JP2006229967A - 高速マルチキャスト・パス切り替え - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャスト分散環境内に常駐するネットワーク・ルーティング・デバイスにおけるパスを切り替えるための改良された方法を提供する。
【解決手段】複数のあらかじめ決定済みのパス・セットをネットワーク・ルーティング・デバイスに関連付けされたデータ・ストア内に維持すること、およびそれにおいて各パス・セットが、与えられたネットワーク状態に対応し、かつ各データ伝送セッションのためのパスを定義すること、ネットワーク・ルーティング・デバイスにおいて現在のネットワーク状態を示すメッセージを受け取ること、複数のあらかじめ決定済みのパス・セットからパス・セットを選択すること、およびそれにおいて選択されたパス・セットが、現在のネットワーク状態に相関すること、および、選択されたパス・セットに従ってネットワーク・ルーティング・デバイスを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、概してマルチキャスト・ルーティング・プロトコルに関し、より詳細に述べれば、マルチキャスト分散環境において使用するための高速パス切り替えメカニズムに関する。

現在、マルチキャスト分散システムは、マルチキャスト・ルーティングのために種々のプロトコルを使用する。マルチキャスト・ルーティング・プロトコルは、概して動的かつ無計画に分散されている。ルータは、マルチキャスト・トラフィックの転送時に協働するために特定プロトコルの仕様の下における互いの通信を必要とする。ネットワーク障害が生じたときには、各マルチキャスト・メンバ・サイトに対するマルチキャスト配信を復帰させるために比較的長い時間を要する。ネットワーク監視システムの特定アプリケーションは、ネットワーク障害からの長い復帰時間の影響を受けやすい。

米国特許出願第１０／４５５，８３３号

これらの、およびそのほかの関心事項を取り扱うために、マルチキャスト・パスの割り付けを集中化することができる。パス割り付けを互いに独立して行うのではなく、すべてのセッションについての知識を伴った最適態様でパスが割り付けられる。それに加えて、パス割り付けは、特定のネットワーク障害状態を仮定して行われる。このアプローチは、その種の障害状態が生じたときにリソースが利用可能であることを保証する。さらに、あらかじめ決定済みのパスが、ネットワーク障害からの復帰時間を短縮する高速マルチキャスト・パス切り替えメカニズムを可能にする。

マルチキャスト分散環境内に常駐するネットワーク・ルーティング・デバイスにおけるパス切り替えのための改良された方法が提供される。この方法は、複数のあらかじめ決定済みのパス・セットをネットワーク・ルーティング・デバイスに関連付けされたデータ・ストア内に維持すること、およびそれにおいて各パス・セットが、与えられたネットワーク状態に対応し、かつ各データ伝送セッションのためのパスを定義すること、ネットワーク・ルーティング・デバイスにおいて現在のネットワーク状態を示すメッセージを受け取ること、複数のあらかじめ決定済みのパス・セットからパス・セットを選択すること、およびそれにおいて選択されたパス・セットが、現在のネットワーク状態に相関すること、選択されたパス・セットに従ってネットワーク・ルーティング・デバイスを構成すること、を含む。

本発明の適用可能性の追加の分野については、以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。ここで理解する必要があるが、これらの詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施態様を示してはいるが、例示のみを目的としており、本発明の範囲を限定することは意図されていない。

図１は、一例のマルチキャスト監視システム１０を図示している。監視システム１０は、概して、ネットワーク環境によって相互接続された複数のカメラ１６および複数のモニタ１８からなる。この例示のマルチキャスト分散システムにおいては、カメラ１６がマルチキャスト・ソースとして機能し、モニタ１８がマルチキャスト・ディスティネーションとして機能する。ネットワーク環境は、さらに、この分野において周知のとおり、複数の相互接続されたネットワーク・ルーティング・デバイス１４として定義される。場合によっては、ネットワーク・サイト１２においてカメラもしくはモニタのサブセットがグループ化され、ＩＰスイッチ１９を介してネットワーク環境に接続される。監視システム１０は、詳細を後述するとおり、パス・マネジメント・サーバ２０も含む。以下の説明は、マルチキャスト監視システムを参照して提供されるが、より広い本発明の側面がほかのタイプのマルチキャスト分散システムに対して適用可能なことは容易に理解できる。

図２を参照し、マルチキャスト分散環境内におけるパス切り替えのための改良された方法について述べる。分散環境内の各ネットワーク・ルーティング・デバイスにおいて、複数のあらかじめ決定済みのパス・セットが維持される（２２）。各パス・セット３２は、図３に示されているとおり、与えられたネットワーク状態３４に対応し、各データ伝送セッション（ここではフローと呼ぶこともある）のためのパス３６を定義する。一例の環境においては、一意的な識別子が各ネットワーク状態に割り当てられ、それらの一意的な識別子を使用してパス・セットが索引付けされる。単一のパス・セット内に具体化されるパス・データは、この分野で周知のとおり、ルーティング・テーブルとして公式化することができる。パス・セットは、好ましくは与えられたネットワーク・ルーティング・デバイスに関連付けされたデータ・ストア内にストアされる。

マルチキャスト分散環境がセットアップされるかあるいは変更が生じたときには、常に、パス・マネジメント・サーバのパス計算サブシステムによってパス・セットが計算される。図４には、その種のパス・セットを計算するための一例のプロシージャが示されている。このプロシージャに対する入力は、ネットワーク・トポロジ４１をはじめ、データ伝送セッション４２のリストを含む。ネットワーク・トポロジは、グラフＮ＝（Ｖ，Ｅ）として表すことが可能であり、それにおいてＶはノードのセット、Ｅはそれらのノードを接続するリンクのセットである。

ネットワーク・トポロジおよびデータ伝送セッションのリストが与えられると、ステップ４４において各データ伝送のためのパスが計算される。マルチキャスト環境におけるパスの計算に特に適したアルゴリズムの例は、本発明の譲受人に譲渡され、参照によってこれに援用されている『スタティック・デンス・マルチキャスト・パス・アンド・バンドウィズ・マネジメント（Ｓｔａｔｉｃ Ｄｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｐａｔｈ ａｎｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）』と題された特許文献１の中でさらに述べられている。しかしながら、ほかの周知のアルゴリズムもまた本発明の範囲内に含まれることは容易に理解できる。したがってこのステップは、結果として、正常ネットワーク動作状態に対応するパスの第１のセットをもたらす。

続いてステップ４６においては、異なるネットワーク動作状態が列挙される。たとえば、ネットワーク内の特定のノードもしくは特定のリンクの障害は、正常ネットワーク動作状態から逸脱したネットワーク状態を定義する。したがって、各障害ノードまたは障害ノードの組み合わせのそれぞれ、各障害リンクまたは障害リンクの組み合わせのそれぞれ、あるいは障害ノードと障害リンクの組み合わせについて種々のネットワーク状態を定義することによって、複数のネットワーク状態を列挙することが可能である。ネットワーク・ルーティング・デバイスにおけるメモリの制約をはじめ、そのほかのシステム・パフォーマンス評価基準に応じて、列挙されるネットワーク状態を網羅的なリストもしくはそのサブセット（たとえば、もっとも一般的な状態）とすることができる。種々のネットワーク状態を列挙するためのテクニックは、容易に知ることができる。またここでは、ネットワーク動作状態におけるほかの変量についてネットワーク状態を定義可能なことも企図されている。

列挙されたそれぞれのネットワーク状態についてパス・セットが計算される。与えられたネットワーク状態について、ステップ５０において第１の修正（適用がある場合）がネットワーク・トポロジに対してなされる。続いてステップ５８において、前述したとおりのパス決定アルゴリズムを使用して各データ伝送セッションのためのパスが計算される。このプロセスが、ステップ４８に示されているとおり、列挙されたそれぞれのネットワーク状態について繰り返され、それによって複数のあらかじめ決定済みのパス・セットがもたらされる。

パスは、２つの好ましいユーザ指定のテクニックの１つを使用して計算することができる。一方のアプローチにおいては、セッション用のパスが、与えられたネットワーク状態によって悪影響を受ける場合にのみ再計算される。悪影響を受けるセッションは、ステップ５４において識別される。たとえば、そのセッションのためのパスが障害リンクを含む場合には、そのセッションのためのパスの再計算が行われる。与えられたネットワーク状態によってセッションが影響を受けない場合には、そのパスは、正常なネットワーク動作状態について定義されたとおりに残される。このアプローチは、演算的に効率的であるが、結果としてもたらされるパスが、全体的なネットワーク・パフォーマンスを低下させることがあり得る。

代替アプローチにおいては、ステップ５６に示されるとおり、異なるネットワーク状態のそれぞれについて各セッションのためのパスが再計算される。全体的なネットワーク・パフォーマンスを説明するアルゴリズムを用いてパスが計算されるとき、このアプローチがより良好な全体的なネットワーク・パフォーマンスを導きやすくなる。

図２に戻ると、ネットワーク・ルーティング・デバイス上では、任意の与えられた時点において１つのパス・セットだけがアクティブになる。データ・パケットが到来すると、ルータは、現在アクティブのパス・セットをルックアップする。到来するパケットは、その後、現在アクティブのパス・セット内に定義されたルーティング情報に従って転送される。

例示の実施態様においては、ネットワーク・ルーティング・デバイスをはじめ、そのほかのネットワーク・デバイスが、ネットワーク動作状態内の変化を検出するべく動作する（２４）。集中化アプローチにおいては、ネットワーク状態内の変化を示すメッセージが中央ルート・マネージャに送られる。中央ルート・マネージャでは、ネットワーク状態内の変化が、２６において、複数のあらかじめ決定済みのネットワーク状態の１つと相関される。続いて中央ルート・マネージャによって、現在のネットワーク状態を示すメッセージが、ネットワーク・ルーティング・デバイスのそれぞれに向けて送信される。

このメッセージを受信すると、ネットワーク・ルーティング・デバイスは、２８に示されているとおり、現在のネットワーク状態に対応するパス・セットをアクティブ化する。パス・セットをアクティブにするために、各ネットワーク・ルーティング・デバイスは、現在のネットワーク状態のためのインジケータを維持している。このインジケータは、中央ルート・マネージャによってレポートされるとおりの現在のネットワーク状態を用いて更新された後、適用可能なパス・セットへのアクセスに使用される。それに続いて、このアクティブ化されたパス・セット内のルーティング情報に従って、到来するデータ・パケットが転送される。ルーティング情報がネットワーク障害の発生時に再計算されないことから、また各ルータの間においてルーティング・メッセージが交換されないことから、この設計は高速パス切り替えメカニズムを達成する。

図５は、中央ルート・マネージング・サブシステムの実装例を例示している。概して言えば、このルート・マネージング・サブシステムは、パス計算サブシステムとともに動作してネットワーク・ルーティング・デバイスを準備する。たとえば、パス計算サブシステムからの複数のあらかじめ決定済みのパス・セットは、ルート・マネージング・サブシステムへの入力として機能する。ここではルート・マネージング・サブシステムがパス・マネジメント・サーバ上もしくはこのネットワーク環境に関連付けされたそのほかの計算デバイス上に常駐できることが企図されている。

動作においては、６２に示されているとおり、ルート・マネージング・サブシステムが、各ルーティング・デバイスのためのローカル切り替えデータを生成する。ローカル切り替えデータは、各可能ネットワーク状態、すなわち与えられたネットワーク・ルーティング・デバイス（すなわちノード）に適用可能であり、かつパス計算サブシステムから抽出されたそれぞれの可能ネットワーク状態のためのパス・データであると理解される。ローカル切り替えデータの例としては、限定の意図ではないが、フロー転送プロトコル、ソースＩＰアドレス、ソース・ポート番号、ディスティネーションＩＰアドレス、ディスティネーション・ポート番号、到来ルータ・アドレス、および次ルータ・アドレスが挙げられる。

その後、６４に示されているとおり、ローカル切り替えデータが使用されて適用可能なネットワーク・ルーティング・デバイスが準備される。特に、ルート・マネージング・サブシステムによってローカル切り替えデータが、適用可能なネットワーク・ルーティング・デバイスに送られる。続いてネットワーク・ルーティング・デバイスは、そのローカル切り替えデータをストアし、現在のネットワーク状態のためのパス・セットをアクティブ化する。

初期準備に続いて、ルート・マネージング・サブシステムは、ネットワーク状態を監視し前述したとおりのパス切り替えを促進する。これを行うため、各ネットワーク・ルーティング・デバイスとの通信チャンネルが維持される。６５に示されているとおり、各ルーティング・デバイス用のタイマが、周期的なチャンネルのチェックのために初期化される。その後ルート・マネージング・サブシステムは、ポーリング・ループに入る。

ネットワーク状態に変化が生じると、ルート・マネージング・サブシステムが対応するイベント・メッセージを受け取る。ルート・マネージング・サブシステムは、６７において、そのネットワーク変化をあらかじめ定義済みのネットワーク状態の１つに相関させ、６８において、ルーティング・デバイスのそれぞれに通知する。このようにして、ネットワーク・ルーティング・デバイスが、現在のネットワーク状態に従って準備される。あらかじめ定義済みのネットワーク状態が、現在のネットワーク状態に対して列挙されていない場合には、ルート・マネージング・サブシステムがパス計算サブシステムとインターフェースし、現在のネットワーク状態用にパス・セットを決定することができる。

タイマがタイムアウトすると、７２においてルート・マネージング・サブシステムが、適用可能なネットワーク・ルーティング・デバイスとともに通信チャンネルをプローブする。たとえば、ルート・マネージング・サブシステムは、そのルート・マネージング・サブシステムとメッセージを交換することができる。交換に失敗した場合には、そのルーティング・デバイスがダウンしていると見なし、矯正アクションを取ることができる。特に、ルート・マネージング・サブシステムは、６７において、この特定のルーティング・デバイスの障害と相関のあるネットワーク状態を識別し、その後、６８において、そのほかのルーティング・デバイスに現在のネットワーク状態を通知する。

分散切り替えモデルもまた企図されている。分散アプローチにおいては、ネットワーク状態内の変化が、検出ネットワーク・デバイスによってすべてのネットワーク・ルーティング・デバイスにブロードキャストされる。続いてそれぞれのネットワーク・ルーティング・デバイスは、適用可能な状態を決定し、適切なパス・セットを使うべくそれ自体の構成を行う。ネットワーク状態内の変化は、中央ルート・マネージャに対しても伝達され、続いてそれが、すべてのネットワーク・ルーティング・デバイスにおいてパス切り替えが同期されたことを保証することになる。

以上の本発明の説明は、本質的に例示に過ぎず、したがって本発明の要旨から逸脱しない変形は本発明の範囲内に含まれることが意図されている。その種の変形は、本発明の精神ならびに範囲から逸脱していると考えられるべきものではない。

マルチキャスト監視システムの一例を示した説明図である。 本発明の原理に従ったマルチキャスト分散環境におけるパス切り替えのための改良された方法を例示したフローチャートである。 本発明の１つの側面に従った複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを示した説明図である。 複数のパス・セットを決定するための一例のプロシージャを例示したフローチャートである。 本発明に従ってルート・マネージング・サブシステムによって具体化されるコントロール・プログラムに関する一例のプロシージャを例示したフローチャートである。

符号の説明

１０ マルチキャスト監視システム
１２ ネットワーク・サイト
１４ ネットワーク・ルーティング・デバイス
１６ カメラ
１８ モニタ
１９ ＩＰスイッチ
２０ パス・マネジメント・サーバ
３２ パス・セット
３４ ネットワーク状態
３６ パス
４１ ネットワーク・トポロジ
４２ データ伝送セッション

Claims (15)

1. マルチキャスト分散環境内に常駐するネットワーク・ルーティング・デバイスにおけるパスを切り替えるための方法であって、
   複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを前記ネットワーク・ルーティング・デバイスに関連付けされたデータ・ストア内に維持すること、およびそれにおいて各パス・セットが、与えられたネットワーク状態に対応し、かつ各データ伝送セッションのためのパスを定義すること、
   前記ネットワーク・ルーティング・デバイスにおいて現在のネットワーク状態を示すメッセージを受け取ること、
   前記複数のあらかじめ決定済みのパス・セットからパス・セットを選択すること、およびそれにおいて前記選択されたパス・セットが、前記現在のネットワーク状態に相関すること、および、
   前記ネットワーク・ルーティング・デバイスにおけるネットワーク・トラフィックを、前記選択されたパス・セットに従ってルーティングすること、
   を包含する方法。
2. さらに、
   ネットワーク状態内の変化を検出すること、
   前記ネットワーク状態内の変化を複数のあらかじめ決定済みのネットワーク状態の１つに相関させ、それによって前記現在のネットワーク状態を識別すること、および、
   前記現在のネットワーク状態を示すメッセージを前記ネットワーク・ルーティング・デバイスに送ること、
   を包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記変化を検出するステップは、さらに、前記ネットワーク環境内の障害ノードまたは障害リンクを検出することを包含する、請求項２に記載の方法。
4. 前記ネットワーク状態内の変化を検出するステップは、さらに、前記分散環境内の前記ネットワーク・ルーティング・デバイスの１つにおける変化を検出すること、および前記ネットワーク状態内の変化を示すメッセージを中央ルート・マネージャに送ることを包含する、請求項２に記載の方法。
5. さらに、現在のネットワーク状態を示すメッセージを前記分散環境内に常駐するネットワーク・ルーティング・デバイスのそれぞれに送ることを包含する、請求項４に記載の方法。
6. さらに、
   前記マルチキャスト分散環境によってサポートされている複数のデータ伝送セッションを識別すること、
   各データ伝送セッションのためのパスを決定すること、およびそれにおいて前記パスが、正常動作状態を有するネットワーク環境を基礎とすること、
   前記正常動作状態から逸脱する少なくとも１つのネットワーク障害状態を識別すること、および、
   前記識別されたネットワーク状態を基礎として各データ伝送のためのパスを決定し、それによって前記複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを定義すること、
   を包含する、請求項１に記載の方法。
7. 前記パスを決定するステップは、さらに、前記ネットワーク障害状態によって悪影響を受けるデータ伝送セッションについてだけパスを再計算し、前記ネットワーク障害状態によって悪影響を受けないデータ伝送セッションについてはパスを維持することを包含する、請求項６に記載の方法。
8. 前記パスを決定するステップは、さらに、各データ伝送セッションについてパスを再計算することを包含する、請求項６に記載の方法。
9. マルチキャスト分散環境内に常駐するネットワーク・ルーティング・デバイスを準備するための方法であって、
   前記マルチキャスト分散環境によってサポートされる複数のデータ伝送セッションを識別すること、
   各データ伝送セッションのためのパスを決定すること、およびそれにおいて前記パスが、正常動作状態を有するネットワーク環境を基礎とすること、
   前記正常動作状態から逸脱する複数の異なるネットワーク障害状態を列挙すること、
   前記ネットワーク障害状態のそれぞれについて前記データ伝送セッションのそれぞれのためのパスを決定し、それによって複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを定義すること、および、
   前記複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを用いて少なくとも１つのネットワーク・ルーティング・デバイスを準備すること、
   を包含する方法。
10. それぞれのネットワーク・ルーティング・デバイスが複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを維持する、マルチキャスト分散環境内に常駐する複数のネットワーク・ルーティング・デバイス、およびそれにおいて各パス・セットが所定のネットワーク動作状態に対応し、前記分散環境内においてサポートされたデータ伝送セッションを定義すること、および、
    前記複数のネットワーク・ルーティング・デバイスと通信し、かつ前記ネットワーク・ルーティング・デバイスに、現在のネットワーク動作状態に関して通知するべく動作できるルート・マネージング・サブシステム、およびそれにおいて前記ネットワーク・ルーティング・デバイスが、複数のあらかじめ決定済みのパス・セットから前記現在のネットワーク動作状態に相関するパス・セットを選択し、前記選択したパス・セットに従ってネットワーク・トラフィックをルーティングすること、
    を包含するマルチキャスト・マネジメント・システム。
11. 前記ルート・マネージング・サブシステムは、ネットワーク動作状態内の変化の通知を受け取るべく適合されており、前記現在のネットワーク動作状態を前記複数のネットワーク・ルーティング・デバイスに伝達するべく動作できる、請求項１０に記載のマルチキャスト・マネジメント・システム。
12. 前記ネットワーク・ルーティング・デバイスの１つは、前記ネットワーク動作状態内の変化を検出し、前記ネットワーク動作状態内の変化を前記ルート・マネージング・サブシステムに伝達する、請求項１１に記載のマルチキャスト・マネジメント・システム。
13. 前記ルート・マネージング・サブシステムは、ネットワーク・ルーティング・デバイスのそれぞれを周期的にプローブするべく動作可能であり、与えられたネットワーク・ルーティング・デバイスがそのプローブに対する応答に失敗すると、適用可能なネットワーク動作状態を決定する、請求項１０に記載のマルチキャスト・マネジメント・システム。
14. さらに、前記ルート・マネージング・サブシステムと通信し、かつ前記分散環境内においてサポートされる各データ伝送セッションのためのパスを計算するべく動作できるパス計算サブシステムを包含する、請求項１０に記載のマルチキャスト・マネジメント・システム。
15. 前記ルート・マネージング・サブシステムは、前記複数のあらかじめ決定済みのパス・セットを用いて前記複数のネットワーク・ルーティング・デバイスを準備するべく動作できる、請求項１０に記載のマルチキャスト・マネジメント・システム。

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