JP2008530841A - ネットワーク監視 - Google Patents
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Abstract
Description
現在のインターネットアーキテクチャは、しばしば、ホストが自発的に輻輳に対応するよう信頼すること、つまり、一般的に、これらのアルゴリズムが出現する相互信頼の環境のせいにされる過失について批判される。反応しないアプリケーションは、事実上、該アプリケーションが反応のよい流れから、必要とされるボトルネックリソースのどのような割当てをも盗んでいる可能性がある。現在の送信元の大多数はうまく機能していると考えられているが、ただ乗り行為はただ単に不愉快なだけではない。最も人騒がせなことには、現在の協力的なコンセンサスを何が安定させているのかを理解しないまま、無意識に該コンセンサスを不安定にし、戻る道がない輻輳の崩壊を引き起こす可能性がある。しかしながら、反応しないアプリケーションは平均的な帯域幅ごとに、さらに多くの容量の投資を必要とするため、より多くの漸次的な腐食がインターネットの実行可能性を脅かしている。適切に輻輳を管理する、新しいサービスの質を有する(「QoS」)製品は、誰もが、必要とされる投資に貢献することなく、どのようにかして必要とするものを取ることができる場合には決して実行可能にはならない。しかしながら、これらの新しいサービスに対する投資はリスクが大きすぎ、なおさらに正常に動作していない(misbehaving)アプリケーションにとってのギャップを生じさせる。したがって、良く動作するアプリケーションは、過少投資と不良行為の悪循環に陥るだろう。
TCP速度制御アルゴリズム[7]は、インターネット上での主要な輻輳の崩壊に応えて1980年代後半に開発された。該アルゴリズムは、インターネットを横切るあらゆるフローの速度が、各フローが任意の輻輳したルータ又はリンクの容量を公平に共有する速度に近づくように、該フローが経験した輻輳のレベルに迅速に適応されることを確実にするよう設計された。
[2]S.Floyd、M.Handley、J.Padhye及びJ.Widmer、「ユニキャストアプリケーションのための方程式ベースの輻輳制御(Equation-Based Congestion Control for Unicast Applications)」、会議録、ACM SIGCOMM.2000年8月
[3]F.P.Kelly、A.K.Maulloo、及びD.K.H.Tan、「通信ネットワークのための速度制御:潜在価格、比例する公平性と安定性(Rate control for communication networks: shadow prices,proportional fairness and stability)」、オペレーションリサーチ学会誌(Journal of the Operational Research Society)、49(3):237−252ページ、1998年
[6]Jon Crowcroft及びPhilippe Oechslin、「加重比例公平共有TCPを使用する差動式エンドツーエンドインターネットサービス(Differentiated End to End Internet Services using a Weighted Proportional Fair Sharing TCP)」、コンピュータ通信レビュー(Computer Communication Review)28、53から69ページ(1998年7月)
[7]Van Jacobsen、輻輳回避及び制御(Congestion avoidance and control)、会議録、ACM SIGCOMM1988年、コンピュータ通信レビュー(Computer Communication Review)18(4):314−329ページ、1988年
[8]Vasilios A.Siris、CDMAネットワークにおける弾性トラフィックのためのリソース制御(Resource control for elastic traffic in CDMA networks)、会議録、モバイルコンピューティング及びネットワークに関するACM国際会議(ACM International Conference on Mobile Computing and Networks)、(MobiCom2002年)、URL:http://www.ics.forth.gr/netlab//wireless.html、2002年9月、ACM
速度監視
現在のインターネットでは、万一送信機がTCP規格で指定されている反応機構に準拠するのをやめた場合には、インターネット上で大混乱を引き起こすであろう。これが、ユーザがネットワーク上でトラフィックの任意の速度を送信する自らの能力を乱用しないようにフローを監視するための複数の提案が作成されている理由である。
n_TCP*x_TCP+n_UDP*x_UDP=C
となるように、各TCPフローは割当てx_TCPを取得し、各UDPフローは割当てx_UDPを取得する。ここで、Cはノードの送信容量であるが、2つの非常に独特のレベル以外の任意のレベルの輻輳に対して、x_TCP !=x_UDPである。さらに、TUF方式は、クラス間公平性を達成しないことに加えて、ボトルネック監視制限器の弱点も示す。
[5]R.Pan、B.Prabhakar、及びK Psounis、「CHOKe―公平な帯域幅割当てを近似するための処理状態を把握しないアクティブ待ち行列管理方式(A statelss active queue management scheme for approximating fair bandwidth allocation)」
[9]「B−ISDNにおけるトラフィック制御及び輻輳制御(Traffic control and congestion control in B-ISDN)」。推奨策I.371(03/04)、ITU−T、URL:http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=folders&lang=e&parent=T-REC-I.371、2004年3月
[10]Amit Jain、Sally Floyd、Mark Allman、及びPasi Sarolahti、「TCP及びIPのためのクイック−スタート(Quick-Start for TCP and IP)」。インターネット草案draft-amitquick−start−03、インターネットエンジニアリング作業部会(Internet Engineering Task Force)、URL:http://www.icir.org/floyd/quickstart.html、2004年9月(進行中の研究)
[11]Dina Katabi、Mark Handley、及びCharlie Rohrs、「高帯域幅−遅延製品ネットワーク用輻輳制御(Congestion control for high bandwidth-delay product networks)」、会議記録、ACM SIGCOMM2002年、コンピュータ通信レビュー(Computer Communication Review)、32(4):89−102、2002年10月
[12]Teunis J.Ott、T.V.Lakshman、及びLarry H.Wong、「SRED:安定化RED(SRED:Stabilized RED)」、会議記録、コンピュータ通信に関するIEEE会議(IEEE Conference on Computer Communications(Infocom1999年)中、1346から1355ページ、URL:http://citeseer.nj.nec.com/ott99sred.html、1999年3月、IEEE
[13]Ratul Mahajan、Sally Floyd及びDavid Wetheral、「輻輳ルータにおける高帯域幅フローの制御(Controlling high-bandwidth flows at congested router)」、会議記録、ネットワークプロトコルに関するIEEE国際会議(IEEE International Conference on Network Protocols)(ICNP2001年)、URL:http://citeseer.nj.nec.com/545435.html、2001年
[14]Smitha A.L.Narasimha Reddy、「LRU−RED:輻輳ルータにおける高帯域幅フローを含むためのアクティブ待ち行列管理方式(LRU-RED:An active queue management scheme to contain high bandwidth flows at congested routers)」、会議記録、Globecomm2001年、URL:http://citeseer.nj.nec.com/473674.html、2001年11月
[15]Rong Pan、Lee Breslau、Balaji Prabhaker、及びScott Shenker。「差分廃棄による近似公平性(Approximate fairness through differential dropping)、コンピュータ通信レビュー(Computer Communication Review)、33(2):23−40、2003年4月
[16]P Chhabra、S.Chuig、A Goel、A John、A Kumar、H Saran及びR Shorey、「XCHOKE:インターネットゲートウェイにおける輻輳回避のための悪意のある送信元の制御(XCHOKE:Malicious Source Control for Congestion Avoidance at Internet Gateways)」、会議記録、ICNP、2002年11月
[17]Antoine Clerget及びWalid Dabbous:「TUF:タグベースの統一公平性(TUF:Tag-based Unified Fairness)」、コンピュータ通信に関するIEEE INFOCOM会議(IEEE INFOCOM Conference on Computer Communications)の会議記録、2001年4月
[18]Vijay Raisinghani及びSridhar Iyer:「公平なルータが存在する場合の受信機ウィンドウ制御の分析(Analysis of receiver window control in the presence of a fair router)」、個人通信及び無線通信に関するIEEE国際会議(IEEE Intl.Conf.on Personal and Wireless Communications)、2005年1月
[19]Nikolouzou、Maniatis、Sampatakos、Tsetsekas及びVanieris:「差別化されたサービスアーキテクチャにおけるネットワークサービスの定義及び配備(Network Services Definition and Deployment in a Differentiated Services Architecture)」、通信に関する国際会議(IEEE Intl.Conf.on Communications)2002年
前述されたように、既存の監視方法によれば、速度は経路の特殊な特徴とは関係なく監視される。このため、既存の監視器は、自らの応答性(つまり、正常に動作していないフローを迅速に検出する能力)、自らのロバスト性(つまり、準拠するフローを、正常に動作していないとして識別する数をできるだけ少なくし、これによる「誤った肯定判断」を回避する能力)、及び特にこれらのような特徴の間のトレードオフを含む特定の監視特徴を最適化するための機会を自ら否定している。
ノードを通るフローの過度要求(greediness)の基準を決定するステップと、
前記過度要求の基準を、許容できる過度要求を示す基準と比較するステップと、
前記過度要求が前記許容できる過度要求に従うものでない場合に、考えられる処分のために前記フローを指定するステップと、を備え、
許容できる過度の要求を示す前記基準は、前記ネットワークサービスと関連付けられた基準速度適応ポリシーに準拠し、実質的に同様の経路状態を経験するフローの期待される過度要求に依存して決定されることを特徴とする。
xi=min(xi−1、x(mi))
したがって、全体的な作用はxn=min(x0、x(m1)、x(m2),...,x(mn))となる。さらに、x(m)が減少関数であり、したがって
min(x(mi))=x(max(mi))
であり、したがって全体的な作用は最悪のボトルネック単独の作用であることを意味することに留意すべきである。
定義及び表記
「リ−フィードバック」ネットワーク内のノードを考える。フロー1...j..Jは、時間t=0とt=τの間にパケット1..i..Njを送信し、観察期間を特徴付ける。暗に表記JとNjはτに依存するものであることを示す。送信元がペイロードデータで飽和し、そのため、送信元が準拠し、正常に動作する(behaving)送信元に対する速度適応ポリシーに従って、あるいは正常に動作していない送信元に対する送信元の過剰な帯域幅使用応じて、送信元が可能な限り多くのパケットを送信する状況を検討する。
監視器の一般的な目的
図3は、監視器の目的を概略する。該監視器は、見かけの過度要求αjが期間τ*の間、上限α*より高い任意のフローにフラグを立てなければならない。フローjは速度Xappで監視器に到達する。監視器の作用は、フローが正常に動作しているか(αj<α*)か、あるいは正常に動作していないか(αj>α*)を特定し、この情報に基づいてフローのその後の処理を分けることである。
考えられる機構は、フローの過度要求αjと、同じ経路状態における準拠するフローの期待される過度要求αTCP=1との差異の累積を監視することである。図4は、これがトークンバケットによってどのように実行できるのかを示す。パケットが到着するといつでも、αTCP・dtj,iがトークンバケットに追加され(この場合dtj,iは前回パケットからの、到着間の時間である)、kTCP・Tj,i・√mj,iがトークンバケットから取り去られる(ここで、Tj,iとmj,iはパケット内のフィールドから取得される)。調整後に該バケットが空ではない場合は、パケットは要求に応じて供給される。他方、パケットが空である場合は、フローは処分するようフラグを立てられ、パケットは適切に処理される。
B+Exp[sumi=1..N(+αTCP・dtj,i−kTCP・Tj,i・√mj,i)]=B+(αTCP−α*)・τ*=0 である。
ブラックリストに記載されているフローのパケットを処理するために、以下のような幅広い数のオブションが考えられる。
−パケットは、存在する場合にはより低い優先順位のクラスに格下げされてもよい、
−パケットは、送信元が反応するための警告としてマークを付されてもよい
トークンバケットBjの状態は、この時点においても更新され得る。フローがブラックリストに記載されたばかりのときにある処理が適用され、該バケット内のトークン数が負のままである場合は、さらに厳しい処理が適用され、(該フローが該フローの送信速度を大幅に削減する場合に発生するであろうように)該バケット内のトークン数が再び正になると、該フローはブラックリストから削除されることができる。
経路測定基準を取得する目的のため、3つの値、すなわちフローid j、リ−フィードバック輻輳フィールドhj、及びリ−フィードバック下流遅延Djがパケットヘッダから取り出され得る。
上限条件の設定
以下では、(正常に動作していないと見なされ得る、準拠するフローの割合に厳しい上限を課すことによって)十分なレベルのロバスト性を達成するためにα*がどのようにして選ばれなければならないのかを概略する。
最新の期間にユーザによって引き起こされる輻輳の量を追跡調査することによって、上記の問題に取り組むことができる。例えば、期間Ukの契約された使用が分かっている場合に、送信されたデータに起因する輻輳mkの量の記録をユーザごとに保持することができる。さらに、すべてのユーザUによる総計使用の推定値、及びその結果として生じる輻輳Mの推定値も計算されるであろう。サンプリング係数λは、割合(mk/Uk)(M/U)を考慮に入れて調整されることができる。
上記の項で、確立された速度制御原理(TCP規格)に関して、速度適応がその経路特徴に対応する必要がないフローを検出できる速度監視器の設計を提案した。この機構を、長く用いられており、定常状態にあるTCPフローに対して説明している。定常状態のスループットは準拠するTCPフローが達成できる最大の長期間スループットであるため、実際には監視器は任意のTCPフローに対して効果的となるであろう。しかしながら、監視器は他の準拠基準を使用できる。例えば、長期間のTCP速度の公式は、Kellyの「一定の支払い意志の公式」(上記の方程式(2)を参照すること)に置き換えられるだろう。これは、概略すると各パケットが「支払い意志」フィールドを持っていることを必要とする。
付録A1:サンプリングを行わないトークンバケット
提案
バケット内のトークンの量は(αTCP-αj)・τに同等である。
パケットが到達するたびに、トークンの数はαTCP・(tj−tj−1)だけ増加し、Ti・√mi/kだけ減少する。時間τの後、バケットは、n(τ)=Nj(τ)・τとして、sumi=1..n(τ)(αTCP・(ti−ti−1)−ti・√mi/k)を含む。推定値のバイアスは以下の通りである。
したがって、最終的にはb=n(τ)・(1/nTCP−est(T・√m/k))となる。
提案
バケット内のトークンの量は(αTCP−αj)・λ・τに同等である。
ここでは、b=λ・n(τ)・(1/nTCP−est(T・√m/k))+sumi=1..n(τ)(λ・Ti・√mj/k−ui)を得る。
Claims (29)
- データネットワーク内でフローを監視する方法であって、前記データネットワークは、基準速度適応ポリシーが関連付けられたネットワークサービスを提供し、前記方法は、
ノードを通るフローの過度要求の基準を決定するステップと、
前記過度要求の基準と、許容できる過度要求を示す基準を比較するステップと、
前記過度要求が前記許容できる過度要求に従うものでない場合に考えられる処分のために前記フローを指定するステップと、を備え、
許容できる過度要求を示す前記基準は、前記ネットワークサービスと関連付けられた基準速度適応ポリシーに準拠し、実質的に同様の経路状態を経験するフローの前記期待される過度要求に依存して、決定されることを特徴とする方法。 - 前記フローは複数のメッセージを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記メッセージはデータパケットである、請求項2に記載の方法。
- 前記メッセージは、データネットワークを横断する際に前記メッセージによって使用される経路の1つ以上の特徴を示す情報を搬送する、請求項2又は請求項3に記載の方法。
- 前記メッセージは、前記データネットワーク内のエンドツーエンド経路の特徴を示す情報を搬送する、請求項4に記載の方法。
- 前記メッセージは、前記データネットワーク内の下流経路の特徴を示す情報を搬送する、請求項4又は請求項5に記載の方法。
- 前記メッセージは輻輳を示す情報を搬送する、請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記メッセージは、前記データネットワーク内の前記経路を横切るメッセージの往復時間(RTT)を示す情報を搬送する、請求項4乃至請求項7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記フローから1つ以上のメッセージを選択するステップをさらに備え、前記比較するステップは前記選択されたメッセージに関して実行される、請求項2乃至請求項8のいずれか1項に記載の方法。
- 特定のメッセージが前記フローから選択される確率が前記フローの前記過度要求に依存している、請求項9に記載の方法。
- 前記過度要求の基準は、前記フローの速度適応ポリシーに依存して決定される、先行する請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記期待される過度要求は、TCPに準拠するフローの過度要求の基準に関連して決定される、請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の方法。
- 許容できる過度要求を示す前記基準は、前記方法を実行するときの、ノードのロバスト性の所望されるレベルに関連して決定される、請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の方法。
- 許容できる過度要求を示す前記基準は、前記方法を実行するときの、ノードの応答性の所望されるレベルに関連して決定される、請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の方法。
- 許容できる過度要求を示す前記基準は、前記方法を実行するときの、ノードの状態要件に関連して決定される、請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の方法。
- 考えられる処分のための前記フローを指定する前記ステップは、前記フローの前記過度要求が許容できる過度要求の閾値レベルに合格する場合に行われる、請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の方法。
- 考えられる処分が行われるフローを指定する前記ステップの尤度が、前記過度要求と前記許容できる過度要求の間の差異の基準に依存する、請求項1乃至請求項16のいずれか1項に記載の方法。
- フローが指定される任意の考えられる処分の厳しさが、前記過度要求と前記許容できる過度要求の間の差異の基準に依存する、請求項1乃至請求項17のいずれか1項に記載の方法。
- 考えられる処分に対して指定されたフローに関して処置を行うステップをさらに備える、請求項1乃至請求項18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記処置は、考えられる処分に対して指定された1つ以上のフローから1つ以上のメッセージを廃棄することを備える、請求項19に記載の方法。
- 前記処置は、考えられる処分に対して指定された1つ以上のフローから1つ以上のメッセージを、より低い優先順位を有するトラフィッククラスに降格させることを備える、請求項19又は請求項20に記載の方法。
- 前記処置は、考えられる処分に対して指定された1つ以上のフローから1つ以上のメッセージにマークを付けることを備える、請求項19乃至請求項21のいずれか1項に記載の方法。
- マークを付ける前記処置は、前記フローの送信元に対して、前記送信元が前記マーク付けに適切に反応できない場合にさらなる処分が加えられる可能性があることを示す通知で、メッセージにマークを付けることを備える、請求項22に記載の方法。
- 前記処置は、考えられる処分に対して指定された1つ以上のフローから1つ以上の以後のメッセージを遅延させることを備える、請求項19乃至請求項23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記処置は、考えられる処分に対して指定された1つ以上のフローに速度制御を行うことを備える、請求項19乃至請求項24のいずれか1項に記載の方法。
- フローについて許容できる過度要求を示す前記基準は、前記フローについて過去の挙動の基準に依存して変えられてよい、請求項1乃至請求項25のいずれか1項に記載の方法。
- フローについて任意の考えられる処分の厳しさ及び/又は尤度が、前記フローについて過去の挙動の基準に依存して変えられてよい、請求項1乃至請求項26のいずれか1項に記載の方法。
- フローについて許容できる過度要求及び/又は前記期待される過度要求を示す前記基準は、前記フローのトラフィックのクラスに依存して変えられてよい、請求項1乃至請求項27のいずれか1項に記載の方法。
- データネットワーク内でフローを監視する装置であって、請求項1乃至請求項28のいずれか1項に記載の方法を実現するための前記ステップを実施するための手段を備える装置。
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