JP2009077017A - データ中継システム、データ中継方法およびデータ中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延の増大を防止し、かつ、広域網内でＱｏＳ保証が可能なデータ中継システム、データ中継方法およびデータ中継装置を提供することを目的とする。
【解決手段】広域網１とカプセル化装置３との間に、プロトコル変換装置（データ中継装置）２を設ける。プロトコル変換装置２は、拠点網間を転送するパケットからセッション情報を検出し、検出したセッション情報に基づいて確認応答（ＡＣＫ）パケットを生成する。そして、生成した確認応答パケットを再び拠点網間を転送するパケットにカプセル化して、カプセル化装置３に送出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、データ中継システム、データ中継方法およびデータ中継装置に関する。

従来、広域網を介して複数のＬＡＮ（Local Area Network）を接続する場合、データ送信端末とデータ受信端末の間の通信性能を向上させる方法として、ＬＡＮ内で使用されるプロトコルのフロー制御を相互通知装置において終端し、広域網では、その広域網に最適なフロー制御パラメータにより通信を行う方式が提示されている（例えば、特許文献１参照）。
この方式は、データ転送端末とデータ受信端末が、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）のようなend-to-endで通信を制御するトランスポート層プロトコルを使用して通信を行う場合、広域網の中に大きな遅延時間を要する部分が存在すると、伝送遅延時間が長くなり通信スループットが低下する。この問題に対し、データ送信端末とデータ受信端末の中間に設置された複数の相互通信装置が、仮想的に通信プロトコルを終端することにより、伝送遅延時間を短く抑え通信スループットの低下を防止するものが知られている。

一方、近年、複数の拠点間で共通の広域網を介して、互いに独立した複数の拠点網、例えばＶＬＡＮ（Virtual LAN）を収容するＶＰＮ（Virtual Private Network）を用いた中継技術が普及している。
ＶＰＮでは、広域網と拠点網との境界にカプセル化装置を設置し、拠点網から広域網へ送信されるデータパケットをカプセル化し（以下、「カプセル化データパケット」と称す）、広域網を流れるデータパケットの所属ネットワーク（ＶＬＡＮ）を識別するため、所属ネットワーク（ＶＬＡＮ）の識別子を付与する。また、データパケット（ヘッダも含む）全体は、カプセル化され広域網内を転送されるときは、カプセル化データパケットのデータ部として扱われる。

このカプセル化方式の例として、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）のＲＦＣ（Request for Comments）２６６１で規定されたＬ２ＴＰ（Layer2 Tunneling Protocol）やＲＦＣ３３７８で規定されたEtherIP（イーサＩＰ）などがある。
特開平７−２５０１００号公報

特許文献１に記載された技術は、送信側および受信側の相互通信装置が、トランスポート層プロトコルのフロー制御を実施することにより、トランスポート層のセッションを仮想的に終端し、データ送信端末と相互通信装置、およびデータ受信端末と相互通信装置が、それぞれ独立にフロー制御を行えるようにしたものである。
しかしながら、もし前記したＶＰＮの技術に、特許文献１に記載された技術を適用すると、相互通信装置によりプロトコル変換された広域網転送用パケット全体がカプセル化装置によりカプセル化されるため、広域網転送用パケットは、カプセル化データパケットのデータ部となってしまう。このため、広域網内を転送しているにもかかわらず、広域網転送用プロトコルが機能しない。したがって、広域網転送用のプロトコルによる最適なフロー制御を行うことができず、伝送遅延時間の増大の防止することができない。

さらに、広域網転送用プロトコルがＸＴＰ（Xpress Transport Protocol）のようにＱｏＳ（Quality of Service）保証機能を持つ場合、広域網転送用パケットのヘッダ内にＱｏＳ制御情報が格納されるため、広域網転送用パケットが、カプセル化装置によりカプセル化されてしまうと、ＱｏＳ制御が機能せず、広域網内のＱｏＳ保証が不可能になるという問題がある。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大を防止し、かつ、広域網内でＱｏＳ保証が可能なデータ中継システム、データ中継方法およびデータ中継装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明のデータ中継システム、データ中継方法およびデータ中継装置は、広域網とカプセル化装置との間に、データ中継装置を設け、受信した拠点網間を転送するパケットからセッション情報を検出し、検出したセッション情報に基づいて確認応答パケットを生成し、再び拠点網へ転送するパケットにカプセル化して送出することを特徴とする。

本発明によれば、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大を防止し、かつ、広域網内でＱｏＳ保証が可能なデータ中継システム、データ中継方法およびデータ中継装置を提供することができる。

まず、本発明の実施形態における技術内容を明確にするために、ＶＰＮの技術に特許文献１に記載の技術を適用した場合の比較例について説明する。
なお、ＴＣＰにおいては、処理単位となるデータのまとまりをセグメントと呼ぶが、パケットという用語に統一して説明する。

図９は、ＶＰＮの構成例を示したものである。
ＶＰＮでは、広域網１と拠点網１１との境界にカプセル化装置３を設置している。カプセル化装置３は、拠点網１１から広域網１へ送信されるデータパケットをカプセル化し、広域網１を流れるデータパケットの所属ネットワーク（ＶＬＡＮ１あるいはＶＬＡＮ２）を識別するため、所属ネットワーク（ＶＬＡＮ）の識別子を付与するものである。このとき、データパケット全体は、カプセル化されて広域網１内を転送されるため、カプセル化データパケットのデータ部として扱われる。

このようなＶＰＮに特許文献１に記載の技術を適応すると、図１０のような構成になる。なお、図１０では、特許文献１に記載された相互通信装置をプロトコル変換装置５と言い換えている。
図１０に示すように、プロトコル変換装置５は、カプセル化装置３と拠点網１１との間に設置される。その理由は、送信側および受信側のプロトコル変換装置５が、トランスポート層プロトコルのフロー制御を実施することにより、トランスポート層のセッションを仮想的に終端し、データ送信端末４と送信側のプロトコル変換装置５、およびデータ受信端末４と受信側のプロトコル変換装置５が、それぞれ独立にフロー制御を行えるようにするためである。

もし、プロトコル変換装置５を広域網１とカプセル化装置３の間に設置したとすると、データパケットは、データパケット全体がカプセル化され、広域網内を転送されるときは、カプセル化データパケットのデータ部として扱われる。そのため、プロトコル変換装置５は、データパケット内のトランスポート層ヘッダのセッション情報を参照することができず、フロー制御を行うことができないものとなる。

したがって、ＶＰＮに特許文献１に記載の技術を適用しようとすると、プロトコル変換装置５は、カプセル化装置３と拠点網１１との間に設置せざるを得ないものである。しかし、この比較例の構成では、以下のような技術的課題が存在する。

図１１は、プロトコル変換装置５（拠点Ａ側５１、拠点Ｂ側５２とする）をカプセル化装置３（拠点Ａ側３１、拠点Ｂ側３２とする）と拠点網１１の間に設置した場合のパケットの流れを示した図である。

拠点Ａの送信端末４（拠点Ａ側４１とする）から送信されたデータパケット８１は、拠点Ａのプロトコル変換装置５１において、広域網転送用プロトコルのヘッダが付加された広域網転送用パケット８２となる。
ここで、広域網転送用プロトコルとして、ＴＣＰ（Transport Control Protocol）や、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｘ．２５で規定されるプロトコルを使用してもよいし、ＸＴＰフォーラムで開発されたＸＴＰのようなＱｏＳ保証が可能な高速伝送プロトコルを使用してもよい。

次に、拠点Ａのカプセル化装置３１において、広域網転送用パケット８２は、カプセル化されて、カプセル化データパケット８３となり広域網１へ送信される。

ところが、このような方式では、広域網転送用パケット８２がカプセル化データパケット８３のデータ部になってしまうため、広域網内を転送しているにもかかわらず、広域網転送用プロトコルが機能しない。したがって、広域網用のプロトコルによる最適なフロー制御を行うことができず、またＸＴＰが持つ高速転送アルゴリズムが機能しないため、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大を防止することができず、通信スループットの低下を防止することができない。

さらに、広域網転送用プロトコルがＸＴＰのようにＱｏＳ保証機能を持つ場合、広域網転送用パケット８２のヘッダ内にＱｏＳ制御情報が格納されるため、広域網転送用パケット全体が広域網１において転送されている間は、カプセル化データパケット８３のデータ部としてしか扱われないため、ＱｏＳ制御が機能せず、広域網１内でのＱｏＳ保証が不可能になる。

以上説明したように、ＶＰＮの技術に特許文献１に記載の技術を単に適用した比較例では、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大を防止することはできず、また、広域網内でのＱｏＳ保証機能を発揮させることもできない。

次に、本発明を実施するための最良の形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ中継システムの構成例を示す図である。
データ中継システム１００は、データパケットを送受信する複数の端末４に接続された複数の独立した拠点網１１と、拠点網１１と接続されたカプセル化装置３と、カプセル化装置３と接続され、広域網１との中継を行うデータ中継装置であるプロトコル変換装置２とを備える。ここで、プロトコル変換装置２は、拠点網１１で使用させるプロトコルと、広域網１で使用されるプロトコルとの間のプロトコル変換を行うものである。

各拠点に存在する複数の独立した拠点網１１とは、例えば拠点ＡのＶＬＡＮ１とＶＬＡＮ２、拠点ＢのＶＬＡＮ１とＶＬＡＮ２であり、両拠点のＶＬＡＮ１同士あるいはＶＬＡＮ２同士は、それぞれネットワーク層レベルで同一ネットワークであり、同じＶＬＡＮに所属する端末同士でデータの送受信を行うが、ＶＬＡＮ１とＶＬＡＮ２の相互ではルータを介さない限り通信を行うことはできない。

本実施形態に係る図１の構成と、前記した比較例における図１０の構成との違いは、図１０においては、プロトコル変換装置５が、カプセル化装置３と拠点網１１との間に設定されるのに対し、本実施形態においては、プロトコル変換装置２が、広域網１とカプセル化装置３の間に設定されていることである。

ここで、各拠点網１１の通信における物理層およびデータリンク層プロトコルは、イーサネット（登録商標）、ネットワーク層プロトコルはＩＰ（Internet Protocol）、トランスポート層プロトコルはＴＣＰ、上位層はＦＴＰ（File Transfer Protocol）、ＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）、ＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）などとする。
カプセル化装置３とプロトコル変換装置２の間の通信における物理層およびデータリンク層プロトコルはイーサネット（登録商標）、ネットワーク層プロトコルはＩＰであり、カプセル化装置３におけるカプセル化方式はイーサＩＰとする。
広域網１の通信における物理層およびデータリンク層プロトコルはイーサネット（登録商標）、ネットワーク層はＸＴＰとする。

次に、拠点Ａの送信端末から拠点Ｂの受信端末へのパケットの流れを図２に示し、各装置の機能について説明する。

まず、カプセル化装置３（拠点Ａ側３１、拠点Ｂ側３２とする）の機能について説明する。
拠点Ａのカプセル化装置３１は、送信端末４１から拠点網１１を介してデータパケット９１を受信すると、予め定められたカプセル化方式（例えばイーサＩＰ）を用いてカプセル化してカプセル化データパケット９２を生成する。このカプセル化データパケット９２に拠点網１１（例えばＶＬＡＮ１あるいはＶＬＡＮ２）の識別子を付与し、プロトコル変換装置２１へ送信する。

一方、拠点Ｂのカプセル化装置３２は、プロトコル変換装置２２からカプセル化データパケット９２を受信すると、カプセル化を解除して元のデータパケット９１を複製し、カプセル化データパケット９２に付与された拠点網１１（例えばＶＬＡＮ１あるいはＶＬＡＮ２）の識別子から送信すべき拠点網１１を判断し、データパケット９１を拠点網１１を介して受信端末４２に送信する。

次に、プロトコル変換装置（データ中継装置）２（拠点Ａ側２１、拠点Ｂ側２２とする）の機能について説明する。
拠点Ａのプロトコル変換装置２１は、カプセル化装置３１からカプセル化データパケット９２を受信すると、広域網転送用パケット９３に変換し、広域網転送用プロトコルにより広域網１へ送信する。
一方、拠点Ｂのプロトコル変換装置２２は、広域網１から受信した広域網転送用パケット９３を、カプセル化データパケット９２に変換し、カプセル化装置３２へ送信する。

このように、広域網転送用プロトコルにより広域網１へ送信することにより、広域網内を転送中に広域網転送用プロトコルを機能させ、最適なフロー制御を行い、広域網間の伝送遅延時間の増大を防止することができる。さらに、広域網転送用プロトコルにＱｏＳ保証機能があれば、広域網１内の転送時にＱｏＳ保証を実現できる。

また、拠点Ａのプロトコル変換装置２１は、カプセル化装置３１からカプセル化データパケット９２を受信すると、受信端末４２の代わりに確認応答（ＡＣＫ）パケットを生成し（以下、「代理応答パケット」と称す）、この代理応答パケットをカプセル化して、カプセル化装置３１に送信する機能を有する。カプセル化した代理応答パケット（以下、「カプセル化代理応答パケット」と称す）の具体的な生成方法については、後述する。

次に、図３を参照しつつ、第１の実施形態に係るカプセル化装置３およびプロトコル変換装置２のパケットの処理の流れをプロトコル構成例とともに説明する。
なお、データパケットは、拠点Ａから拠点Ｂへ向けて送信されたものとする。

拠点Ａのカプセル化装置３１は、送信端末４１から拠点網１１を介してデータパケットを受信すると、イーサＩＰ方式を用いてデータパケットをカプセル化してカプセル化データパケット９２を生成し、拠点Ａのプロトコル変換装置２１へ送信する。
このとき、データパケット９１を受信した拠点網１１（ＶＬＡＮ１あるいはＶＬＡＮ２）を示す識別子として、カプセル化データパケット９２のイーサネット（登録商標）ヘッダにＶＬＡＮタグを付加する。なお、カプセル化されたデータパケット９１（ヘッダも含む）全体は、広域網１内を転送されるときはカプセル化データパケット９２のデータ部として扱われる。

次に、拠点Ａのプロトコル変換装置２１は、カプセル化装置３１からカプセル化データパケット９２を受信すると、カプセル化データパケット９２のヘッダを読み込み、カプセル化方式（イーサＩＰ）を判断し、カプセル化されたデータパケット９１の先頭位置を検出し、データパケット９１のヘッダよりトランスポート層プロトコルとトランスポート層のヘッダの位置を検出し、トランスポート層ヘッダよりトランスポート層のセッション情報を取得し、トランスポート層のセッション情報からデータパケットの代理応答パケットを生成する。そして、代理応答パケットをカプセル化装置３１のカプセル化方式（イーサＩＰ）によりカプセル化し、カプセル化代理応答パケットを生成しカプセル化装置３１に送信する。
プロトコル変換装置２１からカプセル化代理応答パケットを受信したカプセル化装置３１は、カプセル化を解除して代理応答パケットを複製し、拠点網１１を介して送信端末４１に送信する。

このように、プロトコル変換装置２１が、データ送信端末４１の代わりに確認応答パケットの代理応答をすることにより、トランスポート層のセッションを仮想的に終端する通信システムが実現できる。

次に、プロトコル変換装置２１における、カプセル化代理応答パケットの生成方法について説明する。

図４は、プロトコル変換装置（データ中継装置）２の構成を示す機能ブロック図である。
プロトコル変換装置２は、パケットの中継処理を行う制御部２００と、カプセル化装置３および広域網１と接続し通信するための外部インタフェース３００とを備えている。

また、制御部２００は、パケット判定・転送部２１０と、プロトコル変換部２２０と、セッション情報検出部２３０と、代理応答（確認応答）パケット生成部２４０とを備えている。

パケット判定・転送部２１０は、外部インタフェース３００で受信したパケットが、ＴＣＰパケットであるかを判定し、さらにＴＣＰパケットであると判定した場合には、そのパケットが、ＳＹＮパケット、ＳＹＮ＋ＡＣＫパケット、ＡＣＫパケットなど、どの種別のパケットであるか判定し、転送処理を行う。また、代理応答パケット生成部２４０で生成されたカプセル化代理応答パケットを、カプセル化装置３へ転送する処理を行う。
プロトコル変換部２２０は、カプセル化装置３から受信したカプセル化パケットを広域網転送用パケットに、また、広域網１から受信した広域網転送用パケットをカプセル化パケットに変換する処理を行う。
セッション情報検出部２３０は、カプセル化データパケットのヘッダから、カプセル化方式を検出し、データパケットのヘッダからトランスポート層プロトコルとトランスポート層ヘッダのセッション情報を検出する。また、セッション情報検出部２３０はメモリ部２３５を有し、検出したセッション情報（図７に示す通信状態管理テーブル７００参照）を登録し、管理する機能を有する。
代理応答パケット生成部２４０は、セッション情報検出部２３０に登録されたセッション情報に基づき、データパケットの確認応答（ＡＣＫ）パケットを生成し、カプセル化することで、カプセル化代理応答パケットを生成する機能を有する。

次に、プロトコル変換装置２が、カプセル化代理応答パケットを生成する具体的な処理の流れについて図４〜図６を参照して説明する。
図５は、プロトコル変換装置２１が受信したカプセル化データパケット９２のヘッダ部分の構造を示したものである。また、図６は、プロトコル変換装置２１が受信したパケットが、ＴＣＰパケットであり、カプセル化代理応答パケットを生成する必要があるか、パケット判定・転送部２１０が、判断する処理の流れを示したものである。

図６に示すように、外部インタフェース３００を介してパケット判定・転送部２１０がパケットを受信すると（ステップＳ６００→Ｙｅｓ）、パケット判定・転送部２１０は、イーサネット（登録商標）ヘッダ内にあるタイプフィールド５０１を参照し、上位プロトコルがＩＰかどうか判断する（ステップＳ６０１）。上位プロトコルがＩＰでなければ（ステップＳ６０１→Ｎｏ）、代理応答は不要として、受信したカプセル化パケットを広域網１へ転送する（ステップＳ６０６）。

ステップＳ６０１の結果、上位プロトコルがＩＰであれば（ステップＳ６０１→Ｙｅｓ）、ＩＰヘッダ内のプロトコルフィールド５０２を参照し、上位プロトコルがイーサＩＰかどうか判断する（ステップＳ６０２）。上位プロトコルがイーサＩＰでなければ（ステップＳ６０２→Ｎｏ）、代理応答は不要として、カプセル化パケットを広域網１へ転送する（ステップＳ６０６）。

ステップＳ６０２の結果、上位プロトコルがイーサＩＰであれば（ステップＳ６０２→Ｙｅｓ）、カプセル化領域のイーサネット（登録商標）ヘッダ内にあるタイプフィールド５１１を参照し、上位プロトコルがＩＰかどうか判断する（ステップＳ６０３）。上位プロトコルがＩＰでなければ（ステップＳ６０３→Ｎｏ）、代理応答は不要として、受信したカプセル化パケットを広域網１へ転送する（ステップＳ６０６）。

ステップ６０３の結果、上位パケットがＩＰであれば（ステップＳ６０３→Ｙｅｓ）、カプセル化領域のＩＰヘッダ内のプロトコルフィールド５１２を参照し、上位プロトコルがＴＣＰかどうかを判断する（ステップＳ６０４）。上位プロトコルがＴＣＰでなければ（ステップＳ６０４→Ｎｏ）、代理応答は不要として、受信したカプセル化パケットを広域網１へ転送する。

そして、ステップＳ６０４の結果、上位プロトコルがＴＣＰであり（ステップＳ６０４→Ｙｅｓ）、カプセル化領域のＴＣＰパケットにデータが搭載されていれば、代理応答パケット生成部２４０は、セッション情報検出部２３０のメモリ部２３５に登録されたセッション情報である通信状態管理テーブル７００（詳細は後述）の情報にしたがい、カプセル化代理応答パケットを生成する（ステップＳ６０５）。

次に、代理応答パケット生成部２４０におけるカプセル化代理応答パケットを生成する処理について詳細に説明する。

パケット判定・転送部２１０の処理により、受信したカプセル化データパケットが、ＴＣＰパケットであり代理応答が必要と判断された場合、代理応答パケット生成部２４０は、まず、ＴＣＰプロトコルにしたがった通常の確認応答（ＡＣＫ）パケットの生成を行う。具体的には、代理応答パケット生成部２４０は、セッション情報検出部２３０のメモリ部２３５に登録された通信状態管理テーブル７００を参照して、代理応答パケットの生成を行う。

図７に、通信状態管理テーブル７００の構成例を示す。
通信状態管理テーブル（セッション情報）７００には、プロトコル変換装置２１、２２を介して現在データ送信を行っているＴＣＰセッションに関する情報が登録され、セッション情報検出部２３０により、セッションごとに登録・抹消がなされ管理される。セッション情報の内容は、ＴＣＰセッションの開設を要求した端末４１のＩＰアドレス７０１とポート番号７０２、ＴＣＰセッションの開設を許可した端末４２のＩＰアドレス７０３とポート番号７０４、シーケンス番号７０５、ＴＣＰセッションの状態７０６などが登録される。
このＴＣＰセッションの情報を用いて、代理応答パケット生成部２４０は、確認応答（ＡＣＫ）パケットの生成を行う。

ここでセッション情報検出部２３０が検出した通信状態管理テーブル７００には、確認応答パケットを生成するために通常必要な端末のＩＰアドレスなど７０１〜７０６のセッション情報に加えて、カプセル化するために必要なＴＣＰセッションの情報が登録される。例えば、ＴＣＰセッションの開設を要求した端末４１が存在する拠点のカプセル化装置３１のＩＰアドレス７１０とポート番号７１１、ＴＣＰセッションの開設を許可した端末４２が存在する拠点のカプセル化装置３２のＩＰアドレス７１２とポート番号７１３、カプセル化方式７１４などを登録している。

次に、代理パケット生成部２４０は、生成した確認応答（ＡＣＫ）パケットに、カプセル化パケットのイーサＩＰヘッダとＩＰヘッダとイーサネット（登録商標）ヘッダを付加し、カプセル化代理応答パケットを生成する。
代理パケット生成部２４０は、通信状態管理テーブル７００を参照し、カプセル化パケットのＩＰヘッダ内の宛先ＩＰアドレスには拠点Ａのカプセル化装置３１のＩＰアドレス７１０、送信元ＩＰアドレスには拠点Ｂのカプセル化装置３２のＩＰアドレス７１２を登録し、その他、パケット長やヘッダチェックサムなどのフィールドに値を入れる。さらに、カプセル化パケットのイーサネット（登録商標）ヘッダの宛先ＭＡＣアドレスには拠点Ａのカプセル化装置３１のＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレスには拠点Ａのプロトコル変換装置２１のＭＡＣアドレスを記載する。
そして、代理応答パケット生成部２４０で生成されたカプセル化代理応答パケットは、パケット判定・転送部２１０により、カプセル化装置３１に送出される。

このようにプロトコル変換装置２１において、カプセル化された代理応答パケットを生成することで、仮想的にＴＣＰプロトコルを終端する通信システムを実現でき、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大の防止をすることにより、通信スループットの低下を防止することが可能となる。

次に、プロトコル変換装置２１、２２が実施する通信状態管理テーブル８００の更新方法について、図８を参照して説明する。

データ送信端末４１とデータ受信端末４２との間でＴＣＰセッションを開設してデータ転送を行う場合、ＴＣＰセッション開設要求であるＳＹＮパケット８２００やＳＹＮ＋ＡＣＫパケット８２０５が、カプセル化されて（８２０１、８２０６）各プロトコル変換装置２１、２２を通過する。このとき、各プロトコル変換装置２１、２２のパケット判定・転送部２１０は、カプセル化パケット８２０１、８２０６のカプセル化領域内のＴＣＰヘッダを上述の手順で参照し、それがＳＹＮパケットやＳＹＮ＋ＡＣＫパケットだと種別すると、新たなＴＣＰセッションが発生したと判断し、セッション情報検出部２３０により通信状態管理テーブル７００に追加登録する。

次に、ＴＣＰセッションが開設され、データ送受信を始めると、各プロトコル変換装置２１、２２は、送受信するカプセル化パケット８２２１や８２３０などのカプセル化領域内のＴＣＰヘッダを参照し、ＴＣＰセッションの状態（通信状態やシーケンス番号など）を検出して通信状態管理テーブル７００を更新し、通信状態管理テーブル７００の登録情報に基づきカプセル化代理応答パケットを生成する。

最後に、データ送信端末４１とデータ受信端末４２との間でＴＣＰセッションを切断してデータ転送を終了する場合、ＴＣＰセッション切断要求であるＦＩＮパケット８２５０やＡＣＫ＋ＦＩＮパケット８２６０が、カプセル化されて（８２５１、８２６１）各プロトコル変換装置２１、２２を通過する。このとき、各プロトコル変換装置２１、２２のパケット判定・転送部２１０はカプセル化パケット８２５１、８２６１のカプセル化領域内にＴＣＰヘッダを上述の手順で参照し、それがＦＩＮパケットあるいはＡＣＫ＋ＦＩＮパケットと判明すると、セッション情報検出部２３０により通信状態管理テーブル７００の登録を抹消する。

このようにすることで、広域網においてカプセル化方式を導入する通信システムでも、データ送信端末とデータ受信端末がＴＣＰのようなトランスポート層プロトコルを用いて、end-to-endで通信を制御する通信プロトコルにより通信を行う場合、広域網とカプセル化装置との間に設置されたプロトコル変換装置が代理応答をすることにより、仮想的に通信プロトコルを終端する通信システムを実現できる。そして、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大を防止することにより、通信スループットの低下を防止することが可能となる。さらに、広域網転送用プロトコルにより広域網へ送信することにより、広域網転送用プロトコルにＱｏＳ保証機能があれば、広域網内の転送時にＱｏＳ保証を実現した通信が可能となる。

なお、プロトコル変換装置（データ中継装置）は、上述の機能を論理記号で表し、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などでＬＳＩ化したり、ネットワークプロセッサなどで各機能を並列に動作させることが可能である。さらに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたコンピュータ上で動作するソフトウェアにおいても実現可能である。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るデータ中継システムの構成例を示す図である。
第１の実施形態との違いは、第１の実施形態が、広域網を介した通信システムであるのに対し、第２の実施形態は、広域網の代わりに移動体と地上の基地局との間を結ぶ無線伝送路を介して、地上の端末と車上の端末が通信する移動体通信システムであることである。

図１２に記載のデータ中継システムにおいては、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）のＲＦＣ２００２で規定されたモバイルＩＰ方式を用いることにより、地上の端末９４１と車上の端末９４２の間でＴＣＰのセッションを確立しデータパケットを送受信する。

モバイルＩＰ方式は拠点（地上側）と基地局（地上側）と車上側の３種類のモバイルＩＰルータ９３１、９３２、９３３が連携して移動体９０１の位置を把握しデータパケットを転送し、転送先を明示するために元のデータパケットをカプセル化して、モバイルＩＰヘッダを付加したモバイルＩＰパケットを生成する。

第１の実施形態と比較すると、モバイルＩＰルータ（拠点）９３１およびモバイルＩＰルータ（車上）９３３が、カプセル化装置３（図１参照）に相当する。
したがって、無線伝送路９６０の伝送遅延時間が大きい場合、図１２に示すように、地上側においては無線機９５１とモバイルＩＰルータ９３１との境界の位置にプロトコル変換装置９２３（基地局）を設置し、車上側においては無線機９５２とモバイルＩＰルータ９３３との境界の位置にプロトコル変換装置９２２（車上）を設置する。そうすると、本発明の第１の実施形態と同様に、プロトコル変換装置９２３が、端末９４１に対して代理応答することにより、仮想的に通信プロトコルを終端するシステムが実現でき、伝送遅延時間の増大を防止することができる。

図１３にカプセル化パケットのヘッダ部分の構造を示す。
プロトコル変換装置９２３が、カプセル化データパケットを受信すると、イーサネット（登録商標）ヘッダ内にあるタイプフィールド５５１を参照し、上位プロトコルがモバイルＩＰであれば、モバイルＩＰヘッダ内のプロトコルフィールド５５２を参照する。そして、上位プロトコルがＩＰであれば、カプセル化領域内のＩＰヘッダ内にあるプロトコルフィールド５６１を参照し、さらに、上位プロトコルがＴＣＰであれば、カプセル化代理応答パケットの生成を行う。

また、図１４に第２の実施形態におけるデータパケットの流れを示す。
第１の実施形態における広域網１が第２の実施形態では無線伝送路９６０に相当する。ここで、無線伝送路９６０に伝送されるパケットはＸＴＰなどの広域網転送用プロトコルを用いた広域網転送用パケットである。
カプセル化装置（拠点）９３１からカプセル化データパケット９９２を受信したプロトコル変換装置（基地局）９２３は、カプセル化代理応答パケットを生成し、カプセル化装置（拠点）９３１へ転送することにより、仮想的にＴＣＰプロトコルを終端する。これにより、地上側の端末９４１とプロトコル変換装置（基地局）９２３との間で、独立したフロー制御を可能にするものである。

このように、モバイルＩＰ方式をカプセル化方式と考えれば、移動体通信システムの地上側および車上側にプロトコル変換装置９２３、９２２を設置することで、移動体通信システムでも、データ送信端末とデータ受信端末がＴＣＰのようなトランスポート層プロトコルを用いてend-to-endで通信を制御する通信プロトコルにより通信を行い、データ送信端末およびデータ受信端末に対して代理応答をすることにより仮想的に通信プロトコルを終端する通信システムが実現できる。このため、データ送信端末とデータ受信端末との間の伝送遅延時間の増大を防止することにより、通信スループットの低下を防止することが可能である。さらに、広域網転送用プロトコルにより広域網へ送信することにより、広域網転送用プロトコルにＱｏＳ保証機能があれば、無線伝送路への転送時にＱｏＳ保証を実現できる。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態において、カプセル化装置でデータパケットをカプセル化する際にカプセル化領域を暗号化し、カプセル化を解除する際にカプセル化領域を複合化する構成にしてもよい。
カプセル化領域を暗号化する場合、プロトコル変換装置もカプセル化装置が持つものと同じ暗号鍵を持ち、カプセル化代理応答パケットの生成時や通信状態管理テーブルの登録、更新、削除の際には、カプセル化領域を一時的に復号化し、広域網やカプセル化装置へ送信する際に再度カプセル化領域を暗号化すればよい。

また、第１の実施形態および第２の実施形態において、カプセル化装置とプロトコル変換装置の機能を統合した中継装置により、カプセル化装置とプロトコル変換装置の処理を合わせて行ってもよい。

本発明の第１の実施形態に係るデータ中継システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るデータパケットの流れを示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るデータパケットの流れをプロトコル構成例とともに示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプロトコル変換装置の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るカプセル化データパケットのヘッダ構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るカプセル化代理応答パケットの生成手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るプロトコル変換装置が管理するセッション情報を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るデータ中継システムの動作手順を示す図である。 データ中継システムの構成の比較例を示すブロック図である。 データ中継システムの構成の比較例を示すブロック図である。 データ中継システムの構成の比較例に係るデータパケットの流れを示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るデータ中継システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るカプセル化データパケットのヘッダ構造を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るデータパケットの流れをプロトコル構成例とともに示す図である。

符号の説明

１ 広域網
２ プロトコル変換装置（データ中継装置）
３ カプセル化装置
４ 端末
１１ 拠点網
１００ データ中継システム
２００ 制御部
２１０ パケット判定・転送部
２２０ プロトコル変換部
２３０ セッション情報検出部
２３５ メモリ部
２４０ 代理応答パケット生成部
３００ 外部インタフェース
７００ 通信状態管理テーブル（セッション情報）

Claims (8)

1. 複数の端末が接続された複数の拠点網が、データ中継装置を介して広域網に接続され、前記端末が前記拠点網および前記広域網を介してパケットの送受信を行い、前記広域網内は前記拠点網と接続されたカプセル化装置が前記パケットをカプセル化して転送し、送信端末と受信端末とが互いに前記パケットの送達確認を行いながら通信を行うデータ中継システムにおいて、
   前記拠点網間を転送する前記パケットを中継処理する前記データ中継装置が、前記広域網と前記カプセル化装置の間に設置されることを特徴とするデータ中継システム。
2. 前記データ中継装置は、
   前記拠点網間を転送する前記パケットのヘッダ情報と、前記広域網を転送するパケットにカプセル化されたカプセル化データパケットのヘッダ情報とから端末間のセッション情報を検出するセッション情報検出部と、
   前記セッション情報検出部により検出されたセッション情報をもとに、前記受信端末の代わりに確認応答パケットを生成しカプセル化する代理応答パケット生成部と
   前記代理応答パケット生成部で生成したカプセル化された確認応答パケットを、前記カプセル化装置に転送するパケット判定・転送部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のデータ中継システム。
3. 前記検出されたセッション情報には、送信側および受信側のカプセル化装置のアドレスが含まれることを特徴とする請求項２に記載のデータ中継システム。
4. 複数の端末が接続された複数の拠点網が、データ中継装置を介して広域網に接続され、前記端末が前記拠点網および前記広域網を介してパケットの送受信を行い、前記広域網内は前記拠点網と接続されたカプセル化装置が前記パケットをカプセル化して転送し、送信端末と受信端末とが互いに前記パケットの送達確認を行いながら通信を行うデータ中継方法において、
   前記データ中継装置は、
   拠点網間を転送する前記パケットのヘッダ情報と、前記広域網を転送するパケットにカプセル化されたカプセル化データパケットのヘッダ情報とから端末間のセッション情報を検出し、
   前記検出されたセッション情報をもとに、前記受信端末の代わりに確認応答パケットを生成してカプセル化し、
   前記生成したカプセル化された確認応答パケットを、前記カプセル化装置に転送することを特徴とするデータ中継方法。
5. 前記検出されたセッション情報には、送信側および受信側のカプセル化装置のアドレスが含まれることを特徴とする請求項４に記載のデータ中継方法。
6. 複数の端末が接続された複数の拠点網が広域網に接続され、前記端末が前記拠点網および前記広域網を介してパケットの送受信を行い、前記広域網内は前記拠点網と接続されたカプセル化装置が前記パケットをカプセル化して転送し、送信端末と受信端末とが互いに前記パケットの送達確認を行いながら通信を行うデータ中継システムに用いられるデータ中継装置において、
   前記広域網と前記カプセル化装置の間に設置されることを特徴とするデータ中継装置。
7. 前記拠点網間を転送する前記パケットのヘッダ情報と、前記広域網を転送するパケットにカプセル化されたカプセル化データパケットのヘッダ情報とから前記端末間のセッション情報を検出するセッション情報検出部と、
   前記セッション情報検出部により検出されたセッション情報をもとに、前記受信端末の代わりに確認応答パケットを生成しカプセル化する代理応答パケット生成部と、
   前記代理応答パケット生成部で生成したカプセル化された確認応答パケットを、前記カプセル化装置に転送するパケット判定・転送部と
   を備えること特徴とする請求項６に記載のデータ中継装置。
8. 前記検出されたセッション情報には、送信側および受信側のカプセル化装置のアドレスが含まれることを特徴とする請求項７に記載のデータ中継装置。

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