JP2000106557A - 通信性能測定装置及びその測定方法 - Google Patents
通信性能測定装置及びその測定方法Info
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Abstract
に送信することなく、ネットワークの通信経路上でTC
P(Transmission Control Pr
otocol)通信の性能を測定するなど。 【解決手段】TCP通信性能測定装置2は、OSI参照
モデルのトランスポート層のプロトコルであるTCPに
則って送受信されているTCP通信の可変長パケットに
基づいて得られるラウンドトリップタイム及び最大セグ
メントサイズの双方と平均輻輳ウインドウサイズ、パケ
ット廃棄率及びパケット廃棄イベント率のいずれかとを
性能指標としてTCP通信の性能を表す実効帯域幅(転
送速度)を求める。そのために、パケットモニタリング
部21、性能指標検出部22、セッション管理部23、
セッション管理テーブル24及び性能計算部25を備え
る。
Description
てTCP(Transmission Control
Protocol)やUDP(User Datag
ram Protocol)などを用いる通信ネットワ
ークシステムに関し、特にTCP通信やUDP通信など
の性能を測定する装置及び方法に関する。
三層のIP(Internet Protocol:ネ
ットワーク層)の上の第四層(トランスポート層)のプ
ロトコルである。TCPの特徴は信頼性のあるデータ伝
送(転送)を行うこと、つまり通信の開始から終了まで
通信路の信頼性を保持してデータの正常な送信の制御
と、さらにエラー時のエラー検出及び回復とを行うこと
にある。このため、TCPではコネクション・オリエン
テッドなバーチャル通信路を設定して、上位層のユーザ
に全二重・双方向のストリームサービスを提供する。
は、コネクション(接続)の後に、その通信路を通して
データを転送する形式であり、通信中はデータの送受信
を監視することである。また、ストリームサービスと
は、大量のデータをブロックやパケットなどのかたまり
(固定長)ではなく、ビット列と考えてバイト単位にそ
のまま受信側に送ることである。
リームサービスでコネクション・オリエンテッドなデー
タ転送を行い、信頼性を維持するには、TCP通信の性
能を測定することが必要不可欠となる。TCP通信の性
能は送信側通信装置及び受信側通信装置の処理性能、通
信路(経路)上のルータの処理能力、及び回線の容量な
どに依存して大きく異なる。
ション・オリエンテッドなデータ通信を行うのに対し、
コネクションレス型であり、UDPのプロトコル自体で
は転送速度の制御を行わない。しかし、UDP通信の性
能もTCP通信と同様に上記各要素に依存して異なり、
通信ネットワークシステムとしては、UDP通信性能を
測定することも必要不可欠である。
を測定するためには、これらの通信を模倣したシミュレ
ーションプログラムを実行することにより、多数個の計
測用パケットを送信し、転送速度を実測する手法が採ら
れている。
法によると、測定精度を上げるために、多数個の計測用
パケットを連続的にネットワークに送信するため、ネッ
トワークに過剰な負荷をかけることを免れない。
ような特別なパケットを送信することなく、つまりネッ
トワークに過剰な負荷をかけることなく、TCP通信の
性能を測定することができる装置及び方法を提供するこ
とにある。
ットとして特別なパケットを利用するが、少数個の計測
用パケットを一定時間間隔で送受信することにより、つ
まりネットワークに過剰な負荷をかけることなく、TC
P通信の性能を測定(厳密には、推定)することができ
る装置及び方法を提供することにある。
ケットとして特別なパケットを利用するが、少数個の計
測用パケットを可変な一定時間間隔で送受信し、ラウン
ドトリップタイムの増減を観察することにより、つまり
ネットワークに過剰な負荷をかけることなく、TCPや
UDP通信などの性能を測定(推定)することができる
装置及び方法を提供することにある。
るための本発明の通信性能測定方法は、OSI参照モデ
ルのトランスポート層のプロトコルであるTCPに則っ
て送受信されているTCP通信の可変長パケットに基づ
いて、ラウンドトリップタイム及び最大セグメントサイ
ズの双方と、平均輻輳ウインドウサイズ、パケット廃棄
率及びパケット廃棄イベント率のいずれかとを性能指標
として得て、この性能指標の値の演算によりTCP通信
の性能を表す実効帯域幅を求める。
モデルのトランスポート層のプロトコルであるTCPに
則って送受信されているTCP通信の可変長パケットを
監視し、前記パケットより送信側通信装置及び受信側通
信装置のアドレス情報とパケット種別とパケットサイズ
とを含むログ情報を得るためのパケット監視手段と;前
記ログ情報に基づきラウンドトリップタイム及び最大セ
グメントサイズの双方と平均輻輳ウインドウサイズ、パ
ケット廃棄率及びパケット廃棄イベント率のいずれかと
を性能指標として得るための性能指標検出手段と;前記
性能指標の値の演算によりTCP通信の性能を表す実効
帯域幅を求めるための性能計算手段とを備える。
照モデルのトランスポート層のプロトコルであるTCP
に則って送受信されているTCP通信の可変長パケット
を監視し、前記パケットより送信側通信装置及び受信側
通信装置のアドレス情報とパケット種別とパケットサイ
ズとを含むログ情報をセッション毎に得るパケット監視
手段と;前記パケットのフローをセッション毎に管理す
るセッション管理手段と;前記ログ情報に基づき性能指
標としてラウンドトリップタイム、最大セグメントサイ
ズ及び平均輻輳ウインドウサイズを検出する性能指標検
出手段と;前記性能指標検出手段が検出した前記性能指
標の値を前記セッション管理手段の指定するセッション
毎に記録する記憶手段と;前記記憶手段に記録された前
記性能指標の値の演算によりTCP通信の性能を表す実
効帯域幅を求める性能計算手段とを備える。
通信性能測定方法は、少数個の計測用パケットを一定時
間間隔で送受信することによって計測されるラウンドト
リップタイムに基づいて得たラウンドトリップタイムの
平均値または中間値と、送受信される前記計測用パケッ
トのパケットサイズに基づいて得た最大セグメントサイ
ズと、前記ラウンドトリップタイムの時間変化から推定
される最大輻輳ウインドウサイズとを性能指標としてT
CP通信の性能を表す実効帯域幅を求める。
測用パケットを一定時間間隔で送受信して最大セグメン
トサイズ及びラウンドトリップタイムをそれぞれ測定す
る計測手段と;前記ラウンドトリップタイムの平均値ま
たは中間値を求め、前記ラウンドトリップタイムの時間
変化から最大輻輳ウィンドウサイズを推定する性能指標
検出手段と;前記最大セグメントサイズと前記ラウンド
トリップタイムの平均値または中間値と前記最大輻輳ウ
ィンドウサイズとに基づいてTCP通信の性能を表す実
効帯域幅を求める性能計算手段とを備える。
通信性能測定方法は、少数個の計測用パケットを可変な
一定時間間隔で送受信することによってラウンドトリッ
プタイムを計測し、前記計測用パケットの前記ラウンド
トリップタイムが直前の前記計測用パケットの前記ラウ
ンドトリップタイムよりも長くなる割合を判定し、前記
割合が予め定めた閾値を超えているか否かを調査し、超
えているならば前記計測用パケットの転送速度がネット
ワークの経路の利用可能帯域幅を超えていると判断する
ことにより、UDPのようなそれ自体では転送速度の制
御を行わないOSI参照モデルのトランスポート層のプ
ロトコルを用いて通信を行った場合及びOSI参照モデ
ルのトランスポート層のプロトコルであるTCPを用い
て通信を行った場合のいずれかのネットワーク経路の利
用可能帯域幅が、予め定めたある値を超えているか否か
を判断する。
測用パケットを可変な一定時間間隔で送受信することに
よってラウンドトリップタイムを計測する計測手段と;
前記計測用パケットの前記ラウンドトリップタイムが直
前の前記計測用パケットの前記ラウンドトリップタイム
よりも長くなる割合を調査する割合判定手段と;前記割
合が予め定めた閾値を超えているか否かを調査し、超え
ているならば前記計測用パケットの転送速度がネットワ
ークの経路の利用可能帯域幅を超えていると判断するこ
とにより、UDPのようなそれ自体では転送速度の制御
を行わないOSI参照モデルのトランスポート層のプロ
トコルを用いて通信を行った場合のネットワーク経路の
利用可能帯域幅が、予め定めたある値を超えているか否
かを判断する性能判定手段とを備える。
計測用パケットを可変な一定時間間隔で送受信すること
によってラウンドトリップタイムを計測する計測手段
と;前記計測用パケットの前記ラウンドトリップタイム
が直前の前記計測用パケットの前記ラウンドトリップタ
イムよりも長くなる割合を調査する割合判定手段と;前
記割合が予め定めた閾値を超えているか否かを調査し、
超えているならば前記計測用パケットの転送速度がネッ
トワークの経路の利用可能帯域幅を超えていると判断す
ることにより、OSI参照モデルのトランスポート層の
プロトコルであるTCPを用いて通信を行った場合のネ
ットワーク経路の利用可能帯域幅が、予め定めたある値
を超えているか否かを判断する性能判定手段とを備え
る。
て図面を参照して説明する。本発明の第1の実施の形態
を示す図1を参照すると、通信ネットワークシステム1
は複数のネットワーク11、12、13、14及び15
を含む。これらのネットワークはUNIXなどのコンピ
ュータネットワークや広域のパケット交換網を構成す
る。ネットワーク11から15のそれぞれは、OSI参
照モデルのネットワーク層レベルでネットワークの相互
接続を行うルータRTを有する。ここでは、通信装置1
6、17及び18がネットワーク15、11及び12に
それぞれ収容されていることを例示している。
t Protocol)アドレスを持つコンピュータや
通信端末である。通信装置16と通信装置17とはネッ
トワーク15、13及び11を経由する通信路VC1を
通してデータの送受信(TCP通信)を行う。また、通
信装置16が通信装置18とデータの送受信(TCP通
信)を行うときはネットワーク15、13、14及び1
2の通信路VC2を経由する。
1には、TCP通信の性能を測定するために、図2に示
すTCP通信性能測定装置2が配置される。この配置は
通信装置16、17及び18のいずれかを選択でき、測
定装置2とその通信装置とを同一筐体内に構成するか、
個別構成とするかは予め定めればよい。
ットモニタリング部21は配置位置の通信装置が送受信
しているTCPパケット(ビットストリームの可変長パ
ケット)を監視(モニタ)し、後に詳述するログ情報を
取り込む。TCPパケットのログ情報を取るためには、
UNIX上の既存ソフトウエアである「tcpdum
p」(Van Jacobson,Craig Ler
es and Steven McCanne(Law
rence Berkeley National L
aboratory),tcpdump−dump t
raffic on a network,URL:f
tp://ftp.ee.lbl.gov/tcpdu
mp.tar.Z)を用いることができる。
グ部21からのログ情報に基づきTCP通信の性能に関
する情報を得る。セッション管理部23はTCPパケッ
ト中のログ情報をもとに、通信を行っている送信側通信
装置及び受信側通信装置のペアのアドレスを検出し、こ
のペア毎に後述するセッション管理テーブル24に記録
する。つまり、セッション管理部23はTCPパケット
のフローをセッション(上記通信装置のペアのアドレ
ス)毎に管理している。
毎にTCP通信の性能指標(後に詳述)の値を記録する
ためのデータベースである。また、性能計算部25はセ
ッション管理テーブル24にセッション毎に記録された
性能指標の値からネットワークの通信経路上でのTCP
通信の性能を算出する。
タリング部21に取り込まれるTCPパケットのログ情
報は、図3に示すように、送受信時刻、送信側通信装置
及び受信側通信装置のアドレス、パケット種別及びパケ
ットサイズを含む。
は、セッション管理部23がセッション管理テーブル2
4に指定したセッションについて、ログ情報から性能指
標の値を検出してセッション管理テーブル24に格納す
る。性能指標には、ラウンドトリップタイム、最大セグ
メントサイズ、平均輻輳ウインドウサイズ、パケット廃
棄率及びパケット廃棄イベント率が含まれる。
て述べる。ラウンドトリップタイムは指定されたセッシ
ョンについてログ情報よりTCPコネクションの設立時
のハンドシェークと呼ばれるパケットのやりとりを見つ
けることにより検出する。図4はTCPコネクション設
立時のハンドシェークの一例を示す。送信側通信装置は
受信側通信装置にSYN(同期)パケットを送信し、受
信側通信装置はこれに対して送信側通信装置にACK
(確認)パケットを返信する。さらに、送信側通信装置
はACKパケットを受信すると、受信側通信装置にSY
NACK(確認応答)パケットを返信する。
装置との間でTCPコネクションが確立する。ラウンド
トリップタイムは送信側通信装置及び受信側通信装置の
どちらの位置でも計測できる。送信側通信装置の位置、
つまりここに測定装置2が配置された場合、SYNパケ
ットの送信時刻T1とACKパケットの受信時刻T3と
からラウンドトリップタイムRTTを式(1)で計算す
る。
信時刻T2とSYNACKパケットの受信時刻T4とか
らラウンドトリップタイムRTTを式(2)で計算す
る。
出する。TCP通信では、通信経路上のルータの最大送
信単位(MTU)に基づいてパケットのサイズを決めて
いる。中継のルータが通信経路上に複数あるときは、最
大送信単位の最小値がTCP通信の最大セグメントサイ
ズになる。TCP通信では、通信経路上のルータのMT
Uを検出して、最大セグメントサイズを自動調整してい
る。あるセッションの最大セグメントサイズを得るに
は、パケットモニタリング部21が収集したログ情報か
らTCP通信のパケットサイズを抽出すればよい。
パケット)は次のように検出する。TCP通信では、パ
ケットをスライディングウインドウ方式により出力制限
しながら送出する。つまり、ウインドウサイズという単
位で一度に送出するパケット数を制限し、ウインドウサ
イズ分のパケットが転送されたことを受信側通信装置か
らの受信確認パケットによって確認した後に、次のウイ
ンドウサイズ分のパケットを送出する(図5参照)。
受信されたパケットのログ情報から一つのウイドウサイ
クル内で送出されたパケットの数を調べればよい。ただ
し、ウインドウサイズはTCP通信が進むにつれて時間
を追って変化する。TCPでは、スロースタート及び輻
輳回避の二つのアルゴリズムを組み合わせてウインドウ
サイズを調整している。つまり、TCPコネクションが
設立した直後はスロースタートを行ってウインドウサイ
ズを値1から指数関数的に増加していくが、やがてネッ
トワークが輻輳するようになると、パケットが破棄さ
れ、受信確認パケットが到着しなくなる。
所定時間内に到着しない場合、ネットワークが輻輳して
いると判断し、ウインドウサイズを調整する。ウインド
ウサイズの調整は輻輳回避アルゴリズムによって行われ
る。つまり、パケット廃棄が起こる(受信確認パケット
が所定時間内に到着しない)と、ウインドウサイズを半
分に減らし、その後に再びパケット廃棄が起こるまで一
つずつウインドウサイズを増やしていく。パケット廃棄
が起こると、再びウインドウサイズを半分に減らして同
じことを繰り返す。
を示す。同図中、縦軸のウインドウサイズは最大セグメ
ントサイズを乗じて単位バイトで示している。性能指標
検出部22はウインドウサイズの値として、輻輳回避ア
ルゴリズムが実行されている(図6中、符号Aで示す)
ときのウインドウサイズの平均値を求める。
セグメントサイズ及び平均輻輳ウインドウサイズはUN
IX上の既存ソフトウエアである「tcptrace」
(Shawn Ostermann(Ohio Uni
versity),tcptraceーa TCP d
ump file analysis tool,UR
L:http://jarok.cs.ohiou.e
du/software/tcptrace/tcpt
race.html)を用いてログ情報から抽出するこ
とができる。上述のようにして求められる性能指標のラ
ウンドトリップタイム、最大セグメントサイズ及び平均
輻輳ウインドウサイズの各値をセッション管理テーブル
24に格納した一例を図7に示す。
いてTCP通信性能を表す実効帯域幅(転送速度)を算
出する。ここでは、実効帯域幅をBW(バイト/秒)、
ラウンドトリップタイムをRTT(msec)、最大セ
グメントサイズをMSS(バイト)及び平均輻輳ウイン
ドウサイズを<W>(パケット)とすると、性能計算部
25は式(3)により実効帯域幅BWを求め、TCP通
信の性能値として出力する。
ンドトリップタイム、最大セグメントサイズ及び平均輻
輳ウインドウサイズに基づいて、性能計算部25がTC
P通信性能を表す実効帯域幅を算出する場合について説
明したが、次に述べる代替手法によっても実効帯域幅を
求めることができる。
輻輳ウインドウサイズに代えてパケット廃棄率またはパ
ケット廃棄イベント率を検出させ、実効帯域幅を算出す
るための性能指標とする。TCP通信では、パケットを
送信するとき、順にシーケンス番号を付与してパケット
のヘッダに記録している。セッション毎にTCPパケッ
トのシーケンス番号を追跡すると、シーケンス番号が順
に増えているときは、パケットは廃棄されずに送信また
は受信されていることが分かり、シーケンス番号が逆戻
りしたときは、その番号のパケットが廃棄されたため、
再送されたことが分かる。したがって、図8に示すよう
に、シーケンス番号の逆戻りが起きたときをパケット廃
棄イベントとして計数し、逆戻りした後に再送されたパ
ケット数をパケット廃棄として計数する。
数の計数手法について図9を参照して説明する。性能指
標検出部22は変数としてLOSSーNUM(パケット
廃棄カウンタ)、LOSS−EVENT−NUM(パケ
ット廃棄イベントカウンタ)、LOSS−EVENT−
FLAG(パケット廃棄イベント履歴フラグ)、MAX
−SEQ−NO(最大シーケンス番号)、及びLAST
−SEQ−NO(最新送出パケットシーケンス番号)の
各値を格納するためのメモリを有する。
いて、LOSS−NUM、LOSS−EVENT−NU
M、LOSS−EVENT−FLAG、及びMAX−S
EQ−NOの各値を0に初期化する。ステップS2で
は、パケットのログ情報からパケットが新しく送信され
たかどうかを検出する。新たなパケットが送信されたと
きはステップS3に進む。そうでないときはステップS
2の処理を繰り返す。ステップS3において、新たに送
信されたパケットのシーケンス番号をログ情報から検出
し、LAST−SEQ−NOに代入する。
いて、LAST−SEQ−NOがMAX−SEQ−NO
以下であるという条件の成立を調べる。ステップS4の
条件の成立は、シーケンス番号の逆戻りが起きており、
パケットが廃棄されたことを意味する。ステップS4の
条件が成立したときは、ステップS5に進み、LOSS
−NUMを1だけ増やし、ステップS6に進む。
−FLAGが1であるかどうかを調べる。LOSS−E
VENT−FLAGが1ならば、既にパケット廃棄イベ
ントを計数しているのでステップS2に戻る。LOSS
−EVENT−FLAGが0ならば、パケット廃棄イベ
ントは未だ計数されていないのでステップS7に進み、
LOSS−EVENT−NUMを1だけ増やす。
シーケンス番号の逆戻りはなく、パケット廃棄は起きて
いない。このときは、ステップS8に進み、LAST−
SEQ−NOの値をMAX−SEQ−NOに代入する。
次に、ステップS9でLOSS−EVENT−FLAG
を0にリセットし、ステップS2に戻る。
NUMの値はパケット廃棄数を、かつLOSS−EVE
NT−NUMの値はパケット廃棄イベント数を与える。
性能指標検出部22はこれらの値を用いてパケット廃棄
率及びパケット廃棄イベント率を次のように求める。
が各セッションについてパケットのログ情報を見て、受
信確認パケットによって受信が確認されなかったパケッ
ト数(パケット廃棄数)と、送信または受信した総パケ
ット数とを検出し、式(4)によって計算することによ
り求められる。
の中でパケツトが廃棄されたとき、それが複数個のパケ
ットであっても一つの輻輳シグナルとみなして、ウイン
ドウサイズの調整(ウインドウサイズを半減する操作)
を行っている。したがって、シーケンス番号が逆戻りし
たときを一つのパケット廃棄イベントとみなして、パケ
ット廃棄イベント率qを式(5)により計算する。な
お、このイベント率qを使って実効帯域幅を求めた方が
推定の精度が向上する。
及びパケット廃棄イベント率qを他の性能指標のラウン
ドトリップタイムRTT及び最大セグメントサイズMS
Sとともにセッション毎にセッション管理テーブル24
に格納した一例を図10に示す。
いて式(6)または式(7)により実効帯域幅BWを計
算して出力する。 BW=C×MSS/RTT/√p ……(6) BW=C×MSS/RTT/√q ……(7) ここで、Cは定数であり、使用しているTCPのインプ
リメンテーションつまり、輻輳回避アルゴリズムの違い
やネットワークのルータにおけるパケット廃棄の仕方の
違いにより、1±0.3の範囲で微調整するパラメータ
である。
に示す通信ネットワークシステムにおける通信装置のい
ずれかの位置に配置できるが、これらの通信装置をサー
バ及びクライアントと考えた場合、その配置により次の
ように測定結果を利用することができる。
アント側に配置した場合、ネットワークに同一のサービ
スを提供する複数のサーバがあると、クライアントが選
択したサーバにより、クライアントの受けるサービス性
能が異なる。このような場合、クライアントはTCP通
信性能を測定して、最もサービス性能の良いサーバを選
択することができる。
に配置した場合、サーバがクライアントにサービスを提
供するとき、クライアントの処理能力やクライアントま
でのネットワークの経路上の性能により、サービスの性
能を調整したいことがある。例えば、ビデオや音声信号
をクライアントに提供する場合、クライアントやネット
ワークの性能に応じてデータ量を調整することがある。
このような場合、サーバはTCP通信性能を測定して、
クライアントに適した品質のサービスを提供することが
できる。次に、本発明の第2の実施の形態について図面
を参照して説明する。
る通信ネットワークシステムを示す。この通信ネットワ
ークシステム3の構成は、説明を簡潔にするために、図
1に示す第1の実施の形態における通信ネットワークシ
ステム1の構成の要部を模式化して示したものである。
したがって、互いに通信を行う二つの通信装置31及び
32と、これらの通信装置間の通信路(経路)に配置さ
れた四つのルータRTとが示されている。
の通信装置に設けられる。この測定装置4を設けた通信
装置を送信側通信装置と呼び、もう一方の通信装置を受
信側通信装置と呼ぶ。送信側通信装置31に配置された
本測定装置4は、計測用パケットをエコーリクエストパ
ケットとして受信側通信装置32に送信し、受信側通信
装置32が返送するエコーリプライパケットを受信する
ことにより、二つの通信装置間のTCP通信性能を測定
(推定)する。
定装置4において、計測用パケット送受信部41は計測
用パケットをエコーリクエストパケットとして受信側通
信装置に対して送り、受信側通信装置が返送するエコー
リプライパケットを受信し、最大セグメントサイズ(M
SS)及びラウンドトリップタイム(RTT)を計測す
る。性能指標検出部42はラウンドトリップタイムの平
均値または中間値(<RTT>)を求めるとともに、ラ
ウンドトリップタイムの時間変化から最大輻輳ウィンド
ウサイズ(W)を推定する。また、性能計算部43は最
大セグメントサイズ、ラウンドトリップタイムの平均値
または中間値、及び最大輻輳ウィンドウサイズの値から
実効帯域幅(推定実効帯域幅)を算出する。
セグメントサイズの計測は次のように行う。最大セグメ
ントサイズとは、通信経路上のルータが送信できるパケ
ットサイズの最大値(最大送信単位:MTU)に依存す
るパケットサイズである。通信経路上にルータが複数あ
るときは、各ルータの最大送信単位の最小値が最大セグ
メントサイズになる。計測用パケット送受信部41は計
測用パケットのサイズを変えながらパケットを送受信す
ることで、最大セグメントサイズを計測してその値を出
力する。
ントサイズを検出するために、計測用パケットのサイズ
を128バイトから32,768バイトまで変えながら
送信する。パケットのサイズが経路の最大送信単位より
大きい場合は、転送できなかったルータは特定メッセー
ジ(TooBigメッセージ)を返送するので、経路上
のルータがどれもこのメッセージを返さない最大のパケ
ットサイズをもって、最大セグメントサイズとする。
る一定時間間隔でのラウンドトリップタイムの計測は次
のようにして行う。計測用パケット送受信部41は計測
用パケットをエコーリクエストパケットとして受信側通
信装置に送信し、受信側通信装置が返送するエコーリプ
ライパケットを受信することによって、二つの通信装置
間のラウンドトリップタイムを計測する。この計測のた
めには、UNIX、WindowsNTなどのオペレー
ティングシステムで標準実装されている「ping」
(ping−send ICMP ECHO−REQU
EST packets to network ho
sts,Software is available
on most UNIX−based opera
tingsystems)またはUNIX上のフリーソ
フトウェアである「echoping」(S.Bort
zmeyer,echoping−tests a r
emote host with TCP or UD
P,Software is available f
rom URL:ftp://ftp.pasteu
r.fr/pub/computing/unix/n
etwork/echoping/)を用いることがで
きる。
用いて受信側通信装置へICMPエコーリクエストパケ
ットを送信してから、ICMPエコーリプライパケット
を受信するまでの時間を計測し、ラウンドトリップタイ
ムの値として出力する。ehopingを用いた場合
は、ICMPエコーリクエストパケットの代わりにTC
PまたはUDPのエコーリクエストパケットをTCPま
たはUDPのエコーポートに送信することにより、エコ
ーリプライパケットを受信する以外はpingの場合と
同様である。計測用パケット送受信部41はechop
ingによってpingの場合と同様にしてラウンドト
リップタイムを計測し、その値を出力する。ここで、I
CMPはInternet Control Mess
age Protocolの略である。
ットによる計測、TCPパケットによる計測の順に、ラ
ウンドトリップタイムの計測値は実際のTCP通信のラ
ウンドトリップタイムに近い値になり、TCP通信の性
能をより正確に測定できる。
ーク層(IP層)のプロトコルであるが、TCP及びU
DPはIP層の上のトランスポート層のプロトコルであ
る。また、TCPはコネクション型の通信プロトコルで
あるが、UDPはコネクションレス型の通信のプロトコ
ルである。このようなプロトコルの性質の違いによっ
て、ICMP、UDP、TCPのエコーパケットを用い
て測定したラウンドトリップタイムには違いが生じる。
クション型のTCPエコーパケットを用いるのが最も正
確であり、実際のTCP通信のラウンドトリップタイム
に最も近いラウンドトリップタイムを計測できる。次に
正確なのは同じトランスポート層のUDPエコーパケッ
トによるラウンドトリップタイム計測である。ただし、
UDPの場合は、コネクションレスであるため、ラウン
ドトリップタイムはTCPの場合よりも短くなる。最も
性能の悪いのはICMPエコーパケットによるラウンド
トリップタイム計測である。それは、ICMPがトラン
スポート層ではなく、その下のIP層で動作するプロト
コルであり、プロトコル処理が少なく、ラウンドトリッ
プタイムは最も短くなるためである。
ろ計測にかかるオーバーヘッド(サーバやルータにかか
る負荷)を考えると、ICMP、UDP、TCPの順に
オーバーヘッドが大きくなるため、処理の軽いICMP
エコーパケットを利用することが望ましい。
たはechopingの利用によって一定時間間隔で計
測用パケットの送受信を行い、ラウンドトリップタイム
を計測してその結果を性能指標検出部42に逐次出力す
る。
信部41から一定時間間隔毎に計測されたラウンドトリ
ップタイムの値を受け取り、TCP通信を行った場合の
最大輻輳ウィンドウサイズを推定して出力する。
ンドウサイズの推定の方法を説明する。時刻tでのラウ
ンドトリップタイムをRTT(t)とおく。ラウンドト
リップタイムの時系列からラウンドトリップタイムの平
均値または中間値を求め、<RTT>とする。ここで、
中間値とはラウンドトリップタイムの値を小さい順にm
個並べたときのm/2番目の値のことである。
変動(雑音)除去のために平滑化する処理を行う。時刻
tでの平滑化されたラウンドトリップタイムをSRTT
(t)とすると、SRTT(t)はn区間移動平均また
は平滑化漸化式によって求める。例えば、4区間移動平
均の場合、SRTT(t)は時刻t−3、t−2、t−
1、tでのRTTの値から式(8)で求める。
求める。
ある。この平滑化係数αはラウンドトリップタイムの瞬
間的な雑音を除去し、ラウンドトリップタイムを平滑化
するためのパラメータである。平滑化されたラウンドト
リップタイムを求める際に、一つ前の時間の平滑化され
たラウンドトリップタイムと現在のラウンドトリップタ
イムとをどれぐらいの比率で評価するかによって、平滑
化係数αの値を調整する。
ムの値を尊重するならば、αの値は1に近い値を採り、
現在のラウンドトリップタイムの値を大きく取り入れた
いならば、αの値は0に近い値を採る。元のラウンドト
リップタイムの瞬間的な変動が激しいならば、αの値は
1に近い値を設定し、そうでないならば0に近い値に設
定すればよい。
合、過去の何個かの値を必要とする移動平均による場合
よりも、RTTの平滑化をより少ない記憶領域で行うこ
とができる。
ップタイムSRTTの時間微分DRTT(t)を式(1
0)で求める。 DRTT(t)=SRTT(t)−SRTT(t−1)……(10) このようにして求めたDRTTの時系列に対しても平滑
化処理を行う。平滑化したDRTTの値をSDRTTと
すると、SDRTT(t)はn区間移動平均または平滑
化漸化式によって式(11)または式(12)のように
求める。なお、式(11)では、n=4の場合を示す。
DRTTの値が正から負へ変わるとき、つまりSRTT
が極大になる時点をすべて検出する。この時点でルータ
においてパケット廃棄が起きていると推定する。k−1
回目のパケット廃棄が起きてから、k回目のパケット廃
棄が起きるまでの時間間隔L(k)(秒)を式(13)
で求める。
とおく。最大輻輳ウィンドウサイズの推定値Wはラウン
ドトリップタイムの平均値または中間値〈RTT〉とパ
ケット廃棄イベントの周期の平均値<L>とを用いて式
(14)で求める。
または中間値<RTT>の値と最大輻輳ウィンドウサイ
ズの推定値Wの値とを出力する。
41から最大セグメントサイズMSSを受け取ると共
に、性能指標検出部42からラウンドトリップタイムの
平均値または中間値<RTT>と最大輻輳ウィンドウサ
イズの推定値Wとを受け取り、TCP通信を行った場合
の実効帯域幅の推定値BWを求めて出力する。推定実効
帯域幅BWは式(15)によって求める。
TCP通信ではパケットを上記スライディングウィンド
ウ方式で出力制限しながら送出する。ウィンドウサイズ
という単位で一度に出力するパケット数を制限し、ウィ
ンドウサイズ分のパケットが転送されたことが受信側通
信装置からのACK(確認)パケットによって確認され
るのを待ってから、次のウィンドウサイズ分のパケット
を出力する。ウィンドウサイズは、TCP通信が進むに
つれて時間を追って変化する。TCPはスロースタート
と輻輳回避との二つのアルゴリズムを組み合わせてウィ
ンドウサイズを調整している。
ロースタートを行って、ウィンドウサイズを値1から指
数関数的に増加させていくが、やがてネットワークが輻
輳するようになると、パケットが廃棄され、ACKパケ
ットが到着しなくなる。送信側通信装置は、ACKパケ
ットが一定時間内に到着しない場合、ネットワークが輻
輳していると判断し、ウィンドウサイズを調整する。ウ
ィンドウサイズの調整は輻輳回避アルゴリズムによって
行われる。
ットが一定時間内に到着しないと、ウィンドウサイズを
半分に減らし、その後、再びパケット廃棄が起こるまで
一つずつウィンドウサイズを増やしていく。パケット廃
棄が起こると、またウィンドウサイズを半分に減らして
同じことを繰り返す。したがって、TCP通信の性能
は、主に輻輳回避がどれくらいの時間間隔で起きるか、
つまりパケット廃棄の頻度によって決まる。
回避アルゴリズムは輻輳シグナルとして理解し、ウィン
ドウサイズを半減させる。このとき、一度に複数のパケ
ットが廃棄されても、一つの輻輳シグナルとしてみな
す。これをパケット廃棄イベントと呼ぶ。パケット廃棄
イベントが起こるのは、ルータのバッファ(キュー)が
あふれたときであり、その直前には計測用パケットのラ
ウンドトリップタイムが急激に大きくなることが観察さ
れる。したがって、ラウンドトリップタイムが極大にな
る時点を検出すれば、TCP通信を行った場合の最大輻
輳ウィンドウサイズの半減のタイミングを捉えることが
できる。
ウィンドウサイズWとラウンドトリップタイムの平均値
または中間値<RTT>とパケット廃棄イベントの時間
間隔Lとの間には次式(16)が成立する。
められる。 W=2×L/<RTT>……(17) このとき、送信されたパケット数は図13中の着色部分
の面積より3W^2/8であるから、推定実効帯域幅B
Wは次のように式(18)から求めることができる。な
お、この明細書において、^2は2乗を意味する。
して10〜20ppsのエコーパケットを送信すればよ
いが、TCP通信を模倣したシミュレーションプログラ
ムを実行する従来技術では、100〜1,000pps
の計測用パケットを送信する必要がある。次に、本発明
の第3の実施の形態について図面を参照して説明する。
性能測定装置5は、上述した第2の実施の形態のTCP
通信性能測定装置4と同様に、図11に示す通信ネット
ワークシステム3の送信側通信装置31に配置される。
この通信性能測定装置5は計測用パケットをエコーリク
エストパケットとして受信側通信装置32に送信し、受
信側通信装置32が返送するエコーリプライパケットを
受信することにより、二つの通信装置間のTCP通信や
UDP通信などの性能つまり、ネットワークの通信性能
を測定(推定)する。
パケット送受信部51は計測用パケットとしてエコーリ
クエストパケット(ICMP)を受信側通信装置に対し
て送信し、受信側通信装置が返送するエコーリプライパ
ケット(ICMP)を受信し、ラウンドトリップタイム
(RTT)を計測する。ラウンドトリップタイム増加割
合判定部52は計測用パケットのラウンドトリップタイ
ムが直前の計測用パケットのラウンドトリップタイムよ
り長くなる割合を判定する。また、性能判定部53は、
計測用パケットのラウンドトリップタイムが直前の計測
用パケットのラウンドトリップタイムより長くなる割合
が閾値を超えているとき、計測用パケットの転送速度が
ネットワークの経路の利用可能帯域幅(推定実効帯域幅
と同意に考えてもよい)を超えていると判断することに
より、ネットワーク経路の利用可能帯域幅が予め定めた
ある値を超えているかどうかを判断する。
にして行う。計測用パケット送受信部51は、計測用パ
ケットのICMPエコーリクエストパケットを受信側通
信装置に送信し、受信側通信装置が返送するICMPエ
コーリプライパケットを受信することによって、二つの
通信装置間のラウンドトリップタイムを計測する。この
計測ためには、UNIX、WindowsNTなどのオ
ペレーティングシステムで標準実装されている上記「p
ing」を用いることができる。
利用により受信側通信装置へICMPエコーリクエスト
パケットを送信する。受信側通信装置はICMPエコー
リプライパケットを送信側通信装置に返送する。計測用
パケット送受信部51はICMPエコーリクエストパケ
ットを送信してから、ICMPエコーリプライパケット
を受信するまでの時間を計測し、ラウンドトリップタイ
ムの値として逐次記録する。
51で計測した計測用パケットの送信間隔とラウンドト
リップタイムとからネットワークの利用可能帯域幅を推
定する。
照して説明する。利用可能帯域幅を調べたい経路に対し
て、測定用パケット送受信部51が大きさ(サイズ)E
bitのICMPエコーリクエストパケットをn個、送信
間隔δ秒で送信する。そして、受信側通信装置から返送
されるICMPエコーリプライパケットを受信して、そ
れぞれのパケットのラウンドトリップタイム(RTT
1、RTT2、...、RTTn)を計測する(ステッ
プ:S11)。
イムがRTTi+1>RTTiとなるような割合Qを調
査するため式(19)で計算する(S12)。
(Q≧R)ならば、測定用パケットの転送速度(E/δ
bps)は経路の利用可能帯域幅を超えていると判断す
る。つまり、UDPのようなそれ自体では転送速度の制
御を行わないようなプロトコルに則って通信を行う場合
の経路の利用可能帯域幅BWu(bps)は、BWu<
E/δであると判断する。また、TCPに則って通信を
行う場合の利用可能帯域幅BWt(bps)はBWt<
0.75E/δであると判断する(S13、S14、S
15)。
できる根拠を示す。IPネットワークの経路におけるパ
ケットの遅延の挙動について図16のようなルータモデ
ルで考える。ここで、ルータRTの最大パケット通過性
能をμpps、ルータRTへの計測用パケットの流入量
をPpps、計測用パケット以外のパケットの流入量を
Ippsとする。また、計測用パケットがルータRTに
流入する時間間隔δ(sec)=1/Pである。また、
計測用パケットの数をn個とし、計測用パケットのサイ
ズをEbitとする。さらに、それぞれの計測用パケッ
トのラウンドトリップタイムをRTT1、RTT
2、...、RTTn(sec)とする。なお、経路の利
用可能帯域幅はμ−Ippsとする。
最大通過性能を超えない(P+I≦μ)とき、パケット
はルータRTのキューに蓄積されないので、計測用パケ
ットのRTTは全てほぼ等しくなる。一方、ルータRT
へのパケット流入量がルータRTの最大通過性能を超え
る(P+I>μ)ときには、計測用パケットはキューに
順次蓄積されていくので、i+1番目の計測用パケット
の処理時間はi番目のパケットの処理時間より長くなる
(RTTi+1>RTTi)ことが多くなる。
(=1/δ)は経路の利用可能帯域幅の上限を超えてお
り、現在この経路の利用可能帯域幅はPpps未満(つ
まり、PE(=E/δ)bps未満)であると推測でき
る。UDPのようなそれ自体では転送速度の制御を行わ
ないようなプロトコルを用いて通信を行う場合には、こ
の利用可能帯域幅で通信が可能である。また、TCPで
の利用可能帯域幅は0.75Ppps未満(つまり、
0.75PE(=0.75E/δ)bps未満)である
と推測できる。
5Ppps未満であると推測できる理由について述べ
る。TCPではウィンドウを用いたフロー制御を行って
いる。TCPではウィンドウサイズ分の量のパケットを
送出した後、それらが無事に送信されたことを確認する
と、ウィンドウサイズを大きくする。一方、経路の途中
でパケットの廃棄が行われたことを確認すると、ウィン
ドウサイズを半減させる。このような動作を繰り返す
と、TCPにおけるウィンドウサイズの挙動は図17に
示すようになる。
値Wになっている時刻は、パケット廃棄が起きる直前な
ので、経路の最大性能が出ていると考えられる。そし
て、平均ウィンドウサイズは最大ウィンドウサイズの
0.75倍であるので、TCPは平均して経路の最大性
能の0.75倍の性能しか出ないことになる。
の出力速度(転送速度P)を変化させながらRTTi+
1>RTTiとなる割合Qを調査した結果を図18に示
す。この結果では、パケットがルータRTにキューイン
グされていると判断するための閾値Rを0.8とする
と、UDPなどのようなそれ自体では転送速度の制御を
行わないようなプロトコルを利用した場合の利用可能帯
域幅は920pps程度であり、TCPを利用した場合
の利用可能帯域幅は920×0.75=690pps程
度であると推測できる。
TTi+1>RTTiとなるかどうかを調べることによ
り、計測用パケットの速度Pが経路のUDPでの利用可
能帯域幅を超えているかを判定することができる。ま
た、0.75PがTCPでの利用可能帯域幅を超えてい
るかを判定することができる。
UDPを用いた場合のネットワーク経路の利用可能帯域
幅がXbpsを超えているかどうかを調べることができ
る。このXを二分法により変化させながら、上記の手法
で繰り返し、ネットワーク性能を調査することで、ネッ
トワークの利用可能帯域幅を推定することができる。
9を参照して説明する。まず、次のように初期設定を行
う(S21)。A=1とする。Xに計測用パケットの転
送速度の初期値(1,000pps)をいれる。ループ
回数Zは8回とする。閾値Rは0.8とし、1ループ毎
に出力する計測パケットの数nは11とし、計測パケッ
トのサイズEは12,000bitとする。
パケットを出力し、ネットワークの経路の利用可能帯域
幅がXppsを超えているかどうかをラウンドトリップ
タイムの計測に基づいて調査する(S22)。
いるならば(Q≧Rのとき)、X=XーX/2^Aとす
る。一方、経路の利用可能帯域幅がXppsを超えてい
なければ(Q<Rのとき)、X=X+X/2^Aとする
(S23、S24、S25、S26)。
ば、ステップS22へ戻る。また、A≧Zならば、終了
する(S28)。この結果、Xpps(XEbps)近
辺がUDPを利用した場合のネットワーク経路の利用可
能帯域幅BWuになる。TCPを用いた場合の経路の利
用可能帯域幅BWtは0.75Xpps(0.75XE
bps)近辺になる。
利用可能帯域幅を求める手法について図20を参照して
説明する。まず、はさみうち法について概説すると、こ
の手法は関数f(x)について、f(a)=0となるa
を求めるための代数方程式の解法であり、次の手順を採
る。
1)<0、f(x2)>0となるように選択する。 (2)XY平面上の2つの点(x1,f(x1))、
(x2,f(x2))を直線L1で結ぶ。
とする。 (4)f(x1)*f(x2)<0なので、f(x3)
はf(x1)とf(x2)のどちらかと符号が等しい。
f(x3)*f(x1)>0のとき、x1にx3を代入
し、f(x3)*f(x1)>0のとき、x2にx3を
代入して(2)以降の作業を繰り返す。x1とx2は次
第に値aに収束する。
帯域幅を求める手順について説明する。まず、次のよう
な初期設定を行う(S31)。A=1とする。X1=
0、Y1=0.5とし、X2に計測レンジの最大値(p
ps)を入れる。計測レンジの最大値は「この値よりは
利用可能帯域幅が下である」ということが分かっている
値である。例えば、転送速度10Mbpsのイーサネッ
トであれば、X2=10,000,000/Eとする。
ここで、Eは計測用パケットのサイズ(12,000b
it)である。また、ループ回数Zは8回とする。さら
に、パケットがルータにキューイングされていると判断
するための閾値Rは0.8とし、1ループ毎に出力する
計測パケットの数nは11とする。
測用パケットを出力し、前のパケットのラウンドトリッ
プタイムがその直後のパケットのラウンドトリップタイ
ムを超えている確率Y2を調査する(S32、S3
3)。XY平面上の座標(X1,Y1)と(X2,Y
2)を通る直線をY軸方行にーRだけ平行移動した直線
がX軸と交わる点を(X3,0)とすると、X3=X1
−(X1−X2)(Y1−R)/(Y1−Y2)となる
(S34)。
用パケットを出力し、前のパケットのラウンドトリップ
タイムがその直後のパケットのラウンドトリップタイム
を超えている確率Y3を調査する(S35、S36)。
(Y1−R)(Y3−R)<0ならばX2=X3、Y2
=Y3とし、そうでなければX1=X3、Y1=Y3と
する(S37、S38、S39)。
ばステップS34に戻る。また、A≧Zならば終了する
(S41)。この結果、X3pps(EX3bps)近
辺がUDPを利用した場合のネットワーク経路の利用可
能帯域幅BWuになる。TCPを利用した場合の経路の
利用可能帯域幅BWtは0.75X3pps(0.75
EX3bps)近辺になる。
加法または単調減少法で変化させても利用可能帯域幅を
求めることが可能である。単調増加法の処理手順を示す
図21を参照すると、まず次のように初期設定を行う
(S51)。Xに計測用パケットの転送速度の初期値
(1から10pps)を入れる。また、計測用パケット
の転送速度の増分をΔX(10から100pps)とす
る。さらに、閾値Rを0.8、1ループ毎に出力する計
測用パケットの数nを11、及び計測用パケットのサイ
ズEbitを12,000とする。
パケットを出力し、ネットワークの経路の利用可能帯域
幅がXppsを超えているかどうかをラウンドトリップ
タイムの計測に基づいて調査する(S52、S53)。
経路の利用可能帯域幅がXppsを超えていなければ
(Q<Rのとき)X=X+ΔXとし、ステップS52へ
戻る(S54、S55)。
らば(Q≧Rのとき)終了する(S54)。Xpps
(XEbps)近辺がUDPを利用した場合のネットワ
ーク経路の利用可能帯域幅BWuになる。TCPを利用
した場合の経路の利用可能帯域幅BWtは0.75Xp
ps(0.75XEbps)近辺になる。
を参照すると、まず次のように初期設定を行う(S6
1)。Xに計測用パケットの転送速度の初期値として、
計測レンジの最大値(1,000pps)を代入する。
また、計測用パケットの転送速度の増分をΔX(ー10
からー100pps)とする。さらに、閾値Rを0.
8、1ループ毎に出力する計測用パケットの数nを1
1、及び計測用パケットのサイズEbitを12,00
0とする。
パケットを出力し、ネットワークの経路の利用可能帯域
幅がXppsを超えているかどうかをラウンドトリップ
タイムの計測に基づいて調査する(S62、S63)。
経路の利用可能帯域幅がXppsを超えていれば(Q>
Rのとき)X=X+ΔXとし、ステップS62へ戻る
(S64、S65)。
れば(Q≦Rのとき)終了する(S64)。Xpps
(XEbps)近辺がUDPを利用した場合のネットワ
ーク経路の利用可能帯域幅BWuになる。TCPを利用
した場合の経路の利用可能帯域幅BWtは0.75Xp
ps(0.75XEbps)近辺になる。
ル「Treno」(M.Matthis and J.
Mahdavi,“Diagnosis Intern
etCongestion with a Trans
port Layer Performance To
ol,”Proceedings of INET9
6,Montreal,June 1996.)では、
20秒間の計測に10,000個以上のパケットを使用
するケースもある。しかし、二分法やはさみうち法を用
いる本発明における手法では、1回のループにつきパケ
ットを20個送出し、8回のループで利用可能帯域幅を
推定するとすれば、160個のパケットで計測が可能に
なる。また、単調増加法や単調減少法を用いる本発明に
おける手法では、計測用パケットの転送速度を10〜
1,000ppsの間で10ppsきざみで変化させ、
1回のループにつきパケットを20個送出して利用可能
帯域幅を推定するとすれば、2,000個のパケットで
計測が可能になる。
ュレートするために、パケットの送受信を繰り返し、ウ
ィンドウサイズを変化させるだけの時間が必要であり、
少なくとも10秒から60秒位の計測時間が必要であ
る。しかし、上述した二分法やはさみうち法を用いれ
ば、数秒のオーダーで高速な計測が可能になる。
OSI参照モデルのトランスポート層のプロトコルであ
るTCPに則って送受信されているTCP通信の可変長
パケットに基づいて得られるラウンドトリップタイム及
び最大セグメントサイズの双方と平均輻輳ウインドウサ
イズ、パケット廃棄率及びパケット廃棄イベント率のい
ずれかとを性能指標として実効帯域幅(転送速度)を求
めることにより、特別に多数個の計測用パケットをネッ
トワークに送信してネットワークに負荷をかけることな
く、ネットワークの通信経路上でTCP通信の性能を測
定できる。
ケットを一定時間間隔で送受信することにより、ラウン
ドトリップタイムの時間変化からTCP通信を行った場
合の最大輻輳ウィンドウサイズを推定することができ、
ラウンドトリップタイムの平均値または中間値と、最大
セグメントサイズと、推定された最大輻輳ウィンドウサ
イズとからTCP通信を行った場合の実効帯域幅の推定
値を求めることができる。これにより、多数個の計測用
パケットを送信してネットワークに負荷をかけることな
く、TCP通信の性能を推定することができる。
パケットを可変な一定時間間隔で送受信することによっ
て、ラウンドトリップタイムが増加する割合から利用可
能帯域幅(実効帯域幅)の推定値を求めることができ
る。これにより、多数個の計測用パケットを送信してネ
ットワークに負荷をかけることなく、短時間でネットワ
ーク性能(TCPやUDP通信の性能)を推定すること
ができる。
ワークシステムを示す。
れるTCP通信性能測定装置の構成を示す。
りを示す。
の図である。
ン管理テーブルに格納される性能指標の一例を示す。
廃棄について説明するための図である。
計数手法の一例を示す。
ョン管理テーブルに格納される性能指標の他の例を示
す。
通信ネットワークシステムを示す。
定装置の構成図である。
タイムの時間変化と輻輳ウィンドウサイズの変化との関
係を示す。
ーク通信性能測定装置の構成図である。
ルを説明するための図である。
す。
を示す。
す。
順を示す。
を示す。
を示す。
Claims (30)
- 【請求項1】OSI参照モデルのトランスポート層のプ
ロトコルであるTCPに則って送受信されているTCP
通信の可変長パケットに基づいて、ラウンドトリップタ
イム及び最大セグメントサイズの双方と、平均輻輳ウイ
ンドウサイズ、パケット廃棄率及びパケット廃棄イベン
ト率のいずれかとを性能指標として得て、この性能指標
の値の演算によりTCP通信の性能を表す実効帯域幅を
求めることを特徴とする通信性能測定方法。 - 【請求項2】OSI参照モデルのトランスポート層のプ
ロトコルであるTCPに則って送受信されているTCP
通信の可変長パケットを監視し、前記パケットより送信
側通信装置及び受信側通信装置のアドレス情報とパケッ
ト種別とパケットサイズとを含むログ情報を得るための
パケット監視手段と;前記ログ情報に基づきラウンドト
リップタイム及び最大セグメントサイズの双方と平均輻
輳ウインドウサイズ、パケット廃棄率及びパケット廃棄
イベント率のいずれかとを性能指標として得るための性
能指標検出手段と;前記性能指標の値の演算によりTC
P通信の性能を表す実効帯域幅を求めるための性能計算
手段と;を備えることを特徴とする通信性能測定装置。 - 【請求項3】OSI参照モデルのトランスポート層のプ
ロトコルであるTCPに則って送受信されているTCP
通信の可変長パケットを監視し、前記パケットより送信
側通信装置及び受信側通信装置のアドレス情報とパケッ
ト種別とパケットサイズとを含むログ情報をセッション
毎に得るパケット監視手段と;前記パケットのフローを
セッション毎に管理するセッション管理手段と;前記ロ
グ情報に基づき性能指標としてラウンドトリップタイ
ム、最大セグメントサイズ及び平均輻輳ウインドウサイ
ズを検出する性能指標検出手段と;前記性能指標検出手
段が検出した前記性能指標の値を前記セッション管理手
段の指定するセッション毎に記録する記憶手段と;前記
記憶手段に記録された前記性能指標の値の演算によりT
CP通信の性能を表す実効帯域幅を求める性能計算手段
と;を備えることを特徴とする通信性能測定装置。 - 【請求項4】前記性能指標検出手段が前記性能指標とし
て前記平均輻輳ウインドウサイズに代えてパケット廃棄
率を検出し、前記性能計算手段はこのパケット廃棄率と
前記ラウンドトリップタイム及び前記最大セグメントサ
イズとを前記性能指標の値としてTCP通信の性能を表
す実効帯域幅を求めることを特徴とする請求項3記載の
通信性能測定装置。 - 【請求項5】前記性能指標検出手段が前記性能指標とし
て前記平均輻輳ウインドウサイズに代えてパケット廃棄
イベント率を検出し、前記性能計算手段はこのパケット
廃棄イベント率と前記ラウンドトリップタイム及び前記
最大セグメントサイズとを前記性能指標の値としてTC
P通信の性能を表す実効帯域幅を求めることを特徴とす
る請求項3記載の通信性能測定装置。 - 【請求項6】前記ラウンドトリップタイムがTCPコネ
クション設立時に送信側通信装置と受信側通信装置との
間のハンドシェークにおいて送受信する前記パケットの
送信時刻とその受信時刻との差によって求められること
を特徴とする請求項2、3、4または5記載の通信性能
測定装置。 - 【請求項7】前記最大セグメントサイズが前記パケット
のパケットサイズにより求められることを特徴とする請
求項2、3、4または5記載の通信性能測定装置。 - 【請求項8】前記平均輻輳ウインドウサイズは、一つの
ウインドウサイクル内で送信または受信された前記パケ
ットの数を求め、輻輳回避アルゴリズムによってウイン
ドウサイズの調整が行われた期間の前記パケットの数の
平均値により求められることを特徴とする請求項2また
は3記載の通信性能測定装置。 - 【請求項9】前記パケット廃棄率が前記パケットのシー
ケンス番号の逆戻りの後に再送されたパケット数である
パケット廃棄数を総パケット数で除算して求められるこ
とを特徴とする請求項2または4記載の通信性能測定装
置。 - 【請求項10】前記パケット廃棄イベント率は、前記シ
ーケンス番号の逆戻りの発生を一つのパケット廃棄イベ
ントとするとき、このイベントの数を総パケット数で除
算して求められることを特徴とする請求項2または5記
載の通信性能測定装置。 - 【請求項11】前記ラウンドトリップタイムをRTT、
前記最大セグメントサイズをMSS及び前記平均輻輳ウ
インドウサイズを<W>とするとき、前記実効帯域幅B
Wが式BW=<W>×MSS/RTTにより求められる
ことを特徴とする請求項2または3記載の通信性能測定
装置。 - 【請求項12】前記ラウンドトリップタイムをRTT、
前記最大セグメントサイズをMSS及び前記パケット廃
棄率をpとするとき、前記実効帯域幅BWが式BW=C
×MSS/RTT/√p(ここで、Cは1±0.3の範
囲で微調整する定数)により求められることを特徴とす
る請求項2または4記載の通信性能測定装置。 - 【請求項13】前記ラウンドトリップタイムをRTT、
前記最大セグメントサイズをMSS及び前記パケット廃
棄イベント率をqとするとき、前記実効帯域幅BWが式
BW=C×MSS/RTT/√q(ここで、Cは1±
0.3の範囲で微調整する定数)により求められること
を特徴とする請求項2または5記載の通信性能測定装
置。 - 【請求項14】前記ラウンドトリップタイムがTCPコ
ネクション設立時に送信側通信装置と受信側通信装置と
の間のハンドシェークにおいて送受信する前記パケット
の送信時刻とその受信時刻との差によって求められ、前
記最大セグメントサイズが前記パケットのパケットサイ
ズにより求められ、前記平均輻輳ウインドウサイズは、
一つのウインドウサイクル内で送信または受信された前
記パケットの数を求め、輻輳回避アルゴリズムによって
ウインドウサイズの調整が行われた期間の前記パケット
の数の平均値により求められ、前記パケット廃棄率が前
記パケットのシーケンス番号の逆戻りの後に再送された
パケット数であるパケット廃棄数を総パケット数で除算
して求められ、及び前記パケット廃棄イベント率は、前
記シーケンス番号の逆戻りの発生を一つのパケット廃棄
イベントとするとき、このイベントの数を総パケット数
で除算して求められ、 前記ラウンドトリップタイムをRTT、前記最大セグメ
ントサイズをMSS、前記平均輻輳ウインドウサイズを
<W>、前記パケット廃棄率をp及び前記パケット廃棄
イベント率をqとするとき、前記実効帯域幅BWが式B
W=<W>×MSS/RTT、BW=C×MSS/RT
T/√p及びBW=C×MSS/RTT/√q(ここ
で、Cは1±0.3の範囲で微調整する定数)のいずれ
かにより求められることを特徴とする請求項2記載の通
信性能測定装置。 - 【請求項15】前記ラウンドトリップタイムがTCPコ
ネクション設立時に送信側通信装置と受信側通信装置と
の間のハンドシェークにおいて送受信する前記パケット
の送信時刻とその受信時刻との差によって求められ、前
記最大セグメントサイズが前記パケットのパケットサイ
ズにより求められ、及び前記平均輻輳ウインドウサイズ
は、一つのウインドウサイクル内で送信または受信され
た前記パケットの数を求め、輻輳回避アルゴリズムによ
ってウインドウサイズの調整が行われた期間の前記パケ
ットの数の平均値により求められ、 前記ラウンドトリップタイムをRTT、前記最大セグメ
ントサイズをMSS及び前記平均輻輳ウインドウサイズ
を<W>とするとき、前記実効帯域幅BWが式BW=<
W>×MSS/RTTにより求められることを特徴とす
る請求項2記載の通信性能測定装置。 - 【請求項16】前記ラウンドトリップタイムがTCPコ
ネクション設立時に送信側通信装置と受信側通信装置と
の間のハンドシェークにおいて送受信する前記パケット
の送信時刻とその受信時刻との差によって求められ、前
記最大セグメントサイズが前記パケットのパケットサイ
ズにより求められ、及び前記パケット廃棄率が前記パケ
ットのシーケンス番号の逆戻りの後に再送されたパケッ
ト数であるパケット廃棄数を総パケット数で除算して求
められ、 前記ラウンドトリップタイムをRTT、前記最大セグメ
ントサイズをMSS及び前記パケット廃棄率をpとする
とき、前記実効帯域幅BWが式BW=C×MSS/RT
T/√p(ここで、Cは1±0.3の範囲で微調整する
定数)により求められることを特徴とする請求項4記載
の通信性能測定装置。 - 【請求項17】前記ラウンドトリップタイムがTCPコ
ネクション設立時に送信側通信装置と受信側通信装置と
の間のハンドシェークにおいて送受信する前記パケット
の送信時刻とその受信時刻との差によって求められ、前
記最大セグメントサイズが前記パケットのパケットサイ
ズにより求められ、及び前記パケット廃棄イベント率
は、前記シーケンス番号の逆戻りの発生を一つのパケッ
ト廃棄イベントとするとき、このイベントの数を総パケ
ット数で除算して求められ、 前記ラウンドトリップタイムをRTT、前記最大セグメ
ントサイズをMSS及び前記パケット廃棄イベント率を
qとするとき、前記実効帯域幅BWが式BW=C×MS
S/RTT/√q(ここで、Cは1±0.3の範囲で微
調整する定数)により求められることを特徴とする請求
項5記載の通信性能測定装置。 - 【請求項18】少数個の計測用パケットを一定時間間隔
で送受信することによって計測されるラウンドトリップ
タイムに基づいて得たラウンドトリップタイムの平均値
または中間値と、送受信される前記計測用パケットのパ
ケットサイズに基づいて得た最大セグメントサイズと、
前記ラウンドトリップタイムの時間変化から推定される
最大輻輳ウインドウサイズとを性能指標としてTCP通
信の性能を表す実効帯域幅を求めることを特徴とする通
信性能測定方法。 - 【請求項19】少数個の計測用パケットを一定時間間隔
で送受信して最大セグメントサイズ及びラウンドトリッ
プタイムをそれぞれ測定する計測手段と;前記ラウンド
トリップタイムの平均値または中間値を求め、前記ラウ
ンドトリップタイムの時間変化から最大輻輳ウィンドウ
サイズを推定する性能指標検出手段と;前記最大セグメ
ントサイズと前記ラウンドトリップタイムの平均値また
は中間値と前記最大輻輳ウィンドウサイズとに基づいて
TCP通信の性能を表す実効帯域幅を求める性能計算手
段と;を備えることを特徴とする通信性能測定装置。 - 【請求項20】前記ラウンドトリップタイム及び前記最
大セグメントサイズは、前記計測用パケットとしてOS
I参照モデルのネットワーク層のプロトコルであるIC
MPのエコーパケット、OSI参照モデルのトランスポ
ート層のプロトコルであるTCP及びUDPのエコーパ
ケットのいずれかを送受信することにより計測されるこ
とを特徴とする請求項19記載の通信性能測定装置。 - 【請求項21】前記最大輻輳ウィンドウサイズは、前記
ラウンドトリップタイムの時間変化からパケット廃棄イ
ベントの周期の平均値または中間値を求めてその値を2
倍し、前記ラウンドトリップタイムの平均値または中間
値で除算することにより求められることを特徴とする請
求項19記載の通信性能測定装置。 - 【請求項22】前記ラウンドトリップタイムの平均値ま
たは中間値を<RTT>、前記最大セグメントサイズを
MSS及び前記最大輻輳ウィンドウサイズをWとすると
き、前記実効帯域幅BWが式BW=(3/4)×W×M
SS/<RTT>により求められることを特徴とする請
求項19記載の通信性能測定装置。 - 【請求項23】前記ラウンドトリップタイム及び前記最
大セグメントサイズは、前記計測用パケットとしてOS
I参照モデルのネットワーク層のプロトコルであるIC
MPのエコーパケット、OSI参照モデルのトランスポ
ート層のプロトコルであるTCP及びUDPのエコーパ
ケットのいずれかを送受信することにより計測され、前
記最大輻輳ウィンドウサイズは、前記ラウンドトリップ
タイムの時間変化から前記ラウンドトリップタイムの極
大点を検出することにより、前記ラウンドトリップタイ
ムが極大になってから次に極大になるまでの時間間隔を
2倍し、前記ラウンドトリップタイムの平均値または中
間値で除算することにより求められ、 前記ラウンドトリップタイムの平均値または中間値を<
RTT>、前記最大セグメントサイズをMSS及び前記
最大輻輳ウィンドウサイズの値をWとするとき、前記実
効帯域幅BWが式BW=(3/4)×W×MSS/<R
TT>により求められることを特徴とする請求項19記
載の通信性能測定装置。 - 【請求項24】少数個の計測用パケットを可変な一定時
間間隔で送受信することによってラウンドトリップタイ
ムを計測し、前記計測用パケットの前記ラウンドトリッ
プタイムが直前の前記計測用パケットの前記ラウンドト
リップタイムよりも長くなる割合を判定し、前記割合が
予め定めた閾値を超えているか否かを調査し、超えてい
るならば前記計測用パケットの転送速度がネットワーク
の経路の利用可能帯域幅を超えていると判断することに
より、UDPのようなそれ自体では転送速度の制御を行
わないOSI参照モデルのトランスポート層のプロトコ
ルを用いて通信を行った場合及びOSI参照モデルのト
ランスポート層のプロトコルであるTCPを用いて通信
を行った場合のいずれかのネットワーク経路の利用可能
帯域幅が、予め定めたある値を超えているか否かを判断
することを特徴とする通信性能測定方法。 - 【請求項25】少数個の計測用パケットを可変な一定時
間間隔で送受信することによってラウンドトリップタイ
ムを計測する計測手段と;前記計測用パケットの前記ラ
ウンドトリップタイムが直前の前記計測用パケットの前
記ラウンドトリップタイムよりも長くなる割合を調査す
る割合判定手段と;前記割合が予め定めた閾値を超えて
いるか否かを調査し、超えているならば前記計測用パケ
ットの転送速度がネットワークの経路の利用可能帯域幅
を超えていると判断することにより、UDPのようなそ
れ自体では転送速度の制御を行わないOSI参照モデル
のトランスポート層のプロトコルを用いて通信を行った
場合のネットワーク経路の利用可能帯域幅が、予め定め
たある値を超えているか否かを判断する性能判定手段
と;を備えることを特徴とする通信性能測定装置。 - 【請求項26】少数個の計測用パケットを可変な一定時
間間隔で送受信することによってラウンドトリップタイ
ムを計測する計測手段と;前記計測用パケットの前記ラ
ウンドトリップタイムが直前の前記計測用パケットの前
記ラウンドトリップタイムよりも長くなる割合を調査す
る割合判定手段と;前記割合が予め定めた閾値を超えて
いるか否かを調査し、超えているならば前記計測用パケ
ットの転送速度がネットワークの経路の利用可能帯域幅
を超えていると判断することにより、OSI参照モデル
のトランスポート層のプロトコルであるTCPを用いて
通信を行った場合のネットワーク経路の利用可能帯域幅
が、予め定めたある値を超えているかどうかを判断する
性能判定手段と;を備えることを特徴とする通信性能測
定装置。 - 【請求項27】前記計測用パケットの転送速度の値を二
分法により変化させながら前記割合が前記閾値を超えて
いるか否かを判定する処理を所定の回数繰り返し、前記
UDPのようなそれ自体では転送速度の制御を行わない
ようなプロトコルを用いて通信を行った場合及び前記T
CPを用いて通信を行った場合のいずれかの前記ネット
ワーク経路の前記利用可能帯域幅を推定することを特徴
とする請求項25または26記載の通信性能測定装置。 - 【請求項28】前記計測用パケットの転送速度の値をは
さみうち法により変化させながら前記割合が前記閾値を
超えているか否かを判定する処理を所定の回数繰り返
し、前記UDPのようなそれ自体では転送速度の制御を
行わないようなプロトコルを用いて通信を行った場合及
び前記TCPを用いて通信を行った場合のいずれかの前
記ネットワーク経路の前記利用可能帯域幅を推定するこ
とを特徴とする請求項25または26記載の通信性能測
定装置。 - 【請求項29】前記計測用パケットの転送速度の値を単
調増加法により変化させながら前記割合が前記閾値を超
えているか否かを判定する処理を所定の回数繰り返し、
前記UDPのようなそれ自体では転送速度の制御を行わ
ないようなプロトコルを用いて通信を行った場合及び前
記TCPを用いて通信を行った場合のいずれかの前記ネ
ットワーク経路の前記利用可能帯域幅を推定することを
特徴とする請求項25または26記載の通信性能測定装
置。 - 【請求項30】前記計測用パケットの転送速度の値を単
調減少法により変化させながら前記割合が前記閾値を超
えているか否かを判定する処理を所定の回数繰り返し、
前記UDPのようなそれ自体では転送速度の制御を行わ
ないようなプロトコルを用いて通信を行った場合及び前
記TCPを用いて通信を行った場合のいずれかの前記ネ
ットワーク経路の前記利用可能帯域幅を推定することを
特徴とする請求項25または26記載の通信性能測定装
置。
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