JP4646650B2 - Network connection device - Google Patents
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Description
この発明は、例えばプラント監視制御等で使用されるイーサネット(登録商標)などのネットワークに使用するネットワーク接続装置に関するものである。 The present invention relates to a network connection device used for a network such as Ethernet (registered trademark) used in, for example, plant monitoring and control.
ネットワーク接続装置においては、MTU(Maximum Transmission Unit)を超えるデータ長のパケットを転送する場合に、TCP(TransmissionControl Protocol)/IP(Internet Protocol)層とMAC(Media Access Control)層との間のパケット受け渡しが多くなり、通信性能が低下するという問題があり、この問題の対策として、例えば、特開平11−317762合公報(特許文献1)に記載のようなネットワーク接続装置が考えられている。 In a network connection device, when a packet having a data length exceeding the MTU (Maximum Transmission Unit) is transferred, a packet is transferred between a TCP (Transmission Control Protocol) / IP (Internet Protocol) layer and a MAC (Media Access Control) layer. As a countermeasure against this problem, for example, a network connection device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-317762 (Patent Document 1) is considered.
即ち、特許文献1に記載のネットワーク接続装置は、送信側で、TCP/IP層からデータを受け取ったデータをフレーム分割部でMTUのサイズに合わせて分割し、分割された各々にIPヘッダ及びTCPヘッダを付加する。また、受信側では、受信したフレームをフレーム結合部で結合して最初のデータに復元することにより、MTUを超えるデータ長のパケットを転送する場合の通信負荷増大による通信性能の低下を防ぐものである。
That is, in the network connection device described in
特許文献1に記載のような従来の技術では、TCP/IP層から物理層にデータを渡す間にフレーム分割部を置き、フレーム分割部において、TCP/IPパケットを分割すると共に、分割した各々にIPヘッダ及びTCPヘッダを付加しているため、分割数が多くなるとTCP/IPヘッダが多くなり、無駄が発生すし、また、TCP/IP層から物理層にデータを渡す間にフレーム分割部での前記パケット分割・前記IP/TCPヘッダ付加処理が挿入されるので、処理に時間がかかるといった問題が生じる。
In the conventional technique as described in
この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、ネットワーク接続装置のデータ転送において、使用するネットワークのMTUを超えるデータ長のパケットを転送する場合に、通信負荷の増大を抑えると共に、通信効率の低下を防ぐことを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. In the data transfer of the network connection device, when transferring a packet having a data length exceeding the MTU of the network to be used, an increase in communication load is suppressed. The purpose is to prevent a decrease in communication efficiency.
この発明の係るネットワーク接続装置は、TCP/IP処理部およびMAC処理部を有しネットワークとデータを送受信するネットワーク接続装置において、前記TCP/IP処理部から指定されたアドレスを、前記MAC処理部によりMACヘッダが設定される領域に重ならないアドレスに変換するアドレス変換部を設け、このアドレス変換部によって変換されたアドレスの領域に送信データを設定して前記MACヘッダと共に前記ネットワークへ送信するネットワーク接続装置であって、分割されたパケットを組み立てるための制御情報として、MAC層においてTCP/IP層から受け取る分割される前のパケット毎に付加するフレーム番号と、分割されたフレームにシーケンシャルに与えるシーケンス番号を、MACフレームのオプション領域に設定するものである。 The network connection device according to the present invention includes a TCP / IP processing unit and a MAC processing unit, and transmits and receives data to and from the network. An address designated by the TCP / IP processing unit is assigned by the MAC processing unit. A network connection device that includes an address conversion unit that converts an address that does not overlap an area in which a MAC header is set, sets transmission data in the area of the address converted by the address conversion unit, and transmits the transmission data to the network together with the MAC header In addition, as control information for assembling the divided packets, a frame number to be added to each packet before being divided from the TCP / IP layer in the MAC layer and a sequence number to be sequentially given to the divided frames MAC frame options It is intended to be set in ® down area.
この発明は、TCP/IP処理部およびMAC処理部を有しネットワークとデータを送受信するネットワーク接続装置において、前記TCP/IP処理部から指定されたアドレスを、前記MAC処理部によりMACヘッダが設定される領域に重ならないアドレスに変換するアドレス変換部を設け、このアドレス変換部によって変換されたアドレスの領域に送信データを設定して前記MACヘッダと共に前記ネットワークへ送信するネットワーク接続装置であって、分割されたパケットを組み立てるための制御情報として、MAC層においてTCP/IP層から受け取る分割される前のパケット毎に付加するフレーム番号と、分割されたフレームにシーケンシャルに与えるシーケンス番号を、MACフレームのオプション領域に設定するので、送信の際にTCP/IP層及びMAC層が扱うデータ領域は、TCP/IP層からは連続したデータ領域として扱うことができ、MAC層及びハードウェアからはMTUのサイズ毎にMACヘッダが付加された領域として扱うことができ、TCP/IP層ではパケットの分割・組み立てが不要となるので、MTUサイズを超えるデータ長のパケットを送受信する場合に、TCP/IP層における通信負荷の増大とそれによる通信効率の低下を防ぐことができる。 According to the present invention, in a network connection device having a TCP / IP processing unit and a MAC processing unit for transmitting / receiving data to / from a network, an MAC header is set by the MAC processing unit with an address designated by the TCP / IP processing unit. An address conversion unit that converts an address that does not overlap an area to be transmitted, sets transmission data in the area of the address converted by the address conversion unit, and transmits the data together with the MAC header to the network. As frame control options for assembling the divided packets, a frame number added to each packet before being divided and received from the TCP / IP layer in the MAC layer, and a sequence number that is sequentially given to the divided frames are options of the MAC frame. since the set in the area, The data area handled by the TCP / IP layer and MAC layer during communication can be handled as a continuous data area from the TCP / IP layer, and a MAC header is added for each MTU size from the MAC layer and hardware. Since the TCP / IP layer does not need to divide and assemble packets, when a packet with a data length exceeding the MTU size is transmitted / received, an increase in the communication load in the TCP / IP layer is caused. A decrease in communication efficiency can be prevented.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を、ネットワーク接続装置の事例を示す図1に基づいて説明する。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 showing an example of a network connection device.
図1において、ネットワーク接続装置100は、データ送受信処理部1およびデータ送受信部4を有し、イーサネット(登録商標)200に接続されている。前記イーサネット(登録商標)200は、例えばプラント監視制御等で使用されるLAN等のネットワークである。
In FIG. 1, the
前記データ送受信処理部1は、TCP/IP処理部2およびMAC処理部3を有している。
The data transmission /
前記データ送受信部4は、アドレス変換部5、送信バッファ6、イーサネット(登録商標)フレーム送信部7、受信バッファ8、イーサネット(登録商標)フレーム受信部9、アドレス信号線10、およびデータ信号線11を有している。
The data transmission /
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
TCP/IP処理部2は、送信データを送信バッファ6に設定する。その場合、TCP/IP処理部2から指定されたアドレスがアドレス変換部5により変換され、アドレス信号線10を通して送信バッファ6に送られる。
The TCP / IP processing unit 2 sets transmission data in the
前記アドレス変換部5によるアドレス変換は、具体的には、変換アドレス変換部5が、図3に図示のように、TCP/IP処理部2から指定されたアドレスをMACヘッダが設定される領域に重ならないアドレスに変換する。なお、図3についての具体的な説明は、実施の形態2で後述する。
Specifically, the address conversion by the
このアドレス変換と同時に送信データも送信バッファ6に送られ、送信データが送信バッファ6の指定されたアドレスの領域に設定される。
Simultaneously with this address conversion, transmission data is also sent to the
送信データが送信バッファ6に設定されると、MAC処理部3が起動され、MAC処理部3が送信バッファ6に、MTU(例えば1500バイト)毎にMACヘッダを設定した後、イーサネット(登録商標)フレーム送信部7に対して送信指令を出す。
When the transmission data is set in the
送信指令を受けたイーサネット(登録商標)フレーム送信部7は、送信バッファ6からMACヘッダと送信データをMTUで設定されたサイズ(例えば1500バイト)だけ読み出し、つまりMTU単位で(換言すればMACヘッダ毎に)分割してイーサネット(登録商標)200に送信を行う。イーサネット(登録商標)フレーム送信部7は、TCP/IP処理部2で設定された送信データの最終データまでこの動作を行う。
The Ethernet (registered trademark)
受信時は、イーサネット(登録商標)フレーム受信部9が受信し、イーサネット(登録商標)フレーム受信部9が受信フレームを受信バッファ8内の中間保管領域に書き込むと共に、MAC処理部3に通知する。
At the time of reception, the Ethernet (registered trademark) frame receiving unit 9 receives the data, and the Ethernet (registered trademark) frame receiving unit 9 writes the received frame in the intermediate storage area in the
この通知を受けたMAC処理部3は、複数の前記MACヘッダ毎に分割された受信フレームを、受信バッファ8内のデータ保管領域に、データの順番通り、つまりMAC用アドレスの順番通りに、格納し、最終データ受信後、TCP/IP処理部2に通知する。
Receiving this notification, the
この通知を受けたTCP/IP処理部2は、前述のように受信バッファ8内のデータ保管領域にMAC用アドレスの順番通り保管されたデータを読み出すが、その時アドレス変換部5によりMACヘッダ(図3のMAC用バッファアドレスを参照)を除くアドレスに変換されることにより、データのアドレスの順番通りに連続したデータとして扱うことができ、TCP/IP層でのパケットの組み立てが不要になる。
Upon receiving this notification, the TCP / IP processing unit 2 reads the data stored in the data storage area in the
前述のように、この発明の実施の形態1のネットワーク接続装置100においては、送信の際にTCP/IP層及びMAC層が扱うデータ領域は、TCP/IP層からは連続したデータ領域として扱うことができ、MAC層及びハードウェアからはMTUのサイズ毎にMACヘッダが付加された領域として扱うことができるように構成したアドレス変換部5を持つことにより、使用するネットワークのMTUを超えるデータ長のパケットを送受信する場合に、TCP/IP層ではMTUに合わせたパケットの分割・組み立てが不要である。
As described above, in the
このように、アドレス変換機構5を設けることにより、TCP/IP層ではパケットの分割・組み立てが不要となるように構成してあるので、前述の特許文献1のように、フレーム分割部を設け、当該フレーム分割部において、TCP/IPパケットを分割すると共に、分割した各々にIPヘッダ及びTCPヘッダを付加する場合に比べ、MTUを超えるデータ長のパケットを転送する場合のTCP/IP層におけるパケット分割・組み立て処理の負荷を軽減させて通信性能を向上させることができる。
In this way, by providing the
実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2を、アドレス変換部の動作の事例を表す図2及びアドレス変換部によるTCP/IP用バッファアドレスの変換後のアドレスの事例を示す図3に基づいて説明する。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 2 showing an example of the operation of the address translation unit and FIG. 3 showing an example of the address after the TCP / IP buffer address is translated by the address translation unit.
図2には、TCP/IP層及びMAC層から見たアドレスマップ12、TCP/IP用バッファの内容13、及びバッファの実体14を例示してある。TCP/IP用バッファとMAC用バッファとは、前記アドレスマップ12上では別空間に定義されており、それぞれ別の領域として扱うことができるようになっている。TCP/IP用バッファ13にはTCP/IP層が設定するIPヘッダ、TCPヘッダ及びデータが書き込まれている。これらIPヘッダ、TCPヘッダ及びデータは、TCP/IPパケット毎に設定されるものである。
FIG. 2 illustrates an
TCP/IP用バッファアドレスは前記アドレス変換部5(図1参照)によって、バッファの実体14に示されるアドレスに変換される。バッファの実体14すなわち、MAC・イーサネット(登録商標)フレーム送受信部用バッファでは、TCP/IP用バッファから見た内容13にMACヘッダが付加された内容であるのに対し、TCP/IP用バッファからは、MACヘッダ部が見えないようにアドレス変換されている。このアドレス変換部5の動作により、TCP/IP層からは、パケットの分割・組み立てを意識することなくデータを設定することができる。
The TCP / IP buffer address is converted by the address conversion unit 5 (see FIG. 1) into an address indicated by the
図3はアドレス変換部5によるTCP/IP用バッファアドレスの変換後のアドレスを例示したものである。TCP/IP用バッファアドレスは、アドレス変換部5によって以下のように変換される。
C+((TCP/IP用バッファアドレス−A)÷1500の商)×18+18
ここで、1500はイーサネット(登録商標)のMTUサイズである1500バイト、18はMACヘッダ長の18バイトによるものである。この変換を施すことにより、TCP/IP層からはTCP/IP用バッファアドレスに対して送信データを設定することで、送信データを分割することなく設定することができると共に、MAC層からはMAC用バッファアドレスを通してMACヘッダを挿入することができるため、MTUを超えるデータ長のパケットを送信する場合にTCP/IP層でのパケット分割が不要となる。このことは受信バッファに対しても同様に行われるため、TCP/IP層でのパケット組み立てが不要となる。
FIG. 3 shows an example of the address after the TCP / IP buffer address is converted by the
C + ((TCP / IP buffer address−A) ÷ 1500 quotient) × 18 + 18
Here, 1500 is an Ethernet (registered trademark) MTU size of 1500 bytes, and 18 is a MAC header length of 18 bytes. By performing this conversion, the transmission data can be set from the TCP / IP layer to the TCP / IP buffer address without dividing the transmission data, and the MAC layer can be used for the MAC. Since the MAC header can be inserted through the buffer address, packet division at the TCP / IP layer becomes unnecessary when transmitting a packet having a data length exceeding the MTU. Since this is also performed for the reception buffer, packet assembly at the TCP / IP layer is not necessary.
図2及び図3に示すように、TCP/IP層及びMAC層が扱うデータ領域を物理的に同一とするように構成してあるので、双方間でのデータの受け渡しの際の複雑な処理が不要になる。 As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the data areas handled by the TCP / IP layer and the MAC layer are configured to be physically the same, so that complicated processing at the time of data transfer between the two is performed. It becomes unnecessary.
実施の形態3.
以下、この発明の実施の形態3を、フレーム番号及びシーケンス番号の構成の事例を示す図4に基づいて説明する。
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 4 showing an example of the structure of frame numbers and sequence numbers.
図4に示すように、IEEE802.1Qで定義されているMACヘッダ15には、周知のようにTPID(TagProtocol IDentifier)とTCI(Tag Control Information)はVLANタグと呼ばれる識別コードがある。このオプション領域であるTCI部16に、フレーム番号(4ビット)とシーケンス番号(8ビット)とを設定する。フレーム番号はTCP/IP層からのパケット毎にインクリメントされ、その範囲は0から15である。シーケンス番号は、前述のようにMAC層でデータを分割して送信する際に、各フレームに順番に設定し、その範囲は0から255である。これらを使用することにより受信側では、MAC層で分割送信されたデータの組み立てを行うことができる。
As shown in FIG. 4, the
このように、送信時に、パケット毎に付加するフレーム番号と、分割されたフレームにシーケンシャルに与えるシーケンス番号を、MACフレームのオプション領域に設定しているので、これらを使用することにより受信側では、MAC層で分割送信されたデータの組み立てを行うことができる。 In this way, since the frame number added for each packet and the sequence number that is sequentially given to the divided frames are set in the option area of the MAC frame at the time of transmission, by using these, on the receiving side, The data divided and transmitted by the MAC layer can be assembled.
実施の形態4.
以下、この発明の実施の形態4を、データ受信時のMAC層における処理フローの事例を表す図5に基づいて説明する。
Hereinafter,
図5に示すように、MAC層では、フレーム受信時、送信元MACアドレスとオプション領域のフレーム番号(ID)とを参照して(ステップST1)、分割されたデータかどうかチェックを行う(ステップST2)。 As shown in FIG. 5, at the time of frame reception, the MAC layer refers to the source MAC address and the frame number (ID) of the option area (step ST1) and checks whether the data is divided (step ST2). ).
ステップST2でのチェック結果が、分割されたデータならば、シーケンス番号を参照して順番にバッファに格納する(ステップST3)。 If the check result in step ST2 is the divided data, the sequence number is referred to and stored in the buffer in order (step ST3).
次いで、全フレームを受信完了しかどうか判定し(ステップST4)、ステップST4での判定結果、全フレームを受信完了したならばTCP/IP層に受信通知を行う(ステップST5)。この処理により、MAC層で分割送信されたデータの組み立てを行うことができる。 Next, it is determined whether or not all frames have been received (step ST4), and if reception of all frames is completed as a result of determination in step ST4, a reception notification is sent to the TCP / IP layer (step ST5). By this processing, it is possible to assemble data divided and transmitted by the MAC layer.
前記ステップST2でのチェック結果が、分割されたデータでないならば、シーケンス番号を参照する必要が無いので、前記ステップST5に進む。 If the check result in step ST2 is not divided data, it is not necessary to refer to the sequence number, and the process proceeds to step ST5.
前記ステップST4での判定結果、全フレームを受信完了してないならば、次のフレーム受信を待つ(ステップST6)。 If the result of determination in step ST4 is that reception of all frames has not been completed, reception of the next frame is awaited (step ST6).
このように、送信元MACアドレス、MACフレームのオプション領域に設定されたフレーム番号及びシーケンス番号を参照して受信処理をするように構成しているので、この処理により、受信時に、MAC層で分割送信されたデータの組み立てを行うことができる。 As described above, since the reception process is configured with reference to the source MAC address, the frame number and the sequence number set in the option area of the MAC frame, it is divided at the MAC layer at the time of reception by this process. The transmitted data can be assembled.
実施の形態5.
以下、この発明の実施の形態5を、ネットワーク接続装置の他の事例を示す図6に基づいて説明する。
The fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 6 showing another example of the network connection device.
図6は、TCP/IP層等からMTUのサイズを外部から変更できるように構成したもので、MTUサイズ設定部17を設けてある。アドレス変換部5は前記MTUサイズ設定部17に設定されたMTUの値を使用してアドレス変換を行う。これにより、使用するネットワークに対応してMTUサイズを変更することが可能となり、イーサネット(登録商標)だけでなく他のネットワークにも適用することが可能となる。
FIG. 6 shows a configuration in which the MTU size can be changed from the outside from the TCP / IP layer or the like, and an MTU
1 データ送受信処理部、
2 TCP/IP処理部、
3 MAC処理部、
4 データ送受信部、
5 アドレス変換部、
6 送信バッファ、
7 イーサネット(登録商標)フレーム送信部、
8 受信バッファ、
9 イーサネット(登録商標)フレーム受信部、
10 アドレス信号線、
11 データ信号線、
12 アドレスマップ、
13 TCP/IP用バッファの内容、
14 バッファの実体、
15 MACヘッダ、
16 TCI部内容、
17 MTUサイズ設定部、
100 ネットワーク接続装置100、
200 イーサネット(登録商標)(ネットワーク)。
1 Data transmission / reception processor
2 TCP / IP processing unit,
3 MAC processing part,
4 Data transmitter / receiver,
5 Address converter,
6 Send buffer,
7 Ethernet (registered trademark) frame transmitter,
8 Receive buffer,
9 Ethernet (registered trademark) frame receiver,
10 Address signal line,
11 Data signal line,
12 Address map,
13 Contents of TCP / IP buffer,
14 Buffer entity,
15 MAC header,
16 TCI content,
17 MTU size setting section,
100
200 Ethernet (registered trademark) (network).
Claims (3)
前記TCP/IP処理部から指定されたアドレスを、前記MAC処理部によりMACヘッダが設定される領域に重ならないアドレスに変換するアドレス変換部を設け、このアドレス変換部によって変換されたアドレスの領域に送信データを設定して前記MACヘッダと共に前記ネットワークへ送信するネットワーク接続装置であって、
分割されたパケットを組み立てるための制御情報として、MAC層においてTCP/IP層から受け取る分割される前のパケット毎に付加するフレーム番号と、分割されたフレームにシーケンシャルに与えるシーケンス番号を、MACフレームのオプション領域に設定する
ことを特徴とするネットワーク接続装置。 In a network connection device having a TCP / IP processing unit and a MAC processing unit for transmitting and receiving data to and from a network,
An address conversion unit that converts an address designated by the TCP / IP processing unit into an address that does not overlap an area in which a MAC header is set by the MAC processing unit is provided, and the address converted by the address conversion unit A network connection device that sets transmission data and transmits the data together with the MAC header to the network,
As control information for assembling the divided packets, a frame number added to each packet before being divided and received from the TCP / IP layer in the MAC layer, and a sequence number given sequentially to the divided frames are A network connection device set in an option area .
前記TCP/IP処理部から指定されたアドレスを、前記MAC処理部によりMACヘッダが設定される領域に重ならないアドレスに変換するアドレス変換部を設け、このアドレス変換部によって変換されたアドレスの領域に送信データを設定して前記MACヘッダと共に前記ネットワークへ送信し、前記アドレス変換部は、前記ネットワークからの受信データから前記MACヘッダを除くアドレス変換を行うネットワーク接続装置であって、
分割されたパケットを組み立てるための制御情報として、MAC層においてTCP/IP層から受け取る分割される前のパケット毎に付加するフレーム番号と、分割されたフレームにシーケンシャルに与えるシーケンス番号を、MACフレームのオプション領域に設定する
ことを特徴とするネットワーク接続装置。 In a network connection device having a TCP / IP processing unit and a MAC processing unit for transmitting and receiving data to and from a network
An address conversion unit that converts an address designated by the TCP / IP processing unit into an address that does not overlap an area in which a MAC header is set by the MAC processing unit is provided, and the address converted by the address conversion unit The transmission data is set and transmitted to the network together with the MAC header, and the address conversion unit is a network connection device that performs address conversion excluding the MAC header from the received data from the network,
As control information for assembling the divided packets, a frame number added to each packet before being divided and received from the TCP / IP layer in the MAC layer, and a sequence number given sequentially to the divided frames are A network connection device set in an option area .
前記分割されたフレームを受信する場合に、送信元MACアドレスとオプション領域のフレーム番号を参照して、分割データかどうかをチェックし、分割データならばシーケンス番号を参照して順番にデータを格納する
ことを特徴とするネットワーク接続装置。 The network connection device according to claim 1 or 2 ,
When the divided frame is received, it is checked whether it is divided data by referring to the source MAC address and the frame number of the option area. If it is divided data, the data is stored in order by referring to the sequence number. A network connection device characterized by that.
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