TWI436626B - 通信控制系統、交換節點、通信控制方法、及通信控制用程式 - Google Patents

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Tsugio Okamoto
Takashi Yokota
Masanori Takashima
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Tetsu Izawa
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Description

通信控制系統、交換節點、通信控制方法、及通信控制用程式
本發明係關於通信控制系統，尤其關於訊框接收介面分離式通信控制系統。
近年來廣泛應用稱為「PCI-e(PCI Express，快速周邊元件互連)」之介面(interface(I/F))，以取代PCI匯流排(Peripheral Component Interconnect bus，周邊元件互連匯流排)。PCI匯流排係並列式傳輸，而PCI-e(PCI Express)係串列式傳輸。PCI匯流排與PCI-e(PCI Express)之間雖無物理層次上的相容性，但使用共通之通信通訊協定等。PCI-e(PCI Express)中使用的最小構成之傳送通道(LANE)，能進行單向2.5Gbps(Gigabit per second：每秒兆位元)、雙向5.0Gbps之全雙工通信。
圖1係習知系統構成，且係使用控制伺服器(控制器)執行擴充網路服務時之系統構成例。習知系統中，交換節點上只存在有1個CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)，所有關於服務、通訊協定之處理，係經由網路交換器轉送引擎連接所使用的串列傳輸介面，即PCI-e(PCI Express)，而與控制伺服器協同作業動作。
圖2係顯示習知交換節點上之CPU之構成例。在CPU上，執行有關外部之控制伺服器所執行的擴充網路服務之處理模組(module)，與有關本機執行的習知網路服務之處理模組，以作為作業系統上之網路通訊協定處理。
如圖2所示，在習知CPU上構成之軟體堆疊構成中，因為只有1個CPU存在，所以1個CPU必須對應有關習知網路服務之處理以及有關擴充網路服務之處理雙方。
又，習知系統構成中，所有內部模組(CPU)與外部連接用裝置(網路交換器轉送引擎)之間的介面只有PCI-e(PCI Express)，為了不造成各內部模組產生的資源爭搶，必須有分配、優先控制處理等。
又，因為PCI-e(PCI Express)在封包(packet)之傳送與接收時伴隨有額外傳輸量(overhead)，所以產生無法進行高速的封包傳送與接收之問題。
又，PCI-e(PCI Express)之控制延遲時，產生網路交換器轉送引擎之往CPU封包佇列(queue)之溢位(overflow)、封包丟棄、服務品質劣化。
就以上問題而言，因為習知系統構成係以控制介面負載較輕之有關服務、通訊協定之處理作為前提而構成，所以無法實現必須與外部之控制伺服器進行高速的封包傳送與接收之構成。
另，專利文獻1(日本特開2005-317021號公報)中說明了PCI-e(PCI Express)。例如，運算裝置中包含的PCI-e(PCI Express)之拓樸，係CPU及記憶體再加上主橋接器及數個端點(亦即I/O裝置)。多數個點間連接係藉由交換器來達成。
又，就有關技術而言，專利文獻2(日本特開2006-202210號公報)中揭示有資訊處理裝置、服務公開方法及程式。此有關技術中，UPnP(Universal Plug and Play，通用隨插即用)裝置係依據SSDP(Simple Service Discovery Protocol，簡單服務探索通訊協定)而向UPnP控制點廣播本身裝置(本身機器)之存在，並公開由XML(Extensible Markup Language，延伸標記語言)形式所描述的裝置描述、服務描述。UPnP控制點依據SSDP而發現UPnP裝置及服務，並依據SOAP(Simple Object Access Protocol，簡單物件存取通訊協定)進行呼叫而控制各服務之動作。UPnP服務之狀態變化，係依據GENA(Generic Event Notification Architecture，一般事件通知架構)來通知給訂閱事件通知之UPnP控制點。
又，就有關技術而言，專利文獻3(日本特開2007-219873號公報)中揭示有交換器及網路橋接器裝置。在此有關技術中，根複合體接受來自CPU之命令，進行CPU與周邊裝置之間的點對點(peer to peer)通信，以及記憶體與周邊裝置之間的點對點通信之傳輸。此時，在根複合體與周邊裝置之間，係進行使用PCI-e(PCI Express)封包(TLP：Transaction Layer Packet，傳輸層封包)的通信。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2005-317021號公報
【專利文獻2】日本特開2006-202210號公報
【專利文獻3】日本特開2007-219873號公報
【非專利文獻】
【非專利文獻1】“The OpenFlow Switch Consortium”＜http：//www.openflowswitch.org/＞
【非專利文獻2】“OpenFlow Switch Specification Version 1.0.0(Wire Protocol 0x01) December 31_2009”＜http：//www.openflowswitch.org/documents/openflow-spec-v1.0.0.pdf＞
在習知網路交換節點構成中，傳輸資料的部分與控制傳輸部分的部分係使用PCI、PCI-e(PCI Express)、或其他區域匯流排介面來連接。但是，PCI等係以控制資訊流通作為前提，若欲進行高速的資料傳輸，則產生資料傳輸側以及控制側之介面部分的性能問題。
又，近年來要求增加資料傳輸容量以及更高度地服務控制。因此，為了在維持習知服務性能的狀態下能進行更高度的高速處理，則必須提升資料傳輸部分與控制部分之介面性能。
本發明之通信控制系統，其包含：交換節點，執行習知網路服務；以及控制伺服器，執行擴充網路服務。該交換節點包含：第1內部匯流排(PCI-e等)，係用於在內部處理的訊框之傳輸；第2內部匯流排(LAN介面等)，係用於往外部傳送的訊框之傳輸；以及轉送引擎(網路交換器轉送引擎)。轉送引擎因應於輸入的訊框類別，將有關於該習知網路服務之訊框傳輸到該第1內部匯流排側而在該交換節點內部加以處理，並將有關於該擴充網路服務之訊框傳輸到該第2內部匯流排側而使用該控制伺服器。
本發明之交換節點，其包含：第1內部匯流排，用於在內部處理的訊框之傳輸；第2內部匯流排，用於往外部傳送的訊框之傳輸；以及轉送引擎，因應於輸入的訊框類別，將有關於習知網路服務之訊框傳輸到該第1內部匯流排側而在內部進行處理，並將有關於擴充網路服務之訊框傳輸到該第2內部匯流排側而使用外部之控制伺服器。
本發明之通信控制方法，其包含以下步驟：使用交換節點上之轉送引擎，確認輸入的訊框類別；若該輸入的訊框係有關於習知網路服務之訊框，則將該輸入的訊框傳輸到第1內部匯流排側，在該交換節點內部進行處理；以及若該輸入的訊框係有關於擴充網路服務之訊框，則將該輸入的訊框傳輸到第2內部匯流排側，而使用外部之控制伺服器。
本發明之通信控制用程式包含用於在交換節點執行以下步驟之程式：使用交換節點上之轉送引擎，確認輸入的訊框類型；若輸入的訊框係有關於習知網路服務的訊框，則將輸入的訊框傳輸到第1內部匯流排側，並在交換節點內部進行處理；若輸入的訊框係有關於擴充網路服務之訊框，則將輸入的訊框傳輸到第2內部匯流排側，而使用外部之控制伺服器。另，本發明之通信控制用程式可儲存於記憶裝置或記憶媒體。
因為不使用習知網路服務中所使用的PCI-e(PCI Express)，所以可進行高速的訊框傳送與接收，並能實現與控制伺服器協同作業的高功能且高速的網路服務。
＜實施形態＞
以下參照附加圖式說明本發明之實施形態。
[基本構成]
如圖3所示，本發明之通信控制系統包含交換節點10以及控制伺服器(控制器)20。
交換節點10經由網路而與終端機1～3(終端機1、終端機2、終端機3)，或與控制伺服器20相連接。在此為了簡化記載，僅圖示終端機1～3或控制伺服器20作為交換節點10之連接對象，實際上亦可連接其他伺服器或交換節點。控制伺服器20執行對於交換節點10之擴充網路服務。另，交換節點10及控制伺服器20可分別為多個。
交換節點10包含：網路交換器轉送引擎100、PCI-e(PCI Express)交換器200、CPU300、記憶體350、CPU400、以及記憶體450。
網路交換器轉送引擎100進行從終端機1～3輸入的訊框之傳輸處理。PCI-e(PCI Express)交換器200在網路交換器轉送引擎100與CPU300或與CPU400之間進行訊框或控制指令之傳送與接收。PCI-e(PCI Express)交換器200有時整合於網路交換器轉送引擎100之內部。
另，訊框係對於在OSI參考模型之第2層(層級2：資料鏈結層)之通信中使用的PDU(通訊協定資料單元)之稱呼，封包係對於OSI參考模型之第3層(層級3：網路層)之通信中使用的PDU之稱呼。在此，訊框係指載運封包的訊框。亦即，在本發明訊框與封包係可互稱。
CPU300為了提供習知網路服務，而執行有關於習知網路服務、通訊協定之處理。記憶體350記憶由CPU300處理的資料。習知網路服務係交換節點10自以往開始對應的服務，在交換節點10內部完成的處理。亦即，CPU300係對應於內部處理的CPU。就習知網路服務之例而言，係如習知的訊框傳輸或封包交換(switching)、路由、交換節點10之控制、設定等。
CPU400進行處理，以與提供擴充網路服務的外部之控制伺服器20進行協同作業。記憶體450記憶由CPU400處理的資料。擴充網路服務係依賴外部之控制伺服器20的服務，藉由交換節點10與外部之控制伺服器20之間的協同作業而完成的處理。亦即，CPU400係對應於與外部協同作業之CPU。就擴充網路服務之例而言，外部控制進行之路由控制、防火牆處理或負載平衡等。
另，CPU300、記憶體350、CPU400及記憶體450亦可分別為多個。
又，交換節點10之內部構成亦可為一體化。例如近年來逐漸變成微控制器等單晶片化。所以，可將裝載於交換節點10的單晶片微控制器設想為包含網路交換器轉送引擎100、PCI-e(PCI Express)交換器200、CPU300、記憶體350、CPU400、以及記憶體450之事例。又，亦有在既存網路機器之中藉由虛擬機器(Virtual Machine(VM))環境而在邏輯上實現圖3所示構成之事例。圖3所示的構成係概念上之構成，並不限於物理性的構成。
控制伺服器20包含：網路介面500、CPU600、以及記憶體650。
網路介面500與交換節點10之間進行訊框之傳送與接收。CPU600係執行有關於擴充網路服務、通訊協定之處理。記憶體650記憶由CPU600處理的資料。
[系統構成與習知中的差異]
另，比較圖1與圖3時，可知在本發明之通信控制系統中，交換節點10包含2個CPU，此點與習知系統構成不同。更詳細之差異後述。
[構成要點]
網路交換器轉送引擎100包含PCI-e(PCI Express)與LAN(Local Area Network，區域網路)介面，並因應於輸入的訊框類別而切換訊框之傳送目的地。亦即，網路交換器轉送引擎100確認輸入的訊框類別，並因應於該結果而決定訊框之傳送目的地。
在此，網路交換器轉送引擎100，就LAN介面而言包含：LAN介面(1G MAC)101、102、103；LAN介面(10G MAC)104；以及LAN介面(10G MAC)106。又，就PCI-e(PCI Express)而言包含PCI-e端點(PCI Express End Point)105。
「LAN介面(1G MAC)」係意指對應於1Gbps之資料傳輸的LAN介面。同樣地「LAN介面(10G MAC)」係意指對應於10Gbps之資料傳輸的LAN介面。另，「1G」或「10G」僅係一種舉例。
另，現在除了特殊用途之外，大多數LAN係乙太網路(註冊商標)。就LAN介面之例而言，例如有NIC(Network Interface Card，網路介面卡)等網路卡。此時，針對習知網路服務，將訊框之傳送目的地切換到PCI-e(PCI Express)側。於PCI-e(PCI Express)之前設有CPU300。又，針對與外部之控制伺服器20協同作業的擴充網路服務，將訊框之傳送目的地切換到LAN介面側。於LAN介面之前端設有CPU400。在將訊框傳輸往LAN介面側時，將搜尋結果資訊、輸入埠資訊等附加於訊框並予以傳輸。
CPU300包含PCI-e(PCI Express)。
在此，CPU300係包含PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)301作為PCI-e(PCI Express)。
CPU300收集累積於網路交換器轉送引擎100的往CPU300之訊框並執行習知網路服務，以作為根複合體。
CPU400包含PCI-e(PCI Express)與LAN介面。
在此，CPU400包含LAN介面(10G MAC)401以作為LAN介面。又包含PCI-e端點(PCI Express End Point)402以作為PCI-e(PCI Express)。
CPU400針對從網路交換器轉送引擎100接收的訊框，取得用於向控制伺服器20進行查詢之資訊，且為了不對於作業系統上之網路通訊協定造成影響，所以進行訊框之資訊分析及轉換，不使用PCI-e(PCI Express)而使用LAN介面來高速地傳送與接收訊框。
另，因為在交換節點內部使用與外部連接用相同規格之LAN介面(10G MAC)，所以CPU400與網路交換器轉送引擎100之間，及網路交換器轉送引擎100與外部之控制伺服器20之間，即為相同格式之訊框以相同通信速度通過。亦即，網路交換器轉送引擎100不用進行訊框之資訊分析及轉換即可在CPU400與外部之控制伺服器20之間就此傳輸訊框。
又，此CPU400將接收到的訊框保持於記憶體450直到有來自外部之控制伺服器20的答覆為止，在對於外部之控制伺服器20進行服務查詢時，藉由使用SSL(Secure Socket Layer，安全接口階層)等加密處理、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制通訊協定/網際網路通訊協定)等網路通訊協定，經由LAN介面而與外部之控制伺服器20高速地進行通信。
控制伺服器20經由LAN介面而接收訊框、執行擴充網路服務並將答覆回傳給交換節點10。
CPU400在經由LAN介面而從控制伺服器20獲得答覆後，使用PCI-e(PCI Express)向網路交換器轉送引擎100進行擴充網路服務所須的設定。
在此係顯示PCI-e(PCI Express)與LAN介面，但實際上不限於這些例子。PCI-e(PCI Express)或LAN介面當然可以替換成類似者。至少，在交換節點10之內部，本質上而言PCI-e(PCI Express)即是「第1內部匯流排」，LAN介面即是「第2內部匯流排」。「第2內部匯流排」之規格與「第1內部匯流排」不同，並能進行比「第1內部匯流排」高速且大容量之資料傳輸。「第2內部匯流排」係使用於有必要傳送到交換節點10外部的資料之傳輸。
[硬體之例]
就終端機1～3、及控制伺服器20之例而言，設想為PC(個人電腦)、設備(appliance)、薄型客戶終端機/伺服器、工作站、大型主機、超級電腦等電腦。
CPU300、CPU400、及CPU600僅係處理器(processor)之舉例顯示。CPU300、CPU400、及CPU600亦可為微處理器(microprocessor)、微控制器、或具有同樣功能之半導體積體電路(Integrated Circuit(IC))。
就記憶體350、記憶體450、及記憶體650之例而言，設想有RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)，ROM(Read Only Memory唯讀記憶體)，EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory可抹寫及程式化唯讀記憶體)或快閃記憶體等半導體記憶裝置，HDD(Hard Disk Drive，硬碟)或SSD(Solid State Drive，固態硬碟)等輔助記憶裝置，或DVD(Digital Versatile Disk，數位多用途光碟)等可移除式碟片或SD記憶卡(Secure Digital memory card)等記憶媒體(media)等。
就網路交換器轉送引擎100之例而言，對應於LAN的基板(主機板或I/O板)等半導體積體電路、NIC(Network Interface Card，網路介面卡)等網路配接卡或同類之擴充卡等。在此，網路交換器轉送引擎100為了利用硬體來高速地進行處理，裝載有網路處理器(Network Processor)。
但實際上不限於這些例子。
[與開放流(OpenFlow)技術之間的關係]
在開放流(OpenFlow)技術之中，控制伺服器20係控制系統內之通信路徑(Path)以作為控制器。開放流技術係表示控制器依據路由策略將多重層級及單位流之路由資訊設定於交換器而進行路由控制或節點控制之技術。
開放流技術中，控制器監視網路內之交換器，並因應於通信狀況而將封包之配送路由動態設定到網路內之交換器。藉此，將路由控制功能從路由器或交換器予以分離，藉由控制器負責的集中控制而能進行最佳路由、流量管理。應用開放流技術的交換器，並非如習知路由器或交換器以封包或訊框為單位，而是以端對端(End to End)之流(flow)來處理通信。
例如，控制伺服器20藉由將流項目(entry)註冊於交換節點10之流表格，而控制該交換節點10之動作(例如封包資料之中繼動作)。
流表格註冊有流項目，該流項目係已定義待對於適合既定之匹配條件(規則)之封包進行的既定處理(動作)。適合規則之封包群(封包系列)稱為流。
流之規則係藉由使用下述任何或全部項目之各種組合來定義，而能加以區別：封包之各通訊協定階層之標頭區域中包含的目的地位址(Destination Address)、傳送來源位址(Source Address)、目的地連接埠(Destination Port)、傳送來源連接埠(Source Port)。另，上述位址中定為包含MAC位址(Media Access Control Address)或IP位址(Internet Protocol Address)。又，在上述之外，亦可將入口連接埠(Ingress Port)資訊使用作為流之規則。
流之動作，通常係往既定傳送目的地之封包傳輸。當然，亦可將指定拋棄封包作為流之動作。
開放流技術之細節記載於非專利文獻1、2。
[網路交換器轉送引擎之構成]
圖4係顯示網路交換器轉送引擎100之構成例。另，此構成可為藉由程式等而實現的軟體構成，亦可為藉由電路等而實現的硬體構成。
網路交換器轉送引擎100包含：LAN介面(1G MAC)101、102、103；LAN介面(10G MAC)104；PCI-e端點(PCI Express End Point)105；LAN介面(10G MAC)106；訊框分析處理部107；表格搜尋部108；傳輸表格109；表格搜尋結果暫存器110；往CPU封包佇列111；交換傳輸電路部112；交換結構共用封包緩衝113；表格搜尋結果附加電路部114；以及目的地辨識電路部115。
LAN介面(1G MAC)101、102、103分別設以用於從終端機1～3接收訊框。
LAN介面(10G MAC)104設以用於與控制伺服器20進行通信。在此為了簡化說明，僅顯示控制伺服器20作為LAN介面(10G MAC)104之連接對象，實際上LAN介面(10G MAC)104有多個連接埠，有時亦與其他伺服器或交換節點相連接。
PCI-e端點(PCI Express End Point)105設以用於與CPU300進行通信。
LAN介面(10G MAC)106設以用於與CPU400進行通信。
訊框分析處理部107分析接收的訊框。表格搜尋部108依據該訊框之分析結果，參照傳輸表格109，進行該訊框之目的地(傳送目的地)之搜尋。傳輸表格109儲存有關於訊框之目的地(傳送目的地)之資訊。在此，傳輸表格109係開放流技術之中的流表格。表格搜尋部108依據訊框之標頭區域中含有的各種資訊，從傳輸表格109查出對應之流項目，並依據該流項目中定義的動作而決定訊框之目的地(傳送目的地)。
表格搜尋結果暫存器110係保持往連接於PCI-e(PCI Express)之CPU300的訊框之傳輸表格搜尋結果。在此，表格搜尋結果暫存器110保持傳輸表格109之中的訊框之目的地(傳送目的地)之搜尋結果。往CPU封包佇列111設以用於在往CPU300之訊框傳送與接收時進行該訊框之排隊(queuing)。
交換傳輸電路部112在網路交換器轉送引擎100內進行訊框之交換傳輸處理。交換結構共用封包緩衝113設以用於在訊框傳輸時進行緩衝(buffering)。
另，排隊或緩衝時的資料形式，可為訊框形式亦可為封包形式。此係因為，即使為封包形式，也在利用PCI-e(PCI Express)或LAN介面進行傳送時從封包形式轉換成訊框形式。
表格搜尋結果附加電路部114為了將搜尋結果傳送給CPU400，而將此搜尋結果附加於訊框，並將此訊框輸出到LAN介面106。目的地辨識電路部115辨識從CPU400往任意目的地之傳輸。
[執行習知網路服務之CPU之構成]
圖5係顯示CPU300之構成例。另，此構成可為藉由程式等而實現的軟體構成，亦可為藉由電路等而實現的硬體構成。
CPU300包含硬體系統310、作業系統320、以及網路通訊協定330。
硬體系統310包含PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)301。
PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)301設以用於經由PCI-e(PCI Express)交換器200而與網路交換器轉送引擎100進行通信。PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)301係PCI-e(PCI Express)裝置，發揮作為根複合體之功能。
作業系統320包含：PCI DMA控制部321、以及轉送引擎驅動程式(driver)322。
PCI DMA控制部321使用PCI-e(PCI Express)裝置，並經由PCI-e(PCI Express)交換器200對於網路交換器轉送引擎100進行DMA(Direct Memory Access，直接記憶體存取)傳輸控制。轉送引擎驅動程式322設以用於經由PCI-e(PCI Express)而控制網路交換器轉送引擎100。在此，轉送引擎驅動程式322使用PCI DMA控制部321。PCI DMA控制部321亦可為轉送引擎驅動程式322的功能之一。
網路通訊協定330包含：封包傳送與接收處理部331、以及習知網路服務處理部332。
封包傳送與接收處理部331利用轉送引擎驅動程式322，經由PCI-e(PCI Express)交換器200而與網路交換器轉送引擎100進行訊框之傳送與接收處理。在此，封包傳送與接收處理部331利用轉送引擎驅動程式322與PCI DMA控制部321，對於網路交換器轉送引擎100進行DMA傳輸控制，要求、收集累積在往CPU封包佇列111中的訊框。又，封包傳送與接收處理部331將從轉送引擎驅動程式322接受的訊框轉換成封包形式。習知網路服務處理部332對於從封包傳送與接收處理部331接受的封包，進行有關於習知服務、通訊協定之處理。
又，封包傳送與接收處理部331將從習知網路服務處理部332接受的封包轉換成訊框形式，並利用轉送引擎驅動程式322，經由PCI-e(PCI Express)交換器200而將訊框傳送到網路交換器轉送引擎100。
[執行有關於擴充網路服務之處理的CPU之構成]
圖6係顯示CPU400之構成例。另，此構成可係藉由程式等而實現的軟體構成，亦可係藉由電路等而實現的硬體構成。
CPU400包含：硬體系統410、作業系統420、以及網路通訊協定430。
硬體系統410包含LAN介面(10G MAC)401、PCI-e端點(PCI Express End Point)402、訊框資訊分析電路部411以及訊框轉換電路部412。
LAN介面(10G MAC)401設以用於從網路交換器轉送引擎100接收訊框，並與控制伺服器20進行訊框之傳送與接收。
PCI-e端點(PCI Express End Point)402設以用於經由PCI-e(PCI Express)交換器200而與網路交換器轉送引擎100進行通信。PCI-e端點(PCI Express End Point)402係PCI-e(PCI Express)裝置，發揮作為端點之功能。
訊框資訊分析電路部411設以用於分析從網路交換器轉送引擎100接收的訊框之內部資訊(標頭資訊等)。訊框轉換電路部412設以用於避免影響作業系統上之網路通訊協定堆疊。
作業系統420包含：網路驅動程式421、TCP/IP堆疊422、轉送引擎驅動程式423、以及PCI DMA控制部424。
網路驅動程式421設以用於經由LAN介面(10G MAC)401而進行訊框之傳送與接收。TCP/IP堆疊422設以用於進行控制伺服器與通訊協定通信。轉送引擎驅動程式423設以用於經由PCI-e(PCI Express)而控制網路交換器轉送引擎100。PCI DMA控制部424利用PCI-e(PCI Express)裝置，經由PCI-e(PCI Express)交換器200，對於網路交換器轉送引擎100進行DMA傳輸控制。
網路通訊協定430包含：封包接收處理部431、封包緩衝處理部432、服務處理查詢電路部433、密碼處理電路部434、以及擴充網路服務設定部435。
封包接收處理部431設以用於從訊框轉換電路部412以封包形式接收訊框。封包緩衝處理部432設以用於針對從封包接收處理部431接收的封包進行暫時緩衝，以待來自控制伺服器20之控制。服務處理查詢電路部433設以用於向控制伺服器20進行查詢。密碼處理電路部434設以用於在向控制伺服器20進行查詢時、查詢結果之答覆時，進行加密、解密處理。擴充網路服務設定部435設以用於因應向控制伺服器20查詢結果而經由PCI-e(PCI Express)交換器200對於網路交換器轉送引擎100進行設定。
對於向網路交換器轉送引擎100進行設定之例而言，設想有開放流技術之中的流表格(或流項目)之註冊、更新等。
[CPU構成與習知中的差異點]
將圖2、圖5及圖6進行比較時，可知本發明中有2個CPU分擔有關於習知網路服務之處理與有關於擴充網路服務之處理，此點係與習知CPU構成不同。在本發明中，無須在CPU上進行分配、優先控制處理。又，在本發明中，有關於習知網路服務之處理之封包，不與有關於擴充網路服務之處理之封包使用相同介面。因此，也不會如同以往般發生封包傳送與接收時之延遲、往CPU封包佇列(queue)之溢位、封包之丟棄、服務品質之劣化。藉此，能達到交換節點之性能提升。
[習知交換節點上之CPU構成]
為了與本發明進行比較，以下參照圖2說明習知交換節點上之CPU構成之例。另，圖2、圖5及圖6中，相同名稱者基本上而言即係相同物。
如圖2所示，習知交換節點中，CPU300包含：硬體系統310、作業系統320、以及網路通訊協定330。
硬體系統310包含PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)301。
作業系統320包含：PCI DMA控制部321、轉送引擎驅動程式322、分配優先控制處理部323、網路驅動程式324、以及TCP/IP堆疊325。
習知交換節點上之CPU300在作業系統320中更包含：分配優先控制處理部323、網路驅動程式324、以及TCP/IP堆疊325。
分配優先控制處理部323對於接收的訊框進行分配、優先控制處理，以執行有關於習知網路服務之處理和有關於擴充網路服務之處理的其中之一。網路驅動程式324係與圖6之網路驅動程式421具有相同功能。TCP/IP堆疊325係與圖6之TCP/IP堆疊422具有相同功能。
網路通訊協定330包含：封包傳送與接收處理部331、習知網路服務處理部332、封包接收處理部333、封包緩衝處理部334、服務處理查詢電路部335、密碼處理電路部336、以及擴充網路服務設定部337。
習知交換節點上之CPU300在網路通訊協定330中更包含：封包接收處理部333、封包緩衝處理部334、服務處理查詢電路部335、密碼處理電路部336、以及擴充網路服務設定部337。
封包接收處理部333具有與封包接收處理部431相同的功能。封包緩衝處理部334具有與封包緩衝處理部432相同的功能。服務處理查詢電路部335具有與服務處理查詢電路部433相同的功能。密碼處理電路部336具有與密碼處理電路部434相同的功能。擴充網路服務設定部337具有與擴充網路服務設定部435相同的功能。
此時，分配優先控制處理部323在對於接收的訊框進行有關於習知網路服務之處理時，係已將該訊框傳送到封包傳送與接收處理部331。
又，分配優先控制處理部323在對於接收的訊框進行有關於擴充網路服務之處理時，係已將該訊框傳送封包接收處理部333。
再者，分配優先控制處理部323對於依據習知網路服務之封包以及依據擴充網路服務之封包雙方進行分配、優先控制處理，利用轉送引擎驅動程式322並經由PCI-e(PCI Express)交換器200而傳送到網路交換器轉送引擎100。
藉此，分配優先控制處理部323可緩和連接習知CPU300與網路交換器轉送引擎100之間的唯一介面，即PCI-e(PCI Express)之擁擠。
[控制伺服器之構成]
圖7係顯示控制伺服器20之構成例。另，此構成可為藉由程式等而實現的軟體構成，亦可為藉由電路等而實現的硬體構成。
控制伺服器20包含網路介面500以及CPU600。
網路介面500包含LAN介面(10G MAC)501以及PCI-e端點(PCI Express End Point)502。
LAN介面(10G MAC)501設以用於與交換節點10進行通信。
PCI-e端點(PCI Express End Point)502設以用於與CPU600進行通信。PCI-e端點(PCI Express End Point)502係PCI-e(PCI Express)裝置，並發揮作為端點的功能。
CPU600包含硬體系統610、作業系統620、網路通訊協定630。
硬體系統610包含PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)601。
PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)601設以用於與網路介面500進行通信。PCI-e根複合體(PCI Express Root Complex)601係PCI-e(PCI Express)裝置，並發揮作為根複合體的功能。
作業系統620包含網路驅動程式621以及TCP/IP堆疊622。
網路驅動程式621控制網路介面500。TCP/IP堆疊622設以用於與交換節點10進行通訊協定通信。
網路通訊協定630包含封包傳送與接收處理部631、密碼處理電路部632以及擴充網路服務處理部633。
封包傳送與接收處理部631係以封包形式與交換節點10進行訊框之傳送與接收。密碼處理電路部632在封包傳送與接收處理部631之訊框傳送與接收時進行加密、解密處理。擴充網路服務處理部633提供在控制伺服器上執行的服務或通訊協定。
[基本動作]
其次利用圖3、圖4、圖5、圖6、圖7來說明本實施形態之動作。
[接收來自終端機之訊框時之動作]
交換節點10之網路交換器轉送引擎100之LAN介面(1G MAC)101、102、103經由網路而分別從終端機1、終端機2、終端機3接收各種訊框。訊框分析處理部107在網路交換器轉送引擎100內進行訊框之標頭之分析。其次，表格搜尋部108搜尋而參照傳輸表格109，確認對於該訊框之處理(動作)，以決定該訊框之傳輸方法。
[對於訊框之處理]
對於訊框之處理，大致分類成以下3種。
[處理1]
其一，已由服務或通訊協定於傳輸表格109記載有目的地及處理方法之情況，此時，交換傳輸電路部112依據該記載內容，對於目的地進行交換處理，將訊框傳輸到外部。
[處理2]
其二，新進入有使用習知網路服務的訊框之情況。此時，表格搜尋部108，將輸入的連接埠資訊以及表格搜尋結果儲存於表格搜尋結果暫存器110，並且將訊框以封包形式儲存於往CPU封包佇列111。若將訊框以封包形式儲存於往CPU封包佇列111，則網路交換器轉送引擎100對於連接到PCI-e(PCI Express)的CPU300進行中斷通知等，通知訊框已儲存。為了讓連接於PCI-e(PCI Express)之前端的CPU300接收訊框，轉送引擎驅動程式322利用PCI DMA控制部321對於網路交換器轉送引擎100進行DMA控制。封包傳送與接收處理部331以封包形式進行訊框之接收處理。習知網路服務處理部332分析來自封包傳送與接收處理部331之封包。封包傳送與接收處理部331從習知網路服務處理部332接受到分析結果時，再度使用PCI-e(PCI Express)將依據分析結果之訊框傳到外部。或者使用PCI-e(PCI Express)，並進行網路交換器轉送引擎100之設定等，以備下次起接收之訊框。
[處理3]
其三，新進入有使用控制伺服器20並使用延伸服務、通訊協定的訊框之情況。此時，輸入的連接埠資訊以及表格搜尋結果與訊框共同經由交換傳輸電路部112以及交換結構共用封包緩衝113，而傳送到表格搜尋結果附加電路部114。表格搜尋結果附加電路部114將輸入的連接埠資訊以及表格搜尋結果儲存於訊框內，並就此經由LAN介面(10G MAC)106而傳輸CPU400。另，交換傳輸電路部112使用LAN介面(10G MAC)106來傳送訊框時，於無法以LAN流控制等傳送訊框之情況下，則將訊框緩衝在交換結構共用封包緩衝113。藉此，能在輸入的訊框之負載高於連接對象之CPU性能時，將訊框丟棄壓抑在最小限度。
[使用擴充網路服務時之動作]
網路交換器轉送引擎100在無法使用習知網路服務處理從終端機1～3接收的訊框時，經由LAN介面(10G MAC)106而將該訊框傳送給CPU400。
CPU400之訊框資訊分析電路部411經由LAN介面(10G MAC)401而接收來自網路交換器轉送引擎100之訊框。訊框資訊分析電路部411分析儲存於訊框內的資訊。封包接收處理部431以封包形式從訊框資訊分析電路部411高速地接收訊框。封包緩衝處理部432將訊框以封包形式進行緩衝。其後，服務處理查詢電路部433向控制伺服器20進行查詢處理，以確認對於訊框之處理步驟。
[向控制伺服器查詢時之動作]
服務處理查詢電路部433進行向控制伺服器20查詢時，密碼處理電路部434因應於須求而進行訊框之加密處理，並使用作業系統420上之TCP/IP堆疊422，經由網路驅動程式421而開始進行與控制伺服器20之間的通信。
網路驅動程式421開始進行訊框之傳送時，訊框轉換電路部412將控制用之標頭附加到訊框，以向網路交換器轉送引擎100之任意連接埠傳送訊框。
網路交換器轉送引擎100內之目的地辨識電路部115辨識接收的訊框之控制用標頭，剝離控制用標頭(刪除)之後，經由交換傳輸電路部112而將訊框傳輸給LAN介面(10G MAC)104之中的指定連接埠。指定連接埠之前端連接有控制伺服器20。
[在控制伺服器之動作]
控制伺服器20對於交換節點10進行控制用於以最佳路由傳輸下次起(今後)交換節點10所接收的訊框，或進行控制用於使交換節點10與控制伺服器20協同作業，而進行網路服務之提升。
控制伺服器20係經由作業系統620上之網路驅動程式621所控制的LAN介面(10G MAC)501，從交換節點10接收查詢訊框。TCP/IP堆疊622處理接收的訊框，並將此訊框經由網路通訊協定630之封包傳送與接收處理部631及密碼處理電路部632，送達擴充網路服務處理部633。
擴充網路服務處理部633從交換節點10利用查詢訊框之資訊來進行通訊協定處理，將訊框之目的地資訊或訊框控制資訊，經由作業系統620、網路介面500而回答給交換節點10。
[來自控制伺服器之答覆後之動作]
交換節點10之網路交換器轉送引擎100之LAN介面(10G MAC)104，接收從控制伺服器20回答的訊框，並經由網路交換器轉送引擎100及LAN介面(10G MAC)106，以沒有額外傳輸量的方式傳送到CPU400。
傳送到CPU400的訊框，經由LAN介面(10G MAC)401、訊框資訊分析電路部411、訊框轉換電路部412、網路驅動程式421、TCP/IP堆疊422、密碼處理電路部434，到達服務處理查詢電路部433。
服務處理查詢電路部433在將到達的訊框依據控制內容而傳輸到指定的目的地時不使用PCI-e(PCI Express)，而使用LAN介面(10G MAC)401將目的地資訊附加到訊框並傳送給網路交換器轉送引擎100。
LAN介面(10G MAC)106從服務處理查詢電路部433接收訊框。目的地辨識電路部115辨識訊框之目的地，將此訊框傳送給交換傳輸電路部112。交換傳輸電路部112經由LAN介面(1G MAC)101、102、103或LAN介面(10G MAC)104而將此訊框傳輸到指定的目的地。
又，當控制內容係對於特定訊框之控制指示時，服務處理查詢電路部433向擴充網路服務設定部435傳送設定資訊。擴充網路服務設定部435使用轉送引擎驅動程式423、PCIDMA控制部424、PCI-e端點(PCI Express End Point)402及PCI-e(PCI Express)交換器200，經由PCI-e(PCI Express)交換器200而對於網路交換器轉送引擎100進行傳輸表格109之設定或動作設定等控制。
關於控制而言，係與CPU300同樣，藉由使用PCI-e(PCI Express)而不受制限並以與習知相同的方式容易地進行設定。
如以上說明，依據本發明，藉由使10G層次(傳輸速度10Gbps)之高速介面與PCI-e(PCI Express)基底之習知控制介面混存，能構成在對於軟體造成最小衝擊的狀態下，活用外部之控制伺服器並實現高速且高功能的服務的交換節點。
以往，控制資訊介面僅使用PCI以及PCI-e(PCI Express)，而為了以本發明的方式將控制伺服器設置於外部並能在控制介面上進行高速的資料收發，所以藉由在LAN上附加控制資訊，並將PCI-e(PCI Express)之控制線路與在MAC標頭資訊之訊框傳輸線路構成於交換節點，進而能以良好的效率，在外部進行習知網路裝置內進行的控制。
藉由以本發明的方式，使10G層次之高速介面與PCI-e(PCI Express)基底的習知控制介面混存，能在對於軟體造成最小衝擊的狀況下，活用外部之控制伺服器，實現高速且高功能服務之交換節點構成。
＜本發明之應用＞
另，本發明不限定於上述實施形態，例如在外部未使用控制伺服器之構成中亦可應用於僅進行交換節點之功能擴充之裝置。
＜結論＞
本發明係關於在網路交換節點中，不造成習知服務、通訊協定處理之性能劣化影響，並活用外部之控制伺服器而構成更高速且高功能的服務、通訊協定之節點構成。
能在圖3中以交換節點10、控制伺服器20之關係所構成的系統中，於交換節點與控制伺服器間高速地進行控制訊框之收發，而在控制伺服器20上實現以更高速地進行高功能的服務、通訊協定處理功能。
在圖3中，從網路轉送引擎401傳送的控制訊框，習知服務係使用PCI-e端點(PCI Express End Point)105之介面而傳送到CPU300並執行習知服務處理。
另一方面，使用控制伺服器時不使用PCI-e(PCI Express)，而使用適於網路訊框傳送與接收的LAN介面(10G MAC)介面106來高速地傳送控制訊框。
CPU400接收控制訊框，加密處理係於進行訊框處理後，再度經由LAN介面(10G MAC)401將控制訊框傳送給控制伺服器20，執行在CPU600上執行的擴充網路服務。
執行擴充網路服務之CPU600因應於須求而將答覆回覆給交換節點10。
交換節點10之CPU400依據回覆內容而使用LAN介面(10G MAC)401，或PCI-e端點(PCI Express End Point)402其中任一者。在此，CPU400係使用LAN介面(10G MAC)401及網路交換器轉送引擎100進行封包之傳輸，或使用PCI-e端點(PCI Express End Point)402並經由PCI-e(PCI Express)交換器200而對於網路交換器轉送引擎100進行服務所須的控制之設定。
所以，在本發明中，因為不使用習知網路服務中所使用的PCI-e(PCI Express)，所以能夠進行高速的封包傳送與接收，並能夠實現與控制伺服器20協同作業而高功能且高速的網路服務。
在習知系統構成中，交換節點上只存在有單一CPU，此CPU執行所有有關於服務、通訊協定之處理。在習知系統構成中，單一CPU經由PCI-e(PCI Express)而連接於網路交換器轉送引擎，並經由網路交換器轉送引擎，與外部之控制伺服器協同作業而動作。亦即，在習知系統構成中，因為單一CPU(所有的內部模組)與網路交換器轉送引擎(外部連接用裝置)之間用來連接的介面只有PCI-e(PCI Express)，產生各內部模組造成的資源爭搶，所以必須有分配、優先控制處理等。又，PCI-e(PCI Express)之控制有延遲時，則有網路交換器轉送引擎之往CPU封包佇列之溢位、封包丟棄、服務品質劣化產生。
相對於此，在本發明之系統構成中，網路交換器轉送引擎包含PCI-e(PCI Express)與LAN介面。
網路交換器轉送引擎因應於輸入的訊框類別而切換訊框之傳送目的地，使習知網路服務於PCI-e(PCI Express)側，使與外部之控制伺服器協同作業之擴充網路服務於LAN介面。
網路交換器轉送引擎在將訊框傳輸往LAN介面側時，將搜尋結果資訊、輸入埠資訊等附加訊框並傳輸。
又，於網路交換器轉送引擎之LAN介面之連接目的地設置包含PCI-e(PCI Express)與LAN介面的CPU。
此CPU向從網路交換器轉送引擎接收的訊框，取得用於向控制伺服器進行查詢之資訊，並為了不影響到作業系統上之網路通訊協定，進行訊框之資訊分析及轉換，使用LAN介面而不使用PCI-e(PCI Express)來高速地傳送與接收訊框。
另，因為在交換節點內部使用與外部連接用相同規格之LAN介面(10G MAC)，所以在CPU與網路交換器轉送引擎之間，及網路交換器轉送引擎與外部之控制伺服器之間，係相同格式之訊框以相同通信速度通過。亦即，網路交換器轉送引擎能夠在CPU與外部之控制伺服器之間就此傳輸訊框，無須進行訊框之資訊分析及轉換。
又，上述CPU將接收的訊框保持於記憶體直到有來自外部之控制伺服器之答覆為止，在向控制伺服器進行服務查詢時，使用SSL等方式中使用加密處理，並使用TCP/IP等網路通訊協定，經由LAN介面而與外部之控制伺服器高速地進行通信。
在控制伺服器中，係經由LAN介面而從交換節點接收查詢訊框，執行擴充網路服務，並將答覆傳回交換節點。
在交換節點中，經由LAN介面而從控制伺服器獲得答覆後，將擴充網路服務所必須的設定，經由PCI-e(PCI Express)而向網路交換器轉送引擎進行設定。
＜產業上利用性＞
本發明設想應用於安全伺服器、防火牆、負載平衡器等支援更高度服務之網路裝置。但實際上並不限定於這些例子。
以上詳述了本發明之實施形態，但實際上並不限於上述實施形態，只要是未脫離本發明主旨精神範圍內之變更均包含於本發明。
＜備註＞
另，本申請案係依據日本申請號2010-036416號案而主張優先權，並藉由引用而於本發明中含括日本申請號2010-036416號案之所有揭示內容。
1~3．．．終端機
10．．．交換節點
20．．．控制伺服器
100．．．網路交換器轉送引擎
101~103．．．LAN介面(1G MAC)
104、106、401、501．．．LAN介面(10G MAC)
105、502．．．PCI-e端點
107．．．訊框分析處理部
108．．．表格搜尋部
109．．．傳輸表格
110．．．表格搜尋結果佔存器
111．．．往CPU封包佇列
112．．．交換傳輸電路部
113．．．交換結構共用封包緩存
114．．．表格搜尋結果附加電路部
115．．．目的地辨識電路部
200．．．PCI-e交換器
300、400、600．．．CPU
301、402、601．．．PCI-e根複合體
310、410、610．．．硬體系統
320、420、620．．．作業系統
321、424．．．PCI DMA控制部
322、423‧‧‧轉送引擎驅動程式
323‧‧‧分配優先控制處理部
324、421、621‧‧‧網路驅動程式
325、422、622‧‧‧TCP/IP堆疊
330、430、630‧‧‧網路通訊協定
331、431、631‧‧‧封包傳送與接收處理部
332、432‧‧‧習知網路服務處理部
333‧‧‧封包接收處理部
334‧‧‧封包緩衝處理部
335、433‧‧‧服務處理查詢電路部
336、434、632‧‧‧密碼處理電路部
337、435‧‧‧擴充網路服務設定部
350、450、650‧‧‧記憶體
411‧‧‧訊框資訊分析電路部
412‧‧‧訊框轉換電路部
500‧‧‧網路介面
633‧‧‧擴充網路服務處理部
圖1係顯示習知系統構成例之概念圖。
圖2係顯示習知交換節點上之CPU之構成例之概念圖。
圖3係顯示本發明之通信控制系統之基本構成例之概念圖。
圖4係顯示本發明之中的網路交換器轉送引擎之構成例之概念圖。
圖5係顯示於本發明中執行習知網路服務之CPU之構成例之概念圖。
圖6係顯示於本發明中執行有關於擴充網路服務之處理之CPU之構成例之概念圖。
圖7係顯示本發明之中的控制伺服器之構成例之概念圖。
1~3．．．終端機
10．．．交換節點
20．．．控制伺服器
100．．．網路交換器轉送引擎
101~103．．．LAN介面(1G MAC)
104、106、401、501．．．LAN介面(10G MAC)
105、502．．．PCI-e端點
200．．．PCI-e交換器
300、400、600．．．CPU
301、402、601．．．PCI-e根複合體
350、450、650．．．記憶體
500．．．網路介面

Claims (10)

  1. 一種通信控制系統，包含：交換節點，執行習知網路服務；以及控制伺服器，執行擴充網路服務；該交換節點包含：第1內部匯流排，係用於在內部處理的訊框之傳輸；第2內部匯流排，係用於往外部傳送的訊框之傳輸；轉送引擎，因應於輸入的訊框類別，將有關於該習知網路服務之訊框傳輸到該第1內部匯流排側而在該交換節點內部加以處理，並將有關於該擴充網路服務之訊框傳輸到該第2內部匯流排側而使用該控制伺服器；第1處理器，經由該第1內部匯流排而從該轉送引擎接收訊框，並執行該習知網路服務；以及第2處理器，經由該第2內部匯流排而從該轉送引擎接收訊框，進行有關於該擴充網路服務之處理，並經由該第2內部匯流排及該轉送引擎而與該控制伺服器協同作業。
  2. 如申請專利範圍第1項之通信控制系統，其中，該第2處理器包含：第1機構，對於經由該第2內部匯流排而從該轉送引擎接收的訊框，取得用於向該控制伺服器進行查詢之資訊，並進行該訊框之資訊分析及轉換；以及第2機構，當針對該接收的訊框，經由該第2內部匯流排及該轉送引擎而向該控制伺服器進行查詢，並從該控制伺服器接受到答覆時，經由該第1內部匯流排而向該轉送引擎進行有關於該擴充網路服務之設定。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之通信控制系統，其中該第1內部匯流排係PCI-e(PCI Express，快速周邊元件互連)，且該第2內部匯流排係LAN(Local Area Network，區域網路)介面。
  4. 一種交換節點，包含：第1內部匯流排，用於在內部處理的訊框之傳輸；第2內部匯流排，用於往外部傳送的訊框之傳輸； 轉送引擎，因應於輸入的訊框類別，將有關於習知網路服務之訊框傳輸到該第1內部匯流排側而在內部進行處理，並將有關於擴充網路服務之訊框傳輸到該第2內部匯流排側而利用外部之控制伺服器；第1處理器，經由該第1內部匯流排而從該轉送引擎接收訊框，並執行該習知網路服務；以及第2處理器，經由該第2內部匯流排而從該轉送引擎接收訊框，進行有關於該擴充網路服務之處理，並經由該第2內部匯流排及該轉送引擎而與該控制伺服器協同作業。
  5. 如申請專利範圍第4項之交換節點，其中該第2處理器包含：第1機構，對於經由該第2內部匯流排而從該轉送引擎接收的訊框，取得用於向該控制伺服器進行查詢之資訊，並進行該訊框之資訊分析及轉換；以及第2機構，當針對該接收的訊框，經由該第2內部匯流排及該轉送引擎而向該控制伺服器進行查詢，並從該控制伺服器接受到答覆時，經由該第1內部匯流排而向該轉送引擎進行有關於該擴充網路服務之設定。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之交換節點，其中該第1內部匯流排係PCI-e(PCI Express)，且該第2內部匯流排係LAN(Local Area Network)介面。
  7. 一種通信控制方法，其包含以下步驟：利用交換節點上之轉送引擎，確認輸入的訊框類別；若該輸入的訊框係有關於習知網路服務之訊框，則將該輸入的訊框傳輸到第1內部匯流排側，在該交換節點內部進行處理；以及若該輸入的訊框係有關於擴充網路服務之訊框，則將該輸入的訊框傳輸到第2內部匯流排側，而利用外部之控制伺服器；更在該交換節點上進行以下步驟：從該轉送引擎經由該第1內部匯流排而將訊框傳送到第1處理器； 利用該第1處理器執行該習知網路服務；從該轉送引擎經由該第2內部匯流排而將訊框傳送到第2處理器；以及利用該第2處理器，進行有關於該擴充網路服務之處理，並經由該第2內部匯流排及該轉送引擎而與該控制伺服器協同作業。
  8. 如申請專利範圍第7項之通信控制方法，其中更包含以下步驟：利用該第2處理器，對於經由該第2內部匯流排而從該轉送引擎接收的訊框，取得用來向該控制伺服器進行查詢之資訊，並進行該訊框之資訊分析及轉換；以及利用該第2處理器，對於該接收的訊框，當經由該第2內部匯流排及該轉送引擎而向該控制伺服器進行查詢，並從該控制伺服器接受到答覆時，經由該第1內部匯流排，對於該轉送引擎進行有關於該擴充網路服務之設定。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之通信控制方法，其中更包含下步驟：使用PCI-e(PCI Express)作為該第1內部匯流排；以及使用LAN(Local Area Network)介面作為該第2內部匯流排。
  10. 一種記憶媒體，其儲存有用於在交換節點執行如申請專利範圍第7至9項中任一項之通信控制方法之通信控制用程式。
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