JPH11143888A

JPH11143888A - アドレス検索回路

Info

Publication number: JPH11143888A
Application number: JP9303170A
Authority: JP
Inventors: Akira Toyoshima; 鑑豊島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】構成が単純でありながら、検索対象のテーブ
ルサイズが大きい場合にも検索時間の短いアドレス検索
回路を提供する。【解決手段】テーブル１５は登録アドレス，転送処理
情報，検索続行／停止を示す検索停止ビットを含む行を
登録アドレス順に記憶する。先頭行番号レジスタ１１，
末尾行番号レジスタ１２はテーブル１５の検索範囲を規
定し、中央行番号演算回路１３はこれら各行から中央行
を求め、これを変換回路１４でメモリアドレスへ変換
し、テーブル１５にアクセスして中央行の内容を読み出
す。比較器１９は登録アドレスと入力情報のアドレスを
比較し、その大小関係に応じて先頭行番号レジスタ１１
又は末尾行番号レジスタ１２を中央行番号で更新して検
索範囲を絞る。比較器１９が両アドレスの一致を検出す
るか、両アドレスが不一致かつ検索停止ビットが検索停
止であって入力アドレスが未登録であることをゲート２
０が検出すると、検索が終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ間通
信等においてＩＰ（Internet Protocol）パケットや
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレームを受信してデ
ータ転送を行う場合に、高速に入力される大量のパケッ
トやフレームを受信して、これらを宛先につながれた方
路へ出力するブリッジやルータ等に適用され、宛先ＩＰ
アドレスや宛先ＭＡＣ（Media Access Control）アドレ
スをキーとして宛先情報が登録されたテーブルの検索を
行うアドレス検索回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来技術によるアドレス検索回路
の一例について説明する。図９は、従来技術を用いたＩ
Ｐパケット転送処理情報のアドレス検索回路１００の構
成を示すブロック図である。同図において、テーブル１
５は、登録された宛先ＩＰアドレス，サブネットマス
ク，ＩＰパケットの転送処理情報の組が複数格納されて
いる。すなわち、テーブル１５は、宛先ＩＰアドレス，
サブネットマスク，ＩＰパケットの転送処理情報をひと
まとめにしたものを一行としたときに、これらの行が複
数集められて構成されている。またテーブル１５は、宛
先ＩＰアドレスを数値（符号無しの２進数）と見なして
その各行が昇順にソートされていると共に、各行には
“０”から順にそれぞれ行番号が付与されている。ここ
で、以下の説明では、テーブル１５の行数が２ⁿ行であ
るものとしている。しかしながら、実際は、テーブル１
５に登録される行数がちょうど２ⁿ行になるとは限らな
いため、例えば上記のように各行を昇順にソートする場
合、テーブル１５の後ろの部分に空きの行ができること
になる。そこでこうした場合は、すべての空きの行の内
容を全ビット“１”に設定しておくか、あるいは、空き
でない最後の行（つまり、宛先ＩＰアドレスを数値と見
なしたときにその値の最も大きな行）の内容をすべての
空きの行へ設定しておくようにする。こうすることで、
検索動作に影響を与えることなく、テーブル１５の行数
を２ⁿにすることができる。また、アドレス検索回路１
００はＩＰアドレスのうちホストアドレス以外の部分が
一致するものの検索を目的としているため、ホストアド
レス部分は何であっても良い。したがって、テーブル１
５に登録される宛先ＩＰアドレスのうち、ホストアドレ
ス部分のビットはオール“０”に設定しておくようにす
る。

【０００３】次に、先頭行番号レジスタ１１及び末尾行
番号レジスタ１２は、テーブル１５上の検索範囲に対応
した先頭行番号及び末尾行番号をそれぞれ保持するレジ
スタであって、検索開始時点において、先頭行番号及び
末尾行番号の初期値が予めセットされる。また、これら
先頭行番号レジスタ１１及び末尾行番号レジスタ１２
は、後述の比較器１９から出力される書き込みパルスに
従って、それぞれ独立にその保持内容が更新される。

【０００４】次に、中央行番号演算回路１３は、アドレ
ス検索回路１００の外部から与えられる検索開始トリガ
を契機として、先頭行番号レジスタ１１及び末尾行番号
レジスタ１２が保持する先頭行番号〜末尾行番号で特定
される検索範囲の中央行を算出し、これを中央行番号と
して出力する。

【０００５】ここで、中央行番号の演算方法の一例とし
て、先頭行番号と末尾行番号の加算平均をとってその小
数点以下を切り捨てる「切り捨て方式」が考えられる。
この演算を実現するには、加算器で先頭行番号と末尾行
番号を加算したのち、得られた加算結果の全ビットを１
ビットだけ右シフトさせるなどすれば良い。こうした切
り捨て方式を採用する場合、検索開始時点における末尾
行番号レジスタ１２の設定値は、実際の末尾行番号（す
なわち、検索開始時点における検索範囲の最終行番号）
そのものでなく、実際の末尾行番号に対して“１”を加
算した値が設定される。こうすることで、全ての行を漏
れなく検索対象とすることができる。

【０００６】また、中央行番号の演算方法の他の例とし
て、先頭行番号と末尾行番号の加算平均を切り上げる
「切り上げ方式」が考えられる。そしてこの方式の場
合、検索開始時点における先頭行番号レジスタ１１の設
定値は、実際の先頭行番号（すなわち、検索開始時点に
おける検索対象範囲の最初の行番号）そのものでなく、
実際の先頭行番号から“１”を減じた値が設定される。
なお、検索開始時に先頭行番号レジスタ１１へ設定する
先頭行番号は、“０”から始まってもいても“１”から
始まっていても良い。

【０００７】一方、変換回路１４は、中央行番号に対応
したテーブル１５上の登録情報を読み出すためのメモリ
アドレスを生成して、メモリによって構成されるテーブ
ル１５へ供給する。中央行番号レジスタ１６は中央行番
号を保持するレジスタであって、次に述べる照合回路１
７から送られる行番号不一致信号をトリガとして、中央
行番号演算回路１３から出力される中央行番号を取り込
む。なお、中央行番号レジスタ１６の内容は、検索開始
前において、テーブル１５上の何れの登録ＩＰアドレス
値とも一致しない有り得ない値に初期化される。例え
ば、切り捨て方式の場合には中央行番号レジスタ１６の
内容を全ビット“１”とすれば良く、また、切り上げ方
式を採用する場合にはその内容を全ビット“０”とすれ
ば良い。

【０００８】照合回路１７は、検索対象である“入力情
報のＩＰアドレス”がテーブル１５に未登録であること
を検出するための回路であり、未登録が検出されない間
は行番号一致信号を出力し、未登録が検出された時点で
行番号不一致信号を出力する。そのために、照合回路１
７は、中央行番号演算回路１３が出力する現時点の中央
行番号と中央行番号レジスタ１６が保持する前回の中央
行番号との一致／不一致を判定し、これら双方の中央行
番号が等しい場合に入力情報のＩＰアドレスが未登録で
あるとする。

【０００９】ＡＮＤ演算回路１８は入力情報のＩＰアド
レスとテーブル１５から読み出されるサブネットマスク
との論理積をビット毎に演算し、得られた演算結果を
「入力ＩＰアドレス値」として出力する。このようにサ
ブネットマスクを用いたマスク演算を行うのは、ＩＰア
ドレスの場合にはＩＰパケットをサブネットの入り口ま
で転送すれば良く、前述したようにホストアドレス部分
が不要なためである。なお、現在のＩＰｖ４（ＩＰバー
ジョン４）プロトコルによればＩＰアドレスとサブネッ
トマスクは何れも３２ビット構成である。また、サブネ
ットマスクは上位ビット（ＭＳＢ）から“１”が連続し
ているものとし、それ以外のホストアドレス部分は
“０”が連続しているものとする。比較器１９は、入力
ＩＰアドレス値及びテーブル１５から読み出される登録
ＩＰアドレスをそれぞれ数値と見なして比較し、図示し
た通り、これら双方の大小関係に応じた３種類の信号の
うちの何れかを出力する。

【００１０】次に、上記構成によるアドレス検索回路１
００の動作は以下のようになる。まず、検索を開始させ
る前に先頭行番号レジスタ１１と末尾行番号レジスタ１
２に対して予め先頭行番号と末尾行番号の初期設定を行
っておく。その後、アドレス検索回路１００に検索開始
トリガが与えられると、中央行番号演算回路１３が先頭
行番号レジスタ１１及び末尾行番号レジスタ１２の各行
番号値から中央行番号を算出する。すると変換回路１４
は、演算された中央行番号に基づき、これに対応するテ
ーブル１５のメモリアドレスを生成する。

【００１１】このメモリアドレスがテーブル１５に与え
られると、テーブル１５からは中央行の登録情報として
サブネットマスク，登録ＩＰアドレス，転送処理情報が
読み出される。これらのうち、サブネットマスクはＡＮ
Ｄ演算回路１８へ供給されて、入力情報のＩＰアドレス
とビット毎にＡＮＤ演算が施されてその演算結果である
入力ＩＰアドレス値が比較器１９に供給される。比較器
１９は、入力ＩＰアドレス値とテーブル１５から読み出
された登録ＩＰアドレス値とを比較して、以下の何れか
の結果を判定する。［ケースＡ］：入力ＩＰアドレス値＝登録ＩＰアドレス
値［ケースＢ］：入力ＩＰアドレス値＜登録ＩＰアドレス
値［ケースＣ］：入力ＩＰアドレス値＞登録ＩＰアドレス
値

【００１２】まずケースＡの場合は、入力情報のＩＰア
ドレスが検索されたことになるため、テーブル１５から
読み出した転送処理情報と，ＩＰアドレス一致を示す比
較器１９からのパルスとをアドレス検索回路１００外部
へ出力し、検索を終了する。一方、ケースＢの場合は、
入力情報のＩＰアドレスがテーブル１５上の検索範囲の
前半に存在することを意味している。したがって、現時
点における検索範囲のうちの前半部分を次回の検索範囲
とするために、中央行番号を末尾行番号レジスタ１２に
書き込んだのち、新たな中央行番号を演算して上述した
のと同様の検索処理を繰り返し行ってゆく。

【００１３】他方、ケースＣの場合は、入力情報のＩＰ
アドレスがテーブル１５上の検索範囲の後半に存在する
ことを意味する。そこでこの場合は、中央行番号を先頭
行番号レジスタ１１に書き込んだのち、新たな中央行番
号を演算して上述したのと同様の検索処理を繰り返すよ
うにする。それゆえ、ケースＢ又はケースＣの場合に
は、検索処理を一回実施する度に検索範囲が半分に絞り
込まれてゆくことになる。

【００１４】そして、入力情報のＩＰアドレスがテーブ
ル１５に登録されていない場合は、検索処理が進むこと
でいずれは先頭行番号と末尾行番号が等しくなる状況に
至る。こうした状況を検出するため、検索の度に中央行
番号レジスタ１６へ中央行番号を書き込んで１回の検索
の間だけ保持するようにする。そして、中央行番号レジ
スタ１６に保持された前回の中央行番号と現時点におけ
る中央行番号を照合回路１７で照合し、これらが等しく
なったときに「ＩＰアドレス未登録」をアドレス検索回
路１００の外部へ出力する。

【００１５】ここで、以上の検索動作を図１０に示すテ
ーブル構成に沿って説明すれば以下のようになる。ここ
では中央行番号の算出方式として切り捨て方式を想定す
る。また、図１０では検索対象となるテーブル１５のサ
イズを２ⁿとしており、テーブル１５が１６行の検索ア
ドレス（つまり、ｎが４）を有するものとする。さら
に、入力ＩＰアドレス値としては、テーブル１５に登録
された登録ＩＰアドレスのうち、行番号“０”のアドレ
ス値よりも大きく，且つ，行番号“１”のアドレス値よ
りも小さい場合を想定する。

【００１６】なお、以下の説明からわかるように、テー
ブル１５上における実際の検索範囲は、「先頭行番号〜
（末尾行番号−１）」であるため、図１０ではこれに従
って各検索時点における検索範囲を図示するようにして
いる。また、各検索時点における先頭行番号レジスタ１
１及び末尾行番号レジスタ１２の各内容，中央行番号，
入力ＩＰアドレス値と登録ＩＰアドレス値の比較結果，
検索終了チェックの結果をそれぞれ［表１］に示してお
く。

【表１】

【００１７】（１）最初の検索ではテーブル１５の全体
（行番号“０”〜“１５”からなる２ ⁴行）を検索範囲
とする。そこで、中央行番号の演算方法として切り捨て
方式を採用する場合は、先頭行番号として“０”を設定
するとともに、末尾行番号には“１６”（＝１５＋１）
を設定する。そしてこれらの行番号から定まる中央行番
号に従って、前回及び今回の中央行番号の一致／不一致
とＩＰアドレス値の一致／不一致が調べられる。

【００１８】すなわち、切り捨て方式で中央行番号を求
めるとすれば、行番号“０”〜“１６”に対する中央行
番号は＜（０＋１６）／２＞＝８となる。この場合、
“前回の中央行番号”は有り得ない値に初期設定されて
いるため、行番号“８”に対する行番号の比較結果は常
に不一致となる。また、入力情報のＩＰアドレス値は行
番号“０”〜“１”の間に存在するため、ＩＰアドレス
の比較結果はケースＢとなり、２回目の検索開始時点で
の行番号範囲は行番号“０”〜“８”となる。（２）２回目の検索では、１回目の検索の場合と同様の
手順によって中央行番号が“４”となるため、中央行番
号“４”と前回の中央行番号“８”は不一致となる。ま
た、行番号“４”に対するＩＰアドレスの比較結果は１
回目の検索の場合と同様にケースＢであり、３回目の検
索開始時点での行番号範囲は行番号“０”〜“４”とな
る。

【００１９】（３）３回目の検索における中央行番号は
“２”となるため、行番号の比較結果はやはり不一致と
なり、また、ＩＰアドレスの比較結果はケースＢである
ために４回目の検索開始時点での行番号範囲は行番号
“０”〜“２”となる。（４）４回目の検索の場合も全く同様であって、中央行
番号が“１”であって行番号の比較結果は不一致とな
り、ＩＰアドレスの比較結果もケースＢであって、５回
目の検索開始時点における行番号範囲は行番号“０”〜
“１”となる。

【００２０】（５）５回目の検索における中央行番号は
“０”であるため行番号の比較結果は不一致となり、そ
の一方で、ＩＰアドレスの比較結果はケースＣとなる。
もっとも、この場合は先頭行番号が中央行番号“０”で
置き換えられることになるため、６回目の検索開始時点
での行番号範囲は５回目と同じになる。（６）６回目の検索では、今回算出される中央行番号が
５回目の検索の場合と同じ“０”となるため、中央行番
号の一致が照合回路１７で検出されてＩＰアドレス未登
録が出力される。しかもこの場合、ＩＰアドレス値は５
回目の検索時と同様に一致しておらず、ＩＰアドレス一
致信号が検出されることもなく検索が終了する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
るＩＰアドレスのアドレス検索回路は、ＩＰパケット転
送処理装置に適用するための回路である。最近では、こ
うしたＩＰパケット転送処理装置のほか、ＬＡＮ（Loca
l Area Network）に用いられるEthernetフレームの転送
処理装置（この場合、ＩＰアドレスの代わりにＭＡＣア
ドレスの検索を必要とする）のパフォーマンスとして、
より高速なものが求められている。

【００２２】こうしたことから、本発明者らは、「電子
情報通信学会技術報告書，ＩＮ９７−２８〜３７，［情
報ネットワーク］，坪井秀幸・藤原弘之・渡辺裕・宮尾
浩・豊島鑑・林一博，“ＡＴＭ網におけるパーマネント
カットスルー転送技術を用いた高速コンピュータ通信シ
ステム”，１９９７年４月２２日」において、ＩＰパケ
ット／EthernetフレームをＡＴＭセルで高速に転送する
ための技術を提案している。この文献にはＩＰパケット
／Ethernetフレーム転送のパフォーマンスが示されてお
り、それによれば、アドレスの検索を１セル（＝５３バ
イト）時間内で行うときの検索処理時間としては、１
５０Ｍbit/s（メガビット毎秒），６００Ｍbit/s でお
およそ２．８３μｓ，７０７ｎｓ以下であることが要
求される。

【００２３】そして、高速な転送処理装置へ適用される
アドレス検索回路としては、未登録なアドレスに対して
もこうした検索処理時間内で検索結果を出力することが
必要となってくる。しかしながら、従来のアドレス検索
回路によると、１セル通過時間内という制約の下では検
索動作が間に合わないという問題を抱えていた。もっと
も、従来のアドレス検索回路を用いて無理矢理に検索動
作を１セル通過時間内に間に合わせることも全く不可能
とは言えない。しかしながら、そうした場合は、検索行
数すなわちテーブルサイズを小さくしなければならず、
こうした制限は、ＩＰパケット転送処理装置やEthernet
フレーム転送処理装置が扱えるＩＰアドレス／ＭＡＣア
ドレスの総数に利用限界を生じさせることになる。

【００２４】その一方で、こうしたアドレス総数の制限
を無くしてテーブルを大きくするためには、今度は検索
処理時間の間に一旦セルを蓄積する必要が生じてくる。
これを実現するには新たに蓄積バッファが必要となるた
めに、転送処理装置が複雑かつ大規模なものになってし
まうという問題が生じる。本発明は上記の点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、構成が単純でありなが
ら、検索対象となるテーブルサイズが大きい場合であっ
ても検索時間の短いアドレス検索回路を提供することに
ある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、通信の宛先アドレスと該
宛先アドレスへの転送処理情報を組にした行を前記宛先
アドレスの値順にソートして記憶する記憶手段を有し、
該記憶手段上の検索範囲の先頭行と末尾行から該検索範
囲の中央行を求め、受信した入力アドレスと前記中央行
に含まれる宛先アドレスとの大小関係の判定結果に応
じ、前記中央行に基づいて前記先頭行又は前記末尾行を
更新して前記検索範囲を絞り込んでゆくことで、前記入
力アドレスに一致する宛先アドレスの含まれた行を検索
するアドレス検索回路であって、前記記憶手段の各行
は、前記入力アドレスに関する検索動作の検索続行又は
検索停止を指示する検索制御情報を記憶するように構成
され、予め、前記検索範囲が最終的に一行となる行の前
記検索制御情報に検索停止を設定し、これら以外の行の
前記検索制御情報に検索続行を設定する設定手段と、
（ａ）前記判定結果がアドレスの一致を示すとき、前記
中央行に含まれる転送処理情報を出力して検索動作を終
了させ、（ｂ）前記判定結果がアドレスの不一致を示
し，かつ，前記中央行における前記検索制御情報が検索
停止を示すとき、前記入力アドレスの未登録を出力して
検索動作を終了させ、（ｃ）前記判定結果がアドレスの
不一致を示し，かつ，前記中央行における前記検索制御
情報が検索続行を示すときに、前記検索動作を続行させ
る制御手段とを具備することを特徴としている。

【００２６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記中央行に基づいて前記先頭行を
更新する際は、前記先頭行から前記中央行までの行のう
ち前記中央行を除いた行範囲を次の検索範囲として設定
し、前記中央行に基づいて前記末尾行を更新する際は、
前記中央行から前記末尾行までの行のうち前記中央行を
除いた行範囲を次の検索範囲として設定することを特徴
としている。また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の発明において、前記設定手段は、前記入力ア
ドレスと前記宛先アドレスの大小関係を判定する際のア
ドレスの比較対象部分を規定するマスク情報を予め前記
記憶手段の各行に設定し、前記入力アドレス及び前記中
央行に含まれる宛先アドレスのうち、該中央行に含まれ
るマスク情報で規定される部分のみを比較することで、
これらアドレスの大小関係を判定することを特徴として
いる。

【００２７】また、請求項４記載の発明は、請求項１〜
３の何れかの項記載の発明において、前記記憶手段の各
行には行番号が順次付与されており、前記先頭行及び前
記末尾行の各行番号の加算平均の小数点以下を切り捨て
て得られる行番号を持つ行を前記中央行に決定すること
を特徴としている。また、請求項５記載の発明は、請求
項１〜３の何れかの項記載の発明において、前記記憶手
段の各行には行番号が順次付与されており、前記先頭行
及び前記末尾行の各行番号の加算平均の小数点以下を切
り上げて得られる行番号を持つ行を前記中央行に決定す
ることを特徴としている。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。［第１実施形態］（請求項１，４，５に対応）図１は、本実施形態によるアドレス検索回路の構成を示
すブロック図であって、図中、図９に示されたのと同じ
構成要素については同一の符号を付してあり、ここでは
その説明を省略するものとする。

【００２９】本実施形態によるアドレス検索回路１０１
は、Ethernetフレーム転送処理情報を検索するための回
路であって、従来技術のようなＩＰアドレスではなくＭ
ＡＣアドレス（現在のところ４８ビット）を検索するも
のである。そして、図１及び図９の対比から分かるよう
に、従来技術において存在していた中央行番号レジスタ
１６，照合回路１７，ＡＮＤ演算回路１８がなくなって
いる。そのため、本実施形態による比較器１９は、入力
情報のアドレス（ＭＡＣアドレス）そのものとテーブル
１５から読み出される登録アドレス（ＭＡＣアドレス）
を比較するようになる。

【００３０】また、テーブル１５は、登録された宛先の
ＭＡＣアドレス，Ethernetフレームの転送処理情報，検
索停止ビットをひとまとめにして一行としており、宛先
ＭＡＣアドレスを数値と見なして各行を昇順にソートし
ている。ここで、検索停止ビットは、アドレス検索回路
１０１における検索動作の継続又は終了を制御するため
のビットであり、その内容が“１”であれば「検索停
止」を意味する一方、その内容が“０”であれば「検索
続行」を意味する。なお、図示したように、検索停止ビ
ットと転送処理情報を別にするのではなく、検索停止ビ
ットを転送処理情報の中に含ませるようにしても良い。

【００３１】また、本実施形態では、アンドゲートの一
方の入力側を反転入力端子としたゲート２０が新たに追
加されている。このゲート２０は、比較器１９が出力す
る比較結果が入力アドレス値及び登録アドレス値の不一
致を示しており，且つ，テーブル１５から読み出された
検索停止ビットが検索停止を示しているときに、アドレ
ス未登録を出力する。換言すれば、検索停止指示とアド
レス一致が同時に検出された場合は、アドレス一致が優
先して出力されて、アドレス未登録が検出されないよう
に構成されている。

【００３２】さて、図２は本実施形態におけるテーブル
１５の構成を示す図であって、従来技術の説明で使用し
た図１０と同じく、テーブル１５のテーブルサイズとし
て１６行の検索アドレスを持つことを前提としている。
また、図示したように、本実施形態では検索停止ビット
がテーブルの各行に含まれており、図示しない設定回路
により以下のようにして各検索停止ビットに“１”もし
くは“０”が設定されるようになっている。

【００３３】いま、テーブルの総行数を２ⁿ（この場合
はｎ＝４）としてテーブルの各行の行番号を０〜（２ⁿ
−１）とする。そして、中央行番号の演算方式として
「切り捨て方式」を採る場合は、奇数行の検索停止ビッ
トに“１”（検索停止）を立てるとともに、偶数行の検
索停止ビットを“０”（検索続行）とする。ただし、行
番号“１”の検索停止ビットには“１”（検索停止）を
立てずに“０”（検索続行）を設定し、その代わり、行
番号“０”の検索停止ビットに“１”（検索停止）を立
てるようにする。なおこの場合も、従来技術で説明した
ように、検索開始時点における末尾行番号の行番号とし
ては実際の末尾行番号に“１”を加算するように初期設
定がなされる。

【００３４】一方、中央行番号の演算方式として「切り
上げ方式」を採用する場合は、偶数行の検索停止ビット
に“１”（検索停止）を立て、奇数行の検索停止ビット
を“０”（検索続行）とする。ただし、行番号“（２ⁿ
−２）”の検索停止ビットは“１”（検索停止）を立て
ずに“０”（検索続行）を設定し、その代わり、行番号
“（２ⁿ−１）”の検索停止ビットに“１”（検索停
止）を立てるようにする。そしてこの場合も、従来技術
で説明したように、検索開始時点における先頭行番号の
行番号から“１”を減算するような初期設定がなされ
る。

【００３５】次に、上記構成によるアドレス検索回路の
動作について説明する。まず、テーブル１５の検索範囲
の先頭行番号，末尾行番号をそれぞれ先頭行番号レジス
タ１１，末尾行番号レジスタ１２に初期設定するが、そ
の際、末尾行番号の値に“１”を加算しておく。そし
て、検索を開始させるために検索開始トリガをアドレス
検索回路１０１へ与えると、中央行番号演算回路１３
は、先頭行番号及び末尾行番号に基づいて中央行番号を
切り捨て方式で算出する。すると、変換回路１４は中央
行番号に対応するテーブル１５のメモリアドレスを生成
してこれをテーブル１５へ供給する。これにより、テー
ブル１５からは中央行番号に対応した登録情報として登
録アドレス，転送処理情報，検索停止ビットが読み出さ
れる。

【００３６】そして比較器１９は、入力情報のアドレス
とテーブル１５から出力される登録アドレスとを比較
し、比較結果として以下の３種類のうちの何れかを判定
する。［ケースＡ］：入力アドレス値＝登録アドレス値［ケースＢ］：入力アドレス値＜登録アドレス値［ケースＣ］：入力アドレス値＞登録アドレス値

【００３７】これら各ケースにおける動作は従来技術で
説明したのと同様である。すなわち、ケースＡの場合は
テーブル１５上で入力情報のアドレスが検索されたので
あるから、テーブル１５から読み出された転送処理情報
と比較器１９が出力するＭＡＣアドレスのアドレス一致
パルスとをアドレス検索回路１０１の外部へ出力して検
索を終了させる。

【００３８】また、ケースＢの場合は、入力情報のアド
レスが検索範囲の前半に存在するため、次回の検索のた
めに中央行番号を末尾行番号レジスタ１２へ書き込む。
同様に、ケースＣの場合は、入力情報のアドレスが検索
範囲の後半に存在することから、中央行番号を先頭行番
号レジスタ１１に書き込む。そして、ケースＢ又はケー
スＣの場合は、更新された末尾行番号又は先頭行番号を
用いて再び中央行番号を演算し、上記同様の検索処理を
繰り返し行ってゆく。

【００３９】いま、入力情報のアドレスがテーブル１５
上に存在していれば、比較器１９によりいずれはケース
Ａの判定結果が得られる。これに対し、入力情報のアド
レスがテーブル１５に登録されていない場合は、検索動
作が進むうちに、テーブル１５から検索停止ビットとし
て“１”（検索停止）が読み出されるようになる。この
とき、比較器１９がアドレス一致パルスを発生すること
はなく、ゲート２０の出力が“１”となって、アドレス
検索回路１０１の外部へアドレス未登録信号が出力され
て、検索動作も終了する。

【００４０】さて、以上の検索動作を図２に示すテーブ
ル構成に沿って説明すれば以下のようになる。この場合
も、前掲した図１０の場合と同様に、中央行番号の算出
方式として切り捨て方式を採用した場合を想定する。ま
た、従来技術と同じく、入力アドレス値がテーブル１５
に格納された登録アドレス値のうち、行番号“０”のア
ドレス値よりも大きく，且つ，行番号“１”のアドレス
値より小さいものとする。さらに、本実施形態において
も、テーブル１５上における実際の検索範囲は「先頭行
番号〜（末尾行番号−１）」であるため、図２ではこれ
に基づいて検索範囲を図示してある。

【００４１】ここで、各検索における先頭行番号，末尾
行番号，中央行番号，入力アドレス値と登録アドレス値
の比較結果，検索終了チェックの結果をそれぞれ［表
２］に示しておく。

【表２】

【００４２】従来技術と同様に、本実施形態の場合も、
検索に先立ってテーブル１５の検索範囲に対する先頭行
番号，末尾行番号として“０”，“１６”がそれぞれ先
頭行番号レジスタ１１，末尾行番号レジスタ１２に初期
設定される。（１）最初の検索時点では、行番号範囲が“０”〜“１
６”であって、テーブル１５の全体（行番号“０”〜
“１５”）が検索範囲となる。そしてこの検索範囲から
定まる中央行番号に従って、比較器１９によりＭＡＣア
ドレスの一致／不一致が調べられる。この場合は切り捨
てによって中央行番号を求めることから、行番号“０”
〜“１６”に対する中央行番号は＜（０＋１６）／２＞
＝８となる。そして行番号“８”の検索停止ビットは
“０”であり、当該行番号に対するアドレス値の比較結
果はケースＢであるから、２回目の検索開始時点におけ
る行番号範囲は行番号“０”〜“８”となる。

【００４３】（２）２回目の検索では、１回目の検索の
場合と同様に考えて中央行番号が“４”となり、この行
番号“４”に対する検索停止ビットは“０”である。さ
らに、行番号“４”に対するアドレス値の比較結果は１
回目と同様にケースＢであるため、３回目の検索開始時
点での行番号範囲は行番号“０”〜“４”となる。（３）３回目の検索における中央行番号は“２”とな
り、当該行番号の検索停止ビットは“０”であって、ま
た、アドレス値の比較結果はケースＢであるから、４回
目の検索開始時点における行番号範囲は行番号“０”〜
“２”となる。（４）４回目の検索における中央行番号は“１”とな
り、当該行番号の検索停止ビットは“０”であって、ま
た、アドレス値の比較結果はケースＢであるから、５回
目の検索開始時点における行番号範囲は行番号“０”〜
“１”となる。

【００４４】（５）このように、４回目の検索が終了す
るまでは従来技術と同様にして検索動作が進行するもの
の、これ以後の検索動作が従来技術の場合とは異なって
いる。すなわち、５回目の検索では中央行番号が“０”
となるが、今度は行番号“０”の検索停止ビットが
“１”（検索停止）となっている。したがって、この場
合のように、アドレス値の比較結果がケースＡでない
（この場合は従来技術と同様にケースＣである）と、比
較器１９から出力されるアドレス一致信号は“０”であ
るため、ゲート２０からアドレス未登録信号として
“１”が出力されて、検索が終了する。つまり、本実施
形態では従来技術とは違って６回目の検索は行われな
い。

【００４５】以上のように、本実施形態によれば、テー
ブル１５の各行に検索停止ビットを設け、当該検索停止
ビットを用いて検索終了を検出するようにしている。こ
れにより、従来必要であった中央行番号レジスタ１６や
照合回路１７（図９参照）などが不要となってアドレス
検索回路の構成を単純にできるほか、前回の中央行番号
と今回の中央行番号の比較が行われないため、アドレス
比較回数を減らすことができる。なお、本実施形態で
も、従来技術の場合と同様に、先頭行番号レジスタ１１
へ最初に設定される先頭行番号は“０”から始まってい
ても“１”から始まっていても良い。

【００４６】［第２実施形態］（請求項２，４，５に対
応）図３は、本実施形態によるEthernetフレーム転送処理情
報のアドレス検索回路の構成を示すブロック図であり、
図１に示されたのと同じ構成要素については同一の符号
を付してあり、ここではその説明を省略する。

【００４７】さて、図１のアドレス検索回路１０１と図
３のアドレス検索回路１０２との構成上の相違は、中央
行番号演算回路１３から出力される中央行番号に対し
て、加算回路２１，減算回路２２によってそれぞれ“＋
１”，“−１”された行番号値が先頭行番号レジスタ１
１，末尾行番号レジスタ１２の各々に与えられることで
ある。また、本実施形態では、テーブル１５の検索停止
ビットは、中央行番号の算出方式が切り捨て方式か切り
上げ方式かによらず、全ての偶数行に対して“１”（検
索停止）が立てられ、全ての奇数行に対して“０”（検
索続行）が設定される。

【００４８】次に、上記構成によるアドレス検索回路の
動作について説明する。なお、本発明によれば先頭行番
号と末尾行番号の加算結果は必ず“２”で割り切れるた
め、本実施形態では、中央行番号の算出方式が切り捨て
方式，切り上げ方式の何れであってもアドレス検索回路
の動作は同じになる。まず、第１実施形態と同様にして
以下の動作が行われる。すなわち、検索範囲に対する先
頭行番号，末尾行番号が先頭行番号レジスタ１１，末尾
行番号レジスタ１２に予め初期設定される。ただし本実
施形態では、これらレジスタの初期設定に際して、末尾
行番号（「切り上げ方式」の場合は先頭行番号）を設定
する際の“１”の減算（「切り上げ方式」の場合は加
算）処理は行われない。そして、アドレス検索回路１０
２の外部から検索開始トリガが与えられると、中央行番
号演算回路１３が中央行番号を算出し、この中央行番号
に対応するテーブル１５のメモリアドレスを変換回路１
４が生成する。これによって、テーブル１５から中央行
番号に対応する登録アドレス，転送処理情報，検索停止
ビットが読み出される。

【００４９】次に比較器１９は、第１実施形態と同じ
く、入力情報のアドレスとテーブル１５から出力される
登録アドレスを比較して、以下の３種類のうちの何れか
の比較結果を判定する。［ケースＡ］：入力アドレス値＝登録アドレス値［ケースＢ］：入力アドレス値＜登録アドレス値［ケースＣ］：入力アドレス値＞登録アドレス値そしてケースＡの場合は、第１実施形態と同様に、テー
ブル１５から読み出された転送処理情報と比較器１９が
出力するＭＡＣアドレスのアドレス一致パルス信号とを
アドレス検索回路１０２の外部へ出力し、検索を終了さ
せる。

【００５０】これに対し、ケースＡ以外の場合の処理は
第１実施形態の場合と異なるものになる。すなわち、ケ
ースＢの場合（つまり、入力情報のアドレスが検索範囲
の前半に存在する場合）は、中央行番号演算回路１３が
出力する中央行番号の値を減算回路２２で“１”だけ減
じてからこれを末尾行番号レジスタ１２に書き込み、新
たな中央行番号を演算して上述したのと同様の検索処理
を繰り返し行うことになる。一方、ケースＣの場合（つ
まり、入力情報のアドレスが検索範囲の後半に存在する
場合）は、中央行番号演算回路１３が出力する中央行番
号の値を加算回路２１で“１”だけ増加させてから先頭
行番号レジスタ１１に書き込み、新たな中央行番号を演
算して上述したのと同様の検索処理を繰り返すこととな
る。

【００５１】つまり、本実施形態では、次回の検索のた
めの検索範囲を決定するにあたって、既に入力情報のア
ドレスとの不一致が判明している現時点の中央行番号を
検索範囲から除外するようにしている。換言すれば、ケ
ースＢの場合の次回の検索範囲は先頭行〜中央行の一行
手前となり、ケースＣの場合の次回の検索範囲は中央行
の一行後ろ〜末尾行となる。他方、入力情報のアドレス
がテーブル１５に登録されていない場合は、第１実施形
態と同様である。すなわち、検索動作が進むうちにテー
ブル１５から検索停止ビットとして“１”（検索停止）
が読み出されるため、ゲート２０からアドレス未登録信
号が出力され、検索動作も終了する。

【００５２】さて、以上の検索動作を図４に示すテーブ
ル構成に沿って説明すれば以下のようになる。この場合
も、テーブル１５のサイズは２ⁿであって１６行の検索
アドレスを有しているが、行番号“１５”は未使用とし
てあり、検索開始時点における検索範囲の行数は（２ⁿ
−１）である。また、第１実施形態と同様、入力アド
レス値は、テーブル１５に格納された登録アドレス値の
うち、行番号“０”のアドレス値よりも大きく，且つ，
行番号“１”のアドレス値より小さいものとする。

【００５３】ここで、［表３］に、本実施形態の検索動
作における先頭行番号，末尾行番号，中央行番号，入力
アドレス値と登録アドレス値の比較結果，検索終了チェ
ックの結果を示しておく。

【表３】

【００５４】また、図５は本実施形態の検索動作に沿っ
たテーブル１５の基本構造を示した図である。すなわ
ち、上述した中央行番号に対応する行が同図の“アドレ
ス照合行Ａ”に相当する。また図中、アドレス照合行Ａ
より上側に位置する行の集合Ｂが、アドレス照合行Ａよ
りもアドレス値が小さい行の集合であって、これは上述
したケースＢの判定結果に対応する。同様に、図中にお
いてアドレス照合行Ａより下側に位置する行の集合Ｃ
が、アドレス照合行Ａよりもアドレス値が大きい行の集
合であって、これは上述したケースＣの判定結果に対応
する。以上から、アドレス照合行Ａの行数は常に１行で
あり、また、行の集合Ｂ，Ｃの行数は何れも同一ではあ
るが、それぞれの行数は検索範囲の大きさによって、
０，１，２，…，２^n-1−１の何れかをとることにな
る。

【００５５】一方、図６は本実施形態による検索動作に
対応したテーブル１５の検索ツリーの具体例を示したも
のであって、図中の左側から右側に向かって検索処理が
進行してゆくことを表している。ここで、ツリーに存在
する枝分かれは３方向に分岐しているが、この枝分かれ
のうち、水平方向に分岐するものが図５におけるアドレ
ス照合行Ａに対応する。また、枝分かれにおける上下各
々の分岐はそれぞれ図５における行の集合Ｂ，Ｃに対応
するもので、入力アドレス値とアドレス照合行Ａの登録
アドレス値との大小関係に応じて、上下何れかの分岐部
分の右側に接続されたサブツリー（部分木）が新たな検
索範囲となる。

【００５６】さて、以下、図４に沿って説明するが、本
実施形態では第１実施形態と違って、先頭行番号〜末尾
行番号が検索範囲に一致している。（１）最初の検索時点では、テーブル１５のうち最終行
を除く全ての行（行番号“０”〜“１４”）を検索範囲
とする。そしてこの検索範囲から定まる中央行番号に従
って、比較器１９によりＭＡＣアドレスの一致／不一致
が調べられる。この場合は、切り捨てによって中央行番
号を求めるので、行番号“０”〜“１４”の範囲に対す
る中央行番号は＜（０＋１４）／２＞＝７となる。この
行番号“７”の検索停止ビットは“０”であるため、以
後も検索が続行される。そして行番号“７”に対するア
ドレス値の比較結果はケースＢとなるため、中央行番号
の値を“−１”した値が末尾行番号に設定されることに
なり、２回目の検索開始時点における行番号範囲は行番
号“０”〜“６”となる。

【００５７】（２）２回目の検索では中央行番号が
“３”となり、この行番号“３”に対する検索停止ビッ
トは“０”である。また、行番号“３”に対するアドレ
ス値の比較結果は１回目の検索のときと同様にケースＢ
であるため、末尾行番号だけが更新されて、３回目の検
索開始時点における行番号範囲は行番号“０”〜“２”
となる。（３）３回目の検索における中央行番号は“１”とな
り、この行番号“１”に対する検索停止ビットは“０”
である。そしてアドレス値の比較結果はやはりケースＢ
であるため、２回目の検索のときと同様に末尾行番号だ
けが更新されて、４回目の検索開始時点における行番号
範囲は行番号“０”〜“０”となる。

【００５８】（４）４回目の検索では中央行番号が
“０”となる。したがって、今度は行番号“０”に対す
る検索停止ビットが“１”（検索停止）であるから、こ
の場合のように、アドレス値の比較結果がケースＡ以外
（この場合はケースＣ）であれば、第１実施形態と同様
に、比較器１９からアドレス一致パルスは出力されず、
ゲート２０からアドレス未登録信号が出力されて検索動
作が終了する。

【００５９】以上のように、本実施形態によれば、加算
回路２１と減算回路２２を設けて、既に検索された中央
行を次回の検索範囲から除外するようにしている。これ
により、第１実施形態に比して、検索動作に必要となる
アドレス比較回数を少なくすることができる。なお、本
実施形態においても、従来技術や第１実施形態の場合と
同様に、先頭行番号レジスタ１１へ最初に設定される先
頭行番号は“０”から始まっていても“１”から始まっ
ていても良い。

【００６０】［第３実施形態］（請求項３に対応）図７及び図８は、本実施形態によるアドレス検索回路１
０３，１０４の構成を示すものであって、それぞれが第
１実施形態（図１）及び第２実施形態（図３）に対応し
ている。これらのアドレス検索回路が第１実施形態又は
第２実施形態と異なるのは、Ethernetフレームの代わり
にＩＰパケットを扱っている点にあり、従来技術におけ
るのと同様に、ＭＡＣアドレスではなくＩＰアドレスを
用いて検索が行われる。それゆえ、図９の場合と同じ
く、テーブル１５にはサブネットマスクがさらに記憶さ
れており、このサブネットマスクを用いて、ＡＮＤ演算
回路１８により入力情報のＩＰアドレスにビット毎にマ
スクをかけて入力アドレス値を求める処理が施される。
そして、この処理以外は上記第１実施形態又は第２実

【００６１】なお、上記各実施形態では、テーブル１５
の各行をＭＡＣアドレス又はＩＰアドレスの昇順にソー
トしているが、これを降順にソートするようにしても良
いのはもちろんである。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検索動作の続行又は停止を指示する検索制御情報を記憶
手段の各行に設ける構成とし、検索範囲が最終的に一行
となる行か否かに応じて各行の検索制御情報を設定して
おく。そして、入力アドレスと中央行の宛先アドレスが
一致していれば中央行の転送処理情報を出力して検索動
作を終了させ、また、これらアドレスが不一致の場合
で、中央行の検索制御情報が検索停止であれば入力アド
レスの未登録を出力して検索動作を終了させる一方、当
該検索制御情報が検索続行であれば引き続き検索を行う
ようにしている。

【００６３】これにより、従来のように前回の中央行番
号と今回の中央行番号とを照合する必要がなくなるた
め、照合処理に必要な回路が不要となって、アドレス検
索回路の構成をより単純化することができる。また、検
索範囲が一行となった時点で検索動作が終了するため、
従来に比べてアドレス比較回数を減らすことができる。
また、本発明の構成によれば、アドレス検索回路をハー
ドウェア回路で実現可能なため、ＭＡＣアドレスといっ
た入力アドレスをキーとして、Ethernetフレーム等の転
送処理情報を従来よりも高速に検索することができる。
そのため、高速に入力される大量のEthernetフレーム等
を宛先につながる方路へ遅滞なく出力することができ
る。

【００６４】また、請求項２記載の発明によれば、先頭
行又は末尾行を更新する際に、中央行を除いた行範囲を
次の検索範囲として設定するようにしている。これによ
り、既に検索された中央行が次回の検索範囲から除外さ
れるため、アドレス比較回数をさらに減らすことがで
き、より高速に検索動作を行うことができる。また、請
求項３記載の発明によれば、入力アドレスと宛先アドレ
スの大小関係を判定する際の比較対象部分を規定するマ
スク情報を記憶手段の各行に設定しておき、当該マスク
情報で規定される部分のみの比較によってこれらアドレ
スの大小関係を判定するようにしている。これにより、
ＩＰアドレスのようにホストアドレス部分の比較が不要
な場合であっても、検索対象の入力アドレスを何ら加工
することなくそのままアドレス検索回路へ与えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるアドレス検索回
路の構成を示すブロック図である。

【図２】同実施形態で行われる検索処理のテーブル１
５上における検索範囲と中央行を示す説明図である。

【図３】本発明の第２実施形態によるアドレス検索回
路の構成を示すブロック図である。

【図４】同実施形態で行われる検索処理のテーブル１
５上における検索範囲と中央行を示す説明図である。

【図５】同実施形態における検索動作に対応したテー
ブル１５の基本構造を示す説明図である。

【図６】同実施形態における検索動作に対応したテー
ブル１５の検索ツリーの具体例を示す説明図である。

【図７】本発明の第３実施形態によるアドレス検索回
路のうち、図１に示す第１実施形態の構成を変形した場
合の回路構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第３実施形態によるアドレス検索回
路のうち、図３に示す第２実施形態の構成を変形した場
合の回路構成を示すブロック図である。

【図９】従来の技術によるアドレス検索回路の構成を
示すブロック図である。

【図１０】従来の技術で行われる検索処理のテーブル
１５上における検索範囲と中央行を示す説明図である。

【符号の説明】

１１先頭行番号レジスタ１２末尾行番号レジスタ１３中央行番号演算回路１４変換回路１５テーブル１８ＡＮＤ演算回路１９比較器２０ゲート２１加算回路２２減算回路１０１〜１０４アドレス検索回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信の宛先アドレスと該宛先アドレスへ
の転送処理情報を組にした行を前記宛先アドレスの値順
にソートして記憶する記憶手段を有し、該記憶手段上の検索範囲の先頭行と末尾行から該検索範
囲の中央行を求め、受信した入力アドレスと前記中央行
に含まれる宛先アドレスとの大小関係の判定結果に応
じ、前記中央行に基づいて前記先頭行又は前記末尾行を
更新して前記検索範囲を絞り込んでゆくことで、前記入
力アドレスに一致する宛先アドレスの含まれた行を検索
するアドレス検索回路であって、前記記憶手段の各行は、前記入力アドレスに関する検索
動作の検索続行又は検索停止を指示する検索制御情報を
記憶するように構成され、予め、前記検索範囲が最終的に一行となる行の前記検索
制御情報に検索停止を設定し、これら以外の行の前記検
索制御情報に検索続行を設定する設定手段と、（ａ）前
記判定結果がアドレスの一致を示すとき、前記中央行に
含まれる転送処理情報を出力して検索動作を終了させ、
（ｂ）前記判定結果がアドレスの不一致を示し，かつ，
前記中央行における前記検索制御情報が検索停止を示す
とき、前記入力アドレスの未登録を出力して検索動作を
終了させ、（ｃ）前記判定結果がアドレスの不一致を示
し，かつ，前記中央行における前記検索制御情報が検索
続行を示すときに、前記検索動作を続行させる制御手段
とを具備することを特徴とするアドレス検索回路。
【請求項２】前記中央行に基づいて前記先頭行を更新
する際は、前記先頭行から前記中央行までの行のうち前
記中央行を除いた行範囲を次の検索範囲として設定し、
前記中央行に基づいて前記末尾行を更新する際は、前記
中央行から前記末尾行までの行のうち前記中央行を除い
た行範囲を次の検索範囲として設定することを特徴とす
る請求項１記載のアドレス検索回路。
【請求項３】前記設定手段は、前記入力アドレスと前
記宛先アドレスの大小関係を判定する際のアドレスの比
較対象部分を規定するマスク情報を予め前記記憶手段の
各行に設定し、前記入力アドレス及び前記中央行に含まれる宛先アドレ
スのうち、該中央行に含まれるマスク情報で規定される
部分のみを比較することで、これらアドレスの大小関係
を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のアド
レス検索回路。
【請求項４】前記記憶手段の各行には行番号が順次付
与されており、前記先頭行及び前記末尾行の各行番号の加算平均の小数
点以下を切り捨てて得られる行番号を持つ行を前記中央
行に決定することを特徴とする請求項１〜３の何れかの
項記載のアドレス検索回路。
【請求項５】前記記憶手段の各行には行番号が順次付
与されており、前記先頭行及び前記末尾行の各行番号の加算平均の小数
点以下を切り上げて得られる行番号を持つ行を前記中央
行に決定することを特徴とする請求項１〜３の何れかの
項記載のアドレス検索回路。