JP2005354250A - ネットワーク中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストリーミングで配信されるパケットを損失させることなく中継することで、品質のよい動画再生を可能とするネットワーク中継装置を提供する。
【解決手段】インターネットなどに接続されるサーバと、ＬＡＮ側に接続されるクライアントであるＰＣ１０との間で送受信されるインターネットプロトコルのパケットを中継するルータ１において、サーバからのパケットの種類を識別するパケット識別部４と、パケットの種類がＵＤＰパケットのときに、ＵＤＰパケットを格納するＵＤＰパケットメモリ部５と、ＰＣ１０からの送信要求によりＵＤＰパケットメモリ部５に格納されたＵＤＰパケットをＰＣ１０へ送信するパケット処理部６と、送信要求を行うホームページをＰＣ１０へ送信する設定部９とを備え、パケット処理部６は、ＰＣ１０がホームページにより送信要求を行うとＵＤＰパケットをＰＣ１０へ送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）とＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の間、またはＬＡＮ同士のパケットを中継するネットワーク中継装置に関する。

ネットワーク中継装置の一つとしてルータがある。ルータは、ＷＡＮとＬＡＮとのパケットや、ＬＡＮ同士のパケットを中継する。この中継機能により、ＬＡＮ側に接続されるクライアントで動作するブラウザから、ＷＡＮ側であるインターネット上のサーバへアクセスして、世界中のホームページを表示させることができる。

インターネットは、インターネットプロトコル（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＩＰ）と呼ばれる手順で通信が行われている。例えば、ホームページを表示する際には、ＨＴＴＰ（Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が用いられるが、このＨＴＴＰは、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によるパケットが用いられる。また、ホームページ上の動画などを配信する場合には、ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によるパケットが用いられる。

ＴＣＰは、コネクション型のプロトコルと呼ばれ、信頼性は高いが通信速度は遅いという欠点がある。またＵＤＰは、送信したパケットが受信できたなどの応答を不要とするなど、信頼性は低い通信手順ではあるが通信速度は高速であるという利点がある。

このように、ＴＣＰとＵＤＰは信頼性と高速性との違いがあるため、上述したホームページの表示や、ファイル転送に用いられるＦＴＰ（Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などは、確実に通信相手に情報の伝達が必要とされるためＴＣＰが用いられ、動画の配信などのストリーミングには、多少のパケットが損失しても影響が少なく、高速性が要求されるためＵＤＰが用いられる。ルータは、このようなＴＣＰパケットやＵＤＰパケットなどの複数のプロトコルのパケットを異なるネットワーク間で中継している。

従来のネットワーク中継装置の一例であるルータの構成を示す図を図５に示す。従来のルータ１５は、インターネットなどの広域通信網（ＷＡＮ）に接続するためのコネクタであるＷＡＮポート１６と、ＷＡＮの仕様に合わせるためのＷＡＮインタフェース部１７と、パケットの内容から経路選択したり、パケットの破棄を行ったりするパケット処理部１８と、スイッチングＬＡＮインタフェース部１９と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称す。）１０（１０ａ〜１０ｄ）を複数接続するためのＬＡＮポート２０と、ルータ１５の各種設定を行うためのホームページを提供する設定部２１とを備えている。

パケット処理部１８は、ネットワーク層のアドレスを見て、どの経路を通して転送すべきかを判断する機能や、通過させるプロトコルを限定するフィルタ機能などを備えている。

スイッチングＬＡＮインタフェース部１９は、イーサネット（登録商標）のＭＡＣアドレスを見て経路判定するＬ２スイッチである。例えば、ＰＣ１０同士の通信を行う場合では、このスイッチングＬＡＮインタフェース部１９は、ＬＡＮポート２０に接続される各ＰＣ１０のＭＡＣアドレスを判定して、このスイッチングＬＡＮインタフェース部１９でパケットを折り返すように転送している。

このように構成される従来のルータ１５は、例えば、４つのＬＡＮポート２０の合計で１００Ｍｂｐｓの帯域幅を有するものとする。つまり、この帯域幅は、ＷＡＮからＬＡＮ、ＬＡＮからＷＡＮ、またはＬＡＮ同士の通信の合計が、１００Ｍｂｐｓまでパケットを損失することなく、パケット処理部１８により転送することが可能であることを示す。

ＰＣ１０ｂ〜１０ｄのそれぞれが、合計６０Ｍｂｐｓでファイルの転送などを行っているときに、ＰＣ１０ａが、ＷＡＮ側の図示しないサーバから６０Ｍｂｐｓの帯域幅を必要とする動画データをストリーミングにて受信して表示を行おうとすると、このルータ１５の帯域幅は１００Ｍｂｐｓであるので、ルータ１５は残りの４０ＭｂｐｓでしかストリーミングのデータであるＵＤＰパケットをＰＣ１０ａへ送信することができない。つまり、帯域が不足することによりＵＤＰパケットの損失が発生するので、ＰＣ１０ａでは配信された動画がぎこちない動きとなって表示されることになってしまう。

このような動画データをサーバからストリーミングで配信する場合に、リアルタイムで配信するために帯域制御が可能なネットワーク中継装置が（特許文献１）に記載されている。この（特許文献１）に記載のネットワーク中継装置は、サーバから配信するストリーミングのデータに対して一意のＩＰアドレスを割り当て、配信する情報やその処理内容などを付加することで、他のパケットと区別して、バッファなどに一定時間蓄積するものである。ストリーミングのデータをバッファリングすることにより、一定時間間隔で品質よく受信装置へ中継することが可能となる。
特開２００２−７８５５１号公報

しかし、（特許文献１）に記載のネットワーク中継装置では、ストリーミング情報を配信する場合に、他のパケットと識別するために、サーバでストリーミング情報に対して一意のＩＰアドレスを割り当てたパケットとする必要がある。そのため、この機能を備えていないサーバからのストリーミングのデータ配信にはネットワーク中継装置でバッファリングすることができない。

従って、サーバとネットワーク中継装置に特別な機能を備えることになるので、世界中の様々な場所にあるサーバからの動画データをストリーミングにより受信する際に、受信装置側でパケットの損失なしに動画データを表示させることは期待できない。

そこで本発明は、ストリーミングで配信されるパケットを損失させることなく中継することで、品質のよい動画再生を可能とするネットワーク中継装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１のネットワークに接続されるサーバと、第２のネットワークに接続されるクライアントとの間で送受信されるインターネットプロトコルのパケットを中継するネットワーク中継装置において、前記サーバからの前記パケットの種類を識別する識別手段と、前記パケットの種類がＵＤＰパケットのときに、前記ＵＤＰパケットを格納する記憶手段と、前記クライアントからの送信要求により前記記憶手段に格納された前記ＵＤＰパケットを前記クライアントへ送信する送信手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、ストリーミングで配信されるパケットを損失させることなく中継することができるので、クライアント側で品質のよい動画再生が可能である。

本願の第１の発明は、第１のネットワークに接続されるサーバと、第２のネットワークに接続されるクライアントとの間で送受信されるインターネットプロトコルのパケットを中継するネットワーク中継装置において、サーバからのパケットの種類を識別する識別手段と、パケットの種類がＵＤＰパケットのときに、ＵＤＰパケットを格納する記憶手段と、クライアントからの送信要求により記憶手段に格納されたＵＤＰパケットをクライアントへ送信する送信手段とを備えたことを特徴としたものであり、識別手段が、動画のストリーミングの配信に使用されるＵＤＰパケットを他の種類のパケットと識別して、記憶手段に格納し、送信手段がクライアントからの送信要求により送信することで、サーバ側やクライアント側に特別な機能を備えることなく、ＵＤＰパケットを蓄積することができる。従って、蓄積したＵＤＰパケットをクライアントへ送信することで品質のよい動画再生が可能となる。

本願の第２の発明は、送信要求を行うためのホームページをクライアントへ送信する手段を備え、送信手段は、クライアントがホームページにより送信要求を行うとＵＤＰパケットを送信することを特徴としたものであり、ネットワーク中継装置からＵＤＰパケットを送信させるためのホームページを設け、このホームページよりクライアントが送信要求を行うことで、送信手段がＵＤＰパケットを送信する。従来のネットワーク中継装置には、各種設定をするためのホームページを送信する機能を備えているので、このホームページに送信要求を送信する機能を設けることで、容易にクライアントからネットワーク中継装置へ送信要求を送信することができる。

本願の第３の発明は、送信手段は、クライアントへ記憶手段から読み出したＵＤＰパケットを送信するに際し、他のクライアントへの通信をフロー制御により制限することを特徴としたものであり、他のクライアントへの通信をフロー制御により制限することで、ＵＤＰパケットを送信する際の帯域を確保することができるので、確実にＵＤＰパケットを損失することなく、送信要求を送信したクライアントにストリーミングのデータを送信することができる。

本願の第４の発明は、送信手段は、フロー制御として、他のクライアントとの通信が半二重通信であれば、コリジョンを示すジャミング信号の送信を行うことを特徴としたものであり、半二重通信を行うクライアントへは、コリジョンを示すジャミング信号の送信を行うことで、クライアントは送信を一旦取りやめ再送するために乱数による時間待ちをするので、ストリーミングのデータの送信要求を送信したクライアントに対する帯域を確保することができる。

本願の第５の発明は、送信手段は、フロー制御として、他のクライアントとの通信が全二重通信であれば、通信の一時停止を指示するパケットの送信を行うことを特徴としたものであり、全二重通信を行うクライアントへは、送信と受信とが同時に行うことができるので、コリジョンが発生することがない。従って、一時停止を指示するパケットであるＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．３に準拠したＰＡＵＳＥパケットを他のクライアントへ送信することで一時的に通信を停止させることで、通信の制限をすることができる。この通信の制限により、ストリーミングデータの送信要求を送信したクライアントに対する帯域を確保することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るネットワーク中継装置をルータを例に図１に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係るネットワーク中継装置の一例であるルータの構成を示
す図である。図２は、ＵＤＰパケットのフォーマットを説明する図である。

図１に示すようにルータ１は、ＷＡＮ側に接続されるコネクタであるＷＡＮポート２と、ＷＡＮインタフェース部３と、プロトコル識別部４と、ＵＤＰパケットメモリ部５と、パケット処理部６と、スイッチングＬＡＮインタフェース部７と、ＬＡＮポート８と、設定部９とを備えている。

ルータ１は、ＬＡＮポート８を介してクライアントであるＰＣ１０（１０ａ〜１０ｄ）と接続している。ＰＣ１０は、アプリケーションソフトとして、ホームページを表示するブラウザや、画像をストリーミングで表示するストリーミングビュアを備えている。

ＷＡＮポート２は、加入者電話網やＩＳＤＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）回線などの一般公衆網や、専用線などを介してインターネットへ接続している。このインターネットとの通信に使用されるパケットは、イーサネット（登録商標）に規定されるフォーマットに準拠している。

ＷＡＮインタフェース部３は、接続されるＷＡＮの電気的仕様に準拠した信号を受信してデジタルデータに変換する。また、デジタルデータを変換して送信する。

プロトコル識別部４は、ＷＡＮインタフェース部３から受信したパケットの種類を識別する識別手段である。このプロトコル識別部４の機能を図２に基づいて詳細に説明する。

図２に示すように、イーサネット（登録商標）に準拠したフレームは、送信先と送信元を示すＭＡＣアドレスを格納する領域と、フレームタイプを示す領域を含むイーサネット（登録商標）ヘッダがあり、フレームタイプが「０８００（１６進数））」であるときに、次のデータ領域にＩＰパケットが格納されていることを示している。

ＩＰパケットは、ＩＰヘッダと、データ領域とからなる。このＩＰヘッダの一部に８ビットのプロトコル番号フィールドが割り当てられている。プロトコル番号フィールドが「１７（１６進数）」であればＵＤＰパケットであることを示す。また、プロトコル番号フィールドが「６（１６進数）」であればＴＣＰパケットであることを示す。

プロトコル識別部４は、このプロトコル番号フィールドの８ビットが１７であるときに、受信したパケットを、ＵＤＰパケットメモリ部５へ出力する。

図１に戻って、ＵＤＰパケットメモリ部５は、プロトコル識別部４から出力されたＵＤＰパケットを格納する記憶手段である。

パケット処理部６は、ネットワーク層のアドレスを見て、どの経路を通して転送すべきかを判断する機能や、通過させるプロトコルを限定するフィルタ機能などを備えている。

また、パケット処理部６は、ＰＣ１０からの送信要求によりＵＤＰパケットメモリ部５に格納されたＵＤＰパケットを、送信要求を送信したＰＣ１０へ送信する送信手段である。

パケット処理部６は、送信要求を送信したＰＣ１０へＵＤＰパケットを送信する際に、送信要求を送信した以外のＰＣ１０の通信を、フロー制御により制限する。例えば、半二重通信であれば、コリジョンを示すジャミング信号を送信し、全二重通信であれば、通信の一時停止を指示するパケットであるＰＡＵＳＥパケットを送信することで、ストリーミングを行うＰＣ１０の帯域を確保している。

スイッチングＬＡＮインタフェース部７は、イーサネット（登録商標）のＭＡＣアドレスを見て経路判定するＬ２スイッチである。例えば、ＰＣ１０同士の通信を行う場合では、このスイッチングＬＡＮインタフェース部７は、ＬＡＮポート８に接続される各ＰＣ１０のＭＡＣアドレスを判定して、このスイッチングＬＡＮインタフェース部７でパケットを折り返すように転送する。

設定部９は、このルータ１のＩＰアドレスや、パケット処理部６で通過させるプロトコルなどの設定を、ホームページで提供するものである。これらの設定は、ＰＣ１０からこのルータ１のＩＰアドレスをＨＴＴＰでアクセスすると、ＰＣ１０の画面のブラウザに設定を行うホームページが表示され、このホームページを参照しながら行う。また、このホームページにより、ルータ１に対してＵＤＰパケットの送信要求を行うことができる。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係るネットワーク中継装置の一例であるルータ１の動作を図３に基づいて説明する。図３は本発明の実施の形態に係るネットワーク中継装置の動作を説明する図である。

まず、インターネットに接続されるＷＡＮポート２からアナログ信号であるイーサネット（登録商標）信号（アナログ信号）を入力する（Ｓ１００）。

ＷＡＮインタフェース部３にて、イーサネット（登録商標）信号をデジタル信号へ変換して、イーサネット（登録商標）ヘッダのフレームタイプが「０８００（１６進数））」であればデータ領域にＩＰパケットが格納されているので、ＩＰパケットをプロトコル識別部４へ出力する（Ｓ１１０）。

プロトコル識別部４は、入力したフレームのＩＰパケットのプロトコル番号フィールドが「１７（１６進数）」か否かを判定する。つまりＵＤＰパケットか否かを判定して、ＵＤＰパケットでなければパケット処理部６へ出力する。またＵＤＰパケットであればＵＤＰパケットメモリ部５へ出力する（Ｓ１２０）。

ＵＤＰパケットでなければパケット処理部６によりパケット内の情報を読み込み、その情報に応じて処理を行う。読み込んだパケット内の情報によりパケットをＬＡＮポート８へ出力する必要がある場合には、スイッチングＬＡＮインタフェース部７へ出力する（Ｓ１３０）。

スイッチングＬＡＮインタフェース部７は、パケット内のＭＡＣアドレスに応じてＬＡＮポート８に接続されているＰＣ１０ａ〜１０ｄへパケットを送信する。その際にデジタル信号をアナログ信号であるイーサネット（登録商標）信号へ変換する（Ｓ１４０）。

変換されたイーサネット（登録商標）信号は、ＬＡＮポート８の接続されているＰＣ１０へ送信される（Ｓ１５０）。

Ｓ１２０にて、プロトコル識別部４によりパケットがＵＤＰパケットであると判定された場合には、Ｓ１６０へ移行する。

プロトコル識別部４から出力されたＵＤＰパケットは、ＵＤＰパケットメモリ部５に格納される。そしてＵＤＰパケットメモリ部５に格納されたＵＤＰパケットは、例えばＰＣ１０ａからの送信要求を受信したパケット処理部６により読み出される（Ｓ１６０）。

パケット処理部６は、ルータ１に接続されるＵＤＰパケットの送信要求を送信していな
いＰＣ１０ｂ〜１０ｄの通信に対してフロー制御を行って帯域の確保をする。帯域の確保は上述したように、半二重通信であればコリジョンを示すジャミング信号を送信し、全二重通信であれば通信の一時停止を指示するパケットであるＰＡＵＳＥパケットを送信する（Ｓ１７０）。

パケット処理部６により帯域の確保がされるとＳ１３０へ移行する。ここでは、パケット処理部６によりパケット内の情報が読み込まれＬＡＮポート８側へ送信するか否かの判定が行われる。この場合、このパケットは、ＰＣ１０ａから要求されたＵＤＰパケットであるので、パケット処理部６は、ＵＤＰパケットをＬＡＮインタフェース部７へ出力する（Ｓ１３０）。

そして、ＵＤＰパケットは、スイッチングＬＡＮインタフェース部７を介して送信要求を送信したＰＣ１０へ送信される（Ｓ１４０，Ｓ１５０）。

以上のように、ＵＤＰパケットは、プロトコル識別部４で判定され、ＵＤＰパケットメモリ部５へ格納され、パケット処理部６により送信要求をしたＰＣ１０へ送信される。

次に、ＰＣ１０からの送信要求について図４に基づいて詳細に説明する。図４はクライアントであるＰＣからサーバへストリーミングデータを要求するシーケンス図である。

図４に示すように、例えばインターネットに接続されるサーバ上のホームページにアクセスするために、ＰＣ１０ａからＨＴＴＰによりファイルを要求する。この要求はルータ１を介してサーバへ送信される（Ｓ２００）。

要求を受信したサーバは、ＨＴＴＰメタファイルを送信する。これは同様にルータ１を介してＰＣ１０ａが受信してＰＣ１０ａに備えられたブラウザによりメタファイルがホームページとして表示される（Ｓ２１０）。

そこで操作者がこのホームページ上にあるストリーミング配信を要求するリンクをマウス等の入力手段でクリックすることで、ＴＣＰにより接続要求がサーバへ送信されるとともに、ＰＣ１０ａの画面上ではストリーミングビュアが起動される。ＴＣＰの接続要求はルータ１を介してサーバへ送信される（Ｓ２２０）。

サーバはストリーミングデータをＵＤＰパケットで送信する。サーバから送信されたＵＤＰパケットはルータ１のプロトコル識別部４によりＵＤＰパケットメモリ部５へ格納される（Ｓ２３０）。

ＰＣ１０ａは、ルータ１に割り当てられたＩＰアドレスをＨＴＴＰでアクセスする。例えば、ブラウザで「ｈｔｔｐ：／／１９２．１６８．１．１．／」と指定することで、設定部９からホームページで提供された設定画面を表示することができる（Ｓ２４０）。

ＰＣ１０ａは、このホームページの設定画面からＵＤＰパケットの送信要求をルータ１へ送信することで、ＵＤＰパケットがルータ１から送信され、ＰＣ１０ａのストリーミングビュアで表示させることができる（Ｓ２５０）。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、本実施の形態では、ＷＡＮ側からＬＡＮ側へのＵＤＰパケットを識別して記憶手段に格納する構成としたが、ＬＡＮ側同士の通信においてもＵＤＰパケットを識別して記憶手段に格納する構成とすることも可能である。

本発明は、ストリーミングで配信されるパケットを損失させることなく中継することができ、クライアント側で品質のよい動画再生が可能なのでネットワーク中継装置に好適である。

実施の形態に係るネットワーク中継装置の一例であるルータの構成を示す図 ＵＤＰパケットのフォーマットを説明する図 本発明の実施の形態に係るネットワーク中継装置の動作を説明する図 クライアントであるＰＣからサーバへストリーミングデータを要求するシーケンス図 従来のネットワーク中継装置の一例であるルータの構成を示す図

符号の説明

１ ルータ
２ ＷＡＮポート
３ ＷＡＮインタフェース部
４ プロトコル識別部
５ ＵＤＰパケットメモリ部
６ パケット処理部
７ スイッチングＬＡＮインタフェース部
８ ＬＡＮポート
９ 設定部
１０，１０ａ〜１０ｄ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）

Claims (5)

1. 第１のネットワークに接続されるサーバと、第２のネットワークに接続されるクライアントとの間で送受信されるインターネットプロトコルのパケットを中継するネットワーク中継装置において、
   前記サーバからの前記パケットの種類を識別する識別手段と、
   前記パケットの種類がＵＤＰパケットのときに、前記ＵＤＰパケットを格納する記憶手段と、
   前記クライアントからの送信要求により前記記憶手段に格納された前記ＵＤＰパケットを前記クライアントへ送信する送信手段と
   を備えたことを特徴とするネットワーク中継装置。
2. 前記送信要求を行うためのホームページを前記クライアントへ送信する手段を備え、
   前記送信手段は、前記クライアントが前記ホームページにより前記送信要求を行うと前記ＵＤＰパケットを送信することを特徴とする請求項１記載のネットワーク中継装置。
3. 前記送信手段は、前記クライアントへ前記記憶手段から読み出した前記ＵＤＰパケットを送信するに際し、他のクライアントへの通信をフロー制御により制限することを特徴とする請求項１または２記載のネットワーク中継装置。
4. 前記送信手段は、前記フロー制御として、前記他のクライアントとの通信が半二重通信であれば、コリジョンを示すジャミング信号の送信を行うことを特徴とする請求項３記載のネットワーク中継装置。
5. 前記送信手段は、前記フロー制御として、前記他のクライアントとの通信が全二重通信であれば、通信の一時停止を指示するパケットの送信を行うことを特徴とする請求項３または４記載のネットワーク中継装置。

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