JP3413788B2 - 層間のフロー制御を行う通信プロトコルを持つ通信方法およびデータ通信端末 - Google Patents

層間のフロー制御を行う通信プロトコルを持つ通信方法およびデータ通信端末

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JP3413788B2
JP3413788B2 JP25947497A JP25947497A JP3413788B2 JP 3413788 B2 JP3413788 B2 JP 3413788B2 JP 25947497 A JP25947497 A JP 25947497A JP 25947497 A JP25947497 A JP 25947497A JP 3413788 B2 JP3413788 B2 JP 3413788B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランスポート層
とデータリンク層との間でパケットを受け渡すデータ通
信プロトコルを持つ通信方法およびそのデータ通信プロ
トコルを用いて通信を行うデータ通信端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ
ｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎ
ｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ開放型シス
テム間相互接続）プロトコルのような、データ通信用の
インターフェース条件であるデータ通信プロトコルは、
図２に示すような階層構造を有している。すなわち、ア
プリケーションプログラムが実行する動作レベルで、端
末の特性や符号化制御等を内容とするアプリケーション
層１６、通信応用プロファイルや文書応用プロファイル
等の内容を持つプレゼンテーション層１５、発着ＩＤ等
の制御機能を持つセッション層１４、上位層のための網
に依存しないトランスポート手順を行うトランスポート
層１３、各ネットワークの呼設定、切断等の制御を行う
ネットワーク層１２、データリンクの確立、解放、エラ
ー制御等を行うデータリンク層１１、およびユーザーと
網電圧物理インタフェースの条件を設定する物理層１０
を有している。パケットを送出する場合、アプリケーシ
ョン層１６（以下では、アプリケーション層１６に、プ
レゼンテーション層１５やセッション層１４も含めて考
えることにする）のソフトウェアで生成されたパケット
は、トランスポート層１３を実現するソフトウェアに渡
された後、さらにトランスポート層１３からネットワー
ク層１２へ、ネットワーク層１２からデータリンク層１
１へと、下位層へ順次渡されていく。最終的に、パケッ
トは電気や光のパルスのような形態で表現されることに
より、端末の外部に送出される。
【０００３】この場合、通常の実装では、パケットのメ
モリコピーが実際に行われるのは、２回だけである。す
なわち、図１に示すように、主記憶１内でアプリケーシ
ョン層１６からトランスポート層１３へパケットが移動
される時と、データリンク層１１内で端末の主記憶１か
らバス５を介してネットワークインターフェースモジュ
ール２内のパケットバッファ３へパケットが移動される
時である。データリンク層１１より上のその他の層の間
でのパケットの移動は、パケットが収納されている主記
憶１内の位置へのポインターを受け渡すだけで実現され
る。アプリケーション層１６からトランスポート層１３
へのメモリコピーの場合には、フロー制御が行われるた
め、トランスポート層１３内のパケットバッファ溢れに
よるデータ損失は生じない。すなわち、トランスポート
層１３内のパケットバッファが溢れそうになると、アプ
リケーション層１６がパケットのコピーを一時中止する
という制御が行われる。しかし、データリンク層１１と
上位層との間では、フロー制御は行われない。データリ
ンク層１１が持つパケットバッファには、ネットワーク
インターフェースモジュール２内の他に、主記憶１内の
ものもあるが、フロー制御が行われないため、両方のバ
ッファが溢れても上位層がパケットをデータリンク層１
１に転送し続け、パケット廃棄が生じてしまう。
【０００４】上述のような状態が生じている理由は、従
来のデータ通信プロトコルの基本設計方針として、トラ
ンスポート層１３より下の層ではデータ通信の信頼性を
保証せず、また各層の間の相互作用が最小限になるよう
にしていたためである。データ通信の信頼性は、トラン
スポート層１３でのパケット再送のみにより保証されて
いた。従って、データリンク層１１内のパケットバッフ
ァに空きが無い場合でも、トランスポート層１３のプロ
トコルはパケット送出を中止せずにパケットを損失さ
せ、後からパケットを再送していた。しかし、従来にお
いては、アプリケーション層１６でパケットを生成し
て、トランスポート層１３やネットワーク層１２を通し
てデータリンク層１１へ転送する速度が、ネットワーク
インターフェースモジュール２が端末の外にパケットを
送出する速度よりも遅かったため、データリンク層１１
内のパケットバッファ溢れによるパケット損失は殆んど
生じなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のデ
ータ通信プロトコルでは、端末の高性能化やネットワー
クの高機能化に伴って、データ通信のスループットが大
きく劣化する可能性がある。すなわち、近年、中央演算
装置等の端末の構成部品の性能が急激に上昇したため、
上位層からデータリンク層１１へパケットを転送する速
度の方が、ネットワークインターフェースモジュール２
が端末の外にパケットを送出する速度より速い場合が生
じてきた。このような場合には、データリンク層１１内
のパケットバッファが溢れ、端末内であるにもかかわら
ず、パケットの損失が生じる可能性がある。また、デー
タリンク層１１が高機能化し、ＡＴＭのようにパケット
送信速度を自由に変更できるものが用いられてきた。こ
の場合、ネットワークの輻輳状況によりデータリンク層
１１から端末の外へのパケット送信速度を小さく抑える
こともあり得る。そのようなとき、上位層からデータリ
ンク層１１へパケットを転送する速度との差がさらに大
きくなるため、パケット損失の可能性が大きくなる。パ
ケットの損失が生じると、トランスポート層１３はパケ
ット再送を行う必要があるため、データ送信スループッ
トが低下し、またネットワークの帯域も浪費してしま
う。特にＴＣＰのような輻輳制御を行うトランスポート
プロトコルの場合には、パケット損失を検出すると、送
信ウィンドウサイズを小さくする等により自律的にパケ
ット送信速度を低く抑えるため、著しいスループットの
低下が生じる。
【０００６】図３は、最大送信ウィンドウサイズを変化
させた場合のＴＣＰのスループットを示す特性図であ
る。送信端末と受信端末の間の往復伝搬遅延（Ｒｏｕｎ
ｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ，ＲＴＴ）は、２０ｍｓであ
る。このＲＴＴが大きい場合、ＴＣＰで高速なスループ
ットを実現するためには、送信ウィンドウサイズを大き
くする必要がある。送信ウィンドウサイズとは、着信確
認応答を受けずに（一括）送信可能な最大データ長のこ
とである。この送信ウィンドウサイズを大きくし過ぎる
と、データリンク層１１内のパケットバッファが溢れて
パケットの損失が生じる。これは、上位層が送信ウィン
ドウサイズ分のデータを一度にまとめてデータリンク層
１１へ転送しようとするためである。パケット損失が生
じると、ＴＣＰの輻輳制御が働いて、スループットが大
きく低下する。このように、従来のデータ通信プロトコ
ルのままでは、本来避けられるべき端末内部でのパケッ
ト損失により、データ送信スループットの低下やネット
ワーク使用効率の低下が起きるという問題があった。そ
こで、本発明の目的は、このような従来の課題を解決
し、トランスポート層とデータリンク層との間でパケッ
トを転送する際のパケットの廃棄等をなくして、端末内
でパケット損失を生じさせず、スループットやネットワ
ーク使用効率の低下を避けることが可能な通信方法およ
びデータ通信端末を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の通信方法では、トランスポート層とデータ
リンク層との間でフロー制御を行う。すなわち、データ
リンク層でバッファ溢れが生じないように、トランスポ
ート層からのパケット転送を制御するのである。第１の
フロー制御の方法は、データリンク層のパケットバッフ
ァの使用率が高くてバッファ溢れが生じ易い場合に、デ
ータリンク層がパケット転送を一時中止させるようにト
ランスポート層に通知する方法である。また、第２のフ
ロー制御方法は、データリンク層のパケット送出速度を
トランスポート層に通知し、トランスポート層が通知さ
れた速度以下の速度でパケットを下位層に転送する方法
である。本発明によれば、トランスポート層とデータリ
ンク層との間でフロー制御を行うため、端末内でパケッ
ト損失が生じることなく、スループットやネットワーク
使用効率の低下を回避することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図１は、本発明が適用されるデー
タ通信端末の構成図であり、図３は、フロー制御を行っ
た場合のスループットを示す特性図である。図１に示す
ように、通信プロトコルはソフトウェアで実現され、中
央演算装置４により実行される。送信されるパケット
は、アプリケーション層により主記憶１上に生成され
る。次に、データリンク層を実現するソフトウェアによ
り、ネットワークインターフェースモジュール２内のパ
ケットバッファ３に移動される。ネットワークインター
フェースモジュール２によりパケットは端末の外に送出
される。図３の特性図では、本発明によるフロー制御つ
きＴＣＰと従来のＴＣＰとが比較のために図示されてい
る。ＴＣＰのウィンドウ制御では、受信側のバッファの
大きさに応じて連続して受信できるパケット数（ウィン
ドウサイズ）により送受信が制御される。従来のＴＣＰ
では、最大ウィンドウサイズが約１７０ＫＢ以上になる
と、スループットが低下している。それに対して、本発
明によるフロー制御つきＴＣＰでは、最大ウィンドウサ
イズが１７０ＫＢ以上になってもスループットは低下す
ることなく上昇する。フロー制御つきＴＣＰでは、トラ
ンスポート層からのデータ転送速度を、指定した速度に
保つ機能を通常のＴＣＰに付加した。指定した速度は、
グラフに示された実際のスループットとほぼ同じであ
る。通常のＴＣＰとは異なり、送信ウィンドウサイズが
大きくても、スループットが低下しないことが分る。こ
れは、パケット損失が生じないためである。
【０００９】（第１の実施例）図４は、第１の実施例を
示すフロー制御方法の動作フローチャートである。第１
の実施例では、データリンク層のパケットバッファの使
用率が高くてバッファ溢れが生じ易い場合、データリン
ク層がパケット転送を一時中止させるようにトランスポ
ート層に通知する方法（第１のフロー制御方法）を用い
る。第１のフロー制御方法では、データリンク層を実現
するソフトウェア（データリンク層プログラムと呼ぶ）
からも、またトランスポート層を実現するソフトウェア
（トランスポート層プログラムと呼ぶ）からもアクセス
できる、バッファ溢れの可能性を示す変数（これをバッ
ファ溢れフラグと呼ぶ）を主記憶１内に用意する。図４
（ａ）はデータリンク層プログラムの動作を示し、図４
（ｂ）はトランスポート層プログラムの動作を示してい
る。データリンク層内のパケットバッファの使用率がし
きい値Ｔ１を上回った場合に、データリンク層プログラ
ムはバッファ溢れフラグを立てる（ステップ２０１）。
一方、トランスポート層プログラムは、パケットを下位
レイヤに転送する前にバッファ溢れフラグを検査し（ス
テップ２１１）、フラグが立っているか否かを判別し
て、フラグが立っていたならばパケット送出を中止する
（ステップ２１２）。その後、データリンク層内のパケ
ットバッファの使用率がしきい値Ｔ２を下回った時点
で、データリンク層プログラムはバッファ溢れフラグを
おろし（ステップ２０３，２０４）、トランスポート層
プログラムを呼び出してパケット送出の再開を依頼する
（ステップ２０５）。ただし、しきい値Ｔ１，Ｔ２は、
ネットワークインターフェースモジュールでの特性によ
って定まる値（Ｔ１≧Ｔ２）である。トランスポート層
プログラムは、データリンク層からパケット送出再開の
依頼が来たことを知ると（ステップ２１４）、パケット
送出を再開する（ステップ２１５）。そして、送出すべ
きパケットがなくなるまで（ステップ２１６）、データ
リンク層のバッファ溢れフラグが立っていないことを確
認しながらパケットを送出する（ステップ２１１，２１
３）。
【００１０】（第２の実施例）第２の実施例では、デー
タリンク層のパケット送出速度をトランスポート層に通
知し、トランスポート層が通知された速度以下の速度で
パケットを下位層に転送する方法（第２のフロー制御方
法）を用いる。このフロー制御方法では、先ず、データ
リンク層プログラムは、データ送信開始時に、トランス
ポート層プログラムにデータリンク層のデータ送信速度
を通知する。また、データ送信開始後も、データリンク
層のデータ送信速度が変化する度にデータリンク層のデ
ータ送信速度を通知する。トランスポート層プログラム
は、その内部にトラヒックシェーピング機能、つまり下
位層へのデータ転送速度を制御する機能を持ち、データ
リンク層のデータ送信速度以下でパケット転送を行う。
すなわち、トランスポート層で時刻ｔにパケットを下位
層に転送しようとしたとき、時刻ｔ−ｓからｔまでに送
出されたパケットの総データ量Ｐｓｕｍと、送出しよう
としているパケットのサイズＰとの和Ｐｓｕｍ＋Ｐが最
初のパケット転送の時刻以降の時刻ｔ−ｓに対して、パ
ケット転送速度Ｒｔと最大バーストサイズＢｍａｘから
決められる値Ｒｔ×（ｔ−ｓ）＋Ｂｍａｘ以下になる場
合にのみパケットを転送し、それ以外の場合には、上記
条件を満たすｔ以降の時刻ｔ′まで待ってからパケット
転送を行うことにより、トランスポース層からデータリ
ンク層へのパケット転送速度を、データリンク層のパケ
ット転送速度以下の一定値Ｒｔに抑える。
【００１１】図５は、本発明の第２の実施例を示すトラ
ヒックシェーピング機能のフローチャートである。図５
の実施例では、上述の第２のフロー制御方法に関して、
送信判断時の判定式中のパケット送信開始時刻ｔ−ｓか
ら現在時刻ｔまでの間の任意の時刻ｓ0の範囲を限定し
て実施した場合を考えている。トランスポート層プログ
ラムは、データ転送速度Ｒｔ、最大バーストサイズＢｍ
ａｘの２つのパラメータを持ち、トークンという変数Ｔ
を持っている。トークンの初期値は最大バーストサイズ
Ｂｍａｘに等しい。概念的には、トークンはデータ転送
速度Ｒｔの割合で時間とともに増加するが、最大バース
トサイズＢｍａｘ以上にはならないものとする。アイド
ル状態にした後（ステップ１００）、アプリケーション
層からパケットが到着すると（ステップ１０１）、先ず
トークンＴを更新する（ステップ１０３）。すなわち、
Ｔ＝ｍｉｎ（Ｂｍａｘ，Ｔ＋Ｒｔ×（ｔ−ｔｐ））の値
に更新する。ここで、ｔは現在の時刻であり、ｔｐは前
回のパケット送出時刻である。次に、パケットサイズＰ
とトークンＴとを比較し（ステップ１０４）、Ｐ＜Ｔで
あればパケットを送出する（ステップ１０６）。パケッ
トを送出すると、トークンＴはパケットサイズＰだけ減
少される（Ｔ＝Ｔ−Ｐ）。パケット送出した後、送信す
べきパケットがあるか否かを判別し（ステップ１０
７）、なければアイドル状態に戻り（ステップ１０
０）、あればタイムアウトにする（ステップ１０２）。
【００１２】一方、ＴとＰの比較の結果、Ｐに比べてト
ークンＴが足りない場合にはパケットは送出されず、ト
ークンＴがＰ以上になる時刻を計算して（ｔ０＝ｔ＋
（Ｐ−Ｔ）／Ｒｔ）、その時刻までのタイムアウトを設
定する（ステップ１０５）。タイムアウトが起きると、
タイムアウト処理に入り（ステップ１０２）、トランス
ポート層プログラムが呼び出され、パケット転送が再開
される（ステップ１０１）。なお、データ転送速度Ｒｔ
は、データリンク層から通知されるデータリンク層のデ
ータ送信速度Ｒ１以下でなければならない。また、デー
タリンク層でのバッファ溢れを避けるため、最大バース
トサイズＢｍａｘは、Ｂｕｆ×（Ｒｍａｘ−Ｒ１）／Ｒ
ｍａｘ以下にする必要がある。ここで、Ｂｕｆは、デー
タリンク層内のパケットバッファの大きさ、Ｒｍａｘは
トランスポート層から下位層への最大転送速度である。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トランスポート層とデータリンク層との間でフロー制御
を行うため、端末内でパケット損失が生じることがな
く、スループットの低下とネットワーク使用効率の低下
を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるデータ通信端末の構成図で
ある。
【図２】データ通信プロトコルの階層構造を示す図であ
る。
【図３】本発明によるスループットと従来のＴＣＰによ
るスループットを比較した特性図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示すフロー制御方法の
動作フローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施例を示すトラヒックシェー
ピング機能のフローチャートである。
【符号の説明】
１…主記憶、２…ネットワークインターフェースモジュ
ール、３…パケットバッファ、４…中央演算装置（ＣＰ
Ｕ）、５…バス、１０…物理層、１１…データリンク
層、１２…ネットワーク層、１３…トランスポート層、
１４…セッション層、１５…プレゼンテーション層、 １６…アプリケーション層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内海 秀介 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 塩野崎 敦 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−97983（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−219880（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−79333（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−11596（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 29/08 H04L 29/10 H04L 12/56

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上層から下層に向ってアプリケーション
    層、プレゼンテーション層、セッション層、トランスポ
    ート層、ネットワーク層、データリンク層および物理層
    の階層構造を持ち、データ通信プロトコルに従う通信方
    法において、上記トランスポート層からネットワーク層
    を通してデータリンク層へパケットを転送する際に、該
    データリンク層のパケットバッファでバッファ溢れが生
    じ易い場合には、該データリンク層がパケット転送を一
    時中止させるように該トランスポート層に通知するか、
    あるいは、 該データリンク層のパケット送出速度を該トランスポー
    ト層に通知し、該トランスポート層が通知された速度以
    下の速度でパケットを下位層に転送することにより、 該トランスポート層とデータリンク層との間でフロー制
    御を行う通信プロトコルを持つことを特徴とする通信方
    法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の通信方法において、 前記フロー制御では、データリンク層内のパケットバッ
    ファの使用率が第１のしきい値を上回ったとき、該デー
    タリンク層がトランスポート層にパケット転送を中止す
    るよう通知し、 その後、上記パケットバッファの使用率が上記第１のし
    きい値より小さい第２のしきい値を下回ったとき、該デ
    ータリンク層が該トランスポート層にパケット転送の再
    開を要求することを特徴とする通信方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の通信方法において、 前記フロー制御では、トランスポート層で時刻ｔにパケ
    ットを下位層に転送しようとしたとき、時刻ｔ−ｓから
    ｔまでに送出されたパケットの総データ量Ｐｓｕｍと、
    送出しようとしているパケットのサイズＰとの和Ｐｓｕ
    ｍ＋Ｐが最初のパケット転送の時刻以降の時刻ｔ−ｓに
    対して、パケット転送速度Ｒｔと最大バーストサイズＢ
    ｍａｘから決められる値Ｒｔ×（ｔ−ｓ）＋Ｂｍａｘ以
    下になる場合にのみパケットを転送し、それ以外の場合
    には、上記条件を満たすｔ以降の時刻ｔ′まで待ってか
    らパケット転送を行うことにより、トランスポース層か
    らデータリンク層へのパケット転送速度を、データリン
    ク層のパケット転送速度以下の一定値Ｒｔに抑えること
    を特徴とする通信方法。
  4. 【請求項４】 中央演算器と主記憶装置にバス接続され
    たネットワークインターフェースモジュールを持つデー
    タ通信端末において、 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフロー制御を上
    記中央演算器上で実行することを特徴とするデータ通信
    端末。
JP25947497A 1997-09-25 1997-09-25 層間のフロー制御を行う通信プロトコルを持つ通信方法およびデータ通信端末 Expired - Lifetime JP3413788B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25947497A JP3413788B2 (ja) 1997-09-25 1997-09-25 層間のフロー制御を行う通信プロトコルを持つ通信方法およびデータ通信端末
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KR1019980039746A KR100548835B1 (ko) 1997-09-25 1998-09-24 층간플로제어를위한데이터통신프로토콜을구비한통신방법,및데이터통신단말장치
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