JP2004248085A

JP2004248085A - 経路決定方法および経路決定装置

Info

Publication number: JP2004248085A
Application number: JP2003037198A
Authority: JP
Inventors: Kyoko Miyake; 恭子三宅
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】ネットワークの輻輳に迅速に対応して経路を変更することは難しい。
【解決手段】管理セル送受信部２２は、管理セルを隣接ノードから定期的に受信し、適宜その内容を更新して次の隣接ノードに送信する。輻輳検知部２０は、管理セル送受信部２２が受信された管理セルに含まれる輻輳情報をもとに、経路が輻輳状態にあるかどうかを判定する。輻輳状態にあるとき、テーブル更新部１８は、その経路のメトリックスを変更して、その経路の優先順位を下げ、ＲＩＰテーブル１６を書き換える。ＲＩＰテーブル１６の書き換えにより、輻輳した経路を迂回する経路情報が生成される。経路選択部１４は、更新されたＲＩＰテーブル１６を参照して、データの転送経路を決定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ネットワーク制御技術に関し、特にネットワークの経路決定方法および経路決定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークでは、ルータはＲＩＰ（ＲｏｕｔｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）を実装している場合がほとんどである。ルータは、経路情報を格納したＲＩＰテーブルを所有し、パケットを受信すると、そのパケットに含まれる送信先ＩＰアドレスをもとにＲＩＰテーブル内の経路情報を参照し、パケットをどのルータもしくはホストに転送すればよいかを判断する。ＲＩＰの経路選択は距離ベクタアルゴリズムにもとづいており、ＲＩＰにおいて隣接ルータと交換される経路情報には、宛先アドレスまでの距離を示すメトリックが含まれる。ＲＩＰではメトリックが最小の経路が最適経路として選択される。
【０００３】
ＲＩＰが実装された隣接ルータ間では、定期的にＲＩＰテーブル内の経路情報が交換され、自分のＲＩＰテーブルが更新されている。このため、ルータは、刻々と変化するネットワークの状況に応じて、パケットの送信先を適宜決定することが可能である。そのようなルーティング決定技術として、たとえば、特許文献１には、パケット交換網においてトラフィックを迂回させて輻輳等を回避することのできるルーティング選択装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２７２３４３号公報（全文、第１−２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＩＰでは、最適経路を選択するためのメトリックとして宛先アドレスまでのホップ数が利用され、経路の輻輳状態は考慮されない。そのため、輻輳状態にある経路でも最適経路として選択される可能性があり、必ずしもトラフィックの集中を回避してネットワークの安定化を図ることはできない。
【０００６】
また、ＲＩＰでは通常３０秒毎にしか経路情報を交換しないため、トラフィックのリアルタイムの変化を正確に計測することはできず、輻輳が発生しても早期に対応することはできない。経路情報の送信間隔をもっと短くする方法も考えられるが、ルータのＲＩＰ処理の負荷が大きくなり、本来のパケット転送処理に遅延が生じることになる。またルータ間で経路情報を頻繁にやりとりすると、ネットワーク全体に過大なトラフィックが発生する。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたもので、その目的は、より柔軟かつ迅速に輻輳に対応することのできるネットワーク制御技術の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は経路決定方法に関する。この方法は、ネットワークの所定レイヤにおける通信を行う際に選択すべき経路を、前記所定レイヤとは異なるレイヤにて利用される管理情報から判明する前記ネットワークの輻輳状態に基づいて決定する。
【０００９】
前記ネットワークのノード間で交換される管理セルから、前記ノード間に形成される複数の経路のそれぞれについての輻輳状態を示す前記管理情報を前記ノードが取得して、前記経路が輻輳状態であるか否かを判定し、輻輳状態にある前記経路を選択する優先順位を一時的に下げてもよい。この場合、その輻輳状態にある経路を完全に選択対象から外してもよく、単にその経路を評価するメトリックスを大きくして、他の輻輳していない経路に比べて選択順位を低くするだけでもよい。また前記管理情報により、輻輳状態が回避されたと判定された場合には、その輻輳状態にあった経路の優先順位を上げて、再び選択対象にあがるようにしてもよい。
【００１０】
本発明の別の態様は経路決定装置に関する。この装置は、ネットワークの経路情報テーブルを格納するテーブル記憶部と、前記ネットワークのノードと管理セルを交換する管理セル送受信部と、前記ノードから受信した前記管理セルに含まれる管理情報に基づいて、前記ネットワークの輻輳状態を検知する輻輳検知部と、前記ネットワークの輻輳が検知された場合に、前記経路情報テーブルを更新するテーブル更新部と、更新された前記経路情報テーブルに基づいて、輻輳の生じたノードを迂回する経路を選択する経路選択部とを含む。
【００１１】
前記管理セル送受信部は、前記経路情報テーブルの通常の更新頻度とは異なる頻度で前記管理セルの交換を行ってもよい。たとえば、管理セルの交換頻度を経路情報テーブルの更新頻度より大きくしてもよい。
【００１２】
本発明の別の態様も経路決定方法に関する。この方法は、ネットワークの第１のレイヤにおいては、通信経路に介在するノードの数に基づいて前記通信経路を選択する一方、前記ネットワークの第２のレイヤにおける管理情報をもとに前記通信経路の輻輳状態を判定し、適宜この判定結果を前記第１のレイヤにおける前記通信経路の選択に反映する。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係るネットワークの全体構成図である。ホスト３０ａ〜３０ｃ（以下、ホスト３０と総称する）は、ルータ３２ａ〜３２ｉ（以下、ルータ３２と総称する）およびＡＴＭ（ＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｄｅ）ネットワーク３６ａ、３６ｂ（以下、ＡＴＭネットワーク３６と総称する）により相互接続されている。ＡＴＭネットワーク３６ａは、ＡＴＭスイッチ３４ａ〜３４ｃ（以下、ＡＴＭスイッチ３４と総称する）により相互接続されたネットワークである。ホスト３０間の通信経路はルータ３２に実装されたＲＩＰにより決定される。ルータ３２は、定期的にＲＩＰの経路情報を更新する他、後述のようにＡＴＭネットワーク３６のＡＴＭスイッチ３４から送信される管理セルによって輻輳を検出し、経路情報をリアルタイムで更新することもできる。なお、ＡＴＭスイッチ３４がルーティング機能を有し、ルータとしても動作する場合や、あるいは逆に、ルータ３２がＡＴＭ機能を有し、ＡＴＭスイッチとしても動作する場合もあり、以下ではこのようなハイブリッド型の通信機器もルータと総称することにする。
【００１５】
図２は、実施の形態に係る経路決定装置１０の構成図である。経路決定装置１０は、図１のホスト３０、ルータ３２、ＡＴＭスイッチ３４などのネットワークノードの内部に構成されるものであり、ハードウエア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた経路決定機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００１６】
管理セル送受信部２２は、ＡＴＭネットワークにおけるＡＴＭレイヤの保守運用管理（ＯｐｅｒａｔｉｏｎＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎａｎｄＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）のためのＯＡＭセルを隣接ノードから定期的に受信し、適宜その内容を更新したり、追加した上で次の隣接ノードに送信する。特に経路の輻輳状態を検出するために、ＯＡＭセルに含まれるＲＭ（ＲｅｓｏｕｒｃｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ）セルが利用される。ＲＭセルは送信元ホストからネットワークに送出される管理セルであり、ネットワーク内のＡＴＭスイッチを通過する度に、輻輳が起きているかどうかという情報と、その時点でＡＴＭスイッチが受付可能な送信レートに関する情報が書き込まれ、輻輳状態を送信先ホストに通知するために使用される。ＲＭセルは、送信先ホストに到着すると、送信元ホストに向けて折り返され、送信元ホストによる送信レートの適応制御に利用される。ＲＭセルは送信元ホストから送信先ホストに向けて、かなり短い時間間隔で定期的に送信されている。たとえば、３２個のデータセルの送出毎に１個のＲＭセルが送信される。
【００１７】
図１に示したように、ホスト３０間の基幹ネットワークに位置するＡＴＭスイッチ３４には、複数のＶＣＣ（ＶｉｒｔｕａｌＣｈａｎｎｅｌＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）によりデータが流れ込むため、トラフィックの集中により輻輳が起こることがある。ＡＴＭスイッチ３４では輻輳が生じた場合にＲＭセルのＣＩ（ＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＩｎｄｉｃａｔｉｏｎ；輻輳通知識別子）ビットを１にする。どのような状態を輻輳と見なすかはＡＴＭスイッチ３４の実装に委ねられている。通常、ＡＴＭスイッチ３４のバッファにセルが限界まで蓄積されると、セルの破棄が始まるが、本実施の形態では、一例として、バッファにセルが蓄積し始めた時点を輻輳発生とみなし、ＣＩビットを１にする。
【００１８】
輻輳発生時の輻輳通知方法には、前方輻輳通知および後方輻輳通知の２種類がある。前方輻輳通知では、輻輳発生時、ＡＴＭスイッチ３４にてデータセル内のＥＦＣＩ（ＥｘｐｌｉｃｉｔＦｏｒｗａｒｄＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＩｎｄｉｃａｔｏｒ；明示的前方輻輳通知識別子）ビットを１にする。送信先ホストは、受信したデータセルのＥＦＣＩビットが１であった場合、次に送出するＲＭセルのＣＩビットを１にする。後方輻輳通知では、輻輳発生時、ＡＴＭスイッチ３４にてＢＥＣＮ（ＢａｃｋｗａｒｄＥｘｐｌｉｃｉｔＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＮｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；後方明示的輻輳通知）ビットを１にし、ＣＩビットまたはＮＩ（ＮｏＩｎｃｒｅａｓｅ）ビットの少なくとも一方が１のＲＭセルを作成し、送信元ホストに向けて送信する。
【００１９】
図２に戻り、輻輳検知部２０は、管理セル送受信部２２がＲＭセルを受信した際、ＲＭセルに含まれるＣＩビットにより、現在データの転送に利用されている経路が輻輳状態にあるかどうかを判定する。ＣＩビットが１の場合、輻輳状態であると判定し、ＣＩビットが０の場合、輻輳状態でないと判定する。輻輳検知部２０は、経路が輻輳状態にあると判定した場合、テーブル更新部１８に輻輳発生を通知する。また、その経路の輻輳が解消した場合には、テーブル更新部１８に輻輳解消を通知する。
【００２０】
テーブル更新部１８は、隣接ノードから比較的長い時間間隔で定期的に経路情報を受信し、ＲＩＰテーブル１６の経路情報を更新し、その更新情報を次のノードに送信する。それに加えて、テーブル更新部１８は、輻輳検知部２０から現在の経路に輻輳が発生した旨の通知を受けたとき、その経路のメトリックスを変更するなどによりその経路の優先順位を下げ、ＲＩＰテーブル１６を書き換える。ＲＩＰテーブル１６の書き換えにより、輻輳した経路を迂回する経路情報が生成される。また、輻輳検知部２０から輻輳していた経路について輻輳が解消した旨の通知を受けたとき、テーブル更新部１８は、再度ＲＩＰテーブル１６を書き換え、通常のホップ数のメトリックスによる経路情報に戻す。
【００２１】
データ転送部１２は、隣接ノードから受信したデータの宛先を調べ、経路選択部１４に通知する。経路選択部１４は、ＲＩＰテーブル１６を参照して、そのデータの経路を決定し、データの転送先の隣接ノードをデータ転送部１２に通知する。データ転送部１２は、受信したデータを転送先の隣接ノードに送信する。ＲＩＰテーブル１６には、輻輳を反映した経路情報を生成されているため、輻輳を迂回した最適な経路が適宜選択されて、データがその経路に沿って転送される。
【００２２】
図３は、経路決定装置１０により輻輳を回避した迂回経路が選択される様子を説明する図である。送信元ホスト４０から送信先ホスト４２へデータを送信する際、通常はホップ数のより少ない第１ルート４４が選択され、２つのルータ４５ａ、４５ｂを経由してデータが転送される。この第１ルート４４上のノードで輻輳が発生すると、ルータ４５ａ、４５ｂを経由して送信元ホスト４０へ向けて輻輳通知が行われる。この輻輳通知により、迂回経路として第２ルート４６が選択され、３つのルータ４７ａ、４７ｂ、４７ｃを経由してデータが送信先ホスト４２へ送信される。
【００２３】
以下、図４から図７を用いて、この迂回経路の決定手順を詳しく説明する。図４は、輻輳が発生していない場合の経路の選択状況を説明する図である。送信元ホスト４０と送信先ホスト４２は、ルータ５０ａ〜５０ｆにより相互接続されている。ルータ５０ａ〜５０ｆ間はリンク５２〜６４により接続されている。送信元ホスト４０から送信先ホスト４２への経路は、輻輳が発生していない状態では、ホップ数が最小である第１ルート７０が選択され、３つのルータ５０ａ、５０ｅ、５０ｆを経由してデータが送信される。
【００２４】
図５は、図４の場合にルータ５０ａが持つＲＩＰテーブル１６を説明する図である。ＲＩＰテーブル１６は、宛先、コスト、次ホップからなる経路情報を集めたものであり、宛先にはリンク５２〜６４のアドレス、コストにはリンク５２〜６４までのホップ数のメトリックス、次ホップにはリンク５２〜６４に至る経路における隣接ルータが格納される。リンク６２の経路情報７１には、次ホップとしてルータ５０ｅを選択し、２ホップでリンク６２に到達する経路があることが示されている。すなわち、ルータ５０ａから２つのルータ５０ｅ、ルータ５０ｆを順にたどり、リンク６２に到達する。このリンク６２の経路情報７１により、送信元ホスト４０から送信先ホスト４２への第１ルート７０が決定される。
【００２５】
図６は、輻輳が発生した場合の経路の選択状況を説明する図である。第１ルート７０上のルータ５０ｅに輻輳が発生したとする。ルータ５０ａに設けられた経路決定装置１０の輻輳検知部２０は、第１ルート７０の輻輳を検知して、テーブル更新部１８に第１ルート７０を経路選択対象から一時的に外すように通知する。テーブル更新部１８は、第１ルート７０における次ホップであるルータ５０ｅを隣接ノードから一時的に外し、ＲＩＰテーブル１６を更新する。なお、輻輳の発生した経路を経路選択対象から外す代わりに、その経路のメトリックスを大きくして、選択の優先順位を下げるようにしてもよい。
【００２６】
図７は、図６の場合にルータ５０ａが持つＲＩＰテーブル１６を説明する図である。ＲＩＰテーブル１６は更新され、リンク６２の経路情報７１は、次ホップとしてルータ５０ｂを選択し、５ホップでリンク６２に到達する経路があることを示す情報に修正される。すなわち、ルータ５０ａから５つのルータ５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｆ、５０ｅを順にたどり、リンク６２に到達する。またリンク６４の経路情報７３は、次ホップとしてルータ５０ｂを選択し、４ホップ、すなわち、ルータ５０ａから４つのルータ５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｆを順にたどり、リンク６４に到達する経路があることを示す情報に修正される。経路選択部１４は、このリンク６４の経路情報７３により、送信元ホスト４０から送信先ホスト４２への第２ルート７２を決定し、輻輳を回避する。
【００２７】
図８は、経路決定装置１０による経路決定手順を説明するフローチャートである。経路決定手順は、ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４の輻輳発生検出モードと、ステップＳ１６、Ｓ１８、Ｓ２０の輻輳解消検出モードとに分かれ、経路決定装置１０は、輻輳が発生するまでは輻輳発生検出モードにあり、輻輳発生後は輻輳解消検出モードに入り、その後、輻輳が解消されると再び輻輳発生検出モードに戻る。経路決定装置１０は、データ転送を行っている各経路について、これらのいずれかのモードにあって、経路の輻輳状態を判定する。
【００２８】
輻輳発生検出モードにおいて、管理セル送受信部２２は、管理セルを受信する（Ｓ１０）。輻輳検知部２０は、受信した管理セルに含まれる輻輳に関する情報にもとづいて経路に輻輳が発生しているかどうかを調べる（Ｓ１２）。輻輳が発生している場合（Ｓ１２のＹ）、テーブル更新部１８はＲＩＰテーブル１６を更新し、経路選択部１４が更新されたＲＩＰテーブル１６にもとづいて迂回経路を設定する（Ｓ１４）。輻輳が発生していない場合（Ｓ１２のＮ）、ステップＳ１０に戻り、引き続き輻輳状態を監視する。
【００２９】
迂回経路の設定後、輻輳解消検出モードに入り、管理セル送受信部２２は、引き続き管理セルを受信し（Ｓ１６）、輻輳検知部２０は、受信した管理セルに含まれる輻輳に関する情報にもとづいて輻輳の発生した経路の輻輳状態が解消しているかどうかを調べる（Ｓ１８）。輻輳が解消している場合（Ｓ１８のＹ）、テーブル更新部１８はＲＩＰテーブル１６を輻輳発生前の経路情報に戻し、経路選択部１４は更新されたＲＩＰテーブル１６にもとづいて元の経路を設定する（Ｓ２０）。輻輳解消後、ステップＳ１０に戻り、再び輻輳発生検出モードに入る。輻輳の発生した経路について輻輳が解消されていない場合（Ｓ１８のＮ）、ステップＳ１６に戻り、引き続き輻輳状態を監視する。
【００３０】
以上述べたように本実施の形態によれば、ＡＴＭレイヤの管理セルをＩＰレイヤにおける経路選択に利用することで、ＩＰレイヤにおけるルーティング処理に係る負荷を増大させることなく、輻輳状態に応じた柔軟なルーティングを早期に実施することができる。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３２】
そのような変形例として、上記の実施の形態では、ＡＴＭレイヤの管理セルに含まれる情報から輻輳状態を検出したが、データリンク層としてはＡＴＭネットワークに限らず、輻輳状態が検知可能な他のネットワークであってもよく、またデータリンク層に限らず、物理層など他のレイヤで利用される輻輳に関する情報を用いてもよい。また、実施の形態では、ルーティングプロトコルとしてＲＩＰを例に説明したが、ＯＳＰＦ（ＯｐｅｎＳｈｏｒｔｅｓｔＰａｔｈＦｉｒｓｔ）のようなリンク状態プロトコルを用いたルーティングに本発明を適用し、輻輳状態をより柔軟かつ迅速に反映できるようにしてもよい。
【００３３】
また、上記の説明では有線のネットワークを例に経路制御を説明したが、無線ネットワークや、経路の一部に無線を含むネットワークの場合にも本発明を適用することができる。たとえば端末が無線基地局と無線で通信を行い、無線基地局間では有線のネットワークが利用される場合でも、無線基地局間の経路制御に本発明を適用することができる。また、無線ＬＡＮにおいてアクセスポイントが経路選択をする場合にも本発明の経路決定方法を利用することができる。
【発明の効果】
本発明によれば、効率良くネットワークの経路を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るネットワークの構成図である。
【図２】実施の形態に係る経路決定装置の構成図である。
【図３】図２の経路決定装置により輻輳を回避した迂回経路が選択される様子を説明する図である。
【図４】輻輳が発生していない場合の経路の選択状況を説明する図である。
【図５】図４の場合のルーティングテーブルを説明する図である。
【図６】輻輳が発生した場合の経路の選択状況を説明する図である。
【図７】図６の場合のルーティングテーブルを説明する図である。
【図８】図２の経路決定装置による経路決定手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０経路決定装置、１２データ転送部、１４経路選択部、１６ＲＩＰテーブル、１８テーブル更新部、２０輻輳検知部、２２管理セル送受信部、３０ホスト、３２ルータ、３４ＡＴＭスイッチ、３６ＡＴＭネットワーク、４０送信元ホスト、４２送信先ホスト。

Claims

ネットワークの所定レイヤにおける通信を行う際に選択すべき経路を、前記所定レイヤとは異なるレイヤにて利用される管理情報から判明する前記ネットワークの輻輳状態に基づいて決定することを特徴とする経路決定方法。
前記ネットワークのノード間で交換される管理セルから、前記ノード間に形成される複数の経路のそれぞれについての輻輳状態を示す前記管理情報を前記ノードが取得して、前記経路が輻輳状態であるか否かを判定し、輻輳状態にある前記経路を選択する優先順位を一時的に下げることを特徴とする請求項１に記載の経路決定方法。
ネットワークの経路情報テーブルを格納するテーブル記憶部と、
前記ネットワークのノードと管理セルを交換する管理セル送受信部と、
前記ノードから受信した前記管理セルに含まれる管理情報に基づいて、前記ネットワークの輻輳状態を検知する輻輳検知部と、
前記ネットワークの輻輳が検知された場合に、前記経路情報テーブルを更新するテーブル更新部と、
更新された前記経路情報テーブルに基づいて、輻輳の生じたノードを迂回する経路を選択する経路選択部とを含むことを特徴とする経路決定装置。
前記管理セル送受信部は、前記経路情報テーブルの通常の更新頻度とは異なる頻度で前記管理セルの交換を行うことを特徴とする請求項３に記載の経路決定装置。
ネットワークの第１のレイヤにおいては、通信経路に介在するノードの数に基づいて前記通信経路を選択する一方、前記ネットワークの第２のレイヤにおける管理情報をもとに前記通信経路の輻輳状態を判定し、適宜この判定結果を前記第１のレイヤにおける前記通信経路の選択に反映することを特徴とする経路決定方法。