JP2001156795A - パケットのフロー制御装置および方法 - Google Patents

パケットのフロー制御装置および方法

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JP2001156795A
JP2001156795A JP33729499A JP33729499A JP2001156795A JP 2001156795 A JP2001156795 A JP 2001156795A JP 33729499 A JP33729499 A JP 33729499A JP 33729499 A JP33729499 A JP 33729499A JP 2001156795 A JP2001156795 A JP 2001156795A
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Yutaka Hara
豊 原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 TCP/IPのコネクション経路にスループ
ットの低い無線伝送路の誤り率の高い経路のTCP/I
Pコネクションに対する再送の低減と網輻輳の回避をお
こなうパケットのフロー制御装置および方法を提供す
る。 【解決手段】 TCP/IP中継装置は、TCP/IP
受信および紛失判断部16と、ウィンドウサイズ制御部
20とを備える。TCP/IP受信および紛失判断部1
6は、TCP/IPのパケットと、TCP/IPのAC
Kとの紛失を検出を行う。ウィンドウサイズ制御部20
は、紛失状態の検出時にTCPのウィンドウサイズを減
少させることによってパケットの流量を制限し再送量を
低減させる。ウィンドウサイズの減少状態からコネクシ
ョンの正常性が一定時間または一定量のパケットの送受
信で保証されると、ウインドウサイズを増加の方向に転
じるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LANと接続しT
CP/IPパケットをサービスとして使用する通信シス
テムのフロー制御に係り、無線の劣化等によるパケット
の紛失によるLANの再送を防止し、データを抑制する
ウィンドウサイズの使用によるパケットのフロー制御装
置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、情報通信網は、TCP/IP(T
ramsmisson Control Protoc
ol:伝送制御プロトコル/Internet Pro
tocol:インターネットプロトコル)コネクション
を有するシステムにおいては、1つのTCP/IPのパ
ケットとTCP/IP ACKとが紛失した場合、再送
処理が実施される。
【0003】従来のフロー制御方法の一例が、特開平1
1−261632号公報に記載されている。この公報に
記載された帯域割当制御方法は、パケット紛失事象のと
きに優先度の高いコネクションに対して、スループット
の確保と応答時間短縮を図るものである。この公報のシ
ステムは、情報通信網を介して複数の終端装置が接続さ
れている。終端装置は、パケット通信を行うとき、情報
通信網のトラヒックの状況によりパケットデータの紛失
が発生すると、パケット紛失事象の検出して認識され
る。終端装置は、高優先度のコネクションについての送
信量を直ちに削減することなく、パケット紛失事象の発
生のたびに送信量を削減する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】すなわち特開平11−
261632号公報に記載の帯域割当制御方法は、終端
装置でのフロー制御で優先順位の高いコネクションにつ
いてスループットの確保と応答時間の短縮を行うもので
ある。
【0005】しかし、TCP/IPのコネクションの経
路にスループットの低い部分が存在すると、高トラヒッ
クの伝送路からの入力に対してバッファフルによるパケ
ットの廃棄が発生し、パケット終端の装置から再送が発
生する。また例えば無線のような伝送品質が低い部分が
存在すると、紛失したTCP/IPパケットまたはTC
P/IP ACKに対する再送が発生する。
【0006】いずれも場合も伝送媒体または他のTCP
/IPコネクションに負荷を与え、複数のTCP/IP
コネクションがある場合に、他のTCP/IPの伝送時
間に遅延を及ぼし応答時間の増加をまねいてしまう。
【0007】本発明は、このような背景の下になされた
もので、TCP/IPのパケットの紛失またはTCP/
IPパケットに対するACKの紛失をTCP/IPコネ
クションの中継装置で検出を行い、パケットの紛失時に
はTCPのウィンドウサイズを減少させ、パケットの終
端装置から再送する可能性の高いパケットの送信をあら
かじめ抑制する。また上述の状態からTCP/IPパケ
ットが紛失またはTCP/IPパケットのACKの紛失
が無くなれば、ウィンドウサイズをもとに戻しスループ
ットを回復されるような制御を行うものである。
【0008】本発明の目的は、TCP/IPのコネクシ
ョンを終端するサービス端末で制御しているTCPのウ
ィンドウサイズを、TCP/IPパケットの中継装置で
行う、TCP/IPウィンドウサイズの使用によるパケ
ットのフロー制御装置および方法を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のパケットのフロ
ー制御装置は、伝送制御プロトコル/インターネットプ
ロトコルのパケット通信のパケットを送受信する終端装
置と、複数の前記終端装置を接続し、伝送路を介して前
記パケット通信を中継する中継装置とを備えるパケット
のフロー制御装置において、前記中継装置は、前記パケ
ット通信によるデータの送受信を行うとき、伝送制御プ
ロトコルのヘッダーから情報を取得し、前記取得した情
報を元にデータの再送が発生するか否かを検出し、前記
再送が発生することを判断すると、前記ヘッダーを書き
換えることを特徴とする。
【0010】本発明の中継装置の好適な例は、前記伝送
制御プロトコルのヘッダーのシーケンス番号と、伝送制
御プロトコルのパケットに対する応答の紛失を検出し、
前記紛失を検出したときウィンドウサイズを減少させる
制御を行い、前記紛失が無くなると前記ウィンドウサイ
ズを段階的に元に戻す制御を行うことを特徴とする。
【0011】本発明のパケットのフロー制御方法は、伝
送制御プロトコル/インターネットプロトコルのパケッ
ト通信のパケットを送受信する終端装置と、複数の前記
終端装置を接続し伝送路網を介して、前記パケットを他
の終端装置へ中継する中継装置とを備えるパケットのフ
ロー制御装置におけるパケットのフロー制御方法であっ
て、前記中継装置は、前記伝送制御プロトコルのヘッダ
ーのシーケンス番号と、伝送制御プロトコルのパケット
に対する応答の紛失を検出し、前記紛失を検出したとき
ウィンドウサイズを減少させるため前記ヘッダーの書き
換え行い、前記紛失が無くなると前記ウィンドウサイズ
を段階的に元に戻すように前記ヘッダーの書き換えを行
うことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明は、TCP/IPのパケッ
トと、TCP/IPのACKとの紛失をTCP/IPコ
ネクションの中の中継装置で検出を行い、紛失状態の検
出時にはTCPのウィンドウサイズを減少させることに
よってパケットの流量を制限し、再送量を低減させるこ
とによって、網の輻輳を防ぎ最終的にエンドーエンド間
の遅延時間の増加を防ぐものである。ウィンドウサイズ
の減少状態からコネクションの正常性が一定時間または
一定量のパケットの送受信で保証されたらウインドウサ
イズを増加の方向に転じる。
【0013】本発明の実施例の構成を図1から図3を参
照し詳細に説明する。図1は、本発明のパケットのフロ
ー制御装置の構成を示す図である。図2は、本発明のウ
ィンドウサイズ処理部の構成を示す図である。図3は、
本発明のTCP/IPコネクション管理用テーブルを示
す図である。
【0014】本発明のTCP/IPウィンドウサイズの
使用によるパケットのフロー制御装置は、図1に示すよ
うに、TCP/IP中継装置10と、TCP/IP終端
装置12またはTCP/IP終端装置14とを備える。
TCP/IP中継装置10−1は、複数のTCP/IP
終端装置12−n(nは、自然数)を接続しパケット通
信を中継する。TCP/IP中継装置10−2は、複数
のTCP/IP終端装置14−n(nは、自然数)を接
続しパケット通信を中継する。
【0015】TCP/IP中継装置10−1とTCP/
IP中継装置10−2とは、無線伝送路を含むTCP/
IPの中継装置であり、また無線伝送路をはさんで機能
としては対称の装置に見える。TCP/IP終端装置1
4は、TCP/IPのサービスに使用されるパケットの
終端装置である。また無線伝送環境は、無線LANと、
移動体通信網と、その他無線通信網とを含むものであ
る。
【0016】TCP/IP中継装置10−1とTCP/
IP終端装置12−nとの間は、10BAST−Tまた
は100BAST−Tのような高トラヒックを可能とす
る伝送媒体で接続されている。またTCP/IP中継装
置10−2とTCP/IP終端装置14−nとの間は、
同様な10BAST−Tまたは100BAST−Tのよ
うな高トラヒックを可能とする伝送媒体で接続されてい
る。
【0017】この伝送媒体は、BER(Bit Err
or Rate:ビット誤り率)が10の−7乗を達成
できる高品質な媒体である。TCP/IP中継装置10
−1とTCP/IP中継装置10−2との間は、無線伝
送路であり、有線伝送路に対して誤り率が高い。TCP
/IP中継装置10−1とTCP/IP中継装置10−
2とが移動通信装置である場合に、固定無線伝送路に対
してさらに誤り率は、高くなる。
【0018】汎用的なシステムにおいて、サービスを終
端するTCP/IP終端装置12−nとTCP/IP終
端装置14−nとは、複数台サービス用の終端装置がT
CP/IP中継装置10−1と中継装置10−2とに接
続される。したがってTCP/IP中継装置10−1と
中継装置10−2とは、LAN網で使用されるルータの
機能も有する。
【0019】次に、TCP/IP中継装置10の内部の
ウィンドウサイズ処理部の構成を図2に示す。TCP/
IP中継装置10は、TCP/IPパケットのルーティ
ングを行う機能にあわせて、TCPヘッダーの送信用シ
ーケンス番号と、応答確認用番号の内容とを参照すると
ともに書き換えの機能を備える。
【0020】TCP/IP中継装置10は、ルーティン
グを行うためにTCP/IPパケットとTCP/IP
ACKとの蓄積機能を持つバッファ(図示せず)を有す
る。TCP/IP中継装置10においては、ルーティン
グのみでなく高トラヒックから低トラヒックに対する一
時的な緩衝バッファの役割も有する。高トラヒックから
入力したパケットは、TCP/IP中継装置10内のバ
ッファに一旦蓄積され、目的方向の装置へ出力する。
【0021】TCP/IP中継装置10は、TCP/I
P受信および紛失判断部16と、TCPヘッダー変更部
およびTCP/IP送信部18と、ウィンドウサイズ制
御部20とを有する。
【0022】TCP/IP受信および紛失判断部16
は、TCPヘッダーの送信シーケンス番号とTCP A
CKの応答確認番号の内容を判断する部分である。TC
Pヘッダー変更部およびTCP/IP送信部18は、T
CP/IP受信および紛失判断部16からのTCP/I
Pデータを受信し、ウィンドウサイズ制御部20からの
指示があるときのみTCPヘッダーを変更し、TCP/
IPデータを送信する。送信シーケンス番号とACKの
応答確認番号の違い、または中継装置内のバッファがあ
ふれてパケットの破棄が行われた場合、ウィンドウサイ
ズ制御部20は、ウィンドウサイズの大きさを制御する
部分である。
【0023】TCP/IP受信および紛失判断部16
と、TCPヘッダー変更部およびTCP/IP送信部1
8と、ウィンドウサイズ制御部20とは、TCPコネク
ションごとに設けられている。
【0024】TCP/IP中継装置10に格納されてい
るテーブル構造を図3に示す。各テーブルは、1TCP
コネクションについて見ると、ウィンドウサイズを保持
する初期ウィンドウサイズ値22−n(nは、自然数)
と、現在のコネクションのウィンドウサイズを保持する
カレントウィンドウサイズ値24−n(nは、自然数)
と、パケットの正常の継続性を判断するパケット正常送
受信回数26−n(nは、自然数)とからなる。初期ウ
ィンドウサイズ値22と、カレントウィンドウサイズ値
24と、パケット正常送受信回数26とで表される各テ
ーブルは、TCPコネクション毎に有するものである。
また各テーブルは、RAM等の記憶領域に格納されてい
る。またこの記憶領域は、フラッシュメモリ、EPRO
M、EEPROMまたは外部記憶装置等でも可能であ
る。
【0025】次に、本発明の実施例の動作を図4および
図5を参照し詳細に説明する。図4は、本発明のTCP
/IP受信および紛失判断部の動作を示す図である。図
5は、本発明のウィンドウサイズ制御部の動作を示す図
である。
【0026】図4に、TCP/IPパケットまたはTC
P/IP ACK受信時の処理を示す。TCP/IP受
信および紛失判断部16は、受信したTCP/IPパケ
ットの中のTCPヘッダーを解析し、ウィンドウサイズ
の初期値を取得し、初期ウィンドウサイズ値22−1へ
格納する(ステップA1)。TCP/IP受信および紛
失判断部16は、TCP/IPパケットを受信したか否
かを判断する(ステップA2)。判断の結果、受信があ
った場合は、TCPヘッダーから送信用シーケンス番号
を取得し記憶し(ステップA3)、ステップA2へ戻
る。
【0027】ステップA2の判断の結果、受信がない場
合は、TCP/IP ACKの受信があったか否かを判
断する(ステップA4)。判断の結果、受信がない場合
は、ステップA2へ戻る。ステップA4の判断の結果、
受信があった場合は、ウィンドウサイズの変更処理(図
5に示す)を行い(ステップA5)、ステップA2へ戻
る。
【0028】すなわち、この図4に示すTCP/IP受
信および紛失判断部16の動作は、TCP/IP受信時
にはACK受信時の応答確認番号と比較するための送信
シーケンス番号を保持し、さらにTCP/IPのACK
受信時にはACKの応答確認番号と送信シーケンス番号
の内容からウィンドウサイズを制御する処理(図5)を
呼び出すものである。またTCP/IP中継装置10
は、送受信が正常に行われてる回数をカウントし、パケ
ット正常送受信回数26へ格納する。
【0029】次に、図5に示すように、ウィンドウサイ
ズ制御部20は、図4のステップA5になると、動作を
開始する。ウィンドウサイズ制御部20は、予め記憶し
たTCP/IP受信および紛失判断部16の送信シーケ
ンス番号と、TCP/IPACKに格納されている応答
確認番号とが不一致であるか否かを判断する(ステップ
B1)。判断の結果、不一致ではない(一致する)場合
は、パケット正常送受信回数26を取得し、正常回数が
一定回数以上すなわち伝送状態が正常か否かを判断する
(ステップB2)。
【0030】ステップB2の判断の結果、伝送状態が正
常でない場合は、処理を終了する。ステップB2の判断
の結果、伝送状態が正常である場合は、カレントウィン
ドウサイズ値24−nの現在のウィンドウサイズ値と、
初期ウィンドウサイズ値22−nのウィンドウサイズ初
期値とを取得し比較する。比較の結果、現在のウィンド
ウサイズ値は、ウィンドウサイズ初期値であるか否かを
判断する(ステップB3)。ステップB3の判断の結
果、初期値である場合は、処理を終了する。ステップB
3の判断の結果、初期値でない場合は、処理対象のコネ
クションn(nは、自然数)のウィンドウサイズを初期
値を超えない範囲で一定量増加し(ステップB4)、処
理を終了する。また、ステップB4で変更したウィンド
ウサイズ値をカレントウィンドウサイズ値24−nへ格
納する。
【0031】ステップB1の判断の結果、不一致である
場合は、カレントウィンドウサイズ値24−nから現在
のウィンドウサイズ値を取得し、予め与えられた最低値
であるか否かを判断する(ステップB5)。判断の結
果、ウィンドウサイズ値が最低値である場合は、処理を
終了する。ステップB5の判断の結果、ウィンドウサイ
ズ値が最低値ではない場合は、処理対象のコネクション
n(nは、自然数)のウィンドウサイズ値を最低値を下
回らない程度の一定量減少し(ステップB6)、処理を
終了する。また、ステップB6で変更したウィンドウサ
イズ値をカレントウィンドウサイズ値24−nへ格納す
る。
【0032】すなわち、ここであるコネクション確立時
のデフォールトのウィンドウサイズは、図3のテーブル
の初期ウィンドウサイズ値22−n(nは、自然数)
と、カレントウィンドウサイズ値24−n(nは、自然
数)と、パケット正常送受信回数26−n(nは、自然
数)とに保持している。TCP/IP受信および紛失判
断部16でTCP/IPのフロー状況を常に判断し、送
信シーケンス番号およびそれに対する応答確認番号から
パケットの紛失を検出する。
【0033】紛失を検出したTCP/IP中継装置10
は、TCP/IPのTCP/IPトラヒックを低減さ
せ、エンドーエンド間の再送量を防ぐ。そのためにTC
Pヘッダー内のウィドウサイズを紛失発生より一定量減
少させる。減少させるコネクションはTCP/IP中継
装置10に入るIPコネクションすべてに対して行う。
これによりTCP/IP中継装置10が属するサブシス
テムを含むIP網全体の輻輳を防ぐことが可能となる。
【0034】またトラヒックを減少中のTCP/IP中
継装置10が、一定期間TCP/IPパケットの紛失を
検出せず、正常なフロー状況が保たれている場合、ウィ
ンドウサイズを一定量増加させ初期状態に近づける。こ
れによりスループットを上げ、TCP/IPの通信量の
上げる。ウィンドウサイズの増加は、初期状態を超える
ことは無い。
【0035】つまり本発明のパケットのフロー制御装置
は、TCP/IPのコネクション経路にスループットの
低い部分を含む場合または例えば無線伝送路のような誤
り率の高い経路を含む場合のTCP/IPコネクション
に対する再送の低減と網輻輳の回避をおこなうTCP/
IPウィンドウサイズの使用によるものである。
【0036】
【発明の効果】本発明のパケットのフロー制御装置は、
TCP/IPパケットと、そのACKとの紛失をTCP
/IP中継装置で検出し、パケットのウィンドウサイズ
を制御することで、再送される可能性の高いパケットを
抑制する。パケットのフロー制御装置は、すなわち網輻
輳を回避し、TCP/IPコネクションへの再送を低減
することができる。
【0037】また、TCP/IP中継装置でTCP/I
Pパケットと、そのACKの紛失が無くなると、ウィン
ドウサイズを制御し、元のサイズにすることでスループ
ットを回復することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパケットのフロー制御装置の構成を示
す図である。
【図2】本発明のウィンドウサイズ処理部の構成を示す
図である。
【図3】本発明のTCP/IPコネクション管理用テー
ブルを示す図である。
【図4】本発明のTCP/IP受信および紛失判断部の
動作を示す図である。
【図5】本発明のウィンドウサイズ制御部の動作を示す
図である。
【符号の説明】
10 TCP/IP中継装置 12 TCP/IP終端装置 14 TCP/IP終端装置 16 TCP/IP受信および紛失判断部 18 TCPヘッダー変更部およびTCP/IP送信部 20 TCPウィンドウサイズ制御部 22 初期ウィンドウサイズ値 24 カレントウィンドウサイズ値 26 パケット正常送受信回数

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伝送制御プロトコル/インターネットプロ
    トコルのパケット通信のパケットを送受信する終端装置
    と、 複数の前記終端装置を接続し、伝送路を介して前記パケ
    ット通信を中継する中継装置と、 を備えるパケットのフロー制御装置において、 前記中継装置は、前記パケット通信によるデータの送受
    信を行うとき、伝送制御プロトコルのヘッダーから情報
    を取得し、前記取得した情報を元にデータの再送が発生
    するか否かを検出し、前記再送が発生することを判断す
    ると、前記ヘッダーを書き換えることを特徴とするパケ
    ットのフロー制御装置。
  2. 【請求項2】前記中継装置は、前記伝送制御プロトコル
    のヘッダーのシーケンス番号と、伝送制御プロトコルの
    パケットに対する応答の紛失を検出し、前記紛失を検出
    したときウィンドウサイズを減少させる制御を行い、前
    記紛失が無くなると前記ウィンドウサイズを段階的に元
    に戻す制御を行うことを特徴とする請求項1記載のパケ
    ットのフロー制御装置。
  3. 【請求項3】前記中継装置は、 前記パケット通信のパケットを受信すると、前記伝送制
    御プロトコルのヘッダーを解析し、前記シーケンス番号
    を取得し、前記パケットの応答が受信されると、前記応
    答に含まれる応答確認番号を取得し、前記シーケンス番
    号と前記応答確認番号との一致するか不一致であるかに
    応じて前記ウィンドウサイズ制御の指示を行う判断部
    と、 前記一致する場合は、ウィンドウサイズが予め取得した
    初期値を構内範囲で増加させる制御を行い、前記不一致
    である場合は、ウィンドウサイズが予め定めた最低値を
    下回らないように減少させる制御を行う制御部と、 を有することを特徴とする請求項2記載のパケットのフ
    ロー制御装置。
  4. 【請求項4】前記伝送路網は、有線伝送路と、無線伝送
    路とを有することを特徴とする請求項1,2または3記
    載のパケットのフロー制御装置。
  5. 【請求項5】伝送制御プロトコル/インターネットプロ
    トコルのパケット通信のパケットを送受信する終端装置
    と、 複数の前記終端装置を接続し伝送路網を介して、前記パ
    ケットを他の終端装置へ中継する中継装置と、 を備えるパケットのフロー制御装置におけるパケットの
    フロー制御方法であって、 前記中継装置は、前記伝送制御プロトコルのヘッダーの
    シーケンス番号と、伝送制御プロトコルのパケットに対
    する応答の紛失を検出し、前記紛失を検出したときウィ
    ンドウサイズを減少させるため前記ヘッダーの書き換え
    行い、前記紛失が無くなると前記ウィンドウサイズを段
    階的に元に戻すように前記ヘッダーの書き換えを行うこ
    とを特徴とするパケットのフロー制御方法。
  6. 【請求項6】a)伝送制御プロトコル/インターネット
    プロトコルのパケット通信での、パケットの伝送制御プ
    ロトコルに含まれるヘッダーを解析し、ウィンドウサイ
    ズの初期値を取得するステップと、 b)前記パケットの受信があるか否かを判断するステッ
    プと、 c)ステップbの判断の結果、受信がある場合は、送信
    用のシーケンス番号を前記ヘッダーから取得し記憶し、
    ステップbに戻るステップと、 d)ステップbの判断の結果、受信がない場合は、前記
    パケットの応答あ暖かい中を判断するステップと、 e)ステップdの判断の結果、応答がない場合は、ステ
    ップbへ戻るステップと、 f)ステップdの判断の結果、応答がある場合は、ウィ
    ンドウサイズ変更処理の制御を行い、ステップbへ戻る
    ステップと、を含むことを特徴とする請求項5記載のパ
    ケットのフロー制御方法。
  7. 【請求項7】前記ステップfのウィンドウサイズ変更処
    理の制御は、 a)前記応答に含まれる前記パケットのシーケンス番号
    に対応する応答確認番号を取得し、予め取得した前記シ
    ーケンス番号と前記応答番号とが一致しているか否かを
    判断するステップと、 b)ステップaの判断の結果、一致している場合は、前
    記ウィンドウサイズが初期値を超えない範囲で一定量を
    増加し、処理を終了するステップと、 c)ステップaの判断の結果、一致していない場合は、
    前記ウィンドウサイズが最低値を下回らない範囲で一定
    量減少させて、処理を終了するステップと、を含むこと
    を特徴とする請求項6記載のパケットのフロー制御方
    法。
  8. 【請求項8】前記伝送路網は、有線伝送路と、無線伝送
    路とを有することを特徴とする請求項5,6または7記
    載のパケットのフロー制御方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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