JP4786575B2 - コンピュータとネットワークインタフェースコントローラ間のデータ転送方法、プログラム及びネットワークインタフェースコントローラ - Google Patents
コンピュータとネットワークインタフェースコントローラ間のデータ転送方法、プログラム及びネットワークインタフェースコントローラ Download PDFInfo
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Description
ホストコンピュータ1とNIC5の間は、I/Oバス4と呼ばれる、ホストコンピュータ1によって用意された外部入出力装置と接続するためのインタフェースを経由して接続される。I/Oバス4にはPCIやPCI-X、PCI Express などの標準規格が広く用いられている。ホストコンピュータ1はこのI/Oバス4を経由してNIC5にデータや指示を送り、ネットワーク6を経由したデータのやりとりを行なう。
例えばイーサネット(登録商標)では1500バイト程度の大きさが上限であり、それ以上の長さのパケットを送受信することはできない。そのため、ホストコンピュータ1から1500 バイト以上の大きなデータ32を送信しようとすると、データ32を150
0バイトより小さなサイズに分割し、それぞれにヘッダをつけ、別々のパケット#1,パケット#2,・・・,パケット#n としてネットワークに送り出さなくてはならない。
まずNIC5が接続されているホスト1のCPU2上で動く制御ソフトウェアが、送信すべきデータ32と転送のための制御情報31(図8では記載を省略している。)を受け取る。次に制御ソフトウェアはパケットのための領域33を確保し、そこに制御情報31を元にヘッダを生成する。さらに、データ32の一部をコピーし、パケットを構成する。NIC5のコントローラ51 に転送指示を与えることによってこのパケットがNIC5のバッファ52に転送され、さらにパケットがNIC5からネットワーク6に送信される。この手順は、データ32が全て転送し終えるまで繰り返えされる。
(I/O バスの問題)
先に述べたように、NIC5はI/Oバス4を経由してコンピュータシステム1と接続されている。コンピュータシステム1はこのI/Oバス4を経由してNIC5への指示やデータの送受信を行なっている。
パケットをひとつずつ作って転送する方式では、元データからパケットへデータのコピーが必要となる。これはデータ全体に渡って行なう必要があるため、データが大きければ大きいほどコピーの回数が多くなる。
ネットワーク6にデータを転送する際には、必ずヘッダを作成する必要がある。このヘッダはネットワーク6の種類によって異なり、それぞれのネットワーク6に対応したヘッダを作成する必要がある。
(一括送信方式)
図8で説明した送信方式は、パケットをひとつ作るたびにNIC5のコントローラ51に対して転送指示を与えていた。I/Oバス4を経由してNIC5へ転送指示を行なうのは非常に大きなオーバーヘッドを伴うため、この方式では無駄が多い。
しかし、残りふたつの問題であるデータコピーの問題やヘッダ作成の問題に関してはそのまま残っている。
ギャザーテーブルとは、データへのポインタを複数個まとめたテーブルのことである。ギャザーテーブルを用いると、ばらばらに配置されたデータを一つ一つ渡すことなく、まとめて渡すことができる。
ホスト1のCPU2上で動く制御ソフトウェアが、送信すべきデータ32と転送のための制御情報31(図9では記載を省略している。)を受け取る。次に制御ソフトウェアは複数のヘッダのための領域34を確保し、そこに制御情報31を元に複数のヘッダを生成する。またギャザーテーブルのための領域35を確保し、そこにヘッダへのポインタと、そのヘッダに対応するデータへのポインタをまとめたギャザーテーブルを作成し、NIC5のコントローラ51に、領域35のアドレス通知を含む転送指示を行う。
しかし、ヘッダ作成の問題に関してはそのまま残っている。また、NIC5がI/O バス4経由でヘッダを取り出さなくてはならないため、I/O バス4のオーバーヘッドが増加してしまうという問題も発生する。
上記問題をすべて解決するための方法として、オフロードエンジン方式が提案されている。オフロードエンジンとは、パケット処理を行なうNIC上のハードウェアのことである。
ホスト1のCPU2からはパケット送信に必要な情報としてヘッダ作成用の情報を予めNIC5のオフロードエンジン55に渡して領域54に登録するとともに、データ32の位置のみを通知することで転送指示を行う。
しかし、オフロードエンジン方式ではNIC5での処理が複雑になってしまうという問題がある。NIC5上に搭載するオフロードエンジン55をハードウェアで構成した場合、ハードウェアで作りこまれた特定のネットワーク処理しかできないNIC5となってしまうため、ネットワーク処理の柔軟性に欠ける。
下記特許文献1及び特許文献2にはオフロードエンジン方式を用いたTCP/IP あるいはUDP/IP のためのネットワークインタフェースコントローラが提案されている。これらの方式は、特定のプロトコルであるTCP/IP あるいはUDP/IP に特化されており、他のプロトコルに応用することができない。
トワークインタフェースコントローラとホストコンピュータ間のデータ転送方式を実現することである。
そして、本発明のヘッダテーブルは、ホストコンピュータ上の制御プログラムが作成する。そのため、パケットのヘッダ構成をホストコンピュータ上のソフトウェアによって自由に変更することができ、さまざまなプロトコルに柔軟に対応することが可能となる。
本発明においてパケット作成に用いられる制御情報は、図1(a)に示すように、共通部、パケット#1用の可変部1、パケット#1用のデータポインタ、……、パケット#n用の可変部n、パケット#n用のデータポインタという構成になっている。共通部の制御情報はヘッダテーブルの共通ヘッダに用いられる情報であり、各可変部の制御情報はヘッダテーブルの各可変ヘッダに用いられる情報である。
図1(a)に示す制御情報と図1(b)に示すデータにより、図1(c)に示すパケット#1、パケット#2、・・・、パケット#n が作成される。パケット#1、パケット#2、・・・、パケット#n のヘッダは、 図1(c)に示すように、共通部の制御情報と可変部の制御情報から作成される。
ホスト側のCPU2は、1まとまりの送信データ32ごとにヘッダテーブル36を生成する。ヘッダテーブル36は送信データに共通な共通ヘッダと、1まとまりの送信データを分割して得られた各パケットにより送信するデータごとの可変ヘッダと各パケットにより送信するデータへのポインタで構成される。
図3に示すように、可変ヘッダの先頭は、可変ヘッダ全体の長さを示すレングス部である。それ以降は各可変データに対応したものであり、それは、可変データの長さがバイト、ワードあるいはダブルワードであるか等を示すタイプT、可変データを書き込む共通ヘッダの先頭からのオフセットを示すO、及び書き換えるデータそのものである可変データDから構成される。図3に示す例では可変データはD0〜D4の5個となっている。
次にステップS12で、ネットワークの最大パケットサイズに応じて送信データを分割し、分割された送信データごとに可変ヘッダを作成し、ステップS13で分割された送信データへのポインタの設定を行い順次それらをヘッダテーブル36に格納していく。
ヘッダテーブル36の具体的転送方法には、ホスト側からの転送指示にヘッダテーブルのアドレスを含ませる方法、ヘッダテーブル36のアドレスを予めNIC側に設定しておく方法などが可能である。また、それらの方法に替えて、ホスト側から転送指示とともにヘッダテーブル36をNIC側への書き込みデータとして転送することもできる。
次にステップS21で、ヘッダテーブル57に格納したヘッダテーブルから共通ヘッダを取り出し、共通ヘッダバッファ58に格納する。
ヘッダテーブル内に未処理のデータが残っていればステップS22に戻って以降の処理を繰り返し、全ての処理が終了していれば、ホスト側に処理終了通知を返す。
現できることを説明したまでのことであって、本発明がソフトウェアを用いて実現可能であることを否定するものではない。
図6に示すように、NIC5bは、ホストインタフェース50、CPU560及びメモリ570を含んで構成される。
本発明によるヘッダテーブルを用いた転送方式によれば、パケット作成に必要なデータはヘッダテーブルにまとめられていることからCPU560による処理もさほど重いものではないので、安価なものを使用することができ、適用分野によっては好適に採用することができる。
Oバスを経由したホストとNICとのやりとりや、ホスト上の制御プログラムのオーバーヘッドを削減し、効率よくデータをネットワークに送り出すことが可能となる。
ホストコンピュータとネットワークの間に設けられ、ホストコンピュータの送信データを分割して作成したパケットをネットワークに送信するネットワークインタフェースコントローラとホストコンピュータの間のデータ転送方法において、
前記ホストコンピュータは、
前記送信データごとに、該送信データに共通なヘッダ情報からなる共通ヘッダと、パケットごとに独自のヘッダ情報からなる可変ヘッダと該パケットのペイロードとなるデータの格納アドレスを示すポインタとを設定したヘッダテーブルを作成し、
前記ネットワークインタフェースコントローラに転送指示を行い、
前記ネットワークインタフェースコントローラに前記ヘッダテーブルを渡し、
前記ネットワークインタフェースコントローラは、
該渡されたヘッダテーブルに設定されたポインタによりパケットのペイロードとなるデータをホストコンピュータから読み出す、
ことを特徴とするデータ転送方法。
(付記2)
前記可変ヘッダは、前記共通ヘッダに書き込むデータと、該データを共通ヘッダに書き込む位置を示す位置情報を含むことを特徴とする付記1に記載のデータ転送方法。
(付記3)
前記ネットワークインタフェースコントローラは前記ネットワークの複数の回線を収容するものであり、前記共通ヘッダには該回線を識別する情報が含まれることを特徴とする付記2に記載のデータ転送方法。
(付記4)
前記ネットワークインタフェースコントローラは複数の物理回線をリンクアグリゲーションで運用する前記ネットワークの回線を収容するものであり、前記可変ヘッダには対応するパケットが送信される前記物理回線を識別する情報が含まれることを特徴とする付記2に記載のデータ転送方法。
(付記5)
前記ホストコンピュータは、前記ネットワークインタフェースコントローラからの読み出しにより前記ヘッダテーブルを渡すことを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1つに記載のデータ転送方法。
(付記6)
前記ホストコンピュータは、前記ヘッダテーブルを前記ネットワークインタフェースコントローラへの書込みにより渡すことを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1つに記載のデータ転送方法。
(付記7)
ホストコンピュータとネットワークの間に設けられ、ホストコンピュータの送信データを分割して作成したパケットをネットワークに送信するネットワークインタフェースコントローラにデータを転送するホストコンピュータを、
前記送信データごとに、該送信データに共通なヘッダ情報からなる共通ヘッダと、パケットごとに独自のヘッダ情報からなる可変ヘッダと該パケットのペイロードとなるデータの格納アドレスを示すポインタとを設定したヘッダテーブルを作成する手段と、
前記ネットワークインタフェースコントローラに転送指示を行う手段と、
前記ネットワークインタフェースコントローラに前記ヘッダテーブルを渡す手段と、
して機能させることを特徴とするプログラム。
(付記8)
前記可変ヘッダは、前記共通ヘッダに書き込むデータと、該データを共通ヘッダに書き込む位置を示す位置情報を含むことを特徴とする付記7に記載のプログラム。
(付記9)
ホストコンピュータとネットワークの間に設けられ、ホストコンピュータの送信データを分割して作成したパケットをネットワークに送信するネットワークインタフェースコントローラにおいて、
制御部とヘッダ合成部とバッファ部を備え、
前記制御部は、前記ホストコンピュータから取得した、前記送信データに共通なヘッダ情報からなる共通ヘッダと、パケットごとに独自のヘッダ情報からなる可変ヘッダと該パケットのペイロードとなるデータの格納アドレスを示すポインタとを設定したヘッダテーブルを前記バッファ部に格納して、前記ヘッダ合成部にヘッダの合成を指示するとともに、前記ヘッダテーブルに設定された前記ポインタによりパケットのペイロードとなるデータを読み出して前記バッファのパケットのペイロードデータ格納エリアに格納し、
前記ヘッダ合成部は、前記バッファ部から前記共通ヘッダと前記可変ヘッダを読み出し、前記共通ヘッダと前記可変ヘッダを合成してパケットのヘッダを作成して前記バッファのパケットのヘッダ格納エリアに格納する、
ことを特徴とするネットワークインタフェースコントローラ。
(付記10)
前記可変ヘッダは、前記共通ヘッダに書き込むデータと、該データを共通ヘッダに書き込む位置を示す位置情報を含むことを特徴とする付記9に記載のネットワークインタフェースコントローラ。
(付記11)
前記可変ヘッダは、さらに可変ヘッダ全体の長さを示すレングス部と、前記共通ヘッダに書き込むデータごとに、該データの長さを示すタイプ部を含み、前記制御部は、前記レングス部とタイプ部の長さ情報に基づいて前記可変ヘッダから、前記共通ヘッダに書き込むデータを取り出すとともに全ての該書き込みデータを取り出したことを判定することを特徴とする付記10に記載のネットワークインタフェースコントローラ。
(付記12)
前記ネットワークの複数の回線を収容し、前記共通ヘッダには該回線を識別する情報が含まれ、該回線を識別する情報に基づいて該回線に作成したパケットを送信することを特徴とする付記9乃至付記11のいずれか1つに記載のネットワークインタフェースコントローラ。
(付記13)
複数の物理回線をリンクアグリゲーションで運用する前記ネットワークの回線を収容し、前記可変ヘッダには対応するパケットが送信される前記物理回線を識別する情報が含まれ、該物理回線を識別する情報に基づいて該物理回線に作成したパケットを送信することを特徴とする付記9乃至付記11のいずれか1つに記載のネットワークインタフェースコントローラ。
(付記14)
ホストコンピュータとネットワークの間に設けられ、ホストコンピュータの送信データを分割して作成したパケットをネットワークに送信するネットネットワークインタフェースコントローラに、
前記ホストから前記送信データに共通なヘッダ情報からなる共通ヘッダと、パケットごとに独自のヘッダ情報からなる可変ヘッダと該パケットのペイロードとなるデータの格納アドレスを示すポインタとを設定したヘッダテーブルを取得する機能と、
該ヘッダテーブル中のパケットのペイロードとなるデータの格納アドレスを示すポインタにより該パケットのペイロードとなるデータを読み出す機能と、
前記共通ヘッダと前記各可変ヘッダを合成して各パケットのヘッダを作成する機能と、
を実現させることを特徴とするプログラム。
(付記15)
前記可変ヘッダは、前記共通ヘッダに書き込むデータと、該データを共通ヘッダに書き込む位置を示す位置情報を含むことを特徴とする付記14に記載のプログラム。
2 CPU
3 メモリ
4 I/Oバス
5、5a、5b ネットワークインタフェースコントローラ(NIC)
6 ネットワーク
36 ヘッダテーブル
50 ホストインタフェース
52 パケットバッファ
56 ヘッダ解釈/構成エンジン
561 コントローラ
562 ヘッダ合成ユニット
57 ヘッダテーブルバッファ
58 共通ヘッダバッファ
Claims (5)
- コンピュータに備えられた格納手段に格納されたデータをネットワークインタフェースコントローラによりネットワークに送信するデータ転送方法において、
前記コンピュータは、
前記格納手段に格納された複数のデータのそれぞれの格納アドレスを示すアドレス情報と、前記複数のデータを送信する際に生成する複数のパケットのヘッダ情報のうち、前記複数のパケットについて共通する1つの部分ヘッダ情報と、前記複数のパケットのそれぞれについて共通でない複数の非共通の部分ヘッダ情報を含む情報を作成し、
前記ネットワークインタフェースコントローラは、
前記情報を取得し、
取得した前記情報に含まれる各アドレス情報に基づいて、前記格納手段に格納されたデータのそれぞれを読み出し、
前記格納手段から読み出したそれぞれのデータに、前記情報に含まれる前記共通する1つの部分ヘッダ情報と、当該読み出したそれぞれのデータに対応する非共通の部分ヘッダ情報とに基づくヘッダ情報を付加して前記複数のパケットを生成する
ことを特徴とするデータ転送方法。 - 前記複数の非共通の部分ヘッダ情報は、前記共通する1つのヘッダ情報に書き込むデータと、前記書き込むデータを前記共通する1つのヘッダ情報に書き込む位置を示す位置情報を含み、
前記複数のパケットの各ヘッダ情報は、それぞれ、前記共通する1つの部分ヘッダ情報に、対応する非共通の部分ヘッダ情報に従って前記書き込むデータを書き込むことで生成されることを特徴とする請求項1に記載のデータ転送方法。 - データを格納する格納手段を備え、ネットワークインタフェースコントローラにより前記データをネットワークに送信させるコンピュータを、
前記格納手段に格納された複数のデータのそれぞれの格納アドレスを示すアドレス情報と、前記複数のデータを送信する際に生成する複数のパケットのヘッダ情報のうち、前記複数のパケットについて共通する1つの部分ヘッダ情報と、前記複数のパケットのそれぞれについて共通でない複数の非共通の部分ヘッダ情報を含む情報を作成する手段と、
して機能させることを特徴とするプログラム。 - パケットをネットワークに送信するネットワークインタフェースコントローラにおいて、
制御部とヘッダ合成部とバッファ部を備え、
前記制御部は、コンピュータに備えられた格納手段に格納された複数のデータのそれぞれの格納アドレスを示すアドレス情報と、前記複数のデータを送信する際に生成する複数のパケットのヘッダ情報のうち、前記複数のパケットについて共通する1つの部分ヘッダ情報と、前記複数のパケットのそれぞれについて共通でない複数の非共通の部分ヘッダ情報を含む情報を取得し前記バッファ部に格納して、前記ヘッダ合成部にヘッダ情報の合成を指示するとともに、前記情報に設定された前記アドレス情報によりパケットのペイロードとなる前記複数のデータを前記格納手段から読み出して前記バッファ部のパケットのペイロードデータ格納エリアに格納し、
前記ヘッダ合成部は、前記バッファ部から前記共通する1つの部分ヘッダ情報と前記複数の非共通の部分ヘッダ情報を読み出し、前記共通する1つの部分ヘッダ情報と各非共通の部分ヘッダ情報をそれぞれ合成して、前記複数のパケットの各ヘッダ情報を作成して前記バッファ部のパケットのヘッダ格納エリアに格納し、
前記ペイロードデータ格納エリアに格納されたそれぞれのデータに、前記ヘッダ格納エリアに格納された対応するヘッダ情報を付加して前記複数のパケットを生成して前記ネットワークに送信する
ことを特徴とするネットワークインタフェースコントローラ。 - パケットをネットワークに送信するネットワークインタフェースコントローラに、
コンピュータに備えられた格納手段に格納された複数のデータのそれぞれの格納アドレスを示すアドレス情報と、前記複数のデータを送信する際に生成する複数のパケットのヘッダ情報のうち、前記複数のパケットについて共通する1つの部分ヘッダ情報と、前記複数のパケットのそれぞれについて共通でない複数の非共通の部分ヘッダ情報を含む情報を取得する機能と、
該情報中の前記アドレス情報によりパケットのペイロードとなる前記複数のデータを前記格納手段から読み出す機能と、
前記共通する1つの部分ヘッダ情報と前記複数の非共通の部分ヘッダ情報の各非共通の部分ヘッダ情報をそれぞれ合成して、前記複数のパケットの各ヘッダ情報を作成する機能と、
前記読み出す機能により読み出されたそれぞれのデータに、前記作成する機能により作成された対応するヘッダ情報を付加して前記複数のパケットを生成して前記ネットワークに送信する機能と
を実現させることを特徴とするプログラム。
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