JP2006211360A

JP2006211360A - 通信回線監視装置

Info

Publication number: JP2006211360A
Application number: JP2005021419A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Wakabayashi; 大記若林; Taichi Sugiyama; 太一杉山; Taiji Kosaka; 泰司向坂
Original assignee: Hitachi Information Technology Co Ltd
Current assignee: Hitachi Information Technology Co Ltd
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】
広域ネットワーク内の輻輳を検知して、ネットワークを安定稼働させる技術を提供する。
【解決手段】
自身に接続された複数の通信回線の品質を監視するネットワーク機器における通信回線監視装置において、監視パケットを送出するとともに、該監視パケットを送出してから該監視パケットに対する応答パケットを受信するまでの間隔であるネットワーク応答間隔を計測し、計測したネットワーク応答間隔をもとにネットワーク稼働率を各ポート毎に算出して記録する統計ログ記録部１０９と、算出した各ポート毎のネットワーク稼働率をもとにその経時的な増減の傾向を解析するパケット解析部１０６と、解析した各ポート毎のネットワーク稼働率の傾向をもとに使用するポートを切り替えるポート制御部１０５を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワーク機器における通信回線監視技術に関し、特に複数の通信回線をもつネットワークにおいて、通信回線の品質監視を行う通信回線監視技術に関する。

近年、ネットワークシステムの利用頻度が高まり、ネットワーク上のトラフィック量も増加してきている。トラフィック量の増加に伴い、ネットワーク上に輻輳が起きることもある。輻輳等による障害発生時には予備回線に切り替えることにより、輻輳による通信障害を回避するための運用を行うことが多い。一般的な障害時の切り替え方式としてはＯＳＰＦ（Open Shortest Path First；最小のコストで到達できる経路を選択する）やＲＩＰ（Routing Information Protocol；最小のホップ数で到達できる経路を決定する）などのダイナミックルーティングを使用したものが多い。

また、特許文献１には、現在のルートが過負荷状態に陥ったときに、現在のルートよりも負荷の低いルートを迂回ルートとして選択すること、およびこのときに、過去の輻輳発生頻度に基づき負荷状態を推定し、さらに、現在のルートのネットワーク資源の消費量と迂回ルートのネットワーク資源の消費量とを比較してその差が許容範囲内である場合に現在のルートから迂回ルートへの切替えを実行することが示されている。
特開２００２−９７９８公報

しかしながら、前記ＯＳＰＦやＲＩＰなどのダイナミックルーティングでは、回線が完全に通信不可にならないと回線が切り替えられない。このため、輻輳によって通信可および不可の状態が交互に繰り返し続くような場合には切り替えられないことが多くなる。

また、広域ネットワーク回線では、自トラフィックの増加による輻輳だけでなく、他のユーザが大量のトラフィックを利用していることによって、広域ネットワーク内に輻輳が起きることもある。このような輻輳は、自ネットワーク機器のトラフィック量に関係なく起きるため、従来の手法では輻輳を回避することができない。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、広域ネットワーク内の輻輳を検知してネットワークを安定稼働させる技術を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

自身に接続された複数の通信回線の品質を監視するネットワーク機器における通信回線監視装置において、監視パケットを送出するとともに、該監視パケットを送出してから該監視パケットに対する応答パケットを受信するまでの間隔であるネットワーク応答間隔を計測し、計測したネットワーク応答間隔をもとにネットワーク稼働率を各ポート毎に算出して記録する統計ログ記録部と、算出した各ポート毎のネットワーク稼働率をもとにその経時的な増減の傾向を解析するパケット解析部と、解析した各ポート毎のネットワーク稼働率の傾向をもとに使用するポートを切り替えるポート制御部を備えた。

本発明は、以上の構成を備えるため、広域ネットワーク内の輻輳を回線が切断される前に検知し、ネットワークを安定稼働させることができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る通信回線監視装置が適用されるネットワークシステムの例を説明する図である。ネットワークシステムは、ルータ１，１１、サーバ装置２、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）３１，３２、ネットワーク４，５，６を備える。

また、サーバ装置２とＰＣ３１または３２間は、ルータ１のポート１０４、ルータ１のポート１０１、ネットワーク４、ルータ１１のポート１０１、ルータ１１のポート１０４、あるいはルータ１のポート１０４、ルータ１のポート１０２、ネットワーク５、ルータ１１のポート１０２、ルータ１１のポート１０４、あるいはルータ１のポート１０４、ルータ１のポート１０３、ネットワーク６、ルータ１１のポート１０３、ルータ１１のポート１０４の何れかを介して接続される。なお、この図の例では、ネットワーク４を現用回線とし、ネットワーク５およびネットワーク６を予備回線とする。

図２は、ルータ１、１１の詳細を説明する図である。図に示すように、ポート１ないしポート４（１０１〜１０４）は、ポート制御部１０５に接続され、ポート制御部１０５は各ポートの制御を行う。１０６はパケット解析部であり、何れかのポートを介して受け取ったパケットを解析し次の処理を決定する。１０７は経路制御部であり、ルーティングテーブル１０８を参照してパケットの経路制御を行う。１０９は統計ログ記録部であり、パケット解析部が解析した結果を記録する。

図３は、ネットワークを稼働設備とみなした場合のネットワークの稼働率ρと待ち時間Ｔｗの関係を説明するグラフである。稼働率ρと稼働率Ｔｗの関係は、後述のように、Ｔｗ＝（ρ／（１−ρ））Ｔｓの式で表すことができる。すなわち、稼働率ρが１に近づくと、待ち時間Ｔｗは∞に近づいていく。なお、Ｔｓは、待ち行列が無い場合のネットワーク自身で必要とする処理時間、伝送遅延時間を加算したサービス時間を示し、設計時点、および稼働前のテストで実測することにより、固定値を設定することができる。従って、稼働率ρと待ち時間Ｔｗの関係を表すグラフはネットワークによる固定の値ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３毎に存在することになる。

図４は、待ち時間Ｔｗと、監視パケット４００および応答パケット４１０の関係を説明する図であり、図４（ａ）は待ち時間Ｔｗを説明する図、図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ監視パケットおよび応答パケットの形式を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、監視パケット４００を送出してから応答パケット４１０を受け取るまでの時間差が待ち時間Ｔｗである。

また、図４（ｂ）に示すように、監視パケット４００は自ルータＩＰアドレス４０１、相手ルータＩＰアドレス４０２、送信日時４０３、パケットが監視パケットであるか応答パケットであるかを表すデータ４０４、シーケンス番号４０５を備える。

また、図４（ｃ）に示すように、応答パケット４１０は自ルータＩＰアドレス４１１、相手ルータＩＰアドレス４１２、応答日時４１３、パケットが監視パケットであるか応答パケットであるかを表すデータ４１４、シーケンス番号４１５を備える。

監視パケット４００を送出するルータは、送出するパケットにシーケンス番号４０５を設定する。また、応答パケット４１０を送出するルータは、受信した監視パケット４００内のシーケンス番号４０５と同じ値を応答パケット４１０のシーケンス番号４１５に設定して送出する。このため、監視パケットを送出したルータは、受信した応答パケットのシーケンス番号を参照することにより、どの監視パケットに対しての応答パケットなのかを判別することができる。

ここで、ネットワークの推定稼働率の算出方法について説明する。算出に際しては、一般的な待ち行列理論（Ｍ／Ｍ／１モデル）を使用する。ネットワーク全体の平均到着間隔をＴａ、平均サービス時間をＴｓとすると、ネットワークの応答間隔（要求があってからサービス終了までの時間）Ｔｗは、Ｔｗ＋ｓ＝（Ｔａ＊Ｔｓ）／（Ｔａ−Ｔｓ）で表される。推定ネットワーク稼働率ρは、ρ＝Ｔｓ／Ｔａとなるので、これを代入すると、Ｔｗ＋ｓ＝（１／（１−ρ））Ｔｓとなる。Ｔｗ＝Ｔｗ＋ｓ−ＴｓであるからＴｗ＝（ρ／（１−ρ））Ｔｓとなる。Ｔｓはネットワークの能力により固定であるとすると、ρ＝Ｔｗ／（Ｔｗ＋Ｔｓ）となる。なお、Ｔｓはネットワークの回線の種類、設備によるので、その処理能力からあらかじめ計算または、試験測定により知って、その値を設定する。次いで、測定したＴｗより推定ネットワーク稼働率ρを算出する。

この算出方法は、自ネットワーク機器を流れるトラフィックを利用していないため、自ネットワーク機器の負荷に関係なく、ネットワーク自身の稼働率を算出することができる。

図５は、パケット解析部１０６がポート制御部１０５にポートの切替要求を行う際の切り替え要求データの形式を説明する図である。ポートの切替要求を行う際のデータは、切替元ポート番号５０１および切替先ポート番号５０２を備える。切替元ポート番号５０１には現在使用しているポート番号が設定され、切替先ポート番号５０２は切替先判定を行った後の切替先ポート番号が設定される。

図６は、統計ログを記録するテーブルを説明する図である。統計ログを記録するテーブルは、日時６０１、パケット種類６０２、応答間隔６０３、推定ネットワーク稼働率６０４、傾向指標６０５の各欄を備える。なお、テーブルはルータ１の各ポートごとに保持する。

また、統計ログは、パケット種類６０２が監視および監視応答からなるセット毎に、かつポート毎に保存する。また、監視パケット４００と応答パケット４１０の時間差（Ｔｗ）を応答間隔６０３に設定する。

次に、ネットワーク稼働率ρを計算し、計算結果を推定ネットワーク稼働率６０４に設定する。最後に、直前の監視応答時の推定ネットワーク稼働率６０４と現在の推定ネットワーク稼働率６０４の値を比較し、現在のほうが値が大きい場合は傾向指標６０５に＋を設定し、現在のほうが小さい場合は傾向指標６０５に−を設定する。なお、傾向指標は直前の値との比較だけでなく、過去のある期間の移動平均などを用いて、統計的な予測を加えて判断しても良い。

図７は、ポート別稼働率表であり、ルータ１の各ポートごとの現在の推定ネットワーク稼働率６０４と傾向指標６０５をテーブルにしたものである。図７に示すように、ポート別稼働率表は、ポート１、ポート２、ポート３の三部分から構成され、ポート１にはポート１の推定稼働率７１１、傾向指標７１２を備え、ポート２にはポート２の推定稼働率７２１、傾向指標７２２を備え、ポート３にはポート３の推定稼働率７３１、傾向指標７３２を備える。

図８は、ポート毎の推定ネットワーク稼働率ρの経時変化示すグラフである。図を参照することにより、ネットワーク稼働率ρがある閾値を超えたか否か、また傾向指標が＋方向なのか−方向なのかを直ちに把握することができる。図では、閾値を０．７としており、ポート１のデータ（×印）は時間経過により閾値を超え、傾向指標も＋傾向になっていることが分かる。一方、ポート２のデータ（△印）は閾値を超えておらず、傾向指標も−傾向になっていることがわかる。なお、前記閾値は、ネットワーク回線の種類などにより値を変更しても良い。

図９は、ルータ１の各部の処理を説明する図である。まず、統計ログ記録部１０９はルータ１の各ポートごとに図６に示すテーブル内容を定期的に記録し続ける（ステップ９１０）。すなわち、監視パケット４００と応答パケット４１０の時間差である応答間隔（Ｔｗ）６０３をもとにネットワーク稼働率ρを計算し、計算結果を推定ネットワーク稼働率６０４に設定する。

パケット解析部１０６は、統計ログ記録部１０９が記録した推定ネットワーク稼働率ρをもとに、傾向指標６０５が＋になるか−になるかを計算する（ステップ９１１）。この結果は統計ログ記録部１０９に戻し、傾向指標として格納する。

次に、例えば、切替のための比較用ネットワーク稼働率を、０．７とし、推定ネットワーク稼働率ρがρ＞０．７であり、かつ傾向指標６０５が＋であるか否かを判別する（ステップ９１３）。推定ネットワーク稼働率ρがρ＞０．７であり、かつ傾向指標６０５が＋である場合には、現在使用している回線が高負荷域であると判断し、ポート制御部に図５に示すポートの切替要求を送信する（ステップ９１４）。そうでない場合は処理を終了する。

切替要求送信処理（ステップ９１４）では、図７に示すポート別稼働率表に格納された他のポートの推定稼働率と傾向指標を参照して、例えば、推定稼働率の小さいポート、あるいは傾向指標が−傾向にあるポートへの切り替えを要求する。また、推定稼働率と傾向指標の両方の値を比較して、例えば推定稼働率が小さく、かつ傾向指標が−傾向にあるポートへの切り替えを要求しても良い。なお、現在の負荷を他のポート（１つ）に切り替えるだけでなく、他の複数のポートにその推定稼働率に逆比例して配分しても良い。

ポート制御部１０５は、切替要求データに基づいてポートの切替処理を行い（ステップ９２０）、切り替わったポートにより通信を行う。

なお、図４等に示す監視パケット４００の送出間隔は、通常はあらかじめ決められた間隔に設定しておき、例えば、稼働率ρが０．７未満となった場合には送出間隔を短くし、統計データをあえて多く採取することにより、稼働率の推定の精度を上げることができる。

以上説明したように、本実施形態では、各ポート毎に推定ネットワーク稼働率６０４の変化を監視し、稼働率が高くなり、閾値を超えたとき、閾値を超えたポートの処理を稼働率の低いポートに切り替える。このため、広域ネットワーク内の輻輳を回線が切断される前に検知し、ネットワークを安定稼働させることができる。さらに稼働率だけでなく、傾向指標も判断基準に取り入れることにより、単純な稼働率だけなく、今後の稼働率の変動を予測して負荷が少なくなりそうな回線に切り替えることができる。

本実施形態に係る通信回線監視装置が適用されるネットワークシステムの例を説明する図である。ルータの詳細をを説明する図である。ネットワークの稼働率ρと待ち時間Ｔｗの関係を説明するグラフである。待ち時間Ｔｗと、監視パケットおよび応答パケットの関係を説明する図である。パケット解析部がポート制御部にポートの切替要求を行う際の切り替え要求データの形式を説明する図である。統計ログを記録するテーブルを説明する図である。ポート別稼働率表を示す図である。ポート毎の推定ネットワーク稼働率ρの経時変化示すグラフである。ルータの各部の処理を説明する図である。

符号の説明

１，１１ルータ
２サーバ装置
３パーソナルコンピュータ
４，５，６ネットワーク
１０１〜１０４ポート
１０５ポート制御部
１０６パケット解析部
１０７経路制御部
１０８ルーティングテーブル
１０９統計ログ記録部

Claims

自身に接続された複数の通信回線の品質を監視するネットワーク機器における通信回線監視装置において、
監視パケットを送出するとともに、該監視パケットを送出してから該監視パケットに対する応答パケットを受信するまでの間隔であるネットワーク応答間隔を計測し、計測したネットワーク応答間隔をもとにネットワーク稼働率を各ポート毎に算出して記録する統計ログ記録部と、
算出した各ポート毎のネットワーク稼働率をもとにその経時的な増減の傾向を解析するパケット解析部と、
解析した各ポート毎のネットワーク稼働率の傾向をもとに使用するポートを切り替えるポート制御部を備えたことを特徴とするネットワーク機器における通信回線監視装置。
請求項１記載のネットワーク機器における通信回線監視装置において、
各ポート毎のネットワーク稼働率（ρ）は、前記ネットワーク応答間隔（Ｔｗ）及び平均サービス時間（Ｔｓ）をもとに算出することを特徴とするネットワーク機器における通信回線監視装置。
請求項１記載のネットワーク機器における通信回線監視装置において、
ポート制御部は、前記算出した他ポートのネットワーク稼働率及びその増減の傾向を参照して、ネットワーク稼働率の小さいあるいは増減の傾向が負であるポートを選択してポートを切り替えることを特徴とするネットワーク機器における通信回線監視装置。
自身に接続された複数の通信回線の品質を監視するネットワーク機器における通信回線監視方法において、
監視パケットを送出するとともに、該監視パケットを送出してから該監視パケットに対する応答パケットを受信するまでの間隔であるネットワーク応答間隔を計測し、計測したネットワーク応答間隔をもとにネットワーク稼働率を各ポート毎に算出して記録するステップと、
算出した各ポート毎のネットワーク稼働率をもとにその経時的な増減の傾向を解析するステップと、
解析した各ポート毎のネットワーク稼働率の傾向をもとに使用するポートを切り替えるステップを備えたことを特徴とするネットワーク機器における通信回線監視方法。