JP2022025684A - Network switch and IP flow monitoring system - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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.
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
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 (
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
送信元10から出力されるパケットは、例えば、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/ST 2110-X Headerを含み、それに続いてPayloadを有している。
The packets output from the
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SMPTE ST 2110-20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SMPTE ST 2110-30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SMPTE ST 2022-6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、IP Headerの後に、INT HeaderとスイッチAの情報を含むINT Metadata(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、UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Header,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
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、UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Header,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、UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Header,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。Instruction Bitmap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
Bit 0:スイッチID
Bit 1:入力ポートID
Bit 2:Hot Latency
Bit 3:キューの輻輳度
Bit 4:入力タイムスタンプ
Bit 5:出力ポートID
Bit 6:キューの混雑状態
Bit 7:出力ポートTX Utilization
Bit 8:RTPパケットにおいて、ロスしたパケット数
Bit 9: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:Checksum Complement
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
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
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
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
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ST 2022規格のパケットか否かを判断する。ST 2022規格のパケットである場合はステップS13に進む。ST 2022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
ステップS13:SMPTEのST 2022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
ステップS14:SMPTEのST 2110規格のパケットか否かを判断する。ST 2110規格のパケットである場合はステップS15に進む。ST 2110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
ステップS15:SMPTEのST 2110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
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
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、RTP SSRC、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、(ST 2110-20)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.
(ST 2110-30)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、RTP SSRC、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.
(ST 2022-6)については、RTPで出力するデータ、ST 2022-6におけるMAP値、ST 2022-6におけるFRAME値、ST 2022-6におけるFRATE値、ST 2022-6におけるSAMPLE値、及びST 2022-6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
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
また、本実施形態では、ST 2110-20、ST 2110-30、及びST 2022-6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
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
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
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
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
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
送信元10から出力されるパケットは、例えば、Ethernet Header,IP Header,UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Headerを含み、それに続いてPayloadを有している。
The packet output from the
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、IP Headerの後に、INT HeaderとスイッチAの情報を含むINT Metadata(メタデータ)を付加する。その後に、UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Header,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
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、UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Header,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、INT Header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、UDP Header,RTP Header,SMPTE ST 2022-X/ST 2110-X Header,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
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
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
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、Ingress PortとEgress Port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
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
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
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
262 IP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
27 IPフロー情報生成部
28 IPフロー情報出力部
30 監視装置
40 送信先
51 SDI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
Claims (9)
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ネットワークスイッチ。 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.
前記ネットワークスイッチの情報は、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を特徴とするネットワークスイッチ。 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.
前記ネットワークスイッチの情報は、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を特徴とするネットワークスイッチ。 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.
前記IPフロー情報は、平均スループットと経由したスイッチIDの情報を含むことを特徴とするネットワークスイッチ。 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.
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を特徴とするネットワークスイッチ。 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.
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を特徴とするネットワークスイッチ。 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.
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を特徴とするネットワークスイッチ。 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.
請求項1乃至7いずれか一項に記載の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IPフロー監視システム。 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.
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を特徴とするIPフロー監視システム。 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.
Priority Applications (1)
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JP2020128646A JP2022025684A (en) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Network switch and IP flow monitoring system |
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Family Applications (1)
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JP2020128646A Pending JP2022025684A (en) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Network switch and IP flow monitoring system |
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2020
- 2020-07-29 JP JP2020128646A patent/JP2022025684A/en active Pending
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