JP7315099B2 - Connection count measurement device, connection state detection device, connection state detection method, and connection count measurement program - Google Patents
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Description
本発明は、受信したパケットに基づいてコネクションの状態を検出するコネクション検出技術に関する。 The present invention relates to a connection detection technique for detecting connection states based on received packets.
一般に、キャリアネットワークやデータセンタ等のネットワークサービスにおけるサービス運用管理では、サーバの負荷状況を把握するため、サーバのコネクション数をリアルタイムに監視する必要がある。コネクション数は、例えば、非特許文献1に記載の技術を用いることにより、サーバ内で計測することができ、正確な数を得ることができる。しかし、コネクションの監視を行うためにサーバの計算リソースの一部を占有するため、サーバの処理性能を低下させる可能性がある。
Generally, in service operation management in network services such as carrier networks and data centers, it is necessary to monitor the number of server connections in real time in order to grasp the load status of the server. The number of connections can be measured within the server by using the technique described in Non-Patent
一方、サーバとは別個の、ネットワークスイッチ、ルータ、ネットワーク監視装置などのネットワーク機器により、非特許文献2に記載の技術を用いて通信ネットワーク上のコネクションを監視すれば、サーバに負荷を与えることなくコネクションの数を計測することができる。
On the other hand, if the connections on the communication network are monitored using the technique described in Non-Patent
ネットワーク上でコネクション数を計測する場合、多数のコネクションの状態を検出して保持(管理)する必要がある。従来から、ハッシュ探索によってコネクションの状態を保持するためのコネクションテーブルを探索する方法が提案されており、コネクションテーブルの検索キーに入力パケットのヘッダに含まれるフィールド情報に対応したハッシュ値を用いることで高速な検索を可能にしている。ここで、一般的なハッシュ探索ではハッシュ衝突による探索の失敗を避けるため、長いハッシュ値を検索キーとする。そのため、ハッシュ探索を行うコネクションテーブルは状態を保持するコネクションの数以上の大きなメモリを必要とし、メモリの利用効率が低い問題がある。 When measuring the number of connections on a network, it is necessary to detect and hold (manage) the states of many connections. Conventionally, a method of searching a connection table for holding the connection state by hash search has been proposed, and high-speed search is enabled by using a hash value corresponding to the field information contained in the header of the input packet as the search key of the connection table. Here, in general hash search, a long hash value is used as a search key in order to avoid search failure due to hash collision. Therefore, the connection table for hash search requires a memory larger than the number of connections that hold the state, resulting in low memory utilization efficiency.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、少ないメモリリソースでコネクションの状態を検出できるコネクション状態検出技術を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve such problems, and to provide a connection state detection technique capable of detecting a connection state with a small amount of memory resources.
このような目的を達成するために、本発明にかかるコネクション数計測装置は、通信網との間でパケットを用いたデータ通信を行う網I/Fと、前記網I/Fを介して前記通信網から受信した受信パケットのヘッダから予め設定されたフィールド値とコネクションの状態を制御するための状態制御情報とを取得し、前記フィールド値と前記状態制御情報とに基づいて、前記受信パケットのコネクションを示す対象コネクションに関する状態を検出し、得られた検出結果に基づいて各コネクションに関するコネクション数を計測する制御装置と、コネクションの状態を示す状態値と当該コネクションを識別するための参照値とを、保持するように構成された複数の状態記憶回路とを備え、前記制御装置は、前記複数の状態記憶回路のうちから、それぞれの状態記憶回路で保持する前記参照値に基づいて、前記対象コネクションに関する状態値を保持する状態記憶回路を選択するように構成された選択部と、前記受信パケットから取得した状態制御情報と、前記選択部で選択された前記状態記憶回路で保持する状態値とに基づいて、前記対象コネクションの状態に関する次状態を判別し、前記検出結果として出力するように構成された状態判別部と、前記状態判別部で得られた前記対象コネクションに関する次状態に基づいて、前記複数の状態記憶回路での保持内容を更新するように構成された状態更新部とを備えている。 In order to achieve such an object, a connection number measuring apparatus according to the present invention acquires a network I/F for performing data communication using packets with a communication network, obtains a preset field value and state control information for controlling the connection state from the header of a received packet received from the communication network via the network I/F, detects the state of a target connection indicating the connection of the received packet based on the field value and the state control information, and measures the number of connections for each connection based on the obtained detection result. and a plurality of state storage circuits configured to hold a state value indicating the state of a connection and a reference value for identifying the connection, the control device comprising: a selection unit configured to select, from among the plurality of state storage circuits, a state storage circuit holding the state value related to the target connection based on the reference value held in each of the state storage circuits; and a state determining unit configured to determine a next state of the target connection and output it as the detection result, and a state updating unit configured to update contents held in the plurality of state storage circuits based on the next state of the target connection obtained by the state determining unit.
また、本発明にかかるコネクション状態検出装置は、受信パケットのコネクションの状態を示す状態値と当該コネクションを識別するための参照値とを、保持するように構成された複数の状態記憶回路と、受信パケットのヘッダから取得したフィールド値および状態制御情報に基づいて、前記複数の状態記憶回路で保持されている前記状態値および前記参照値を参照することにより、前記受信パケットのコネクションである対象コネクションの状態を検出するように構成された制御装置とを備え、前記制御装置は、前記複数の状態記憶回路のうちから、それぞれの状態記憶回路で保持する前記参照値に基づいて、前記対象コネクションに関する状態値を保持する状態記憶回路を選択するように構成された選択部と、前記受信パケットから取得した状態制御情報と、前記選択部で選択された前記状態記憶回路で保持する状態値とに基づいて、前記対象コネクションの次状態を判別することにより、前記対象コネクションの状態を検出するように構成された状態判別部と、前記状態判別部で得られた前記対象コネクションに関する次状態に基づいて、前記複数の状態記憶回路での保持内容を更新するように構成された状態更新部とを備えている。 A connection state detection apparatus according to the present invention comprises: a plurality of state storage circuits configured to hold a state value indicating a connection state of a received packet and a reference value for identifying the connection; and a controller configured to refer to the state value and the reference value held in the plurality of state storage circuits based on a field value and state control information obtained from a header of the received packet, wherein the control device detects the state of a target connection, which is the connection of the received packet. a state determining unit configured to determine a next state of the target connection based on the state control information obtained from the received packet and the state value selected by the selecting unit and stored in the state storage circuit, thereby detecting the state of the target connection; and based on the next state of the target connection obtained by the state determining unit. and a state update unit configured to update contents held in the plurality of state storage circuits.
また、本発明にかかるコネクション状態検出方法は、受信パケットのコネクションの状態を示す状態値と当該コネクションを識別するための参照値とを、保持するように構成された複数の状態記憶回路と、受信パケットのヘッダから取得したフィールド値および状態制御情報に基づいて、前記複数の状態記憶回路で保持されている前記状態値および前記参照値を参照することにより、前記受信パケットのコネクションである対象コネクションの状態を検出し、得られた検出結果を出力するように構成された制御装置とを備えるコネクション状態検出装置で用いられる状態検出方法であって、前記制御装置が、前記複数の状態記憶回路のうちから、それぞれの状態記憶回路で保持する前記参照値に基づいて、前記対象コネクションに関する状態値を保持する状態記憶回路を選択するように構成された選択ステップと、前記制御装置が、前記受信パケットから取得した状態制御情報と、前記選択ステップで選択された前記状態記憶回路で保持する状態値とに基づいて、前記対象コネクションの次状態を判別することにより、前記対象コネクションの状態を検出するように構成された状態判別ステップと、前記制御装置が、前記状態判別ステップで得られた前記対象コネクションに関する次状態に基づいて、前記複数の状態記憶回路での保持内容を更新するように構成された状態更新ステップとを備えている。 A connection state detection method according to the present invention includes: a plurality of state storage circuits configured to store a state value indicating a connection state of a received packet and a reference value for identifying the connection; and a connection controller configured to detect the state of a target connection, which is the connection of the received packet, by referring to the state value and the reference value held in the plurality of state storage circuits based on a field value and state control information obtained from a header of the received packet, and output the obtained detection result. A state detection method used in a state detection device, wherein the control device selects, from among the plurality of state storage circuits, a state storage circuit that holds a state value related to the target connection based on the reference value held in each state storage circuit; and the control device determines the next state of the target connection based on the state control information acquired from the received packet and the state value held in the state storage circuit selected in the selection step, thereby detecting the state of the target connection. and a state update step, wherein the controller updates contents held in the plurality of state storage circuits based on the next state of the target connection obtained in the state determination step.
また、本発明にかかるコネクション数計測プログラムは、コンピュータを、上記のコネクション数計測装置を構成する各部として機能させるためのプログラムである。 Further, a connection number measuring program according to the present invention is a program for causing a computer to function as each part constituting the above connection number measuring apparatus.
本発明によれば、従来技術と比較して、少ないメモリリソースでコネクションの状態を検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect the connection state with less memory resources than in the prior art.
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[コネクション数計測装置]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかるコネクション数計測装置10およびコネクション状態検出装置10Aについて説明する。図1は、コネクション数計測装置の構成を示すブロック図である。Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Connection number measuring device]
First, a connection
このコネクション数計測装置10は、監視対象となるパケットを、インターネットやLANなどの通信網NWから受信し、得られた受信パケットに基づき検出したコネクションを計測する装置である。計測されたコネクション数は、例えばキャリアネットワークやデータセンタ等のネットワークサービスで用いられているサーバの負荷状況を把握するために用いられる。
The connection
なお、コネクション数計測装置10については、単体で構成してもよく、パケットに基づいてフロー数やコネクション数を計測することにより、ネットワークの通信状況を監視するネットワーク監視装置やネットワーク監視システムに実装してもよい。また、本発明の装置はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
The number-of-
図1に示すように、コネクション数計測装置10は、主な構成として、網I/F11、操作入力装置12、画面表示装置13、記憶装置14、制御装置15、および状態記憶回路16を備えている。
As shown in FIG. 1, the connection
[網I/F11]
網I/F11は、通信網NWとの間でパケットを用いたデータ通信を行うように構成されている。
[操作入力装置]
操作入力装置12は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して制御装置15へ出力するように構成されている。
[画面表示装置]
画面表示装置13は、LCDなどの画面表示装置からなり、制御装置15から出力されたメニュー画面、設定画面、監視結果画面などの各種画面を表示するように構成されている。[Network I/F11]
The network I/F 11 is configured to perform data communication using packets with the communication network NW.
[Operation input device]
The
[Screen display device]
The
[記憶装置]
記憶装置14は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、制御装置15で実行する、コネクション数計測処理に用いる処理データやプログラム14Pを記憶するように構成されている。
プログラム14Pは、制御装置15のCPUと協働することにより、コネクション数計測処理を実行する各種処理部を実現するためのプログラムである。プログラム14Pは、接続された外部装置や記録媒体から、予め読み出されて記憶装置14に格納される。[Storage device]
The
The
[制御装置]
制御装置15は、一般的なサーバ装置とFPGA(Field-Programable Gate Array)アクセラレータとの組み合わせから構成されている。FPGAアクセラレータを用いることで高速パケット処理を行えるため、40Gbps(Gigabits per second)や100Gbpsといった高速ネットワークにおけるトラフィック監視にも適用できる。一方、低速ネットワークにおいては高速パケット処理を必要としないため、すべての処理をソフトウェア実装したサーバ単体で構成することもできる。[Control device]
The
以下では、制御装置15が、CPUとその周辺回路(FPGAアクセラレータを含む)を有し、記憶装置14のプログラム14Pを読み込んでCPUと協働させることにより、コネクション数計測処理を実行する各種処理部を実現するように構成されている場合を例として説明する。
制御装置15で実現される主な処理部として、パケット受信部15A、ヘッダ解析部15B、状態検出部15C、およびコネクション数計数部15Dがある。In the following description, the
As main processing units realized by the
[パケット受信部]
パケット受信部15Aは、網I/F11を介して通信網NWから、監視対象となるパケットを受信するように構成されている。パケット受信部15Aで受信するパケットは、コネクション数計測装置10に向けて送信されたパケットでもよいが、スイッチ、ルータ、ネットワークタップなどのネットワーク機器でコピー(キャプチャ)されたパケットであってもよい。[Packet receiver]
The
[ヘッダ解析部]
ヘッダ解析部15Bは、パケット受信部15Aで受信した受信パケットのヘッダから、予め指定されている1つまたは複数のフィールド値を抽出するように構成されている。
コネクションとは、データ転送に用いるパケットを正確に受け渡しするため、プロセス間で設定する仮想的な通信路である。一般的には、コネクションを識別する際、MACアドレス、プロトコル、IPアドレス、ポート番号などのフィールド値(識別子)が用いられる。特に、送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信元ポート番号、宛先ポート番号、プロトコルの組み合わせ(5-tuple)が、コネクション識別によく利用される。また、仮想化ネットワークではVLAN IDやVXLAN IDなどのフィールド値を用いることもある。[Header analysis part]
The
A connection is a virtual communication path set between processes in order to accurately transfer packets used for data transfer. Field values (identifiers) such as MAC addresses, protocols, IP addresses, and port numbers are generally used to identify connections. In particular, a combination (5-tuple) of source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, and protocol is often used for connection identification. Also, field values such as VLAN ID and VXLAN ID may be used in the virtual network.
また、ヘッダ解析部15Bは、パケットのヘッダもしくはペイロードから、コネクションの制御に用いる状態制御情報を取得する。例えば、TCP(Transmission Control Protocol)通信で利用される状態制御情報であるコントロールフラグには、それぞれ1ビット幅の情報からなる、URG(Urgent)フラグ、ACK(Acknowledgement)フラグ、PSH(Push)フラグ、RST(Reset)フラグ、SYN(Synchronize)フラグ、およびFIN(Finish)フラグの6種類がある。
The
[状態検出部]
状態検出部15Cは、ヘッダ解析部15Bで得られたフィールド値に基づいて、コネクションを識別するとともに、状態制御情報の変化からコネクションの次状態を検出するように構成されている。状態検出部15Cの詳細については後述する。[Status detector]
The
[コネクション数計数部]
コネクション数計数部15Dは、状態検出部15Cで得られた検出結果に基づいて、対応するコネクションのカウント数を増減し、得られた計数結果を、監視対象となるネットワークのコネクション数として、画面表示装置13あるいは網I/F11を介して接続された上位装置(図示せず)へ出力するように構成されている。また、得られた計数結果については、制御装置15で別途実行するモニタリングやトラフィック制御の処理に用いてもよい。[Number of connections counter]
The connection
[状態記憶回路]
状態記憶回路16は、全体として半導体メモリからなり、任意のコネクションにそれぞれ割り当てられる複数の格納領域を有し、いずれか1つの格納領域で対応するコネクションの状態を示す状態値Stateと当該コネクションを識別するための参照値Refとを保持(管理)するように構成されている。本実施の形態では、状態記憶回路16として2つの状態記憶回路16A,16B(第1および第2の状態記憶回路)を用いる場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、3つ以上の状態記憶回路16を用いてもよい。[State memory circuit]
The
[コネクション状態検出装置]
上記構成のうち、状態検出部15Cと状態記憶回路16とから、コネクション状態検出装置10Aを構成することができる。コネクション状態検出装置10Aは、受信パケットのヘッダから取得したフィールド値および状態制御情報を入力とし、これらフィールド値および状態制御情報に基づいて、状態記憶回路16で保持されている状態値Stateおよび参照値Refを参照することにより、受信パケットのコネクションである対象コネクションの状態を検出する装置である。このコネクション状態検出装置10Aは、コネクション数計測装置10のほか、パケットに関するフローやコネクションの状態を監視するネットワーク監視装置やネットワーク監視システムに実装してもよい。[Connection state detector]
In the above configuration, the connection
[状態検出部の詳細]
次に、図2を参照して、状態検出部15Cの詳細について説明する。図2は、状態検出部の詳細を示すブロック図である。
状態検出部15Cは、状態検出処理を実行する処理部として、ハッシュ値計算部21、検索キー生成部22、選択部24、状態判別部25、および状態更新部23を備えている。図2には、状態記憶回路16として2つの状態記憶回路16A,16Bを用いた場合が示されているが、これに限定されるものではなく、3つ以上の状態記憶回路を用いてもよい。[Details of status detector]
Next, the details of the
The
[ハッシュ値計算部]
ハッシュ値計算部21は、予め設定されているハッシュ関数に基づいて、ヘッダ解析部15Bで取得したフィールド値Fieldからハッシュ値Hashを計算するように構成されている。ハッシュ値は、計測対象となるコネクションを一意に識別できる長さが必要であり、例えば、32ビットから64ビットが現実的な長さである。また、ハッシュ値の計算に用いるハッシュ関数には、例えば、MurmurHash3など、公知のアルゴリズムを用いればよい。[Hash value calculator]
The hash
[検索キー生成部]
検索キー生成部22は、ハッシュ値計算部21で得られたハッシュ値Hashの一部を切り出して、状態記憶回路16ごとに検索キーKeyを生成するように構成されている。例えば、図2に示すように、2つの状態記憶回路16A,16Bを用いる場合、2つのKey#0,#1が生成される。ハッシュ値Hashの切り出し方法としては、例えば、上位ビットと下位ビットに分割する方法がある。この分割方法は、ハードウェアに適した方法であり、極めて簡素な回路構成で実現できる。ハッシュ値Hashの一部を検索キーに用いる場合、状態記憶回路16A,16Bからハッシュ衝突により誤ったコネクションの状態が出力されることがあるが、後述の方法により適切な出力を選ぶことができる。[Search key generator]
The
また、検索キー生成部22は、比較値Compを生成する。比較値Compの生成もハッシュ値Hashの一部を切り出すだけでよい。このとき、比較値Compは、検索キーKey#0と異なる部分から切り出す必要があるが、検索キーKey#1と一部もしくは全部が重なる部分から切り出してもよい。
Also, the
[状態記憶回路]
状態記憶回路16A,16Bは、ハッシュ衝突を許容する小規模なコネクションテーブルであり、状態判別部25で判別したコネクションの次状態を示す状態値Stateを保持(管理)するように構成されている。例えば、TCPコネクションの場合、後述する図3のSYN状態30、ACK状態31、FIN/RST状態32を状態値Stateとして保持してもよい。
また、2つの状態記憶回路16A,16Bを用いる場合、状態記憶回路16Aは、状態値State#0とともに参照値Ref#0を保持するように構成するが、状態記憶回路16Bは、状態値State#1に加えて参照値Ref#1を保持してもよいし、保持しなくてもよい。[State memory circuit]
The
When two
本発明にかかる参照値Refとは、状態記憶回路16に保持されたコネクションを識別するための情報であり、その状態記憶回路16でコネクションの状態保持を新規に始める際に計算した比較値Compからなる。これにより、各状態記憶回路16から出力された状態値Stateのいずれが、受信パケットのコネクションに関する状態値Stateを示すかを、判別できるようになる。
この場合、参照値Refを保持するために必要なメモリリソースが増加する。したがって、例えば、状態記憶回路16Bにおいて、ハッシュ衝突がほとんど起こらないことが予想される場合には、参照値Ref#1を保持せず、状態記憶回路16Aから異なるコネクションの状態値Stateが出力されたと判定された場合に、状態記憶回路16Bの出力を選択するようにしてもよい。The reference value Ref according to the present invention is information for identifying the connection held in the
In this case, memory resources required to hold the reference value Ref increase. Therefore, for example, if it is expected that hash collisions are unlikely to occur in the
[選択部]
選択部24は、状態記憶回路16から出力された参照値Refを、受信パケットに関する比較値Compと比較し、比較値Compと一致する参照値Refと対応する状態記憶回路16を選択し、選択した当該状態記憶回路16に保持されている状態値Stateを状態判別部25へ出力し、いずれの参照値Refも比較値Compと一致しなければ、受信パケットのコネクションが新規であること、および、各状態記憶回路16に保持されている状態値Stateを、状態更新部23に出力するように構成されている。[Selection part]
The
[状態判別部]
状態判別部25は、選択部24から出力された状態値Stateと、受信パケットに含まれる状態制御情報Flagとに基づいて、予め設定されている状態遷移図により、コネクションの次状態を判別するよう構成されている。図3は、TCPコネクションの状態遷移図であり、この状態遷移図を用いることで、現在の状態値Stateと、新たに通知された状態制御情報Flagとに基づいて、TCPコネクションの次状態を判定することができる。[Status determination part]
The
図3に示すように、TCPコネクションの主な状態として、SYN状態30、ACK状態31、およびFIN/RST状態32がある。SYN状態30は、一方のプロセスから他方に対してコネクションの確立要求(SYNフラグ)を通知した状態を示している。ACK状態31は、確立要求を許可する際、他方から一方に対して確立応答(ACKフラグ)を通知した状態を示している。FIN/RST状態32は、一方または他方から相手に対して、コネクションの切断要求(FINフラグ)または中断(RSTフラグ)を通知した状態を示している。
As shown in FIG. 3, the main states of a TCP connection are
[状態更新部]
状態更新部23は、状態判別部25において保持中のコネクションの状態が変化した場合、もしくは、新規のコネクションの確立が検出された場合、選択部24から出力された状態記憶回路16の保持内容に基づいて、状態記憶回路16で保持している状態値Stateおよび参照値Refを更新し、新規のコネクションについては、状態値Stateを保持していない空きの状態記憶回路16が存在する場合のみ、新規に格納(更新)するように構成されている。[Status update part]
The
以上の構成を用いて、状態記憶回路16で保持する参照値Refに基づいて、適切なものを選ぶようにすることで、各状態記憶回路16でハッシュ衝突が起こることが許容できる。よって、この構成ではメモリ利用効率の高い小規模な状態記憶回路16を採用することができ、従来と比べてメモリリソースを削減できる。
By selecting an appropriate value based on the reference value Ref held in the
[本実施の形態の動作]
次に、本実施の形態にかかるコネクション数計測装置10の動作について説明する。ここでは、状態記憶回路16A,16Bにおける状態更新動作および保存先衝突時動作、制御装置15におけるコネクション数計測動作、および、状態検出部15Cにおける状態検出動作について、それぞれ個別に説明する。[Operation of this embodiment]
Next, the operation of the number-of-
[状態更新動作]
まず、図4を参照して、状態記憶回路16A,16Bにおける状態更新動作について説明する。図4は、状態更新動作を示す説明図であり、横軸である時間に沿って、状態記憶回路16で保持している状態値Stateが更新されていく過程が示されている。ここでは、コネクションの状態値Stateさらには参照値Refを格納する格納領域として1つずつ設けられた状態記憶回路16A、16Bを用いて、コネクション状態を更新する場合を例として説明する。なお、この例では、状態記憶回路16Aが状態値State#0と参照値Ref#0を保持しており、状態記憶回路16Bが状態値State#1のみ保持しているものとする。[Status Update Action]
First, referring to FIG. 4, the state update operation in the
時刻T1において、状態記憶回路16A,16Bの両方とも、状態値Stateを保持していない。次の時刻T2に、新たなコネクション1(Con1)が検出された場合、状態記憶回路16Aにおいて、コネクション1の状態「Con1 State」が状態値State#0として保持され、そのコネクションの比較値Compが参照値Ref#0として保持される。
続く時刻T3において、別の新たなコネクション2(Con2)が検出された場合、状態記憶回路16Aですでにコネクション1(Con1)を保持されているため、状態記憶回路16Bにおいて、コネクション2の状態「Con2 State」が、状態値State#1として保持されることになる。この際、コネクションの比較値Compは参照値Ref#1として保持されない。At time T1, neither of the
At subsequent time T3, when another new connection 2 (Con2) is detected, since connection 1 (Con1) is already held in the
その後、時刻T4においてコネクション1の終了(切断)が検出された場合、状態更新部23は、状態記憶回路16Bで保持していたコネクション2の状態値State#1を、状態記憶回路16Aに移転する。このとき、状態記憶回路16Aでそれまで保持していた参照値Ref#0を、コネクション2を示す値に更新する。これにより、続く時刻T5において、コネクション2の状態値および参照値が状態記憶回路16Aで状態値State#0および参照値Ref#0として保持されることになる。移転の際、状態記憶回路16Aの状態値State#0と状態記憶回路16Bの状態値State#1とを入れ替えてもよい。
After that, when the termination (disconnection) of
一方、時刻T4において、移転処理をしない場合、状態記憶回路16Aではコネクションが切断されて状態保持が終わっているため、その後受信したコネクション2に関するパケットにおいて何らかの事情(例えば、SYNフラグの再送)でコネクション開始と判定された場合、その状態は状態記憶回路16Aに保持される。続いてコネクション2が切断された場合、参照値Ref#0と比較値Compが一致するため、状態記憶部16Aの状態保持が終了する。一方、状態記憶部16Bではコネクション2の状態保持が続いてしまい、第三のコネクションによって状態が上書きされるまで継続する。このような不適切なコネクション管理を避けるため、状態記憶回路16Bで保持していたコネクションの状態値および参照値を状態記憶回路16Aに移転する必要がある。これら状態記憶回路16A、16Bの更新処理は状態更新部23により制御される。
On the other hand, at time T4, if the transfer processing is not performed, the
[保存先衝突時動作]
次に、図5を参照して、状態記憶回路16A,16Bにおける保存先衝突時動作について説明する。図5は、保存先衝突時動作を示す説明図である。ここでは、状態記憶回路16A,16Bのそれぞれに格納領域が2つずつ設けられているものとし、コネクション1の状態値(Con1 State)が状態記憶回路16Aのアドレス「0」の格納領域で保持されている状況で、コネクション2のパケットを受信した場合を考える。また、検索キーKey#0,#1(第1の検索キー、第2の検索キー)は、ハッシュ値Hashを下位1ビットと上位1ビットで分割して生成されるものとし、比較値Compは、検索キーKey#0とは異なるハッシュ値Hashの上位1ビットを用いることにする。[Action when save destination conflicts]
Next, referring to FIG. 5, the operation of the
新たに受信パケットが受信された場合、ハッシュ値計算部21は、受信パケットのヘッダから取得したフィールド値に基づいてハッシュ値Hash「2」(=「10」:二進数)を計算したものとする。これにより、このハッシュ値Hashに基づいて、検索キー生成部22で、検索キーKey#0,#1としてそれぞれ「0」,「1」が生成され、比較値Compとして「1」が生成される。この場合、Key#0に対応する状態記憶回路16Aのうち、Key#0の値「0」に相当するアドレスAddrの格納領域に保持されている参照値Ref#0は「0」であり、比較値Compの値「1」とは一致しない。これにより、選択部24は、状態記憶回路16Aに保持されているコネクションが、受信パケットは別のコネクションであると判断する。
When a new received packet is received, the
この際、選択部24は、状態記憶回路16AのRef#0とCompとを単純に比較し、得られた比較結果に基づいてコネクションの一致、不一致を判定している。このため、不一致と判定された場合、受信パケットのコネクションが、どのコネクションであるかについては特定できない。したがって、不一致と判定された場合、Key#1に対応する状態記憶回路16Bのうち、受信パケットのコネクションを識別できるKey#1の値「1」(アドレス値)と対応する格納領域で、コネクション2の状態値(Con2 State)を保持する。
At this time, the
以上の保存先衝突時動作により、新たな受信パケットのコネクションが、任意の状態記憶回路16で保持しているコネクションとは異なっている場合、すなわち異なるコネクション間で状態値の格納先が衝突した場合には、別の状態記憶回路16Bを用いて受信パケットのコネクションに関する状態値を保持できる。これにより、未使用の格納領域数を減らすことができ、小規模な状態記憶回路16を用いて状態検出部15Cを構成することができる。
When the connection of the new received packet is different from the connection held by the arbitrary
[コネクション数計測動作]
次に、図6を参照して、制御装置15におけるコネクション数計測動作について説明する。図6は、コネクション数計測方法のフローチャートである。
制御装置15は、まず、パケット受信部15Aにより、網I/F11を介して通信網NWからパケットが受信されたか確認し(ステップS100)、新たなパケットが受信されるまで待機する(ステップS100:NO)。[Number of connections measurement operation]
Next, referring to FIG. 6, the operation of measuring the number of connections in the
The
新たなパケットが受信された場合(ステップS100:YES)、制御装置15は、ヘッダ解析部15Bにより、受信した受信パケットのヘッダから、予め設定されているフィールド値を抽出するとともに(ステップS101)、コネクションの状態を制御するための状態制御情報を抽出する(ステップS102)。
次に、制御装置15は、状態検出部15Cにより、保持中のコネクションの状態値と抽出した状態制御情報とに基づいて、受信パケットのコネクションに関する次状態を確認する(ステップS103)。When a new packet is received (step S100: YES), the
Next, the
ここで、次状態がコネクションの開始を示す場合(ステップS103:開始)、コネクション数計数部15Dにより、コネクション数を示すカウント値をインクリメント(+1)し(ステップS104)、状態検出部15Cで保持しているコネクションの状態を更新し(ステップS106)、後述するステップS107へ移行する。
また、次状態がコネクションの終了(切断)を示す場合(ステップS103:終了)、コネクション数計数部15Dにより、コネクション数を示すカウント値をデクリメント(-1)し(ステップS105)、ステップS106へ移行する。Here, if the next state indicates the start of a connection (step S103: start), the count value indicating the number of connections is incremented (+1) by the
If the next state indicates termination (disconnection) of the connection (step S103: termination), the count value indicating the number of connections is decremented (-1) by the connection
また、次の状態が開始または終了以外である場合(ステップS103:ELSE)、後述するステップS107へ移行する。
この後、制御装置15は、操作入力装置12で検出されたオペレータ操作や、予め設定されている計数動作終了時刻などに基づいて、計数動作終了タイミングか否か確認し(ステップS107)、計数動作を継続する場合(ステップS107:NO)、前述したステップS100に戻る。また、計数動作終了タイミングである場合(ステップS107:YES)、一連のコネクション数計測処理を終了する。If the next state is other than start or end (step S103: ELSE), the process proceeds to step S107, which will be described later.
Thereafter, the
[状態検出動作]
次に、図7を参照して、状態検出部15Cにおける状態検出動作について説明する。図7は、コネクション状態検出方法のフローチャートである。
ここでは、前述と同様に、状態記憶回路16Aが状態値State#0と参照値Ref#0を保持しており、状態記憶回路16Bが状態値State#1のみ保持しているものとする。[Status detection operation]
Next, referring to FIG. 7, the state detection operation of the
Here, it is assumed that the
状態検出部15Cは、ヘッダ解析部15Bで得られたフィールド値からハッシュ値Hashを計算し(ステップS110)、得られたハッシュ値Hashを分割することにより、受信パケットのコネクションに関する検索キーKey#0、#1を生成するとともに(ステップS111)、比較値Compを生成する(ステップS112)。
次に、状態検出部15Cは、Key#0と対応付けられている状態記憶回路16Aから、Key#0の値(アドレス値)と対応する格納領域に保持されている、コネクションの状態値State#0と参照値Ref#0を取得する(ステップS113)。The
Next, the
続いて、状態検出部15Cは、選択部24により、取得した参照値Ref#0を比較値Compと比較し(ステップS114)、両者の値が一致している場合(ステップS114:YES)、受信パケットのコネクションを保持すべき状態記憶回路16として、状態記憶回路16Aを選択する。
これにより、状態検出部15Cは、状態判別部25により、状態記憶回路16Aから取得した状態値State#0(現状態)と、ヘッダ解析部15Bにおいて抽出した状態制御情報Flagとに基づいて、当該コネクションの次状態を判別し(ステップS115)、後述するステップS118へ移行する。Subsequently, the
As a result, the
一方、ステップS114において、両者の値が不一致である場合(ステップS114:NO)、選択部24により、受信パケットのコネクションを保持すべき状態記憶回路16として、状態記憶回路16Bを選択する。
これにより、状態検出部15Cは、状態判別部25により、Key#1と対応付けられている状態記憶回路16Bから、Key#1の値(アドレス値)と対応する格納領域に保持されている、コネクションの状態値State#1を取得する(ステップS116)。On the other hand, if the two values do not match in step S114 (step S114: NO), the
As a result, the
続いて、状態検出部15Cは、状態記憶回路16Bから取得した状態値State#1(現状態)と、ヘッダ解析部15Bにおいて抽出した状態制御情報Flagとに基づいて、当該コネクションの次状態を判別し(ステップS117)、後述するステップS118へ移行する。
Subsequently, the
この後、状態検出部15Cは、状態更新部23により、状態記憶回路16のいずれかで保持中のコネクション状態の変化が検出された場合、もしくは新規コネクションの確立が検出された場合、それぞれ対応する状態記憶回路16A,16Bの保持内容を更新し(ステップS118)、一連の状態検出処理を終了する。この際、状態更新部23は、状態記憶回路16Aで保持しているコネクションの状態値State#0が確立から終了(切断)に遷移し、状態記憶回路16Bで保持しているコネクションの状態値State#1が確立を示す場合、状態記憶回路16Bで保持している状態値State#1を、状態記憶回路16Aの状態値State#0として移転する。
Thereafter, when the
図8は、コネクション数計測結果の構成例を示す説明図である。図8には、計測して得られたコネクション数が、当該コネクションを識別するためのルールと関連付けられて、出力されている。
各ルールは、監視対象となるコネクションを識別するための情報であり、例えば操作入力装置12および画面表示装置13を用いて、オペレータにより予め設定される。ここでは、ルールとして、送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、およびプロトコル種別からなるフィールド値に関する具体的な設定値が設定されている。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of the number of connections measurement result. In FIG. 8, the number of connections obtained by measurement is output in association with a rule for identifying the connection.
Each rule is information for identifying a connection to be monitored, and is preset by an operator using the
例えば、受信パケットのヘッダから抽出したフィールド値が、いずれかのルールの設定値と一致した場合、そのルールに関連付けられているコネクション数が、インクリメント(+1)あるいはデクリメント(-1)される。
これにより、オペレータが、監視対象としたいコネクションに関するフィールド値を、ルールの設定値として設定するだけで、当該コネクションの数を監視することができる。For example, if the field value extracted from the header of the received packet matches the set value of any rule, the number of connections associated with that rule is incremented (+1) or decremented (-1).
This allows the operator to monitor the number of connections simply by setting a field value related to a connection to be monitored as a setting value of a rule.
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態にかかるコネクション数計測装置10およびコネクション状態検出装置10Aは、状態値stateと参照値Refとを、保持する複数の状態記憶回路16を備え、制御装置15において、選択部24が、それぞれの状態記憶回路16で保持する参照値Refに基づいて、状態記憶回路16のうちから、対象コネクションに関する状態値Stateを保持する状態記憶回路16を選択し、状態判別部25が、受信パケットの状態制御情報と、状態記憶回路16で保持する状態値Stateとに基づいて、対象コネクションの状態に関する次状態を判別し、状態更新部23が、対象コネクションに関する次状態に基づいて、状態記憶回路16での保持内容を更新するようにしたものである。[Effects of this embodiment]
As described above, the connection
より具体的には、状態記憶回路16のそれぞれは、状態値stateと参照値Refとを保持する格納領域として、任意のコネクションにそれぞれ割り当てられる複数の格納領域を備え、制御装置15において、検索キー生成部22が、状態記憶回路16のそれぞれについて、当該状態記憶回路16のうちから対象コネクションと対応する格納領域を検索する検索キーとして、受信パケットのフィールド値に基づき計算したハッシュ値Hashから、互いに異なる複数の検索キーKeyを生成するとともに、対象コネクションを識別するための比較値Compを生成し、選択部24が、これら検索キーKeyに基づいて状態記憶回路16から出力された参照値Refと、検索キー生成部22から出力された比較値Compとを比較することにより、状態記憶回路16を選択するようにしたものである。
More specifically, each of the
受信パケットの対象コネクションに関する状態値stateを状態記憶回路16に格納する際、対象コネクションとは異なるコネクションの状態値stateを保持する状態記憶回路16では、状態値stateの格納先が衝突することになる。本実施の形態によれば、選択部24により、それぞれの状態記憶回路16で保持する参照値Refに基づいて、状態記憶回路16のうちから、対象コネクションに関する状態値Stateを保持すべき状態記憶回路16が選択される。
When storing the state value state related to the target connection of the received packet in the
これにより、状態記憶回路16において、検索キーKeyのハッシュ衝突が起こることを許容できるため、比較的ビット数の少ない検索キーKeyを用いることができ、状態記憶回路16のアドレス空間すなわち格納領域を削減することが可能となる。
従来技術によれば、ハッシュ衝突による探索の失敗を避けるため、長いハッシュ値を検索キーとして用いているため、状態を保持するメモリとして、コネクションの数以上の大きなメモリを必要とし、メモリの利用効率が低い問題という問題があったが、本実施の形態によれば、従来技術と比較して、少ないメモリリソースでコネクションの状態を検出することが可能となるとともに、コネクション数を計測することか可能となる。Thus, in the
According to the conventional technology, a long hash value is used as a search key in order to avoid search failures due to hash collisions. Therefore, a memory larger than the number of connections is required as a memory to hold the state, resulting in a problem of low memory utilization efficiency. However, according to the present embodiment, compared to the conventional technology, it is possible to detect the connection state with less memory resources, and it is also possible to measure the number of connections.
また、本実施の形態において、検索キー生成部22が、ハッシュ値Hashを構成するビット列を複数に分割することにより複数の検索キーKeyをそれぞれ生成し、ビット列の一部を切り出して比較値Compを生成するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な処理で、ハッシュ衝突の少ない検索キーKeyおよび比較値Compを生成できる。
Further, in the present embodiment, the search
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。[Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
10…コネクション数計測装置、10A…コネクション状態検出装置、11…網I/F、12…操作入力装置、13…画面表示装置、14…記憶装置、14P…プログラム、15…制御装置、15A…パケット受信部、15B…ヘッダ解析部、15C…状態検出部、15D…コネクション数計数部、16,16A,16B…状態記憶回路、21…ハッシュ値計算部、22…検索キー生成部、23…状態更新部、24…選択部、25…状態判別部、NW…通信網、Hash…ハッシュ値、Key,Key#0,Key#1…検索キー、State,State#0,State#1…状態値、Ref,Ref#0,Ref#1…参照値、Comp…比較値。
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記網I/Fを介して前記通信網から受信した受信パケットのヘッダから予め設定されたフィールド値とコネクションの状態を制御するための状態制御情報とを取得し、前記フィールド値と前記状態制御情報とに基づいて、前記受信パケットのコネクションを示す対象コネクションに関する状態を検出し、得られた検出結果に基づいて各コネクションに関するコネクション数を計測する制御装置と、
コネクションの状態を示す状態値と当該コネクションを識別するための参照値とを、保持するように構成された複数の状態記憶回路とを備え、
前記制御装置は、
前記複数の状態記憶回路のうちから、それぞれの状態記憶回路で保持する前記参照値に基づいて、前記対象コネクションに関する状態値を保持する状態記憶回路を選択するように構成された選択部と、
前記受信パケットから取得した状態制御情報と、前記選択部で選択された前記状態記憶回路で保持する状態値とに基づいて、前記対象コネクションの状態に関する次状態を判別し、前記検出結果として出力するように構成された状態判別部と、
前記状態判別部で得られた前記対象コネクションに関する次状態に基づいて、前記複数の状態記憶回路での保持内容を更新するように構成された状態更新部とを備える
ことを特徴とするコネクション数計測装置。a network I/F that performs data communication using packets with a communication network;
a control device that acquires a field value set in advance from a header of a received packet received from the communication network via the network I/F and state control information for controlling the state of a connection, detects a state related to a target connection indicating a connection of the received packet based on the field value and the state control information, and measures the number of connections related to each connection based on the obtained detection result;
a plurality of state storage circuits configured to hold a state value indicating the state of a connection and a reference value for identifying the connection;
The control device is
a selection unit configured to select, from among the plurality of state storage circuits, a state storage circuit holding a state value related to the target connection based on the reference value held in each state storage circuit;
a state determination unit configured to determine a next state related to the state of the target connection based on the state control information acquired from the received packet and the state value held in the state storage circuit selected by the selection unit, and to output the result as the detection result;
and a state update unit configured to update contents held in the plurality of state storage circuits based on the next state of the target connection obtained by the state determination unit.
前記複数の状態記憶回路のそれぞれは、前記状態値と前記参照値とを保持する格納領域として、任意のコネクションにそれぞれ割り当てられる複数の格納領域を備え、
前記制御装置は、前記複数の状態記憶回路のそれぞれについて、当該状態記憶回路のうちから前記対象コネクションと対応する格納領域を検索する検索キーとして、前記受信パケットのフィールド値に基づき計算したハッシュ値から、互いに異なる複数の検索キーを生成するとともに、前記対象コネクションを識別するための比較値を生成するように構成された検索キー生成部をさらに備え、
前記選択部は、前記複数の検索キーに基づいて前記複数の状態記憶回路から出力された前記参照値と、前記検索キー生成部から出力された前記比較値とを比較することにより、前記状態記憶回路を選択する
ことを特徴とするコネクション数計測装置。In the connection number measuring device according to claim 1,
each of the plurality of state storage circuits includes a plurality of storage areas assigned to arbitrary connections as storage areas for holding the state value and the reference value;
The control device further comprises a search key generation unit configured to generate, for each of the plurality of state storage circuits, a plurality of search keys different from each other from hash values calculated based on field values of the received packet as search keys for searching storage areas corresponding to the target connection in the state storage circuits, and to generate a comparison value for identifying the target connection,
The connection number measuring device, wherein the selection unit selects the state storage circuit by comparing the reference value output from the plurality of state storage circuits based on the plurality of search keys and the comparison value output from the search key generation unit.
前記検索キー生成部は、前記ハッシュ値を構成するビット列を複数に分割することにより前記複数の検索キーをそれぞれ生成し、前記ビット列の一部を切り出して前記比較値を生成することを特徴とするコネクション数計測装置。In the connection number measuring device according to claim 2,
The number-of-connections measuring device, wherein the search key generation unit generates each of the plurality of search keys by dividing a bit string forming the hash value into a plurality of pieces, and cuts out a part of the bit string to generate the comparison value.
前記状態記憶回路として第1および第2の状態記憶回路を備え、
前記第1の状態記憶回路は、前記状態値と前記参照値を保持し、
前記第2の状態記憶回路は、前記状態値のみを保持し、
前記選択部は、前記第1の状態記憶回路で保持されている前記参照値と前記比較値とを比較し、両者が一致した場合、前記第1の状態記憶回路を前記状態記憶回路として選択し、両者が不一致の場合、前記第2の状態記憶回路を前記状態記憶回路として選択する
ことを特徴とするコネクション数計測装置。In the connection number measuring device according to claim 2,
comprising first and second state memory circuits as the state memory circuits;
the first state storage circuit holds the state value and the reference value;
the second state storage circuit holds only the state value;
The selection unit compares the reference value held in the first state storage circuit with the comparison value, and selects the first state storage circuit as the state storage circuit when the two match, and selects the second state storage circuit as the state storage circuit when the two do not match.
前記検索キー生成部は、前記ハッシュ値を構成するビット列を2つ以上に分割することにより前記第1および第2の状態記憶回路に対応する第1および第2の検索キーをそれぞれ生成し、前記ビット列のうち前記第1の検索キー以外の部分から前記比較値を生成することを特徴とするコネクション数計測装置。In the connection number measuring device according to claim 4,
The number-of-connection measuring device, wherein the search key generation unit generates first and second search keys corresponding to the first and second state storage circuits by dividing a bit string forming the hash value into two or more, and generates the comparison value from a portion of the bit string other than the first search key.
前記制御装置は、
前記複数の状態記憶回路のうちから、それぞれの状態記憶回路で保持する前記参照値に基づいて、前記対象コネクションに関する状態値を保持する状態記憶回路を選択するように構成された選択部と、
前記受信パケットから取得した状態制御情報と、前記選択部で選択された前記状態記憶回路で保持する状態値とに基づいて、前記対象コネクションの次状態を判別することにより、前記対象コネクションの状態を検出するように構成された状態判別部と、
前記状態判別部で得られた前記対象コネクションに関する次状態に基づいて、前記複数の状態記憶回路での保持内容を更新するように構成された状態更新部とを備える
ことを特徴とするコネクション状態検出装置。a plurality of state storage circuits configured to hold a state value indicating a state of a connection of a received packet and a reference value for identifying the connection; and a controller configured to detect the state of a target connection, which is the connection of the received packet, by referring to the state value and the reference value held in the plurality of state storage circuits based on the field value and the state control information obtained from the header of the received packet,
The control device is
a selection unit configured to select, from among the plurality of state storage circuits, a state storage circuit holding a state value related to the target connection based on the reference value held in each state storage circuit;
a state determination unit configured to detect the state of the target connection by determining the next state of the target connection based on the state control information obtained from the received packet and the state value held in the state storage circuit selected by the selection unit;
a state update unit configured to update contents held in the plurality of state storage circuits based on the next state of the target connection obtained by the state determination unit.
前記制御装置が、前記複数の状態記憶回路のうちから、それぞれの状態記憶回路で保持する前記参照値に基づいて、前記対象コネクションに関する状態値を保持する状態記憶回路を選択するように構成された選択ステップと、
前記制御装置が、前記受信パケットから取得した状態制御情報と、前記選択ステップで選択された前記状態記憶回路で保持する状態値とに基づいて、前記対象コネクションの次状態を判別することにより、前記対象コネクションの状態を検出するように構成された状態判別ステップと、
前記制御装置が、前記状態判別ステップで得られた前記対象コネクションに関する次状態に基づいて、前記複数の状態記憶回路での保持内容を更新するように構成された状態更新ステップと
を備えることを特徴とするコネクション状態検出方法。A connection state detection method for use in a connection state detection device, comprising: a plurality of state storage circuits configured to hold a state value indicating a connection state of a received packet and a reference value for identifying the connection; and a controller configured to detect the state of a target connection, which is the connection of the received packet, by referring to the state value and the reference value held in the plurality of state storage circuits based on field values and state control information obtained from a header of the received packet, and output the obtained detection result. so,
a selection step, wherein the control device is configured to select, from among the plurality of state storage circuits, a state storage circuit that holds a state value related to the target connection based on the reference value held in each state storage circuit;
a state determination step configured to detect the state of the target connection by the control device determining the next state of the target connection based on the state control information acquired from the received packet and the state value held in the state storage circuit selected in the selection step;
A connection state detection method, wherein the control device is configured to update contents held in the plurality of state storage circuits based on the next state of the target connection obtained in the state determination step.
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