JP2009147874A - トラヒック制御装置、トラヒック制御方法、及びトラヒック制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】データ毎に異なる優先度に応じてトラヒック制御を行う。
【解決手段】入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するフロー分類部１２と、フロー毎に入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するレート決定部１５と、決定されたトークンレートに従ってフロー毎に入力パケットの出力を制御するフロー制御部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トークンを用いてパケット通信のトラヒックを制御するトラヒック制御装置、トラヒック制御方法、及びトラヒック制御プログラムに関する。

パケット通信において、トークンを用いてトラヒックを制御するトラヒック制御方式が利用されている。図５は、この方式による従来のトラヒック制御装置１００の構成を示すブロック図である。送信データや受信データは、トラヒック制御装置１００に入力されると、先ず一旦パケットバッファ１０１に蓄えられる。トークン生成部１０２は、レート決定部１０３が所定のアルゴリズムで決定したトークンレートでトークンを生成し、トークンバケット１０４へ出力する。トークンバケット１０４は、この入力されたトークンを随時蓄積していく。そして読出部１０５は、トークンバケット１０４にトークンが蓄積されていれば、パケットバッファ１０１からトークン１つ当り所定量の送信データや受信データを読み出して出力し、その際にトークンを１つ消費する（トークンバケット１０４からトークンを１つ削除する）。これにより、トークンレートによって制限される通信速度でパケット通信が行われて、トラヒックが制御される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１８９５９２号公報

ここで、上記した従来のトラヒック制御装置は、該トラヒック制御装置を具備した通信装置が通信する種々のデータの全体を一括的に制御している。例えば、Ａというアプリケーションで送信するデータａとＢというアプリケーションで送信するデータｂは区別されずに同等に取り扱われて、レート決定部１０３が決定した単一のトークンレートに従い、送信データがデータａであるかデータｂであるかは関係なく送信が行われる。したがって、もしデータａの送信の優先度が高くても、データａを優先して送信することが不可能である。このように、従来は、データ毎に異なる優先度に応じてトラヒック制御を行うことができなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、データ毎に異なる優先度に応じてトラヒック制御を行うことが可能なトラヒック制御装置、トラヒック制御方法、及びトラヒック制御プログラムを提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、一時蓄積した入力パケットを、所定のトークンレートで生成されるトークンを消費することで読み出して出力するトラヒック制御装置において、入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するフロー分類手段と、前記フロー毎に前記入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するレート決定手段と、前記決定されたトークンレートに従ってフロー毎に前記入力パケットの出力を制御するフロー制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記のトラヒック制御装置において、前記フロー分類手段は、入力されたパケットが既存のフローに分類されない場合に新しいフローに分類し、前記レート決定手段は、前記既存のフローのトークンレートに加えて前記新しいフローのトークンレートも決定し、前記フロー制御手段は、前記既存のフローに加えて前記新しいフローのパケット出力も制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記のトラヒック制御装置において、前記フロー制御手段は、前記決定されたトークンレートで生成されるトークンを蓄積するトークンバケットの蓄積量が所定量を超えたフローを破棄することを特徴とする。

また、本発明は、上記のトラヒック制御装置において、前記フロー分類手段は、入力されたパケットの所定のヘッダ情報が一致するかどうかによりフローの分類を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上記のトラヒック制御装置において、前記レート決定手段は、トークンレートをフローの種別に応じて決定することを特徴とする。

また、本発明は、上記のトラヒック制御装置において、前記決定されたトークンレートで生成されるトークンを蓄積するトークンバケットのサイズをフローの種別に応じて決定する手段を更に有することを特徴とする。

また、本発明は、上記のトラヒック制御装置において、前記フロー制御手段は、前記入力パケットを蓄積するパケットバッファからパケットが溢れたフローについて、トークンの生成中止、パケット送信元へのエラー通知、又は全パケットの送受信停止の少なくともいずれか１つの処理を行うことを特徴とする。

また、本発明は、入力パケットを一時蓄積し、所定のトークンレートで生成されるトークンを消費することで該蓄積した入力パケットを読み出して出力するトラヒック制御方法において、入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するステップと、前記フロー毎に前記入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するステップと、前記決定されたトークンレートに従ってフロー毎に前記入力パケットの出力を制御するステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明は、入力パケットを一時蓄積し、所定のトークンレートで生成されるトークンを消費することで該蓄積した入力パケットを読み出して出力するトラヒック制御装置のコンピュータに、入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するステップと、前記フロー毎に前記入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するステップと、前記決定されたトークンレートに従ってフロー毎に前記入力パケットの出力を制御するステップと、を実行させるためのトラヒック制御プログラムである。

本発明によれば、パケットをヘッダ情報に基づいてフローに分類し、トークンレートをフロー毎に決定するようにしたので、パケットはフロー毎に出力されその出力速度はフロー毎に異なる速度となる。したがって、データ毎に異なる優先度に応じてトラヒック制御を行うことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるトラヒック制御装置１０Ａの構成を示すブロック図である。トラヒック制御装置１０Ａは、主パケットバッファ１１と、フロー分類部１２と、複数のフロー制御部１３（１３−１，１３−２，１３−３，…）と、フロー情報管理部１４と、レート決定部１５と、を含んで構成される。また、各フロー制御部１３は、パケットバッファ２１と、トークン生成部２２と、トークンバケット２３と、読出部２４と、を含んで構成される。本トラヒック制御装置１０Ａは、送信データ（送信パケット）の送信あるいは受信データ（受信パケット）の受信を行う通信装置に具備され、該通信装置が通信する送信パケットや受信パケットを入力してトラヒックの制御を実行する。

主パケットバッファ１１は、トラヒック制御装置１０Ａへ入力された送信パケットや受信パケットを受け取って、それらデータを一時的に記憶する。主パケットバッファ１１のデータ構造はＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ：先入れ先出し）型である。つまり、主パケットバッファ１１に記憶されたデータは、先に記憶されたものから順に読み出される。

本発明では、トラヒック制御装置１０Ａへ入力されるデータを「フロー」に分類して取り扱う。ここで、フローとはパケット通信における通信単位を表す概念であり、例えば、あるアプリケーションによりある１つのデータ（ウェブブラウザがあるコンテンツデータをダウンロードする場合の当該コンテンツデータ等）を通信する際は、その１つのデータをやりとりする通信が、１つのフローとなる。

図２は、フローを具体的に説明するための図である。
図２（ａ）に示すように、パケットは先頭部にヘッダが、その後ろにデータ本体が配置された構造であり、ヘッダは更に、各プロトコル階層のヘッダ、即ち、アプリケーション層のヘッダ（ＨＴＴＰ（Ｈｙｐｅｒ Ｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であればＨＴＴＰヘッダ）やトランスポート層のヘッダ（ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であればＴＣＰヘッダ）やインターネット層のヘッダ（ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であればＩＰヘッダ）やリンク層のヘッダ（イーサネット（登録商標）ヘッダ等）からなる。

図２（ｂ）は、インターネット層のヘッダとトランスポート層のヘッダの各ヘッダ情報（の一部）を示したものである。
インターネット層のヘッダであるＩＰヘッダには、送信元アドレス、送信先アドレス、上位層プロトコル（ＩＰで受け取ったデータを上位層であるトランスポート層のどのプロトコルに受け渡すかを指定する情報）、ＤＳＣＰ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ；パケット転送の優先順位を指定する情報）、等のヘッダ情報が含まれている。
トランスポート層のヘッダは、上記したＴＣＰヘッダの他に、各プロトコルに応じてＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダ、ＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダがある。ＩＣＭＰヘッダのヘッダ情報は、ＩＣＭＰタイプ及びＩＣＭＰコードからなる。ＴＣＰヘッダ及びＵＤＰヘッダには、送信元ポート番号、送信先ポート番号、等のヘッダ情報が含まれている。

本発明においてフローは、インターネット層及びトランスポート層の図２に示した全てのヘッダ情報が一致している場合に同一のフローであると定義する。即ち、あるパケットと他のパケットが図２に示すヘッダ情報全てについて共通の値を有しているとき、その２つのパケットは同じフローに属し、１つのフローは、これら共通のヘッダ情報を持つパケットの集まりであるデータをやりとりする通信に対応する。例えば、インターネット層のプロトコルがＩＰ、トランスポート層のプロトコルがＴＣＰの場合、ＩＰヘッダの送信元アドレスと送信先アドレスと上位層プロトコルとＤＳＣＰ、及びＴＣＰヘッダの送信元ポート番号と送信先ポート番号、の計６つのヘッダ情報が全て一致するパケットを通信するのが１つのフローである。そして、例えば通信を行うアプリケーションがウェブブラウザであればＴＣＰヘッダの送信元ポート番号と送信先ポート番号は「８０」であり、電子メールソフトであれば送信元ポート番号と送信先ポート番号は「２５」や「１１０」であるので、ウェブブラウザによる通信と電子メールソフトによる通信は、互いに異なるフローになる。また、例えば同じウェブブラウザによる通信でも、送信元アドレス又は送信先アドレスが異なれば別のフローになる。

図１において、１つのフローには１つのフロー制御部１３がフロー分類部１２によって割り当てられ、どのフロー（図２のヘッダ情報で区別される）にどのフロー制御部１３が割り当てられているかの情報（フロー情報）がフロー情報管理部１４により管理されている。

フロー分類部１２は、主パケットバッファ１１からパケットを取り出して、そのパケットを図２のヘッダ情報に基づいてフローに分類し、分類したパケットが属するフローが既存のフローであるか新しいフローであるかを、フロー情報管理部１４が管理するフロー情報を参照することにより判定する。具体的には、フロー分類部１２は、主パケットバッファ１１から取り出したパケットのヘッダ情報（図２に示すヘッダ情報）をフロー情報管理部１４のフロー情報と照らし合わせ、フロー情報の中にヘッダ情報が全て一致するフローがあれば当該パケットのフローは既存のフローであると判定し、そのようなフローがなければ当該パケットのフローは新しいフローであると判定する。

既存のフローである場合、フロー分類部１２は、当該パケットをその既存フローに対応するフロー制御部１３のパケットバッファ２１へ転送する。また、新しいフローである場合（一番最初のフローの場合も同じ）、フロー分類部１２は、その新しいフローに対してあらたに１つフロー制御部１３を割り当て、この割り当てたフロー制御部１３のパケットバッファ２１へ当該パケットを転送する。このときフロー分類部１２は、更に、フロー情報をフロー情報管理部１４及びレート決定部１５へ通知する。

レート決定部１５は、フロー分類部１２から通知されたフロー情報に基づいて、各フロー制御部１３のトークン生成部２２が用いるトークンレートを該フロー制御部１３のフロー種別に応じた値に決定し、各トークン生成部２２に該決定した対応するトークンレートを通知する。図３は、レート決定部１５がトークンレートを決定するためのルールを定義したテーブルの一例である。図３によれば、レート決定部１５は、フロー種別が輻輳制御を行うプロトコルであるＴＣＰの場合、トークンレートをｒ１に決定し、フロー種別が輻輳制御を行わないプロトコルであるＵＤＰの場合、トークンレートをｒ２に決定し、フロー種別が制御用プロトコルであるＩＣＭＰの場合、トークンレートをｒ３に決定し、フロー種別がその他の場合、トークンレートをｒ４に決定する。なお、フロー種別（ここではＴＣＰか、ＵＤＰか、ＩＣＭＰか、その他か）は、フローを特徴付けている図２のヘッダ情報をフロー情報から判断することによって知ることができる。

例えば、ＩＰヘッダのヘッダ情報「上位層プロトコル」として値「６（ＴＣＰ）」を有するあるフローにフロー制御部１３−１が割り当てられているとすると、レート決定部１５は、このフロー制御部１３−１のフロー情報からフロー種別がＴＣＰであることを知り、当該フロー制御部１３−１のトークン生成部２２にトークンレートｒ１を通知する。

各フロー制御部１３のパケットバッファ２１は、フロー分類部１２から入力された該フロー制御部１３のフローに対応するパケットを受け取って蓄積する。パケットバッファ２１のデータ構造はＦＩＦＯ型であり、パケットバッファ２１に記憶されたデータは、先に記憶されたものから順に読み出される。

各フロー制御部１３のトークン生成部２２は、レート決定部１５から通知された該フロー制御部１３のフローに対応するトークンレートでトークンを生成し、トークンバケット２３へ出力する。なお、フロー分類部１２によって新しいフローへの割り当てが行われたフロー制御部１３のトークンバケット２３へは、その割り当ての時点で満量のトークンを与えるようにしてもよい。

各フロー制御部１３のトークンバケット２３は、トークン生成部２２から入力されるトークンを蓄積する。トークンバケット２３のデータ構造はパケットバッファ２１等と同じＦＩＦＯ型である。トークンバケット２３がトークンを最大で蓄積できる量であるトークンバケットサイズは、所定の固定値としてもよいし、あるいは、レート決定部１５が上記トークンレートと同様にトークンバケットサイズをフロー種別に応じて決定し、各トークンバケット２３に該決定した対応するトークンバケットサイズを通知することにより、各トークンバケット２３のトークンバケットサイズをフロー種別に応じたサイズに設定してもよい。図３のテーブルには、トークンバケットサイズを決定する一例（トークンバケットサイズｓ１〜ｓ４）も示されている。

トークンバケット２３に蓄積されているトークンの量は、トークン生成部２２からトークンが入力されると増加し、読出部２４がパケットバッファ２１からパケットを取り出す際に１つのトークンが消費されることにより減少する。トークンバケット２３が満量（トークンの蓄積量がトークンバケットサイズに達する）になった状態が所定時間継続した場合は、そのフローについてはパケットバッファ２１に送受信すべきパケットがなくなったとみなせるので、トークンバケット２３からフロー情報管理部１４へその旨を通知し、フロー情報管理部１４が当該フローと対応するフロー制御部１３との割り当てを解除（フローを破棄）する。

各フロー制御部１３の読出部２４は、トークンバケット２３にトークンが蓄積されていれば、パケットバッファ２１からトークン１つ当り所定量のパケットを読み出して出力し、その際にトークンを１つ消費する（トークンバケット２３からトークンを１つ削除する）。

このように、本実施形態によれば、パケットをヘッダ情報に基づいてフローに分類し、トークンレートやトークンバケットサイズをフロー毎に決定する構成とした。これにより、フロー毎に設けられた各フロー制御部１３の読出部２４から出力されるパケットの出力速度は、フロー毎に異なる速度となるので、データ毎に異なる優先度に応じてトラヒック制御を行うことが可能である。また、フロー情報を管理して新しいフローをあらたにフロー制御部１３に割り当てるとともに、トークンバケット２３が満量となったフローを破棄する構成とした。これにより、フロー制御部１３を動的に効率良く使用することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態によるトラヒック制御装置１０Ｂの構成を示すブロック図である。トラヒック制御装置１０Ｂは、主パケットバッファ１１と、フロー分類部１２と、複数のフロー制御部１３（１３−１，１３−２，１３−３，…）と、フロー情報管理部１４と、レート決定部１５と、を含んで構成される。また、各フロー制御部１３は、パケットバッファ２１と、トークン生成部２２と、トークンバケット２３と、読出部２４と、異常フロー処理部２５と、を含んで構成される。

本実施形態によるトラヒック制御装置１０Ｂは、前述した第１の実施形態によるトラヒック制御装置１０Ａの各フロー制御部１３に異常フロー処理部２５を追加した構成のものである。異常フロー処理部２５及びそれに関係する部分以外は第１の実施形態と同じであるので、以下ではその説明は省略する。

各フロー制御部１３のパケットバッファ２１は、第１の実施形態の場合と同じ様にフロー分類部１２から入力された該フロー制御部１３のフローに対応するパケットを受け取って蓄積するとともに、パケットバッファ２１からパケットが溢れたか否かに応じて異常フロー処理部２５へ通知を行う。具体的に、パケットバッファ２１は、パケットバッファ２１から溢れて破棄されたパケットを監視し、パケットの破棄が所定期間継続して行われた場合に、パケットバッファ２１からパケットが溢れたことを異常フロー処理部２５へ通知する。このような状況は、例えば、上位アプリケーションが輻輳制御を行わない場合に生じることになる。パケットの破棄が所定期間継続したかどうかの判定は、パケット破棄数の移動平均値や指数平滑値を用いて行うことができる。

各フロー制御部１３の異常フロー処理部２５は、パケットバッファ２１から上記の通知を受けた場合に、当該フロー制御部１３のフローを異常フローとして、次の（Ａ）〜（Ｃ）いずれかの処理を行う。
（Ａ）当該フロー制御部１３のトークン生成部２２にトークンの生成を中止することを指示する。これにより、このフロー（異常フロー）のパケットがトラヒック制御装置１０Ｂを通過しないことになるので、トラヒックをより良い状態に制御することができる。
（Ｂ）ＩＣＭＰ等の制御プロトコルを用いてパケットの送信元等にエラー（フローが異常であること）を通知する。これにより、当該フローのパケットが送信元から送信されないようになるので、トラヒックをより良い状態に制御することができる。
（Ｃ）主パケットバッファ１１に対して、全てのパケットの送受信を停止する（ＰＰＰ（Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）リンク等による接続を行っている場合はそのリンクを切断する）よう指示する。これにより、異常フローを発生させていた通信装置の通信が遮断されるので、トラヒックをより良い状態に制御することができる。

このように、本実施形態によれば、パケットバッファ２１からパケットが溢れたかどうかを基にフローの異常を判断し、異常なフローについてパケットの通信を制限する構成としたので、トラヒックをより良い状態に制御することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、レート決定部１５は、周知のトークンレート算出方法（一例として、通信網の状態（輻輳が生じているか否か等）に応じてトークンレートを算出する方法）を用いてトークンレートを算出した上で、更に、そのトークンレートに図３に示すフロー種別に応じた係数α１〜α４を乗じることによって、各フロー制御部１３のトークンレートを決定するようにしてもよい。

また、上述した図１や図４に示されるトラヒック制御装置の各部の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ（ＣＰＵ（中央処理装置）等の演算装置）に読み込ませて実行させることによって、トラヒック制御装置を構成するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態によるトラヒック制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明におけるフローを具体的に説明するための図である。 レート決定部がトークンレート（又はトークンバケットサイズ）を決定するためのルールを定義したテーブルの一例である。 本発明の第２の実施形態によるトラヒック制御装置の構成を示すブロック図である。 従来のトラヒック制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ…トラヒック制御装置 １１…主パケットバッファ １２…フロー分類部 １３（１３−１，１３−２，１３−３，…）…フロー制御部 １４…フロー情報管理部 １５…レート決定部 ２１…パケットバッファ ２２…トークン生成部 ２３…トークンバケット ２４…読出部 ２５…異常フロー処理部

Claims (9)

1. 一時蓄積した入力パケットを、所定のトークンレートで生成されるトークンを消費することで読み出して出力するトラヒック制御装置において、
   入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するフロー分類手段と、
   前記フロー毎に前記入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するレート決定手段と、
   前記決定されたトークンレートに従ってフロー毎に前記入力パケットの出力を制御するフロー制御手段と、
   を備えたことを特徴とするトラヒック制御装置。
2. 前記フロー分類手段は、入力されたパケットが既存のフローに分類されない場合に新しいフローに分類し、
   前記レート決定手段は、前記既存のフローのトークンレートに加えて前記新しいフローのトークンレートも決定し、
   前記フロー制御手段は、前記既存のフローに加えて前記新しいフローのパケット出力も制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラヒック制御装置。
3. 前記フロー制御手段は、前記決定されたトークンレートで生成されるトークンを蓄積するトークンバケットの蓄積量が所定量を超えたフローを破棄することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトラヒック制御装置。
4. 前記フロー分類手段は、入力されたパケットの所定のヘッダ情報が一致するかどうかによりフローの分類を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載のトラヒック制御装置。
5. 前記レート決定手段は、トークンレートをフローの種別に応じて決定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１の項に記載のトラヒック制御装置。
6. 前記決定されたトークンレートで生成されるトークンを蓄積するトークンバケットのサイズをフローの種別に応じて決定する手段を更に有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１の項に記載のトラヒック制御装置。
7. 前記フロー制御手段は、前記入力パケットを蓄積するパケットバッファからパケットが溢れたフローについて、トークンの生成中止、パケット送信元へのエラー通知、又は全パケットの送受信停止の少なくともいずれか１つの処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１の項に記載のトラヒック制御装置。
8. 入力パケットを一時蓄積し、所定のトークンレートで生成されるトークンを消費することで該蓄積した入力パケットを読み出して出力するトラヒック制御方法において、
   入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するステップと、
   前記フロー毎に前記入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するステップと、
   前記決定されたトークンレートに従ってフロー毎に前記入力パケットの出力を制御するステップと、
   を有することを特徴とするトラヒック制御方法。
9. 入力パケットを一時蓄積し、所定のトークンレートで生成されるトークンを消費することで該蓄積した入力パケットを読み出して出力するトラヒック制御装置のコンピュータに、
   入力されたパケットをそのヘッダ情報に基づいてフローに分類するステップと、
   前記フロー毎に前記入力パケットの出力を制御するためのトークンレートを決定するステップと、
   前記決定されたトークンレートに従ってフロー毎に前記入力パケットの出力を制御するステップと、
   を実行させるためのトラヒック制御プログラム。

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