JP2009147578A - Ｉｐネットワークにおけるスイッチ装置及びダウンストリームデータ分散配信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰネットワークにおけるスイッチ装置及びダウンストリームデータ分散配信方法に関し、クライアント・サーバ通信におけるボトルネックとなるサーバ近辺のトラフィック負荷を軽減する。
【解決手段】クライアント装置側及びサーバ装置から送出されたパケットをパケットバッファ格納部１−１に一時的に格納し、クライアント装置側から送出されたＵＲＬによって要求されるダウンストリームデータをサーバ装置側から受信し、該ダウンストリームデータを当該ＵＲＬの情報と共に、スイッチ装置内の保存データ格納部１−５に保存し、クライアント装置側から要求されたデータのＵＲＬの情報を取得し、該ＵＲＬのデータが保存データ格納部１−５に格納されている場合に、クライアント装置側からデータ要求を上位装置に送出することなく、保存データ格納部１−５に格納されたダウンストリームデータをクライアント装置側へ送出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＰネットワークにおけるスイッチ装置及びダウンストリームデータ分散配信方法に関し、特に、ＩＰネットワークにおけるクライアント・サーバ通信のトラフィック負荷を軽減する負荷分散型のスイッチ装置及びダウンストリームデータ分散配信方法に関する。

図６は、ＩＰネットワークにおけるクライアント・サーバ構成例を示す。同図に示すように、各クライアント装置（以下、クライアントと記す。）Ｃ１〜Ｃ７は、スイッチ装置ＳＷ１〜ＳＷ８を介して、サーバ装置（以下、サーバと記す。）Ｓから、ストリーミングデータ等のダウンストリームデータをダウンロードする。今、クライアントＣ１がスイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を介してサーバＳからデータをダウンロードし、その後、クライアントＣ２も同一のデータをスイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ２を介してサーバＳからダウンロードしたとする。

すると、サーバＳ及びスイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ２は、同一のダウンストリームデータを重複して伝送することとなり、この重複ダウンストリームデータの送信によるトラフィック負荷の軽減を図る提案が各種成されている。ダウンストリームデータのトラフィック負荷を軽減する従来の技術として、マルチキャストフォワーディング、ＣＤＮ（Ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｐ２Ｐ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）等の技術が知られている。

マルチキャストフォワーディングは、ストリーミングデータの配信に対して有効な方法で、ＩＰマルチキャストアドレスを使用してサーバからデータを複数クライアントへ同時に送信する方法である。

ＣＤＮ（Ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）は、配信元サーバから複数のサーバに配信データをコピーして保存させておき、クライアントからのＤＮＳ（Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ）メッセージに対して、対応するＤＮＳサーバが、該ＤＮＳメッセージのＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ）により示される配信データの保存サーバの中から、該クライアントに最も近い保存サーバを選んで、該保存サーバから配信データを送信させる方法である。

Ｐ２Ｐ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）は、配信元サーバから配信データをダウンロードしたクライアントを管理サーバ側で管理し、過去にダウンロードした配信データと同一の配信データのダウンロード要求が新たなクライアントから発生したとき、過去にダウンロードしたクライアントにアクセスさせて配信し、配信元サーバの負荷分散を図る方法である。

上記、マルチキャストフォワーディング、ＣＤＮ（Ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｐ２Ｐ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）等による、動画データをコピーしながら配信する技術については、下記の非特許文献１に記載されている。また、下記の特許文献１には、Ｌ３のエッジルータとＬ２の下位ルータ間の回線で１つのマルチキャストのパケットを送信し、Ｌ２の下位ルータによって各受信者ホストに転送することで、回線の占有率を低減させて、帯域利用効率を改善するネットワーク間接続方法について記載されている。
日経ＮＥＴＷＯＲＫ ２００７ ５月号 日経ＢＰ社２００７年４月２２日発行 ｐ．３３〜３５ 特開２００３−３２２８７号公報

上述のマルチキャストフォワーディングによる負荷軽減は、マルチキャストアドレスを使用するため適用範囲が限られ、また、サーバが送信した動画データを多数の人が一斉に見るといったストリーミング方式で、リアルタイム型のコンテンツにしか使えないものである。

また、上記ＣＤＮ（Ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）による負荷軽減方法は、ＤＮＳサーバや配信データを管理するサーバに対して、複雑な送信手順やプロトコルの処理を実施する機能を組み込む必要があった。

本発明は、マルチキャストアドレス等を使用することなく、従ってアドレスによる適用制限がなく、また、特別なサーバに複雑な特殊機能を組み込むことなく、クライアント・サーバ通信にけるボトルネックとなるサーバ近辺のトラフィック負荷を軽減することができるスイッチ装置及びダウンストリームデータ分散配信方法を提供する。

上記課題を解決するためＩＰネットワークにおけるスイッチ装置として、クライアント装置側から送出されたパケット、及びサーバ装置から送出されたパケットを一時的に格納するパケットバッファ格納部と、クライアント装置側から送出されたＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ）によって要求されるダウンストリームデータをサーバ装置側から受信し、該ダウンストリームデータを当該ＵＲＬの情報と共に保存する保存データ格納部と、前記パケットバッファ格納部に格納されたパケットから、クライアント装置側からサーバに対して要求されたダウンストリームデータのＵＲＬの情報を取得し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されているかを検索し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されている場合に、クライアント装置側から送出されたＵＲＬのダウンストリームデータの要求を上位装置に送出することなく、前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータを、前記クライアント装置側へ送出する手段と、を備える。

また、ＩＰネットワークにおけるダウンストリームデータ分散配信方法として、クライアント装置側から送出されたパケット、及びサーバ装置から送出されたパケットをスイッチ装置内のパケットバッファ格納部に一時的に格納するステップと、クライアント装置側から送出されたＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ）によって要求されるダウンストリームデータをサーバ装置側から受信し、該ダウンストリームデータを当該ＵＲＬの情報と共に、スイッチ装置内の保存データ格納部に保存するステップと、前記パケットバッファ格納部に格納されたパケットから、クライアント装置側からサーバに対して要求されたダウンストリームデータのＵＲＬの情報を取得し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されているかを検索し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されている場合に、クライアント装置側から送出されたＵＲＬのダウンストリームデータの要求を上位装置に送出することなく、前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータを、前記クライアント装置側へ送出するステップと、を含む。

クライアントから一度要求のあったダウンストリームデータを、配信経路のスイッチ装置内で保存し、他のクライアントからの同一のダウンストリームデータの配信要求に対して、保存済みスイッチ装置から該ダウンストリームデータを配信することにより、クライアント・サーバ通信において、通信のボトルネックとなるサーバ近辺のトラフィック負荷を軽減することができる。

本発明によるスイッチ装置は、以下の機能を具備する。図１は本発明のスイッチ装置におけるクライアント側からのデータ要求（ダウンロード要求）のパケットに対して備える機能部を示す。パケットバッファ格納部１−１は、アップストリームパケット（クライアント側からのデータ要求以外のものも含む）を一時的に格納する。

パケットバッファ格納部１−１にパケットが格納されと、その中からクライアントからＵＲＬ（Uniform Resource Locator）によるダウンストリームデータ（以下、簡明化のために単に「データ」と記す場合がある）の要求が有るかを、ＵＲＬの取得部１−２で調べ、有る場合は該ＵＲＬを取得し、要求ＵＲＬの記憶部１−３に記憶する。該当ＵＲＬの検索部１−４は、取得されたＵＲＬを検索キーとして、保存データ格納部１−５に該ＵＲＬが格納されているか否かを検索する。

保存データ格納部１−５に該当ＵＲＬが格納されている場合、該ＵＲＬによって表される本体データを保存データ格納部１−５から読み出し、該当データの返信部１−６からクライアント側に返信する。保存データ格納部１−５に該当するＵＲＬが格納されていない場合は、スイッチング部１−７により、クライアントからのアップストリームパケットを上位のポートから上位装置へ送信する。

図２は本発明のスイッチ装置におけるサーバ側からのデータ（ダウンロードデータ）のパケットに対して備える機能部を示す。パケットバッファ格納部１−１は、ダウンストリームデータ（ダウンロードデータ以外のパケットも含む）を一時的に格納する。要求ＵＲＬの判別部２−１は、ダウンストリームデータのＵＲＬ情報を検索キーとして、パケットバッファ格納部１−１内に格納された、クライアント側からのダウンロード要求ＵＲＬを検索する。

要求ＵＲＬの判別部２−１により該当するＵＲＬが検索されると、該当データの保存処理部２−２により、該ＵＲＬと共にその本体のダウンストリームデータを保存データ格納部１−５に格納し保存する。以降、該保存データ格納部１−５に格納されたダウンストリームデータと同一データのダウンロード要求が他のクライアントから発せされたとき、要求されたＵＲＬ情報を基に保存データ格納部１−５を検索し、保存データ格納部１−５に格納済みのデータは、サーバからではなく当該スイッチ装置の保存データ格納部１−５から読み出して送信する。なお、該ダウンストリームデータは、スイッチング部１−７における通常のスイッチング機能により、ダウンロード先のクライアントへ至る所定のポートから送信される。

要求ＵＲＬの判別部２−１において、クライアントから要求されたＵＲＬのダウンストリームデータを判別する際に、ダウンストリームデータのフレームの特定の個所の情報を識別し、所定の条件に合致するフレームを優先的に選別して判別することにより判別処理の負荷軽減を図ることができる。

イーサネット（登録商標）フレームは図３のようなフォーマットをしており、送信先ＭＡＣアドレス（ＭＡＣ ＤＡ）、送信元ＭＡＣアドレス（ＭＡＣ ＳＡ）、タグＶＬＡＮ識別子（８０２．１ｑ Ｔａｇ）、タイプ又は長さ、ＩＰヘッダ、及びペイロードの情報が格納されている。

イーサネット（登録商標）フレームのヘッダの中の特定の情報を示す部分（例えば、処理すべきプルトコルモジュールを示すタイプの情報等）を抽出し、ダウンロードデータの条件と合致するフレームに対して、上述の処理を実施することにより、判別処理の負荷を軽減することができる。また、ＩＰヘッダの中の特定箇所の情報（例えば、送信元ＩＰアドレス又は上位プロトコルの情報等）を抽出し、ダウンロードデータの条件と合致するフレームに対して上述の処理を実施することにより、同様に判別処理の負荷を軽減することができる。

次に、上述の負荷分散型のスイッチ装置により保存されたデータの更新について説明する。各スイッチ装置は、保存しているデータの更新状況を定期的又は任意のタイミングで上位の装置に対して確認し、スイッチ装置内の記憶媒体に保存されているデータの更新を行う。

図４に示すＩＰネットワークにおけるクライアント・サーバ構成例において、サーバＳに対してクライアントＣ３からデータＡのダウンロードを要求すると、サーバＳからクライアントＣ３に至る経路上のスイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５にデータＡが保存され、全てのクライアントＣ１〜Ｃ７は、サーバＳにアクセスすることなく、スイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５の何れかによりデータＡを閲覧することができる。

しかし、サーバＳのデータＡが更新されデータＡ’となったとき、スイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５でデータ更新が行わなければ、全てのクライアントＣ１〜Ｃ７は常にデータＡを閲覧することになる。そこで各スイッチ装置ＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷ５は、上位のスイッチ装置又はサーバに対して、保存データの更新状況を定期的に確認し、データの更新を図る。

更新の方法は、上位装置がスイッチ装置であれば、スイッチ装置同士の独自のプロトコルによる更新状況の確認によって更新を行う構成とすることができる。上位装置がサーバであり、サーバとスイッチ装置との間で更新する場合（この間に、独自プロトコル非対応の他のスイッチ装置が介在する場合も同様。）は、当該スイッチ装置がクライアントの代理機能を使用し、クライアント−サーバ間で使用されるプロトコルを用いてデータを更新する。

図５にデータ更新のシーケンスを示す。同図に示すように、サーバＳでデータＡがデータＡ’に更新されたとすると、上位のスイッチ装置ＳＷ１は、クライアント−サーバ間のプロトコルを用いてデータを更新し、データＡ’を保存する。下位のスイッチ装置ＳＷ２は、上位のスイッチ装置ＳＷ１が独自プロトコルに対応したスイッチ装置であるかを確認し（５−１）、上位のスイッチ装置ＳＷ１から、独自プロトコルに対応したスイッチ装置であることを示す応答を受けると（５−２）、下位のスイッチ装置ＳＷ２は、データＡのＵＲＬを上位のスイッチ装置ＳＷ１に発行してデータＡのダウンロードを要求する（５−３）。上位のスイッチ装置ＳＷ１は該ＵＲＬを受信し、該ＵＲＬのデータＡ’を下位のスイッチ装置ＳＷ２に送出する（５−４）。

また、スイッチ装置に保存されているデータ毎に、保存時間（エージングタイム）を設定し、アクセスがないまま該保存時間（エージングタイム）を経過した保存データを削除する構成とすることにより、データの更新と保存領域の有効利用化を図ることができる。なお、スイッチ装置の管理者が手動により古いデータを削除することによって、データの更新を行うこともできる。

本発明のスイッチ装置におけるクライアント側からのデータ要求に対して備える機能部を示す図である。 本発明のスイッチ装置におけるサーバ側からのデータに対して備える機能部を示す図である。 イーサネット（登録商標）フレームのフォーマットを示す図である。 スイッチ装置により保存されたデータの更新についての説明図である。 データ更新のシーケンスを示す図である。 ＩＰネットワークにおけるクライアント・サーバ構成例を示す図である。

符号の説明

１−１ パケットバッファ格納部
１−２ ＵＲＬの取得部
１−３ 要求ＵＲＬの記憶部
１−４ 該当ＵＲＬの検索部
１−５ 保存データ格納部
１−６ 該当データの返信部
１−７ スイッチング部
２−１ 要求ＵＲＬの判別部
２−２ 該当データの保存処理部

Claims (8)

1. ＩＰネットワークにおけるサーバ装置とクライアント装置との間に介在するスイッチ装置において、
   クライアント装置側から送出されたパケット、及びサーバ装置から送出されたパケットを一時的に格納するパケットバッファ格納部と、
   クライアント装置側から送出されたＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ）によって要求されるダウンストリームデータをサーバ装置側から受信し、該ダウンストリームデータを当該ＵＲＬの情報と共に保存する保存データ格納部と、
   前記パケットバッファ格納部に格納されたパケットから、クライアント装置側からサーバに対して要求されたダウンストリームデータのＵＲＬの情報を取得し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されているかを検索し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されている場合に、クライアント装置側から送出されたＵＲＬのダウンストリームデータの要求を上位装置に送出することなく、前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータを、前記クライアント装置側へ送出する手段と、
   を備えたＩＰネットワークにおけるスイッチ装置。
2. 前記サーバ装置側から受信されるパケットの中から、クライアント装置側から要求されたダウンストリームデータを前記保存データ格納部に保存する際に、サーバ装置側から受信されるパケットのイーサネット（登録商標）フレームのヘッダの中の特定箇所の情報又はＩＰヘッダの中の特定箇所の情報を識別し、所定の条件に合致するパケットを優先的に選別し、要求されたダウンストリームデータか否かを判別する手段を備えた請求項１に記載のＩＰネットワークにおけるスイッチ装置。
3. 前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータの更新状況を、上位のスイッチ装置に対して定期的に確認して更新する手段と、
   サーバに対してクライアントの代理機能を使用し、クライアント−サーバ間で使用されるプロトコルを用いて前記ダウンストリームデータを更新する手段と、
   を備えた請求項１又は２に記載のＩＰネットワークにおけるスイッチ装置。
4. 前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータ毎に保存時間を設定し、該保存時間内における該ダウンストリームデータへのアクセス状況により、該ダウンストリームデータを選別的に削除する手段を備えた請求項１乃至３の何れか１項記載のＩＰネットワークにおけるスイッチ装置。
5. サーバ装置からスイッチ装置を介してクライアント装置へダウンストリームデータを配信するＩＰネットワークにおけるダウンストリームデータの分散配信方法において、
   前記クライアント装置側から送出されたパケット、及びサーバ装置から送出されたパケットをスイッチ装置内のパケットバッファ格納部に一時的に格納するステップと、
   クライアント装置側から送出されたＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ）によって要求されるダウンストリームデータをサーバ装置側から受信し、該ダウンストリームデータを当該ＵＲＬの情報と共に、スイッチ装置内の保存データ格納部に保存するステップと、
   前記パケットバッファ格納部に格納されたパケットから、クライアント装置側からサーバに対して要求されたダウンストリームデータのＵＲＬの情報を取得し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されているかを検索し、該ＵＲＬの情報によって要求されるダウンストリームデータが前記保存データ格納部に格納されている場合に、クライアント装置側から送出されたＵＲＬのダウンストリームデータの要求を上位装置に送出することなく、前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータを、前記クライアント装置側へ送出するステップと、
   を含むＩＰネットワークにおけるダウンストリームデータ分散配信方法。
6. 前記サーバ装置側から受信されるパケットの中から、クライアント装置側から要求されたダウンストリームデータを前記保存データ格納部に保存する際に、サーバ装置側から受信されるパケットのイーサネット（登録商標）フレームのヘッダの中の特定箇所の情報又はＩＰヘッダの中の特定箇所の情報を識別し、所定の条件に合致するパケットを優先的に選別し、要求されたダウンストリームデータか否かを判別するステップを含む請求項５に記載のＩＰネットワークにおけるダウンストリームデータ分散配信方法。
7. 前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータの更新状況を、上位のスイッチ装置に対して定期的に確認して更新するステップと、
   サーバに対してクライアントの代理機能を使用し、クライアント−サーバ間で使用されるプロトコルを用いて前記ダウンストリームデータを更新するステップと、
   を含む請求項５又は６に記載のＩＰネットワークにおけるダウンストリームデータ分散配信方法。
8. 前記保存データ格納部に格納されたダウンストリームデータ毎に保存時間を設定し、該保存時間内における該ダウンストリームデータへのアクセス状況により、該ダウンストリームデータを選別的に削除するステップを含む請求項５乃至７の何れか１項記載のＩＰネットワークにおけるダウンストリームデータ分散配信方法。

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