JP4649315B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、通信装置及び通信方法に関し、特に、フラグメントなどにより断片化されたデータグラムの通信技術に関する。
IEEE802.3規格に準拠したネットワークシステムにおいては、IP(Internet Protocol)プロトコルが用いられている。IPプロトコルには、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)やUDP/IP(User Datagram Protocol/Internet Protocol)等がある。これらのプロトコルの下位層は、LLC(Logical Link Control:IEEE802.1)やMAC(Media Access Control)層、PHY(物理)層などから構成されている。
IP層は、1パケットあたりのデータ量を65535オクテット(Octet)まで定義できる仕様となっている。しかし、ネットワークに接続されたステーション間で有限のネットワーク帯域を公平に使用するためには、転送される1パケットのサイズを制限して、特定のステーションによる帯域圧迫の影響を避けることが一般的である。
IP層においては、最大パケットサイズをMTU(Maximum Transfer Unit:最大転送単位)として定義している。一般的に、MTUは、10Mbps(bit per second)〜1GbpsのEthernet(登録商標)の場合には1492オクテット、電話回線によるダイアルアップ接続の場合にはX.25プロトコルを用い576オクテットに設定されることが多い。また、1Gbps〜10GbpsのEthernet(登録商標)では、MTUを大きく設定して広帯域である優位性を引き出すことがある。
以下、IP層のデータフォーマットを用いたMTUについて説明する。MTUが定義している長さは、IP層以下のデータグラムの長さである。したがって、一般的に伝送媒体にフレームとして出力される際には、その先頭にMACヘッダの14オクテットが付与され、最後にFCS(Frame Check Sequence)の4オクテットが付与される。
ここで、図3に示すようなネットワークシステムにおいて、ネットワークA311に属するホストA301がネットワークB312に属するホストB302にネットワークC313を介してパケットを送出する場合について説明する。ネットワークA311、B312のMTUはそれぞれ1492オクテットとし、ネットワークC313のMTUは576オクテットとする。ルーターA321は、ネットワークA311とネットワークC313を相互に接続し、ルーターB322は、ネットワークB312とネットワークC313を相互に接続する。
ホストA301及びB302は、それぞれの属するネットワークA311、B312のMTUが1492オクテットであるため、1492オクテットのUDP/IPデータグラム(パケット)を発行している。ホストA301がホストB302に対して1492オクテットのUDP/IPデータグラムを送出する場合、その経路上にMTU=576オクテットのネットワークC313を介しているため、ルーターA321はデータグラムを断片化(フラグメント)する。
具体的には、ルーターA321は、ホストA301からのUDP/IPデータグラムをネットワークC313に送出するために、図4に示すように3つのIPデータグラムに分割する。図4において、(A)はホストA301から送出された元のIPパケットを示し、(B)、(C)、及び(D)は元のIPパケットをフラグメントしてルーターA321から送出されるIPパケットをそれぞれ示している。なお、元のIPパケットとそれをフラグメントして送出されるIPパケットとを区別するために、以下ではフラグメントにより得られたIPパケットを「IPフラグメントパケット」と称す。
図4(A)に示すIPパケットは、IPヘッダ、UDPヘッダ、ペイロード(伝送データ部)から構成される。ルーターA321から送出される、図4(B)に示すIPフラグメントパケットは、UDPヘッダ付であり、IPデータグラム長(ペイロード)が576オクテットであり、MF(More Fragments)フラグを‘1’として送出する。MFフラグに‘1’を設定することで、さらに後続のIPフラグメントパケットの存在を示している。この1番目のIPフラグメントパケットはUDPヘッダを含んでいる。
図4(C)に示す2番目のIPフラグメントパケットは、図4(B)に示した1番目のIPフラグメントパケットと同じIDが付与される。2番目のIPフラグメントパケットは、1番目のIPフラグメントパケットと同じくIPデータグラム長が最大の576オクテットであり、MFフラグが‘1’で、オフセット値が576オクテットという値が付与される。このオフセット値は、フラグメントして得られたIPフラグメントパケットのデータが元のIPパケットのどこからのデータであるかを示すアドレスとなる。
図4(D)に示す3番目のIPフラグメントパケットは、MFフラグを‘0’とすることで、これより後続のIPフラグメントパケットがない、すなわちこのIPフラグメントパケットが末端であることを示している。3番目のIPフラグメントパケットは、IPデータグラム長が340オクテットであり、オフセット値が1152となっている。
上述した1番目から3番目のIPフラグメントパケットは、すべて同じIDを持っているため元は同一のIPパケットであることが分かる。
このようにしてホストA301から送出されたIPパケットは、ルーターA321により3つに断片化されネットワークC313を介してルーターB322に伝送され、さらにルーターB322からホストB302にフラグメントされたままの状態で伝送される。ホストB302は、フラグメントされたIPパケット、すなわち3つのIPフラグメントパケットを受信すると、それらのMFフラグとオフセット値を参照して元のIPパケットを組立てる。
このようなパケットがフラグメントされる状況は、上述した場合に限らず、ホスト(ステーション)において自ネットワーク(自ステーション)のMTUに対して大きなデータグラムの送出を実行する場合においてもホスト内で同様なフラグメントが発生する。
特開平9−204376号公報
しかしながら、上述した従来技術のルーターにおけるIPパケットのフラグメント処理は以下のような問題点があった。すなわち、UDP/IPデータグラム全体のチェックサムが1番目のIPフラグメントパケットに含まれるUDPヘッダに記述されるため、すべてのデータグラムが揃わない限り先頭の1番目のIPフラグメントパケットが送出できない。そのため、データグラムが増大するにつれてフラグメント処理によるパケットの出力遅延が大きくなるという問題点があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、パケットのフラグメントに係る遅延時間を短縮して、フラグメントされたパケットの出力遅延を小さくできるようにすることを目的とする。
本発明に係る通信装置は、入力データを複数の分割データに分割する分割手段と、上記入力データに基づき算出される情報を生成する生成手段と、上記複数の分割データのうち、上記情報を格納するパケットに格納されることになる分割データを記憶する記憶手段と、上記記憶手段に記憶した分割データを除く分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記情報を格納した上記記憶手段に記憶した分割データを格納するパケットをネットワークに出力する出力手段とを有することを特徴とする。
本発明に係る通信方法は、入力データを複数の分割データに分割する工程と、上記入力データに基づき算出される情報を生成する工程と、上記複数の分割データのうち、上記情報を格納するパケットに格納されることになる分割データをバッファに記憶する工程と、上記バッファに記憶した分割データを除く分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記情報および上記バッファに記憶した分割データを格納するパケットを上記ネットワークに出力する工程とを有することを特徴とする。
本発明に係るプログラムは、入力データを複数の分割データに分割する工程と、上記入力データに基づき算出される情報を生成する工程と、上記複数の分割データのうち、上記情報を格納するパケットに格納されることになる分割データをバッファに記憶する工程と、上記バッファに記憶した分割データを除く分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記情報および上記バッファに記憶した分割データを格納するパケットを上記ネットワークに出力する工程とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記プログラムを記録したことを特徴とする。
本発明によれば、入力されるデータを分割しネットワークに対して出力する場合、入力データに基づいて算出される情報を格納する分割パケットを最後に出力する。これにより、入力データに基づいて算出される情報を格納する分割パケットの出力を待つことなく、他の分割パケットを出力することができる。したがって、フラグメントに係る遅延時間を短縮し、パケットの出力遅延を小さくすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による通信装置の構成例を示すブロック図である。
図1において、201はデータが入力される入力ポートであり、202は入力ポート201より入力されたデータ(情報)をある一定のサイズに合わせるパケット化部である。
203はパケット化部202から出力されるデータにUDP/IPのプロトコル処理をするUDP/IPプロトコル処理部であり、フラグメント判定部211、チェックサム算出部212、及びUDP/IP処理部213を有する。
フラグメント判定部211は、後述するMTUレジスタ204に設定保持されている最大転送単位(MTU)の設定値を参照し、パケット化部202から供給されるデータを分割(フラグメント)するか否かを判定する。
具体的には、フラグメント判定部211は、パケット化部202から供給されるデータの大きさ(サイズ)と、MTUレジスタ204の設定値とを比較する。その結果、フラグメント判定部211は、パケット化部202からのデータのサイズがMTUレジスタ204の設定値より大きい場合には、データサイズが当該設定値以下になるようにパケット化部202からのデータを複数の分割データに分割する。
チェックサム算出部212は、フラグメント判定部211を介して供給されるデータを基に、UDPヘッダ中に記述される当該データ全体(UDPデータグラム全体)のチェックサムを算出する。UDP/IP処理部213は、フラグメント判定部211を介して供給されるデータにUDP/IPに係るプロトコル処理を施す。例えば、UDP/IP処理部213は、チェックサム算出部212で算出したチェックサムを記述したUDPヘッダをデータに付加する。
MTUレジスタ204は、IP層における最大転送単位(MTU)の設定値を保持するレジスタである。205は、UDP/IPプロトコル処理部203においてMTUレジスタ204の設定に基づきIPフラグメント(データの分割)が生じた場合に、フラグメントの第1フレームに属する分割データを保持するフラグメント用バッファである。言い換えれば、フラグメント用バッファ205には、IPフラグメントが生じた場合に、すべての分割データを基に算出したチェックサムを書き込んだUDPヘッダが付加される第1のフラグメントパケットに属する分割データを保持する。
206はMAC層のプロトコル処理を行うMACプロトコル処理部であり、207は物理層デバイスであるPHY(物理)部であり、208はネットワークメディア(伝送媒体)である。
次に、本実施形態による通信装置の動作について説明する。
あるデータ生成装置から送信されたデータが入力ポート201より入力されると、その入力データは、パケット化部202においてある一定サイズのUDPデータグラムにパケット化される。このときのパケット化に係るデータのサイズは、接続されたデータ生成装置に依存する。
パケット化部202にてパケット化されたUDPデータグラムは、UDP/IPプロトコル処理部203に供給され、UDP/IPプロトコル処理部203においてUDP及びIPヘッダが付与される。このとき、IPパケットのサイズは、MTUレジスタ204で与えられるその設定値(最大転送単位:MTU)によって定義される。そのため、パケット化部202で生成したUDPデータグラムのサイズにUDPヘッダのサイズを加えたIPデータグラムのサイズに応じて、UDP/IPプロトコル処理部203は次のように処理を実行する。
IPデータグラムのサイズがMTUレジスタ204の設定値より小さい場合には、IPデータグラムは、UDPデータグラム全体のチェックサムを含むUDP/IPのヘッダ情報を付与したIPフレームとしてMACプロトコル処理部206に供給される。その後、MACプロトコル処理部206においてMACヘッダが付加され、物理層デバイスであるPHY部207を経由してネットワークメディア208に対して出力される。以上のようにして、入力ポート201より入力されたデータがネットワークメディア208に対して送信される。
一方、IPデータグラムのサイズがMTUレジスタ204の設定値より大きい場合には、以下に説明するフラグメント処理が発生する。フラグメント処理では、UDP/IPプロトコル処理部203は、IPデータグラムの先頭からMTUレジスタ204の設定値、つまり最大転送単位(MTU)のサイズでデータを切り出して擬似的なUDPヘッダを付与する。
このとき、すべてのUDPデータグラムは揃っていないため、チェックサム算出部212ではUDPヘッダ情報であるUDPデータグラム全体のチェックサムの算出が終了していない。そのため、UDPヘッダ情報が付加される先頭(1番目)のフラグメントパケットは送信することができない。そこで、UDP/IPプロトコル処理部203は、この先頭のフラグメントパケットを擬似的なUDPヘッダを付与して一旦フラグメント用バッファ205に蓄積保持させる。
次に、UDP/IPプロトコル処理部203は、2番目のデータとして先ほど1番目のデータを切り出した位置からMTUのサイズまでデータを切り出す。そして、UDP/IPプロトコル処理部203は、切り出したデータにIPヘッダを付けてMACプロトコル処理部206に出力する。その後、2番目のデータは、MACプロトコル処理部206においてMACヘッダが付加され、物理層デバイスであるPHY部207を経由してネットワークメディア208に対して出力される。
上述のようにして、UDP/IPプロトコル処理部203は、2番目以降のデータを順次切り出してMACプロトコル処理部206に出力し、MACプロトコル処理部206はそれにMACヘッダを付加する。MACヘッダが付加されたデータは、PHY部207を経由してネットワークメディア208に順次出力される。
そして、データグラムの最後まで出力が完了したら、UDP/IPプロトコル処理部203は、チェックサム算出部212で得られたそれまでのチェックサムの結果をフラグメント用バッファ205に蓄積してあるフラグメントパケットのUDPヘッダに与える。さらに、当該フラグメントパケットは、UDP/IPプロトコル処理部203からMACプロトコル処理部206に出力され、MACヘッダが付与された後、PHY部207を経由してネットワークメディア208に出力される。
以上、本実施形態によれば、UDP/IPプロトコル処理部203内のフラグメント判定部211が、MTUレジスタ204の設定値と入力されるデータのデータ量とを比較し、入力されるデータを分割(フラグメント)するか否かを判定する。その結果、入力されるデータを分割する場合には、UDP/IPプロトコル処理部203は、UDPヘッダが含まれる第1のフラグメントパケットに属する分割データをフラグメント用バッファ205に保持させる。そして、UDP/IPプロトコル処理部203は、後続の第2番目以降のフラグメントパケットを順次出力し最後のフラグメントパケットを送出した後に、チェックサムが記述されたUDPヘッダを付与し第1のフラグメントパケットを出力する。
すなわち、入力されたUDPデータグラムをフラグメントして出力する場合に、まず第1のフラグメントパケットは擬似的なUDPヘッダを付与してフラグメント用バッファ205に保持される。第2以降のフラグメントパケットは順次出力されるとともに、第1のフラグメントパケットに付与するUDPヘッダにおけるチェックサムが算出される。そして、最終フラグメントパケットの送出が終了すると、算出したチェックサムを記述したUDPヘッダを作成し第1のフラグメントパケットが送出される。
これにより、図2に示すようにUDPヘッダが付与される第1のフラグメントパケットの出力を待つことなく、フラグメントされたデータだけの第2以降のフラグメントパケットを順次出力することができる。したがって、図2から明らかなようにフラグメントに係る遅延時間を従来と比較して期間TSだけ短縮することができ、UDPデータグラムを送出完了するまで生じる遅延時間を小さくし出力遅延を小さくすることができる。
ここで、図2は本実施形態におけるフラグメントパケットの送信処理を説明するための図である。図2においては、入力データをN個にフラグメントして出力する場合を示しており、本実施形態と比較するために従来技術における送信処理も合わせて示している。なお、入力データは1つのデータとして入力されるが、図2においては出力データとの対応をわかりやすくするために分割して示している。
また、本実施形態によれば、入力されたUDPデータグラムをフラグメントして出力する場合に、第2以降のフラグメントパケットは、当該フラグメントパケットに属するデータの蓄積が完了次第、出力される。そのため、フラグメント処理において要求されるバッファの最大記憶容量は、MTU+UDP/IPヘッダ+ペイロードの第1フラグメントパケットの1パケット分だけとなる。これにより、従来と比較してフラグメント処理に要する記憶容量を大幅に削減することができる。
(本発明の他の実施形態)
上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置又はシステム内のコンピュータに対し、上記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステム又は装置のコンピュータ(CPU又はMPU)に格納されたプログラムに従って上記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
また、この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体は本発明を構成する。また、そのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)又は他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態に示した通信装置は、図5に示すようなコンピュータ機能500を有し、そのCPU501により上述した実施形態での動作が実施される。
上記図5に示すように、コンピュータ機能500は、CPU501と、ROM502と、RAM503とを有する。また、コンピュータ機能500は、キーボード(KB)509のキーボードコントローラ(KBC)505と、表示部としてのCRTディスプレイ(CRT)510のCRTコントローラ(CRTC)506とを有する。さらに、コンピュータ機能500は、ハードディスク(HD)511及びフレキシブルディスク(FD)512のディスクコントローラ(DKC)507と、ネットワークインタフェースカード(NIC)508とを有する。CPU501、ROM502、RAM503、KBC505、CRTC506、DKC507、及びNIC508は、システムバス504を介して互いに通信可能に接続されている。
CPU501は、ROM502又はHD511に記憶されたソフトウェア、又はFD512より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス504に接続された各構成部を総括的に制御する。すなわち、CPU501は、上述したような動作を行うための処理プログラムを、ROM502、HD511、又はFD512から読み出して実行することで、上述した実施形態での動作を実現するための制御を行う。RAM503は、CPU501の主メモリあるいはワークエリア等として機能する。
KBC505は、KB509や図示していないポインティングデバイス等からの指示入力を制御する。CRTC506は、CRT510の表示を制御する。DKC507は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び上述した実施形態における上記処理プログラム等を記憶するHD511及びFD512とのアクセスを制御する。NIC508はネットワーク513上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の実施形態による通信装置の構成例を示すブロック図である。 本実施形態におけるフラグメントパケットの送信処理を説明するための図である。 ネットワークシステムの一例を示す図である。 IPパケットのフラグメントを説明するための図である。 本実施形態における通信装置を実現可能なコンピュータ機能を示すブロック図である。
符号の説明
203 UDP/IPプロトコル処理部
204 MTUレジスタ
205 フラグメント用バッファ
211 フラグメント判定部
212 チェックサム算出部
213 UDP/IP処理部

Claims (8)

  1. 入力データを複数の分割データに分割する分割手段と、
    上記入力データに基づき算出される情報を生成する生成手段と、
    上記複数の分割データのうち、上記情報を格納するパケットに格納されることになる分割データを記憶する記憶手段と、
    上記記憶手段に記憶した分割データを除く分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記情報を格納した上記記憶手段に記憶した分割データを格納するパケットをネットワークに出力する出力手段とを有することを特徴とする通信装置。
  2. 上記分割データの最大のデータ量を設定する設定手段をさらに備え、
    上記分割手段は、上記入力データのデータ量と上記最大のデータ量とを比較し、上記入力データのデータ量が上記最大のデータ量より大きい場合に、上記入力データを分割することを特徴とする請求項1記載の通信装置。
  3. 上記最大のデータ量は、ネットワークにおける最大転送単位(MTU)であることを特徴とする請求項2記載の通信装置。
  4. 上記出力手段は、1番目の分割データを除く各分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記1番目の分割データを格納するパケットを出力することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の通信装置。
  5. 上記情報は、上記入力データのチェックサムであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の通信装置。
  6. 通信装置における通信方法であって、
    入力データを複数の分割データに分割する工程と、
    上記入力データに基づき算出される情報を生成する工程と、
    上記複数の分割データのうち、上記情報を格納するパケットに格納されることになる分割データをバッファに記憶する工程と、
    上記バッファに記憶した分割データを除く分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記情報および上記バッファに記憶した分割データを格納するパケットを上記ネットワークに出力する工程とを有することを特徴とする通信方法。
  7. コンピュータにより実行され、通信装置によりパケットをネットワークに送信するためのプログラムであって、
    入力データを複数の分割データに分割する工程と、
    上記入力データに基づき算出される情報を生成する工程と、
    上記複数の分割データのうち、上記情報を格納するパケットに格納されることになる分割データをバッファに記憶する工程と、
    上記バッファに記憶した分割データを除く分割データを格納するパケットをネットワークに出力した後、上記情報および上記バッファに記憶した分割データを格納するパケットを上記ネットワークに出力する工程とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
  8. 請求項7記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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