WO2024029092A1 - 通信装置、通信方法および通信プログラム - Google Patents

通信装置、通信方法および通信プログラム Download PDF

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克真 宮本
浩輝 加納
幸司 杉園
伸也 河野
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/60—Router architectures

Definitions

  • the present invention relates to a communication device, a communication method, and a communication program.
  • packet processing has been implemented using two methods: one is a packet processing method that is implemented in software using a CPU, and the other is a packet processing method that is implemented using hardware such as an ASIC, NPU, or FPGA. Additionally, since stateful packet processing is difficult to implement in hardware, it is implemented flexibly in software.
  • the problem with the conventional technology is that it is not possible to perform stateful packet processing at high speed without increasing the implementation scale.
  • software processing allows for flexible implementation, but has the drawback of low processing speed.
  • packet processing that has a state such as NAPT complicated processing is required for each packet flow, so it is difficult to perform hardware processing using ASIC, FPGA, or the like.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a communication device, a communication method, and a communication program that perform stateful packet processing at high speed.
  • a communication device of the present invention includes an acquisition unit that acquires packets, a first processing unit that uses software to transfer the packets acquired by the acquisition unit. , a calculation unit that calculates a function by hardware based on the packet acquired by the acquisition unit and the packet transferred by the first processing unit; and a calculation unit that calculates a function on the packet acquired by the acquisition unit. and a second processing unit that performs transfer processing by hardware using the input to the function and the output of the function.
  • stateful packet processing can be performed at high speed without increasing the implementation scale.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a communication device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating processing by the communication device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating processing by the communication device.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the processing flow of the communication device.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of a communication device.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating processing by the communication device.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the processing flow of the communication device.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a computer that executes a communication program.
  • the communication device 100 includes a communication section 110, a control section 120, and a storage section 130. Note that each of these units may be held in a distributed manner by a plurality of devices. The processing of each of these parts will be explained below.
  • the communication unit 110 is realized by a NIC (Network Interface Card) or the like, and enables communication between an external device and the control unit 120 via a telecommunication line such as a LAN (Local Area Network) or the Internet.
  • a NIC Network Interface Card
  • LAN Local Area Network
  • the communication unit 110 enables communication between an external device and the control unit 120.
  • the storage unit 130 is realized by a semiconductor memory element such as a RAM (Random Access Memory) or a flash memory, or a storage device such as a hard disk or an optical disk.
  • the information stored in the storage unit 130 includes, for example, a header hash value, a payload hash value, a function calculation method, and other information necessary for packet processing. Note that the information stored in the storage unit 130 is not limited to what is described above.
  • the control unit 120 is realized using a CPU (Central Processing Unit), an NP (Network Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), etc., and executes a processing program stored in a memory. As shown in FIG. 1, the control unit 120 includes an acquisition unit 121, a first processing unit 122, a calculation unit 123, a writing unit 124, and a second processing unit 125. Each section included in the control section 120 will be described below.
  • the acquisition unit 121 acquires the packet. For example, the acquisition unit 121 acquires packets that require stateful processing. For example, the acquisition unit 121 acquires a packet to be subjected to NAPT (Network Address Port Translation).
  • NAPT Network Address Port Translation
  • the first processing unit 122 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using software. For example, the first processing unit 122 performs a transfer process using the result of a bit operation. Further, for example, the first processing unit 122 performs a transfer process on the packet acquired by the acquisition unit 121 using software, using a processing result obtained by combining logical operations and bit operations such as bit shift and rotation.
  • the calculation unit 123 calculates a function based on the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet transferred by the first processing unit 122. For example, the calculation unit 123 calculates a function from the difference between the bit strings of the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet subjected to bit arithmetic processing by the first processing unit 122. For example, the calculation unit 123 calculates the inverse function of the process from the difference in the bit strings of the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet subjected to bit operation processing by the first processing unit 122. Further, for example, in the case of NAPT, the calculation unit 123 can calculate a conversion pattern by acquiring a specific part of a packet header when converting an address to a port.
  • the calculation unit 123 calculates a function from the difference between the bit strings of the packet before and after the GRE (Generic Routing Encapsulation) decapsulation process is performed by the first processing unit 122.
  • GRE Generic Routing Encapsulation
  • NAPT and GRE are given as examples, the calculation unit 123 can calculate functions even if it is a process that combines multiple processes in a complex manner, such as service function chaining, if it can obtain the difference between bit strings. It is possible.
  • the second processing unit 125 inputs the packet acquired by the acquisition unit 121 to the function calculated by the calculation unit 123, and performs a transfer process by hardware using the output of the function. For example, the second processing unit 125 inputs the packet acquired by the acquisition unit 121 to the inverse function calculated by the calculation unit 123, and uses the output of the inverse function to perform transfer processing by hardware.
  • processing by the communication device 100 will be described using FIG. 2.
  • the acquisition unit 121 acquires a packet.
  • the first processing unit 122 performs a transfer process using software.
  • the communication device 100 performs the initial transfer process using software. Note that in FIG. 2, processing A and processing B correspond to the first processing section 122.
  • the calculation unit 123 uses hardware to calculate a function based on the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet transferred by the first processing unit 122.
  • the inverse function derivation section corresponds to the calculation section 123.
  • the second processing unit 125 inputs the packet acquired by the acquisition unit 121 to the function calculated by the calculation unit 123, and performs a transfer process by hardware by using the output of the function. That is, after calculating the function, the communication device 100 performs processing using hardware. Note that in FIG. 2, the processing section corresponds to the second processing section 125.
  • the communication device 100 speeds up the determination of whether the flows are the same by calculating the hash value of the header. Furthermore, the communication device 100 checks whether the input packet to the host processing unit and the output packet are the same by using the hash value of the payload calculated by the payload hash calculation unit. Note that the communication device 100 may check whether the input packet to the host processing unit and the output packet are the same by marking the packets.
  • the inverse function calculation unit that calculates the function of the communication device 100 derives an inverse function by using bit operators for addition operation, multiplication operation, and bit shift parameters.
  • the communication device 100 may save flow entries by setting a survival time for each flow and erasing flows with no longer communication as needed.
  • the communication device 100 can perform high-speed lookups and function calculations.
  • steps S11 to S14 described below can also be executed in a different order. Also, some of the steps S11 to S14 described below may be omitted.
  • the acquisition unit 121 acquires a packet (step S11). For example, the acquisition unit 121 acquires packets that require stateful processing such as NAPT.
  • the first processing unit 122 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using software (step S12).
  • the first processing unit 122 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using software using a processing result that is a combination of logical operations and bit operations such as bit shift and rotation.
  • the calculation unit 123 calculates a function based on the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet transferred by the first processing unit 122 (step S13). For example, the calculation unit 123 calculates a function from the difference in bit strings between the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet subjected to bit arithmetic processing by the first processing unit 122.
  • the second processing unit 125 inputs the packet acquired by the acquisition unit 121 to the function calculated by the calculation unit 123, and performs a transfer process by hardware using the output of the function (step S14).
  • the communication device 100 includes an acquisition section 121, a first processing section 122, a calculation section 123, and a second processing section 125.
  • the acquisition unit 121 acquires packets.
  • the first processing unit 122 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using software.
  • the calculation unit 123 uses hardware to calculate a function based on the packet acquired by the acquisition unit 121 and the packet transferred by the first processing unit 122.
  • the second processing unit 125 inputs the packet acquired by the acquisition unit 121 to the function calculated by the calculation unit 123, and performs a transfer process by hardware using the output of the function.
  • the first processing unit 122 performs a transfer process using bit operations
  • the calculation unit 123 uses the packet acquired by the acquisition unit 121 and the first processing unit 122 to perform a transfer process.
  • the function is calculated from the difference in the bit string from the received packet.
  • the communication device 100 can perform autonomous calculation by hardware for processing that can obtain differences between bit strings, and can perform stateful packet processing at high speed without increasing the implementation scale.
  • the communication device 100 can change the calculation unit 123 or the second processing unit 125 as long as the change allows bit operation processing. Processing can be performed without any That is, even when the software processing section shown in FIG. 2 includes processing A and processing B, processing C, processing D, and processing E, the same circuit can be used as the hardware processing section.
  • rules for packet transfer processing performed by software are set in hardware as parameters, thereby enabling high-speed packet transfer processing by hardware.
  • the communication device 100 includes a communication section 110, a control section 120, and a storage section 130. Note that each of these units may be held in a distributed manner by a plurality of devices.
  • the storage unit 130 stores, for example, a routing table and other information necessary for processing packets. Note that the information stored in the storage unit 130 is not limited to what is described above.
  • control unit 120 includes an acquisition unit 121, a first processing unit 122, a writing unit 124, and a second processing unit 125. Each section included in the control section 120 will be described below.
  • the acquisition unit 121 acquires the packet and predetermined parameters. For example, the acquisition unit 121 acquires a packet that requires stateful processing and parameters necessary for stateful processing. More specifically, in the case of NAPT, the acquisition unit 121 acquires the packet to be subjected to NAPT and the parameters of the address/port conversion table. Note that the target of the packets and predetermined parameters that the acquisition unit 121 acquires is not limited to NAPT, but it is necessary to perform table-based processing such as stateful firewall, ARP (Address Resolution Protocol), routing, policy-based routing, etc. This includes all processes that need to have a state such as processing or session information.
  • table-based processing such as stateful firewall, ARP (Address Resolution Protocol), routing, policy-based routing, etc. This includes all processes that need to have a state such as processing or session information.
  • the first processing unit 122 uses software to transfer the packets acquired by the acquisition unit 121 based on predetermined parameters acquired by the acquisition unit 121. For example, the first processing unit 122 performs a process of converting the address and port of a packet to be subjected to NAPT by using the parameters of the address and port conversion table.
  • the writing unit 124 writes the predetermined parameters used in the transfer process by the first processing unit 122 into the hardware.
  • the writing unit 124 writes the parameters of the routing table to hardware such as rewriting a circuit of an FPGA that can be operated from software, writing to a register value, and writing to RAM.
  • the second processing unit 125 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using hardware based on the predetermined parameters written by the writing unit 124. For example, the second processing unit 125 transfers the packet subject to NAPT based on the routing table.
  • the transfer process by the communication device 100 will be explained using FIG. 6.
  • the acquisition unit 121 acquires a packet and parameters.
  • the first processing unit 122 uses software to transfer the packet acquired by the acquisition unit 121 based on the predetermined parameters acquired by the acquisition unit 121.
  • the communication device 100 performs the initial transfer process using software. Note that in FIG. 6, stateful processing corresponds to the first processing unit 122.
  • the writing unit 124 writes the predetermined parameters used in the transfer process by the first processing unit 122 into the hardware.
  • the writing unit 124 writes predetermined parameters into a register. That is, the communication device 100 sets packet processing rules in hardware.
  • the second processing unit 125 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using hardware based on the predetermined parameters written by the writing unit 124. That is, after calculating the function, the communication device 100 performs a transfer process using hardware. Note that in FIG. 6, the high-speed processing section corresponds to the second processing section 125. [flowchart]
  • steps S21 to S24 described below can also be executed in a different order. Furthermore, some of the steps S21 to S24 described below may be omitted.
  • the acquisition unit 121 acquires a packet and parameters (step S21). For example, the acquisition unit 121 acquires a packet to be subjected to NAPT and a routing table.
  • the first processing unit 122 uses software to transfer the packet acquired by the acquisition unit 121 based on the predetermined parameters acquired by the acquisition unit 121 (step S22). For example, the first processing unit 122 performs a process of converting the address and port of a packet to be subjected to NAPT by using the parameters of the address and port conversion table.
  • the writing unit 124 writes into the hardware the predetermined parameters used in the transfer process by the first processing unit 122 (step S23).
  • the writing unit 124 writes the parameters of the routing table to hardware such as rewriting a circuit of an FPGA that can be operated from software, writing to a register value, and writing to RAM.
  • the second processing unit 125 transfers the packet acquired by the acquisition unit 121 using hardware based on the predetermined parameters written by the writing unit 124 (step S24). For example, the second processing unit 125 transfers the packet subject to NAPT based on the routing table.
  • the communication device 100 includes an acquisition section 121, a first processing section 122, a writing section 124, and a second processing section 125.
  • the acquisition unit 121 acquires the packet and predetermined parameters.
  • the first processing unit 122 uses software to transfer the packet acquired by the acquisition unit 121 based on the predetermined parameters acquired by the acquisition unit 121.
  • the writing unit 124 writes predetermined parameters used in the transfer process by the first processing unit 122 into hardware.
  • the second processing unit 125 uses hardware to transfer the packet acquired by the acquisition unit 121 based on predetermined parameters written by the writing unit 124.
  • the communication device 100 can set a packet processing pattern processed by software in hardware, and perform stateful packet processing at high speed without increasing the implementation scale.
  • the first processing unit 122 in the communication device 100 performs a transfer process based on a routing table as a predetermined parameter, and the writing unit 124 writes information of the routing table to the hardware, and the writing unit 124 writes the information of the routing table to the hardware. performs forwarding processing based on the routing table.
  • the communication device 100 can set a packet processing pattern in hardware based on a routing table processed by software, and can perform stateful packet processing at high speed without increasing the implementation scale.
  • program Further, it is also possible to create a program in which the processing executed by the communication device 100 described in the above embodiment is written in a computer-executable language. In this case, when the computer executes the program, the same effects as in the above embodiment can be obtained. Furthermore, the same processing as in the above embodiments may be realized by recording such a program on a computer-readable recording medium and having the computer read and execute the program recorded on this recording medium.
  • FIG. 8 is a diagram showing a computer that executes the program.
  • the computer 1000 includes, for example, a memory 1010, a CPU 1020, a hard disk drive interface 1030, a disk drive interface 1040, a serial port interface 1050, a video adapter 1060, and a network interface 1070. However, each of these parts is connected by a bus 1080.
  • the memory 1010 includes a ROM (Read Only Memory) 1011 and a RAM 1012, as illustrated in FIG.
  • the ROM 1011 stores, for example, a boot program such as BIOS (Basic Input Output System).
  • BIOS Basic Input Output System
  • Hard disk drive interface 1030 is connected to hard disk drive 1090, as illustrated in FIG.
  • the disk drive interface 1040 is connected to the disk drive 1100, as illustrated in FIG.
  • a removable storage medium such as a magnetic disk or an optical disk is inserted into disk drive 1100.
  • the serial port interface 1050 is connected to, for example, a mouse 1110 and a keyboard 1120, as illustrated in FIG.
  • Video adapter 1060 is connected to display 1130, for example, as illustrated in FIG.
  • the hard disk drive 1090 stores, for example, an OS 1091, an application program 1092, a program module 1093, and program data 1094. That is, the above program is stored, for example, in the hard disk drive 1090 as a program module in which commands to be executed by the computer 1000 are written.
  • the various data described in the above embodiments are stored as program data in, for example, the memory 1010 or the hard disk drive 1090.
  • the CPU 1020 reads out the program module 1093 and program data 1094 stored in the memory 1010 and the hard disk drive 1090 to the RAM 1012 as necessary, and executes various processing procedures.
  • program module 1093 and program data 1094 related to the program are not limited to being stored in the hard disk drive 1090, and may be stored in a removable storage medium, for example, and read by the CPU 1020 via a disk drive or the like. .
  • the program module 1093 and program data 1094 related to the program are stored in another computer connected via a network (LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc.), and are transmitted via the network interface 1070. It may be read by the CPU 1020.
  • LAN Local Area Network
  • WAN Wide Area Network
  • module, -er suffix, -or suffix can be read as unit, means, circuit, etc.
  • a communication module, a control module, and a storage module can be read as a communication unit, a control unit, and a storage unit, respectively.
  • communication device 110 communication unit 120 control unit 121 acquisition unit 122 first processing unit 123 calculation unit 124 writing unit 125 second processing unit 130 storage unit

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Abstract

本発明の通信装置（１００）は、パケットを取得する取得部（１２１）と、取得部（１２１）により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理を行う第一の処理部（１２２）と、取得部（１２１）により取得されたパケットと第一の処理部（１２２）により転送処理が行われたパケットとに基づいてハードウェアにより関数を計算する計算部（１２３）と、取得部（１２１）により取得されたパケットを、計算部（１２３）により計算された関数に入力し、関数による出力を用いて、ハードウェアにより転送処理を行う第二の処理部（１２５）とを有する。

Description

通信装置、通信方法および通信プログラム
　本発明は、通信装置、通信方法および通信プログラムに関する。
　従来、パケット処理の実装には、ＣＰＵなどを利用しソフトウェアで実装するパケット処理方法と、ＡＳＩＣやＮＰＵ、ＦＰＧＡなどのハードウェアを利用して実装したパケット処理方法が存在する。また、ステートフルなパケット処理はハードウェアでの実装が困難なため、ソフトウェアでの柔軟な実装が行われる。
Behavior　of　NAPT　Middleware　in　an　SDN　Environment　DOI:　10.1109/EICT48899.2019.9068752
　しかしながら、従来技術では、実装規模を増大させることなく、ステートフルなパケット処理を高速に行うことができないという課題がある。例えば、ソフトウェア処理では柔軟な実装が可能であるが、処理スピードが低いという欠点がある。また、例えば、ＮＡＰＴなどステートを持つようなパケット処理では、パケットフローごとに複雑な処理が必要であるため、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどによるハードウェア処理を行うのは困難である。
　ハードウェア処理は単純な処理を高速で行うことができるが、ステートフルな処理に対応させると実装規模が増大してしまうためである。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ステートフルなパケット処理を高速に行う通信装置、通信方法および通信プログラムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の通信装置は、パケットを取得する取得部と、取得部により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理を行う第一の処理部と、取得部により取得されたパケットと第一の処理部により転送処理が行われたパケットとに基づいてハードウェアにより関数を計算する計算部と、取得部により取得されたパケットを、計算部により計算された関数に入力し、関数による出力を用いて、ハードウェアにより転送処理を行う第二の処理部とを有する。
　本発明によれば、実装規模を増大させることなく、ステートフルなパケット処理を高速に行うことができる。
図１は、通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、通信装置による処理を説明する図である。 図３は、通信装置による処理を説明する図である。 図４は、通信装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図５は、通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図６は、通信装置による処理を説明する図である。 図７は、通信装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図８は、通信プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本願に係る通信装置、通信方法および通信プログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示しており、重複する説明は省略される。
［実施形態１］
［通信装置の構成］
　次に、図１を用いて、通信装置１００の構成について説明する。図１が示すように、通信装置１００は、通信部１１０と、制御部１２０と、記憶部１３０とを有する。なお、これらの各部は、複数の装置が分散して保持してもよい。以下にこれら各部の処理を説明する。
　通信部１１０は、ＮＩＣ（Network　Interface　Card）等で実現され、ＬＡＮ（Local　Area　Network）やインターネットなどの電気通信回線を介した外部装置と制御部１２０の通信を可能とする。例えば、通信部１１０は、外部装置と制御部１２０との通信を可能とする。
　記憶部１３０は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、フラッシュメモリ（Flash　Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。記憶部１３０が記憶する情報としては、例えば、ヘッダハッシュ値、ペイロードハッシュ値、関数の計算方法、その他パケットの処理に必要な情報などが含まれる。なお、記憶部１３０が記憶する情報は上記に記載したものに限定されない。
　制御部１２０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＮＰ（Network　Processor）やＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）等を用いて実現され、メモリに記憶された処理プログラムを実行する。図１に示すように、制御部１２０は、取得部１２１と、第一の処理部１２２と、計算部１２３と、書き込み部１２４と、第二の処理部１２５とを有する。以下、制御部１２０が有する各部について説明する。
　取得部１２１は、パケットを取得する。例えば、取得部１２１は、ステートフルな処理が必要となるパケットを取得する。例えば、取得部１２１は、ＮＡＰＴ（Network　Address　Port　Translation）の対象となるパケットを取得する。
　第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理する。例えば、第一の処理部１２２は、ビット演算による演算結果を用いて転送処理を行う。また、例えば、第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、論理演算やビットシフト、ローテートなどのビット演算を組み合わせた処理結果を用いて、ソフトウェアにより転送処理を行う。
　計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと第一の処理部１２２により転送処理が行われたパケットとに基づいて、関数を計算する。例えば、計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと第一の処理部１２２によりビット演算処理されたパケットとのパケットのビット列の差分から、関数を計算する。例えば、計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと第一の処理部１２２によりビット演算処理されたパケットとのパケットのビット列の差分から、処理の逆関数を計算する。また、例えば、計算部１２３は、ＮＡＰＴの場合、アドレスポート変換に際して、パケットヘッダの特定箇所を取得することで変換パターンを計算することが可能である。
　また、例えば、計算部１２３は、第一の処理部１２２により、ＧＲＥ（Generic　Routing　Encapsulation）デカプセルの処理が行われる前後のパケットのビット列の差分から、関数を計算する。また、例としてＮＡＰＴやＧＲＥを挙げたが、計算部１２３は、サービスファンクションチェイニングなど、複数の処理を複雑に組み合わせた処理であっても、ビット列の差分を得ることができれば、関数の計算が可能である。
　第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、計算部１２３により計算された関数に入力し、関数による出力を用いて、ハードウェアにより転送処理する。例えば、第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、計算部１２３により計算された逆関数に入力し、逆関数による出力を用いて、ハードウェアにより転送処理する。
［通信装置による処理］
　次に、図２を用いて、通信装置１００による処理について説明する。まず、取得部１２１はパケットを取得する。次に、第一の処理部１２２は、ソフトウェアにより転送処理を行う。つまり、通信装置１００は、最初の転送処理についてはソフトウェアで行う。なお、図２においては、処理Ａと処理Ｂとが第一の処理部１２２に該当する。
　それから、計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと、第一の処理部１２２により転送処理が行われたパケットとに基づいてハードウェアにより関数を計算する。図２においては、逆関数導出部が計算部１２３に該当する。
　そして、第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、計算部１２３により計算された関数に入力し、当該関数による出力を用いることで、ハードウェアによる転送処理を行う。つまり、通信装置１００は、関数の計算後は、ハードウェアにより処理を行う。なお、図２においては、処理部が第二の処理部１２５に該当する。
　次に、図３を用いて、通信装置１００による処理について詳細に説明する。通信装置１００は、同一フローか否かの判定について、ヘッダのハッシュ値を計算することで高速化する。また、通信装置１００は、ホスト処理部への入力パケットと出力パケットが同一か否かの突合せを、ペイロードハッシュ計算部により計算されるペイロードのハッシュ値を用いることで実現する。なお、通信装置１００は、パケットへのマーキングによって、ホスト処理部への入力パケットと出力パケットが同一か否かの突合せを行ってもよい。
　また、通信装置１００の関数の計算を行う逆関数計算部は、加算演算・乗算演算・ビットシフトのパラメータを、ビット演算子を用いることにより逆関数を導出する。通信装置１００は、各フローについて生存時間を設け、通信がなくなったフローについては随時消去することにより、フローエントリの節約を行ってもよい。
　通信装置１００は、上述の処理を行うことにより、高速なルックアップ、関数計算を行うことができる。
［フローチャート］
　次に、図４を用いて、通信装置１００による処理の流れについて説明する。なお、下記のステップＳ１１～Ｓ１４は、異なる順序で実行することもできる。また、下記のステップＳ１１～Ｓ１４のうち、省略される処理があってもよい。
　まず、取得部１２１は、パケットを取得する（ステップＳ１１）。例えば、取得部１２１は、ＮＡＰＴのようなステートフルな処理が必要となるパケットを取得する。
　次に、第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理する（ステップＳ１２）。例えば、第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、論理演算やビットシフト、ローテートなどのビット演算を組み合わせた処理結果を用いて、ソフトウェアにより転送処理する。
　それから、計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと第一の処理部１２２により転送処理されたパケットとに基づいて、関数を計算する（ステップＳ１３）。例えば、計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと第一の処理部１２２によりビット演算処理されたパケットとのビット列の差分から、関数を計算する。
　そして、第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、計算部１２３により計算された関数に入力し、関数による出力を用いて、ハードウェアにより転送処理する（ステップＳ１４）。
［効果］
　実施形態に係る通信装置１００は、取得部１２１と、第一の処理部１２２と、計算部１２３と、第二の処理部１２５とを有する。取得部１２１は、パケットを取得する。第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理する。計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと第一の処理部１２２により転送処理が行われたパケットとに基づいてハードウェアにより関数を計算する。第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、計算部１２３により計算された関数に入力し、当該関数による出力を用いて、ハードウェアにより転送処理する。
　これにより通信装置１００は、ハードウェアでパケット処理パターンを自律的に計算し、実装規模を増大させることなく、ステートフルなパケット処理を高速に行うことができる。
　また、通信装置１００において、第一の処理部１２２は、ビット演算によって転送処理を行い、計算部１２３は、取得部１２１により取得されたパケットと、第一の処理部１２２により転送処理が行われたパケットとのビット列の差分から関数を計算する。これにより通信装置１００は、ビット列の差分を得ることができる処理について、ハードウェアによる自律的な計算を可能とし、実装規模を増大させることなく、ステートフルなパケット処理を高速に行うことができる。
　また、これにより、通信装置１００は、第一の処理部１２２における処理が複雑化、多段化した場合でも、ビット演算処理可能な変更であれば、計算部１２３や第二の処理部１２５の変更を伴うことなく処理を行うことができる。すなわち、図２に示すソフトウェア処理部の処理Ａ、処理Ｂに加え、処理Ｃ、処理Ｄ、処理Ｅと増えた場合においても、ハードウェア処理部は同じ回路を使うことができる。
［実施形態２］
　次に実施形態２について説明する。上述の実施形態１と共通する部分については、説明を適宜省略する。上述の実施形態１では、ソフトウェアで行われるパケット転送処理の入出力から関数を計算し、関数を用いることでハードウェアによる高速なパケット転送処理を可能とする。
　これに対して、実施形態２では、ソフトウェアで行われるパケット転送処理のルールをパラメータとしてハードウェアに設定することでハードウェアによる高速なパケット転送処理を可能とする。
［通信装置の構成］
　次に、図５を用いて、通信装置１００の構成について説明する。図５が示すように、通信装置１００は、通信部１１０と、制御部１２０と、記憶部１３０とを有する。なお、これらの各部は、複数の装置が分散して保持してもよい。
　記憶部１３０は、例えば、ルーティングテーブル、その他パケットの処理に必要な情報を記憶する。なお、記憶部１３０が記憶する情報は上記に記載したものに限定されない。
　図５に示すように、制御部１２０は、取得部１２１と、第一の処理部１２２と、書き込み部１２４と、第二の処理部１２５とを有する。以下、制御部１２０が有する各部について説明する。
　取得部１２１は、パケットと所定のパラメータとを取得する。例えば、取得部１２１は、ステートフルな処理が必要となるパケットと、ステートフルな処理に必要なパラメータを取得する。より具体的には、取得部１２１は、ＮＡＰＴの場合、ＮＡＰＴの対象となるパケットと、アドレスポート変換テーブルのパラメータとを取得する。なお、取得部１２１が取得するパケットと所定のパラメータとの対象はＮＡＰＴに限定されず、ステートフルファイアウォール、ＡＲＰ（Address　Resolution　Protocol）、ルーティング、ポリシーベースルーティングなど、テーブルに基づいた処理を行う必要がある処理、またはセッション情報などのステートを持つ必要がある処理全般が含まれるものとする。
　第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、取得部１２１により取得された所定のパラメータに基づいて、ソフトウェアにより転送処理を行う。例えば、第一の処理部１２２は、ＮＡＰＴの対象となるパケットを、アドレスポート変換テーブルのパラメータを用いることにより、アドレスポート変換する処理を行う。
　書き込み部１２４は、第一の処理部１２２による転送処理に用いられた所定のパラメータをハードウェアに書き込む。例えば、書き込み部１２４は、ルーティングテーブルのパラメータを、ソフトウェアから操作可能なＦＰＧＡの回路書き換えや、レジスタ値への書き込み、ＲＡＭへの書き込みなどのようにハードウェアに書き込む。
　第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、書き込み部１２４により書き込まれた所定のパラメータに基づいて、ハードウェアにより転送処理する。例えば、第二の処理部１２５は、ＮＡＰＴの対象となるパケットを、ルーティングテーブルに基づいて、転送処理する。
［転送処理］
　次に、図６を用いて、通信装置１００による転送処理について説明する。まず、取得部１２１は、パケットとパラメータとを取得する。次に、第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、取得部１２１により取得された所定のパラメータに基づいて、ソフトウェアにより転送処理を行う。つまり、通信装置１００は、最初の転送処理についてはソフトウェアで行う。なお、図６において、ステートフル処理が第一の処理部１２２に該当する。
　それから、書き込み部１２４は、第一の処理部１２２による転送処理に用いられた所定のパラメータをハードウェアに書き込む。例えば、書き込み部１２４は、レジスタに所定のパラメータを書き込む。つまり、通信装置１００は、パケット処理ルールをハードウェアに設定する。
　そして、第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、書き込み部１２４により書き込まれた所定のパラメータに基づいて、ハードウェアにより転送処理する。つまり、通信装置１００は、関数の計算後は、ハードウェアにより転送処理を行う。なお、図６においては、高速処理部が第二の処理部１２５に該当する。
［フローチャート］
　次に、図７を用いて、通信装置１００による処理の流れについて説明する。なお、下記のステップＳ２１～Ｓ２４は、異なる順序で実行することもできる。また、下記のステップＳ２１～Ｓ２４のうち、省略される処理があってもよい。
　まず、取得部１２１は、パケットとパラメータとを取得する（ステップＳ２１）。例えば、取得部１２１は、ＮＡＰＴの対象となるパケットと、ルーティングテーブルとを取得する。
　次に、第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、取得部１２１により取得された所定のパラメータに基づいて、ソフトウェアにより転送処理を行う（ステップＳ２２）。例えば、第一の処理部１２２は、ＮＡＰＴの対象となるパケットを、アドレスポート変換テーブルのパラメータを用いることにより、アドレスポート変換する処理を行う。
　それから、書き込み部１２４は、第一の処理部１２２による転送処理に用いられた所定のパラメータをハードウェアに書き込む（ステップＳ２３）。例えば、書き込み部１２４は、ルーティングテーブルのパラメータを、ソフトウェアから操作可能なＦＰＧＡの回路書き換えや、レジスタ値への書き込み、ＲＡＭへの書き込みなどのようにハードウェアに書き込む。
　そして、第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、書き込み部１２４により書き込まれた所定のパラメータに基づいて、ハードウェアにより転送処理する（ステップＳ２４）。例えば、第二の処理部１２５は、ＮＡＰＴの対象となるパケットを、ルーティングテーブルに基づいて、転送処理する。
［効果］
　実施形態に係る通信装置１００は、取得部１２１と、第一の処理部１２２と、書き込み部１２４と、第二の処理部１２５とを有する。取得部１２１は、パケットと所定のパラメータとを取得する。第一の処理部１２２は、取得部１２１により取得されたパケットを、取得部１２１により取得された所定のパラメータに基づいて、ソフトウェアにより転送処理する。書き込み部１２４は、第一の処理部１２２による転送処理に用いられた所定のパラメータをハードウェアに書き込む。第二の処理部１２５は、取得部１２１により取得されたパケットを、書き込み部１２４により書き込まれた所定のパラメータに基づいて、ハードウェアにより転送処理する。
　これにより通信装置１００は、ソフトウェアで処理されるパケット処理パターンをハードウェアに設定し、実装規模を増大させることなく、ステートフルなパケット処理を高速に行うことができる。
　また、通信装置１００における第一の処理部１２２は、所定のパラメータとしてルーティングテーブルに基づいて転送処理を行い、書き込み部１２４は、ルーティングテーブルの情報を前記ハードウェアに書き込み、第二の処理部１２５は、ルーティングテーブルに基づいて転送処理を行う。これにより通信装置１００は、ソフトウェアで処理されるルーティングテーブルに基づいたパケット処理パターンをハードウェアに設定し、実装規模を増大させることなく、ステートフルなパケット処理を高速に行うことができる。
［プログラム］
　また、上記実施形態において説明した通信装置１００が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。この場合、コンピュータがプログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、かかるプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませて実行することにより上記実施形態と同様の処理を実現してもよい。
　図８は、プログラムを実行するコンピュータを示す図である。図８に例示するように、コンピュータ１０００は、例えば、メモリ１０１０と、ＣＰＵ１０２０と、ハードディスクドライブインタフェース１０３０と、ディスクドライブインタフェース１０４０と、シリアルポートインタフェース１０５０と、ビデオアダプタ１０６０と、ネットワークインタフェース１０７０とを有し、これらの各部はバス１０８０によって接続される。
　メモリ１０１０は、図８に例示するように、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）１０１１及びＲＡＭ１０１２を含む。ＲＯＭ１０１１は、例えば、ＢＩＯＳ（Basic　Input　Output　System）等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース１０３０は、図８に例示するように、ハードディスクドライブ１０９０に接続される。
　ディスクドライブインタフェース１０４０は、図８に例示するように、ディスクドライブ１１００に接続される。例えば、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が、ディスクドライブ１１００に挿入される。シリアルポートインタフェース１０５０は、図８に例示するように、例えば、マウス１１１０、キーボード１１２０に接続される。ビデオアダプタ１０６０は、図８に例示するように、例えばディスプレイ１１３０に接続される。
　ここで、図８に例示するように、ハードディスクドライブ１０９０は、例えば、ＯＳ１０９１、アプリケーションプログラム１０９２、プログラムモジュール１０９３、プログラムデータ１０９４を記憶する。すなわち、上記のプログラムは、コンピュータ１０００によって実行される指令が記述されたプログラムモジュールとして、例えば、ハードディスクドライブ１０９０に記憶される。
　また、上記実施形態で説明した各種データは、プログラムデータとして、例えば、メモリ１０１０やハードディスクドライブ１０９０に記憶される。そして、ＣＰＵ１０２０が、メモリ１０１０やハードディスクドライブ１０９０に記憶されたプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４を必要に応じてＲＡＭ１０１２に読み出し、各種処理手順を実行する。
　なお、プログラムに係るプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ハードディスクドライブ１０９０に記憶される場合に限られず、例えば着脱可能な記憶媒体に記憶され、ディスクドライブ等を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。あるいは、プログラムに係るプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ネットワーク（ＬＡＮ（Local　Area　Network）、ＷＡＮ（Wide　Area　Network）等）を介して接続された他のコンピュータに記憶され、ネットワークインタフェース１０７０を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。
［その他］
　様々な実施形態を、図面を参照して、本明細書で詳細に説明したが、これらの複数の実施形態は例であり、本発明をこれらの複数の実施形態に限定することを意図するものではない。本明細書に記載された特徴は、当業者の知識に基づく様々な変形や改良を含む、様々な方法によって実現され得る。例えば、ソフトウェアにより行われる処理と、ハードウェアにより行われる処理とを、それぞれ異なる装置により行うことで実現してもよい。
　また、上述した「部（module、-er接尾辞、-or接尾辞）」は、ユニット、手段、回路などに読み替えることができる。例えば、通信部（communication　module）、制御部（control　module）および記憶部（storage　module）は、それぞれ、通信ユニット、制御ユニットおよび記憶ユニットに読み替えることができる。
　１００　通信装置
　１１０　通信部
　１２０　制御部
　１２１　取得部
　１２２　第一の処理部
　１２３　計算部
　１２４　書き込み部
　１２５　第二の処理部
　１３０　記憶部

Claims (7)

  1. 　パケットを取得する取得部と、
    　前記取得部により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理する第一の処理部と、
    　前記取得部により取得されたパケットと前記第一の処理部により転送処理が行われたパケットとに基づいてハードウェアにより関数を計算する計算部と、
    　前記取得部により取得されたパケットを、前記計算部により計算された関数に入力し、当該関数による出力を用いて、前記ハードウェアにより転送処理する第二の処理部と
    　を有することを特徴とする通信装置。
  2. 　前記第一の処理部は、ビット演算によって転送処理を行い、
    　前記計算部は、前記取得部により取得されたパケットと、前記第一の処理部により転送処理が行われたパケットとのビット列の差分から関数を計算することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  3. 　パケットと所定のパラメータとを取得する取得部と、
    　前記取得部により取得されたパケットを、前記取得部により取得された所定のパラメータに基づいて、ソフトウェアにより転送処理する第一の処理部と、
    　前記第一の処理部による転送処理に用いられた所定のパラメータをハードウェアに書き込む書き込み部と、
    　前記取得部により取得されたパケットを、前記書き込み部により書き込まれた所定のパラメータに基づいて、ハードウェアにより転送処理する第二の処理部と
    　を有することを特徴とする通信装置。
  4. 　前記第一の処理部は、所定のパラメータとしてルーティングテーブルに基づいて転送処理を行い、
    　前記書き込み部は、前記ルーティングテーブルの情報を前記ハードウェアに書き込み、
    　前記第二の処理部は、前記ルーティングテーブルに基づいて転送処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
  5. 　コンピュータが実施する通信方法であって、
    　パケットを取得する取得工程と、
    　前記取得工程により取得されたパケットを、ソフトウェアにより転送処理する第一の処理工程と、
    　前記取得工程により取得されたパケットと前記第一の処理工程により転送処理が行われたパケットとに基づいてハードウェアにより関数を計算する計算工程と、
    　前記取得工程により取得されたパケットを、前記計算工程により計算された関数に入力し、当該関数による出力を用いて、前記ハードウェアにより転送処理する第二の処理工程と
    　を含むことを特徴とする通信方法。
  6. 　コンピュータが実施する通信方法であって、
    　パケットと所定のパラメータとを取得する取得工程と、
    　前記取得工程により取得されたパケットを、前記取得工程により取得された所定のパラメータに基づいて、ソフトウェアにより転送処理する第一の処理工程と、
    　前記第一の処理工程による転送処理に用いられた所定のパラメータをハードウェアに書き込む書き込み工程と、
    　前記取得工程により取得されたパケットを、前記書き込み工程により書き込まれた所定のパラメータに基づいて、ハードウェアにより転送処理する第二の処理工程と
    　を含むことを特徴とする通信方法。
  7. 　コンピュータを、請求項１～４のうちいずれか１つに記載の通信装置として機能させるための通信プログラム。
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