WO2023032210A1 - ゲートウェイ装置、通信方法、及びプログラム - Google Patents

ゲートウェイ装置、通信方法、及びプログラム Download PDF

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gateway device
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克真 宮本
伸也 河野
幸司 杉園
浩輝 加納
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日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L12/66—Arrangements for connecting between networks having differing types of switching systems, e.g. gateways
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L61/00—Network arrangements, protocols or services for addressing or naming
    • H04L61/09—Mapping addresses
    • H04L61/25—Mapping addresses of the same type
    • H04L61/2503—Translation of Internet protocol [IP] addresses
    • H04L61/2514—Translation of Internet protocol [IP] addresses between local and global IP addresses

Definitions

  • the present invention relates to a gateway device that performs address translation.
  • IPv4 address exhaustion is a problem, and although IPv6 appeared to solve this problem, IPv4 is still widely used in minimal implementation such as existing IPv6-incompatible NW devices and IoT terminals. ing.
  • NAT Network Address Translation
  • NAPT Network Address Port Translation
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a technique for transferring response packets at high speed in a gateway device that performs address translation.
  • a packet is received from a terminal, the address of the packet is translated, the packet after the address translation is transmitted to the server, and part of the response packet to be transmitted to the terminal is calculated in advance.
  • an address translation unit comprising: a packet generator that generates a response packet to be transmitted to the terminal using the data part and the part of the response packet received from the server.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram in an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a figure for demonstrating operation
  • IPv4 and TCP are given as specific examples, but these are only examples.
  • the technology according to the present invention can be applied to any protocol that can communicate with NAPT.
  • IPMP there is no port number, and ICMP Identifier is used instead.
  • NAPT Network-to-Network Protocol
  • a client terminal 20 exists on the LAN side
  • a server 30 exists on the WAN side
  • a gateway device 10 implementing NAPT exists between them.
  • the gateway device 10 Upon receiving the packet, the gateway device 10 performs the following processing.
  • the IP address/port conversion of the packet is performed, and the conversion information is recorded in the NAPT table.
  • S2 Record the source port number and source IP address in the NAPT table together with the converted port number.
  • the gateway device 10 when the gateway device 10 receives a response packet, it is necessary to repeatedly perform "table search ⁇ IP address/port number conversion ⁇ checksum calculation/replacement" for each packet. Transfer delays occur. In particular, the delay increases when large data is divided.
  • FIG. 2 shows the system configuration in this embodiment. As shown in FIG. 2, this system includes a gateway device 100, a client terminal 200 as a device on the LAN side, and a server 300 as a device on the WAN side. connected to the device 100;
  • the client terminal 200 and the server 300 may each be a device that operates according to conventional technology.
  • the gateway device 100 is basically a device that performs the NAPT operation, but as will be described below, performs an operation for solving the above problems.
  • the operation of the gateway device 100 will be described with reference to FIG.
  • the table shown in the upper part of FIG. 3 is the NAPT table held by the gateway device 100 .
  • the gateway device 100 applies NAPT to the received packet (S101), transmits the NAPTed packet to the WAN side, and at the same time calculates a part of the response packet (IP header, etc.) in advance and stores it in the output queue on the LAN side.
  • Store (S102).
  • the gateway device 100 stores the IP address of the source of the received packet, the pre-translation port number of the source, and the post-translation port number of the source in the NAPT table, and also stores the pre-calculated information in the output queue number. is also stored in the NAPT table (S103).
  • the gateway device 100 receives a response packet from the WAN side, if the IP header or the like has been calculated in advance, the uncalculated portion of the packet (referred to as the “data portion”) is stored in the corresponding output queue. , and the calculated part and the uncalculated part are concatenated to generate a packet and output it.
  • the gateway device 100 when the gateway device 100 receives a response packet, it searches (looks up) the NAPT table using the port number of the transmission destination of the response packet as a key (S104). As a result of the search, if the port number matches (hits) the NAPT table and the output queue number exists in that row (entry), the data part of the response packet is stored in the queue (S105).
  • the pre-calculated and already stored part is concatenated with the data part to complete the packet (S106) and output it.
  • response packets are converted in advance, so high-speed transfer of response packets is possible.
  • the gateway device 100 preliminarily calculates part of the response packet from the IP address and port number of the packet received from the LAN side.
  • the gateway device 100 pre-calculates the IP header and IP header checksum in the response packet as shown in FIG. If the conversion of received packet information into response packet information is expressed as "information ⁇ information", as shown in FIG. 4, "destination port number (dstPort) ⁇ source port number (srcPort)” source port number (srcPort) ⁇ destination port number (dstPort)”, “destination IP address (dstIP) ⁇ source IP address (srcIP)”, and “source IP address (srcIP) ⁇ destination IP address (dstIP)”
  • the conversion (calculation) is done as follows. In addition, an IP header checksum is calculated.
  • NAPT processing converts the source port number (srcPort) and the source IP address (srcIP) to generate a transmission packet.
  • the area surrounded by a thick frame indicated by A in FIG. 5 is the range of pre-calculation. That is, all IP headers and TCP header source port numbers and destination port numbers are calculated in advance. That is, the portion from the top of the IP header to 32 ⁇ 7 bits is calculated in advance.
  • the checksum of the IP header enclosed in the thick frame indicated by B is also calculated in advance. At this time, provisional fixed values are used for survival time and total length.
  • FIG. 6 shows an example of the NAPT table.
  • gateway device 100 adds the information to the NAPT table as an entry if the information related to that NAPT does not exist in the NATP table. note that, In the case of the most recently converted flow, the entry remains, so addition is unnecessary.
  • the converted port number is preferably a hash value based on the IP address and port number. However, it is not limited to this.
  • the output queue number in the NAPT table is information that indicates a data store that can uniquely identify a calculated bit string, such as a cache memory address or register number.
  • the NAPT table may store the pre-calculated packet bit string itself.
  • the gateway device 100 that performs the above-described operations may have any configuration (functional blocks) as long as it is capable of executing the above-described operations. As an example, FIG. show.
  • the gateway device 100 includes a NAPT table 110, an address conversion section 120, a packet generation section 130, an output queue 140, an output queue 150, and a table search section 160.
  • PHY in FIG. 7 is the function of the physical layer that serves as an interface with the network.
  • the address translation unit 120 executes NAPT address translation processing.
  • the packet generator 130 generates a packet by concatenating the header after address translation and the data part. Also, the address conversion unit 120 performs pre-calculation. The pre-computation may be performed by the packet generator 130 .
  • the address translation unit 120 receives a packet from a terminal, translates the address of the packet, and transmits the address-translated packet to the server. is calculated in advance.
  • the packet generator 130 generates a response packet to be transmitted to the terminal using the data part and the part of the response packet received from the server.
  • the table search unit 160 searches the NAPT table 110 based on the destination port number when a response packet arrives.
  • the output queue 140 stores pre-calculated information. If there is a corresponding output queue in the search by the table search unit 160, the data portion is stored in the output queue 140, and the packet generation unit 130 generates a packet to be output by linking the precalculated information and the data portion. .
  • a packet is generated by the packet generation unit 130 and stored in the output queue 150 by the same processing as when receiving a normal NAPT response packet.
  • the gateway device 100 shown in FIG. 7 can be realized by hardware implementation using ASIC or FPGA, or by software implementation that causes a computer having a CPU and memory to execute a program.
  • the address conversion unit 120 may be implemented by software, and other components may be implemented by hardware.
  • the processing of the address conversion unit 120, the packet generation unit 130, the table search unit 160, etc. be implemented on the FPGA circuit. Furthermore, by parallelizing each process with a pipeline, many flows can be processed.
  • the NAPT table is a storage device with a capacity capable of holding port numbers and queue numbers.
  • a RAM SRAM, DRAM, etc.
  • Hard configuration example A hardware configuration example in which the gateway device 100 is implemented by a computer and software will be described.
  • This computer may be a physical computer or a virtual machine on the cloud.
  • the gateway device 100 can be implemented by executing a program corresponding to the processing performed by the gateway device 100 using hardware resources such as a CPU and memory built into the computer.
  • the above program can be recorded in a computer-readable recording medium (portable memory, etc.), saved, or distributed. It is also possible to provide the above program through a network such as the Internet or e-mail.
  • FIG. 8 is a diagram showing a hardware configuration example of the computer.
  • the computer of FIG. 8 has a drive device 1000, an auxiliary storage device 1002, a memory device 1003, a CPU 1004, an interface device 1005, a display device 1006, an input device 1007, an output device 1008, etc., which are interconnected by a bus BS.
  • a bus BS bus BS
  • a program that implements the processing in the computer is provided by a recording medium 1001 such as a CD-ROM or memory card, for example.
  • a recording medium 1001 such as a CD-ROM or memory card
  • the program is installed from the recording medium 1001 to the auxiliary storage device 1002 via the drive device 1000 .
  • the program does not necessarily need to be installed from the recording medium 1001, and may be downloaded from another computer via the network.
  • the auxiliary storage device 1002 stores installed programs, as well as necessary files and data.
  • the memory device 1003 reads and stores the program from the auxiliary storage device 1002 when a program activation instruction is received.
  • the CPU 1004 implements functions related to the gateway device 100 according to programs stored in the memory device 1003 .
  • the interface device 1005 is used as an interface for connecting to a network or the like.
  • a display device 1006 displays a GUI (Graphical User Interface) or the like by a program.
  • An input device 1007 is composed of a keyboard, a mouse, buttons, a touch panel, or the like, and is used to input various operational instructions.
  • the output device 1008 outputs the calculation result.
  • This specification discloses at least the following gateway device, communication method, and program.
  • (Section 1) an address translation unit that receives a packet from a terminal, performs address translation on the packet, transmits the address-translated packet to a server, and pre-calculates part of a response packet to be transmitted to the terminal;
  • a gateway device comprising: a packet generation unit that generates a response packet to be transmitted to the terminal using the data part and the part of the response packet received from the server.
  • the address conversion unit stores information before conversion in a packet received from the terminal, information after conversion of the information, and information indicating the part in a table held by the gateway device. Gateway device as described.
  • (Section 3) further comprising a table search unit for searching the table based on the response packet received from the server; When the table search unit detects an entry corresponding to the response packet, the packet generation unit generates a response packet to be transmitted to the terminal using the part specified by the information of the entry. 3.
  • the gateway device according to item 2. (Section 4) The gateway device according to any one of items 1 to 3, wherein the part includes an IP header of a response packet to be transmitted to the terminal. (Section 5)
  • the address conversion unit stores the portion calculated in advance in an output queue, and the packet generation unit uses the portion stored in the output queue and the data unit to transmit to the terminal. 5.
  • the gateway device according to any one of items 1 to 4, which generates a response packet.
  • (Section 7) A communication method executed by a gateway device, receiving a packet from a terminal, performing address translation on the packet, transmitting the address-translated packet to a server, and pre-calculating a portion of a response packet to be transmitted to the terminal; and generating a response packet to be transmitted to the terminal using the data part and the part of the response packet received from the server.
  • (Section 8) A program for causing a computer to function as each unit in the gateway device according to any one of items 1 to 5.
  • gateway device 110 NAPT table 120 address conversion unit 130 packet generation unit 140 output queue 150 output queue 160 table search unit 20, 200 client terminals 30, 300 server 1000 drive device 1001 recording medium 1002 auxiliary storage device 1003 memory device 1004 CPU 1005 interface device 1006 display device 1007 input device 1008 output device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算するアドレス変換部と、前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成するパケット生成部とを備えるゲートウェイ装置。

Description

ゲートウェイ装置、通信方法、及びプログラム
　本発明は、アドレス変換を行うゲートウェイ装置に関連するものである。
　昨今、ＰＣやモバイル端末のみならずＭ２Ｍ／ＩｏＴデバイスがインターネットに接続され、ＩＰｖ４アドレス空間を超える数へと増大している。
　その中でＩＰｖ４アドレス枯渇が課題とされており、この課題を解決するためにＩＰｖ６が登場したものの、既存のＩＰｖ６非対応なＮＷ機器やＩｏＴ端末のようなミニマルな実装では未だＩＰｖ４が広く使用されている。
　有限なＩＰｖ４アドレスを複数の端末で共有する方法としてＮＡＴ（Network Address Translation）／ＮＡＰＴ（Network Address Port Translation）が使用されるのが一般的である。ＮＡＴ／ＮＡＰＴを用いることで、１つのグローバルＩＰを複数の端末で共有することができる。また、内部ＮＷのアドレスを変換することから、外部からの侵入を防ぐことができる。
F.Liu et al, "The Design and Implementation of NAPT Function in Border Gateway Based on LKM," 978-1-5090-1997-7/16 (c)2016 IEEE. https://ieeexplore.ieee.org/document/7589735
　しかし、従来のＮＡＴ／ＮＡＰＴ等のアドレス変換技術を用いる場合、応答パケットが大量に発生すると、所望の性能が得られず、応答パケットを高速に転送できない可能性がある。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、アドレス変換を行うゲートウェイ装置において、応答パケットを高速に転送するための技術を提供することを目的とする。
　開示の技術によれば、端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算するアドレス変換部と、
　前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成するパケット生成部と
　を備えるゲートウェイ装置が提供される。
　開示の技術によれば、アドレス変換を行うゲートウェイ装置において、応答パケットを高速に転送することが可能となる。
課題を説明するための図である。 本発明の実施の形態におけるシステム構成図である。 本発明の実施の形態におけるゲートウェイ装置の動作を説明するための図である。 事前計算を説明するための図である。 事前計算を説明するための図である。 ＮＡＰＴテーブルの例を示す図である。 装置構成例を示す図である。 装置のハードウェア構成例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
　以下の説明において、具体例としてＩＰｖ４とＴＣＰを挙げて説明を行っているが、これらは一例に過ぎない。本発明に係る技術は、ＮＡＰＴを疎通可能なプロトコルであればどのプロトコルにも適用可能である。例えば、ＩＰｖ６、ＵＤＰ、ＩＣＭＰなどにも本発明に係る技術を適用することが可能である。なお、ＩＣＭＰの場合は、ポート番号はなく、代わりにＩＣＭＰ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒが使用される。
　以下では、ＮＡＰＴの従来動作と課題について詳細に説明し、その後に、本発明に係る技術の実施形態を説明する。なお、従来動作と課題の説明における分析内容は公知ではない。
　（従来動作について）
　図１を参照してＮＡＰＴの一般的な動作の例について説明する。図１の例において、ＬＡＮ側にクライアント端末２０が存在し、ＷＡＮ側にサーバ３０が存在し、これらの間にＮＡＰＴを実装したゲートウェイ装置１０が存在する。
　ＩＰアドレス及びポート番号は図示のとおりであるとする。図１に示すように、Ａ＝１０．０．０．１：１００８０、Ｂ＝８．８．８．８：８０、Ｃ＝１９２．１６８．１１．８：１１１１１としている。
　ゲートウェイ装置１０は、パケットを受信すると、以下の処理を行う。
　・ＬＡＮ側→ＷＡＮ側の通信では、パケットのＩＰアドレス／ポート変換を行い、ＮＡＰＴテーブルに変換情報を記録する。
　・ＷＡＮ側→ＬＡＮ側の通信では、ＮＡＰＴテーブルを基に、元のＩＰアドレス／ポートへの変換を行う。
　より詳細には下記のとおりである。
　＜ＬＡＮ側→ＷＡＮ側の通信におけるゲートウェイ装置による処理＞
　Ｓ１：受信パケットの送信元ＩＰアドレスと送信元ポート番号から変換後のポート番号を生成する。
　Ｓ２：送信元ポート番号と送信元ＩＰアドレスを変換後のポート番号とともにＮＡＰＴテーブルに記録する。
　Ｓ３：受信パケットの送信元ＩＰアドレスをＷＡＮ側ＩＰアドレスに置換する。
　Ｓ４：受信パケットの送信元ポート番号をＷＡＮ側ポート番号に置換する。
　Ｓ５：チェックサムの計算・置換を行う。
　＜ＷＡＮ側→ＬＡＮ側の通信におけるゲートウェイ装置による処理＞
　Ｓ１：受信パケットについて、送信先ポート番号を基にＮＡＰＴテーブルからＩＰアドレスとポート番号を検索する。
　Ｓ２：パケットの送信先ポート番号を検索したポート番号に置換する。
　Ｓ３：パケットの送信先ＩＰアドレスを検索したＩＰアドレスに置換する。
　Ｓ４：チェックサムの計算・置換を行う。
　（課題について）
　上記のような動作を行う従来のＮＡＰＴを実装したゲートウェイ装置１０では、応答パケットが大量に発生すると、十分な性能が得られない可能性がある。その理由は下記のとおりである。
　すなわち、上記動作例で説明したとおり、ゲートウェイ装置１０は、応答パケットを受信した際に、「テーブル検索→ＩＰアドレス・ポート番号変換→チェックサム計算・置換」をパケットごとに繰り返し行う必要があり、転送の遅延が発生する。特に、大きいデータが分割される場合などにおいて遅延が大きくなる。
　また、応答パケットの数（クライアント端末数）が多くなると、テーブルｌｏｏｋ－ｕｐにより大きな時間がかかってしまう。
　以下、上記の課題を解決する本実施の形態に係る技術を説明する。
　（システム構成）
　本実施の形態におけるシステム構成を図２に示す。図２に示すように、本システムは、ゲートウェイ装置１００、ＬＡＮ側の装置であるクライアント端末２００、及びＷＡＮ側の装置であるサーバ３００を備え、クライアント端末２００とサーバ３００は、ネットワークを介してゲートウェイ装置１００に接続される。
　クライアント端末２００とサーバ３００はそれぞれ従来技術に基づき動作する装置であてよい。ゲートウェイ装置１００は、基本的にはＮＡＰＴ動作を行う装置であるが、以下で説明するように、上記課題を解決するための動作を実行する。
　（ゲートウェイ装置１００の動作）
　本実施の形態では、従来方式の課題であった応答パケットのアドレス変換処理について、応答パケットの一部を事前に計算・生成しておき、応答パケット受信時に、事前に計算・生成しておいたビット列を応答パケットのデータ部分に結合して送信することとしている。
　図３を参照してゲートウェイ装置１００の動作を説明する。図３において、受信パケットについて、宛先アドレス（ＩＰアドレス＋ポート番号）＝Ｂ、送信元アドレス＝Ａである。他のパケットについても同様に、図示のとおりに宛先アドレス、送信元アドレスが付与される。また、図３の上段に示すテーブルは、ゲートウェイ装置１００が保持するＮＡＰＴテーブルである。
　＜ＬＡＮ側→ＷＡＮ側の通信＞
　ゲートウェイ装置１００は、受信パケットに対してＮＡＰＴを施し（Ｓ１０１）、ＮＡＰＴしたパケットをＷＡＮ側へ送信すると同時に、応答パケットの一部（ＩＰヘッダなど）を事前に計算し、ＬＡＮ側の出力キューに格納する（Ｓ１０２）。
　また、ゲートウェイ装置１００は、受信パケットの送信元のＩＰアドレス、送信元の変換前ポート番号、送信元の変換後ポート番号をＮＡＰＴテーブルに格納するとともに、事前計算した情報を格納した出力キューの番号もＮＡＰＴテーブルに格納する（Ｓ１０３）。
　ＮＡＰＴテーブルへの情報格納の際には、ＬＲＵ方式に基づき、最新の情報をＮＡＰＴテーブルの上位に格納する。これは、受信パケット送信後すぐに応答パケットが来ることを想定し、より早くテーブルにヒットさせるためである。これにより、端末数が増えてもｌｏｏｋｕｐ性能低下を少なくすることができる。
　＜ＷＡＮ側→ＬＡＮ側の通信＞
　ゲートウェイ装置１００が応答パケットをＷＡＮ側から受信するとき、ＩＰヘッダ等を事前に計算済みのパケットである場合には、当該パケットの未計算部分（「データ部」と呼ぶ）を、対応する出力キューへ振り分け、計算済み部分と未計算部分とを連結させてパケットを生成し、出力する。
　より具体的には、図３において、ゲートウェイ装置１００が応答パケットを受信すると、応答パケットの送信先のポート番号をキーにしてＮＡＰＴテーブルを検索（Ｌｏｏｋ－ｕｐ）する（Ｓ１０４）。検索の結果、ポート番号がＮＡＰＴテーブルに該当（ヒット）し、その行（エントリ）に出力キュー番号が存在する場合は当該キューに応答パケットのデータ部を格納する（Ｓ１０５）。
　出力キュー（図３の例では出力キュー＃１）において、事前計算して既に格納されている部分とデータ部とを連結することによりパケットを完成させ（Ｓ１０６）、出力する。
　上記のとおり、本実施の形態では、応答パケットの変換を事前に実施するため、応答パケットについて高速な転送が可能になる。
　（事前計算方法の例）
　上述したとおり、ゲートウェイ装置１００は、ＬＡＮ側からの受信パケットのＩＰアドレスとポート番号から応答パケットの一部を事前に計算しておく。
　具体例を図４に示す。ゲートウェイ装置１００は、図４に示すとおり、応答パケットにおけるＩＰヘッダ及びＩＰヘッダチェックサムを事前に計算する。受信パケットの情報を応答パケットの情報に変換することを「情報→情報」と表すことにすると、図４に示すように、「宛先ポート番号（ｄｓｔＰｏｒｔ）→送信元ポート番号（ｓｒｃＰｏｒｔ）」、「送信元ポート番号（ｓｒｃＰｏｒｔ）→宛先ポート番号（ｄｓｔＰｏｒｔ）」、「宛先ＩＰアドレス（ｄｓｔＩＰ）→送信元ＩＰアドレス（ｓｒｃＩＰ）」、「送信元ＩＰアドレス（ｓｒｃＩＰ）→宛先ＩＰアドレス（ｄｓｔＩＰ）」のように変換（計算）がなされる。更に、ＩＰヘッダチェックサムの計算を行う。
　一方、ＮＡＰＴ処理により、送信元ポート番号（ｓｒｃＰｏｒｔ）の変換と、送信元ＩＰアドレス（ｓｒｃＩＰ）の変換がなされ、送信パケットが生成される。
　ＴＣＰの場合における事前計算の範囲の例を、図５を参照して説明する。この例では、図５のＡで示す太枠で囲んだ部分が事前計算の範囲となる。すなわち、ＩＰヘッダの全てとＴＣＰヘッダの送信元ポート番号と宛先ポート番号を事前に計算する。すなわち、ＩＰヘッダの先頭から３２×７ビットまでの部分を事前に計算する。
　Ｂで示す太枠で囲んだＩＰヘッダのチェックサムについても事前に計算する。このとき生存時間や全長については仮の固定値を使用する。
　Ｃで示す太枠で囲んだＴＣＰヘッダのチェックサムに関しては、ＩＰアドレス・ポート番号が変わるため、応答パケット到着後に再計算が必要である。ペイロードも含んで計算するため、事前計算は不可である。
　（ＮＡＰＴテーブルについて）
　次に、ＮＡＰＴテーブルについてより詳細に説明する。図６にＮＡＰＴテーブルの例を示している。
　ゲートウェイ装置１００は、ＮＡＰＴ後に、そのＮＡＰＴに係る情報がＮＡＴＰテーブルに存在しない場合に、当該情報をエントリとしてＮＡＰＴテーブルに追加する。なお、
直近で変換したフローの場合はエントリが残っているので追加不要である。
　各エントリには生存時間を設けることが望ましい。また、変換後のポート番号は、ＩＰアドレスとポート番号を基にしたハッシュ値が望ましい。ただし、これに限定されるわけではない。
　ＮＡＰＴテーブルにおける出力キュー番号は、計算済みのビット列を一意に特定できるデータストアを示す情報であり、例えば、キャッシュメモリのアドレス番地やレジスタの番号等である。ここで、ＮＡＰＴテーブルに事前計算したパケットのビット列そのものを格納することととしてもよい。
　また、出力キューを持たないエントリが存在することも可能である。出力キューを持たない場合とは、例えば、出力キューに空きがない場合、キューが削除された場合、そもそもキューに格納する必要がない場合等である。
　（装置構成例）
　上述した動作を行うゲートウェイ装置１００は、上述した動作を実行できる構成であればどのような構成（機能ブロック）を有してもよいが、一例として、図７に、ゲートウェイ装置１００の構成例を示す。
　図７の例において、ゲートウェイ装置１００は、ＮＡＰＴテーブル１１０、アドレス変換部１２０、パケット生成部１３０、出力キュー１４０、出力キュー１５０、テーブル検索部１６０を備える。図７における「ＰＨＹ」は、ネットワークとのインタフェースとなる物理層の機能である。
　アドレス変換部１２０は、ＮＡＰＴのアドレス変換処理を実行する。パケット生成部１３０は、アドレス変換後のヘッダとデータ部を連結することでパケットを生成する。また、アドレス変換部１２０は事前計算を行う。事前計算をパケット生成部１３０が実行してもよい。
　より具体的には、アドレス変換部１２０は、端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算する。パケット生成部１３０は、前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成する。
　テーブル検索部１６０は、応答パケット到着時に、送信先ポート番号に基づくＮＡＰＴテーブル１１０の検索を行う。
　出力キュー１４０には、事前計算した情報が格納される。テーブル検索部１６０による検索で該当する出力キューが存在する場合、出力キュー１４０にデータ部が格納され、パケット生成部１３０は、事前計算した情報とデータ部を連結することで出力するパケットを生成する。
　また、テーブル検索部１６０による検索で該当する出力キューが存在しない場合、通常のＮＡＰＴの応答パケット受信時と同様の処理により、パケット生成部１３０によりパケットが生成され、出力キュー１５０に格納される。
　図７に示すゲートウェイ装置１００は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡを用いたハードウェア実装により実現することもできるし、ＣＰＵとメモリを有するコンピュータにプログラムを実行させるソフトウェア実装で実現することも可能である。
　また、ハードウェア実装とソフトウェア実装を混在させた構成を採用してもよい。例えば、アドレス変換部１２０をソフトウェアで実装し、それ以外をハードウェアで実装することとしてもよい。
　ゲートウェイ装置１００をＦＰＧＡで実装する場合、アドレス変換部１２０、パケット生成部１３０、テーブル検索部１６０などの処理はＦＰＧＡ回路上で実装されることが望ましい。更に、各処理をパイプラインで並列化することで、多くのフローを処理可能となる。
　ＦＰＧＡでの実装の場合、ＮＡＰＴテーブルはポート番号とキュー番号を保持可能な容量を持つ記憶装置である。ただし、より高速なｌｏｏｋｕｐのためには、ＮＡＰＴテーブルをＦＰＧＡと接続されるＲＡＭ（ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭなど）に保存することが望ましい。また、ＦＰＧＡでの実装の場合、キューはレジスタやＲＡＭに保存することが望ましい。
　（ハードウェア構成例）
　ゲートウェイ装置１００をコンピュータとソフトウェアで実装する場合におけるハードウェア構成例を説明する。このコンピュータは、物理的なコンピュータであってもよいし、クラウド上の仮想マシンであってもよい。
　すなわち、ゲートウェイ装置１００は、コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を用いて、ゲートウェイ装置１００で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
　図８は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図８のコンピュータは、それぞれバスＢＳで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、入力装置１００７、出力装置１００８等を有する。なお、ハードウェア実装とソフトウェア実装を組み合わせてゲートウェイ装置１００を実現する場合において、図８に示す構成は、ゲートウェイ装置１００におけるソフトウェア実装（例えばアドレス変換部）を実現するための構成であってもよい。
　当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
　メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、ゲートウェイ装置１００に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワーク等に接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置１００８は演算結果を出力する。
　（付記）
　本明細書には、少なくとも下記各項のゲートウェイ装置、通信方法、及びプログラムが開示されている。
（第１項）
　端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算するアドレス変換部と、
　前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成するパケット生成部と
　を備えるゲートウェイ装置。
（第２項）
　前記アドレス変換部は、前記端末から受信したパケットにおける変換前の情報、当該情報の変換後の情報、及び、前記一部を示す情報を、前記ゲートウェイ装置が保持するテーブルに格納する
　第１項に記載のゲートウェイ装置。
（第３項）
　前記サーバから受信した応答パケットに基づいて、前記テーブルを検索するテーブル検索部を更に備え、
　前記パケット生成部は、前記テーブル検索部により前記応答パケットに該当するエントリを検出した場合に、当該エントリの情報により指定される前記一部を用いて、前記端末へ送信する応答パケットを生成する
　第２項に記載のゲートウェイ装置。
（第４項）
　前記一部は、前記端末へ送信する応答パケットのＩＰヘッダを含む
　第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載のゲートウェイ装置。
（第５項）
　前記アドレス変換部は、事前に計算した前記一部を出力キューに格納し、前記パケット生成部は、前記出力キューに格納された前記一部と、前記データ部を用いて、前記端末へ送信する応答パケットを生成する
　第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載のゲートウェイ装置。
（第７項）
　ゲートウェイ装置が実行する通信方法であって、
　端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算するステップと、
　前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成するステップと
　を備える通信方法。
（第８項）
　コンピュータを、第１項ないし第５項のうちいずれか１項に記載のゲートウェイ装置における各部として機能させるためのプログラム。
　以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０、１００　ゲートウェイ装置
１１０　ＮＡＰＴテーブル
１２０　アドレス変換部
１３０　パケット生成部
１４０　出力キュー
１５０　出力キュー
１６０　テーブル検索部
２０、２００　クライアント端末
３０、３００　サーバ
１０００　ドライブ装置
１００１　記録媒体
１００２　補助記憶装置
１００３　メモリ装置
１００４　ＣＰＵ
１００５　インタフェース装置
１００６　表示装置
１００７　入力装置
１００８　出力装置

Claims (7)

  1. 　端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算するアドレス変換部と、
    　前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成するパケット生成部と
    　を備えるゲートウェイ装置。
  2. 　前記アドレス変換部は、前記端末から受信したパケットにおける変換前の情報、当該情報の変換後の情報、及び、前記一部を示す情報を、前記ゲートウェイ装置が保持するテーブルに格納する
    　請求項１に記載のゲートウェイ装置。
  3. 　前記サーバから受信した応答パケットに基づいて、前記テーブルを検索するテーブル検索部を更に備え、
    　前記パケット生成部は、前記テーブル検索部により前記応答パケットに該当するエントリを検出した場合に、当該エントリの情報により指定される前記一部を用いて、前記端末へ送信する応答パケットを生成する
    　請求項２に記載のゲートウェイ装置。
  4. 　前記一部は、前記端末へ送信する応答パケットのＩＰヘッダを含む
    　請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のゲートウェイ装置。
  5. 　前記アドレス変換部は、事前に計算した前記一部を出力キューに格納し、前記パケット生成部は、前記出力キューに格納された前記一部と、前記データ部を用いて、前記端末へ送信する応答パケットを生成する
    　請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のゲートウェイ装置。
  6. 　ゲートウェイ装置が実行する通信方法であって、
    　端末からパケットを受信し、当該パケットに対するアドレス変換を行って、アドレス変換後のパケットをサーバに送信するとともに、前記端末へ送信する応答パケットの一部を事前に計算するステップと、
    　前記サーバから受信した応答パケットのデータ部と前記一部とを用いて前記端末へ送信する応答パケットを生成するステップと
    　を備える通信方法。
  7. 　コンピュータを、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載のゲートウェイ装置における各部として機能させるためのプログラム。
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