JP2009111747A

JP2009111747A - 中継装置および方法、並びに、プログラム

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Publication number: JP2009111747A
Application number: JP2007282199A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shigei; 博之茂井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-21
Also published as: US20100128619A1; EP2214349A1; CN101675624A; WO2009057670A1

Abstract

【課題】パケットの輻輳の発生を抑制する。
【解決手段】受信制御部１４１は、ポート１３２−１乃至１３２−ｎを介してマルチキャストパケットを受信した場合、受信したマルチキャストパケットをバッファ１４４に蓄積させる。受信帯域測定部１４３は、受信制御部１４１からバッファ１４４への経路を単位時間当たりに通過するマルチキャストパケットのストリームの受信帯域を測定し、単位時間毎に測定値を送信制御部１４６に通知する。送信制御部１４６は、送信帯域が受信帯域に応じた送信閾値未満であるポート１３２からは、バッファ１４４に蓄積されているマルチキャストパケットを送信しないように制御する。本発明は、例えば、レイヤ２スイッチに適用できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、中継装置および方法、並びに、プログラムに関し、特に、パケットの輻輳を抑制するようにした中継装置および方法、並びに、プログラムに関する。

昨今、パケットのマルチキャストの仕様へのIP（Internet Protocol）ネットワークのバックボーンの対応が進み、マルチキャストパケットがホームネットワーク上を流れるようになった。特に、IPTV（Internet Protocol TV）のサービスなどでは、20Mbps（Bits Per Second）を超えるマルチキャストパケットがホームネットワーク上を流れることもある。

しかし、レイヤ２（L2、データリンク層）のネットワークであるホームネットワークにおいて使用される従来の標準的なレイヤ２スイッチ（スイッチングハブ）は、マルチキャストの仕様に十分対応していないものが多く、マルチキャストパケットをブロードキャストパケットと同様に処理してしまう。

例えば、マルチキャストの仕様に対応していない従来のレイヤ２スイッチにおいては、図１に示されるように、受信したマルチキャストパケットはバッファ１１に蓄積された後、他の装置が接続されている全てのポートＡ乃至Ｄの数だけマルチキャストパケットがコピーされ、コピーされたマルチキャストパケットがポートＡ乃至Ｄから送信される。そして、全てのポートＡ乃至Ｄからマルチキャストパケットが送信された後、送信されたマルチキャストパケットがバッファ１１から削除され、バッファ１１に蓄積されている次のパケットの送信処理が行われる。

従って、各ポートに接続されているネットワーク内にマルチキャストグループに属する端末装置が存在しなくても各ポートから所定の帯域でマルチキャストパケットが転送されるため、例えば、ポートＢに他のポートより転送速度が落ちるネットワークが接続されている場合、マルチキャストパケットの送信時に、ポートＢがボトルネックとなって、レイヤ２スイッチ内でパケットの輻輳が発生し、パケットロス等が発生するときがある。例えば、マルチキャストパケットのストリームの受信帯域よりポートＢの送信帯域が狭い場合、ポートＢ以外のポートの送信帯域に余裕があったとしても、バッファ１１が溢れ、パケットロスが発生し、ポートＢからの送信が成功したマルチキャストパケットのみ、他のポートＡ、ＣおよびＤから送信される現象が発生する。

この現象は、IGMP（Internet Group Management Protocol）スヌーピング機能を有するレイヤ２スイッチにおいても、マルチキャストグループに属する端末装置が転送速度の遅いネットワーク内に存在する場合には発生する可能性がある。

そこで、従来、ATM（Asynchronous Transfer Mode）ネットワークのマルチキャストコネクション制御装置において、リソース管理セル（ＲＭセル）を用いてフォワードコネクションにおける輻輳状態を検出し、送信レートを制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３１２６５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、パケットの輻輳の発生後の対応に関するものであり、パケットの輻輳を未然に防ぐことは困難である。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、パケットの輻輳の発生を抑制することができるようにするものである。

本発明の一側面の中継装置は、パケットの中継を行う中継装置において、受信パケットのストリームの受信帯域を測定する測定手段と、前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御する送信制御手段とを備える。

前記受信パケットをマルチキャストパケットとマルチキャストパケットとは異なるパケットとに分類する分類手段をさらに含み、前記測定手段には、マルチキャストパケットのストリームの受信帯域のみを測定させることができる。

前記中継装置には、レイヤ２のプロトコルに基づいてパケットの中継を行わせることができる。

本発明の一側面の中継方法またはプログラムは、パケットの中継を行う中継装置の中継方法、または、パケットの中継を行う中継処理を、コンピュータに実行させるプログラムにおいて、受信パケットのストリームの受信帯域を測定し、前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御するステップを含む。

本発明の一側面においては、受信パケットのストリームの受信帯域が測定され、前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信が制御される。

本発明の一側面によれば、受信パケットのストリームの受信帯域に応じて、マルチキャストパケットの送信が制御される。特に、本発明の一側面によれば、パケットの輻輳の発生が抑制される。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の一側面の中継装置（例えば、図２のブロードバンドルータ１１１またはレイヤ２スイッチ１１２Ａ乃至１１２Ｃ）は、第１に、受信パケットのストリームの受信帯域を測定する測定手段（例えば、図３の受信帯域測定部１４３）と、前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御する送信制御手段（例えば、図３の送信制御部１４６）とを含む。

本発明の一側面の中継装置（例えば、図２のブロードバンドルータ１１１またはレイヤ２スイッチ１１２Ａ乃至１１２Ｃ）は、第２に、前記受信パケットをマルチキャストパケットとマルチキャストパケットとは異なるパケットとに分類する分類手段（例えば、図３の受信制御部１４１）をさらに含み、前記測定手段は、マルチキャストパケットのストリームの受信帯域のみを測定する。

本発明の一側面の中継方法またはプログラムは、パケットの中継を行う中継装置（例えば、図２のブロードバンドルータ１１１またはレイヤ２スイッチ１１２Ａ乃至１１２Ｃ）の中継方法、または、パケットの中継を行う中継処理を、コンピュータに実行させるプログラムにおいて、受信パケットのストリームの受信帯域を測定し（例えば、図４のステップＳ２）、前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御する（例えば、図４のステップＳ６）ステップを含む。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について説明する。

図２は、本発明を適用したネットワークシステムの一実施の形態を示すブロック図である。図２のネットワークシステム１０１は、例えば、一般的なホームネットワークシステムとされ、インターネット、キャリア網（例えば、CDN（Content Delivery Network）など）などの外部のネットワークとの接続を行い、少なくともレイヤ２およびレイヤ３（L3、ネットワーク層）のプロトコルに基づいてパケットの中継を行うブロードバンドルータ１１１、少なくともレイヤ２のプロトコルに基づいてパケットの中継を行う中継装置であるレイヤ２スイッチ１１２Ａ乃至１１２Ｃ、並びに、情報処理装置、AV（Audio/Visual）機器、家電製品などのネットワーク対応装置である端末装置１１３Ａ−１乃至１１３Ａ−ｐ、１１３Ｂ−１乃至１１３Ｂ−ｑ、および、１１３Ｃ−１乃至１１３Ｃ−ｒを含み、レイヤ２のネットワーク網を構成している。

ブロードバンドルータ１１１は、上述したように外部のネットワークに接続されるとともに、レイヤ２スイッチ１１２Ａおよび１１２Ｂと接続されている。レイヤ２スイッチ１１２Ａは、レイヤ２スイッチ１１２Ｃ、および、端末装置１１３Ａ−１乃至１１３Ａ−ｐと接続されている。レイヤ２スイッチ１１２Ｂは、端末装置１１３Ｂ−１乃至１１３Ｂ−ｑと接続されている。レイヤ２スイッチ１１２Ｃは、１１３Ｃ−１乃至１１３Ｃ−ｒと接続されている。

なお、以下、レイヤ２スイッチ１１２Ａ乃至１１２Ｃを個々に区別する必要がない場合、単に、レイヤ２スイッチ１１２と称する。また、以下、端末装置１１３Ａ−１乃至１１３Ｃ−ｒを個々に区別する必要がない場合、単に端末装置１１３と称する。

図３は、ブロードバンドルータ１１１およびレイヤ２スイッチ１１２のレイヤ２のプロトコルに基づく通信機能を実現する部分であるレイヤ２通信部の機能的構成を示すブロック図である。図３のレイヤ２通信部１３１は、受信制御部１４１、バッファ１４２、受信帯域測定部１４３、バッファ１４４、送信帯域検出部１４５、および、送信制御部１４６を含むように構成される。

受信制御部１４１は、ポート１３２−１乃至１３２−ｎを介して外部から受信したパケットの宛先MAC（Media Access Control）アドレスを参照し、宛先MACアドレスがユニキャストアドレスまたはブロードキャストアドレスの場合、パケットをバッファ１４２に蓄積させ、宛先MACアドレスがマルチキャストアドレスの場合、受信帯域測定部１４３を介して、バッファ１４４に蓄積させる。すなわち、受信制御部１４１は、マルチキャストパケットとマルチキャストパケットとは異なるパケットを分類して、バッファに蓄積させる。また、受信制御部１４１は、パケットを受信したポート１３２−１乃至１３２−ｎ、および、受信したパケットの送信元MACアドレスを送信制御部１４６に通知する。

なお、以下、ポート１３２−１乃至１３２−ｎを個々に区別する必要がない場合、単にポート１３２と称する。

バッファ１４２は、上述したように、宛先MACアドレスがユニキャストアドレスであるユニキャストパケット、または、宛先MACアドレスがブロードキャストアドレスであるブロードキャストパケットが蓄積される。

受信帯域測定部１４３は、例えば、パケットカウンタなどにより構成され、受信制御部１４１からバッファ１４４への経路を単位時間当たりに通過するマルチキャストパケットのストリームの受信帯域を測定し、単位時間毎に測定値を送信制御部１４６に通知する。

バッファ１４４は、上述したように、宛先MACアドレスがマルチキャストアドレスであるマルチキャストパケットが蓄積される。

送信帯域検出部１４５は、各ポート１３２の送信帯域を検出し、検出結果を送信制御部１４６に通知する。なお、各ポート１３２の送信帯域の検出方法の例については後述する。

送信制御部１４６は、図４を参照して後述するように、バッファ１４２および１４４に蓄積されているパケットの各ポート１３２からの送信を制御する。また、送信制御部１４６は、直接または他のレイヤ２スイッチ１１２などを介して間接的に各ポート１３２に接続されている端末装置１１３のMACアドレスの学習を行い、各ポート１３２と各ポート１３２に直接または間接的に接続されている端末装置１１３のMACアドレスとの対応関係を示すアドレステーブルを更新する。

次に、図４のフローチャートを参照して、ブロードバンドルータ１１１またはレイヤ２スイッチ１１２により実行されるパケット中継処理について説明する。

ステップＳ１において、送信帯域検出部１４５は、各ポート１３２の送信帯域を検出する。例えば、送信帯域検出部１４５は、各ポート１３２に接続されているケーブルの物理的な帯域を、各ポート１３２の送信帯域として検出する。例えば、10Base-Tの規格に基づくケーブルが接続されているポート１３２の送信帯域は、10Mbpsと検出され、100Base-TXの規格に基づくケーブルが接続されているポート１３２の送信帯域は、100Mbpsと検出される。

また、例えば、送信帯域検出部１４５は、QoS（Quolity of Service）機能を用いて設定された各ポート１３２の帯域幅の制限値（例えば、シェーパー値など）を、各ポート１３２の送信帯域として検出する。

送信帯域検出部１４５は、検出した各ポート１３２の送信帯域の値を送信制御部１４６に通知する。

ステップＳ２において、受信帯域測定部１４３は、受信帯域の測定を開始する。具体的には、受信帯域測定部１４３は、受信制御部１４１からバッファ１４４への経路を単位時間当たりに通過するマルチキャストパケットのストリームの受信帯域を測定し、単位時間毎に測定値を送信制御部１４６に通知する処理を開始する。

ステップＳ３において、受信制御部１４１は、パケットを受信したかを判定する。パケットを受信したと判定された場合、処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、受信制御部１４１は、パケットを分類する。具体的には、受信制御部１４１は、受信したパケットの宛先MACアドレスにユニキャストアドレスまたはブロードキャストアドレスが設定されている場合、受信したパケットをバッファ１４２に蓄積させ、宛先MACアドレスにマルチキャストアドレスが設定されている場合、受信したパケットをバッファ１４４に蓄積させる。

また、受信制御部１４１は、パケットを受信したポート１３２、および、受信したパケットの送信元MACアドレスを送信制御部１４６に通知する。送信制御部１４６は、通知された情報に基づいて、各ポート１３２に直接または間接的に接続されている端末装置１１３のMACアドレスの学習を行い、アドレステーブルを更新する。

ステップＳ５において、送信制御部１４６は、次に送信するパケットがマルチキャストパケットであるかを判定する。送信制御部１４６は、バッファ１４２および１４４のパケットの蓄積順において、次に送信するパケットがマルチキャストパケットであると判定した場合、処理はステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、送信制御部１４６は、パケットストリームの受信帯域および各ポート１３２の送信帯域に基づいて、パケットの送信を制御する。具体的には、例えば、送信制御部１４６が、IGMP（Internet Group Management Protocol）スヌーピングなどの機能を有しており、次に送信するマルチキャストパケットの受信を要求している端末装置１１３が接続されているポート１３２の特定が可能である場合、それらのポート１３２のうち、送信帯域が受信帯域測定部１４３により測定された受信帯域に応じた閾値（以下、送信閾値とも称する）以上であるポート１３２を、パケットを送信するポートとして選択する。

また、例えば、送信制御部１４６が、IGMPスヌーピングなどの機能を有しておらず、次に送信するマルチキャストパケットの受信を要求している端末装置１１３が接続されているポート１３２を特定できない場合、すなわち、マルチキャストパケットをブロードキャストパケットとして扱う場合、パケットを受信したポート１３２以外のポート１３２のうち、他の装置が接続されており、送信帯域が送信閾値以上であるポート１３２を、パケットを送信するポートとして選択する。

送信制御部１４６は、バッファ１４４に蓄積されている次に送信するマルチキャストパケットをコピーし、ポート１３２から送信する処理を、選択した全てのポート１３２について行う。送信制御部１４６は、選択した全てのポート１３２からのマルチキャストパケットの送信が終了した後、送信したマルチキャストパケットをバッファ１４４から消去する。

なお、送信閾値は、例えば、受信帯域測定部１４３により測定された受信帯域と同じ値、受信帯域＋α、受信帯域×βなどの値に設定される。なお、αは、例えば、ユーザにより設定される任意の値であり、負の値でもよい。また、βは、例えば、ユーザにより設定される任意の値であり、１未満の値でもよい。

その後、処理はステップＳ３に戻り、それ以降の処理が行われる。

一方、ステップＳ５において、次に送信するパケットがマルチキャストパケットでないと判定された場合、処理はステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、送信制御部１４６は、パケットに設定されている送信先にパケットを送信する。具体的には、例えば、次に送信するパケットがユニキャストパケットである場合、送信制御部１４６は、バッファ１４２に蓄積されている次に送信するパケットをコピーし、パケットの宛先MACアドレスと一致するMACアドレスを有する端末装置１１３が直接または間接的に接続されているポート１３２から、コピーしたパケットを送信する。送信制御部１４６は、パケットの送信が終了した後、送信したパケットをバッファ１４２から消去する。

また、例えば、次に送信するパケットがブロードキャストパケットである場合、送信制御部１４６は、バッファ１４２に蓄積されている次に送信するパケットをコピーし、ポート１３２から送信する処理を、パケットを受信したポート１３２以外のポート１３２のうち、他の装置が接続されている全てのポート１３２について行う。送信制御部１４６は、パケットの送信が全て終了した後、送信したパケットをバッファ１４２から消去する。

これにより、例えば、図５に示されるように、送信帯域が異なるポートＡ乃至Ｄを介してバッファ１４４に蓄積されているマルチキャストパケットを送信しようとした場合、ポートＢの送信帯域が、受信帯域測定部１４３により測定された受信帯域に応じた送信閾値未満であるとき、ポートＢに接続されているネットワークがマルチキャストリーフから外され、ポートＡ、ＣおよびＤからのみパケットが送信される。

従って、送信帯域が狭いポート１３２がボトルネックとなり、マルチキャストパケットの転送速度が低下し、ブロードバンドルータ１１１またはレイヤ２スイッチ１１２内においてパケットの輻輳が発生することが抑制され、その結果、ネットワークシステム１０１全体のパケットの輻輳の発生が抑制される。また、マルチキャストパケットの転送速度の低下が抑制されることにより、バッファ１４４の容量を小さく抑えることができるとともに、パケットの転送により生じる遅延時間を短縮することができる。

なお、以上の説明では、レイヤ２のプロトコルに基づいてパケットの中継を行う場合の処理の例を示したが、本発明は、特定のプロトコルに限定されることなく、パケットのマルチキャストを行う仕様を有するプロトコルに基づいてパケットの中継を行う処理に適用することが可能である。

また、以上の説明では、マルチキャストパケットのストリームのみ受信帯域を測定する例を示したが、マルチキャストパケット以外のパケットのストリームの受信帯域を測定するようにしてもよい。

さらに、パケットのブロードキャストを行う場合についても同様に、送信帯域が送信閾値未満であるポート１３２からはブロードキャストパケットを送信しないようにすることも可能である。

上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。

図６は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。

コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）３０１，ROM（Read Only Memory）３０２，RAM（Random Access Memory）３０３は、バス３０４により相互に接続されている。

バス３０４には、さらに、入出力インタフェース３０５が接続されている。入出力インタフェース３０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部３０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部３０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部３０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部３０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア３１１を駆動するドライブ３１０が接続されている。

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU３０１が、例えば、記憶部３０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース３０５及びバス３０４を介して、RAM３０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

コンピュータ（CPU３０１）が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア３１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。

そして、プログラムは、リムーバブルメディア３１１をドライブ３１０に装着することにより、入出力インタフェース３０５を介して、記憶部３０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部３０９で受信し、記憶部３０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM３０２や記憶部３０８に、あらかじめインストールしておくことができる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

なお、本明細書において、システムの用語は、複数の装置、手段などより構成される全体的な装置を意味するものとする。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

従来のマルチキャストパケットの中継処理の例を説明するための図である。本発明を適用したネットワークシステムの一実施の形態を示すブロック図である。レイヤ２の通信機能を実現するレイヤ２通信部の機能的構成を示すブロック図である。パケット中継処理を説明するためのフローチャートである。本発明におけるマルチキャストパケットの中継処理の例を説明するための図である。コンピュータの構成例を示す図である。

符号の説明

１０１ネットワークシステム，１１１ブロードバンドルータ，１１２レイヤ２スイッチ，１１３端末装置，１３１レイヤ２通信部，１３２ポート，１４１受信制御部，１４２バッファ，１４３受信帯域測定部，１４４バッファ，１４５送信帯域検出部，１４６送信制御部

Claims

パケットの中継を行う中継装置において、
受信パケットのストリームの受信帯域を測定する測定手段と、
前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御する送信制御手段と
を含む中継装置。
前記受信パケットをマルチキャストパケットとマルチキャストパケットとは異なるパケットとに分類する分類手段を
さらに含み、
前記測定手段は、マルチキャストパケットのストリームの受信帯域のみを測定する
請求項１に記載の中継装置。
レイヤ２のプロトコルに基づいてパケットの中継を行う
請求項１に記載の中継装置。
パケットの中継を行う中継装置の中継方法において、
受信パケットのストリームの受信帯域を測定し、
前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御する
ステップを含む中継方法。
パケットの中継を行う中継処理を、コンピュータに実行させるプログラムにおいて、
受信パケットのストリームの受信帯域を測定し、
前記受信パケットがマルチキャストパケットである場合、送信帯域が前記受信帯域に応じた閾値未満であるポートからは前記受信パケットを送信しないようにパケットの送信を制御する
ステップを含む処理を実行させるプログラム。