JP2003087320A - パケット中継装置、及びその方法 - Google Patents
パケット中継装置、及びその方法Info
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Abstract
信する上り回線のデータ伝送速度の方が小さく、データ
伝送速度が非対称である伝送区間へパケットを中継する
場合に、データ転送効率を向上することができるパケッ
ト中継装置を実現する。 【解決手段】 インターネット回線区間と、データを送
信する下り衛星回線6よりもデータを受信する上り衛星
回線7のデータ伝送速度の方が小さい衛星回線区間との
間で、インターネット5を介して伝送されたパケットを
衛星回線区間へ転送するパケット中継装置(ゲートウェ
イ)21に、インターネット5を介して伝送された複数
のパケットからそれぞれデータを抽出し、転送用に、そ
れら抽出したデータを一つの転送パケットに格納するパ
ケット組立手段を具備することを特徴とする。
Description
回線)と受信側回線(上り回線)のデータ伝送速度が非
対称である伝送区間へパケットを中継するパケット中継
装置、及びその方法に関する。
トを転送するパケット中継装置が実現されている。この
パケット中継装置としては、例えば、ゲートウェイ装置
が知られている。
伝送路としては、通信衛星を利用した衛星回線や、移動
通信網における移動端末と基地局間の通信回線などが知
られている。これらの通信回線においては、一般的に、
加入者への送信側回線(下り回線)については複数の加
入者で共有して使用するために、そのデータ伝送速度が
加入者からの受信側回線(上り回線)よりも大きく設定
されている。
衛星回線区間とインターネット回線区間の間で、パケッ
トの転送を行う。また、通常、TCP等によるパケット
通信においては、フロー制御用に、受信装置が受信パケ
ットについての送達確認応答パケット(ACKパケッ
ト)を返送する。パケット中継装置は、このACKパケ
ットの受信状態に基づいてパケットの転送を制御する。
のパケット中継装置では、データを送信する下り回線よ
りもデータを受信する上り回線のデータ伝送速度の方が
小さく、データ伝送速度が非対称である伝送区間へパケ
ットを中継する場合に、以下のような問題がある。
タ伝送速度を利用して多数のパケットを受信装置へ送信
したとする。すると、受信装置は、それら受信パケット
のACKパケットを上り回線に送信するが、この上り回
線の小さなデータ伝送速度では速度が不足してくると、
上り回線で輻輳が発生する。この輻輳によって受信装置
からのACKパケットの到着が再送待ち時間以上遅延し
たり、あるいはACKパケットの紛失が発生すると、パ
ケット中継装置はパケットの再送を行う。この結果、パ
ケット通信おけるデータ転送のスループット(データ転
送効率)が低下するという問題が生じる。
れたもので、その目的は、データを送信する下り回線よ
りもデータを受信する上り回線のデータ伝送速度の方が
小さく、データ伝送速度が非対称である伝送区間へパケ
ットを中継する場合に、データ転送効率を向上すること
ができるパケット中継装置、及びその方法を提供するこ
とにある。
めに、請求項1に記載の発明は、第1の伝送区間と、デ
ータを送信する下り回線よりもデータを受信する上り回
線のデータ伝送速度の方が小さい第2の伝送区間との間
で、前記第1の伝送区間を介して伝送されたパケットを
前記第2の伝送区間へ転送するパケット中継装置であっ
て、前記第1の伝送区間を介して伝送された複数のパケ
ットからそれぞれデータを抽出し、前記転送用に、前記
抽出したデータを一つの転送パケットに格納するパケッ
ト組立手段を具備することを特徴とする。
信装置から受け取った最大セグメントサイズよりも大き
な値に、前記転送パケット一つ当りの最大格納データ量
を決定するパケット組立制御手段を具備することを特徴
とする請求項1に記載のパケット中継装置である。
立制御手段は、前記受信装置から受け取った受信ウイン
ドウサイズが前記最大格納データ量に対して充足する値
であることを条件として、該最大格納データ量に基づい
た前記転送パケットの組み立てを許可することを特徴と
する請求項2に記載のパケット中継装置である。
立制御手段は、前記最大格納データ量に対して充足する
受信ウインドウサイズを予め前記受信装置へ通知するこ
とを特徴とする請求項3に記載のパケット中継装置であ
る。
トについての送達確認応答パケットを前記受信装置から
受け取るのを待たずに、前記第1の伝送区間を介して伝
送されたパケットについての送達確認応答パケットを代
行して前記第1の伝送区間へ送信する送達確認応答代行
手段を具備することを特徴とする請求項1乃至請求項4
のいずれかの項に記載のパケット中継装置である。
と、データを送信する下り回線よりもデータを受信する
上り回線のデータ伝送速度の方が小さい第2の伝送区間
との間で、前記第1の伝送区間を介して伝送されたパケ
ットを前記第2の伝送区間へ転送するパケット中継装置
におけるパケット中継方法であって、前記第1の伝送区
間を介して伝送された複数のパケットからそれぞれデー
タを抽出する過程と、前記転送用に、前記抽出したデー
タを一つの転送パケットに格納する過程とを含むことを
特徴とする。
信装置から最大セグメントサイズを受け取る過程と、こ
の受け取った最大セグメントサイズよりも大きな値に、
前記転送パケット一つ当りの最大格納データ量を決定す
る過程とをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載
のパケット中継方法である。
ら受け取った受信ウインドウサイズを受け取る過程と、
この受け取った受信ウインドウサイズが前記最大格納デ
ータ量に対して充足する値であることを条件として、該
最大格納データ量に基づいた前記転送パケットの組み立
てを許可する過程とをさらに含むことを特徴とする請求
項7に記載のパケット中継方法である。
ータ量に対して充足する受信ウインドウサイズを予め前
記受信装置へ通知する過程をさらに含むことを特徴とす
る請求項8に記載のパケット中継方法である。
実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形
態によるゲートウェイ(パケット中継装置)21を備え
た衛星通信システムの全体構成を示すブロック図であ
る。この図1において、符号1は通信衛星である。符号
2は通信衛星1による衛星回線6、7を利用して通信を
行う通信事業者の通信システム(以下、通信事業者シス
テムと称する)である。この通信事業者システム2は、
ゲートウェイ21と、衛星ルータ22と、衛星アンテナ
23とから構成される。符号3は通信事業者システム2
の加入者が備えるローカルエリアネットワーク(LA
N)システムである。この加入者LANシステム3は、
加入者が使用する端末3と、衛星ルータ22と、衛星ア
ンテナ23と、端末3および衛星ルータ22をそれぞれ
接続するLAN32とから構成される。複数の加入者L
ANシステム3が通信衛星1を介して通信事業者システ
ム2との間で通信を行う。
ケット(以下、単にパケットと称する)により、端末3
1との間でデータ通信を行うサーバである。符号5は、
サーバ4とゲートウェイ21を接続するインターネット
と呼ばれるコンピュータネットワークである。
信事業者システム2は、複数の加入者LANシステム3
との間で一つの衛星回線6を共有して使用し、下り方向
(通信事業者設備2から加入者LANシステム3へ)の
通信を行う。一方、上り方向(加入者LANシステム3
から通信事業者設備2へ)の通信については、加入者L
ANシステム3毎にそれぞれ個別の衛星回線7を使用し
て通信する。上記上りの衛星回線7は、下りの衛星回線
6に比してデータ伝送速度が小さい。例えば、下りの衛
星回線6は毎秒10Mビットのデータ伝送速度であり、
上りの衛星回線7は毎秒64Kビットである。
ーネット5を介して受信したパケットを、衛星回線6を
介して端末31へ転送するために衛星ルータ22へ出力
する。また、端末31から衛星回線7を介して衛星アン
テナ23および衛星ルータ22により受信されたパケッ
トについては、インターネット5へ出力するが、送達確
認応答パケットは廃棄する。
バ4から受信したパケットについての送達確認応答パケ
ットを生成し、該サーバ4へ送信する送達確認応答代行
機能を有する。この送達確認応答代行機能は、サーバ4
から端末31へ送信されたパケットについての送達確認
応答パケットを、該端末31からの受信を待たずに代行
して送信する機能である。この送達確認応答代行機能に
より、ゲートウェイ21は、サーバ4に次のパケットを
適宜送信させるようにすることができる。
受信した複数のパケットを一つのパケットに組み立て直
して端末31へ送信する。これにより、本来、サーバ4
から送信された複数のパケットについて、端末31から
返信されるはずの複数の送達確認応答パケットが一つだ
けでよくなる。
ケットを送信する際に、IPフラグメンテーションによ
って、該パケットを衛星回線6で伝送可能な長さに分割
して送信する。このIPフラグメンテーションは、IP
層間で転送するTCPデータを物理層に合わせたデータ
長に分割して転送するための処理のことである。
成を示すブロック図である。この図2に示すゲートウェ
イ21は、衛星回線6、7を利用して加入者LANシス
テム3との間でパケット通信を行う衛星回線対応通信部
11と、インターネット5を利用してサーバ4との間で
パケット通信を行うインターネット対応通信部12と、
サーバ4から受信した複数のパケットを一つのパケット
に組み立て直す動作を制御するパケット組立制御部13
と、このパケット組立制御部13の指示に従って複数の
パケットを一つのパケットに組み立て直して出力するパ
ケット組立部14と、このパケット組立部14から入力
されたパケットをIPフラグメンテーションにより、衛
星回線6で伝送可能な長さに分割して出力するIPフラ
グメント処理部15とから構成される。
4から受信したパケットをパケット組立部12へ出力
し、また、衛星回線対応通信部11から受け取ったパケ
ットをサーバ4へ送信する。また、インターネット対応
通信部12は、上記送達確認応答代行機能を有してお
り、サーバ4から端末31へ送信されたパケットについ
ての送達確認応答パケットを生成し、端末31から送達
確認応答パケットを受信するのを待たずに、その生成し
た送達確認応答パケットを代行して送信する。
ント処理部15から受け取ったパケットを端末31へ送
信する。また、衛星回線対応通信部11は、端末31か
ら受信したパケットをインターネット対応通信部12へ
出力するが、送達確認応答パケットについては廃棄す
る。
通知された最大セグメントサイズ(mss;1パケット当
りの最大転送可能データ量)と受信ウインドウサイズ
(win;最大受信可能データ量)を衛星回線対応通信部
11を介して取得する。また、端末31へ通知する最大
セグメントサイズ(mss)と受信ウインドウサイズ(wi
n)を衛星回線対応通信部11へ提供する。同様に、パ
ケット組立制御部13は、インターネット対応通信部1
2を介してサーバ4との間で、最大セグメントサイズ
(mss)と受信ウインドウサイズ(win)を授受する。パ
ケット組立制御部13は、これら最大セグメントサイズ
(mss)と受信ウインドウサイズ(win)に基づいて、端
末31へ転送する1パケット当りの最大格納データ量を
決定し、この最大格納データ量をパケット組立部14へ
通知してそのパケット組立動作を制御する。
部13から通知された最大格納データ量の範囲内で、イ
ンターネット対応通信部12から入力された複数のパケ
ットを一つのパケットに組み立て直して出力する。
ット組立部14から入力されたパケットをIPフラグメ
ンテーションにより、衛星回線6で伝送可能な長さのパ
ケットにして出力する。
ウェイ21が、サーバ4から受信した複数のパケットを
一つのパケットに組み立て直して端末31へ送信する動
作を詳細に説明する。図3は、図2に示すゲートウェイ
21が行うパケット中継処理について説明するためのシ
ーケンス図である。なお、この図3に示す最大セグメン
トサイズ(mss)と受信ウインドウサイズ(win)の値
は、本実施形態を説明するための一例である。
Pコネクションを確立するために、SYNパケットを送
信する。このSYNパケットには、端末31の最大セグ
メントサイズ(mss)が1460バイトに、また、受信
ウインドウサイズ(win)が8760バイトにそれぞれ
設定されている。
制御部13は、このSYNパケットによって通知された
端末31の最大セグメントサイズ(mss;1460バイト)
と受信ウインドウサイズ(win;8760バイト)を衛星回
線対応通信部11から取得する。ここで、パケット組立
制御部13は、端末31の受信ウインドウサイズ(wi
n;8760バイト)よりも大きな受信ウインドウサイズ(w
in;35440バイト)をサーバ4へ通知するように、イン
ターネット対応通信部12へ指示する。最大セグメント
サイズ(mss;1460バイト)についてはそのままサーバ
4へ通知させる。
応通信部12は、最大セグメントサイズ(mss;1460バ
イト)と受信ウインドウサイズ(win;35440バイト)を
付加したSYNパケットをサーバ4へ送信する。
ーバ4が、最大セグメントサイズ(mss;1460バイト)
と受信ウインドウサイズ(win;35440バイト)を付加し
たSYN応答確認(ACK)パケットを返信する。パケ
ット組立制御部13は、このSYNパケットの最大セグ
メントサイズ(mss;1460バイト)と受信ウインドウサ
イズ(win;35440バイト)をインターネット対応通信部
12から取得すると、端末31へ最大セグメントサイズ
(mss;8860バイト)と受信ウインドウサイズ(win;35
440バイト)を付加したSYNACKパケットを返信す
る。
初め端末31からSYNパケットで通知された最大セグ
メントサイズ(mss;1460バイト)よりも、大きな最大
セグメントサイズ(mss;8860バイト)を使用するよう
に、端末31に対して通知する。その際、受信ウインド
ウサイズについては、初め端末31からSYNパケット
で通知された最大セグメントサイズが、今回使用予定の
最大セグメントサイズに不足する値であった場合に、そ
の受信ウインドウサイズよりも大きな受信ウインドウサ
イズを端末31へ通知する。通常、最大セグメントサイ
ズの4倍以上の受信ウインドウサイズが必要とされてい
る。したがって、この例においては、初め端末31から
通知された受信ウインドウサイズ(win;8760バイト)
では、最大セグメントサイズ(mss;8860バイト)の4
倍に満たないので、最大セグメントサイズ(mss;8860
バイト)の4倍の受信ウインドウサイズ(win;35440バ
イト)を端末31に通知している。
り、受信ウインドウサイズ(win;35440バイト)が通知
されると、パケット組立制御部13は、サーバ4へこの
受信ウインドウサイズ(win;35440バイト)を通知す
る。これにより、端末31とサーバ4との間のTCPコ
ネクションが、端末31の受信ウインドウサイズ(wi
n;35440バイト)で確立する。
31の受信ウインドウサイズが、今回使用予定の最大セ
グメントサイズに対して充足する値であることを条件と
して、該最大セグメントサイズを使用する。この例で
は、端末31の受信ウインドウサイズ(win;35440バイ
ト)は、今回使用予定の最大セグメントサイズ(mss;8
860バイト)の4倍であり、条件を満足するので、パケ
ット組立制御部13は、その最大セグメントサイズ(ms
s;8860バイト)を端末31へ転送する1パケット当り
の最大格納データ量として決定し、この最大格納データ
量(8860バイト)をパケット組立部14へ通知する。
1の受信ウインドウサイズが、今回使用予定の最大セグ
メントサイズに対して不足する値であった場合には、該
最大セグメントサイズを使用不可能と判断する。この場
合には、初め端末31から通知され、そのままサーバ4
に通知したた最大セグメントサイズ(mss;1460バイ
ト)を端末31へ転送する1パケット当りの最大格納デ
ータ量として決定し、この最大格納データ量(1460バイ
ト)をパケット組立部14へ通知する。したがって、パ
ケット組立部14は、サーバ4から最大セグメントサイ
ズ(mss;1460バイト)で送信されたパケットをそのま
ま出力することになり、複数パケットを一つのパケット
に組み立て直す動作を行わない。
ズ(mss;1460バイト)でTCPデータを格納したデー
タパケットを6個(DATA1〜6)送信する。インターネッ
ト対応通信部12は、これらデータパケット(DATA1〜
6)を受信する際、2つのデータパケット受信毎に一つ
送達確認応答パケット(ACKパケット)を代行して送
信する。なお、この例では、サーバ4は、データパケッ
トについての送達確認を2つのデータパケット受信毎に
行えばよく、また、端末31も同様である。
ネット対応通信部12を介して、それら6個のデータパ
ケット(DATA1〜6)を受け取ると、それぞれのデータパ
ケットからTCPデータを抽出し、これら6個分のTC
Pデータをまとめて組立データ1(8760バイト)とし、
この組立データ1を格納したデータパケットを生成して
出力する。このように、パケット組立部14は、最大格
納データ量(8860バイト)の範囲内で、複数のデータパ
ケットのTCPデータをまとめて一つのデータパケット
に格納する。
パケット組立部14から入力されたデータパケットをI
Pフラグメンテーションにより、衛星回線6で伝送可能
な長さの複数のパケットにして出力する。端末31は、
これら複数のパケットを受信すると、IPデフラグメン
テーションにより、それら受信した複数のパケットを一
つのデータパケットとし、このデータパケットに格納さ
れているTCPデータ(読出しデータ1)を読み出す。
この読出しデータ1は、上記組立データ1と一致してい
る。
ターネット対応通信部12を介して、6個のデータパケ
ット(DATA7〜12)を受け取ると、それら6個分のTC
Pデータをまとめて組立データ2(8760バイト)とし、
この組立データ2を格納したデータパケットを生成して
出力する。このデータパケットは、IPフラグメント処
理部15によってIPフラグメンテーションにより複数
のパケットにして出力される。次いで、端末31が、こ
れら受信した複数のパケットをIPデフラグメンテーシ
ョンにより一つのデータパケットとし、このデータパケ
ットに格納されているTCPデータ(読出しデータ2)
を読み出す。この読出しデータ2は、上記組立データ2
と一致している。
データパケット(組立データ1と2のデータパケット)
についてのACKパケットを一つ送信する。このよう
に、端末31は、本来、サーバ4から送信された12個
のデータパケット(DATA1〜12)について、6個のAC
Kパケットを送信すべきところ、1個を送信するのみと
なる。これにより、上り衛星回線7の使用帯域を削減す
ることが可能となり、上り衛星回線7の輻輳が軽減され
る。
衛星回線回線6よりも上り衛星回線7のデータ伝送速度
の方が小さく、データ伝送速度が非対称であったとして
も、データ伝送速度が小さい上り衛星回線7の輻輳が軽
減されるので、従来に比して、TCPデータ転送におけ
るスループットを向上することができるという効果が得
られる。
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
変更等も含まれる。
複数のパケットからそれぞれデータを抽出し、転送用
に、それら抽出したデータを一つの転送パケットに格納
するようにしたので、転送先の受信装置の受信パケット
数が減少し、したがって、受信装置が返信する送達確認
応答パケット(ACKパケット)の数が減ることにな
る。これにより、受信装置からデータを受信する上り回
線の輻輳を軽減することができる。この結果、輻輳によ
って発生していたパケット再送頻度が減少することにな
るので、データ転送効率を向上することができるという
効果が得られる。
最大セグメントサイズよりも大きな値に、転送パケット
一つ当りの最大格納データ量を決定するようにすれば、
より一層、受信装置の受信パケット数が減少して返信す
るACKパケットの数が減ることになる。したがって、
上り回線の輻輳がさらに軽減されるので、輻輳によるパ
ケット再送頻度も一段と減少し、この結果、データ転送
効率がさらに向上する。
ンドウサイズが最大格納データ量に対して充足する値で
あることを条件として、該最大格納データ量に基づいた
転送パケットの組み立てを許可するようにすれば、受信
装置の受信能力に応じて、複数のパケットを一つに統合
した転送パケットによるパケット転送を行うことができ
る。これにより、受信装置が複数のパケットを一つに統
合した転送パケットを受信不可能であるにもかかわら
ず、該転送パケットを送信してしまい、この結果として
転送パケットの再送を引き起こすという事態を未然に防
ぐことが可能となる。
る受信ウインドウサイズを予め受信装置へ通知するよう
にすれば、受信装置との間で受信ウインドウサイズの調
整が可能となるので、複数のパケットを一つに統合した
転送パケットを使用できる可能性を高めることができ
る。これは、上り回線の輻輳軽減の可能性を高めること
に繋がるので、結果的に、輻輳によるパケット再送頻度
を減少させて、データ転送効率向上の可能性をも高める
という効果が得られる。
答パケットを受信装置から受け取るのを待たずに、第1
の伝送区間(転送元の伝送区間)を介して伝送されたパ
ケットについての送達確認応答パケットを代行して送信
するようにすれば、パケット送信元の送信装置から受け
取るパケットの受信速度を上げることができる。これに
より、一つの転送パケットに統合するパケット数を増加
することが可能となるので、受信装置の受信パケット数
をさらに減少させて上り回線の輻輳をより軽減可能であ
る。この結果として、データ転送効率がさらに向上する
という効果が得られる。
一つに統合した転送パケットを用いることによって、複
数のパケットをそのまま転送する場合に比べて、パケッ
トのヘッダおよびフッタ分のデータ量を削減可能であ
る。これによっても、データ転送効率が向上することに
なる。
(ゲートウェイ)21を備えた衛星通信システムの全体
構成を示すブロック図である。
ロック図である。
中継処理について説明するためのシーケンス図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 第1の伝送区間と、データを送信する下
り回線よりもデータを受信する上り回線のデータ伝送速
度の方が小さい第2の伝送区間との間で、前記第1の伝
送区間を介して伝送されたパケットを前記第2の伝送区
間へ転送するパケット中継装置であって、 前記第1の伝送区間を介して伝送された複数のパケット
からそれぞれデータを抽出し、前記転送用に、前記抽出
したデータを一つの転送パケットに格納するパケット組
立手段を具備することを特徴とするパケット中継装置。 - 【請求項2】 前記転送先の受信装置から受け取った最
大セグメントサイズよりも大きな値に、前記転送パケッ
ト一つ当りの最大格納データ量を決定するパケット組立
制御手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の
パケット中継装置。 - 【請求項3】 前記パケット組立制御手段は、 前記受信装置から受け取った受信ウインドウサイズが前
記最大格納データ量に対して充足する値であることを条
件として、該最大格納データ量に基づいた前記転送パケ
ットの組み立てを許可することを特徴とする請求項2に
記載のパケット中継装置。 - 【請求項4】 前記パケット組立制御手段は、 前記最大格納データ量に対して充足する受信ウインドウ
サイズを予め前記受信装置へ通知することを特徴とする
請求項3に記載のパケット中継装置。 - 【請求項5】 前記転送パケットについての送達確認応
答パケットを前記受信装置から受け取るのを待たずに、
前記第1の伝送区間を介して伝送されたパケットについ
ての送達確認応答パケットを代行して前記第1の伝送区
間へ送信する送達確認応答代行手段を具備することを特
徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかの項に記載の
パケット中継装置。 - 【請求項6】 第1の伝送区間と、データを送信する下
り回線よりもデータを受信する上り回線のデータ伝送速
度の方が小さい第2の伝送区間との間で、前記第1の伝
送区間を介して伝送されたパケットを前記第2の伝送区
間へ転送するパケット中継装置におけるパケット中継方
法であって、 前記第1の伝送区間を介して伝送された複数のパケット
からそれぞれデータを抽出する過程と、 前記転送用に、前記抽出したデータを一つの転送パケッ
トに格納する過程と、を含むことを特徴とするパケット
中継方法。 - 【請求項7】 前記転送先の受信装置から最大セグメン
トサイズを受け取る過程と、 この受け取った最大セグメントサイズよりも大きな値
に、前記転送パケット一つ当りの最大格納データ量を決
定する過程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のパケッ
ト中継方法。 - 【請求項8】 前記受信装置から受け取った受信ウイン
ドウサイズを受け取る過程と、 この受け取った受信ウインドウサイズが前記最大格納デ
ータ量に対して充足する値であることを条件として、該
最大格納データ量に基づいた前記転送パケットの組み立
てを許可する過程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のパケッ
ト中継方法。 - 【請求項9】 前記最大格納データ量に対して充足する
受信ウインドウサイズを予め前記受信装置へ通知する過
程をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のパケ
ット中継方法。
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