JP2004242007A

JP2004242007A - 通信ノード、ルーティング情報広告方法、ルーティング情報広告プログラムおよび記録媒体

Info

Publication number: JP2004242007A
Application number: JP2003028391A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyamura; 崇宮村; Takashi Kurimoto; 崇栗本; Michihiro Aoki; 道宏青木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: JP3878140B2

Abstract

【課題】ネットワークの安定性を向上させ、また、同一ノード間で多数のリンクが存在する場合も含めて、一般のネットワークトポロジーに適用可能とする。
【解決手段】まず、通常のルーティングプロトコルを用いて、自ネットワークのトポロジー情報を収集する。次に、該トポロジー情報に基づいて、ルーティング情報配送用のツリーを作成する。ツリーの作成後、各ルータ１０〜１３は、現在ルーティング情報を広告するために使用しているリンクの中で、このツリーに含まれていないものがあるか否かを調べる。そして、ルーティング情報配送用ツリーに含まれているリンク上にのみ、ルーティング情報を含むパケットを送信し、ツリーに含まれていないリンクに対しては、ルーティング情報の送信を停止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＰやＭＰＬＳなどのバケットスイッチを利用したネットワーク、およびＧＭＰＬＳ等のＴＤＭスイッチ・光スイッチで構成されるネットワークにおける経路制御を行なう通信ノード、ルーティング情報広告方法、ルーティング情報広告プログラムおよび記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットやＬＡＮの急速な普及から、ＩＰトラヒックを含めたデータトラヒックが指数関数的に増加している。トラヒックの増加に対応するため、バックボーンネットワークは高速化と大規模化する方向にある。
【０００３】
ＩＰネットワークにおいて、網内のルーティングを解決するために、網内の各ルータでは、ＯＳＰＦやＩＳ−ＩＳ等のリンク状態型ルーティングプロトコルが動作している（例えば、非特許文献１参照）。これらのルーティングプロトコルを用いて、各ルータは、自ネットワークのトポロジー（接続構成）を把握し、ＩＰパケットの転送に必要なＩＰパケット転送表の作成を行なう。これらのルーティングプロトコルでは、ルーティング情報を網内に配布する際に、「ＲｅｌｉａｂｌｅＦｌｏｏｄｉｎｇ」と呼ばれる広告方式で行なっている。基本的に、この方式では、各ルータが持つインターフェイスの全てに同じルーティング情報を含むバケット送信するため、ルーティング情報の配送の効率性に問題があった。特に、各ルータがメッシュ接続しているネットワークにおいては、網内のプロトコルのメッセージ量がルータ数の２乗に比例するため、大規模網では安定的な運用に問題があった。
【０００４】
さらに、最近では、ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩＰ）やストリーミング配信などに対応するための高度なサービスを提供するメカニズムがネットワークに求められている。このような要求に対応するため、これまでにＭＰＬＳ（ＭｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌＬａｂｅｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
ＭＰＬＳは、転送するパケットに固定長のラベルを付与し、ラベルをもとに通信網内の各ノードで転送する方路を決定する。このＭＰＬＳをＩＰバックボーンネットワークに導入することにより、品質保証や負荷分散などの高度なトラフィック・エンジニアリング（ＴｒａｆｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）が可能となる。このトラフィック・エンジニアリングを行なうために必要なリンク状態を網内に配信する手段としても、ルーティングプロトコルは用いられている。
【０００６】
また、最近では、ＧＭＰＬＳのように、ＩＰネットワーク以外のＴＤＭスイッチや光クロスコネクト、光スイッチ等のパケットを扱わない通信ノードで構成されるネットワークにおいても、ネットワークのトポロジーとリンク状態の情報収集のために、ＯＳＰＦやＩＳ−ＩＳなどのルーティングプロトコルが用いられている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｍｏｙ，０ＳＰＦ：Ａｎａｔｏｍｙｏｆａｎｌｎｔｅｒｎｅｔｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ，１９９８．
【非特許文献２】
宮村崇、栗本崇、青木道宏、『ＡＳｃａｌａｂｌｅＭｕｌｔｉｐａｔｈＡｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＨｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌＭＰＬＳＮｅｔｗｏｒｋｓ』，Ｐｒｏｃ．ｏｆＷＴＣ／ＩＳＳ２００２．
【非特許文献３】
Ｊ．Ｍｏｙ，『Ｆｌｏｏｄｉｎｇｏｖｅｒａｓｕｂｓｅｔｔｏｐｏｌｏｇｙ』，ＩＥＴＦ，ＩｎｔｅｒｎｅｔＤｒａｆｔ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００１．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ネットワークの大規模化とルーティングプロトコルで配送すべき情報の種類の多様化により、ネットワーク内のルーティングプロトコルのメッセージ量が増大し、プロトコルを処理する各ルータのプロセッサにかかる負荷が問題となっている。プロセッサに高負荷がかかると、プロトコルの各メッセージの処理時間が増大するため、網内のルーティングの収束時間が増大する。最終的には、ルーティングのループの発生などネットワーク内にさまざまな不安定を引き起こすことになり、問題であった。
【０００９】
このような問題を解決する手段として、「リフレッシュ停止」と「リンクパンドリング」という技術がこれまでに提案されている。
【００１０】
まず、「リフレッシュ停止」について説明する。通常のルーティングプロトコルでは、ネットワーク内のルータの接続構成に変更がない場合でも、定期的にトポロジー情報を保持するデータベースを更新している。この更新をリフレッシュと呼ぶ。この方式では、トポロジーに変化がなかった場合には、リフレッシュを停止し、無駄なルーティング情報の配布を抑制する。この方式は、トポロジーに変化がほとんどない安定したネットワークには有効である。しかし、トラフィック・エンジニアリングに必要なリンク状態の広告を行なう場合のように、ネットワークのトポロジーは変化しない場合でも、定期的にルーティングプロトコルによる広告が必要なケースでは有効でない。
【００１１】
次に、「リンクバンドリング」について説明する。図６に示すように、２つのルータ１，２間に複数のリンクが存在する場合、通常のルーティングプロトコルでは、リンク毎に隣接関係を確立し、それぞれ個別にルーティング情報を広告している。この方式では、複数のリンクを１つのリンクに束ね（＝バンドリング）て、仮想的な１つのリンクとして、ネットワーク内に広告することで、無駄なルーティング情報の広告を抑制している。この方式は、図６に示すように、特定ルータ１，２間に複数のリンクが存在する場合のみ有効で、１つのルータが異なる複数のルータと接続している場合には適用できない。
【００１２】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ルーティングの収束時間を短縮することができ、かつ最終的にはネットワークの安定性を向上させることができ、また、同一ノード間で多数のリンクが存在する場合も含めて、一般のネットワークトポロジーに適用させることができる通信ノード、ルーティング情報広告方法、ルーティング情報広告プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、ネットワーク上に配置され、ルーティングプロトコルが動作している通信ノードにおいて、ルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算するトポロジー演算手段と、前記トポロジー演算手段により計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択する選択手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の通信ノードにおいて、前記トポロジー演算手段は、ルーティングプロトコルのメッセージ配送用のトポロジーにおいて各ノードが接続しているノード数に基づいて、そのノードに接続しているリンクを前記トポロジーに追加することによって前記トポロジーを再計算することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３記載の発明では、請求項２記載の通信ノードにおいて、前記トポロジー演算手段は、前記トポロジーを再計算する際、自ネットワークのトポロジーでは２つ以上のノードと隣接しているノードであって、計算されたメッセージ配送に用いるトポロジーでは隣接しているノード数が２つ未満である場合に限り、メッセージ配送に用いるトポロジーに該ノードと隣接するノードを追加することを特徴とする。
【００１６】
また、上述した問題点を解決するために、請求項４記載の発明では、複数の通信ノードで構成されているネットワーク上で動作しているルーティングプロトコルのルーティング情報広告方法において、ルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算し、前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５記載の発明では、請求項４記載のルーティング情報広告方法において、ルーティングプロトコルを配送するために用いるトポロジーを計算する際に、ルーティングプロトコルのメッセージ配送用のトポロジーにおいて各ノードが接続しているノード数に基づいて、そのノードに接続しているリンクを前記トポロジーに追加することによって前記トポロジーを再計算することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６記載の発明では、請求項４記載のルーティング情報広告方法において、ルーティングプロトコルのメッセージ配送に用いるトポロジーを再計算する際に、自ネットワークのトポロジーでは２つ以上のノードと隣接しているノードであって、計算されたメッセージ配送に用いるトポロジーでは隣接しているノード数が２つ未満であった場合に限り、メッセージ配送に用いるトポロジーに該ノードと隣接するノードを追加することを特徴とする。
【００１９】
また、上述した問題点を解決するために、請求項７記載の発明では、複数の通信ノードで構成されているネットワーク上で動作しているルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算するステップと、前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２０】
また、上述した問題点を解決するために、請求項８記載の発明では、複数の通信ノードで構成されているネットワーク上で動作しているルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算するステップと、前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択するステップとをコンピュータに実行させるルーティング情報広告プログラムを記録したことを特徴とする。
【００２１】
この発明では、トポロジー演算手段により、ルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算し、選択手段により、前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択する。したがって、冗長なルーティング情報の広告を抑制することでき、各通信ノードにおけるプロセッサのルーティングプロトコルを処理する負荷を削減すること可能となる。各ノードのプロセッサの処理負荷を削減することは、ルーティングの収束時間を短縮し、最終的にはネットワークの安定性を向上させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
まず、本実施形態によるルーティング情報広告方式について説明する。図１は、ＩＰネットワークの一例を示す概念図である。図１に示すネットワークは、４つのノード１０，１１，１２，１３で構成され、ノード１０〜１３の各々は、互いに実線で示すリンクで接続されている。ノード１０〜１３の各々では、ＯＳＰＦやＩＳ−ＩＳなどのリンク状態型ルーティングプロトコルが動作しでおり、自ネットワークのトポロジーを学習可能である。
【００２４】
本実施形態の広告方式を説明する前に、通常のリンク状態型ルーティングプロトコルで採用されている「ＲｅｌｉａｂｌｅＦｌｏｏｄｉｎｇ」と呼ばれる広告方式について説明する。図１に示す矢印は、ルーティング情報を含むパケットが送信される方向を表している。ここで、ノード１３と接続しているサブネット２０との間のリンクに障害が発生したと仮定する。ノード１３は、サブネット２０が到達不能になったという情報を網内の他のルータに伝達する必要がある。通常、この情報は、ルーティングプロトコルの隣接関係を確立している全ルータに広告される。
【００２５】
図１に示す矢印のように、ノード１３は、ノード１０，１１，１２の更新されたルーティング情報を広告する。この時点で、網内の全ルータは、ノード１３からの更新されたルーティング情報を受信している。しかし、従来の広告方式では、さらにノード１０，１１，１２は、各々、このルーティング情報の送信元であるノード１３以外の全ルータに同じ情報を再度広告する。このように、従来の広告方式では、冗長なルーティング情報を多数広告するため、処理すべきプロトコルのメッセージ量が増大し、特に大規模なネットワークでは、各ルータにおける、そのメッセージの処理負荷が問題であった。
【００２６】
本実施形態では、ルーティング情報を含むパケットの送信に利用するリンクを限定することによって上記問題を解決する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態による広告方式の動作を説明するためのフローチャートある。まず、通常のルーティングプロトコルを用いて、自ネットワークのトポロジー情報を学習する（Ｓ１）。次に、該トポロジー情報に基づいて、ルーティング情報配送用のツリー（木）を作成する（Ｓ２）。最終的には、このルーティング情報配送用ツリーに含まれているリンク上にのみ、ルーティング情報を含むパケットが送信される。このツリーの計算アルゴリズムの詳細については後述する。
【００２８】
このツリーの計算が終わると、網内の各ルータ１０〜１３は、現在ルーティング情報を広告するために使用しているリンクの中で、このツリーに含まれていないものがあるか否かを調べる。そして、そのようなリンクが存在すれば、以後、このリンク上でのルーティング情報の送信を停止する（Ｓ３）。このとき、このリンク上に確立されている隣接関係を停止してもよいし、隣接関係を維持したままＦｌｏｏｄｉｎｇのみを停止するようにしてもよい。
【００２９】
図３は、ルーティング情報配送用ツリーの一例を示す概念図である。図において、ノード１０−ノード１３間とノード１１−ノード１２間のリンクでのルーティング情報の送信が停止されている。先ほどの例と同様に、ノード１３とサブネット２０との間のリンクに障害が発生した場合を考える。ノード１３は、ノード１１とノード１２にルーティング情報を広告する。次に、ノード１１とノード１２は、ノード１３以外にはノード１０に対してしかルーティング情報を広告できないため、ルーティング情報をノード１０に送信する。以上で、ルーティング情報の網内への配布が完了する。図３に示す場合と比較すると、網内で発生するプロトコルのメッセージ数が削減されていることが分る。
【００３０】
次に、図３に示すルーティング情報配送用のツリーを計算するアルゴリズムについて説明する。図４は、このアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。まず、自ネットワークのトポロジーから最小木（Ｍｉｎｉｍｕｍｓｐａｎｎｉｎｇｔｒｅｅ）を作成する（Ｓ１０）。最小木を計算するアルゴリズムとしては、プリム・アルゴリズム（Ｐｒｉｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などが知られている。
【００３１】
図５は、図４に示すネットワークに対する最小木を示す概念図である。ここで、最小木の代わりに最短木（Ｓｈｏｔｅｓｔｐａｔｈｔｒｅｅ）を用いてもよい。なお、最短木の計算には、ＤｉｊｋｓｔｒａＡｌｇｏｒｉｔｈｍなどが利用できる。
【００３２】
この最小木をルーティング情報配送用ツリー（以下、単に配送木と呼ぶ）として用いてもよいが、その場合、次のような問題が発生する。図５において、仮にノード１０とノード１１との間のリンクに障害が発生すると、ルーティングのドメインが２つに分割されてしまい、例えばノード１０は、ノード１３までのルーティングを解決できなくなる。この問題を解決する手段について説明するが、そのために、まず、ノードの次数について定義する。
【００３３】
ノードの次数：そのノードに接続しているリンクの数
【００３４】
例えば、リンクを２本持つノードの次数は「２」となる。
【００３５】
まず、配送木の初期状態を最小木に設定する。そして、配送木におけるノードの次数を計算する。
【００３６】
次に、条件Ａ：「元のネットワークでのノードの次数が２以上」でかつ、「配送木でのノードの次数が２未満」を満たすノードが存在するかを判定し（Ｓ１１）、条件Ａを満たす場合、該当するノードのリンクを配送木に追加する（Ｓ１２）。
【００３７】
複数の追加すべきリンクの候補がある場合、以下の２つの選択方法がある。
・複数の候補となるリンクの中からランダムに１つを選択。
・複数の候補となるリンクの中で、最も小さい次数を持つ対向ノードと接続しているリンクを１つ選択。
【００３８】
次に、再度、配送木の次数を計算し（Ｓ１３）、再び、ステップＳ１１で、条件１を満たすか否かをチェックする。もし、条件Ａを満たすのであれば、ステップＳ１２で、リンクを追加する。
【００３９】
一方、条件Ａを満たさない場合には、そのときの配送木をルーティング情報配送用ツリーとして利用する（Ｓ１４）。以上がアルゴリズムの詳細である。
【００４０】
なお、上述した実施形態は、ルーティングプロトコルにおけるルーティング情報の広告方式に関するものであり、対象とするノードがパケット交換を行なうＩＰルータやＭＰＬＳルータであっても、パケット交換を行なわないＴＤＭスイッチや光スイッチ・光クロスコネクトであっても適用可能である。
【００４１】
また、上述したルータの機能は、図示しない記憶部に記憶されたプログラムを実行することで実現するようになっている。記憶部は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリやＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成されるものとする。また、上記記憶部とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
【００４２】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、上述した処理の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した処理をルータに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００４３】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ルーティングプロトコルが動作しているネットワークにおいて、効率的なルーティング情報の広告方式を提供することが可能になるため、冗長なルーティング情報の広告を抑制することでき、各通信ノードにおけるプロセッサのルーティングプロトコルを処理する負荷を削減すること可能となる。各ノードのプロセッサの処理負荷を削減することは、ルーティングの収束時間を短縮し、最終的にはネットワークの安定性を向上することができるという利点が得られる。また、本発明によれば、同一ノード間で多数のリンクが存在する場合も含めて、一般のネットワークトポロジーに適用可能であり、トラフィック・エンジニアリングに用いられる帯域情報等のリンク状態情報の配送も効率化可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＰネットワークの一例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態による広告方式の動作を説明するためのフローチャートある。
【図３】ルーティング情報配送用ツリーの一例を示す概念図である。
【図４】このアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すネットワークに対する最小木を示す概念図である。
【図６】２つのルータ間に複数のリンクが存在する場合のＩＰネットワークの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
１０，１１，１２，１３ノード（トポロジー演算手段、選択手段）
２０サブネット

Claims

ネットワーク上に配置され、ルーティングプロトコルが動作している通信ノードにおいて、
ルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算するトポロジー演算手段と、
前記トポロジー演算手段により計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択する選択手段と
を具備することを特徴とする通信ノード。
前記トポロジー演算手段は、ルーティングプロトコルのメッセージ配送用のトポロジーにおいて各ノードが接続しているノード数に基づいて、そのノードに接続しているリンクを前記トポロジーに追加することによって前記トポロジーを再計算することを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
前記トポロジー演算手段は、前記トポロジーを再計算する際、自ネットワークのトポロジーでは２つ以上のノードと隣接しているノードであって、計算されたメッセージ配送に用いるトポロジーでは隣接しているノード数が２つ未満である場合に限り、メッセージ配送に用いるトポロジーに該ノードと隣接するノードを追加することを特徴とする請求項２記載の通信ノード。
複数の通信ノードで構成されているネットワーク上で動作しているルーティングプロトコルのルーティング情報広告方法において、
ルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算し、
前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択することを特徴とするルーティング情報広告方法。
ルーティングプロトコルを配送するために用いるトポロジーを計算する際に、ルーティングプロトコルのメッセージ配送用のトポロジーにおいて各ノードが接続しているノード数に基づいて、そのノードに接続しているリンクを前記トポロジーに追加することによって前記トポロジーを再計算することを特徴とする請求項４記載のルーティング情報広告方法。
ルーティングプロトコルのメッセージ配送に用いるトポロジーを再計算する際に、自ネットワークのトポロジーでは２つ以上のノードと隣接しているノードであって、計算されたメッセージ配送に用いるトポロジーでは隣接しているノード数が２つ未満であった場合に限り、メッセージ配送に用いるトポロジーに該ノードと隣接するノードを追加することを特徴とする請求項４記載のルーティング情報広告方法。
複数の通信ノードで構成されているネットワーク上で動作しているルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算するステップと、
前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択するステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするルーティング情報広告プログラム。
複数の通信ノードで構成されているネットワーク上で動作しているルーティングプロトコルで学習したネットワークのトポロジーとは別に、ルーティングプロトコルのメッセージを配送するために用いるトポロジーを計算するステップと、
前記計算されたトポロジーに基づいて、ルーティング情報を含むパケットを送信するリンクを選択するステップと
をコンピュータに実行させるルーティング情報広告プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。