JP2011523315A - 端末マルチキャスト状態の取得方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、インターネット・グループ管理プロトコルIGMPを実装するIPネットワークにおいて特定のMACアドレスをもつネットワーク装置（１０２−１、１０２−２、２０２−１、２０２−２）にメッセージを送る方法であって：ネットワーク端末によって前記ネットワーク装置（１０２−１、１０２−２、２０２−１、２０２−２）に、前記特定のMACアドレスとして設定された宛先アドレスを含むマルチキャスト・グループ管理状態メッセージを送る段階を含む方法を提供する。

Description

本発明は概括的には端末状態を取得するためのネットワーク装置および方法に関し、より詳細にはグループ管理プロトコルを実装するためにIPネットワークにおいて端末状態を取得するためのネットワーク装置および方法に関する。

インターネット・グループ管理プロトコル（IGMP: Internet Group Management Protocol）は、現在のIPネットワーク、たとえばIP TVネットワーク・テレビジョン・システム、IP会議テレビジョン・システム、IPオンライン教育コース等におけるマルチキャスト・マルチメディア・アプリケーションによって広く用いられる典型的なグループ管理プロトコルである。

図１は、典型的なIPマルチキャスト・アーキテクチャの概略図である。ローカル・ルータとリモート・ルータとの間でマルチキャスト・ルーティング・プロトコルが使用される。このプロトコルは、距離ベクトル・マルチキャスト・ルーティング・プロトコル（DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol）、プロトコル独立マルチキャスト‐密モード（PIM-DM: Protocol Independent Multicast-Dense Mode）または他のプロトコルであることができる。IGMPはローカル・ルータと複数のIGMPホストとの間で使われる。IGMPホストが、セットトップボックス（STB: set top box）、パーソナル・コンピュータ（PC: personal computer）、携帯情報端末（Personal Digital Assistant）等の、IGMPをサポートするいかなるユーザー端末であってもよいことがわかる。

典型的なIGMPホストは、このプロトコルによって、ローカル・ルータに、あるマルチキャスト・グループにはいりそのメッセージを受信することを所望していることを通知する。一方、ローカル・ルータは定期的に、ローカル・エリア・ネットワーク内の既知のグループのメンバーがアクティブ状態にあるかどうかを（すなわち、このネットワーク・セクション内のあるマルチキャスト・グループに属するいくらかのメンバーがまだいるかどうかを）問い合わせする。そのルータの直接相互接続セクション内のメンバーシップ情報を生成および維持するためである。グループ・メンバー（IGMPホスト）からの報告に基づいて、ローカル・ルータは、そのグループのマルチキャスト・パケットを取り付けられたネットワークに転送し続けることを維持するかどうかの決定をする、あるいは取り付けられたネットワークへのマルチキャスト・パケットの転送を止めることによってそのブランチを枝刈りする（prune）ことができる。

現在のところ、使用するためのIGMPの三つのバージョンが存在している。IGMPv1、v2およびv3である。IGMPv1およびIGMPv2については、ローカル・ルータは、マルチキャスト・パケットをそのグループに転送することが必要とされているかどうかを判定するためにグループ全体の状態を得ることができるだけであり、ネットワーク上のホストごとのメンバーシップ状態を追跡することは不可能である。これは、すべてのメンバーが返答する代わりに、グループの一メンバーだけに報告メッセージを送らせるという重複報告抑制のためである。これは、ビデオ送信における深刻な帯域幅損失につながる。というのも、あるIGMPホストがグループを離脱する場合、ローカル・ルータは、そのグループのアクティブ状態のため、相変わらずそのホストにマルチキャスト・ビデオ・パケットを送信することがありうるからである。

ネットワーク上のホストごとのメンバーシップ状態を追跡するために、IGMPv3では重複報告抑制が取り消される。すなわち、ローカル・ルータが、ローカル・エリア・ネットワーク内の既知のグループのメンバーがアクティブ状態であるかどうかを定期的に問い合わせするとき、グループ内の各アクティブIGMPホストは抑制なしで報告を与える。

図２は、IGMP問い合わせ、報告および離脱のメッセージ・フローを示すIPネットワークの概略図である。図において、ローカル・ルータ１００はIGMP問い合わせメッセージを、イーサネット（登録商標）スイッチ１０２−１ないし１０２−２による転送により、ホスト１０４−１ないし１０４−３を含むグループに送る。各アクティブ・ホストは、それぞれの報告メッセージを返答として送る。このようにして、ルータは、このネットワーク上のホストごとのメンバーシップ状態を追跡できる。

しかしながら、IMGPv3を使うローカル・ルータ１００はネットワーク内のすべてのホストの状態を得ることができるだけである。さらに、問い合わせメッセージは、マルチキャスト・モードで送られ、各ホストはマルチキャスト応答を与える。これは帯域幅損失につながる。さらに、上記の方法は、IGMPv1およびIGMPv2ネットワークにおけるホストのような、重複報告抑制のあるホストは使用できない。

本発明のある側面によれば、インターネット・グループ管理プロトコルIGMPを実装するIPネットワークにおいて特定のMACアドレスをもつネットワーク装置（１０２−１、１０２−２、２０２−１、２０２−２）にメッセージを送る方法であって：ネットワーク端末によって前記ネットワーク装置（１０２−１、１０２−２、２０２−１、２０２−２）に、前記特定のMACアドレスとして設定された宛先アドレスを含むマルチキャスト・グループ管理状態メッセージを送る段階を含む方法が提供される。

本発明はまた、インターネット・グループ管理プロトコルを実装するIPネットワークにおいて、少なくとも一つのネットワーク端末（４０４−１、４０４−２、４０４−３）を含むマルチキャスト・グループと接続するネットワーク装置（１０２−１、１０２−２、２０２−１、２０２−２）において使用される、端末状態を取得する方法であって：前記マルチキャスト・グループのネットワーク端末に、前記ネットワーク装置の特定のMACアドレスとして設定された宛先アドレスを含むマルチキャスト・グループ管理状態メッセージを送る段階を含む方法が提供される。

本発明のこれらおよびその他の側面、特徴および利点は、付属の図面との関連で以下の記述から明白となるであろう。

従来技術の典型的なIPマルチキャスト・アーキテクチャの概略図である。 従来技術に基づく、IGMP問い合わせ、報告および離脱メッセージを示すIPネットワークの概略図である。 本発明のある実施形態に基づく、IGMP問い合わせ／報告メッセージ・フローを示すIPネットワークの概略図である。 本発明の諸実施形態に基づくネットワーク装置のブロック図である。 本発明のもう一つの実施形態に基づく、IGMP問い合わせ／報告メッセージ・フローを示すIPネットワークの概略図である。 図３の実施形態に基づくネットワークにおいて送信されるIGMPメッセージ・フォーマットを示す図である。 本発明の実施形態に基づくIGMPメッセージのMACフレーム・フォーマットを示す図である。

本発明の実施形態の多くの利点および特徴を示すため、ここで付属の図面を参照しつつ説明する。

「グループ・メンバーシップ状態」という用語は、あるネットワーク端末の、グループにおけるその活動性の面での状態を意味する。ネットワーク端末がグループ内でアクティブである場合、そのネットワーク端末は、IGMP問い合わせメッセージに応答してIGMP報告を送るべきである。さらに、あるネットワーク端末の複数のグループにおける状態を得ることができる。たとえば、あるネットワーク端末は五つのグループに属し、そのうち四つにおける状態がアクティブであることができ、そのうちの一つにおける状態が「離脱」であることができる。

図３は、本発明のある実施形態に基づくIGMP問い合わせ／報告メッセージ・フローを示すIPネットワークの概略図である。この実施形態では、IGMPプロキシは、ホストとマルチキャスト・グループの関係をリストするためのテーブルを確立するために、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１においてホストされる。すなわち、このテーブルは、マルチキャスト・グループとその中の対応するホストとをリストする。イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１は、ユーザー・インターフェース（図３には示さず）を介してホスト２０４−１と接続されており、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−２を通じてユーザー・インターフェースを介してホスト２０４−２および２０４−３と接続されている。

当業者には、ルータ２００、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１および２０２−２ならびにネットワーク・アクセス装置の全部が、ネットワーク端末によって使用されるIPネットワークにアクセスするためのネットワーク装置と考えることができることがわかる。

本発明の実施形態では、IGMPプロキシは、ホスト２０４−３のグループ・メンバーシップ状態、すなわちホスト２０４−３が属する複数のグループのうちの特定のグループにおけるホスト２０４−３の状態を問い合わせるために、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−２を通じてホスト２０４−３にマルチキャスト・グループ管理状態メッセージを送る。マルチキャスト・グループ管理状態メッセージでは、宛先アドレスは、ホスト２０４−３の特定のMACアドレスとして設定される。次いで、マルチキャスト問い合わせメッセージ受信後、ホスト２０４−３はIGMPプロキシへの報告をもって返答する。ホスト２０４−３からの返答された報告は、IGMPプロトコルに従ってそのグループ内の他のホストに転送されることを注意されたい。

報告メッセージは、そのグループ内のそのホストがまだ生きている（alive）ことを意味する。この返答に基づいて、IGMPプロキシはその中のテーブルを更新できる。さらに、ホスト２０４−３が前記複数のグループの一つのグループを離脱する場合、ホスト２０４−３は離脱メッセージをIGMPプロキシに送ることができる。すると、プロキシは離脱状態を登録し、テーブルを更新する。

上述したように、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１は、対応するマルチキャスト・グループにおける複数のホストと接続されることができる。実際には、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１においてホストされるIGMPプロキシは、そのグループの状態が何であろうと構わず、上述したテーブルに基づいてホストに問い合わせメッセージを送る。すなわち、時によっては、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１と接続しているグループ内の一つのホストしかないし、現在のところグループ内にホストがないことだってある。

上記のモードを使って、IGMPプロキシは、繰り返し、IGMPメンバーシップ問い合わせメッセージを各ホストに、たとえば所定の周期で、または要求される間隔で、送る。ホストからの報告メッセージを取得してテーブルを更新するためである。マルチキャスト・グループについての各ラウンドにおいて、問い合わせメッセージをあるホストに送ったのち、IGMPプロキシは所定の期間待ち、次いで本実施形態に従って問い合わせメッセージを他のホストに送る。前記所定の期間は、少なくとも前記ホストの応答時間であることができる。それにより、IGMPプロキシからの問い合わせメッセージおよび第一のホストからの応答メッセージの受信後、他のホストがその応答を抑制するという状況が回避される。この状況は、IGMPv1およびIGMPv2のネットワークにおいて起こる。ホスト抑制が取り消されていないからである。たとえば、三つのホストＡ、ＢおよびＣがある場合、ホストＡへの問い合わせメッセージがまず送られ、少なくとも最大応答時間の期間後に、ホストＢへの問い合わせメッセージが送り出される。最後に、さらに所定の期間後、問い合わせメッセージがホストＣに送られる。最大応答期間は、ホストが応答を送る期間であり、この期間後は、ホストは応答を送ることは許容されない。

こうして、ルータ２００が問い合わせメッセージをイーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１に送るとき、IGMPプロキシは、すぐにルータ２００への返答として、テーブルに基づいて報告を送ることができ、この問い合わせメッセージを再びホストに送る必要がない。このユニキャストの仕方はのちに詳細に述べる。

あるいはまた、IGMPプロキシはユニキャスト・モードでのIGMPメンバーシップ問い合わせメッセージを、ホストのいくつか、すなわち少なくとも一つのホストに、選択的に送ることができる。選択されたホストのメンバーシップ状態を得るためである。

上記の実施形態はイーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１においてホストされるIGMPプロキシを有しているが、IGMPプロキシは他のイーサネット（登録商標）・スイッチにおいて、またさらにはルータ２００においてホストすることもできることは当業者にはわかる。すなわち、IGMPプロキシは、ネットワーク中での端末状態を得るために、ルータ、イーサネット（登録商標）・スイッチまたはネットワーク・アクセス・ポイントなどといったいかなるネットワーク装置によって使用されることもできる。IGMPプロキシは、テーブルをリストし、ネットワーク装置とネットワーク端末との間でメッセージを転送するためのプロトコル処理ユニットであることができる。プロトコル処理ユニットはソフトウェア、ハードウェアまたは両者の組み合わせによって実装されることができる。

図４は、本実施形態に基づくネットワーク装置のブロック図である。図４では、ネットワーク装置はプロトコル処理ユニット４１０およびユーザー・インターフェース４２０を含む。プロトコル処理ユニット４１０は、IPネットワークにおいて上のネットワーク装置と通信し、ユーザー・インターフェース４２０を介してIGMPホスト４０４−１ないし３と接続される。さらに、プロトコル処理ユニットは、ホストとマルチキャスト・グループの関係をリストするためのテーブルを記憶するメモリ４０５を含む。

図５は、本発明のもう一つの実施形態に基づくIGMP問い合わせ／報告メッセージ・フローを示すIPネットワークの概略図である。図５に示されるように、IGMPトランスフォーマ５０４は、イーサネット（登録商標）・スイッチ５０２中に実装され、統合されている。IGMPトランスフォーマ５０４がホスト１〜３またはIPルータ５０６中に統合されることができ、またさらにはIGMPトランスフォーマ５０４はそれぞれのホスト、スイッチおよびルータの機能ブロックとして実装されることができることはわかる。

本実施形態によれば、IGMPトランスフォーマ５０４は、イーサネット（登録商標）・スイッチ上のすべてのIGMPメッセージを傍受できる。IPルータ５０６からホスト１〜３を含むマルチキャスト・グループへの各マルチキャスト管理状態問い合わせメッセージについて、IGMPトランスフォーマ５０４は、その問い合わせメッセージを発するIPルータ５０４のMACアドレスを、そのグループについてのソース・アドレスとして登録する。次いで、それぞれのホストからの報告／離脱メッセージについて、IGMPトランスフォーマ５０４はMACアドレスを、そのグループのマルチキャストMACアドレスから特定のMACアドレス――IPルータ５０４のソース・アドレス――に変更する。

IPルータは、現実のルータであることも、あるいはIGMPプロキシとして作用することができる任意のネットワーク装置であることができることを注意しておく。

図６は、ネットワーク内のルータ２００とイーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１との間で送信されるIGMPメッセージ・フォーマット、あるいはIPルータ５０６とホスト１〜３との間で送信されるIGMPメッセージ・フォーマットの図である。IGMPメッセージはMACフレーム内にカプセル化されるものとする。図に示されるように、MACフレームは各送信についてMACヘッダおよびIPヘッダを含む。詳細なIGMPメッセージ・フォーマットは以下のようになる。

このメッセージ・フォーマットでは、型、最大応答時間、チェックサムおよびグループ・アドレスの四つのフィールドがある。

型フィールドについては、ホスト‐ルータ対話に関するメッセージの三つの型がある。三つのメッセージ型は、メンバー問い合わせ、メンバーシップ報告、グループ離脱である。簡単のため、これら三つのメッセージは、問い合わせメッセージ、報告メッセージおよび離脱メッセージと称する。

メンバーシップ問い合わせメッセージには二つの下位区分がある：
・一般的問い合わせ。どのグループが、取り付けられたネットワーク上でメンバーをもつかを知るために使われる。
・グループ特定問い合わせ。特定のグループが、取り付けられたネットワーク上に何らかのメンバーをもつかどうかを知るために使われる。

一般的問い合わせおよびグループ特定問い合わせメッセージは、グループ・アドレスによって区別される。グループ・アドレス・フィールドは、一般的問い合わせを送るときには0に設定され、グループ特定問い合わせを送るときには問い合わせされるグループ・アドレスに設定される。

最大応答時間フィールドは、メンバーシップ問い合わせメッセージにおいてのみ意味があり、1/10秒単位で応答報告を送る前に許容される最大時間を指定する。

図３に戻ると、ルータ２００は定期的に、どのグループが取り付けられたネットワーク上にメンバーをもつかを知るために一般的問い合わせをそれぞれの取り付けられたネットワーク上で送り、および／または取り付けられたネットワーク上で特定のグループが何らかのメンバーをもつかどうかを知るためにグループ特定問い合わせをそれぞれの取り付けられたネットワーク上で送る。本発明の実施形態によれば、IGMPプロキシはルータ２００に、そのテーブルに基づいてすぐ返答し、問い合わせメッセージは破棄する。問い合わせメッセージはイーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１によってすべてのホストに転送されはしない。

イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１とホストとの間のメッセージ送信について、図７を参照して述べる。図７は、本発明の諸実施形態に基づくIGMPメッセージのMACフレーム・フォーマットを示す図である。

個々のホストそれぞれにユニキャスト・モードで問い合わせメッセージを送るために、宛先MACアドレスは特定のホストMACアドレスに変えられる。図６に示されるように、図５に示されるフォーマットをもつIGMP問い合わせメッセージは、IPパケット中にカプセル化されて、データ・フィールドをなし、そのデータ・フィールドがイーサネット（登録商標）MACヘッドと加えられる。これはイーサネット（登録商標）MACフレームと称される。

イーサネット（登録商標）MACヘッドには、「宛先MACアドレス」という、IGMPメッセージがルーティングされる先の宛先を同定するフィールドがある。従来技術におけるIGMP問い合わせについては、含まれる宛先MACアドレスはグループ・アドレスに対応するマルチキャストMACアドレスであることを注意しておく。ユニキャスト上でマルチキャストを達成するために、含まれる宛先MACアドレスは特定のホストMACアドレスに変えられ、ソースMACアドレスはIGMPプロキシのMACアドレスであり、一方、他のフィールドは一般的IGMP問い合わせと同じである。

ホストの一つがユニキャスト・モードで送られた問い合わせメッセージを受信した後は、この一つのホストだけがイーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１に報告メッセージを与え、その報告メッセージはイーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１によってグループ内の他のホストにも転送される。他のホストは以前に問い合わせメッセージを受け取っていないので、イーサネット（登録商標）・スイッチ２０２−１に報告メッセージを送りはしない。したがって、ユニキャスト・モードを使って、イーサネット（登録商標）・スイッチは一つのホストの状態を取得し、IGMPプロキシ内のテーブルを更新することができる。

問い合わせメッセージに加えて、IGMPメッセージのテーブルは次のようにして更新されることができる：ホストがマルチキャスト・グループに加わるとき、そのホストがネットワーク上でそのグループの最初のメンバーである場合には、ホストはすぐに、そのグループについての求められていないメンバーシップ報告を送信すべきである。

ホストがマルチキャスト・グループを離脱するとき、そのホストがそのグループについてのメンバーシップ応答をもって問い合わせに返答する最後のホストであった場合には、全ルータ・マルチキャスト・グループ（all-routers multicast group）にグループ離脱メッセージを送るべきである。問い合わせに返答する最後のホストでなかった場合には、グループ離脱メッセージを送出することは必要とされてもよいし、されなくてもよい。

本発明の第二の実施形態によれば、報告メッセージの宛先MACアドレスはIPルータの特定のMACアドレスに変えられ、ソースMACアドレスはホストのMACアドレスであり、それによりIPルータだけが報告メッセージを受け取り、マルチキャスト・グループ内の他のホストは報告メッセージを受信する必要はない。こうして、ネットワークの帯域幅が効果的に使用される。

上記のように、本発明の実施形態の方法および装置により、ルータは個々の各ホストの状態を追跡できる。

本発明の実施形態についてルータとホストの間のIGMPプロトコルに基づいて述べているが、グループ管理のための他のプロトコルもみな本発明を実装するために使用される。

上記は単に本発明の一つの実施形態を例解するものであって、当業者は、本稿で明示的に記載されていなくても、本発明の原理を具現し、その精神および範囲内である数多くの代替的な構成を考案できるであろうことは理解されるであろう。

Claims (9)

1. インターネット・グループ管理プロトコルを実装するIPネットワークにおいて特定のMACアドレスをもつネットワーク装置にメッセージを送る方法であって：
   ネットワーク端末によって前記ネットワーク装置に、前記特定のMACアドレスとして設定された宛先アドレスを含むマルチキャスト・グループ管理状態メッセージを送る段階を含む、
   方法。
2. 前記マルチキャスト・グループ管理状態メッセージが報告または離脱メッセージである、請求項１記載の方法。
3. 前記ネットワーク端末が、少なくとも一つのネットワーク端末を含むマルチキャスト・グループにおいて接続するよう適応されている、請求項２記載の方法。
4. 前記報告または離脱メッセージが、前記ネットワーク装置から前記マルチキャスト・グループへの問い合わせメッセージに応答して送られる、請求項３記載の方法。
5. インターネット・グループ管理プロトコルを実装するIPネットワークにおいて、少なくとも一つのネットワーク端末を含むマルチキャスト・グループと接続するネットワーク装置において使用される、端末状態を取得する方法であって：
   前記マルチキャスト・グループのネットワーク端末に、前記ネットワーク装置の特定のMACアドレスとして設定された宛先アドレスを含むマルチキャスト・グループ管理状態メッセージを送る段階を含む、
   方法。
6. 前記マルチキャスト・グループ管理状態メッセージが問い合わせメッセージである、請求項５記載の方法。
7. 前記問い合わせメッセージが、前記マルチキャスト・グループの少なくとも一つのネットワーク端末に選択的に送られる、請求項６記載の方法。
8. 前記問い合わせメッセージが、前記少なくとも一つのネットワーク端末に繰り返し送られる、請求項７記載の方法。
9. 前記問い合わせメッセージ受信後、問い合わせされたネットワーク端末が前記ネットワーク装置に報告メッセージを応答する段階をさらに含む、請求項５ないし８のうちいずれか一項記載の方法。

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