JP7390879B2 - 通信処理装置、通信処理方法およびプログラム、並びにネットワーク層のヘッダ部のデータ構造 - Google Patents

Description

本開示は、伝送路から受信した通信フレームに格納されているＯＳＩ参照モデルのネットワーク層の処理技術に関する。

石油、ガス、電力、製造などのインフラストラクチャを支える産業用制御システム（ＩＣＳ）の制御装置（例えばＤＣＳなど）は、制御ネットワークを介してプラントに設置された複数のフィールド機器に接続し、これらの制御や監視を行う（特許文献１～２参照）。例えば制御装置は、プラントの操作および監視を行うための操作端末などから受信した命令に応じた指令を、制御ネットワークを介して宛先となるフィールド機器に通信することで、制御装置とフィールド機器との間の通信を行う。すなわち、制御装置から特定のフィールド機器宛ての上記の指令（通信情報）の通信など、制御ネットワークを介した通信は、そのペイロード部に通信情報が載せられ制御フレームが、制御フレームのヘッダ部に格納されている通信の宛先アドレスの情報などに基づいてルーティングされることで行われる。

特開２０１１－２２１８４６号公報 特開２０１２－２２６６８０号公報

近年、このような産業用制御システムがインターネットなどの外部ネットワークに接続されるようになってきている。このため、そのセキュリティ対策の重要性が増しており、システムの可用性や完全性の要求事項が国際的な規格により随時強化されていく状況にある。具体的には、例えば制御フレームのヘッダ部に、セキュリティ対策の強化のための新たなヘッダ情報が追加されることで、ヘッダ部の機能が拡張される場合がある。しかし、ヘッダ部の機能の拡張が生じる度にヘッダ部の構造をも変更するのでは、その対応に要する負担が多大である。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ネットワーク層のプロトコルの機能拡張に柔軟に対応可能な通信処理装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る通信処理装置は、
伝送路から受信された通信フレームのネットワーク層を処理するよう構成される処理部を備え、
前記ネットワーク層のヘッダ部は、該ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報を含み、
前記処理部は、
前記標準ヘッダ部を処理する第１処理部と、
前記ヘッダ部が１以上の前記拡張ヘッダ部を有する場合に、前記ヘッダ部が有する前記１以上の拡張ヘッダ部の処理を個別に実行する第２処理部と、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を判定する判定部と、を有する。

本発明の少なくとも一実施形態に係る通信処理方法は、
伝送路から受信された通信フレームのネットワーク層を処理する処理ステップを備え、
前記ネットワーク層のヘッダ部は、該ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報を含み、
前記処理ステップは、
前記標準ヘッダ部を処理するステップと、
前記ヘッダ部が１以上の前記拡張ヘッダ部を有する場合に、前記ヘッダ部が有する前記１以上の拡張ヘッダ部の処理を個別に実行するステップと、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を判定する判定ステップと、を有する。

本発明の少なくとも一実施形態に係る通信処理プログラムは、
伝送路から受信された通信フレームのネットワーク層を処理するよう構成される処理部を実現させるためのプログラムであって、
前記ネットワーク層のヘッダ部は、該ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報を含み、
コンピュータに、
前記標準ヘッダ部を処理する第１処理部と、
前記ヘッダ部が１以上の前記拡張ヘッダ部を有する場合に、前記ヘッダ部が有する前記１以上の拡張ヘッダ部の処理を個別に実行する第２処理部と、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を判定する判定部と、を有する前記処理部を実現させるためのプログラムである。

本発明の少なくとも一実施形態に係るネットワーク層のフレームのデータ構造は、
ヘッダ部とペイロード部とを有するネットワーク層のフレームのデータ構造であって、
前記ヘッダ部は、
前記ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部と、
前記標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための少なくとも１つの拡張ヘッダ部と、を有し、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部は、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を示す拡張ヘッダ有無情報を含む。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ネットワーク層のプロトコルの機能拡張に柔軟に対応可能な通信処理装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る制御システムの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御フレームの構造を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る通信処理装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る通信処理方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る通信処理装置の構成を概略的に示す図であり、通信処理装置は振分部に接続される。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は本発明の一実施形態に係る制御システム８の構成を概略的に示す図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る制御フレームＦの構造を概略的に示す図である。

図１に示すように、制御システム８は、例えばプラントに設置されたフィールド機器９１と、このフィールド機器９１の制御および監視を実行するよう構成された制御装置９３と、これらフィールド機器９１と制御装置９３とを通信可能に接続する制御ネットワーク８１と、を備える。フィールド機器９１は、例えば温度、流量、圧力などを計測する各種の計測器（センサ）や、ダンパや調節弁（バルブ）といった操作端などであり、通常、プラントには複数のフィールド機器９１が設置されている。また、制御装置９３は、プラントの自動制御および現場との入出力処理を実行する例えばＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）などの装置である。

図１に示す制御システム８は、電力、ガス、水道などの社会インフラや、発電プラント、化学プラントなどのプラントの監視および制御のための産業用制御システム（ＩＣＳ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）である。この制御システム８において上記の制御装置９３は、例えばプラントの操作および監視を行うヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）となるオペレータステーション（ＯＰＳ９４）や、プラントデータの大容量保存・管理を行うＡＣＳ９５（Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ Ｓｔａｔｉｏｎ）など、プラント等の制御や監視、管理を行うための各種のコンピュータ装置が接続される制御情報ネットワーク８２にも接続されている。この制御情報ネットワーク８２は、例えばイーサネット（登録商標）などで構築され、ファイアウォール装置９６などを介して、情報システムを構成するオフィス内のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や、インターネットなどの情報系ネットワーク８３に接続される。

図１に示す実施形態では、複数のフィールド機器９１は、ＩＯモジュール（ＩＯＭ）などの入出力装置９２を介して制御ネットワーク８１に接続されている。この入出力装置９２は、少なくとも１台のフィールド機器９１を制御ネットワーク８１に接続することが可能な装置である。そして、制御装置９３と各フィールド機器９１との間の通信は、制御ネットワーク８１および入出力装置９２を介して行われるようになっている。具体的には、制御装置９３から各フィールド機器９１への指令（通信情報Ｕ）などの通信は、入出力装置９２を制御ネットワーク８１上の宛先として行われる。そして、入出力装置９２が受信した指令に応じた制御信号を指令先のフィールド機器９１のアクチュエータに出力することで、指令が実行される。逆に、フィールド機器９１が有する例えばセンサ値（通信情報Ｕ）などを制御装置９３へ送るための通信は、通信情報Ｕを取得した入出力装置９２が制御装置９３を制御ネットワーク８１上の宛先として行われる。

より詳細には、例えば制御装置９３と入出力装置９２との間の制御ネットワーク８１を介した通信は、ネットワーク層の機能を有する制御フレームＦ（図２）により行われる。この制御フレームＦは、図２に示すように、ヘッダ部Ｈと、ペイロード部Ｐとを有する。なお、制御フレームＦは、図２に示すように、ペイロード部Ｐの直後に配置されるトレイラ部Ｔｒを有しても良い。

このヘッダ部Ｈは、送信元装置（例えば制御装置９３／入出力装置９２）から宛先装置（入出力装置９２／制御装置９３）までルーティングするのに必要となる制御フレームＦの宛先アドレスＡｒや送信元アドレスＡｓなどのヘッダ情報が格納される領域である。ペイロード部Ｐは、通信相手に通信したい通信情報Ｕ（アプリケーションデータ）を格納する領域である。そして、送信元装置は、制御フレームＦに通信情報Ｕを搭載した後、データリンク層のフレームでカプセル化した通信フレームＤ（送信データの１単位）を、制御ネットワーク８１に送信する。宛先装置は、制御ネットワーク８１から受信した自装置宛ての通信フレームＤを処理することで、制御フレームＦを取得する。図１に示す実施形態では、制御ネットワーク８１は、イーサネット（登録商標）で構築されており、制御フレームＦは、ＭＡＣフレームに搭載されて制御ネットワーク８１を転送されるようになっている。

ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、制御フレームＦを運ぶ下位レイヤ（第２層以下）は、任意のプロトコルで良い。その他、図１には、２台の入出力装置９２（ＩＯモジュール）が示されているが、入出力装置９２の数は任意であり、プラントの規模に応じるなどした適切な数となる。また、入出力装置９２はＩＯモジュールであるが、少なくとも１台は、制御装置であるＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であっても良い。ＰＬＣも１以上のフィールド機器９１が接続可能である。

ここで、上述したネットワーク層の制御フレームＦのヘッダ部Ｈに新たなヘッダ情報を追加するなど、制御フレームＦ（ヘッダ部Ｈ）の構造（フォーマット）を変更する必要性が生じる場合がある。例えば、新たなヘッダ情報として、それまでのヘッダ部Ｈにはなかったシーケンス番号などを追加し、拡張機能を行う場合がある。このようなヘッダ部Ｈの構造の設計変更は容易ではなく、変更の必要性が生じる度にヘッダ部Ｈの構造を設計変更するのでは対応負担が多大である。

そこで、制御フレームＦのヘッダ部Ｈの構造を、例えば送信元アドレスＡｓや宛先アドレスＡｒなどのネットワーク層の機能を実現する上で必須となるヘッダ情報が定義される標準ヘッダ部Ｈｓと、拡張機能（付加機能）を実行するために必要となるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部Ｈｅとに分け、拡張機能の数だけ拡張ヘッダ部Ｈｅを増やすことで、拡張機能が実行されるような構造にした。
この制御フレームＦのヘッダ部Ｈの構造について説明する。

（制御フレームＦのヘッダ部Ｈの構造）
詳述すると、制御フレームＦのヘッダ部Ｈは、１つの標準ヘッダ部Ｈｓ（図２のＬ３）と、Ｎ個（Ｎ≧０）の拡張機能に応じたＮ個の拡張ヘッダ部Ｈｅ（図２のＬ３．５）を有することが可能に構成される（図２参照）。Ｎの上限値が定められていても良い。このＮの上限値は、例えば、制御フレームＦにおけるヘッダ部Ｈを固定長とし、この固定長のヘッダ部Ｈにおける標準ヘッダ部Ｈｓを除いた残りの領域に格納可能な拡張ヘッダ部Ｈｅの数としても良い。これによって、固定長のヘッダ部Ｈに格納可能な最大数の拡張ヘッダ部Ｈｅを設けることが可能となる。

そして、各拡張ヘッダ部Ｈｅは、その拡張ヘッダ部Ｈｅの他に処理すべき他の拡張ヘッダ部Ｈｅがヘッダ部Ｈに存在するか否かを示す拡張ヘッダ有無情報Ｅを定義するための領域（プロトコルフィールド。以下同様）を含む。このため、ヘッダ部Ｈにおける存在が認識された拡張ヘッダ部Ｈｅの拡張ヘッダ有無情報Ｅを参照することで、他の拡張ヘッダ部Ｈｅがさらに存在するか否かの判定が可能となる。要するに、各拡張ヘッダ部Ｈｅによって、複数の拡張ヘッダ部Ｈｅがチェーン繋ぎされるので、拡張ヘッダ有無情報Ｅを辿ることで、ヘッダ部Ｈに含まれる全ての拡張ヘッダ部Ｈｅの処理が可能となる。

よって、複数の通信処理装置がネットワークを介して通信する通信情報を運ぶネットワーク層のヘッダ部Ｈ（例えば、上記の制御フレームＦのヘッダ部Ｈ）は、１以上の拡張ヘッダ部Ｈｅを有する場合には、ヘッダ部Ｈが標準的に有する標準ヘッダ部Ｈｓと、この標準ヘッダ部Ｈｓに定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための少なくとも１つの拡張ヘッダ部Ｈｅと、を有する。そして、ヘッダ部Ｈが有する拡張ヘッダ部Ｈｅの処理順序をｉ（ｉは１以上の整数）で示した場合、ｉ番目の拡張ヘッダ部Ｈｅは、ｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無を示す拡張ヘッダ有無情報Ｅを含む。

例えば図２には、制御フレームＦが、複数（合計でＮ個）の拡張ヘッダ部Ｈｅを有している場合を示しているが、１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅは前記標準ヘッダ部の直後に配置されるようになっている。つまり、１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅは一定のサイズを有する標準ヘッダ部Ｈｓを構成する最後のビット情報が格納されたビット位置の次のビット位置から格納されるようになっている。また、２番目の拡張ヘッダ部Ｈｅは、１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの直後に配置されるようになっている。このように、ｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅは、ｉ番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの直後に配置されるようになっており、各拡張ヘッダ部Ｈｅの先頭の判別の容易化や、拡張ヘッダ部の管理の簡易化を図っている。

図２に示す実施形態では、拡張ヘッダ部Ｈｅは固定長（例えば４バイトなど）であり、上述した拡張ヘッダ有無情報Ｅの情報を格納する領域と、拡張機能の内容を示す種別情報Ｔを格納する領域と、種別情報Ｔに対応した値（制御値）を格納する領域と、を有している。拡張ヘッダ有無情報Ｅは、拡張ヘッダ部Ｈｅの先頭に設けられている。各領域のサイズは固定長である。例えば拡張ヘッダ部Ｈｅでシーケンス番号を追加する場合には、種別情報Ｔによって制御値がシーケンス番号の値であることを示す。

また、拡張ヘッダ部Ｈｅにおける上記の拡張ヘッダ有無情報Ｅの領域のサイズは１ビットである。そして、例えば、ｉ番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの拡張ヘッダ有無情報Ｅの値が１である場合にはｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅがさらに存在していることを示し、その値が０である場合にはｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅが存在していないことを示すようになっている。なお、拡張ヘッダ有無情報Ｅの値が１の場合に次の拡張ヘッダ部Ｈｅが存在せず、その値が０の場合には次の拡張ヘッダ部Ｈｅが存在していることを示すようにしても良い。これによって、拡張ヘッダ部Ｈｅのサイズの最小化を図っている。

一方、上記の標準ヘッダ部Ｈｓも固定長であっても良く、標準ヘッダ部Ｈｓにおける予め定められた領域に、各種のヘッダ情報をそれぞれ格納する領域が定義される。図２に示す実施形態では、標準ヘッダ部Ｈｓは固定長であり、少なくとも、送信元アドレスＡｓおよび宛先アドレスＡｒを有している。

（通信処理装置１の構成）
次に、上述したネットワーク層のヘッダ部Ｈの構造を有する制御フレームＦを処理する通信処理装置１について、図３を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る通信処理装置１の構成を概略的に示す図である。

図３（後述する図５も同様）に示すように、上記の通信処理装置１は、伝送路（図１、図３では制御ネットワーク８１）から受信した通信フレームＤのネットワーク層を処理する処理部（以下、Ｌ３処理部２）を備える。このＬ３処理部２は、標準ヘッダ部Ｈｓを処理する第１処理部（以下、標準ヘッダ処理部２１）と、ヘッダ部Ｈが少なくとも１つの拡張ヘッダ部Ｈｅを有する場合に拡張ヘッダ部Ｈｅの処理を実行する第２処理部（以下、拡張ヘッダ処理部２２）と、ｉ番目（ｉは１以上の整数）の拡張ヘッダ部Ｈｅに含まれる拡張ヘッダ有無情報Ｅに基づいて、ｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無を判定する判定部２３と、を有する。

この通信処理装置１は、制御ネットワーク８１を介して通信を実行する上述した入出力装置９２や制御装置９３、ＡＣＳ９５などが備えても良い。制御ネットワーク８１や制御情報ネットワーク８２を構成するネットワーク装置であっても良く、この場合には、通信処理装置１は、制御フレームＦに搭載された通信情報Ｕの処理を行うことなく、次ホップの装置に制御フレームＦを転送する。

図３に示す実施形態では、通信処理装置１は、伝送路から受信される通信フレームＤの物理層を処理するＬ１処理部１１と、Ｌ１処理部１１による処理によって通信フレームＤから取り出されたデータリンク層を処理するＬ２処理部１２と、をさらに備えている。Ｌ１処理部１１とＬ２処理部１２とが接続され、Ｌ２処理部１２とＬ３処理部２とが接続されている。そして、Ｌ３処理部２は、Ｌ１処理部１１による物理層の処理、Ｌ２処理部１２によるデータリンク層の処理を経ることで通信フレームＤから取り出されたネットワーク層の制御フレームＦが入力さると、その制御フレームＦに対する処理を実行するようになっている。

具体的には、図３に示すように、標準ヘッダ処理部２１は、制御フレームＦの標準ヘッダ部Ｈｓの先頭からのビット位置およびサイズに基づくなどして各ヘッダ情報をそれぞれ取得し、各ヘッダ情報に応じた処理を実行する。同様に、拡張ヘッダ処理部２２は、同じ制御フレームＦの拡張ヘッダ部Ｈｅの各ヘッダ情報をそれぞれ取得し、各ヘッダ情報に応じた処理を実行する。

より具体的には、拡張ヘッダ処理部２２は、１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無については、例えば標準ヘッダ部Ｈｓが１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無を示すヘッダ情報（第１拡張ヘッダ有無情報）を有することで、このヘッダ情報に基づいて判定しても良い。例えば第１拡張ヘッダ有無情報は、上述した拡張ヘッダ有無情報Ｅと同様に、例えば１ビットのサイズを有し、その値（二値）により１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無を示すように構成されても良い。このようにすれば、制御フレームＦが拡張ヘッダ部Ｈｅを有しない場合にも対応が可能である。

あるいは、他の幾つかの実施形態では、上記のヘッダ部Ｈが１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅを必ず有していても良い。この場合には、拡張ヘッダ処理部２２は１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの処理を必ず行うことになる。他方、２番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無については、拡張ヘッダ処理部２２は、ヘッダ部Ｈにおける１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの拡張ヘッダ有無情報Ｅのビット位置が分かることで、その値に基づいて判定する。たとえば、１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅが標準ヘッダ部Ｈｓの直後に配置されていれば、その拡張ヘッダ有無情報Ｅのビット位置の判別も容易となる。

また、通信処理装置１は、制御装置９３や入出力装置９２であり、制御フレームＦのペイロード部Ｐに格納された通信情報Ｕを取り出して、アプリケーション３（アプリケーション層）に転送されるようになっている。このアプリケーション３は、通信処理装置１上で動作しても良いし、通信処理装置１とは異なる装置上で動作しても良い。また、アプリケーション３は、例えばフィールド機器９１を制御するプログラムであっても良く、通信情報Ｕに格納された指令を指令先のフィールド機器９１に対して実行する。

他方、Ｌ３処理部２は、アプリケーション３側から通信情報Ｕの通信要求に対しては、その通信情報Ｕを搭載する制御フレームＦを生成し、Ｌ２処理部１２に入力することで、
Ｌ２処理部１２、Ｌ１処理部１１による処理を順次経て、伝送路に通信フレームＤの単位で送信される。

なお、図３に示す実施形態では、通信処理装置１がＬ１処理部１１およびＬ２処理部１２を備えているが、他の幾つかの実施形態では、通信処理装置１は、Ｌ１処理部１１およびＬ２処理部１２を備えた装置など、Ｌ２処理部１２を備えた装置に接続された装置であっても良い。Ｌ３処理部２から転送される通信情報Ｕの転送先のアプリケーション３は、例えば標準ヘッダ部Ｈｓなどヘッダ部Ｈのヘッダ情報に基づいて特定されても良い。

また、通信処理装置１はコンピュータで構成されても良い。すなわち、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリなどとなる記憶装置を備え、メモリ（主記憶装置）にロードされたプログラム（通信制御プログラム）の命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、通信処理装置１が備える上記の各処理部（機能部）を実現する。

次に、上述した通信処理装置１の処理に対応する通信処理方法を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る通信処理方法を示す図である。
図４に示す通信処理方法は、伝送路（図１、図３では制御ネットワーク８１）から受信した通信フレームＤのネットワーク層を処理する処理する方法である。図４に示すように、通信処理方法は、標準ヘッダ部Ｈｓを処理する第１処理ステップと、上記のヘッダ部Ｈが少なくとも１つの拡張ヘッダ部Ｈｅを有する場合に拡張ヘッダ部Ｈｅの処理を実行する第２処理ステップと、ｉ番目（ｉは１以上の整数）の拡張ヘッダ部Ｈｅに含まれる拡張ヘッダ有無情報Ｅに基づいて、ｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの有無を判定する判定ステップと、を有する。

第１処理ステップ、第２処理ステップ、判定ステップは、それぞれ、上述した標準ヘッダ処理部２１（第１処理部）、拡張ヘッダ処理部２２（第２処理部）、判定部２３が実行する処理内容と同じであるため、詳細は省略する。

図４に示す実施形態では、ステップＳ０において制御フレームＦを取得すると、ステップＳ１において、そのヘッダ部Ｈの標準ヘッダ部Ｈｓの処理を実行し、ステップＳ２で、第２処理ステップおよび判定ステップを実行するようになっている。具体的には、ステップＳ２１で変数ｉを初期化（例えばｉ＝１など）し、ステップＳ２２において、ｉ番目の拡張ヘッダ部Ｈｅの処理を実行する。なお、図４に示す実施形態では、制御フレームＦのヘッダ部Ｈは、少なくとも１つの拡張ヘッダ部Ｈｅを有しているのが前提となっている。

ステップＳ２３において、ｉ番目の拡張ヘッダ部Ｈｅに含まれる拡張ヘッダ有無情報Ｅの値を抽出する。そして、ステップＳ２４において、ステップＳ２３で抽出した拡張ヘッダ有無情報Ｅの値が１であれば、さらに処理すべきｉ＋１番目の拡張ヘッダ部Ｈｅが存在していると判断し、ステップＳ２５に進む。このステップＳ２５において変数ｉをインクリメントした後、ステップＳ２２に戻る。逆に、ステップＳ２４において、拡張ヘッダ有無情報Ｅの値が０であれば、例えば制御フレームＦのペイロード部Ｐの通信情報Ｕをアプリケーション３に引き渡すなどして、フローを終了する。

なお、図４のステップＳ２１～ステップＳ２３の順序は入れ替えても良い。例えば、標準ヘッダ部Ｈｓの処理（Ｓ１）を、拡張ヘッダ部Ｈｅの処理（Ｓ２２）の後に実行しても良いし、並列に実行しても良い。また、拡張ヘッダ部Ｈｅの処理（Ｓ２３）を、拡張ヘッダ有無情報Ｅの値の確認（Ｓ２４）の前に実行しても良いし、並列に実行しても良い。

上記の構成によれば、ネットワーク層のヘッダ部（上述した制御フレームＦのヘッダ部Ｈ）が標準ヘッダ部Ｈｓの他に拡張ヘッダ部Ｈｅを有する場合には、拡張ヘッダ部Ｈｅが有する拡張ヘッダ有無情報Ｅに基づいて、既に存在することが認識されている拡張ヘッダ部Ｈｅの他に処理すべき他の拡張ヘッダ部Ｈｅがさらに存在するか否かを判断し、その処理を実行する。これによって、受信した通信フレームが有する全ての拡張ヘッダ部の存在を適切に判断することができ、ネットワーク層を正しく処理することができる。よって、例えば拡張ヘッダ部Ｈｅを有していないにも関わらず、ネットワーク層のペイロード部Ｐに格納されたデータを誤って拡張ヘッダ部Ｈｅとして処理することや、処理されない拡張ヘッダ部が存在するといったようなことを回避することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
（付記）

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る通信処理装置（１）は、
伝送路（図１、図３では制御ネットワーク８１）から受信された通信フレーム（Ｄ）のネットワーク層を処理するよう構成される処理部（２）を備え、
前記ネットワーク層のヘッダ部（Ｈ）は、該ヘッダ部（Ｈ）が標準的に有する標準ヘッダ部（Ｈｓ）に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）を含み、
前記処理部（２）は、
前記標準ヘッダ部（Ｈｓ）を処理する第１処理部（２１）と、
前記ヘッダ部（Ｈ）が１以上の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有する場合に、前記ヘッダ部（Ｈ）が有する前記１以上の拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の処理を個別に実行する第２処理部（２２）と、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の有無を判定する判定部（２３）と、を有する。

上記（１）の構成によれば、ネットワーク層のヘッダ部（Ｈ）（例えば後述する制御フレーム（Ｆ）のヘッダ部（Ｈ））が標準ヘッダ部（Ｈｓ）の他に拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有する場合には、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）が有する拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）に基づいて、既に存在することが認識されている拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の他に処理すべき他の拡張ヘッダ部（Ｈｅ）がさらに存在するか否かを判断し、その処理を実行する。これによって、受信した通信フレーム（Ｄ）が有する全ての拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の存在を適切に判断することができ、ネットワーク層を正しく処理することができる。よって、例えば拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有していないにもかかわらず、ネットワーク層のペイロード部（Ｐ）に格納されたデータを誤って拡張ヘッダ部（Ｈｅ）として処理することや、処理されない拡張ヘッダ部（Ｈｅ）が存在するといったようなことを回避することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
１番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は前記標準ヘッダ部（Ｈｓ）の直後に配置され、
前記ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は、前記ｉ番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の直後に配置される。

上記（２）の構成によれば、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は、標準ヘッダ部（Ｈｓ）の直後から順番に定義される。これによって、各拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の先頭の判別の容易化や、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の管理の簡易化を図ることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）～（２）の構成において、
前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は固定長である。
上記（３）の構成によれば、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の処理の高速化を図ることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）の構成において、
前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）における前記拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）の領域のサイズは１ビットである。
上記（４）の構成によれば、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）のサイズの最小化を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の構成において、
前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は、種別情報（Ｔ）を含み、
前記第２処理部（２２）は、前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）から抽出した前記種別情報（Ｔ）に応じた処理を実行する。

上記（５）の構成によれば、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の構造を各機能に対して統一することができ、ネットワーク層のプロトコルの機能拡張に柔軟に対応することができる。

（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る通信処理方法は、
伝送路（図１、図３では制御ネットワーク８１）から受信された通信フレーム（Ｄ）のネットワーク層を処理する処理ステップを備え、
前記ネットワーク層のヘッダ部（Ｈ）は、該ヘッダ部（Ｈ）が標準的に有する標準ヘッダ部（Ｈｓ）に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）を含み、
前記処理ステップは、
前記標準ヘッダ部（Ｈｓ）を処理するステップと、
前記ヘッダ部（Ｈ）が１以上の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有する場合に、前記ヘッダ部（Ｈ）が有する前記１以上の拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の処理を個別に実行するステップと、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の有無を判定する判定ステップと、を有する。
上記（６）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る通信処理プログラムは、
伝送路（図１、図３では制御ネットワーク８１）から受信された通信フレーム（Ｄ）のネットワーク層を処理するよう構成される処理部（２）を実現させるためのプログラムであって、
前記ネットワーク層のヘッダ部（Ｈ）は、該ヘッダ部（Ｈ）が標準的に有する標準ヘッダ部（Ｈｓ）に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）を含み、
コンピュータに、
前記標準ヘッダ部（Ｈｓ）を処理する第１処理部（２１）と、
前記ヘッダ部（Ｈ）が１以上の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）を有する場合に、前記ヘッダ部（Ｈ）が有する前記１以上の拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の処理を個別に実行する第２処理部（２２）と、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の有無を判定する判定部（２３）と、を有する前記処理部（２）を実現させるためのプログラムである。
上記（７）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るネットワーク層のフレームのデータ構造は、
ヘッダ部（Ｈ）とペイロード部（Ｐ）とを有するネットワーク層のフレームのデータ構造であって、
前記ヘッダ部（Ｈ）は、
前記ヘッダ部（Ｈ）が標準的に有する標準ヘッダ部（Ｈｓ）と、
前記標準ヘッダ部（Ｈｓ）に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための少なくとも１つの拡張ヘッダ部（Ｈｅ）と、を有し、
ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の有無を示す拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）を含む。

上記（８）の構成によれば、ネットワーク層のフレーム（制御フレーム（Ｆ））は、標準ヘッダ部（Ｈｓ）と拡張ヘッダ部（Ｈｅ）とを有し、拡張ヘッダ部（Ｈｅ）は、拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）を定義するための領域（フィールド）を有している。これより、各拡張ヘッダ部（Ｈｅ）の拡張ヘッダ有無情報（Ｅ）を参照することで、他に処理すべき拡張ヘッダ部（Ｈｅ）がヘッダ部（Ｈ）にさらに存在するかが分かるようになっている。よって、通信装置がネットワーク層のヘッダ部（Ｈ）を適切に処理が可能なように、任意の数の拡張ヘッダ部（Ｈｅ）をヘッダ部（Ｈ）に含めることができる。したがって、ネットワーク層のヘッダ部（Ｈ）の構造を動的に変えることができ、機能の拡張に容易に対応することができる。

１ 通信処理装置
１１ Ｌ１処理部
１２ Ｌ２処理部
２ Ｌ３処理部（処理部）
２１ 標準ヘッダ処理部（第１処理部）
２２ 拡張ヘッダ処理部（第２処理部）
２３ 判定部
３ アプリケーション
４ 振分部
８ 制御システム
８１ 制御ネットワーク
８２ 制御情報ネットワーク
８３ 情報系ネットワーク
９１ フィールド機器
９２ 入出力装置
９３ 制御装置
９４ ＯＰＳ
９５ ＡＣＳ
９６ ファイアウォール装置
Ａｓ 送信元アドレス
Ａｒ 宛先アドレス
Ｄ 通信フレーム
Ｅ 拡張ヘッダ有無情報
Ｆ 制御フレーム
Ｈ ヘッダ部
Ｈｓ 標準ヘッダ部
Ｈｅ 拡張ヘッダ部
Ｔ 種別情報
Ｐ ペイロード部
Ｔｒ トレイラ部
Ｕ 通信情報

Claims (7)

1. プラントに設置されたフィールド機器と該フィールド機器を監視するための制御装置との制御ネットワークを介した通信を処理するための通信処理装置であって、
   前記制御ネットワークから受信された通信フレームの物理層を処理する物理層処理部と、
   前記物理層処理部による処理によって前記通信フレームから取り出されたデータリンク層を処理するデータリンク層処理部と、
   前記データリンク層処理部の処理によって得られる制御フレームであるネットワーク層を処理するよう構成される処理部と、
   を備え、
   前記ネットワーク層のヘッダ部は、該ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報を含み、
   前記処理部は、
   前記標準ヘッダ部を処理する第１処理部と、
   前記ヘッダ部が１以上の前記拡張ヘッダ部を有する場合に、前記ヘッダ部が有する前記１以上の拡張ヘッダ部の処理を個別に実行する第２処理部と、
   ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を判定する判定部と、を有する通信処理装置。
2. １番目の前記拡張ヘッダ部は前記標準ヘッダ部の直後に配置され、
   前記ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部は、前記ｉ番目の前記拡張ヘッダ部の直後に配置される請求項１に記載の通信処理装置。
3. 前記拡張ヘッダ部は固定長である請求項１または２に記載の通信処理装置。
4. 前記拡張ヘッダ部における前記拡張ヘッダ有無情報の領域のサイズは１ビットである請求項１～３のいずれか１項に記載の通信処理装置。
5. 前記拡張ヘッダ部は、種別情報を含み、
   前記第２処理部は、前記拡張ヘッダ部から抽出した前記種別情報に応じた処理を実行する請求項１～４のいずれか１項に記載の通信処理装置。
6. プラントに設置されたフィールド機器と該フィールド機器を監視するための制御装置との制御ネットワークを介した通信を処理するための通信処理方法であって、
   前記制御ネットワークから受信された通信フレームの物理層を処理する物理層処理ステップと、
   前記物理層処理ステップにおける処理によって前記通信フレームから取り出されたデータリンク層を処理するデータリンク層処理ステップと、
   前記データリンク層処理ステップの処理によって得られる制御フレームであるネットワーク層を処理する処理ステップと、
   を備え、
   前記ネットワーク層のヘッダ部は、該ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報を含み、
   前記処理ステップは、
   前記標準ヘッダ部を処理するステップと、
   前記ヘッダ部が１以上の前記拡張ヘッダ部を有する場合に、前記ヘッダ部が有する前記１以上の拡張ヘッダ部の処理を個別に実行するステップと、
   ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を判定する判定ステップと、を有する通信処理方法。
7. プラントに設置されたフィールド機器と該フィールド機器を監視するための制御装置との制御ネットワークを介した通信の処理に用いられて、
   前記制御ネットワークから受信された通信フレームの物理層を処理する物理層処理部と、
   前記物理層処理部による処理によって前記通信フレームから取り出されたデータリンク層を処理するデータリンク層処理部と、
   前記データリンク層処理部の処理によって得られる制御フレームであるネットワーク層を処理するよう構成される処理部と、
   を実現させるためのプログラムであって、
   前記ネットワーク層のヘッダ部は、該ヘッダ部が標準的に有する標準ヘッダ部に定義されたヘッダ情報とは異なるヘッダ情報を定義するための拡張ヘッダ部を有するか否か示す拡張ヘッダ有無情報を含み、
   コンピュータに、
   前記標準ヘッダ部を処理する第１処理部と、
   前記ヘッダ部が１以上の前記拡張ヘッダ部を有する場合に、前記ヘッダ部が有する前記１以上の拡張ヘッダ部の処理を個別に実行する第２処理部と、
   ｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記拡張ヘッダ部に含まれる前記拡張ヘッダ有無情報に基づいて、ｉ＋１番目の前記拡張ヘッダ部の有無を判定する判定部と、を有する前記処理部を実現させるためのプログラム。

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