JP2008278410A - 通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラム - Google Patents

通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な方法で高速性と高信頼性とを兼ね備えた通信を実現することができる通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラムを提供する。
【解決手段】本発明の通信システムは、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置と1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送させる通信システムにおいて、送信元装置が、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信する送信手段を備え、各送信先装置が、送信元装置から受信した各通信パケットに含まれる、総セグメント数及びシーケンス番号に基づいて、各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信する受信手段を備えることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラムに関し、例えば、同一ネットワーク内における通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラムに適用し得る。
例えば、IPネットワークにおいて、IPパケットを配送するトランスポートプロトコルとしては、TCP(Transport Control Protocol)及びUDP(User Datagram Protocol)が用いられている。
TCPは、信頼性を確保する通信に使用され、フロー制御や輻輳制御(順序制御)などの機能を有する。また、UDPは、主にリアルタイム通信に使用され、TCPとは異なり信頼性を確保する手段を持たない。
特許文献1には、異なるネットワークに配置された装置間において、TCPを利用した場合の高速化手法に関する技術が記載されている。
特開2003−069615号公報 RFC793 RFC768
しかしながら、上述した方法は、同一ネットワーク内の通信においては、高速かつ高信頼性を確保することは困難である。
つまり、TCPは、フロー制御と輻輳制御等の機能により信頼性を確保しているが、高速通信を実現することができない。また、UDPは、TCPのような制御をしないため、高速通信を実現できるが、信頼性が低くなる。
また、特許文献1に記載の技術は、異なるネットワーク間通信には適用できるが、同一ネットワーク内での通信には適用することができない。
そのため、通信プロトコルが同一のネットワーク内で、例えばUDP/IPのように、転送制約のない転送プロトコルを用いて、通信パケットを転送させる通信方式において、簡単な構成で、高速性と高信頼性とを兼ね備えた通信を実現することができる通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラムが求められている。
かかる課題を解決するために、第1の本発明の通信システムは、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置と1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送させる通信システムにおいて、(1)送信元装置が、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信する送信手段を備え、(2)各送信先装置が、送信元装置から受信した各通信パケットに含まれる、総セグメント数及びシーケンス番号に基づいて、各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信する受信手段を備えることを特徴とする。
第2の本発明の通信装置は、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送する送信元である通信装置において、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信する送信手段を備えることを特徴とする。
第3の本発明の通信装置は、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置から転送された通信パケットを受信する送信先である通信装置において、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを受信するものであって、総セグメント数及びシーケンス番号に基づいて、各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信する受信手段を備えることを特徴とする。
第4の本発明の通信方法は、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置と1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送させる通信方法において、(1)送信元装置が、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信し、(2)各送信先装置が、送信元装置から受信した各通信パケットに含まれる、総セグメント数及びシーケンス番号に基づいて、各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信することを特徴とする。
第5の本発明の通信プログラムは、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送する送信元である通信装置の通信プログラムにおいて、コンピュータに、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信させる送信手段として機能させるものである。
第6の本発明の通信プログラムは、同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置から転送された通信パケットを受信する送信先である通信装置の通信プログラムにおいて、コンピュータに、少なくとも、送信データの総セグメント数と、送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、送信データのセグメント毎の各通信パケットを受信するものであって、総セグメント数及びシーケンス番号に基づいて、各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信させる受信手段として機能させるものである。
本発明の通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラムによれば、通信プロトコルが同一のネットワーク内で、転送制約のない転送プロトコルを用いて、通信パケットを転送させる通信方式において、簡単な構成で、高速性と高信頼性とを兼ね備えた通信を実現することができる。
(A)第1の実施形態
以下、本発明の通信システム、通信装置、通信方法及び通信プログラムの第1の実施形態を図面を参照して説明する。
第1の実施形態は、通信プロトコルが同一のネットワーク内でのポイントツーポイントの通信に本発明を適用し場合を例に挙げて説明する。
(A−1)第1の実施形態の構成
図2は、第1の実施形態の通信システム1の概略的な構成を示す全体構成図である。図2において、第1の実施形態の通信システム1は、通信端末T1、スイッチS1、通信端末T2を有して構成される。
図2に示す通信システム1は、例えばLAN(Local Area Network)等のように、同一ネットワーク内での通信システムを想定する。通信システム1の通信回線としては、電気回線、光ファイバ回線等を適用することができる。
通信端末T1及び通信端末T2は、通信データを送受信する通信端末であり、例えば、パーソナルコンピュータやサーバ等が該当する。
スイッチS1は、通信端末T1と通信端末T2との間で授受される通信データを中継する中継装置である。
図3は、通信端末T1及び通信端末T2の内部構成を示す内部構成図である。図3に示すように、通信端末T1及び通信端末T2は、CPU11、記憶部12、通信部13、を少なくとも有する。
CPU11は、通信端末T1及び通信端末T2の機能を司るものである。記憶部12は、ROM、RAM等が該当し、CPU11が実行する所定の処理プログラム等を記憶したり、処理に必要なデータを記憶したりするものである。通信部13は、通信データの送受信を制御するものである。
図4は、通信端末T1及び通信端末T2の通信機能を説明する機能ブロック図である。図4に示すように、通信端末T1及び通信端末T2は、アプリケーション部21、通信制御部22を有する。
アプリケーション部21は、所定機能を実現させる各種アプリケーションである。具体的に、送信元の通信端末T1のアプリケーション部21は、配送対象のアプリケーションデータ(例えば、音声データ、画像データ等)を通信制御部22に与えて、後述する通信方法に従って送信先の送信させるものである。また、送信先の通信端末T2のアプリケーション部21は、通信制御部22が受信したアプリケーションデータを通信制御部22から受け取り、このアプリケーションデータに基づいて所定の処理を実現するものである。
通信制御部22は、アプリケーションデータの転送制御を行なうものである。通信制御部22は、転送プロトコルとして例えばUDP/IPをベースとして使用する場合を想定して説明する。
また、通信制御部22により実現される機能としては、ヘッダ作成部221、確認応答確認部222、再送部223、セグメント組立部224、確認応答送信部225がある。
ヘッダ作成部221は、所定のプロトコルヘッダを作成するものである。ここで、図1は、第1の実施形態に係るプロトコルヘッダ3の構成を説明する構成図である。
図1(B)に示すように、第1の実施形態のプロトコルヘッダ3は、UDPヘッダ部2とデータ部4との間に設けられるものである。そして、UDPヘッダ部2の前にIPヘッダ部1が付与されて、IPパケットが形成される。
図1(A)において、第1の実施形態のプロトコルヘッダ3は、「フラグフィールド31」、「エラー番号フィールド32」、「メッセージ識別子フィールド33」、「総セグメント数フィールド34」、「シーケンス番号フィールド35」、「確認応答番号フィールド36」、を項目として有する。なお、図1では、未使用フィールドとして「パディング37」も図示している。
「フラグフィールド31」は、当該パケットが「データ」、「確認応答」、「エラー」のいずれかを示すパケットであるかを示す情報を格納するフィールドであり、例えば8ビットで構成される。
「エラー番号フィールド32」は、パケット送受信で生じたエラー発生を通知する情報を格納するフィールドであり、例えば8ビットで構成される。例えば、送信側と受信側との間で、あらかじめエラー発生の内容毎の番号を認識させておき、そのエラー発生に係る詳細番号を、この「エラー番号フィールド32」にセットする。なお、エラー種別としては、例えば、受信タイムアウト、受信側の処理輻輳、リソース不足等がある。
「メッセージ識別子フィールド33」は、当該トランザクションを識別する固有の値を格納するフィールドであり、例えば16ビットで構成される。
「総セグメント数フィールド34」は、当該トランザクションのデータサイズが1パケットに収まらない場合にデータを分割するが、その際の分割総数(これを総セグメント数という)が格納されるフィールドである。例えば、16ビットで構成される。
「シーケンス番号フィールド35」は、当該パケットが総セグメント数の何番目のものであるかを示す情報を格納するフィールドであり、例えば16ビットで構成される。
「確認応答番号フィールド36」は、データを受信した通信端末が送信元にどのシーケンス番号までを受信したかを示す情報を格納するフィールドであり、受信済みのシーケンス番号が設定される。また、例えば16ビットで構成される。
セグメント組立部224は、パケットを受信した受信側の通信端末において、受信パケットのプロトコルヘッダに基づいて、アプリケーションデータを構成するセグメントを組み立てるものである。具体的には、プロトコルヘッダの「総セグメント数フィールド34」と「シーケンス番号フィールド35」に格納されている情報に基づいて、総セグメント数のセグメントをシーケンス番号順に組み立てることで実現できる。
また、セグメント組立部224は、アプリケーションデータを構成する全セグメントの組み立てが完了すると、アプリケーションデータをアプリケーション部21に与えるものである。
確認応答送信部225は、パケットを受信した受信側の通信端末において、セグメント組立部224によるセグメント組立結果に応じて、送信元の通信端末に対して確認応答信号を送信するものである。
具体的には、セグメント組立部224が全セグメントを組み立ててアプリケーションデータを形成した場合、確認応答送信部225は、「フラグフィールド31」に確認応答を示す情報をセットし、また、「確認応答番号フィールド36」に受信済みのシーケンス番号を設定して返信する。また、セグメント組立部224がセグメントの全てを受信できなかった場合、確認応答送信部225は、「フラグフィールド31」にエラーを示す情報をセットし、「確認応答番号フィールド36」に受信済みのシーケンス番号を設定して返信する。
なお、確認応答信号の送信の際、「メッセージ識別子フィールド33」には、受信したセグメントのプロトコルヘッダに含まれているメッセージ識別子をセットして送信する。
また、確認応答返信部225は、端末内のタイマ機能を用いて、直前のセグメント受信時刻から後続のセグメントを受信までに所定時間を経過した場合、受信タイムアウトとして、確認応答信号を送信する。
確認応答確認部222は、アプリケーションデータの配信元の通信端末において、受信側の通信端末からの確認応答信号の受信を確認するものである。
このとき、確認応答信号のプロトコルヘッダの「確認応答番号フィールド36」を参照して、全セグメントの受信完了が確認された場合、当該トランザクションのセグメント送信処理を終了させる。
再送部223は、「確認応答番号フィールド36」の値が総セグメント数未満である場合、又は、所定時間経過しても確認応答信号の受信がない場合、受信確認されていないシーケンス番号のセグメントから再送するものである。
なお、再送部223による再送処理は、
このように、受信確認されていないセグメントを再送することで、信頼性のあるデータ通信を確保することができる。
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態の通信システム及び通信方法の動作を、図面を参照して説明する。
以下では、送信元である通信端末T1が、スイッチS1を中継して、送信先である通信端末T2に対してデータを送信する場合を例に挙げて説明する。
図5は、通信端末T1が通信端末T2に向けてIPパケットを送信する処理の動作フローチャートである。
まず、通信端末T1において、配送対象であるアプリケーションデータが、アプリケーション部21から通信制御部22に与えられると(ステップS101)、通信制御部22において、当該アプリケーションデータのデータサイズが、ネットワークの最大転送サイズを超えているか否か判断される(ステップS102)。
当該アプリケーションデータのデータサイズが最大転送サイズを超えている場合、当該アプリケーションデータを所定長のデータサイズ毎に複数に分割する(ステップS103)。
なお、当該アプリケーションデータのデータサイズが最大転送サイズを超えていない場合、そのデータサイズのままパケット化処理が行なわれる。
当該アプリケーションデータが複数のセグメントに分割されると、ヘッダ作成部31により所定のヘッダが作成されてパケット化が行なわれる。
つまり、「フラグフィールド31」にデータを示す情報が設定され(ステップS104)、「メッセージ識別子フィールド32」に当該トランザクションを識別する識別情報が設定され(ステップS105)、「総セグメント数フィールド34」に分割したセグメント総数が設定される(ステップS106)。また、各セグメントのシーケンス番号が「シーケンス番号フィールド35」に各セグメント毎に設定される(ステップS107)。
このようにして、各セグメント毎のプロトコルヘッダが作成され、それぞれのプロトコルヘッダがセグメントデータに付与されて、各セグメント毎のIPパケットが作成される。
そして、全セグメントのパケットが作成されると、全セグメントのパケットが、送信先に向けて連続して送信される(ステップS108)。
これにより、通信端末T1から送信された通信パケットは、スイッチS1を通じて、通信端末T2に対して送信される。
次に、図6は、通信端末T2がパケットを受信する処理の動作フローチャートである。
図6において、通信端末T1からの通信パケットが通信端末T2により受信されると(ステップS201)、通信端末T2の通信制御部22において、受信パケットのパケットヘッダの「フラグフィールド31」に基づいて当該通信データがアプリケーションデータであることが確認される(ステップS203)。
このとき、通信制御部22では、パケット受信の受信時刻を監視しており、後続の受信パケットの受信がタイムアウトとなっていないか否かを判断する(ステップS202)。なお、受信タイムアウトの場合の処理については後述する。
ステップS203において、当該通信データがアプリケーションデータであることが確認されると、セグメント組立部224により、「総セグメント数フィールド34」及び「シーケンス番号フィールド35」が確認され、総セグメント数のセグメントがシーケンス番号順に組み立てられる(ステップS204)。
このようにして、セグメント組立部224により全セグメントを受信し、アプリケーションデータへの組み立てが完了すると(ステップS205)、セグメント組立部224は、完成したアプリケーションデータをアプリケーション部21に与える(ステップS206)。
また、アプリケーションデータをアプリケーション部21に与えると、確認応答を返信するために、「フラグフィールド31」に確認応答を示す情報を設定し(ステップS207)、「メッセージ識別子フィールド33」に当該トランザクションの識別情報を設定して(ステップS208)、確認応答送信部225が確認応答信号を通信端末T1に返信する(ステップS209)。
一方、ステップS205において、セグメント組立部224によるアプリケーションデータへの組み立てが成功しなかった場合、「フラグフィールド31」に確認応答を示す情報を設定し(ステップS210)、「メッセージ識別子フィールド33」に当該トランザクションの識別情報を設定して(ステップS211)、「確認応答番号フィールド36」に受信確認済みのシーケンス番号を設定し(ステップS212)、確認応答送信部225が確認応答信号を通信端末T1に返信する(ステップS209)。このとき、「エラー番号フィールド32」に該当するエラーを示す番号も設定可能である。
また、ステップS202において、受信タイムアウトが生じた場合、受信側の通信端末T2の通信制御部22は、即座にその旨を知らせる確認応答信号を返信する。これにより、通信データの再送を即時に促すことができ、信頼性を確保させることができるからである。
この場合、確認応答送信部225は、「フラグフィールド31」に確認応答を示す情報を設定し(ステップS213)、「エラー番号フィールド32」に該当するエラーの詳細番号を設定し(ステップS214)、「メッセージ識別子フィールド33」に当該トランザクションの識別情報を設定して(ステップS215)、確認応答送信部225が確認応答信号を通信端末T1に返信する(ステップS209)。
次に、図7は、通信端末T1のパケット送信後の処理を示す動作フローチャートである。
図7において、通信端末T1は、全セグメントのパケットを送信すると、確認応答セグメントの返信を待つ(ステップS301)。
そして、所定時間内に、送信先の通信端末T2からの確認応答信号が通信端末T1に返信されると(ステップS302)、確認応答確認部222により、「総セグメント数フィールド34」と「確認応答番号フィールド36」が確認され、全セグメントの受信が完了されたか否かが確認される(ステップS303)。
すなわち、確認応答番号フィールドのシーケンス番号が総セグメント数未満である場合には、全セグメントの受信が完了していないと判断でき、確認応答番号フィールドのシーケンス番号が総セグメント数である場合には、全セグメントの受信が完了していると判断できる。
そして、全セグメントの受信が完了している場合、確認応答確認部222は全セグメントの受信が完了した旨をアプリケーション部21に知らせて、アプリケーション部21に制御を戻す。
また、全セグメントの受信が完了していない場合、又は、ステップS302において所定時間内で確認応答信号の返信がなされない場合、再送部223は、受信確認されなかったシーケンス番号のセグメントを再度通信端末T2に対して送信させる(ステップS305)。なお、再送後は、再び確認応答セグメントの返信を待機する。
また、再送処理については、所定回数繰り返し実行し、それでも全セグメントの受信が確認できなかった場合、何らかのエラーと判断し、アプリケーション部21に制御を戻す。
(A−3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、同一ネットワーク内での通信データの通信システムを用いることにより、簡易な方法で、高速かつ信頼性の高い通信手段を適用することができる。
つまり、第1の実施形態によれば、同一ネットワーク内での通信において、UDP/IPを使用し、TCPのような信頼性を確保しつつ、かつ、UDPのように伝送効率の高い通信を提供することができる。
(B)他の実施形態
第1の実施形態では、ポイントツーポイントの通信方法について説明したが、ポイントツーマルチポイントの通信方法にも、本発明の通信システム及び通信方法を適用することができる。
第1の実施形態では、UDP/IPを使用する場合を例に挙げて説明したが、TCP/IPのように、例えばフロー制御や輻輳制御等の制約されたプロトコルではなく、無制約若しくはほとんど制約のない状態で、送信データを即座に転送するプロトコルに広く適用できる。また、UDP/IPを拡張したプロトコルにも適用できる。
第1の実施形態のプロトコルヘッダの構成例を説明する説明図である。 第1の実施形態の通信システムの概念的な構成を示す構成図である。 第1の実施形態の通信端末のハードウェア構成を示す構成図である。 第1の実施形態の通信端末の機能構成を示す機能ブロック図である。 第1の実施形態の通信端末のデータ送信処理を示す動作フローチャートである。 第1の実施形態の通信端末のデータ受信処理を示す動作フローチャートである。 第1の実施形態の通信端末の確認応答受信処理を示す動作フローチャートである。
符号の説明
T1及びT2…通信端末、S1…スイッチ、11…CPU、12…記憶部、13…通信部、21…アプリケーション部、22…通信制御部、221…ヘッダ作成部、222…確認応答確認部、223…再送部、224…セグメント組立部、225…確認応答送信部。

Claims (10)

  1. 同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置と1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送させる通信システムにおいて、
    上記送信元装置が、少なくとも、送信データの総セグメント数と、上記送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、上記送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信する送信手段を備え、
    上記各送信先装置が、上記送信元装置から受信した上記各通信パケットに含まれる、上記総セグメント数及び上記シーケンス番号に基づいて、上記各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信する受信手段を備える
    ことを特徴とする通信システム。
  2. 上記各送信先装置の上記受信手段は、上記総セグメント数及び上記シーケンス番号に基づいて全セグメントの受信完了を確認し、全セグメントの受信完了のときには、受信完了を示す上記確認応答信号を返信し、全セグメントの受信不完了のときには、受信不完了の旨及び受信確認済みの上記セグメントのシーケンス番号を付与した上記確認応答信号を返信することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 上記各送信元装置は、上記送信先装置のいずれかから上記受信不完了の旨の上記確認応答信号を受信した場合、又は、所定時間内で上記確認応答信号が返信されない場合、受信確認されていない上記シーケンス番号のセグメントの通信パケットを再送する再送手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
  4. 同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送する送信元である通信装置において、
    少なくとも、送信データの総セグメント数と、上記送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、上記送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信する送信手段を備えることを特徴とする通信装置。
  5. 上記送信先装置のいずれかから受信不完了の旨の上記確認応答信号を受信した場合、又は、所定時間内で上記確認応答信号が返信されない場合、受信確認されていない上記シーケンス番号のセグメントの通信パケットを再送する再送手段ことを特徴とする請求項4に記載の通信装置。
  6. 同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置から転送された通信パケットを受信する送信先である通信装置において、
    少なくとも、送信データの総セグメント数と、上記送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、上記送信データのセグメント毎の各通信パケットを受信するものであって、上記総セグメント数及び上記シーケンス番号に基づいて、上記各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信する受信手段を備えることを特徴とする通信装置。
  7. 上記各送信先装置の上記受信手段は、上記総セグメント数及び上記シーケンス番号に基づいて全セグメントの受信完了を確認し、全セグメントの受信完了のときには、受信完了を示す上記確認応答信号を返信し、全セグメントの受信不完了のときには、受信不完了の旨及び受信確認済みの上記セグメントのシーケンス番号を付与した上記確認応答信号を返信することを特徴とする請求項6に記載の通信装置。
  8. 同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置と1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送させる通信方法において、
    上記送信元装置が、少なくとも、送信データの総セグメント数と、上記送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、上記送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信し、
    上記各送信先装置が、上記送信元装置から受信した上記各通信パケットに含まれる、上記総セグメント数及び上記シーケンス番号に基づいて、上記各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信する
    ことを特徴とする通信方法。
  9. 同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、1又は複数の送信先装置との間で通信パケットを転送する送信元である通信装置の通信プログラムにおいて、
    コンピュータに、
    少なくとも、送信データの総セグメント数と、上記送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、上記送信データのセグメント毎の各通信パケットを送信させる送信手段として機能させる通信プログラム。
  10. 同一ネットワーク内で、制約のない転送プロトコルを用いて、送信元装置から転送された通信パケットを受信する送信先である通信装置の通信プログラムにおいて、
    コンピュータに、
    少なくとも、送信データの総セグメント数と、上記送信データの各セグメントのシーケンス番号とを含む、上記送信データのセグメント毎の各通信パケットを受信するものであって、上記総セグメント数及び上記シーケンス番号に基づいて、上記各セグメントの受信状況に応じた確認応答信号を返信させる受信手段として機能させる通信プログラム。
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