JP4410467B2 - キャッシュ入力の選択方法および装置 - Google Patents
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Description
Peter Newman他、「IP Switching andGigabit Routers」、IEEE Communication Magazine、Vol. 35、No. 1、1997年1月、64〜69頁 T. V. Lakshman、D. Stiliadis、「High-speedPolicy-based Packet Forwarding Using Efficient Multi-dimensional Range Matching」、Proc.ACM SIGCOMM'98、Comp. Commun. Rev. Vol. 28、No. 4、1998年10月、203〜214頁 P. Gupta、N. McKeown、「PacketClassification on Multiple Fields」、ACM SIGCOMM'99、Comp. Commun. Rev. Vol. 29、No.4、1999年10月、147〜160頁
a)各着信データ・パケットごとに、そのデータ・パケットが関連づけられる、トラフィック・フローの形式やトラフィックの優先度、に関連する分類情報の評価を行う評価ステップと、
b)評価ステップの結果に基づき、そのデータ・パケットについて、キャッシュ・メモリにキャッシュ・エントリを挿入すべきかどうか選択する選択ステップと、
c)選択ステップの結果、キャッシュ・エントリを挿入すべきであるとされる場合、そのデータ・パケットについて、アドレス情報および関連出力リンク情報を、キャッシュ・メモリにキャッシュ・エントリとして挿入する入力ステップと、
を有する。
図1に、通信システムのノード内のネットワーク・プロセッサを概略的に示す。ここで、プロトコル・データ・ユニットまたはPDUとも呼ばれる、着信データ・パケットのヘッダを解析して、各データ・パケットを複数の出力ポートの1つに送るか、あるいは、現行ポリシー(運用規定)で必要とされる場合は、それを止めることができるようにする。
キャッシュ・エントリは、例えば、優先度の高いデータ・パケット、あるいは、その後に同一アドレスを持つデータ・パケットが続くことが予想されることを暗示するフローの開始の識別子(例えばTCP−SYN)といった、別の判定基準を有するデータ・パケットなど、選択ステップで選択されるデータ・パケットに対して作成される。そうした意味で相互にグループを形成する、1群のデータ・パケットを、データ・パケット・フローと呼ぶ。この選択ステップは、第1の実施形態について図2に示すように、各信号を、線21を介してキャッシュ・メモリ39およびルックアップ・エンジン19に送信することを行うヘッダ・パーサ17によって実施することができる。第2の実施形態について図3に示す別の解決法は、ルックアップ・エンジン19のルックアップ操作の結果に応じての選択を行い、次いで、ルックアップ・エンジンが、各選択信号を線43を介してキャッシュ・メモリ39に送信するものである。この第2の方式が使用されるのは、例えば、データ・パケットの優先度をデータ・パケット・ヘッダから明示的に推定することができないが、それが、データ・パケット分類処理中に判定される場合である。評価と選択からなる、キャッシュ入力判断の第3の実施形態を図4に示す。ヘッダ・パーサ17は、評価ステップでデータ・パケット・ヘッダを評価し、TCP(大量)伝送の先頭または末尾を検出する。その先頭または末尾が検出された場合、その結果を使って、あるデータ・パケットについて、キャッシュ・エントリを挿入すべきかどうか判定する。
各着信データ・パケットのヘッダがヘッダ・パーサ17に入力される。宛先アドレスなどの関連情報がキャッシュ・メモリ39およびルックアップ・エンジン19に転送され、両者が並列にそれぞれの操作を開始し、必要な出力情報(目標ポート選択)を検索する。検査ステップでは、そのデータ・パケットのアドレス情報または関連出力リンク情報が、キャッシュ・メモリ39にすでに含まれているかどうか検査する。
キャッシュ・エントリを挿入するための選択の判断は、アドレス情報や、適用される通信プロトコルに関する通信プロトコル情報など、様々な判定基準に基づくことができる。以下に、受信データ・パケット(PDU)の優先度か、あるいは大量(グループ)のデータ・パケット伝送の指示かのどちらかに基づく選択について、3つの例を示す。ある例では、データ・パケット優先度が、データ・パケット・ヘッダ中に直接指示される。別の例では、ヘッダ内容から導き出される間接的優先度指示がある。第3の例では、TCP伝送の最初と最後のデータ・パケットの指示が、選択基準として使用される。
図2はデータ・パケットのヘッダを示しており、その中で、(a)キャッシュ入力の判断を行うための判定基準として評価される部分、および(b)ルックアップ操作のための入力値として使用される部分をマークしてある。これらの部分は分類情報を表しており、この情報によって、データ・パケットを評価することや、それがキャッシュ・エントリを挿入する対象のデータ・パケットに属するかどうか分類することが可能になる。判定基準は、各データ・パケットの優先度と、同じデータ・フローに含まれる他のすべてのデータ・パケットの優先度とを、明示的にコード化したものである。この判定基準は、DiffServ DSCPビットあるいはVLAN優先度ビットのどちらでもよい。ヘッダ・パーサ17は、これらのビットを評価し、その結果に応じて、ルックアップ・エンジン19およびキャッシュ・メモリ39に、サーチ結果をキャッシュに入れるべきかどうか知らせる。
図3もまた、データ・パケット(PDU)・ヘッダを示し、その中で、評価に使用される、その他のフィールドをマーク、すなわち陰影を施してある。それは、(a)プロトコル標識、(b)ソース・アドレス、(c)宛先アドレス、(d)ソース・ポート、および(e)宛先ポートから成る5個組の要素である。これらの値は、ヘッダ・パーサ17によって抽出され、ルックアップ・エンジン19に提供される。ルックアップ・エンジン19は、その一例を本明細書の最後の表1に示してある、ルール・テーブルを含んでおり、それによって、プロトコル/アドレスの5個組の要素を基準とした分類を行うことができる。ルール・テーブルでのサーチ、すなわちルックアップの結果、2つの値が提供される。その1つは、(1)各データ・パケットの優先度を決定する分類(高/低/否認)である。この優先度の値が切り換えユニット29に提供される。これにより、例えば、優先度が高の場合にのみキャッシュ・エントリを作成するなど、キャッシュ・メモリ39にキャッシュ・エントリを作成する必要があるかどうかも決定される。ルール・テーブルでのルックアップでさらに、(2)各データ・パケットに使用される目標ポートの識別も提供される。
本発明の応用範囲は、もちろん、上記2つの例で与えられる場合に限られるものではない。例えば、MPLSラベル、ATM UPI/VCIラベル、イーサネット(R)MACアドレスなど、データ・パケットのトラフィックやフロー・カテゴリ、あるいはその優先度を反映する、どのような単一のヘッダ・フィールドまたはヘッダ・フィールドの組合せも、判定基準として使用することができる。
前述の方法が使用された場合でも、キャッシュ・メモリ39は結局は満杯になることもあり、別のキャッシュ・エントリを挿入できるようにするには、事前にキャッシュ・メモリ39からキャッシュ・エントリを削除して、記憶位置をクリアしなければならない。キャッシュ・エントリ削除のルールは、用いられるキャッシュ入力決定機構とは独立とすることができるが、同じ選択方式を使用することもまた可能である。キャッシュ位置のクリアには、もちろん、LRUルールを使用することができる。
すでに背景技術で簡単に述べたように、アドレス指定されたデータ・パケットを様々な宛先に送信する通信システムにおいて、前述した方法を使用するときに得られる主要な利点は、以下のとおりである。
13 PDUパイプライン
15 入力
17 ヘッダ・パーサ
19 ルックアップ・エンジン
21 接続
23 線
25 ポリサ
27 線
29 切り換えユニット
31 接続
33 線
35 PCIインタフェース
39 キャッシュ・メモリ
41 線
Claims (20)
- 着信データ・パケットが、当該データ・パケットに含まれる宛先アドレス情報から得られる出力リンク情報に基づいて正しい出力リンクに送信される装置において、各着信データ・パケットに対応する出力リンク情報を獲得する方法であって、
1) 前記装置内のデータ・パイプライン部が前記データ・パケットを受け取って、前記装置内における当該データ・パケット用の出力リンク情報を獲得するための時間を確保するステップと、
2) 前記装置内のヘッダ・パーサ部が、各データ・パケットのヘッダ部を受け取り、当該ヘッダ部に含まれる明示的優先度情報を抽出しこれを評価するステップと、
3) 前記評価するステップの結果に基づき、前記ヘッダ・パーサ部が、前記装置内のキャッシュ・メモリに、前記宛先アドレス情報および前記出力リンク情報の対を新たなキャッシュ・エントリとして挿入するべきかどうかを選択するステップと、
4) 前記装置内のルックアップ・エンジン部が、前記宛先アドレス情報に基づいて、前記データ・パケットに対応する出力リンク情報を得るためのルックアップ・サーチを開始するステップと、
5) 前記選択するステップにおいて、前記装置内のキャッシュ制御部が、前記キャッシュ・メモリ内に、前記宛先アドレス情報に係るキャッシュ・エントリが既に存在するかどうかを検査するステップと、
6) 前記検査するステップにおいて、前記宛先アドレス情報に係る前記キャッシュ・エントリが発見された場合に、前記ルックアップ・エンジン部が前記ルックアップ・サーチを中止し、前記キャッシュ制御部によって発見された前記キャッシュ・エントリから得られる出力リンク情報を、前記キャッシュ制御部が、前記データ・パケットについての出力リンク情報として採用するために前記データ・パイプライン部に送るステップと、
7) 前記検査するステップにおいて、前記宛先アドレス情報に係る前記キャッシュ・エントリが発見されなかった場合に、前記ルックアップ・エンジン部が、前記ルックアップ・サーチによって得られた出力リンク情報を、新たなキャッシュ・エントリとして挿入するために前記キャッシュ制御部に送り、かつ、当該出力リンク情報を前記データ・パケットについての出力リンク情報として採用するために前記データ・パイプライン部に送るステップと、
を有する方法。 - 前記出力リンク情報が、前記宛先アドレス情報に対応した、前記データ・パケットを前記装置から送出するための目標ポートID情報を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記明示的優先度情報が、DiffServ DSCPビットおよびVLAN優先度ビットのいずれかまたは両方を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記明示的優先度情報は、データ・パケットのバースト型転送を可能にするTCP伝送における、当該バースト型転送の開始を表すSYNメッセージであり、前記評価するステップにおいて当該SYNメッセージが抽出され、有効であると評価された場合は、前記選択するステップにおいて、前記キャッシュ・メモリに、前記宛先アドレス情報および前記出力リンク情報の対を新たなキャッシュ・エントリとして挿入するべき選択をする、請求項2に記載の方法。
- 前記明示的優先度情報が、データ・パケットのバースト型転送を可能にするTCP伝送における、当該バースト型転送の終了を表すFINメッセージであり、前記評価するステップにおいて当該FINメッセージが抽出され、有効であると評価された場合に、前記キャッシュ制御部が、当該データ・パケットに含まれる宛先アドレス情報と同一の宛先アドレス情報に係るキャッシュ・エントリを前記キャッシュ・メモリから削除するステップをさらに有する、請求項4に記載の方法。
- 着信データ・パケットが、当該データ・パケットに含まれる宛先アドレス情報から得られる出力リンク情報に基づいて正しい出力リンクに送信される装置において、各着信データ・パケットに対応する出力リンク情報を獲得する方法であって、
1) 前記装置内のデータ・パイプライン部が前記データ・パケットを受け取って、前記装置内における当該データ・パケット用の出力リンク情報を獲得するための時間を確保するステップと、
2) 前記装置内のヘッダ・パーサ部が、各データ・パケットのヘッダ部を受け取り、当該ヘッダ部に含まれる暗示的優先度情報を抽出しこれを前記装置内のルックアップ・エンジン部に送るステップと、
3) 前記ルックアップ・エンジン部が、前記暗示的優先度情報を評価し、その結果に基づき、前記装置内のキャッシュ・メモリに、前記暗示的優先度情報および前記出力リンク情報の対を新たなキャッシュ・エントリとして挿入するべきかどうかを選択するステップと、
4) 前記ルックアップ・エンジン部が、前記暗示的優先度情報に基づいて、前記データ・パケットに対応する出力リンク情報を得るためのルックアップ・サーチを開始するステップと、
5) 前記選択するステップにおいて、前記装置内のキャッシュ制御部が、前記キャッシュ・メモリ内に、前記暗示的優先度情報に係るキャッシュ・エントリが既に存在するかどうかを検査するステップと、
6) 前記検査するステップにおいて、前記暗示的優先度情報に係る前記キャッシュ・エントリが発見された場合に、前記ルックアップ・エンジン部が前記ルックアップ・サーチを中止し、前記キャッシュ制御部によって発見された前記キャッシュ・エントリから得られる出力リンク情報を、前記キャッシュ制御部が、前記データ・パケットについての出力リンク情報として採用するために前記データ・パイプライン部に送るステップと、
7) 前記検査するステップにおいて、前記暗示的優先度情報に係る前記キャッシュ・エントリが発見されなかった場合に、前記ルックアップ・エンジン部が、前記ルックアップ・サーチによって得られた出力リンク情報を、前記キャッシュ・エントリとして挿入するために前記キャッシュ制御部に送り、および、当該出力リンク情報を前記データ・パケットについての出力リンク情報として採用するために前記データ・パイプライン部に送るステップと、
を有する方法。 - 前記暗示的優先度情報が、(a)プロトコル標識、(b)ソース・アドレス、(c)宛先アドレス、(d)ソース・ポート、および(e)宛先ポート、から成る5個組の要素を含む、請求項4に記載の方法。
- 着信データ・パケットがアドレス情報に従って出力リンクに送信される装置において、キャッシュ・メモリ(39)にキャッシュ・エントリを挿入する方法であって、
a)前記各着信データ・パケットごとに、前記データ・パケットが関連づけられるフローの形式あるいは優先度、に関連する分類情報を評価する評価ステップと、
b)前記評価ステップの結果に基づき、前記データ・パケットについて、前記キャッシュ・メモリ(39)に前記キャッシュ・エントリを挿入すべきかどうか選択する選択ステップと、
c)前記選択ステップの結果、前記キャッシュ・エントリを挿入すべきであるとされる場合に、前記データ・パケットについて、前記アドレス情報および関連出力リンク情報を前記キャッシュ・メモリ(39)に前記キャッシュ・エントリとして挿入する入力ステップと、
を有する方法。 - a)各データ・パケットについて、そのアドレス情報または関連出力リンク情報が、キャッシュ・エントリにすでに含まれているかどうか検査する検査ステップと、
b)キャッシュ・エントリ中に前記アドレス情報または関連出力リンク情報が見つかった場合は、そのキャッシュ・エントリに記憶されている出力リンク情報を使用して、前記データ・パケットを転送する転送ステップと
をさらに有し、キャッシュ・エントリに前記アドレス情報または関連出力リンク情報が見つからない場合は、前記データ・パケットについて、前記評価ステップおよび前記選択ステップが実施される、請求項8に記載の方法。 - キャッシュ・エントリを作成すべき場合に、経路指定テーブルを使って、ルックアップ・ステップから前記出力リンク情報を得る、請求項8ないし9に記載の方法。
- 前記ルックアップ・ステップを前記検査ステップと同時に開始し、キャッシュ・エントリ中に前記アドレス情報または関連出力リンク情報が見つかった場合は、それを停止する、請求項10に記載の方法。
- 対応するキャッシュ・エントリを前記キャッシュ・メモリ(39)に挿入するために、バースト形式のトラフィックに関連するデータ・パケットが選択される、請求項8ないし11の一項に記載の方法。
- 対応するキャッシュ・エントリを前記キャッシュ・メモリ(39)に挿入するために、前記データ・パケットを一連の関連データ・パケットの開始データ・パケットまたは同期データ・パケットとして識別するデータ・パケット・ヘッダ・フィールドを有するデータ・パケットが選択される、請求項8ないし12の一項に記載の方法。
- 前記データ・パケットのヘッダに含まれる判定基準に基づいて、対応するキャッシュ・エントリを前記キャッシュ・メモリ(39)に挿入するための選択が行われる、請求項8ないし13の一項に記載の方法。
- 前記判定基準がアドレス情報および通信プロトコル情報を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記出力リンク情報を決定するのと同じユニットにおいて、キャッシュに入力するデータ・パケットの選択も行われる、請求項8ないし15の一項に記載の方法。
- 前記キャッシュ・メモリ(39)からキャッシュ・エントリを削除するかどうかの判断が、前記各キャッシュ・エントリが関連づけられる前記フローの形式に応じて、かつキャッシュの使用量の程度に応じて行われる、削除判断ステップ、をさらに有する、請求項8ないし16の一項に記載の方法。
- 着信データ・パケットがアドレス情報に従って出力リンクに送信される装置において、キャッシュ・メモリ(39)へのキャッシュ・エントリの挿入を制御するための機構であって、
a)前記各着信データ・パケットごとに、前記データ・パケットが関連づけられるフローの形式あるいは優先度、に関連する分類情報を評価する評価部(17)と、
b)前記評価ステップの結果に基づき、前記データ・パケットについて、前記キャッシュ・メモリ(39)に前記キャッシュ・エントリを挿入すべきかどうか選択する選択部(17)と、
c)前記選択ステップの結果、前記キャッシュ・エントリを挿入すべきである場合に、前記データ・パケットについて、前記アドレス情報および関連出力リンク情報を前記キャッシュ・メモリ(39)に前記キャッシュ・エントリとして挿入するためのキャッシュ読取り/書込みユニット(17)と、
を有する機構。 - 前記キャッシュ・エントリに前記アドレス情報または関連出力リンク情報が見つかった場合、そのキャッシュ・エントリに記憶されている出力リンク情報を使用して、前記データ・パケットを転送するための出力ユニット(29)、をさらに有する、請求項18に記載の機構。
- 経路指定テーブルをさらに有する、請求項18ないし19に記載の機構。
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