JP2000092118A - プログラマブルネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各ネットワーク上のプログラムノード上で通信
パケットのソフトウェア処理をおこなうプログラマブル
ネットワークにおいて、通信速度を向上させ、ネットワ
ークシステムのスループットを向上させる。 【解決手段】ネットワークノード１において、ネットワ
ーク入力インタフェース３のパケット種別判定手段１０
の判定により、ソフトウェア処理を要する通信パケット
のみをフロー対応処理プログラム実行手段２０に転送
し、それ以外はルーティング手段５に直接転送する。さ
らに、ネットワーク経路上の各ネットワークノードで実
行した処理内容の履歴情報１４０をネットワークノード
間で通信し、履歴情報蓄積テーブル２４に保持し、各ノ
ードではこれを参照して、その処理がネットワーク経路
上の他のノードで既に実行されていない通信パケットに
ついてのみフロー対応処理プログラム実行手段２０に転
送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プログラマブルネ
ットワークに係り、複数の計算機をネットワークで結合
したネットワークシステムにおいて、通信フローの経路
上のネットワークノードにプログラムをロードし、その
通信フローを構成する各通信パケットに対するプログラ
ム処理をそのノードで実行するようなシステムであり、
特に、インターネットなどのＩＰパケット通信に用い
て、システムのスループットを向上させるのに好適なプ
ログラマブルネットワークに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、通信データを加工して伝送するネ
ットワークシステムに関しては、特開平７−１５６０９
号公報に示される様に、画像をウェーブレット帯域毎に
パケット化し伝送する方法が知られている。この発明で
は、画像伝送媒体であるネットワークの伝送能力及び画
像送信装置の符号化能力に対し、画像受信側の伝送媒体
であるネットワークの伝送能力及び画像受信装置の復号
化能力が劣っていても、後者の能力に応じた画像伝送を
おこなうことができる画像伝送方法並びに画像送信装
置、画像受信装置および画像伝送装置を提供することを
目的としている。具体的な実現方式としては、画像送信
装置において、画像データをウェーブレット帯域毎にパ
ケット化し、そのパケットに所定の識別子を設定し送信
する。また、画像データを伝送する媒体がＡＴＭ（Asyn
chronous Transfer Mode）の場合は、セルヘッダ内に優
先度を付加して伝送する。そして、画像データを伝送す
るネットワーク上では、網の輻輳時において優先度の高
いセルを優先的に伝送する。画像受信装置では、受信し
た画像データの識別子を基に画像受信装置の復号化処理
能力に応じて必要な画像データのみを選択し復号化をお
こなうことにより、受信側の処理能力に応じた画像再生
が可能である。

【０００３】一方、“IEEE Communications Magazin
e”、１９９７年１月号、ｐｐ．８０−８６記載の“A S
urvey of Active Network Research”に示される様に、
ネットワークを構成するネットワークノードにおいて通
信パケットに対するプログラム処理をおこなうプログラ
マブルネットワークが知られている。プログラマブルネ
ットワークでは、例えば上で説明したＡＴＭによる優先
度付き伝送を、ネットワークノードにロードしたプログ
ラムを用いてソフトウェア的におこなうことにより実現
する。これにより、上記の様なシステムをＡＴＭの持つ
ＱｏＳ（Qualityof Service）制御機構を持たないネッ
トワーク、例えば、インターネット等のＩＰ（Internet
Protocol）ネットワーク上で実現することが可能とな
る。さらに、画像受信装置の復号化処理能力や、画像受
信装置までのネットワーク経路での輻輳状態等に応じ
て、ネットワーク内で画像受信装置への通信データ量を
動的に調節することも可能となり、ネットワークの限ら
れた伝送容量を有効に活用することができる。またこの
方法を用いることにより、ネットワークシステム上で種
々のネットワークサービスを柔軟に実現することができ
る。

【０００４】さらに、ＩＰネットワークにおいては、ネ
ットワークノードにおけるパケットの通信経路を制御す
るルーティング処理を専用プロセッサ等を用いて高速化
する技術も知られている。これにより、通常のＩＰパケ
ットに関してはソフトウェア処理を介することなくルー
ティング処理が行えるので、ネットワークノードのソフ
トウェア処理能力の不足に起因する通信パケットの滞留
を発生することなく、大量のＩＰパケットをＩＰネット
ワーク上で伝送することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で説明し
たプログラマブルなネットワークシステムにおいては、
各パケットに対してネットワークノードにロードされた
プログラムにより、ソフトウェア処理がなされる。この
従来技術では、真に処理が必要な通信パケットを選別し
て、それのみに対してソフトウェア処理をおこなうとい
う考え方はない。それゆえ、ネットワークノードには、
ソフトウェア処理を要する通信パケットと、処理を要さ
ない通信パケットとが混在して入力される。そして、そ
の通信パケットに対し、ソフトウェアにより加工を要す
るのか、ソフトウェアにより加工を要さないのかの識別
をソフトウェア処理で判定していたために、全ての通信
パケットに対し、ソフトウェア処理を実施する必要が生
じる。そのため、ネットワークノードを経由できる単位
時間当たりの通信パケット数は、ネットワークノードの
ソフトウェア処理能力により制限されるという問題点が
あった。また、ルーティング処理専用プロセッサ等によ
る高速化技術を本ネットワークノードに適用しても、上
記の理由によりソフトウェア処理を実施する必要がある
ため、ソフトウェア処理能力の制限により、ネットワー
クノードとして高速化を果たすことは困難であるという
問題点があった。

【０００６】さらに、この問題に対処するためソフトウ
ェア処理能力を向上させようとすると、より高速な中央
演算装置、より容量の大きな記憶装置をネットワークノ
ード上で備えることが必要となり、ネットワークノード
装置の構成が複雑化するという問題も生ずる。

【０００７】本発明の目的は、各ネットワーク上のプロ
グラムノード上で通信パケットのソフトウェア処理をお
こなうプログラマブルネットワークにおいて、通信パケ
ットに対するソフトウェア処理の実行を、処理を必要と
するパケットのみに限定し、処理を必要としないパケッ
トについては、ソフトウェア処理を介することなくルー
ティング専用プロセッサを用い、それにより、通信速度
を向上させ、ネットワークシステムのスループットを向
上させることのできるプログラマブルネットワークを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のプログラマブルネットワークに係る発明の
構成は、ネットワーク上で定義される通信フロー毎に対
応して、プログラムがロードされ、そのプログラムによ
り、その通信フローに属する通信パケットに対し、ネッ
トワークノード上でプログラム処理をおこなうプログラ
マブルネットワークにおいて、前記ネットワークノード
は、前記プログラムを実行するプログラム実行手段と、
入力パケットの送出先を割り出してルーティング処理を
おこなうルーティング手段と、ネットワーク入力インタ
フェースとを有し、このネットワーク入力インタフェー
スには、入力パケットの種別を判定するパケット種別判
定手段を設け、このパケット種別判定手段は、このネッ
トワークノードに通信パケットが到着すると、前記プロ
グラムの処理対象とする通信フローに属する通信パケッ
トのみをプログラム実行手段に転送し、それ以外の通信
パケットは、前記ルーティング手段に転送するようにし
たものである。

【０００９】より詳しくは、上記プログラマブルネット
ワークにおいて、前記パケット種別判定手段は、さら
に、その通信フローの通信経路上の他のネットワークノ
ードによって、既に実行されている処理内容の履歴情報
を保持する履歴情報蓄積手段と、前記ネットワークノー
ド間で処理内容の履歴情報を通知する手段とを有し、こ
のパケット種別判定手段は、このネットワークノードに
通信パケットが到着すると、前記履歴情報蓄積手段を参
照し、その通信パケットに属する通信フローに対して、
このネットワークノードで実行されるプログラムが既に
実行されていない場合のみ、その通信パケットを前記プ
ログラム実行手段に転送し、それ以外の場合には、前記
ルーティング手段に転送するようにしたものである。

【００１０】また詳しくは、上記プログラマブルネット
ワークにおいて、このプログラマブルネットワークに用
いられる各通信パケットに対し、ネットワーク経路上で
既に実行されている処理内容の履歴情報を保持するフィ
ールドを設け、前記ネットワークノード上で、プログラ
ム処理をおこなった際に、前記フィールドを更新し、前
記パケット種別判定手段は、そのネットワークノードに
通信パケットが到着すると前記フィールドを参照し、そ
の通信パケットに属する通信フローに対して、このネッ
トワークノードで実行されるプログラムが既に実行され
ていない場合のみ、その通信パケットを前記プログラム
実行手段に転送し、それ以外の場合には、前記ルーティ
ング手段に転送するようにしたものである。

【００１１】さらに詳しくは、上記プログラマブルネッ
トワークにおいて、前記パケット種別判定手段を、前記
ルーティング手段の中に設け、このルーティング手段
は、前記ネットワーク入力インタフェースから通信パケ
ットを受け取ると、そのプログラムの処理対象となる通
信フローに属する通信パケットのみを前記プログラム実
行手段に転送するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る各実施形態
を、図１ないし図１４を用いて説明する。 〔ネットワークシステムのシステム構成〕先ず、図１お
よび図２を用いて本発明に係るプログラマブルなネット
ワークシステムのシステム構成を説明する。図１は、本
発明の一実施形態に係るプログラマブルなネットワーク
システムのネットワークノードの構成を示すブロック図
である。図２は、本発明の一実施形態に係るプログラマ
ブルなネットワークシステムのシステム構成とその動作
を説明するためのブロック図である。

【００１３】本実施形態のプログラマブルなネットワー
クシステムは、図２に示されるように、ネットワーク
２、サーバ計算機５０、複数のネットワークノード１、
ネットワークノード５１、クライアント計算機５２によ
り構成される。

【００１４】なお、ネットワークノード１が複数ある場
合には、枝番を付けて、１−１，1−２，…と表すこと
にする。サーバ計算機５０、ネットワーク２などについ
ても同様の表記を用いることにする。

【００１５】サーバ計算機５０−１は通信フロー６０
を、サーバ計算機５０−２は通信フロー６１をネットワ
ーク２に、それぞれ送出する。ネットワークノードは、
ネットワークを連結するために、複数設けられている。
そして、ネットワークノードの種類としては、ネットワ
ークノード１の様に、フロー対応処理プログラム実行手
段２０を有するものがあり、一方では、ネットワークノ
ード５１の様に、そのような手段を有さないネットワー
クノードもある。クライアント計算機５２は、サーバ計
算機５０−１の送出した通信フロー６０とサーバ計算機
５０−２の送出した通信フロー６１とをネットワーク２
経由で受信する計算機である。

【００１６】そして、ネットワークノード１−１、１−
２のフロー対応処理プログラム実行手段２０には、プロ
グラムを実行するために、サーバ計算機５０−１から予
めフロー対応処理プログラムを送信し、ロードしてお
く。

【００１７】ここで、通信フロー６０に属する通信パケ
ットが、フロー対応処理プログラムの対象となり、通信
フロー６１に関しては、フロー対応処理プログラムの対
象となっていないものとする。

【００１８】このとき、ネットワークノード１−１、１
−２では、サーバ計算機５０−１からクライアント計算
機５２への通信フロー６０に属する通信パケットについ
て、それぞれのフロー対応処理プログラム実行手段２０
にてプログラム処理を実施する様に、それぞれのパケッ
ト種別判定手段１０が通信パケットの転送先を制御す
る。

【００１９】一方、サーバ計算機５０−２からクライア
ント計算機５２への通信フロー６１に属するパケットに
関しては、プログラムの実行を必要としないパケットな
ので、ネットワークノード１−１、１−２で、それぞれ
のパケット種別判定手段１０は、フロー対応処理プログ
ラム実行手段２０に通信パケットを転送せず、そのま
ま、ルーティング手段５にて処理する様に通信パケット
の転送先を制御する。

【００２０】次に、上で説明したネットワークノードの
内でフロー対応処理プログラム実行手段２０を有するタ
イプのネットワークノードの構成を詳説しよう。

【００２１】図１に示される様に、本発明の実施形態に
よるネットワークノード１は、ネットワーク入力インタ
フェース３と、ネットワーク出力インタフェース４と、
ルーティング手段５と、フロー対応処理プログラム実行
手段２０とから構成されている。そして、ネットワーク
入力インタフェース３（３−ｉ，ｉ＝１，…，Ｎ）と、
ネットワーク出力インタフェース４（４−ｉ，ｉ＝１，
…，Ｎ）は、Ｎ個のネットワーク２（２−ｉ，ｉ＝１，
…，Ｎ）にそれぞれ、入力と出力のために接続されてい
る。

【００２２】ネットワーク入力インタフェース３には、
各々パケット種別判定手段１０が設けられ、そこには、
それぞれパケット処理対象フロー識別テーブル１１が保
持されている。パケット処理対象フロー識別テーブル１
１は、各々の通信フローに属するパケットを、フロー対
応処理プログラム実行手段２０に送るか、直接、ルーテ
ィング手段５に送るかを判定するための情報を蓄えるた
めのテーブルである。

【００２３】フロー対応処理プログラム実行手段２０
は、通信パケット送受信手段２１、履歴情報更新手段２
２、パケット処理対象フロー識別テーブル設定手段２
３、および履歴情報蓄積テーブル２４により構成されて
いる。ここで、パケット処理対象フロー識別テーブル設
定手段２３は、パケット処理対象フロー識別テーブル１
１に情報を設定する機能を有する。

【００２４】また、ルーティング手段５は、パケットの
ルーティングを制御する部分であり、ルーティング処理
専用プロセッサ等により実施することができる。

【００２５】パケット種別判定手段１０では、パケット
処理対象フロー識別テーブル設定手段２３が設定するパ
ケット処理対象フロー識別テーブル１１を参照して、受
信した通信パケットの転送先を選択する。これにより、
受信した通信パケットは、その通信パケットの属する通
信フローに応じて、ルーティング手段５、またはフロー
対応処理プログラム実行手段２０に転送される。具体的
には、フロー対応処理プログラムの処理対象となる通信
フローに属する通信パケットをパケット種別判定手段１
０で選択して、フロー対応処理プログラム実行手段２０
に転送し、それ以外の通信フローに属する通信パケット
については直接ルーティング手段５に転送する。これに
より、フロー対応処理プログラムの処理対象とならない
通信フローに属する通信パケットについて、ソフトウェ
ア処理を介することなく高速に通信処理がおこなえる様
になる。

【００２６】さらに、通信フローの通信経路上において
は、各ネットワークノードは、それぞれのフロー対応処
理プログラム実行手段２０で実行したプログラムの処理
内容を履歴情報更新手段２２により、履歴情報蓄積テー
ブル２４に保持する。それと共に、通信経路上の次のネ
ットワークノードにこの履歴情報を転送する。履歴情報
を受信したネットワークノードでは、自ノード内で実施
する処理内容と受信した履歴情報とを合わせて、履歴情
報蓄積テーブル２４に保持する。この動作を通信経路上
の各ネットワークノードについて繰り返しおこなうこと
により、各ネットワークノードでは、通信パケット受信
時に通信経路上で既に実施された処理の履歴内容を各フ
ロー毎に履歴情報蓄積テーブル２４に保持することが可
能となる。この情報を基に、フロー対応処理プログラム
実行手段では、各フロー毎に自ノードにてプログラム処
理を実行する必要があるか否かを判定し、パケット処理
対象フロー識別テーブル設定手段２３がパケット処理対
象フロー識別テーブル１１を設定する。そして、パケッ
ト種別判定手段１０では、このパケット処理対象フロー
識別テーブル１１を参照して受信パケットの転送先を選
択する。

【００２７】なお、上記各手段、および各テーブル等の
詳細な実施形態は、以下で説明する。

【００２８】また、図１に示された実施形態において
は、本発明によるパケット種別判定手段１０を各々のネ
ットワーク入力インタフェース３の中に設けていたが、
このパケット種別判定手段１０は、ルーティング手段５
の中に一つだけ設けて実施しても良い。この場合、ネッ
トワーク入力インタフェース３は、受信した通信パケッ
トを全てルーティング手段５に転送する。ルーティング
手段５では、受け取った通信パケットをフロー対応処理
プログラム実行手段２０に転送するか否かを、ルーティ
ング手段５の中にあるパケット種別判定手段１０を用い
て判定し、必要なパケットのみをフロー対応処理プログ
ラム実行手段２０に転送し、そのほかの通信パケットは
そのまま各ネットワーク出力インターフェイス４に送出
する。

【００２９】さて、以下、本実施形態では、サーバ計算
機５０から送出される通信データ６０−１０が、階層的
に符号化された画像データの場合を例に採って説明す
る。ここで例えば、クライアント計算機５２の接続され
たネットワーク２−１３の利用率が高く、通信データ６
０−１０の全ての通信パケットをクライアント計算機５
２が受信できないとする。この場合、通信経路の途中に
あるいずれかのネットワークノード１にて、階層的に符
号化された画像データのうち、例えば、低周波帯域のデ
ータのみを通し、高周波帯域のデータについては破棄す
る処理をおこない、通信データの量をクライアント計算
機５２が受信できる容量に低減する処理を、フロー対応
処理プログラム実行手段２０にておこなう場合を想定す
る。

【００３０】フロー対応処理プログラム実行手段２０−
１では、入力通信データ６０−１１の選択的な廃棄処理
をおこない、６０−１２として送出する。この際、当該
通信フローに属さない通信フロー６１の通信パケット
は、パケット種別判定手段１０−１により直接ルーティ
ング手段５−１に転送され、フロー対応処理プログラム
実行手段２０−１を介することなくネットワークに送出
される。

【００３１】フロー対応処理プログラム実行手段２０−
２でも、２０−１と同様にして入力通信データ６０−１
２について、クライアント計算機５２が受信できる容量
になる様に、選択的な廃棄処理をおこない、６０−１３
として送出する。ここで、通信データ６０−１２の容量
がフロー対応処理プログラム実行手段２０−１によって
既にクライアント計算機５２が受信できる容量にされて
いた場合、ネットワークノード１−２では、６０−１２
で受信した通信データに対してプログラム処理を実施す
ることなく、そのまま６０−１３として送出できる。

【００３２】本発明においては、ネットワークノード１
−１のフロー対応処理プログラム実行手段２０−１が実
施した処理の履歴情報を、ネットワークノード１−２の
フロー対応処理プログラム実行手段２０−２に送信して
おく。パケット種別判定手段１０−２では、この履歴情
報を参照することにより、受信した通信データをフロー
対応処理プログラム実行手段２０−２に転送するのか、
またはルーティング手段５−２に直接転送するのかを判
定する。図２に示した例においては、通信フロー６０に
対してプログラム処理を必要としない場合には、フロー
対応処理プログラム実行手段２０−２を経由せずに、ル
ーティング手段５−２のみを経由してネットワーク２−
１２から２−１３へのパケット転送をおこなうことがで
きる。これにより、本来ソフトウェア処理を介する通信
フローに関しても、通信経路上での処理履歴を基にし
て、ソフトウェア処理を省略して転送することが可能と
なる。

【００３３】〔実施形態１〕次に、図３ないし図１０を
用いて本発明に係る第一の実施形態について説明する。 （I）第一の実施形態のネットワークシステムに用いら
れるデータ構造 先ず、図３ないし図８を用いて第一の実施形態のネット
ワークシステムに用いられるデータ構造について説明す
る。図３は、本発明の第一の実施形態に係る通信パケッ
ト１００のフォーマットを示す模式図である。図４は、
図３の通信パケット１００で通信データ１２０が、フロ
ー対応処理プログラムであるときのフォーマットを示す
模式図である。図５は、図３の通信パケット１００で通
信データ１２０が、履歴情報１４０であるときのフォー
マットを示す模式図である。図６は、本発明の一実施形
態に係る履歴情報１４０のフォーマットを示す模式図で
ある。図７は、本発明の第一の実施形態に係るパケット
処理対象フロー識別テーブル１１のフォーマットを示す
模式図である。図８は、履歴情報蓄積テーブル２４のフ
ォーマットを示す模式図である。

【００３４】図３に示されるように通信パケット１００
は、通信パケットの宛先情報等を格納するパケットヘッ
ダ部１１０と、通信データを格納するパケットデータ部
１２０により構成される。パケットヘッダ部１１０は、
通信パケットの転送されるプロトコルの種別等を識別す
るパケット種別識別子１１１、送信側計算機を特定する
ための送信アドレス１１２と、送信ポート１１３、受信
側計算機を特定するための受信アドレス１１４と、受信
ポート１１５により構成される。ここで、よく用いられ
ている具体的なプロトコルに当てはめると、送信アドレ
ス１１２、受信アドレス１１４は、ＩＰ（Internet Pro
tocol）のＩＰアドレスが、送信ポート１１３、受信ポ
ート１１５は、ＴＣＰ（Transmission Control Protoco
l）／ＵＤＰ（User Datagram Protocol）のポート番号
がこれに該当する。

【００３５】また、本発明に係る通信パケット１００
は、図４に示されるように通信データ１２０がフロー対
応処理プログラム１３０である場合がある。これは、図
２に示したようにサーバ計算機５０がネットワークノー
ド１−１と１−２にフロー対応処理プログラムを送信す
る際の通信パケットのフォーマットである。ここで、フ
ロー対応処理プログラム１３０は、ネットワークノード
１にて実行可能なオブジェクトモジュール、テキストデ
ータで記述されたスクリプト、Ｊａｖａ言語によるバイ
トコード等、その形態は問わない。また、フロー対応処
理プログラム１３０が一つのパケット１００に格納でき
ない長さの場合、複数の通信パケット１００で分割して
送信しても良い。

【００３６】また、本発明に係る他の通信パケット１０
０の例としては、図５に示されるように通信データ１２
０が、履歴情報１４０である場合がある。これは、図２
に示したようにネットワークノード１−１が１−２に履
歴情報１４０を送信する際の通信パケットのフォーマッ
トである。ここでも、履歴情報１４０が一つのパケット
１００に格納できない長さの場合には、複数の通信パケ
ット１００で分割して送信しても良い。

【００３７】履歴情報１４０は、例えば、図６に示す形
態が考えられる。この例においては、履歴情報１４０
は、各処理の実施履歴を示す“１”または“０”のビッ
トフィールド１４１、およびそのビット情報１４２にて
構成されている。前記の階層符号化した画像情報を伝送
する例の場合、周波数帯域をＫ段階に区切り、最も周波
数帯域の低いデータを格納したパケットの転送を１４１
−１に割り当て、周波数帯域の高いデータを格納したパ
ケットの転送を１４１−Ｋに割り当てる。各フィールド
１４２には、例えば、初期値“１”を書き込んでおき、
フロー対応処理プログラム実行手段２０にて破棄した帯
域のパケットに該当するフィールド１４２には“０”を
書き込む。ここで、図６に示した履歴情報１４０はビッ
トフィールドで実施する形態をとるが、これは例えば、
テキストデータで記述されたスクリプト等を用いて実施
しても良い。

【００３８】次に、図１に示したパケット処理対象フロ
ー識別テーブル１１のフォーマットは、図７に示した例
が考えられる。この例のパケット処理対象フロー識別テ
ーブル１１は、通信フロー識別情報２０１と、パケット
転送先識別子２０２によって構成される。

【００３９】通信フロー識別情報２０１は、送信アドレ
ス２１２、送信ポート２１３、受信アドレス２１４、受
信ポート２１５により構成される。２１２−２１５はそ
れぞれ図３で示したパケットヘッダ部１１０内の１１２
−１１５の情報に相当する。パケット転送先識別子２０
２には、通信パケット１００の転送先がフロー対応処理
プログラム実行手段２０なのか、ルーティング手段５な
のかを示す識別子が格納される。

【００４０】このパケット処理対象フロー識別テーブル
１１は複数のエントリ２１０から構成される。ここで、
エントリ２１０−Ｐでは、２１２−２１５の情報で示さ
れる通信フローを構成する通信パケットを、フロー対応
処理プログラム実行手段２０に転送することを示し、同
様にエントリ２１０−Ｒでは、通信パケットをルーティ
ング手段５に転送することを示している。これらのエン
トリ２１０は、図１に示されるフロー対応処理プログラ
ム実行手段２０の中にあるパケット処理対象フロー識別
テーブル設定手段２３によって設定され、ネットワーク
入力インタフェース３の中にあるパケット種別判定手段
１０によって参照される。具体的にどのようなアルゴリ
ズムにより、このパケット転送先識別子２０２に値を設
定するかは、後に詳説する。

【００４１】次に、図１に示した履歴情報蓄積テーブル
２４のフォーマットは、図８に示した例が考えられる。
この例の履歴情報蓄積テーブル２４は、通信フロー識別
情報６０１と、パケット毎履歴情報６０３、フロー対応
処理プログラム識別情報６０４によって構成される。通
信フロー識別情報６０１は、送信アドレス６１２、送信
ポート６１３、受信アドレス６１４、受信ポート６１５
により構成される。６１２−６１５はそれぞれ図３で示
した１１２−１１５の情報に相当することは先ほどと同
様である。

【００４２】パケット毎履歴情報６０３には、図６に示
した履歴情報１４０が格納される。このパケット毎履歴
情報６０３が書き換えられるタイミングは、図５に示す
履歴情報１４０をデータとする通信パケット１００が、
ネットワークノードに送られてきたときか、または、フ
ロー対応処理プログラム実行手段２０が、現在、このノ
ードで実行すべきプログラムの内容を割り出して書き換
えるときのどちらかである。この履歴情報１４０を参照
したり、書き換えたりするアルゴリズムについても後に
詳説する。

【００４３】フロー対応処理プログラム識別情報６０４
には、通信パケット１００を処理するプログラムの情
報、例えば、プログラム名が格納される。このフロー対
応処理プログラム識別情報６０４が、書き換えられるタ
イミングは、図４に示すフロー対応処理プログラム１３
０をデータとする通信パケット１００が、ネットワーク
ノードに送られてきたときである。

【００４４】履歴情報蓄積テーブル２４は、複数のエン
トリ６１０から構成される。ここで、エントリ６１０−
２では、６１２−６１５の情報で示される通信フローを
構成する通信パケットを、フロー対応処理プログラム
“ｘｘｘ”で処理することを示し、同様にエントリ６１
０−３では、“ｙｙｙ”で処理することを示している。
なお、図９においてはフロー対応処理プログラム識別情
報６０４をプログラムの名称で格納する実施形態を示し
たが、これは例えばプログラムを主記憶装置上に格納し
た際の開始アドレス値を格納して実施しても良い。

【００４５】（II）第一の実施形態のネットワークシス
テムの動作 次に、図９ないし図１１を用いて第一の実施形態のネッ
トワークシステムの動作について説明する。図９は、本
発明の第一の実施形態に係るフロー対応処理プログラム
実行手段２０内の通信パケット送受信手段２０の動作内
容を示すフローチャートである。図１０は、本発明の第
一の実施形態に係るフロー対応処理プログラム実行手段
２０内の履歴情報更新手段２２の動作内容を示すフロー
チャートである。図１１は、本発明の第一の実施形態に
係るパケット種別判定手段１０の動作内容を示すフロー
チャートである。

【００４６】先ず、図９の順を追ってフロー対応処理プ
ログラム実行手段２０内の通信パケット送受信手段２０
の動作について説明する。

【００４７】通信パケット送受信手段２０は、パケット
種別判定手段１０から通信パケット１００を受け取り
（Ｓ４０１）、パケットデータ部１２０に格納されたデ
ータの種別を判別する（Ｓ４０２）。

【００４８】パケットデータ部１２０にフロー対応処理
プログラム１３０が格納されていた場合には、フロー対
応処理プログラム１３０が実行可能となる様にプログラ
ムを主記憶上にロードする（Ｓ４０３）。

【００４９】そして、図８に示した履歴情報蓄積テーブ
ル２４にエントリを登録して、通信フロー識別情報６０
１と、フロー対応処理プログラム識別情報６０４のフィ
ールドに値を設定する（Ｓ４０４）。図８に示したエン
トリ６１０−２の例では、送信アドレスがＡ−１、送信
ポートがＰ−１、受信アドレスがＡ−２、受信ポートが
Ｐ−２に属する通信フローに対して、プログラムモジュ
ール名が、“ｘｘｘ”のプログラムが実行されるべく設
定されたことを意味する。

【００５０】そして、通信パケット１００をルーティン
グ手段５に転送する（Ｓ４１０）。

【００５１】判別の結果、パケットデータ部１２０に履
歴情報１４０が格納されていた場合には、履歴情報蓄積
テーブル２４に格納された履歴情報と比較する（Ｓ４０
５）。

【００５２】比較の結果、内容が一致していれば、既に
この履歴情報は蓄積されているということなので、履歴
情報蓄積テーブル２４を書き換える必要はないので次の
ステップに行く。

【００５３】そして、この場合には、この通信パケット
に属する処理が、既に前のノードで実行されているとい
うことである。したがって、パケット処理対象フロー識
別テーブル設定手段２３を実行して、この通信パケット
と通信フロー識別情報２０１が一致するエントリを検索
し、パケット処理対象フロー識別テーブル１１のパケッ
ト転送先識別子２０２のフィールドの値が、「フロー対
応処理プログラム実行手段」になっているときには、
「ルーティング手段」に書き換える（Ｓ４０９）。

【００５４】そして、ルーティング手段５に通信パケッ
トを転送する（Ｓ４１０）。

【００５５】一致していない場合には、履歴情報蓄積テ
ーブル２４を更新する（Ｓ４０６）。更新されるのは、
その通信パケットの示す通信フロー識別情報の持つエン
トリである。

【００５６】パケット処理対象フロー識別テーブル設定
手段２３を実行して、パケット処理対象フロー識別テー
ブル１１を更新する（Ｓ４０７）。

【００５７】更新の仕方は、通信パケット１００で送ら
れてきた履歴情報１４０の内容を解析しておこなう。こ
こで、図８の履歴情報蓄積テーブル２４のエントリ６１
０−２のエントリを例として説明しよう。

【００５８】例えば、このエントリの通信フローに属す
る通信パケットで、履歴情報１４０が、「“１”，
“１”，“１”，…」のものが送られてきたとする。こ
の場合、３番目に対応する周波数帯域が、前のノードで
プログラム処理をしなくなったということである。した
がって、この場合には、このネットワークノードで処理
すべく、パケット処理対象フロー識別テーブル１１の通
信フロー識別情報が一致するエントリのパケット転送先
識別子２０２が、「ルーティング手段」となっている場
合には、「フロー対応処理プログラム実行手段」に書き
換える。

【００５９】逆に、このエントリの通信フローに属する
通信パケットで、履歴情報１４０が、「“１”，
“０”，“０”，…」のものが送られてきたとする。こ
の場合、２番目に対応する周波数帯域が、前のノードで
プログラム処理をするようになったということである。
したがって、この場合には、既に２番目の周波数帯域
は、処理する必要はなくなったので、パケット処理対象
フロー識別テーブル１１の通信フロー識別情報が一致す
るエントリのパケット転送先識別子２０２が、「フロー
対応処理プログラム実行手段」となっている場合には、
「ルーティング手段」に書き換える。

【００６０】そして、通信パケット１００をルーティン
グ手段５に転送する（Ｓ４１０）。これによって、次の
ノードにも履歴情報が伝えられる。

【００６１】通信データ１２０が、図４に示すようにフ
ロー対応処理プログラム１３０でも、図５に示すように
履歴情報でもないときには、これは、プログラムの実行
対象となるデータである。この場合には、この通信パケ
ット１００に対しフロー対応処理プログラムが実行され
て（Ｓ４０８）、その後、通信パケット１００はルーテ
ィング手段５に転送される（Ｓ４１０）。

【００６２】最後のステップ４０９の処理が終わると、
ステップ４０１に戻り、パケット種別判定手段１０から
の通信パケット１００を待つことになる。

【００６３】次に、図１０の順を追ってフロー対応処理
プログラム実行手段２０内の履歴情報更新手段２２の動
作内容について説明する。

【００６４】この処理は、各通信フローに対して随時実
行されるようにすれば良い。すなわち、この処理を実行
するタイミングは、例えば、通信パケットを送出するネ
ットワーク２の混雑状況が変化した場合や、クライアン
ト計算機５２からの通知を受けた場合、また、定時間毎
に定期的に実行する様にしても良い。

【００６５】先ず、フロー対応処理プログラムの実行内
容を割り出す（Ｓ５０１）。これは、現時点で、ネット
ワークの混雑状況などを勘案し、どのようなプログラム
処理をこのノードですれば良いかを求めることである。

【００６６】ここでも、図８の履歴情報蓄積テーブル２
４のエントリ６１０−２のエントリを例に採って説明す
る。

【００６７】今、ネットワークのトラフィクを減らすた
め、３番目の周波数帯域に対して、プログラム処理をす
べきであると判定されたとする。この場合、図８のパケ
ット毎履歴情報６０３のエントリを見ると、３番目の周
波数帯域では、既にプログラム処理がされているという
ことなので、なにもせず、ステップ５０１の前の状態に
戻る。

【００６８】また、別の場合として、２番目の周波数帯
域に対して、プログラム処理をすべきであると判定され
たとする。この場合、図８のパケット毎履歴情報６０３
のエントリを見ると、２番目の周波数帯域では、未だプ
ログラム処理はされていない。

【００６９】したがって、この場合には、履歴情報蓄積
テーブル２４の該当するエントリ６１０−２のパケット
毎履歴情報６０３の値を、「“１”，“０”，“０”，
…」に書き換える（Ｓ５０３）。

【００７０】そして、このネットワークノードで処理す
べく、パケット処理対象フロー識別テーブル１１の通信
フロー識別情報が一致するエントリのパケット転送先識
別子２０２が、「ルーティング手段」となっている場合
には、「フロー対応処理プログラム実行手段」に書き換
える（Ｓ５０４）。

【００７１】次に、履歴情報１４０として、「“１”，
“０”，“０”，…」の値を持つ通信パケット１００を
生成し、ルーティング手段５に転送し、次のノードにこ
の履歴情報を伝える（Ｓ５０５）。

【００７２】そして、最後の処理が終わると、ステップ
５０１に戻り、同じ処理を繰り返す。

【００７３】最後に、図１１の順を追ってパケット種別
判定手段１０の動作について説明する。

【００７４】パケット種別判定手段１０は、先ず、ネッ
トワーク２から通信パケット１００を受信する（Ｓ３０
１）。次に、通信パケットの種別を示すパケット種別識
別子１１１を読み込み（Ｓ３０２）、その通信パケット
１００がフロー対応処理プログラム１３０の処理対象と
なる通信パケットであるか否かを判定する（Ｓ３０
３）。

【００７５】ここで、通信パケット１００がフロー対応
処理プログラム１３０の処理対象では無いと判定された
場合には、通信パケット１００をルーティング手段５に
転送し（Ｓ３０４）、ステップ３０１に戻り次の通信パ
ケットの受信を待つ。

【００７６】通信パケット１００がフロー対応処理プロ
グラム１３０の処理対象であると判定された場合には、
パケットヘッダ部１１０から送信アドレス１１２、送信
ポート１１３、受信アドレス１１４、受信ポート１１５
を読み込み（Ｓ３０５）、ステップ３０６でパケット処
理対象フロー識別テーブル１１の通信フロー識別情報２
０１を検索し、該当するエントリ２１０を探す（Ｓ３０
６）。

【００７７】該当するエントリ２１０が見つからなかっ
た場合には、そのまま、通信パケット１００をフロー対
応処理プログラム実行手段２０に転送する（Ｓ３０
７）。そして、ステップ３０１に戻り次の通信パケット
の受信を待つ。

【００７８】該当するエントリ２１０が見つかった場
合、そのエントリのパケット転送先識別子２０２の内容
に従い、それが、「フロー対応処理プログラム実行手
段」のときには、フロー対応処理プログラム実行手段２
０に、パケットを転送し（Ｓ３０７）、「ルーティング
手段」のときには、ルーティング手段５にパケットを転
送する。

【００７９】このエントリのパケット転送先識別子２０
２の内容は、図９と図１０で説明したアルゴリズムでし
かるべく設定されたものである。

【００８０】〔実施形態２〕次に、図１２ないし図１４
を用いて本発明に係る第二の実施形態について説明す
る。 （I）第二の実施形態のネットワークシステムに用いら
れるデータ構造 次に、図１２および図１３を用いて第二の実施形態のネ
ットワークシステムに用いられるデータ構造について説
明する。図１２は、本発明の第二の実施形態に係る通信
パケット１００のフォーマットを示す模式図である。図
１３は、本発明の第二の実施形態に係るパケット処理対
象フロー識別テーブル１１のフォーマットを示す模式図
である。

【００８１】図１２に示されるように本実施形態の通信
パケット１００は、実施形態１のものとほとんど同じで
あるが、パケットヘッダ部１１０の最後尾に、パケット
毎履歴情報１４０が付け加わっている点が異なってい
る。このパケット毎履歴情報１４０は、プログラム実行
手段により、処理がなされたときに、その履歴として更
新されるものである。

【００８２】また、本実施形態のパケット処理対象フロ
ー識別テーブル１１は、実施形態１と異なり、最後のフ
ィールドが、パケット毎履歴情報２０３となっている。
これは、通信フロー識別情報２０１に属する通信パケッ
トが、パケット毎履歴情報２０３の内容に従って処理さ
れることを示している。これにより、通信パケット１０
０のパケット毎履歴情報１４０とマッチングを取り、そ
の転送先を決定しようとするものである。その他の構成
要素は、実施形態１の図７で示したものと同様である。

【００８３】（II）第二の実施形態のネットワークシス
テムの動作 次に、図１４を用いて第二の実施形態のネットワークシ
ステムの動作について説明する。図１４は、本発明の第
二の実施形態に係るパケット種別判定手段１０の動作内
容を示すフローチャートである。

【００８４】パケット種別判定手段１０は、先ず、ネッ
トワーク２から通信パケット１００を受信する（Ｓ７０
１）。次に、通信パケットの種別を示すパケット種別識
別子１１１を読み込み（Ｓ７０２）、その通信パケット
１００がフロー対応処理プログラム１３０の処理対象と
なる通信パケットであるか否かを判定する（Ｓ７０
３）。

【００８５】ここで、通信パケット１００がフロー対応
処理プログラム１３０の処理対象では無いと判定された
場合には、通信パケット１００をルーティング手段５に
転送し（Ｓ７０４）、ステップ７０１に戻り次の通信パ
ケットの受信を待つ。

【００８６】通信パケット１００がフロー対応処理プロ
グラム１３０の処理対象であると判定された場合には、
パケットヘッダ部１１０から送信アドレス１１２、送信
ポート１１３、受信アドレス１１４、受信ポート１１５
を読み込み（Ｓ７０５）、ステップ４０６でパケット処
理対象フロー識別テーブル１１の通信フロー識別情報２
０１を検索し、該当するエントリ２１０を探す（Ｓ７０
６）。

【００８７】該当するエントリ２１０が見つからなかっ
た場合には、そのまま、通信パケット１００をフロー対
応処理プログラム実行手段２０に転送する（Ｓ７０
７）。そして、ステップ７０１に戻り次の通信パケット
の受信を待つ。

【００８８】ここまでの処理は、実施形態１と同じであ
ることに注意しておこう。

【００８９】該当するエントリ２１０が見つかった場合
には、通信パケット１００のパケット毎履歴情報１４０
を読込み（Ｓ７１０）、パケット処理対象フロー識別テ
ーブル１１のフィールドであるパケット毎履歴情報２０
３と比較する（Ｓ７１０）。

【００９０】一致するものがあるときには、その処理
は、その通信パケットに関しておこなわれているという
ことなので、そのまま、ルーティング手段５に転送する
（Ｓ７０４）。

【００９１】一致するものがないときには、フロー対応
処理プログラム実行手段２０に、パケットを転送して
（Ｓ７０７）、プログラム処理をおこなう。この図１４
の例では、履歴情報が一致しないときには、一律にプロ
グラム処理が必要であるとみなして、フロー対応処理プ
ログラム実行手段２０に、パケットを転送している。

【００９２】この実施形態では、履歴情報蓄積テーブル
の処理が必要なくなるので、アルゴリズムが簡易化さ
れ、ネットワークノードの構成も簡易なもので済むとい
う利点がある。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、各ネットワーク上のプ
ログラムノード上で通信パケットのソフトウェア処理を
おこなうプログラマブルネットワークにおいて、通信パ
ケットに対するソフトウェア処理の実行を、処理を必要
とするパケットのみに限定し、処理を必要としないパケ
ットについては、ソフトウェア処理を介することなくル
ーティング専用プロセッサを用い、それにより、通信速
度を向上させ、ネットワークシステムのスループットを
向上させることのできるプログラマブルネットワークを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプログラマブルなネ
ットワークシステムのネットワークノードの構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るプログラマブルなネ
ットワークシステムのシステム構成とその動作を説明す
るためのブロック図である。

【図３】本発明の第一の実施形態に係る通信パケット１
００のフォーマットを示す模式図である。

【図４】図３の通信パケット１００で通信データ１２０
が、フロー対応処理プログラムであるときのフォーマッ
トを示す模式図である。

【図５】図３の通信パケット１００で通信データ１２０
が、履歴情報１４０であるときのフォーマットを示す模
式図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る履歴情報１４０のフ
ォーマットを示す模式図である。

【図７】本発明の第一の実施形態に係るパケット処理対
象フロー識別テーブル１１のフォーマットを示す模式図
である。

【図８】履歴情報蓄積テーブル２４のフォーマットを示
す模式図である。

【図９】本発明の第一の実施形態に係るフロー対応処理
プログラム実行手段２０内の通信パケット送受信手段２
０の動作内容を示すフローチャートである。

【図１０】本発明の第一の実施形態に係るフロー対応処
理プログラム実行手段２０内の履歴情報更新手段２２の
動作内容を示すフローチャートである。

【図１１】本発明の第一の実施形態に係るパケット種別
判定手段１０の動作内容を示すフローチャートである。

【図１２】本発明の第二の実施形態に係る通信パケット
１００のフォーマットを示す模式図である。

【図１３】本発明の第二の実施形態に係るパケット処理
対象フロー識別テーブル１１のフォーマットを示す模式
図である。

【図１４】本発明の第二の実施形態に係るパケット種別
判定手段１０の動作内容を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…ネットワークノード、２…ネットワーク、３…ネッ
トワーク入力インタフェース、４…ネットワーク出力イ
ンタフェース、５…ルーティング手段、１０…パケット
種別判定手段、１１…パケット処理対象フロー識別テー
ブル、２０…フロー対応処理プログラム実行手段、２１
…通信パケット送受信手段、２２…履歴情報更新手段、
２３…パケット処理対象フロー識別テーブル設定手段、
２４…履歴情報蓄積テーブル、１００…通信パケット、
１１０…パケットヘッダ部、１２０…パケットデータ
部、１３０…フロー対応処理プログラム、１４０…履歴
情報。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生澤 満 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 三村 到 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 亀山 達也 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワーク上で定義される通信フロー
   毎に対応して、プログラムがロードされ、そのプログラ
   ムにより、その通信フローに属する通信パケットに対
   し、ネットワークノード上でプログラム処理をおこなう
   プログラマブルネットワークにおいて、 前記ネットワークノードは、 前記プログラムを実行するプログラム実行手段と、 入力パケットの送出先を割り出してルーティング処理を
   おこなうルーティング手段と、 ネットワーク入力インタフェースとを有し、 このネットワーク入力インタフェースには、入力パケッ
   トの種別を判定するパケット種別判定手段を設け、 このパケット種別判定手段は、 このネットワークノードに通信パケットが到着すると、 前記プログラムの処理対象とする通信フローに属する通
   信パケットのみをプログラム実行手段に転送し、 それ以外の通信パケットは、前記ルーティング手段に転
   送することを特徴とするプログラマブルネットワーク。
2. 【請求項２】 前記パケット種別判定手段は、さらに、 その通信フローの通信経路上の他のネットワークノード
   によって、既に実行されている処理内容の履歴情報を保
   持する履歴情報蓄積手段と、 前記ネットワークノード間で処理内容の履歴情報を通知
   する手段とを有し、 このパケット種別判定手段は、 このネットワークノードに通信パケットが到着すると、 前記履歴情報蓄積手段を参照し、 その通信パケットに属する通信フローに対して、このネ
   ットワークノードで実行されるプログラムが既に実行さ
   れていない場合のみ、その通信パケットを前記プログラ
   ム実行手段に転送し、 それ以外の場合には、前記ルーティング手段に転送する
   ことを特徴とする請求項１記載のプログラマブルネット
   ワーク。
3. 【請求項３】 このプログラマブルネットワークに用い
   られる各通信パケットに対し、ネットワーク経路上で既
   に実行されている処理内容の履歴情報を保持するフィー
   ルドを設け、 前記ネットワークノード上で、プログラム処理をおこな
   った際に、前記フィールドを更新し、 前記パケット種別判定手段は、 そのネットワークノードに通信パケットが到着すると前
   記フィールドを参照し、 その通信パケットに属する通信フローに対して、このネ
   ットワークノードで実行されるプログラムが既に実行さ
   れていない場合のみ、その通信パケットを前記プログラ
   ム実行手段に転送し、 それ以外の場合には、前記ルーティング手段に転送する
   ことを特徴とする請求項１記載のプログラマブルネット
   ワーク。
4. 【請求項４】 前記パケット種別判定手段を、前記ルー
   ティング手段の中に設け、 このルーティング手段は、前記ネットワーク入力インタ
   フェースから通信パケットを受け取ると、そのプログラ
   ムの処理対象となる通信フローに属する通信パケットの
   みを前記プログラム実行手段に転送することを特徴とす
   る請求項１ないし請求項３記載のいずれかのプログラマ
   ブルネットワーク。