JP2022025684A

JP2022025684A - Network switch and IP flow monitoring system

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Publication number: JP2022025684A
Application number: JP2020128646A
Authority: JP
Inventors: 政宏河原木; Masahiro Kawaragi; 智史小山; Satoshi Koyama; 卓也倉掛; Takuya Kurakake
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-10

Abstract

To provide a network switch and an IP flow monitoring system for efficiently and accurately monitoring information on the quality and route of an IP flow in a network system.SOLUTION: In an IP flow monitoring system, a network switch in a system constructed with a network of Ethernet (R) or IP (Internet Protocol) packets has a function of adding information of the network switch as metadata to an input packet and outputting it as an output packet, and a function of analyzing the input packet and outputting the IP flow information obtained by the analysis as an IP flow information packet. Further, the IP flow monitoring system includes the network switch and a monitoring device that receives the IP flow information packet from the network switch and analyzes the same.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ネットワークスイッチ及びＩＰフロー監視システムに関し、特に、ネットワーク上でデータの転送及び解析を行うスイッチと、ネットワーク上のパケットの流れ及びその品質を監視するＩＰフロー監視システムに関する。 The present invention relates to a network switch and an IP flow monitoring system, and more particularly to a switch that transfers and analyzes data on a network, and an IP flow monitoring system that monitors the flow and quality of packets on the network.

従来、番組制作のために開発されたＳＤＩ（Serial Digital Interface：非特許文献１参照）やＭＡＤＩ（Multichannel Audio Digital Interface：非特許文献２参照）による信号伝送方式によって、番組制作用の映像・音声・同期情報を伝送する番組制作システムが構成されていた。 Video / audio for program production by the signal transmission method by SDI (Serial Digital Interface: see Non-Patent Document 1) and MADI (Multichannel Audio Digital Interface: see Non-Patent Document 2), which have been conventionally developed for program production. A program production system for transmitting synchronization information was configured.

ＳＤＩ・ＭＡＤＩ信号伝送方式の番組制作システムの例として、例えば図１１に示すように構成することができる。撮影カメラ等の映像を送信する映像送信装置１１は、当該映像をＳＤＩ形式の信号（ＳＤＩ信号）でＳＤＩルータ５１に送信し、ＳＤＩルータ５１から受像機等の指定の受信装置７０へと振り分けて伝送する。また、マイク等の音声を送信する音声送信装置１２は、当該音声をＭＡＤＩ形式の信号（ＭＡＤＩ信号）で音声ルータ５２を経由してＳＤＩルータ５１に送信し、ＳＤＩルータ５１から指定の受信装置７０へと振り分けて伝送する。これらの映像送信装置１１、音声送信装置１２、ＳＤＩルータ５１、音声ルータ５２、及び受信装置７０は、同期信号発生器６０からの同期信号によって同期がとれるようになっている。 As an example of a program production system of the SDI / MADI signal transmission system, it can be configured as shown in FIG. 11, for example. The video transmission device 11 that transmits video from a photographing camera or the like transmits the video to the SDI router 51 as an SDI format signal (SDI signal), and distributes the video from the SDI router 51 to a designated receiving device 70 such as a receiver. To transmit. Further, the voice transmitting device 12 for transmitting voice such as a microphone transmits the voice as a MADI format signal (MADI signal) to the SDI router 51 via the voice router 52, and the designated receiving device 70 is transmitted from the SDI router 51. It is distributed to and transmitted. The video transmitting device 11, the audio transmitting device 12, the SDI router 51, the audio router 52, and the receiving device 70 can be synchronized by the synchronization signal from the synchronization signal generator 60.

近年、番組制作システムを、広く普及しているＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）技術を用いて、ＩＰ（Internet Protocol）パケットに映像・音声情報を格納して伝送する交換方式（ＩＰ番組制作システム）に置き換えることが検討されている（非特許文献３参照）。 In recent years, the program production system will be replaced with an exchange method (IP program production system) that stores and transmits video and audio information in IP (Internet Protocol) packets using the widely used Ethernet (registered trademark) technology. Has been studied (see Non-Patent Document 3).

Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム又はＩＰパケットのネットワークで構築された番組制作システムの例として、例えば図１２に示すように構成することができる。撮影カメラ等の映像を送信する映像送信装置１１は、当該映像をＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム又はＩＰパケット（以下、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケット、或いは単に、パケットという。）に格納して、或るネットワークスイッチ５５に送信し、当該ネットワークスイッチ５５から別のネットワークスイッチ５５を経由して、或いは直接的に、パケット内のヘッダ情報に基づき受像機等の指定の受信装置７０へと経路選択して伝送する。また、マイク等の音声を送信する音声送信装置１２は、当該音声をＥｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットに格納して或るネットワークスイッチ５５に送信し、当該ネットワークスイッチ５５から別のネットワークスイッチ５５を経由して、或いは直接的に、パケット内のヘッダ情報に基づき指定の受信装置７０へと経路選択して伝送する。 As an example of a program production system constructed by a network of Ethernet frames or IP packets, it can be configured as shown in FIG. 12, for example. The image transmission device 11 for transmitting an image of a photographing camera or the like stores the image in an Ethernet frame or an IP packet (hereinafter, referred to as an Ethernet / IP packet, or simply referred to as a packet) and transmits the image to a certain network switch 55. The route is selected and transmitted from the network switch 55 to a designated receiving device 70 such as a receiver based on the header information in the packet via another network switch 55 or directly. Further, the voice transmission device 12 that transmits voice such as a microphone stores the voice in an Ethernet / IP packet and transmits the voice to a certain network switch 55, and the voice is transmitted from the network switch 55 via another network switch 55. Alternatively, the route is directly selected and transmitted to the designated receiving device 70 based on the header information in the packet.

１台のネットワークスイッチ５５は、他のネットワークスイッチ５５、映像送信装置１１及び音声送信装置１２等の送信装置、並びに１台又は複数台の受信装置７０に対して、例えばＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル等の通信ケーブルで接続されており、他のネットワークスイッチ５５及び送信装置からのパケットを入力するためのそれぞれの入力ポートと、他のネットワークスイッチ５５及び１台又は複数台の受信装置７０へと伝送されるパケットを中継して出力するための出力ポートを有している。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットのネットワークで構築された番組制作システムでは、映像・音声・同期情報をリアルタイムで伝送する場合にも対応できるように、各ネットワークスイッチ５５は同期信号発生器６０からの同期信号によって同期がとれるようになっている。 One network switch 55 is, for example, a LAN (Local Area Network) cable to another network switch 55, a transmission device such as a video transmission device 11 and an audio transmission device 12, and one or a plurality of reception devices 70. Etc., which are connected by a communication cable such as, and are transmitted to each input port for inputting a packet from another network switch 55 and a transmitting device, and to another network switch 55 and one or a plurality of receiving devices 70. It has an output port for relaying and outputting the packets to be output. In a program production system constructed with an Ethernet / IP packet network, each network switch 55 is synchronized by a synchronization signal from a synchronization signal generator 60 so that video, audio, and synchronization information can be transmitted in real time. Can be taken.

Ｅｔｈｅｒｎｅｔは世界中で広く使用されていることから、番組制作に特化した専用機器と比較して、設備コストを下げることが期待されている。また、ＳＤＩの最大伝送速度は１２Ｇｂｐｓである一方、Ｅｔｈｅｒｎｅｔの最新規格は４００ＧｂｐｓとＳＤＩと比較して伝送容量が非常に大きく、パケット交換方式であることから信号を多重することが可能であるため、ケーブル本数を減らす事ができる等の利点がある。 Since Ethernet is widely used all over the world, it is expected to reduce the equipment cost as compared with the dedicated equipment specialized for program production. Further, while the maximum transmission speed of SDI is 12 Gbps, the latest standard of Ethernet is 400 Gbps, which has a very large transmission capacity as compared with SDI, and since it is a packet switching method, it is possible to multiplex signals. There are advantages such as being able to reduce the number of cables.

米国特許第６２４３６６７号明細書U.S. Pat. No. 6243667

SMPTE ST 292-1: 1.5 Gb/S Signal/Data Serial InterfaceSMPTE ST 292-1: 1.5 Gb / S Signal / Data Serial Interface AES 10-2008: AES Recommended Practice for Digital Audio Engineering - Serial Multicahnnel Audio Digital Interface (MADI)AES 10-2008: AES Recommended Practice for Digital Audio Engineering --Serial Multicahnnel Audio Digital Interface (MADI) BBC Research & Development White Paper 268: The IP StudioBBC Research & Development White Paper 268: The IP Studio B.Claise, "Cisco Systems NetFlow Services Export Version 9", RFC 3954, Oct.2004B.Claise, "Cisco Systems NetFlow Services Export Version 9", RFC 3954, Oct.2004 In-Band Network Telemetry, [2020年7月1日検索], インターネット<URL: https://github.com/p4lang/p4-applications/blob/master/docs/INT_v1_0.pdf >In-Band Network Telemetry, [Search July 1, 2020], Internet <URL: https://github.com/p4lang/p4-applications/blob/master/docs/INT_v1_0.pdf>

番組制作システムを運用中若しくはシステムの構築中に、ある映像に障害が起きた場合、原因箇所の切り分けを行い、障害を復旧させる必要がある。従来のＳＤＩ・ＭＡＤＩ信号形式の番組制作システムでは、信号がどのケーブルで伝送されているか明らかであり、その信号の品質測定方法も確立している。 If a failure occurs in a certain video while the program production system is in operation or the system is being built, it is necessary to isolate the cause and recover from the failure. In the conventional SDI / MADI signal format program production system, it is clear which cable the signal is transmitted by, and a method for measuring the quality of the signal has also been established.

一方、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットのネットワークで構築された制作システムでは、映像信号や音声信号がパケットとして扱われており、１本のケーブルに複数の素材信号が多重化されている。またネットワークスイッチ内で保持しているテーブル情報やパケット量によりパケットの転送先や破棄が自律的に決定される。そのため、測定対象の映像信号がどのケーブル及びルートで流れているかが分かりにくく、また他の映像・音声信号との分離を行い、必要なＩＰパケットフロー（以下、ＩＰフロー）のみを取得する必要がある。１つのＩＰフローは１つの映像信号または音声信号、字幕等のアンシラリデータを表し、送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛先ポート番号、Ｌ３プロトコル、ＤＳＣＰの組み合わせで構成される。そのため、従来のＳＤＩ・ＭＡＤＩ方式では物理層の測定を行えば良かったが、ＩＰ制作システムでは物理層からアプリケーション層まで多くのレイヤを確認する必要がある。 On the other hand, in a production system constructed with an Ethernet / IP packet network, video signals and audio signals are treated as packets, and a plurality of material signals are multiplexed on one cable. In addition, the forwarding destination and discarding of packets are autonomously determined by the table information and the amount of packets held in the network switch. Therefore, it is difficult to know which cable and route the video signal to be measured is flowing through, and it is necessary to separate it from other video / audio signals and acquire only the necessary IP packet flow (hereinafter, IP flow). be. One IP flow represents one video signal or audio signal, ancillary data such as subtitles, and is composed of a combination of source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, L3 protocol, and DCSP. .. Therefore, in the conventional SDI / MADI method, it is sufficient to measure the physical layer, but in the IP production system, it is necessary to confirm many layers from the physical layer to the application layer.

一般的に、ネットワークスイッチには、スイッチ内を流れるデータの品質を判別するため、いくつかの手段が提供されている。例えば、一般的な通信システム上のネットワーク監視手法として、ネットワークスイッチのインターフェイス毎に、入出力パケット数や破棄したパケット数、平均ビットレート値などの品質情報をＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）を用いて取得する監視サーバを設ける事がある。しかし、このような監視サーバを図１２に示す番組制作システムに適用しようとしても、該当監視サーバで取得できるこれらの品質情報を示す値は、映像信号や音声信号を格納したパケットが多重された全てのパケットの合計値であり、ＩＰフロー毎の情報取得はできず、測定対象の映像信号の品質を知ることはできないという課題がある。 In general, network switches are provided with several means of determining the quality of the data flowing through the switch. For example, as a network monitoring method on a general communication system, quality information such as the number of input / output packets, the number of discarded packets, and the average bit rate value is obtained by using SNMP (Simple Network Management Protocol) for each network switch interface. There may be a monitoring server to acquire. However, even if such a monitoring server is applied to the program production system shown in FIG. 12, the values indicating these quality information that can be acquired by the monitoring server are all the packets that store the video signal and the audio signal are multiplexed. It is the total value of the packets of the above, and there is a problem that the information cannot be acquired for each IP flow and the quality of the video signal to be measured cannot be known.

また、一般的な通信システムにおけるネットワークスイッチは、通常、伝送するパケットを複製する機能を有していることから、ネットワークスイッチ内のパケット複製する機能を利用して、ＩＰフロー監視システムを構成することが考えられる。例えば、図１３に示すように、各ネットワークスイッチ５５に対して、ＩＰフローを解析する専用の解析装置８０を設ける。ネットワークスイッチ５５は複製したパケットを解析装置８０に送信し、解析装置８０が複製パケットを収集して解析処理し、各ＩＰフローを監視するシステム構成とすることができる。しかし、このようなネットワークスイッチ５５内のパケット複製機能を利用する形態の場合、データ転送に用いているポート数と同じだけの複製データ転送用ポートに接続する複数の通信ケーブルが必要になる。更に、制作システムで使用されるメディアデータは膨大なトラフィックを発生させるため解析が困難である。すなわち、この形態では、ネットワークスイッチ５５で処理される全てのパケットの監視を行うためには、通常のデータ転送と同じだけのポート数と受信装置が必要となり、現実的ではない。 In addition, since a network switch in a general communication system usually has a function of replicating a packet to be transmitted, the IP flow monitoring system should be configured by using the packet duplication function in the network switch. Can be considered. For example, as shown in FIG. 13, a dedicated analysis device 80 for analyzing an IP flow is provided for each network switch 55. The network switch 55 can be configured to transmit the duplicated packet to the analysis device 80, and the analysis device 80 collects the duplicated packet, analyzes it, and monitors each IP flow. However, in the case of using the packet duplication function in the network switch 55, a plurality of communication cables connected to the duplication data transfer ports as many as the number of ports used for data transfer are required. Furthermore, the media data used in the production system is difficult to analyze because it generates a huge amount of traffic. That is, in this form, in order to monitor all the packets processed by the network switch 55, the same number of ports and receiving devices as those for normal data transfer are required, which is not realistic.

また、多重されているＩＰフローをスイッチ内で監視する手法として、スイッチを通過するパケットをＩＰフロー毎に取得するＮｅｔＦｌｏｗがある（特許文献１及び非特許文献４）。この手法では、ＮｅｔＦｌｏｗを有効化したインターフェイスに着信するパケットを検査し、送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛先ポート番号、Ｌ３プロトコル、ＤＳＣＰ、入力インターフェイスをキーとし、パケット数のカウントとトラッフィク量の算出を行い、外部の監視装置にその情報を提供するシステムである。しかし、ＩＰフロー毎の比較的正確なトラフィック量が得られる一方、パケットがどのような経路を通ってきたかや、各スイッチの通過処理時間、パケットロスの検出、スイッチ内でパケットが破棄された場合の原因などを得ることができない課題がある。 Further, as a method of monitoring the multiplexed IP flow in the switch, there is NetFlow that acquires the packet passing through the switch for each IP flow (Patent Document 1 and Non-Patent Document 4). In this method, packets arriving at the NetFlow enabled interface are inspected, and the source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, L3 protocol, DCCP, and input interface are used as keys to determine the number of packets. It is a system that calculates the count and the amount of traffic and provides the information to an external monitoring device. However, while a relatively accurate amount of traffic can be obtained for each IP flow, what kind of route the packet has taken, the passage processing time of each switch, the detection of packet loss, and the case where the packet is dropped in the switch. There is a problem that the cause of the problem cannot be obtained.

また、ネットワークの状態を詳細に解析する手法として、ＩＮＴ（In-Band Network Telemetry）技術がある（非特許文献５）。これは、従来、予め定められたプロトコルしか処理を行えないＡＳＩＣに代わり、利用者がプログラミングを行うことでネットワークスイッチの処理を自由に定義可能な技術を用いるものである。この技術を用い、ネットワークスイッチを通過するパケットに、ネットワークスイッチＩＤ（以下、スイッチＩＤ）やスイッチ通過処理時間、キューの混雑状況等を経由するパケットにメタデータとして付加し、下流にあるスイッチでパケット外部の解析装置に複製して送信することで、ネットワーク状態を得るものである。しかし、ＩＮＴを使用することで、ネットワークの詳細な情報を得られる一方、番組制作のように膨大なトラフィック量がある状況において、監視サーバ側でパケットを解析するのは現実的ではなく、結果としてＩＰフロー毎の情報が取得できないという課題がある。 Further, as a method for analyzing the state of a network in detail, there is an INT (In-Band Network Telemetry) technique (Non-Patent Document 5). This uses a technology that allows the user to freely define the processing of the network switch by programming instead of the ASIC that can process only a predetermined protocol in the past. Using this technology, packets that pass through a network switch are added as metadata to packets that pass through the network switch ID (hereinafter referred to as switch ID), switch passage processing time, queue congestion status, etc., and the packet is added to the packet at the downstream switch. The network status is obtained by duplicating and transmitting to an external analyzer. However, while it is possible to obtain detailed network information by using INT, it is not realistic to analyze packets on the monitoring server side in a situation where there is a huge amount of traffic such as program production, and as a result. There is a problem that information for each IP flow cannot be obtained.

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム又はＩＰパケットのネットワークで構成されたシステムにおけるＩＰフローの品質と経路に関する情報を効率よく、且つ高精度に監視するためのネットワークスイッチ及びＩＰフロー監視システムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention made in view of the above problems is to efficiently and highly accurately monitor information on the quality and route of an IP flow in a system composed of a network of Ethernet frames or IP packets. To provide network switches and IP flow monitoring systems for.

上記課題を解決するために本発明に係るネットワークスイッチは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）又はＩＰ（Internet Protocol）パケットのネットワークで構築されたシステムにおけるネットワークスイッチであって、入力されたパケットに対して当該ネットワークスイッチの情報及びＩＰフロー情報をメタデータとして付加し、出力パケットとして出力する機能と、入力された前記パケットを解析し、解析して得られたＩＰフロー情報を、ＩＰフロー情報パケットとして出力する機能とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the network switch according to the present invention is a network switch in a system constructed by a network of Ethernet (registered trademark) or IP (Internet Protocol) packets, and is a network switch for an input packet. A function to add switch information and IP flow information as metadata and output it as an output packet, and a function to analyze the input packet and output the IP flow information obtained by the analysis as an IP flow information packet. It is characterized by having and.

また、前記ネットワークスイッチは、前記ネットワークスイッチの情報が、スイッチＩＤとドロップ（破棄）発生の有無またはドロップしたパケット数を含み、ＩＮＴ（In-Band Network Telemetry）メタデータとして入力パケットのヘッダ部に追加されることが望ましい。 Further, in the network switch, the information of the network switch includes the switch ID and the presence / absence of drop (discard) or the number of dropped packets, and is added to the header part of the input packet as INT (In-Band Network Telemetry) metadata. It is desirable to be done.

また、前記ネットワークスイッチは、前記ネットワークスイッチの情報が、スイッチＩＤとＩＰフローにおける前パケットのシーケンス番号を含み、ＩＮＴ（In-Band Network Telemetry）メタデータとして入力パケットのヘッダ部に追加されることが望ましい。 Further, in the network switch, the information of the network switch may include the switch ID and the sequence number of the previous packet in the IP flow, and may be added to the header part of the input packet as INT (In-Band Network Telemetry) metadata. desirable.

また、前記ネットワークスイッチは、前記ＩＰフロー情報が、平均スループットと経由したスイッチＩＤの情報を含むことが望ましい。 Further, in the network switch, it is desirable that the IP flow information includes the average throughput and the information of the switch ID via the network switch.

また、前記ネットワークスイッチは、前記ネットワークで構築されたシステムは番組制作システムであり、前記ＩＰフロー情報パケットには、番組制作に特化した情報が含まれることが望ましい。 Further, in the network switch, the system constructed by the network is a program production system, and it is desirable that the IP flow information packet contains information specialized for program production.

また、前記ネットワークスイッチは、前記出力パケットの出力先の機器がメタデータに対応していない場合は、前記パケットから各ネットワークスイッチで付加されたメタデータを削除し、前記出力パケットとして出力する機能を備えることが望ましい。 Further, the network switch has a function of deleting the metadata added by each network switch from the packet and outputting it as the output packet when the device to which the output packet is output does not support the metadata. It is desirable to prepare.

また、前記ネットワークスイッチは、メタデータを付与し解析する監視対象を特定のパケットに限定して、前記メタデータを付与することが望ましい。 Further, it is desirable that the network switch limits the monitoring target to which the metadata is added and analyzed to a specific packet, and attaches the metadata.

上記課題を解決するために本発明に係るＩＰフロー監視システムは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）又はＩＰパケットのネットワークにおけるＩＰフローを監視するＩＰフロー監視システムであって、前記ネットワークスイッチと、前記ネットワークスイッチから前記ＩＰフロー情報パケットを受信して解析する監視装置とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the IP flow monitoring system according to the present invention is an IP flow monitoring system that monitors an IP flow in a network of Ethernet (registered trademark) or an IP packet, from the network switch and the network switch. It is characterized by including a monitoring device that receives and analyzes the IP flow information packet.

また、前記ＩＰフロー監視システムは、前記ネットワークスイッチから前記出力パケットを受信する送信先を備え、前記送信先は、受信機状態情報をパケットとして前記監視装置に出力することが望ましい。 Further, it is desirable that the IP flow monitoring system includes a destination for receiving the output packet from the network switch, and the destination outputs receiver status information as a packet to the monitoring device.

本発明におけるネットワークスイッチ及びＩＰフロー監視システムによれば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム又はＩＰパケットのネットワークで構成されたシステムにおけるＩＰフローの品質と経路に関する情報を効率よく、且つ高精度に監視することができる。 According to the network switch and the IP flow monitoring system of the present invention, information on the quality and route of the IP flow in the system composed of the network of Ethernet frames or IP packets can be efficiently and highly accurately monitored.

第１実施形態のＩＰフロー監視システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the IP flow monitoring system of 1st Embodiment. 本発明のネットワークスイッチのブロック図の例である。It is an example of the block diagram of the network switch of this invention. 第１実施形態の各スイッチから出力されるプロトコルスタックの例である。This is an example of a protocol stack output from each switch of the first embodiment. 本発明で用いるＩＮＴメタデータのフォーマットの例である。This is an example of the format of INT metadata used in the present invention. ネットワークスイッチにおけるパケット解析のフローチャートである。It is a flowchart of packet analysis in a network switch. ＩＰフロー情報パケットの項目の例である。This is an example of an item of an IP flow information packet. 第２実施形態のＩＰフロー監視システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the IP flow monitoring system of 2nd Embodiment. 第２実施形態の各スイッチから出力されるプロトコルスタックの例である。This is an example of a protocol stack output from each switch of the second embodiment. ネットワークにおけるＩＰフローの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the IP flow in a network. 図９のネットワークにおけるＩＰフロー情報の例である。It is an example of IP flow information in the network of FIG. ＳＤＩ・ＭＡＤＩ信号伝送方式の番組制作システムの例である。This is an example of a program production system of SDI / MADI signal transmission method. ＩＰネットワークで構築された番組制作システムの例である。This is an example of a program production system built on an IP network. パケット複製機能を利用した、ＩＰフロー監視システムの構成例である。This is a configuration example of an IP flow monitoring system using the packet replication function.

以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のＩＰフロー監視システム（ネットワーク監視システム）の概略構成である。本実施形態のＩＰフロー監視システムは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットのネットワークで構築された番組制作システムにおいて、当該ネットワーク上の１台又は複数台のネットワークスイッチ２０を通過するパケットの流れ（ＩＰフロー）とその品質を監視するためのシステムであり、１台以上のネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）と、監視装置３０を備えている。さらに、送信元１０、送信先４０をその構成として含めてもよい。なお、本発明のＩＰフロー監視システムは、番組制作システムに限らず、他のシステムにおいてもネットワークスイッチ２０を通過するＩＰフローとその品質を監視するために利用することができる。 (First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration of an IP flow monitoring system (network monitoring system) according to the first embodiment of the present invention. The IP flow monitoring system of the present embodiment is a program production system constructed by a network of Ethernet / IP packets, and the flow of packets (IP flow) passing through one or more network switches 20 on the network and the packet flow (IP flow) thereof. It is a system for monitoring quality, and includes _one or more network switches 20 ₍ 201 to 203) and a monitoring device 30. Further, the transmission source 10 and the transmission destination 40 may be included as the configuration. The IP flow monitoring system of the present invention can be used not only in the program production system but also in other systems for monitoring the IP flow passing through the network switch 20 and its quality.

本実施形態において、送信元１０、送信先４０は番組制作機器である。送信元１０の番組制作機器は、例えば、撮影カメラやマイクであり、送信先４０の番組制作機器としては、ビデオスイッチャ、オーディオミキサといった映像音声処理装置、ディスプレイが挙げられる。 In the present embodiment, the transmission source 10 and the transmission destination 40 are program production devices. The program production device of the transmission source 10 is, for example, a shooting camera or a microphone, and the program production device of the transmission destination 40 includes a video / audio processing device such as a video switcher and an audio mixer, and a display.

本発明のネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）は、パケット解析機能を搭載したネットワークスイッチであり、送信元１０又は他のネットワークスイッチ２０から受け取った入力パケットに対して、当該ネットワークスイッチの情報（スイッチＩＤ、入出力ポート、入力タイムスタンプ、エラーが生じた場合の情報、該当ＩＰフローにおける直前のＲＴＰパケットのシーケンス番号等）を、メタデータとして付加し、出力パケットとして出力する。また、ネットワークスイッチ２０内で入力パケットのＩＮＴメタデータを解析することにより、１パケット以内のロスであれば監視装置３０を参照せずに経路中のどのネットワークスイッチでドロップが発生した解析することが可能である。また、直前の区間でパケットロスがあったかどうかについては、パケットロス数に関わらず監視装置３０を参照せずに判断することが可能である。本発明のネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）は、当該ネットワークスイッチ２０を経由する複数パケットから算出したＩＰフローの情報を生成し、ＩＰフロー情報パケットとして監視装置３０に出力する。ＩＰフロー情報パケットには、例えば、平均スループット、経由したスイッチのＩＤ、パケットが破棄される場合はその理由等が含まれるが、詳細は後述する。 _The network switch 20 ₍ 201 to 203) of the present invention is a network switch equipped with a packet analysis function, and the information of the network switch (the information of the network switch) with respect to the input packet received from the source 10 or another network switch 20. The switch ID, input / output port, input time stamp, information when an error occurs, sequence number of the immediately preceding RTP packet in the corresponding IP flow, etc.) are added as metadata and output as an output packet. Further, by analyzing the INT metadata of the input packet in the network switch 20, if the loss is within one packet, it is possible to analyze which network switch in the route the drop occurred without referring to the monitoring device 30. It is possible. Further, it is possible to determine whether or not there was packet loss in the immediately preceding section without referring to the monitoring device 30 regardless of the number of packet losses. _The network switch 20 ₍ 201 to 203) of the present invention generates IP flow information calculated from a plurality of packets passing through the network switch 20, and outputs the IP flow information packet to the monitoring device 30. The IP flow information packet includes, for example, the average throughput, the ID of the switch that has passed through, the reason why the packet is discarded, and the like, and the details will be described later.

本実施形態においては、送信先である番組制作機器４０においても、受信したＥｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットのメタデータを解析するとともに、受信状態を解析し、受信機状態情報をパケットとして監視装置３０に出力する。 In the present embodiment, the program production device 40, which is the transmission destination, also analyzes the metadata of the received Ethernet / IP packet, analyzes the reception state, and outputs the receiver state information as a packet to the monitoring device 30. ..

送信先である番組制作機器４０では、経路中のスイッチにおける最後に受信したＲＴＰパケットヘッダのシーケンス番号がＩＮＴメタデータに格納されているため、１パケット以内のロスであれば経路中のどのネットワークスイッチ（経路）でドロップが発生したか、監視装置３０を使用せずに解析を行うことができる。ＩＮＴによるメタデータがない場合は、監視装置３０ではＲＴＰパケットのシーケンス番号と、番組制作機器４０内に保持されている前ＲＴＰパケットのシーケンス番号を比較することでドロップが発生していることを検知できるが、どのスイッチでドロップが発生したか検知することはできない。 In the program production device 40, which is the transmission destination, the sequence number of the last received RTP packet header in the switch in the route is stored in the INT metadata, so if the loss is within one packet, which network switch in the route is used. It is possible to analyze whether a drop has occurred in (route) or not without using the monitoring device 30. When there is no data by INT, the monitoring device 30 detects that a drop has occurred by comparing the sequence number of the RTP packet with the sequence number of the previous RTP packet held in the program production device 40. Yes, but it is not possible to detect which switch caused the drop.

監視装置３０は、各ネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）からＩＰフロー情報パケットを受信し、また、送信先（番組制作機器）４０から受信機状態情報のパケットを受信し、これらを解析してシステム（番組制作システム）におけるパケットの流れ（ＩＰフロー）を監視する。監視装置３０は、例えば、解析サーバによって構成される。監視装置３０は、パケットの状態をＩＰフロー毎に集計データとしてまとめ、各ＩＰフローに係る品質を分析し、必要に応じて、集計データ及び品質情報を外部出力する。また、ＩＰフローに障害が生じた場合は、障害個所の特定等を行う。 The monitoring device 30 receives the IP flow information packet from _each network switch 20 ₍ 201 to 203), receives the receiver status information packet from the transmission destination (program production device) 40, and analyzes these. Monitor the packet flow (IP flow) in the system (program production system). The monitoring device 30 is configured by, for example, an analysis server. The monitoring device 30 summarizes the packet state as aggregated data for each IP flow, analyzes the quality of each IP flow, and outputs the aggregated data and quality information to the outside as necessary. In addition, if a failure occurs in the IP flow, the location of the failure is identified.

本実施形態では、送信先（受信装置）４０でも、ＩＮＴメタデータに含まれる情報とメディアデータが正常に受信できていることを、監視装置３０に伝えることで、スイッチの入力から最終的な送信先まで正常に動いていることを確認することが可能である。 In the present embodiment, the transmission destination (reception device) 40 also informs the monitoring device 30 that the information and the media data contained in the INT metadata can be normally received, so that the final transmission is performed from the input of the switch. It is possible to confirm that it is working normally.

図２に、本発明のパケット解析機能搭載ネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）のブロック図の例を示す。ネットワークスイッチ２０を通過するパケットは、転送に必要なＩＰヘッダ部が解析され、スイッチ内に保持された転送テーブルを元に宛先ポートが決定される。また、当該ネットワークスイッチの情報がメタデータとして付加され、マルチキャスト等のパケットは、必要に応じて複製されて出力ポートの出力部から出力される。 FIG. 2 shows an example of a block diagram of the network switch 20 ₍ ₂₀₁ to 203) equipped with the packet analysis function of the present invention. For the packet passing through the network switch 20, the IP header portion required for forwarding is analyzed, and the destination port is determined based on the forwarding table held in the switch. Further, the information of the network switch is added as metadata, and the packet such as multicast is duplicated as necessary and output from the output unit of the output port.

パケット解析機能搭載ネットワークスイッチ２０は、パケット入力部２１、入力パケット解析・判定部２２、転送・複製処理部２３、パケット書き換え部２４、パケット出力部２５、パケット解析用一時記憶部２６１、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２、転送情報・監視対象記憶部２６３、スイッチ状態情報記憶部２６４、ＩＰフロー情報生成部２７、ＩＰフロー情報出力部２８を、備えている。図２において、実線はパケット情報の流れを示し、破線は制御系の情報の流れを示している。以下、各ブロックの機能・動作について説明する。 The network switch 20 equipped with a packet analysis function includes a packet input unit 21, an input packet analysis / determination unit 22, a transfer / replication processing unit 23, a packet rewriting unit 24, a packet output unit 25, a temporary storage unit 261 for packet analysis, and IP flow information. It includes a generation storage unit 262, a transfer information / monitoring target storage unit 263, a switch state information storage unit 264, an IP flow information generation unit 27, and an IP flow information output unit 28. In FIG. 2, the solid line shows the flow of packet information, and the broken line shows the flow of information in the control system. The functions and operations of each block will be described below.

パケット入力部２１は、送信元１０又は他のネットワークスイッチ２０から転送された入力パケットを受信し、入力パケット解析・判定部２２に出力する。 The packet input unit 21 receives an input packet transferred from the source 10 or another network switch 20, and outputs the input packet to the input packet analysis / determination unit 22.

入力パケット解析・判定部２２では、入力パケットの構造解析を行い、個々の入力パケットのパケット入力時刻や入力ポート情報を、パケット解析用一時記憶部２６１に格納する。また、ＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号の連続性をチェックし、連続でない値が来た場合はエラー情報を記録する。なお、このエラー情報は、後述のＩＮＴメタデータにおいて、エラーフラグとしてＩＮＴフィールドに追記される。また、入力パケット解析・判定部２２は、転送情報・監視対象記憶部２６３に記録されている情報を元に、パケットを転送の是非や、破棄の是非を判定（決定）し、判定されたパケットを転送・複製処理部２３に出力する。さらに、入力パケットが監視対象のパケットであれば、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に解析結果を書き込む。 The input packet analysis / determination unit 22 analyzes the structure of the input packet, and stores the packet input time and the input port information of each input packet in the packet analysis temporary storage unit 261. In addition, the continuity of the sequence number in the RTP header section is checked, and if a non-continuous value arrives, error information is recorded. This error information is added to the INT field as an error flag in the INT metadata described later. Further, the input packet analysis / determination unit 22 determines (determines) whether to forward or discard the packet based on the information recorded in the transfer information / monitored storage unit 263, and the determined packet. Is output to the transfer / duplication processing unit 23. Further, if the input packet is a packet to be monitored, the analysis result is written in the IP flow information generation storage unit 262.

ＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号の連続性をチェックには、一例として下記式が挙げられる。現在解析中のＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号と、該当フローにおける前ＲＴＰパケットのヘッダのシーケンス番号の差分を取ることで実施することができる。
パケットロス数＝現パケットのシーケンス番号－前パケットのシーケンス番号－１
シーケンス番号のフィールドは１６ビットなため、算出に用いる計算も１６ビットに制限する。これにより、シーケンス番号の最大値、すなわちビットがすべて１の状態０ｘＦＦＦＦ（１０進数６５５３５）の次は０ｘ００００（１０進数０）とカウンタが元に戻るが、その場合においても計算結果は０となり、誤りなく計算を行うことができる。 The following formula is given as an example for checking the continuity of the sequence number of the RTP header part. It can be carried out by taking the difference between the sequence number of the RTP header part currently being analyzed and the sequence number of the header of the previous RTP packet in the corresponding flow.
Number of packet losses = sequence number of the current packet-sequence number of the previous packet-1
Since the field of the sequence number is 16 bits, the calculation used for the calculation is also limited to 16 bits. As a result, the maximum value of the sequence number, that is, the state 0xFFFF (decimal number 65535) in which all the bits are 1, and then the counter returns to 0x0000 (decimal number 0), but even in that case, the calculation result becomes 0, which is an error. Can be calculated without.

ＲＴＰパケットの前パケットのシーケンス番号は、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に記憶されている情報を使用するか、後述するＩＮＴヘッダに格納されている情報を参照する事ができる。 For the sequence number of the packet before the RTP packet, the information stored in the IP flow information generation storage unit 262 can be used, or the information stored in the INT header described later can be referred to.

新しいＩＰフローが現れた場合、前パケットのＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号が不明であるため、ドロップパケット数の計算が不定となり、不正なデータを出力する恐れがある。前パケットのＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号が不定な場合、計算結果を０とドロップが発生していないものにするか、ＩＰフロー情報生成部２７において情報を出力しないものとする。 When a new IP flow appears, the sequence number of the RTP header part of the previous packet is unknown, so the calculation of the number of dropped packets becomes undefined, and there is a risk of outputting invalid data. If the sequence number of the RTP header section of the previous packet is undefined, the calculation result shall be 0 and no drop has occurred, or the information shall not be output by the IP flow information generation section 27.

ここで、パケット解析用一時記憶部２６１は、ＩＰフローを解析するための中間的なデータベースであり、入力パケットのメタデータを解析して得られた個々のパケットの情報等を記録している。 Here, the packet analysis temporary storage unit 261 is an intermediate database for analyzing the IP flow, and records information and the like of individual packets obtained by analyzing the metadata of the input packet.

転送情報・監視対象記憶部２６３は、パケットの転送・複製・破棄等に関する情報、及び、必要に応じて、監視対象としてのパケットを特定する情報を備えている。すなわち、監視対象とするパケットは、原則として全てのパケットとするが、例えば、送信元ＩＰアドレスとポート番号等の組み合わせ又は送信先ＩＰアドレスとポート番号により指示されたホワイトリストを転送情報・監視対象記憶部２６３内に保持し、ホワイトリストに該当するパケットを監視対象としてもよい。 The transfer information / monitoring target storage unit 263 includes information regarding forwarding, duplication, destruction, etc. of the packet, and, if necessary, information for specifying the packet as the monitoring target. That is, the packets to be monitored are, in principle, all packets, but for example, a combination of a source IP address and a port number, or a whitelist specified by a destination IP address and a port number is a transfer information / monitoring target. Packets that are stored in the storage unit 263 and correspond to the whitelist may be monitored.

また、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２は、送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元Ｌポート番号、宛先ポート番号、Ｌ３プロトコル番号、ＤＳＣＰ、入力インターフェイス番号等をキーとするハッシュテーブルである。ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２には、パケット解析用一時記憶部２６１等から転送される個々のパケットの情報に加えて、複数パケットを分析して得られる情報（例えば、総転送データ量や総転送パケット数、マーカービットのカウント数、分析処理を行ったタイムスタンプ等）の情報も記録される。 The IP flow information generation storage unit 262 is a hash table using a source IP address, a destination IP address, a source L port number, a destination port number, an L3 protocol number, a DCSP, an input interface number, and the like as keys. In the IP flow information generation storage unit 262, in addition to the information of individual packets transferred from the packet analysis temporary storage unit 261 and the like, information obtained by analyzing a plurality of packets (for example, total transfer data amount and total). Information such as the number of transferred packets, the number of marker bit counts, the time stamp of the analysis process, etc.) is also recorded.

転送・複製処理部２３では、実際のパケットの複製・転送処理を行う。例えば、スイッチ内に保持された転送テーブルを元に、パケットの宛先ポートが決定される。宛先がマルチキャストアドレスの場合は、転送テーブル情報に従いパケットを複製する。複製・転送処理されたパケットは、パケット書き換え部２４に出力される。また、転送・複製処理部２３は、転送情報・監視対象記憶部２６３の情報に基づいて、パケットの破棄（ドロップ）を行う。パケットをドロップする場合は、その理由をパケット解析用一時記憶部２６１に書き込む。なお、パケットをドロップする理由は、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２にも転送され記録される。 The transfer / duplication processing unit 23 performs duplication / transfer processing of the actual packet. For example, the destination port of the packet is determined based on the forwarding table held in the switch. If the destination is a multicast address, the packet is duplicated according to the forwarding table information. The duplicated / forwarded packet is output to the packet rewriting unit 24. Further, the transfer / duplication processing unit 23 discards (drops) the packet based on the transfer information / information of the monitoring target storage unit 263. When dropping a packet, the reason is written in the packet analysis temporary storage unit 261. The reason for dropping the packet is also transferred and recorded in the IP flow information generation storage unit 262.

パケット書き換え部２４では、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２、転送情報・監視対象記憶部２６３、及びスイッチ状態情報記憶部２６４に記録されたデータに基づいて、スイッチの状態情報をメタデータ（例えば、ＩＮＴメタデータ）としてパケットに付加する書き込み処理やチェックサムの更新等を行う。なお、後述のとおり、出力先でＩＮＴヘッダの削除が必要な場合は、ＩＮＴヘッダを削除する処理を行う。また、Ｌ３の場合はアドレスの書き換えを行う。書き換え処理の行われたパケットは、パケット出力部２５に出力される。 The packet rewriting unit 24 uses metadata (for example, for example, switch status information) based on the data recorded in the IP flow information generation storage unit 262, the transfer information / monitoring target storage unit 263, and the switch status information storage unit 264. It performs write processing to be added to the packet as (INT metadata), update of checksum, and the like. As will be described later, if it is necessary to delete the INT header at the output destination, the process of deleting the INT header is performed. Further, in the case of L3, the address is rewritten. The rewritten packet is output to the packet output unit 25.

なお、スイッチ状態情報記憶部２６４には、当該ネットワークスイッチ２０のスイッチＩＤ等が記録されており、これらのデータは外部より指定される。 The switch ID of the network switch 20 and the like are recorded in the switch state information storage unit 264, and these data are designated from the outside.

パケット出力部２５は、必要な処理がされた出力パケット（例えば、当該ネットワークスイッチ２０に関するメタデータが追加された出力パケット）の出力を行う。 The packet output unit 25 outputs an output packet that has undergone necessary processing (for example, an output packet to which metadata related to the network switch 20 is added).

ＩＰフロー情報生成部２７は、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に記録されたデータに基づいて、ＩＰフロー情報パケットを作成する。パケットを作成するタイミングは、指定された時間毎としてもよく、また、転送データ量が所定の量となったとき、或いはパケットの破棄のイベントが発生したとき等としてもよい。作成されたＩＰフロー情報パケットは、ＩＰフロー情報出力部２８に送られる。 The IP flow information generation unit 27 creates an IP flow information packet based on the data recorded in the IP flow information generation storage unit 262. The timing for creating a packet may be every designated time, or when the amount of transferred data reaches a predetermined amount, or when an event for discarding a packet occurs. The created IP flow information packet is sent to the IP flow information output unit 28.

ＩＰフロー情報生成部２７は、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に記録された総転送データ量や転送パケット数、マーカービットのカウント数と、前回の総転送データ量や転送パケット数、マーカービットのカウント値との差分と前回分析処理を行ったタイムスタンプから、平均スループット値や平均出力パケット数、平均マーカービット数といった単位時間あたりの情報を算出する機能を有しても良い。分析処理を行ったタイミングのタイムスタンプをＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に書き込む。 The IP flow information generation unit 27 includes the total transfer data amount and the number of transfer packets recorded in the IP flow information generation storage unit 262, the count number of the marker bits, and the previous total transfer data amount and the number of transfer packets and the marker bits. It may have a function of calculating information per unit time such as an average throughput value, an average number of output packets, and an average number of marker bits from the difference from the count value and the time stamp obtained from the previous analysis process. The time stamp of the timing at which the analysis process is performed is written in the IP flow information generation storage unit 262.

ＩＰフロー情報出力部２８は、作成されたＩＰフロー情報パケットを、監視装置３０に対して出力する。 The IP flow information output unit 28 outputs the created IP flow information packet to the monitoring device 30.

図３に、本実施形態において、各スイッチから出力されるプロトコルスタックの例を示す。図３の左側から順に、送信元１０から出力されるパケット、パケット解析機能を搭載した各ネットワークスイッチＡ，Ｂ，Ｃ（２０₁～２０₃）から出力されるパケットの概要を示す。 FIG. 3 shows an example of a protocol stack output from each switch in this embodiment. From the left side of FIG. ₃ , the outline of the packet output from the source 10 and the packet output from each network switch _A , B, C (201 to 203) equipped with the packet analysis function is shown.

送信元１０から出力されるパケットは、例えば、ＥｔｈｅｒｎｅｔＨｅａｄｅｒ，ＩＰＨｅａｄｅｒ，ＵＤＰ（User Datagram Protocol）Ｈｅａｄｅｒ，ＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）Ｈｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥ（Society of Motion Picture and Television Engineers）ＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒを含み、それに続いてＰａｙｌｏａｄを有している。 The packets output from the source 10 are, for example, Ethernet Header, IP Header, UDP (User Datagram Protocol) Header, RTP (Real-time Transport Protocol) Header, SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) ST 2022-X. It contains / ST2110-X Header, followed by Payload.

なお、一般的に、ＩＰネットワーク上で映像信号のデータをパケットに格納して伝送する際にはＳＭＰＴＥＳＴ２１１０－２０規格が定められており、ＩＰネットワーク上で音声信号のデータをパケットに格納して伝送する際にはＳＭＰＴＥＳＴ２１１０－３０規格が定められている。また、映像・音声情報をパケットに格納して伝送する際にはＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－６規格が定められている。 In general, the SMPTE ST 2110-20 standard is defined when video signal data is stored in a packet and transmitted on an IP network, and voice signal data is stored in a packet on an IP network. The SMPTE ST 2110-30 standard is defined for transmission. Further, the SMPTE ST 2022-6 standard is defined when video / audio information is stored in a packet and transmitted.

ネットワークスイッチＡ（２０₁）は、送信元１０から受信したパケットに対して、ＩＰＨｅａｄｅｒの後に、ＩＮＴＨｅａｄｅｒとスイッチＡの情報を含むＩＮＴＭｅｔａｄａｔａ（メタデータ）を付加する。このＩＮＴメタデータは、後述するように、その中にＩＮＴメタデータのＰａｙｌｏａｄを有している。その後に、ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒ，Ｐａｙｌｏａｄを受信したままの構成で続けて、出力パケットを作成する。すなわち、ＩＮＴメタデータが入力パケットのヘッダ部に追加される The network switch _A (201) adds the INT Header (metadata) including the information of the INT Header and the switch A to the packet received from the source 10 after the IP Header. This INT metadata has a Payload of INT metadata in it, as will be described later. After that, the output packet is continuously created with the configuration in which UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, Payload are received. That is, INT metadata is added to the header part of the input packet.

ネットワークスイッチＢ（２０₂）は、ネットワークスイッチＡ（２０₁）から受信したパケットに対して、スイッチＡのＩＮＴメタデータの後に、スイッチＢの情報を含むＩＮＴメタデータ（Ｐａｙｌｏａｄを含む）を付加する。その後に、ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒ，Ｐａｙｌｏａｄを受信したままの構成で続けて、出力パケットを作成する。 The network switch B ( ₂₀₂ ) adds INT metadata (including the payload) including the information of the switch B to the packet received from the network switch _A (201) after the INT metadata of the switch A. .. After that, the output packet is continuously created with the configuration in which UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, Payload are received.

また、ネットワークスイッチＣ（２０₃）は同様に、ネットワークスイッチＢ（２０₂）から受信したパケットに対して、スイッチＢのＩＮＴメタデータの後に、スイッチＣの情報を含むＩＮＴメタデータ（Ｐａｙｌｏａｄを含む）を付加する。その後に、ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒ，Ｐａｙｌｏａｄを受信したままの構成で続けて、出力パケットを作成する。 Similarly, the network switch C ₍ 203) includes the INT metadata (Payload) including the information of the switch C after the INT metadata of the switch B for the packet received from the network switch B ( ₂₀₂ ). ) Is added. After that, the output packet is continuously created with the configuration in which UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, Payload are received.

このように、パケット解析機能を搭載した各ネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）は、各スイッチの情報をＩＮＴメタデータとして順次付加して出力する。このようにすることで、下流のスイッチでもパケットがどのスイッチを経由してきたかの情報、及び、上流スイッチの状態（スイッチを経由した際の遅延時間等）を知ることができる。また、下流のネットワークスイッチにおいて、該当ＩＰフローが上流部でドロップが発生しているのか特定することができる。 As described above, _each network switch 20 ₍ 201 to 203) equipped with the packet analysis function sequentially adds and outputs the information of each switch as INT metadata. By doing so, it is possible to know information on which switch the packet has passed through even on the downstream switch, and the state of the upstream switch (delay time when passing through the switch, etc.). Further, in the downstream network switch, it is possible to specify whether or not the corresponding IP flow is dropped in the upstream portion.

図４は、ＩＮＴメタデータのフォーマットの例である。本実施形態で用いられるＩＮＴメタデータのフォーマットは、基本構造としてＩＮＴ（In-Band Network Telemetry）で規定されているデータフォーマットを利用している。ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＢｉｔｍａｐとして１６Ｂｉｔが確保され、各Ｂｉｔは次のように設定されている。ここでは、非特許文献５の規格にＢｉｔ８、Ｂｉｔ９を追加している。残りのＢｉｔは予約済みである。 FIG. 4 is an example of the format of INT metadata. The format of the INT metadata used in this embodiment uses the data format defined by INT (In-Band Network Telemetry) as the basic structure. 16 Bits are secured as the Instruction Bitmap, and each Bit is set as follows. Here, Bit8 and Bit9 are added to the standard of Non-Patent Document 5. The remaining Bits are reserved.

Ｂｉｔ０：スイッチＩＤ
Ｂｉｔ１：入力ポートＩＤ
Ｂｉｔ２：ＨｏｔＬａｔｅｎｃｙ
Ｂｉｔ３：キューの輻輳度
Ｂｉｔ４：入力タイムスタンプ
Ｂｉｔ５：出力ポートＩＤ
Ｂｉｔ６：キューの混雑状態
Ｂｉｔ７：出力ポートＴＸＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
Ｂｉｔ８：ＲＴＰパケットにおいて、ロスしたパケット数
Ｂｉｔ９：該当ＩＰフローにおける前ＲＴＰパケットのシーケンス番号
Ｂｉｔ１５：ＣｈｅｃｋｓｕｍＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔ Bit 0: Switch ID
Bit 1: Input port ID
Bit 2: Hot Latency
Bit 3: Queue congestion Bit 4: Input time stamp Bit 5: Output port ID
Bit 6: Queue congestion Bit 7: Output port TX Installation
Bit 8: Number of lost packets in RTP packet Bit 9: Sequence number of previous RTP packet in the corresponding IP flow Bit 15: Checksum Complete

本実施形態では、ネットワークスイッチ２０においてＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号の連続性のチェックを行う。ＲＴＰパケットのパケットロス数をＩＮＴメタデータに追記する場合、Ｂｉｔ８のフラグを立て、該当フィールドが存在することを示す。また、Ｂｉｔ９のフラグを立てることで、該当ＩＰフローにおける前ＲＴＰパケットのシーケンス番号を格納することで、下流の装置でパケットドロップの解析を行うことも可能である。 In the present embodiment, the network switch 20 checks the continuity of the sequence number of the RTP header section. When adding the packet loss number of the RTP packet to the INT metadata, the Bit8 flag is set to indicate that the corresponding field exists. Further, by setting the Bit9 flag, the sequence number of the previous RTP packet in the corresponding IP flow can be stored, and the packet drop can be analyzed by the downstream device.

ロスが発生していない場合、ＩＮＴのフィールドデータにドロップが発生していないことを示す値（例えば０）をＢｉｔ８に入れる。それ以外の場合は、ドロップしたパケット数を格納する。 If no loss has occurred, a value (for example, 0) indicating that no drop has occurred in the INT field data is put in Bit8. Otherwise, store the number of dropped packets.

Ｂｉｔ９は、下流のネットワークスイッチもしくは送信先でパケットロスの検出を行うために使用される。ネットワークスイッチ２０において受信した該当ＩＰフローの前パケットのＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号を格納する。下流のネットワークスイッチや送信先（受信装置）、外部の解析装置において、前パケットのＲＴＰヘッダ部のシーケンス番号と現在のシーケンス番号との差分を取ることでドロップ数の計算、すなわちパケットドロップの発生の有無を解析することが可能である。 Bit9 is used to detect packet loss at a downstream network switch or destination. Stores the sequence number of the RTP header part of the previous packet of the corresponding IP flow received by the network switch 20. In the downstream network switch, destination (receiver), and external analysis device, the number of drops is calculated by taking the difference between the sequence number in the RTP header of the previous packet and the current sequence number, that is, the occurrence of packet drops. It is possible to analyze the presence or absence.

図５は、ネットワークスイッチ２０におけるパケット解析のフローチャートである。ネットワークスイッチ２０は、主に入力パケット解析・判定部２２で入力パケットの解析を行う。各ステップについて簡単に説明する。 FIG. 5 is a flowchart of packet analysis in the network switch 20. The network switch 20 mainly analyzes the input packet by the input packet analysis / determination unit 22. Each step will be briefly described.

ステップＳ１：ネットワークスイッチ２０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔヘッダのパース（構造を解析し読み取る作業）を行う。 Step S1: The network switch 20 parses the Ethernet header (the work of analyzing and reading the structure).

ステップＳ２：ペイロードの形式がＩＰｖ４か否かを判断する。ＩＰｖ４である場合はステップＳ３に進む。ＩＰｖ４ではない場合はステップＳ１６に進む。 Step S2: Determine whether the payload format is IPv4. If it is IPv4, the process proceeds to step S3. If it is not IPv4, the process proceeds to step S16.

ステップＳ３：ＩＰヘッダのパースを行う。 Step S3: Parse the IP header.

ステップＳ４：ＩＮＴヘッダが存在するか否かを判断する。ＩＮＴヘッダが存在する場合はステップＳ５に進む。存在しない場合はステップＳ６に進む。 Step S4: It is determined whether or not the INT header exists. If the INT header is present, the process proceeds to step S5. If it does not exist, the process proceeds to step S6.

ステップＳ５：ＩＮＴヘッダのパースを行う。このＩＮＴヘッダの解析でＩＮＴペイロードの長さを知ることができ、ＵＤＰヘッダがどこから始まるかを認識できる。 Step S5: Parse the INT header. By analyzing this INT header, the length of the INT payload can be known, and where the UDP header starts can be recognized.

ステップＳ６：ペイロードはＵＤＰか否かを判断する。ＵＤＰである場合はステップＳ７に進む。ＵＤＰではない場合はステップＳ８に進む。 Step S6: Determine whether the payload is UDP or not. If it is UDP, the process proceeds to step S7. If it is not UDP, the process proceeds to step S8.

ステップＳ７：ＵＤＰヘッダのパースを行う。その後、ステップＳ１０に進む。 Step S7: Parse the UDP header. After that, the process proceeds to step S10.

ステップＳ８：ペイロードはＴＣＰか否かを判断する。ＴＣＰである場合はステップＳ９に進む。ＴＣＰではない場合はステップＳ１６に進む。 Step S8: It is determined whether or not the payload is TCP. If it is TCP, the process proceeds to step S9. If it is not TCP, the process proceeds to step S16.

ステップＳ９：ＴＣＰヘッダのパースを行う。その後、ステップＳ１６に進む。 Step S9: Parse the TCP header. Then, the process proceeds to step S16.

ステップＳ１０：ペイロードはＲＴＰか否かを判断する。ＲＴＰである場合はステップＳ１１に進む。ＲＴＰではない場合はステップＳ１６に進む。 Step S10: It is determined whether or not the payload is RTP. If it is RTP, the process proceeds to step S11. If it is not RTP, the process proceeds to step S16.

ステップＳ１１：ＲＴＰヘッダのパースを行う。 Step S11: Parse the RTP header.

ステップＳ１２：ＳＭＰＴＥのＳＴ２０２２規格のパケットか否かを判断する。ＳＴ２０２２規格のパケットである場合はステップＳ１３に進む。ＳＴ２０２２規格ではない場合はステップＳ１４に進む。 Step S12: It is determined whether or not the packet is the ST 2022 standard packet of SMPTE. If the packet is of the ST 2022 standard, the process proceeds to step S13. If it is not the ST 2022 standard, the process proceeds to step S14.

ステップＳ１３：ＳＭＰＴＥのＳＴ２０２２ヘッダのパースを行う。その後、ステップＳ１６に進む。 Step S13: Parse the ST 2022 header of SMPTE. Then, the process proceeds to step S16.

ステップＳ１４：ＳＭＰＴＥのＳＴ２１１０規格のパケットか否かを判断する。ＳＴ２１１０規格のパケットである場合はステップＳ１５に進む。ＳＴ２１１０規格ではない場合はステップ１６に進む。 Step S14: It is determined whether or not the packet is of the ST2110 standard of SMPTE. If the packet is of the ST2110 standard, the process proceeds to step S15. If it is not the ST 2110 standard, the process proceeds to step 16.

ステップＳ１５：ＳＭＰＴＥのＳＴ２１１０ヘッダのパースを行う。その後、ステップＳ１６に進む。 Step S15: Parse the ST2110 header of SMPTE. Then, the process proceeds to step S16.

ステップＳ１６：ネットワークスイッチ２０は、パケット解析によって得られた各パラメータをＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に格納し、処理を終了する。 Step S16: The network switch 20 stores each parameter obtained by the packet analysis in the IP flow information generation storage unit 262, and ends the process.

本実施形態では、ネットワークスイッチ２０は、各パケットの解析によって得られたパラメータ、及び複数の通過パケット（入力パケット）を分析して得られるデータを、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に格納する。その後、ネットワークスイッチ２０は、ＩＰフロー情報生成用記憶部２６２に格納されたデータに基づいて、ＩＰフロー情報パケットを作成し、監視装置３０に出力する。 In the present embodiment, the network switch 20 stores the parameters obtained by the analysis of each packet and the data obtained by analyzing a plurality of passing packets (input packets) in the IP flow information generation storage unit 262. After that, the network switch 20 creates an IP flow information packet based on the data stored in the IP flow information generation storage unit 262 and outputs the IP flow information packet to the monitoring device 30.

図６に、ＩＰフロー情報パケットの項目の例を示す。項目は、大きく、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ集計データ、ＩＰ集計データ、ＴＣＰ／ＵＤＰ集計データ、ＲＴＰ集計データ、及びＳＭＰＴＥプロトコルに応じて個別に集計されるデータに区分される。 FIG. 6 shows an example of an item of the IP flow information packet. The items are broadly divided into Ethernet aggregated data, IP aggregated data, TCP / UDP aggregated data, RTP aggregated data, and data aggregated individually according to the SMPTE protocol.

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ集計データは、例えば、ＩＰフロー毎の送信元ＭＡＣアドレス、宛先ＭＡＣアドレス、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームタイプ番号、平均スループット、合計受信パケット数、スイッチＩＤ、経由したスイッチのＩＤ、入力ポート、出力ポート、ドロップの理由（ドロップがある場合）等を含む。 The Ethernet aggregate data is, for example, the source MAC address, destination MAC address, Ethernet frame type number, average throughput, total number of received packets, switch ID, switch ID via, input port, output port, and drop for each IP flow. Includes reasons (if there is a drop), etc.

ＩＰ集計データは、ＩＰフロー毎の送信元ＭＡＣアドレス、宛先ＭＡＣアドレス、送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、ＩＰヘッダプロトコル番号、平均スループット、合計受信パケット数、スイッチＩＤ、経由したスイッチのＩＤ、入力ポート、出力ポート、ドロップの理由（ドロップがある場合）等を含む。 The IP aggregate data includes source MAC address, destination MAC address, source IP address, destination IP address, IP header protocol number, average throughput, total number of received packets, switch ID, switch ID via, and input for each IP flow. Includes port, output port, reason for drop (if any), etc.

ＴＣＰ／ＵＤＰ集計データは、ＩＰフロー毎の送信元ＭＡＣアドレス、宛先ＭＡＣアドレス、送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元Ｌ４ポート番号、宛先Ｌ４ポート番号、平均スループット、合計受信パケット数、スイッチＩＤ、経由したスイッチのＩＤ、入力ポート、出力ポート、ドロップの理由（ドロップがある場合）等を含む。 The TCP / UDP aggregate data includes the source MAC address, destination MAC address, source IP address, destination IP address, source L4 port number, destination L4 port number, average throughput, total number of received packets, and switch ID for each IP flow. , The ID of the switch that passed through, the input port, the output port, the reason for the drop (if there is a drop), etc.

また、ＲＴＰ集計データは、ＩＰフロー毎の送信元ＭＡＣアドレス、宛先ＭＡＣアドレス、送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、送信元Ｌ４ポート番号、宛先Ｌ４ポート番号、平均スループット、合計受信パケット数、ＲＴＰペイロードタイプ、ＲＴＰＳＳＲＣ、ＲＴＰマーカービット値と１を示すパケット数、パケット受信間隔（平均／最小／最大）、パケットロス数、最大バーストロス数、スイッチＩＤ、経由したスイッチのＩＤ、入力ポート、出力ポート、ドロップの理由（ドロップがある場合）、ドロップが発生したスイッチＩＤ等を含む。 In addition, the RTP aggregated data includes the source MAC address, destination MAC address, source IP address, destination IP address, source L4 port number, destination L4 port number, average throughput, total number of received packets, and RTP payload for each IP flow. Type, RTP SSRC, number of packets indicating RTP marker bit value and 1, packet reception interval (average / minimum / maximum), packet loss number, maximum burst loss number, switch ID, switch ID via, input port, output port , The reason for the drop (if there is a drop), the switch ID where the drop occurred, etc.

ＳＭＰＴＥプロトコルに応じた集計データは、（ＳＴ２１１０－２０）については、ＲＴＰで出力するデータ、解像度、フレームレート、インターレース／プログレッシブの識別、及び伝送遅延（平均／最小／最大）の各値が集計データに付与される。伝送遅延は、パケットがスイッチを通過するのに要した遅延時間に関係する。 For (ST2110-20), the aggregated data according to the SMPTE protocol is the aggregated data output by RTP, resolution, frame rate, interlaced / progressive identification, and transmission delay (average / minimum / maximum). It is given to the data. Transmission delay is related to the delay time it takes for a packet to pass through the switch.

（ＳＴ２１１０－３０）については、ＲＴＰで出力するデータ、サンプリング周波数、パケット時刻(Packet time)、ペイロード長、ＲＴＰＳＳＲＣ、及び伝送遅延（平均／最小／最大）の各値が集計データに付与される。 For (ST 2110-30), each value of data output by RTP, sampling frequency, packet time, payload length, RTP SSRC, and transmission delay (average / minimum / maximum) is added to the aggregated data. To.

（ＳＴ２０２２－６）については、ＲＴＰで出力するデータ、ＳＴ２０２２－６におけるＭＡＰ値、ＳＴ２０２２－６におけるＦＲＡＭＥ値、ＳＴ２０２２－６におけるＦＲＡＴＥ値、ＳＴ２０２２－６におけるＳＡＭＰＬＥ値、及びＳＴ２０２２－６におけるＲ値が集計データに付与される。 For (ST 2022-6), the data output by RTP, the MAP value in ST 2022-6, the FRAME value in ST 2022-6, the FRATE value in ST 2022-6, the SAMPLE value in ST 2022-6, and ST 2022. The R value in -6 is given to the aggregated data.

本実施形態では、ＩＰフローの分析に用いる様々なデータがＩＰフロー情報パケットに書き込まれる。特に、平均スループット、合計受信パケット数、経由したスイッチのＩＤは、複数又は全ての通過パケット（入力パケット）を分析して得られるデータであり、各ネットワークスイッチ２０でこれらの情報分析を行うことにより、監視装置（解析サーバ）３０での障害個所の特定やＩＰフローの品質の監視が容易になる。 In this embodiment, various data used for IP flow analysis are written in the IP flow information packet. In particular, the average throughput, the total number of received packets, and the ID of the switch that has passed through are data obtained by analyzing a plurality of or all passing packets (input packets), and by performing these information analysis on each network switch 20. , It becomes easy to identify the faulty part and monitor the quality of the IP flow with the monitoring device (analysis server) 30.

また、本実施形態では、ＳＴ２１１０－２０、ＳＴ２１１０－３０、及びＳＴ２０２２－６等の番組制作に特化した情報もＩＰフロー情報パケットに書き込まれる。特に、映像の解像度や音声のサンプリング周波数等は、番組の品質に関わるデータであり、各ネットワークスイッチ２０でこれらの情報分析を行うことにより、番組制作における品質の監視が容易になる。 Further, in the present embodiment, information specialized for program production such as ST 2110-20, ST 2110-30, and ST 2022-6 is also written in the IP flow information packet. In particular, the resolution of the video, the sampling frequency of the audio, and the like are data related to the quality of the program, and by analyzing these information with each network switch 20, it becomes easy to monitor the quality in the program production.

なお、送信先４０から監視装置３０に出力する受信機状態情報の項目についても、上記のＩＰフロー情報パケットの項目に準じて作成し、さらに、最終的な受信状態の情報を加えることができる。 The item of receiver status information output from the destination 40 to the monitoring device 30 can also be created according to the item of the IP flow information packet described above, and further, the information of the final reception status can be added.

本実施形態によれば、スイッチ内で複数の（又は全ての）パケットから算出したＩＰフロー情報を生成し、ＩＰフロー情報パケットとして出力する。メディアパケットの場合はシーケンス番号チェックを行い、パケットロスを検出する。映像の解像度やパケットの伝送遅延についても算出を行う。パケットをドロップ（破棄）する場合は、その理由をフロー情報テーブルに書き込む。このようにすることで、外部設備を使用せずともパケットロスの検出や映像の状態を知ることができるため、４Ｋ／８Ｋ等の大容量トラフィックネットワークへも適応できる。あるスイッチで、ドロップが発生している場合は、そのスイッチが原因であることを特定することができる。また、スイッチでパケットが破棄される場合に理由を知ることができ、下流でも、異常があることを知ることができる。さらに、複数のスイッチ間でＩＰフロー情報を比較することで、どのスイッチまでパケットが届いているのか一意に特定できる。 According to this embodiment, IP flow information calculated from a plurality of (or all) packets is generated in the switch and output as an IP flow information packet. In the case of media packets, the sequence number is checked and packet loss is detected. It also calculates the video resolution and packet transmission delay. When dropping (discarding) a packet, write the reason in the flow information table. By doing so, it is possible to detect packet loss and know the state of the image without using external equipment, so that it can be applied to a large-capacity traffic network such as 4K / 8K. If a switch is experiencing a drop, you can determine that the switch is the cause. In addition, it is possible to know the reason when the packet is dropped by the switch, and it is possible to know that there is an abnormality even downstream. Furthermore, by comparing the IP flow information among a plurality of switches, it is possible to uniquely identify to which switch the packet has arrived.

ＩＮＴを用いてＩＰフロー毎にネットワークの経路情報を一意に特定しつつ、スイッチ内部で、ＲＴＰヘッダ部、ＳＭＰＴＥヘッダ部を解析してＩＰフロー情報として送信するため、解析サーバでの処理を削減することができる。これにより、映像・音声パケットの状態、障害箇所の特定、経路の切り替え箇所等を知ることができる。 While uniquely specifying the network route information for each IP flow using INT, the RTP header part and SMPTE header part are analyzed inside the switch and transmitted as IP flow information, reducing the processing on the analysis server. be able to. This makes it possible to know the state of the video / audio packet, the identification of the fault location, the route switching location, and the like.

なお、全てのパケットに対してＩＮＴメタデータを付与することが解析上望ましいが、ＩＮＴフィールド部の増加によるネットワーク帯域の増加を抑えるために、送信元ＩＰアドレスとポート番号等の組み合わせ又は送信先ＩＰアドレスとポート番号により指示されたホワイトリスト、ＲＴＰパケットのマーカービットが１の場合等、監視対象を特定のパケットに限定して、ＩＮＴメタデータを付与することも可能である。 It is desirable to add INT metadata to all packets in analysis, but in order to suppress the increase in network bandwidth due to the increase in the INT field part, the combination of source IP address and port number, etc. or the destination IP It is also possible to limit the monitoring target to a specific packet and add INT metadata, such as when the white list specified by the address and port number or when the marker bit of the RTP packet is 1.

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態のＩＰフロー監視システム（ネットワーク監視システム）の概略構成である。本実施形態のＩＰフロー監視システムも、第１実施形態と同様に、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットのネットワークで構築されたシステムにおいて、当該ネットワーク上の１台又は複数台のネットワークスイッチ２０を通過するパケット流れ（ＩＰフロー）とその品質を監視するためのシステムである。本実施形態では、第１実施形態と共通の内容は説明を省略又は簡略化し、異なる点を中心に説明する。 (Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic configuration of the IP flow monitoring system (network monitoring system) according to the second embodiment of the present invention. Similar to the first embodiment, the IP flow monitoring system of the present embodiment also has a packet flow passing through one or a plurality of network switches 20 on the network in the system constructed by the Ethernet / IP packet network (the packet flow (). It is a system for monitoring IP flow) and its quality. In the present embodiment, the contents common to the first embodiment will be described by omitting or simplifying the description and focusing on the differences.

本発明のネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）は、パケット解析機能を搭載したネットワークスイッチであり、ネットワークスイッチ２０内で入力パケットのメタデータを解析するとともに、当該ネットワークスイッチ２０を経由する複数パケットから算出したＩＰフローの情報を生成し、ＩＰフロー情報パケットとして監視装置３０に出力する。また、ネットワークスイッチＡ，Ｂ（２０₁、２０₂）は、送信元１０又は他のネットワークスイッチ２０から受け取った入力パケットに対して、当該ネットワークスイッチの情報を、メタデータとして付加し、出力パケットとして出力する。なお、ネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）の構成は、基本的に図２のブロック図と同じであってよく、ＩＰフロー情報パケットの項目は図６と同じであってよい。 _The network switch 20 ₍ 201 to 203) of the present invention is a network switch equipped with a packet analysis function, analyzes input packet metadata in the network switch 20, and performs a plurality of packets via the network switch 20. The IP flow information calculated from the above is generated and output to the monitoring device 30 as an IP flow information packet. Further, the network switches A and B (201, 202) add the information of the network switch as metadata to the input packet received from the source 10 or _another network switch ₂₀ , and use it as an output packet. Output. The configuration of the network switches 20 ( ₂₀₁ to ₂₀₃ ) may be basically the same as the block diagram of FIG. 2, and the items of the IP flow information packet may be the same as those of FIG.

本実施形態においては、送信先である番組制作機器４０は、ＩＮＴメタデータに対応していない機器である。したがって、送信先４０の前段のネットワークスイッチＣ（２０₃）は、入力されたパケットから、各ネットワークスイッチで付加された各スイッチの情報（メタデータ）を削除し、送信元１０が出力したＥｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰパケットの構成に戻して、送信先４０に出力する。なお、送信先４０は、メタデータの分析を行わないから、受信機状態情報を監視装置３０に出力することもしない。 In the present embodiment, the program production device 40, which is the transmission destination, is a device that does not support INT metadata. Therefore, the network switch C ₍ 203) in the previous stage of the destination 40 deletes the information (metadata) of each switch added by each network switch from the input packet, and the Ethernet / output by the source 10 is output. Return to the IP packet configuration and output to the destination 40. Since the transmission destination 40 does not analyze the metadata, it does not output the receiver status information to the monitoring device 30.

監視装置３０は、各ネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）からＩＰフロー情報パケットを受信し、これらを解析してパケットの流れ（ＩＰフロー）を監視する。監視装置３０は、パケットの流れをＩＰフロー毎に解析して集計データとしてまとめ、各ＩＰフローに係る品質を分析する。また、ＩＰフローに障害が生じた場合は、障害個所の特定等を行う。 The monitoring device ₃₀ receives IP flow information packets from _each network switch 20 (201 to 203), analyzes them, and monitors the packet flow (IP flow). The monitoring device 30 analyzes the packet flow for each IP flow, summarizes it as aggregated data, and analyzes the quality of each IP flow. In addition, if a failure occurs in the IP flow, the location of the failure is identified.

図８に、本実施形態において、各スイッチから出力されるプロトコルスタックの例を示す。図８の左側から順に、送信元１０から出力されるパケット、パケット解析機能を搭載した各ネットワークスイッチＡ，Ｂ，Ｃ（２０₁～２０₃）から出力されるパケットの概要を示す。 FIG. 8 shows an example of a protocol stack output from each switch in this embodiment. From the left side of FIG. 8, the outline of the packet output from the source 10 and the packet output from each network switch _A , B, C (201 to ₂₀₃ ) equipped with the packet analysis function is shown.

送信元１０から出力されるパケットは、例えば、ＥｔｈｅｒｎｅｔＨｅａｄｅｒ，ＩＰＨｅａｄｅｒ，ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒを含み、それに続いてＰａｙｌｏａｄを有している。 The packet output from the source 10 includes, for example, Ethernet Header, IP Header, UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, and subsequently has a Payload.

ネットワークスイッチＡ（２０₁）は、送信元１０から受信したパケットに対して、ＩＰＨｅａｄｅｒの後に、ＩＮＴＨｅａｄｅｒとスイッチＡの情報を含むＩＮＴＭｅｔａｄａｔａ（メタデータ）を付加する。その後に、ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒ，Ｐａｙｌｏａｄを受信したままの構成で続けて、出力パケットを作成する。 The network switch _A (201) adds the INT Header (metadata) including the information of the INT Header and the switch A to the packet received from the source 10 after the IP Header. After that, the output packet is continuously created with the configuration in which UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, Payload are received.

また、ネットワークスイッチＢ（２０₂）は同様に、ネットワークスイッチＡ（２０₁）から受信したパケットに対して、スイッチＡのＩＮＴメタデータの後に、スイッチＢの情報を含むＩＮＴメタデータ（Ｐａｙｌｏａｄを含む）を付加する。その後に、ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒ，Ｐａｙｌｏａｄを受信したままの構成で続けて、出力パケットを作成する。 Similarly, the network switch B ( ₂₀₂ ) includes the INT metadata (Payload) including the information of the switch B after the INT metadata of the switch A for the packet received from the network switch _A (201). ) Is added. After that, the output packet is continuously created with the configuration in which UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, Payload are received.

しかし、ネットワークスイッチＣ（２０₃）は、ネットワークスイッチＢ（２０₂）から受信したパケットから、ＩＮＴＨｅａｄｅｒとスイッチＡ及びＢで付加されたＩＮＴメタデータを削除する。そして、ＵＤＰＨｅａｄｅｒ，ＲＴＰＨｅａｄｅｒ，ＳＭＰＴＥＳＴ２０２２－Ｘ／ＳＴ２１１０－ＸＨｅａｄｅｒ，Ｐａｙｌｏａｄを続けて、送信元１０が出力したパケットの構成に戻して、送信先４０へ出力する。 However, the network switch C ₍ 203) deletes the INT Header and the INT metadata added by the switches A and B from the packet received from the network switch B ( ₂₀₂ ). Then, UDP Header, RTP Header, SMPTE ST 2022-X / ST 2110-X Header, Payload are continued, and the packet configuration output by the source 10 is restored and output to the destination 40.

このように、パケット解析機能を搭載した各ネットワークスイッチ２０（２０₁～２０₃）は、順次付加された各スイッチの情報のＩＮＴメタデータを分析し、下流のスイッチでもパケットがどのスイッチを経由してきたかの情報、及び、上流スイッチの状態（スイッチを経由した際の遅延時間等）を知ることができる。また、メタデータに対応していない機器へはメタデータを削除して出力することで、メタデータに非対応の機器とでも従来通りの通信が可能になる。ペイロードの前段にメタデータがあるため、メタデータ非対応のネットワーク機器でも従来通り転送処理が可能である。ネットワークスイッチ２０に、パケットの転送先の機器の機能（メタデータに対応できるか否か）の情報を与えることにより、柔軟なネットワークを構成することができる。 In this way, _each network switch 20 ₍ 201 to 203) equipped with the packet analysis function analyzes the INT metadata of the information of each switch sequentially added, and the packet passes through any switch even in the downstream switch. It is possible to know the information and the state of the upstream switch (delay time when passing through the switch, etc.). In addition, by deleting the metadata and outputting it to the device that does not support the metadata, it is possible to communicate with the device that does not support the metadata as before. Since there is metadata in front of the payload, transfer processing can be performed as before even with network devices that do not support metadata. A flexible network can be configured by giving information on the function (whether or not metadata can be supported) of the device to which the packet is forwarded to the network switch 20.

次に、実際のＩＰフロー解析について、例を用いて説明する。 Next, the actual IP flow analysis will be described using an example.

図９は、ネットワークにおけるＩＰフローの例である。図９のネットワークは、Ｓｅｎｄｅｒ１～３、ネットワークスイッチＡ（２０₁），Ｂ（２０₂）、及びＲｅｃｅｉｖｅｒ１～３を含む。Ｓｅｎｄｅｒ１からのＩＰフローはスイッチＡのポート１に入力され、ポート２からＲｅｃｅｉｖｅｒ１へ出力される。Ｓｅｎｄｅｒ２からのＩＰフローはスイッチＡのポート５に入力されるが、スイッチＡでドロップされ出力されない。また、Ｓｅｎｄｅｒ３からのＩＰフローはスイッチＢを介してスイッチＡのポート３に入力され、スイッチＡで複製されてポート４からＲｅｃｅｉｖｅｒ２へ、またポート６からＲｅｃｅｉｖｅｒ３へ出力される構成を示している。 FIG. 9 is an example of an IP flow in a network. The network of FIG. 9 includes Senders _1-3 , network switches A (201), B ( ₂₀₂ ), and Receivers 1-3. The IP flow from Sender 1 is input to port 1 of switch A, and is output from port 2 to Receiver 1. The IP flow from Sender 2 is input to port 5 of switch A, but is dropped by switch A and is not output. Further, the IP flow from the Sender 3 is input to the port 3 of the switch A via the switch B, duplicated by the switch A, and output from the port 4 to the Receiver 2 and from the port 6 to the Receiver 3.

図１０は、図９のネットワークにおけるＩＰフロー情報の例である。上側がネットワークスイッチＡから出力されるＩＰフロー情報であり、下側がネットワークスイッチＢから出力されるＩＰフロー情報である。ネットワークスイッチＡのＩＰフロー情報は、ＩｎｇｒｅｓｓＰｏｒｔとＥｇｒｅｓｓＰｏｒｔの組み合わせで４つのレコードが作成される。ＩＰフロー情報のうちハッチングを施した部分が特に注目すべき項目であり、各ネットワークスイッチでのパケットの分析結果が記入される。例えば、上側の２行目はポート５に入力されたフロー情報を示しており、ドロップ（破棄）されたことと、ドロップの理由が記入されている。このＩＰフロー情報を分析することにより、各スイッチでのＩＰフローの状況を容易に把握することができる。 FIG. 10 is an example of IP flow information in the network of FIG. The upper side is the IP flow information output from the network switch A, and the lower side is the IP flow information output from the network switch B. As for the IP flow information of the network switch A, four records are created by the combination of the Ingress Port and the Egress Port. The hatched part of the IP flow information is a particularly noteworthy item, and the analysis result of the packet at each network switch is entered. For example, the second line on the upper side shows the flow information input to the port 5, and the drop (discard) and the reason for the drop are entered. By analyzing this IP flow information, the status of the IP flow at each switch can be easily grasped.

上記の実施の形態では、ネットワークスイッチ２０の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限らず、入力パケットを解析し、パケットに対して当該スイッチの情報をメタデータとして付加すると共に、ＩＰフロー情報を生成して出力する方法として構成されても良い。 In the above embodiment, the configuration and operation of the network switch 20 have been described, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this, the input packet is analyzed, the information of the switch is added to the packet as metadata, and the IP It may be configured as a method of generating and outputting flow information.

なお、上述したネットワークスイッチ２０として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、ネットワークスイッチ２０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録可能である。 A computer can be preferably used to function as the network switch 20 described above, and such a computer stores a program describing the processing contents for realizing each function of the network switch 20 in the storage unit of the computer. However, this can be realized by reading and executing this program by the CPU of the computer. This program can be recorded on a computer-readable recording medium.

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。 Although the above embodiments have been described as typical examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions can be made within the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and modifications can be made without departing from the scope of claims. For example, it is possible to combine the plurality of constituent blocks described in the embodiment into one, or to divide one constituent block into one.

１０送信元
１１映像送信装置
１２音声送信装置
２０ネットワークスイッチ
２１パケット入力部
２２入力パケット解析・判定部
２３転送・複製処理部
２４パケット書き換え部
２５パケット出力部
２６１パケット解析用一時記憶部
２６２ＩＰフロー情報生成用記憶部
２６３転送情報・監視対象記憶部
２６４スイッチ状態情報記憶部
２７ＩＰフロー情報生成部
２８ＩＰフロー情報出力部
３０監視装置
４０送信先
５１ＳＤＩルータ
５２音声ルータ
５５ネットワークスイッチ
６０同期信号発生器
７０受信装置
８０解析装置 10 Source 11 Video transmitter 12 Voice transmitter 20 Network switch 21 Packet input unit 22 Input packet analysis / judgment unit 23 Transfer / replication processing unit 24 Packet rewriting unit 25 Packet output unit 261 Temporary storage unit for packet analysis 262 IP flow information Generation storage unit 263 Transfer information / monitoring target storage unit 264 Switch status information storage unit 27 IP flow information generation unit 28 IP flow information output unit 30 Monitoring device 40 Destination 51 SDI router 52 Voice router 55 Network switch 60 Synchronous signal generator 70 Receiver 80 Analyzer

Claims

A network switch in a system constructed with a network of Ethernet® or IP (Internet Protocol) packets.
A function to add the network switch information and IP flow information as metadata to the input packet and output it as an output packet.
A network switch characterized by having a function of analyzing the input packet and outputting the IP flow information obtained by the analysis as an IP flow information packet.

In the network switch according to claim 1,
The network switch information includes the switch ID, the presence / absence of drop (discard), or the number of dropped packets, and is added to the header portion of the input packet as INT (In-Band Network Telemetry) metadata. Network switch.

In the network switch according to claim 1,
The network switch information includes a switch ID and a sequence number of a previous packet in an IP flow, and is added to a header portion of an input packet as INT (In-Band Network Telemetry) metadata.

The network switch according to any one of claims 1 to 3.
The network switch is characterized in that the IP flow information includes information on an average throughput and an information of a switch ID via the switch.

In the network switch according to any one of claims 1 to 4.
The system constructed by the network is a program production system, and the IP flow information packet is a network switch characterized in that information specialized for program production is included.

The network switch according to any one of claims 1 to 5.
When the device to which the output packet is output does not support the metadata, the network is characterized by having a function of deleting the metadata added by each network switch from the packet and outputting it as the output packet. switch.

In the network switch according to any one of claims 1 to 6.
A network switch characterized in that the monitoring target to which metadata is attached and analyzed is limited to a specific packet and the metadata is attached.

An IP flow monitoring system that monitors IP flow in a network of Ethernet® or IP packets.
The network switch according to any one of claims 1 to 7.
An IP flow monitoring system including a monitoring device that receives and analyzes the IP flow information packet from the network switch.

In the IP flow monitoring system according to claim 8,
A destination for receiving the output packet from the network switch is provided.
The destination is an IP flow monitoring system characterized in that receiver status information is output as a packet to the monitoring device.