドレスの直上及び直下に位置する既存IPアドレスのネクストホップが当該IPアドレスの削除によって同一となるときには、前記経路木上下位に位置するIPアドレスを前記退避IPアドレスとして登録し、前記中継用経路情報(FIB)には登録しないことを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
  10. 前記中継用経路情報(FIB)の圧縮処理が、前記経路木上前記削除対象IPアドレスの直上及び直下に位置する前記IPアドレスのネクストホップが当該削除によって異なるものとなるときには、前記退避IPアドレスを前記中継用経路情報(FIB)に登録することを特徴とする請求項に記載のネットワーク中継器。
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