JP3715922B2 - エッジ型パケット転送装置、パケット転送ネットワーク及び転送規制方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット転送ネットワークにおいて、ユーザ端末間における網リソース利用の公平性を制御する際に適用されるべき技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパケット転送ネットワークでは、輻輳を検出したパケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットを送信したユーザ端末に対して、例えば、IETFのRFC792で規定されるICMP Source Quenchパケットを用いて輻輳通知していた。また、輻輳通知を受けたユーザ端末は、該当する宛先アドレスを有するパケットの送信を中止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパケット転送ネットワークにおいては、パケット送信の継続／中止を判断するのがユーザ端末であった。このため、パケット転送装置が、複数のユーザ端末に対して輻輳通知を行った際に、特定のユーザ端末がパケット送信の中止を故意に行わない場合、そのユーザ端末だけが有利にパケット転送を行えることになり、ユーザ端末間で網リソース利用に関する公平性が必ずしも実現できなかった。従って、本発明では、ユーザ端末の振る舞いに関わらず、ユーザ端末間における網リソース利用に関する公平性を実現する。
【０００４】
また、従来のパケット転送ネットワークにおいては、パケットのアドレスを基にして送信中止を行っていたために、同一のユーザ端末間において、特定のアプリケーションフロー（例：同一のTCP コネクション上を転送されるIPパケット群）だけを送信抑制することが困難であった。このため、大量のデータ転送をFTP等で行うと、同一ユーザ端末間で行われているVoIP等の音声通信を妨害してしまうといったような問題が生じていた。
【０００５】
また、送信レート制御機能を有するTCP パケットと送信レート制御機能を有しないUDP パケットが混在した場合に、UDP パケットのみが送信抑制されず網リソースを優先的に消費してしまうというような問題が生じていた。このため、TCPを用いるアプリケーションとUDP を用いるアプリケーション問での公平性が実現できなかった。
【０００６】
さらに、従来のパケット転送ネットワークにおいては、パケットに転送に対する優先度を定義しても、 転送競合時に優先度が反映されるだけで、発信規制時にこの優先度を反映させた制御が行えなかった。
【０００７】
さらに、従来のパケット転送ネットワークにおいては、ある端末から別の端末へのトラフィックがヘビーな場合、別の端末からのパケット転送がトラヒツクの干渉を受けて、ネットワークのスループットが減少する不具合も指摘されていた。
【０００８】
従って、本発明の目的は、同一ユーザ端末間においても、アプリケーションフロー毎に、送信継続／中止を選択できるようにし、アプリケーション間における網リソース利用に関する公平性を実現することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、受信トラフィックがヘビーな特定の端末による受信トラフィックの軽い別端末への干渉を抑制してネットワーク全体のスループットを一層向上することにある。
【００１０】
さらに、 本発明の別の目的は、同一のパケット優先クラス間では、公平性を実現しつつも、異なるパケット優先クラス間では、品質の差別化を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明によるパケット転送ネットワークは、端末を収容する複数のエッジ型パケット転送装置と、１個又はそれ以上のエッジ型パケット転送装置を収容するコア型パケット転送装置とを具えるパケット転送ネットワークにおいて、
前記エッジ型パケット転送装置が、
輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成する輻輳通知パケット生成手段と、
前記輻輳通知パケットを、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信する手段と、
前記輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定されたアドレスのパケット転送について送信規制を行う送信規制手段とを具え、
輻輳を検出したエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして輻輳通知パケットを送信し、
輻輳通知パケットを受信したエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された宛先アドレス及び送信元アドレスのパケット転送について送信規制を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、送信側のユーザ端末に代わり、送信側のユーザ端末を収容するパケット転送装置が、輻輳通知を受け、宛先アドレスおよび送信元アドレスを元に送信規制を行う。これにより、ユーザ端末の振る舞いに関わらず、ユーザ端末間における網リソース利用に関する公平性を実現することができる。
【００１３】
本発明によるエッジ型パケット転送装置は、輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元の端末のアドレスを含む輻輳通知パケットを生成する輻輳通知パケット生成手段と、
前記輻輳通知パケットを、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信する手段と、
当該エッジ型パケット転送装置が収容する端末を宛先とする輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された宛先及び送信元アドレスのパケットの転送について送信規制を行う送信規制手段とを具えることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明によるパケット転送ネットワークにおける転送規制方法は、
着信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成し、当該輻輳通知パケットを輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信し、
発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、収容する発信端末を宛先とする輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、これらの特定された情報に該当するパケット転送について送信規制を行うこと特徴とする。
【００１５】
本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の好適実施例は、輻輳通知パケットが、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報をペイロードに含むと共に輻輳を示す識別子をペイロードに含み、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、受信した輻輳通知パケットのペイロードを参照して輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを特定することを特徴とする。
【００１６】
本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の別の好適実施例は、輻輳通知パケットが、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報に加えて、上位プロトコルのヘッダ情報と参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子をペイロードに含むと共に、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、パケットのヘッダ情報に加えて、上位プロトコルのヘッダ情報も用いて送信規制を行うことを特徴とする。輻輳通知および送信規制の情報に、パケットのヘッダ情報（宛先アドレスおよび送信元アドレス等）だけでなく、上位プロトコルのヘッダ情報も含めることで、送信規制単位をより細かくすることが可能となり、 アプリケーションの種顆や振る舞いに関わらず、アプリケーション間における網リソース利用に関する公平性を実現することができる。
【００１７】
さらに、本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の好適実施例は、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となるパケットを複数種類抽出し、これらのパケットに対して、ヘッダ情報および上位プロトコルのヘッダ情報を参照することにより輻輳通知の優先度を定め、輻輳通知の優先度の高いパケットの送信元に対してのみ輻輳通知パケットを送信することを特徴とする。輻輳通知の対象が複数存在する場合に、転送の優先度が低いパケットから優先的に輻輳通知することで、転送の優先度クラス間における網リソース利用に関する差別化を実現することができる。
【００１８】
さらに、本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の好適実施例は、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、送信規制を行う際に、転送すべきパケットに付与されている転送優先度が高いものについては、送信規制の対象から除外し、転送すべきパケットに付与されている転送優先度が低いものについてのみ送信規制の対象に含めることを特徴とする。輻輳通知の対象が複数存在する場合に、全パケットを対象として輻輳通知を行い、転送の優先度が低いパケットのみ、送信規制することで、転送の優先度クラス間における網リソース利用に関する差別化を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施例を示す。図１は、本発明を説明するためのネットワークの一例の構成を示す。図面を明瞭にするため、当該ネットワークは、６個の端末、端末１（１Ａ）、端末２（１Ｂ）、端末３（１Ｃ）、端末４（１Ｄ）、端末５（１Ｅ）および端末６（１Ｆ）を含む。端末１（１Ａ）、端末２（１Ｂ）及び端末３（１Ｃ）はそれぞれリンク１、リンク２およびリンク３を介してエッジ型パケット転送装置として機能するエッジルータ２Ａに収容する。また、端末４（１Ｄ）、端末５（１Ｅ）及び端末６（１Ｆ）は、それぞれリンク４、リンク５及びリンク６を介してエッジルータ２Ｂに収容する。さらに、エッジルータ２Ａおよびエッジルータ２Ｂは、それぞれリンク７及びリンク８を介してコア型パケット転送装置であるコアルータ３に収容する。
【００２０】
ここで、リンク帯域として、リンク1 、リンク2 、リンク3 、リンク４、リンク５及びリンク６は５Ｇｂ／ｓとし、リンク７及びリンク８は１０Ｇｂ／ｓとする。
また、ＩＰアドレスとして、
端末１（１Ａ）にＩＰ＃１ が、
端末２（１Ｂ）にＩＰ＃２ が、
端末３（１Ｃ）にＩＰ＃３ が、
端末４（１Ｄ）にＩＰ＃４ が、
端末５（１Ｅ）にＩＰ＃５ が、
端末６（１Ｆ）にＩＰ＃６ が、
付与されているものとする。
【００２１】
図２は、図１で示されるエッジルータ２Ａ及びエッジルータ２Ｂの動作を説明するためのエッジルータの一例の構成を示す線図である。尚、エッジルータ２Ａ及びエッジルータ２Ｂは同一構成であるため、エッジルータ２Ａの構成について説明する。これらエッジルータは、端末を収容するためのポート１、ポート２及びポート３と、コアルータに収容されるためのポート４を有している。ポート１、ポート２およびポート３は、パケットの転送を制御するパケットフォワーダ部１０に接続する。ポート１〜３の出力側はそれぞれ第１〜第３の出力キュー１１〜１３を介してパケットフォワーダ部１０に接続し、入力側は直接パケットフォワーダ部１０に接続する。また、ポート４も、パケットフオワーダ部１０に接続されるが、この際、ポート４の出力側は第４の出力キュー１４およびフィルタ部１５を介してパケットフォワーダ部１０に接続され、入力側はパケット抽出部１６を介してパケットフォワーダ部１０に接続する。
【００２２】
このエッジルータには、さらに、送信抑制部１７およびパケット生成部１８を具える。送信抑制部１７はパケット抽出部１６からのパケット入力に応じてフィルタ部１５へ、送信レートを制御するフィルタ情報を出力する。フィルタ部１５は、入力されたフィルタ情報に基づいて送信パケットのフィルタリングを行う。尚、送信抑制部１７からフィルタ部１５に供給されるフィルタ情報は、一定時間経過後に、無効とされ消去する。パケット生成部１８は、第１〜第３の出力キュー１１〜１３で廃棄されるパケットを収集して輻輳の発生を検出し、これを入力として輻輳通知用のパケットを生成し、これをパケットフォワーダ部１０へ出力する。すなわち、パケット生成部は、輻輳発生検出手段並びに輻輳通知パケット生成手段として機能する。
【００２３】
図３は、図２で示されるパケット生成部１８の動作を説明するためのパケット生成部の一例の構成を示す。このパケット生成部は、図２の第１〜第３の出力キュー１１〜１３から出力される廃棄パケットをパケットフォーダ部１０を介して廃棄パケット抽出部２１で受ける。廃棄パケット抽出部２１で受け取られたパケットはヘッダ解析部２２へ送られ、ここで、輻輳の原因となったパケットの宛先アドレスや送信元アドレスなどのヘッダ内容の解析を行う。解析された内容はパケット生成部２３へ送出する。
【００２４】
パケット生成部２３では、ヘッダの解析内容に基づいて輻輳通知用のパケットを生成する。この輻輳通知用のパケットは、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報に加えて、必要に応じて、上位プロトコルのヘッダ情報を含み、さらに参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子も含む。
【００２５】
この際、廃棄されたパケットに付与されていた転送の優先順位とは逆の順序の輻輳通知の優先順位を輻輳通知用パケットに付与しておく。また、同一内容の輻輳通知用パケットを短時間に複数生成するような必要性が生じた場合には、輻輳通知用パケットを複数生成するのではなく、輻輳通知用パケット数は1 つとしておき、輻輳通知用パケットに付与する輻輳通知の優先順位を高く設定する。
【００２６】
輻輳の識別は、例えば、パケットのペイロードのフォーマットとしてIETFのRFC792で規定されるICMP Source Quench形式を流用することで実現する。これは、ICMPのTYPE値＝4 で識別される。さらに、ＣＯＤＥ値を拡張し、ここに参照すべきペイロード長を記述することで、CODE値を参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子として利用できる。生成された輻輳通知用のパケットは優先制御部２４に送られる。優先制御部２４では、パケット生成部２３で生成されたパケットを輻輳通知の優先度順に並べ、輻輳通知の優先順位の高いものから、いくつかを選択する。選択されたパケットは、パケット送信部２５へ送られる。パケット送信部２５は送られてきたパケットを外部へ転送する。
【００２７】
図４は、図２で示されるフィルタ部１５が搭載すべきフィルタリングテーブルの構成例を示したものである。このテーブルは、検索キーが、
宛先IPアドレス（４Ａ）、
送信元IPアドレス（４Ｂ）、
優先クラス（ＴＯＳ）（４Ｃ）、
プロトコル（ＴＣＰ／ＵＤＰ）（４Ｄ）、
宛先ポート（４Ｅ）、
送信元ポート（４Ｆ）
で構成さる。このテーブルにエントリされたフローは、送信が規制される。
【００２８】
このような構成において、例えば端末１（１Ａ）および端末２（１Ｂ）が端末4 （１Ｄ）へ５Ｇｂ／ｓでパケット送信を行い、端末３（１Ｃ）が端末５（１Ｅ）へ５Ｇｂ／ｓでパケット送信を行うものとする。パケット送信の当初は、エッジルータ２Ａにおいて、合計１５Ｇ／s のトラヒツクを１０Ｇｂ／ｓのリンク７（１Ｐ）に詰めようとするためにパケット廃棄が発生する。この際の各端末からのパケット廃棄は、確率的には、入力帯域に比例するため、ほば均等となる。このため、各端末からは、約３．３Ｇｂ／s のレートで、パケットがエッジルータ２Ａを通り抜ける。この状況で、さらに、エッジルータ２Ｂにおいて、端末4 （1D）宛のリンク4 （1M）に対して、端末１（1A）から3 ．3Gb ／s および端末２（1B）から３．３Ｇｂ／ｓで、合計約６．６Ｇｂ／ｓのトラヒツクを５Ｇｂ／ｓのリンクに詰めようとするためにパケット廃棄が発生する。この際、各端末からのパケット廃棄は、確率的には、入力帯域に比例するため、ほば均等となる。このため、端末1 （1A）および端末2 （1B）からは、それぞれ約２．５Ｇｂ／ｓのレートで、パケットがエッジルータ２Ｂを通り抜ける。
【００２９】
したがって、端末1 （1A）および端末2 （1B）が端末4 （1D）へ、端末3 （1C）が端末5 （1E）へそれぞれ５Ｇｂ／ｓでパケット送信を行おうとすると、実際のスループットは、
端末１（1A）から端末４（1D）へ２．５Ｇｂ／ｓ
端末２（1B）から端末４（1D）へ２．５Ｇｂ／ｓ
端末３（1C）から端未５（1E）へ３．３Ｇｂ／ｓ
となる。この合計値は８．３Ｇｂ／ｓである。
【００３０】
ここで、次のことが問題になる。
（１）リンク７（1P）およびリンク８（1Q）の帯域は１０Ｇｂ／s であるが、スループットの合計値が８．３Ｇｂ／s に減少している。（バックボーンが無効なトラフィックを転送している）
（２）端末３（1C）から端末５（1E）への転送は、送信側リンク３（1L）および受信側リンク5 （1E）とも５Ｇｂ／s であるのに、スループットは５Ｇｂ／ｓ以下になってしまう。（端末4 （1D）宛にパケットを送信するユーザと端末５（1E）宛にパケットを送信するユーザ間での公平性が実現されていない。）
（３）端末１（1A）から端末４（1D）へのトラフィックが端末2 （1B）から端末4 （1D）へのトラフィックより重要であっても、パケットが優先転送されない。
【００３１】
上述した課題を総合的に解決するために、本発明によるパケット転送システム第１の実施例では、エッジルータ２Ｂからエッジルータ２Ａへ輻輳通知を行う。ここで、エッジルータ２Ｂの動作を説明するために、エッジルータの構成を示す図２において、
ポート1 を端末4 （1D）に
ポート2 を端末5 （1E）に
ポート3 を端末6 （1F）に
ポート4 をコアルータ３に
割り当てるものとする。
【００３２】
第２のエッジルータ２Ｂにおいて、端末4 （1D）宛のトラフィックは、入力が６．６Ｇｂ／s 、出力が５Ｇｂ／s となるため、第１の出力キューにおいてパケット廃棄が発生する。 ここで廃棄されたパケットは、パケット生成部１８の廃棄パケット抽出部２１の機能により、パケット生成部１８に集められる。 パケット生成部１８では、ヘッダ解析部２２において、廃棄パケットの解析を行う。ここで、廃棄パケットの送受信IPアドレスを参照することにより、
端末1 （1A）から端末4 （1D）へのパケットと
端末2 （1B）から端末4 （1D）へのパケットが
廃棄されていることが、解析される。
【００３３】
そこで、宛先アドレスをIP＃1 とした輻輳通知用パケットと宛先アドレスをIP＃2 とした輻輳通知用パケットを生成する。これら輻輳通知用パケットのペイロードには、ＩＣＭＰ Source Quench（Type＝4 ）で規定されるフォーマットのデータを積む。これには、輻輳通知用パケットの生成のトリガとなった廃棄パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスが含まれる。ここで生成された2 つの輻輳通知用パケットには、同じ輻輳通知の優先順位を与える。これらの輻輳通知用パケットは、優先制御部２４において同一の優先順位でスケジユーリングされ、パケット送信部２５を通じてパケット送信される。これらの輻輳通知用パケットはコアルータ３を介して、エッジルータ２Ａへ到達する。
【００３４】
ここで、エッジルータ２Ａの動作を説明するために、エッジルータ２Ａにおいて、
ポート１を端末１（1A）に
ポート２を端末２（1B）に
ポート３を端末３（1C）に
ポート４をコアルータ３に
割り当てるものとする。
【００３５】
エッジルータ２Ａにおいて、ポート４を介して入力した当該パケットは、パケット抽出部１６において、パケットの宛先アドレスに関わりなく、パケットのプロトコルフィールドが参照され、これがICMPであることを特定した場合には、さらにICMPヘッダを参照し、これがSource Quench であることを特定した場合には、このパケットを輻輳通知用パケットとして抽出し、送信抑制部１７へ転送する。送信抑制部及びフィルタ部は本発明の送信規制手段を構成する。送信抑制部１７は、転送されてきた輻輳通知パケットのペイロードを解析し、宛先IPアドレスおよび送信元ＩＰアドレスを特定し、これらの情報に基づいてフィルタ部１５を制御するためのフィルタ情報を作成してフィルタ部１５に供給する。
【００３６】
エッジルータのフィルタ部１５には帯域制御機能を持たせる。例えば、送信抑制部１７が予め定めた時間期間内に輻輳通知パケットを１つ受け取る毎にフィルタ部１５の送信レートを０．１Ｇｂ／ｓだけ減少させるような設定を行う。或いは、予め定めた時間期間中に受信された輻輳通知パケットの個数に応じて送信レートを低下させることもできる。尚、予め定めた時間期間中に輻輳通知パケットが受信されない場合、送信レートを０．１Ｇｂ／ｓだけ増加させることができる。或いは、予め定めた時間期間中に輻輳通知パケットが受信されない場合、送信レートを当初設定された送信レートに戻すように制御することもできる。このように構成することにより、端末１（1A）から端末４（1D）への転送および端末２（1B）から端末４（1D）への転送に対して共に当初は５Ｇｂ／ｓの転送帯域を割り当てていても、次第に転送帯域が絞られていき、最終的には、どちらも２．５Ｇｂ／s 程度に収束する。
【００３７】
この結果、エッジルータ２Ａは、端末１（1A）から端末４（1D）へ2 ．5Gb ／s で、端末２（1B）から端末４（1D）へ2 ．5Gb ／s で、端末３（1C）から端末５（1E）へ5Gb ／s で、合計10Gb／s のトラフィックを10Gb／s のリンク7 （1P）に詰めようとすることになる。
【００３８】
この状況で、さらに、エッジルータ２Ｂにおいて、端末４（1D）宛の5Gb ／sのリンク４（1M）に対して、端末1 （1A）からの2 ．5Gb ／s のトラフィックと端末２（1B）からの2 ．5Gも／s のトラフィックを詰めようとすることになり、パケット廃棄が発生しない。また、端末５（1E）宛の5Gb ／s のリンク５（1 Ｎ）に対して、端未３（1C）からの5Gb ／s のトラフィックを詰めようとすることになりパケット廃棄が発生しない。
【００３９】
この結果、 端末１（1A）および端末２（1B）が端末4 （1D）へ、端末３（1C）が端末５（1E）へそれぞれ5Gb ／s でパケット送信を行うことを試みると、本発明を実施した場合に、実際のスループットは、端末１（1A）から端末４（1D）へ２．５Ｇｂ／s で転送され、端末２（1B）から端末４（1D）へ2 ．５Ｇｂ／sで転送され、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂ／s で転送されることになる。この合計値は10Gb／s となり、本発明を適用しない場合にくらべ、スループットの合計値が大幅に増加する。
【００４０】
また、端末４（1D）宛のトラヒツクと端末５（1E）宛のトラヒツクとを比較した場合、本発明を適用しない場合には、端末５（1E）宛のトラヒツクは、発信側の帯域が5Gb ／s であってもスループットが3 ．3Gb ／s に減少していたのに対し、本発明を適用することでスループットが5GB ／s に向上する。すなわち、端末３（1C）から、端末５（1E）へ向けたトラフィックは、本発明を適用しない場合には、他端末から他端末宛のトラヒツクの干渉を受けて、スループットが減少していたのが、本発明を適用することで、スループットの減少を抑えることができるようになる。このことは、ヘビーユーザ等からの干渉を防止できるという視点で、ユーザ間での公平性が向上することを意味する。
【００４１】
また、端末１（1A）がTCP パケット、端末２（1B）がUDP パケットを送信していたとしても、これらが公平に扱われることに変化はない。一方、このようなTCP パケットとUDP パケットの混在状況で本発明を適用しない場合には、TCP パケットのみがユーザ端末によって送信抑制され、実際のスループットが、端未１（1A）から端末4 （1D）へ０Ｇｂ／s 、端末２（1B）から端末４（1D）へ５Ｇｂ／s 、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂ／s となり、端末１（1A）と端未２（1B）との間で公平性が保たれなくなるような場合がある。これに対して、本発明を適用することにより上記端末間の不公平性が除去され、端末間の公平性を維持することができる。
【００４２】
次に、第２の実施例として、端末１（1A）と端末２（1B）との間で、TCP ／UDP 等の上位プロトコルの種顆に関わらず、意図的に品質を差別化するための方法を示す。上述した第１の実施例において、送信抑制部１７は、転送されてきた輻輳通知パケットのペイロードを解析し、宛先IPアドレスおよび送信元IPアドレスを特定し、これをフィルタ部１５へ設定するが、この際に、送信規制対象を優先順位の低いパケットに予め限定しておく。パケットの優先順位は例えばTOS フィールドを参照することで識別する。この送信規制対象の規定は、フィルタ部１５のテーブルに図４のようなTOS フィールド（4C）を設けることで行える。
【００４３】
また、エッジルータのフィルタ部１５における送信規制は、帯域抑制ではなく、パケット廃棄で行うことができる。
【００４４】
ここで、端末１（1A）から端末４（1D）へのパケットには高優先度が付与され、端末２（1B）から端末４（1D）へのパケットには低優先度が付与されていたとすると、低優先度が付与されたパケットのみ送信規制が行われるため、実際のスループットが、端末１（1A）から端末４（1D）へ５Ｇｂ／s 、端末２（1B）から端末４（1D）へ０Ｇｂ／s 、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂ／s となり、端末１（1A）と端末２（1B）との間で品質を差別化することが可能となる。また、この品質差別化が、端末５（1E）宛のパケットに影響を与えることはないので、端末４（1D）宛のパケットと端末５（1E）宛のパケットとで、公平性は維持されたままである。これらの現象は、TCP ／UDP 等の上位プロトコルに依存しない。
【００４５】
次に、第３の実施例として、端末１（1A）と端末２（1B）との間で、TCP ／UDP 等の上位プロトコルの種類に関わらず、意図的に品質を差別化するための第２の実施例とは異なる別の方法を示す。上述の第１の実施例において、パケット生成部１８では、ヘッダ解析部２２において、廃棄パケットの解析を行い、輻輳通知用パケットを生成するが、この際、例えば、パケットのTOS フィールドを参照して、端末１（1A）から端未４（1D）へのパケットの転送優先度が、端末２（1B）から端末４（1D）へのパケットの転送優先度よりも高いことが識別されたとする。この場合、パケット生成部２３において、バックプレッシャをかけるための輻輳通知用パケットを生成するが、この輻輳通知用パケットに対して、廃棄されたパケットに付与された優先順位とは逆の優先順位を与える。輻輳通知用パケットのペイロードには、ICMP Source Quenchを積む。ただし、CODE値には、規定と異なる特定の値を記述することで、宛先IPアドレス、送信元IPアドレスおよびTOS フィールド値を参照することを示唆させる。
【００４６】
例えば、参照範囲をCODE値＝1 で、宛先IPアドレスおよび送信元IPアドレス、CODE値＝２で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレスおよびTOS 、CODE値＝３で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレスおよびプロトコル、CODE値＝４で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレス、TOS およびプロトコル、CODE値＝５で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレス、TOS 、プロトコル、宛先ポート番号および送信元ポート番号というように規定した場合には、CODE値に２を記述する。
【００４７】
これらの輻輳通知用パケットは、優先制御部２４において優先順位に基づいて、スケジユーリングされる。すなわち、初めに、端末２（1B）向けに端末４（1D）宛に対する輻輳通知パケットに送信機会が与えられ、パケット送信部２５を通じてパケット送信される。ここで、端末１（1A）向けに端末４（1D）宛に対する輻輳通知パケットは送信されない。端末２（1B）向けに端末４（1D）宛に対する輻輳通知パケットが送信されると、優先制御部は、リセットされ、送信されず蓄積されていた輻輳通知パケットは全て破棄される。
【００４８】
この端末２（1B）向けの端末４（1D）宛の輻輳通知パケットは、宛先IPアドレスとして、端末２（1B）のIPアドレス（IP＃2 ）が記述され、コアルータ３を介して、エッジルータ２Ａへ到達する。エッジルータ２Ａは、送信抑制部１７において、転送されてきた輻輳通知パケットのペイロードを解析し、例えば、ICMP Source QuenchのCODE値が２である場合に、宛先IPアドレス、送信元IPアドレス、優先クラス（TOS ）を特定し、これをフィルタ部１５へ設定する。
【００４９】
これにより、例えば、図４のフィルタ部テーブル構成の内容のようなエントリが生成される。フィルタ部（2H）における送信規制は、帯域抑制ではなく、パケット廃棄で行う。すなわち、エントリ設定以後、端末２（1B）から端末４（1D）宛のパケットで、このエントリに一致するパケットは、フィルタ部１５において廃棄される。
【００５０】
この結果、実際のスループットが、端末１（1A）から端末４（1D）へ５Ｇｂ／s 、端末２（1B）から端末４（1D）へ０Ｇｂ／s 、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂとなり、端末１（1A）と端末２（1B）との間で品質を差別化することが可能となる。
【００５１】
また、この品質差別化が、端末５（1E）宛のパケットに影響を与えることはないので、端末４（1D）宛のパケットと端末５（1E）宛のパケットとで、公平性は維持されたままである。
【００５２】
これらの現象は、TCP/UDP 等の上位プロトコルに依存しない。また、送信抑制のフロー情報として、TOS ではなく、TCP/UDP や、TCP/UDP ポート番号を用いることも可能である。この場合は、TCP/UDP 種別や、TCP/UDP ポート番号単位で、送信規制が行え、これらのフロー間での品質の差別化が行える。
【００５３】
【発明の効果】
上述の様に、本発明によれば、ユーザ端末の振る舞いに関わらず、ユーザ端末間における網リソース利用に関する公平性が実現されると共に、アプリケーションの種顆や振る舞いに関わらず、アプリケーション間における網リソース利用に関する公平性も同時に実現される。さらに、不要な廃棄を未然に防止するために、網リソースの利用効率自体が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるパケット転送システムの一例の構成を示す線図である。
【図２】 パケット転送装置すなわちエッジルータの一例の構成を示す線図である。
【図３】 パケット生成部の構成を示す線図である。
【図４】 フィルタ部のテーブル構成を示す図である。
【符号の説明】
1A 端末１
1B 端末２
1C 端末３
1D 端末４
1E 端末５
1F 端末６
1J リンク１
1K リンク２
1L リンク３
1M リンク４
1N リンク５
1O リンク６
1P リンク７
1Q リンク８
2A,2B エッジルータ
３ コアルータ
１０ パケットフォワーダ部
１６ パケット抽出部
１７ 送信抑制部
１８ パケット生成部
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット転送ネットワークにおいて、ユーザ端末間における網リソース利用の公平性を制御する際に適用されるべき技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパケット転送ネットワークでは、輻輳を検出したパケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットを送信したユーザ端末に対して、例えば、IETFのRFC792で規定されるICMP Source Quenchパケットを用いて輻輳通知していた。また、輻輳通知を受けたユーザ端末は、該当する宛先アドレスを有するパケットの送信を中止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパケット転送ネットワークにおいては、パケット送信の継続／中止を判断するのがユーザ端末であった。このため、パケット転送装置が、複数のユーザ端末に対して輻輳通知を行った際に、特定のユーザ端末がパケット送信の中止を故意に行わない場合、そのユーザ端末だけが有利にパケット転送を行えることになり、ユーザ端末間で網リソース利用に関する公平性が必ずしも実現できなかった。従って、本発明では、ユーザ端末の振る舞いに関わらず、ユーザ端末間における網リソース利用に関する公平性を実現する。
【０００４】
また、従来のパケット転送ネットワークにおいては、パケットのアドレスを基にして送信中止を行っていたために、同一のユーザ端末間において、特定のアプリケーションフロー（例：同一のTCP コネクション上を転送されるIPパケット群）だけを送信抑制することが困難であった。このため、大量のデータ転送をFTP等で行うと、同一ユーザ端末間で行われているVoIP等の音声通信を妨害してしまうといったような問題が生じていた。
【０００５】
また、送信レート制御機能を有するTCP パケットと送信レート制御機能を有しないUDP パケットが混在した場合に、UDP パケットのみが送信抑制されず網リソースを優先的に消費してしまうというような問題が生じていた。このため、TCPを用いるアプリケーションとUDP を用いるアプリケーション問での公平性が実現できなかった。
【０００６】
さらに、従来のパケット転送ネットワークにおいては、パケットに転送に対する優先度を定義しても、 転送競合時に優先度が反映されるだけで、発信規制時にこの優先度を反映させた制御が行えなかった。
【０００７】
さらに、従来のパケット転送ネットワークにおいては、ある端末から別の端末へのトラフィックがヘビーな場合、別の端末からのパケット転送がトラヒツクの干渉を受けて、ネットワークのスループットが減少する不具合も指摘されていた。
【０００８】
従って、本発明の目的は、同一ユーザ端末間においても、アプリケーションフロー毎に、送信継続／中止を選択できるようにし、アプリケーション間における網リソース利用に関する公平性を実現することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、受信トラフィックがヘビーな特定の端末による受信トラフィックの軽い別端末への干渉を抑制してネットワーク全体のスループットを一層向上することにある。
【００１０】
さらに、 本発明の別の目的は、同一のパケット優先クラス間では、公平性を実現しつつも、異なるパケット優先クラス間では、品質の差別化を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明によるパケット転送ネットワークは、端末を収容する複数のエッジ型パケット転送装置と、１個又はそれ以上のエッジ型パケット転送装置を収容するコア型パケット転送装置とを具えるパケット転送ネットワークにおいて、
前記エッジ型パケット転送装置が、
輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成する輻輳通知パケット生成手段と、
前記輻輳通知パケットを、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信する手段と、
前記輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定されたアドレスのパケット転送について送信規制を行う送信規制手段とを具え、
輻輳を検出したエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして輻輳通知パケットを送信し、
輻輳通知パケットを受信したエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された宛先アドレス及び送信元アドレスのパケット転送について送信規制を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、送信側のユーザ端末に代わり、送信側のユーザ端末を収容するパケット転送装置が、輻輳通知を受け、宛先アドレスおよび送信元アドレスを元に送信規制を行う。これにより、ユーザ端末の振る舞いに関わらず、ユーザ端末間における網リソース利用に関する公平性を実現することができる。
【００１３】
本発明によるエッジ型パケット転送装置は、輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元の端末のアドレスを含む輻輳通知パケットを生成する輻輳通知パケット生成手段と、
前記輻輳通知パケットを、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信する手段と、
当該エッジ型パケット転送装置が収容する端末を宛先とする輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された宛先及び送信元アドレスのパケットの転送について送信規制を行う送信規制手段とを具えることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明によるパケット転送ネットワークにおける転送規制方法は、
着信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成し、当該輻輳通知パケットを輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信し、
発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、収容する発信端末を宛先とする輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、これらの特定された情報に該当するパケット転送について送信規制を行うこと特徴とする。
【００１５】
本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の好適実施例は、輻輳通知パケットが、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報をペイロードに含むと共に輻輳を示す識別子をペイロードに含み、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、受信した輻輳通知パケットのペイロードを参照して輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを特定することを特徴とする。
【００１６】
本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の別の好適実施例は、輻輳通知パケットが、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報に加えて、上位プロトコルのヘッダ情報と参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子をペイロードに含むと共に、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、パケットのヘッダ情報に加えて、上位プロトコルのヘッダ情報も用いて送信規制を行うことを特徴とする。輻輳通知および送信規制の情報に、パケットのヘッダ情報（宛先アドレスおよび送信元アドレス等）だけでなく、上位プロトコルのヘッダ情報も含めることで、送信規制単位をより細かくすることが可能となり、 アプリケーションの種顆や振る舞いに関わらず、アプリケーション間における網リソース利用に関する公平性を実現することができる。
【００１７】
さらに、本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の好適実施例は、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となるパケットを複数種類抽出し、これらのパケットに対して、ヘッダ情報および上位プロトコルのヘッダ情報を参照することにより輻輳通知の優先度を定め、輻輳通知の優先度の高いパケットの送信元に対してのみ輻輳通知パケットを送信することを特徴とする。輻輳通知の対象が複数存在する場合に、転送の優先度が低いパケットから優先的に輻輳通知することで、転送の優先度クラス間における網リソース利用に関する差別化を実現することができる。
【００１８】
さらに、本発明によるパケット転送ネットワークの転送規制方法の好適実施例は、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が、送信規制を行う際に、転送すべきパケットに付与されている転送優先度が高いものについては、送信規制の対象から除外し、転送すべきパケットに付与されている転送優先度が低いものについてのみ送信規制の対象に含めることを特徴とする。輻輳通知の対象が複数存在する場合に、全パケットを対象として輻輳通知を行い、転送の優先度が低いパケットのみ、送信規制することで、転送の優先度クラス間における網リソース利用に関する差別化を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施例を示す。図１は、本発明を説明するためのネットワークの一例の構成を示す。図面を明瞭にするため、当該ネットワークは、６個の端末、端末１（１Ａ）、端末２（１Ｂ）、端末３（１Ｃ）、端末４（１Ｄ）、端末５（１Ｅ）および端末６（１Ｆ）を含む。端末１（１Ａ）、端末２（１Ｂ）及び端末３（１Ｃ）はそれぞれリンク１、リンク２およびリンク３を介してエッジ型パケット転送装置として機能するエッジルータ２Ａに収容する。また、端末４（１Ｄ）、端末５（１Ｅ）及び端末６（１Ｆ）は、それぞれリンク４、リンク５及びリンク６を介してエッジルータ２Ｂに収容する。さらに、エッジルータ２Ａおよびエッジルータ２Ｂは、それぞれリンク７及びリンク８を介してコア型パケット転送装置であるコアルータ３に収容する。
【００２０】
ここで、リンク帯域として、リンク1 、リンク2 、リンク3 、リンク４、リンク５及びリンク６は５Ｇｂ／ｓとし、リンク７及びリンク８は１０Ｇｂ／ｓとする。
また、ＩＰアドレスとして、
端末１（１Ａ）にＩＰ＃１ が、
端末２（１Ｂ）にＩＰ＃２ が、
端末３（１Ｃ）にＩＰ＃３ が、
端末４（１Ｄ）にＩＰ＃４ が、
端末５（１Ｅ）にＩＰ＃５ が、
端末６（１Ｆ）にＩＰ＃６ が、
付与されているものとする。
【００２１】
図２は、図１で示されるエッジルータ２Ａ及びエッジルータ２Ｂの動作を説明するためのエッジルータの一例の構成を示す線図である。尚、エッジルータ２Ａ及びエッジルータ２Ｂは同一構成であるため、エッジルータ２Ａの構成について説明する。これらエッジルータは、端末を収容するためのポート１、ポート２及びポート３と、コアルータに収容されるためのポート４を有している。ポート１、ポート２およびポート３は、パケットの転送を制御するパケットフォワーダ部１０に接続する。ポート１〜３の出力側はそれぞれ第１〜第３の出力キュー１１〜１３を介してパケットフォワーダ部１０に接続し、入力側は直接パケットフォワーダ部１０に接続する。また、ポート４も、パケットフオワーダ部１０に接続されるが、この際、ポート４の出力側は第４の出力キュー１４およびフィルタ部１５を介してパケットフォワーダ部１０に接続され、入力側はパケット抽出部１６を介してパケットフォワーダ部１０に接続する。
【００２２】
このエッジルータには、さらに、送信抑制部１７およびパケット生成部１８を具える。送信抑制部１７はパケット抽出部１６からのパケット入力に応じてフィルタ部１５へ、送信レートを制御するフィルタ情報を出力する。フィルタ部１５は、入力されたフィルタ情報に基づいて送信パケットのフィルタリングを行う。尚、送信抑制部１７からフィルタ部１５に供給されるフィルタ情報は、一定時間経過後に、無効とされ消去する。パケット生成部１８は、第１〜第３の出力キュー１１〜１３で廃棄されるパケットを収集して輻輳の発生を検出し、これを入力として輻輳通知用のパケットを生成し、これをパケットフォワーダ部１０へ出力する。すなわち、パケット生成部は、輻輳発生検出手段並びに輻輳通知パケット生成手段として機能する。
【００２３】
図３は、図２で示されるパケット生成部１８の動作を説明するためのパケット生成部の一例の構成を示す。このパケット生成部は、図２の第１〜第３の出力キュー１１〜１３から出力される廃棄パケットをパケットフォーダ部１０を介して廃棄パケット抽出部２１で受ける。廃棄パケット抽出部２１で受け取られたパケットはヘッダ解析部２２へ送られ、ここで、輻輳の原因となったパケットの宛先アドレスや送信元アドレスなどのヘッダ内容の解析を行う。解析された内容はパケット生成部２３へ送出する。
【００２４】
パケット生成部２３では、ヘッダの解析内容に基づいて輻輳通知用のパケットを生成する。この輻輳通知用のパケットは、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報に加えて、必要に応じて、上位プロトコルのヘッダ情報を含み、さらに参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子も含む。
【００２５】
この際、廃棄されたパケットに付与されていた転送の優先順位とは逆の順序の輻輳通知の優先順位を輻輳通知用パケットに付与しておく。また、同一内容の輻輳通知用パケットを短時間に複数生成するような必要性が生じた場合には、輻輳通知用パケットを複数生成するのではなく、輻輳通知用パケット数は1 つとしておき、輻輳通知用パケットに付与する輻輳通知の優先順位を高く設定する。
【００２６】
輻輳の識別は、例えば、パケットのペイロードのフォーマットとしてIETFのRFC792で規定されるICMP Source Quench形式を流用することで実現する。これは、ICMPのTYPE値＝4 で識別される。さらに、ＣＯＤＥ値を拡張し、ここに参照すべきペイロード長を記述することで、CODE値を参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子として利用できる。生成された輻輳通知用のパケットは優先制御部２４に送られる。優先制御部２４では、パケット生成部２３で生成されたパケットを輻輳通知の優先度順に並べ、輻輳通知の優先順位の高いものから、いくつかを選択する。選択されたパケットは、パケット送信部２５へ送られる。パケット送信部２５は送られてきたパケットを外部へ転送する。
【００２７】
図４は、図２で示されるフィルタ部１５が搭載すべきフィルタリングテーブルの構成例を示したものである。このテーブルは、検索キーが、
宛先IPアドレス（４Ａ）、
送信元IPアドレス（４Ｂ）、
優先クラス（ＴＯＳ）（４Ｃ）、
プロトコル（ＴＣＰ／ＵＤＰ）（４Ｄ）、
宛先ポート（４Ｅ）、
送信元ポート（４Ｆ）
で構成さる。このテーブルにエントリされたフローは、送信が規制される。
【００２８】
このような構成において、例えば端末１（１Ａ）および端末２（１Ｂ）が端末4 （１Ｄ）へ５Ｇｂ／ｓでパケット送信を行い、端末３（１Ｃ）が端末５（１Ｅ）へ５Ｇｂ／ｓでパケット送信を行うものとする。パケット送信の当初は、エッジルータ２Ａにおいて、合計１５Ｇ／s のトラヒツクを１０Ｇｂ／ｓのリンク７（１Ｐ）に詰めようとするためにパケット廃棄が発生する。この際の各端末からのパケット廃棄は、確率的には、入力帯域に比例するため、ほば均等となる。このため、各端末からは、約３．３Ｇｂ／s のレートで、パケットがエッジルータ２Ａを通り抜ける。この状況で、さらに、エッジルータ２Ｂにおいて、端末4 （1D）宛のリンク4 （1M）に対して、端末１（1A）から3 ．3Gb ／s および端末２（1B）から３．３Ｇｂ／ｓで、合計約６．６Ｇｂ／ｓのトラヒツクを５Ｇｂ／ｓのリンクに詰めようとするためにパケット廃棄が発生する。この際、各端末からのパケット廃棄は、確率的には、入力帯域に比例するため、ほば均等となる。このため、端末1 （1A）および端末2 （1B）からは、それぞれ約２．５Ｇｂ／ｓのレートで、パケットがエッジルータ２Ｂを通り抜ける。
【００２９】
したがって、端末1 （1A）および端末2 （1B）が端末4 （1D）へ、端末3 （1C）が端末5 （1E）へそれぞれ５Ｇｂ／ｓでパケット送信を行おうとすると、実際のスループットは、
端末１（1A）から端末４（1D）へ２．５Ｇｂ／ｓ
端末２（1B）から端末４（1D）へ２．５Ｇｂ／ｓ
端末３（1C）から端未５（1E）へ３．３Ｇｂ／ｓ
となる。この合計値は８．３Ｇｂ／ｓである。
【００３０】
ここで、次のことが問題になる。
（１）リンク７（1P）およびリンク８（1Q）の帯域は１０Ｇｂ／s であるが、スループットの合計値が８．３Ｇｂ／s に減少している。（バックボーンが無効なトラフィックを転送している）
（２）端末３（1C）から端末５（1E）への転送は、送信側リンク３（1L）および受信側リンク5 （1E）とも５Ｇｂ／s であるのに、スループットは５Ｇｂ／ｓ以下になってしまう。（端末4 （1D）宛にパケットを送信するユーザと端末５（1E）宛にパケットを送信するユーザ間での公平性が実現されていない。）
（３）端末１（1A）から端末４（1D）へのトラフィックが端末2 （1B）から端末4 （1D）へのトラフィックより重要であっても、パケットが優先転送されない。
【００３１】
上述した課題を総合的に解決するために、本発明によるパケット転送システム第１の実施例では、エッジルータ２Ｂからエッジルータ２Ａへ輻輳通知を行う。ここで、エッジルータ２Ｂの動作を説明するために、エッジルータの構成を示す図２において、
ポート1 を端末4 （1D）に
ポート2 を端末5 （1E）に
ポート3 を端末6 （1F）に
ポート4 をコアルータ３に
割り当てるものとする。
【００３２】
第２のエッジルータ２Ｂにおいて、端末4 （1D）宛のトラフィックは、入力が６．６Ｇｂ／s 、出力が５Ｇｂ／s となるため、第１の出力キューにおいてパケット廃棄が発生する。 ここで廃棄されたパケットは、パケット生成部１８の廃棄パケット抽出部２１の機能により、パケット生成部１８に集められる。 パケット生成部１８では、ヘッダ解析部２２において、廃棄パケットの解析を行う。ここで、廃棄パケットの送受信IPアドレスを参照することにより、
端末1 （1A）から端末4 （1D）へのパケットと
端末2 （1B）から端末4 （1D）へのパケットが
廃棄されていることが、解析される。
【００３３】
そこで、宛先アドレスをIP＃1 とした輻輳通知用パケットと宛先アドレスをIP＃2 とした輻輳通知用パケットを生成する。これら輻輳通知用パケットのペイロードには、ＩＣＭＰ Source Quench（Type＝4 ）で規定されるフォーマットのデータを積む。これには、輻輳通知用パケットの生成のトリガとなった廃棄パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスが含まれる。ここで生成された2 つの輻輳通知用パケットには、同じ輻輳通知の優先順位を与える。これらの輻輳通知用パケットは、優先制御部２４において同一の優先順位でスケジユーリングされ、パケット送信部２５を通じてパケット送信される。これらの輻輳通知用パケットはコアルータ３を介して、エッジルータ２Ａへ到達する。
【００３４】
ここで、エッジルータ２Ａの動作を説明するために、エッジルータ２Ａにおいて、
ポート１を端末１（1A）に
ポート２を端末２（1B）に
ポート３を端末３（1C）に
ポート４をコアルータ３に
割り当てるものとする。
【００３５】
エッジルータ２Ａにおいて、ポート４を介して入力した当該パケットは、パケット抽出部１６において、パケットの宛先アドレスに関わりなく、パケットのプロトコルフィールドが参照され、これがICMPであることを特定した場合には、さらにICMPヘッダを参照し、これがSource Quench であることを特定した場合には、このパケットを輻輳通知用パケットとして抽出し、送信抑制部１７へ転送する。送信抑制部及びフィルタ部は本発明の送信規制手段を構成する。送信抑制部１７は、転送されてきた輻輳通知パケットのペイロードを解析し、宛先IPアドレスおよび送信元ＩＰアドレスを特定し、これらの情報に基づいてフィルタ部１５を制御するためのフィルタ情報を作成してフィルタ部１５に供給する。
【００３６】
エッジルータのフィルタ部１５には帯域制御機能を持たせる。例えば、送信抑制部１７が予め定めた時間期間内に輻輳通知パケットを１つ受け取る毎にフィルタ部１５の送信レートを０．１Ｇｂ／ｓだけ減少させるような設定を行う。或いは、予め定めた時間期間中に受信された輻輳通知パケットの個数に応じて送信レートを低下させることもできる。尚、予め定めた時間期間中に輻輳通知パケットが受信されない場合、送信レートを０．１Ｇｂ／ｓだけ増加させることができる。或いは、予め定めた時間期間中に輻輳通知パケットが受信されない場合、送信レートを当初設定された送信レートに戻すように制御することもできる。このように構成することにより、端末１（1A）から端末４（1D）への転送および端末２（1B）から端末４（1D）への転送に対して共に当初は５Ｇｂ／ｓの転送帯域を割り当てていても、次第に転送帯域が絞られていき、最終的には、どちらも２．５Ｇｂ／s 程度に収束する。
【００３７】
この結果、エッジルータ２Ａは、端末１（1A）から端末４（1D）へ2 ．5Gb ／s で、端末２（1B）から端末４（1D）へ2 ．5Gb ／s で、端末３（1C）から端末５（1E）へ5Gb ／s で、合計10Gb／s のトラフィックを10Gb／s のリンク7 （1P）に詰めようとすることになる。
【００３８】
この状況で、さらに、エッジルータ２Ｂにおいて、端末４（1D）宛の5Gb ／sのリンク４（1M）に対して、端末1 （1A）からの2 ．5Gb ／s のトラフィックと端末２（1B）からの2 ．5Gも／s のトラフィックを詰めようとすることになり、パケット廃棄が発生しない。また、端末５（1E）宛の5Gb ／s のリンク５（1 Ｎ）に対して、端未３（1C）からの5Gb ／s のトラフィックを詰めようとすることになりパケット廃棄が発生しない。
【００３９】
この結果、 端末１（1A）および端末２（1B）が端末4 （1D）へ、端末３（1C）が端末５（1E）へそれぞれ5Gb ／s でパケット送信を行うことを試みると、本発明を実施した場合に、実際のスループットは、端末１（1A）から端末４（1D）へ２．５Ｇｂ／s で転送され、端末２（1B）から端末４（1D）へ2 ．５Ｇｂ／sで転送され、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂ／s で転送されることになる。この合計値は10Gb／s となり、本発明を適用しない場合にくらべ、スループットの合計値が大幅に増加する。
【００４０】
また、端末４（1D）宛のトラヒツクと端末５（1E）宛のトラヒツクとを比較した場合、本発明を適用しない場合には、端末５（1E）宛のトラヒツクは、発信側の帯域が5Gb ／s であってもスループットが3 ．3Gb ／s に減少していたのに対し、本発明を適用することでスループットが5GB ／s に向上する。すなわち、端末３（1C）から、端末５（1E）へ向けたトラフィックは、本発明を適用しない場合には、他端末から他端末宛のトラヒツクの干渉を受けて、スループットが減少していたのが、本発明を適用することで、スループットの減少を抑えることができるようになる。このことは、ヘビーユーザ等からの干渉を防止できるという視点で、ユーザ間での公平性が向上することを意味する。
【００４１】
また、端末１（1A）がTCP パケット、端末２（1B）がUDP パケットを送信していたとしても、これらが公平に扱われることに変化はない。一方、このようなTCP パケットとUDP パケットの混在状況で本発明を適用しない場合には、TCP パケットのみがユーザ端末によって送信抑制され、実際のスループットが、端未１（1A）から端末4 （1D）へ０Ｇｂ／s 、端末２（1B）から端末４（1D）へ５Ｇｂ／s 、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂ／s となり、端末１（1A）と端未２（1B）との間で公平性が保たれなくなるような場合がある。これに対して、本発明を適用することにより上記端末間の不公平性が除去され、端末間の公平性を維持することができる。
【００４２】
次に、第２の実施例として、端末１（1A）と端末２（1B）との間で、TCP ／UDP 等の上位プロトコルの種顆に関わらず、意図的に品質を差別化するための方法を示す。上述した第１の実施例において、送信抑制部１７は、転送されてきた輻輳通知パケットのペイロードを解析し、宛先IPアドレスおよび送信元IPアドレスを特定し、これをフィルタ部１５へ設定するが、この際に、送信規制対象を優先順位の低いパケットに予め限定しておく。パケットの優先順位は例えばTOS フィールドを参照することで識別する。この送信規制対象の規定は、フィルタ部１５のテーブルに図４のようなTOS フィールド（4C）を設けることで行える。
【００４３】
また、エッジルータのフィルタ部１５における送信規制は、帯域抑制ではなく、パケット廃棄で行うことができる。
【００４４】
ここで、端末１（1A）から端末４（1D）へのパケットには高優先度が付与され、端末２（1B）から端末４（1D）へのパケットには低優先度が付与されていたとすると、低優先度が付与されたパケットのみ送信規制が行われるため、実際のスループットが、端末１（1A）から端末４（1D）へ５Ｇｂ／s 、端末２（1B）から端末４（1D）へ０Ｇｂ／s 、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂ／s となり、端末１（1A）と端末２（1B）との間で品質を差別化することが可能となる。また、この品質差別化が、端末５（1E）宛のパケットに影響を与えることはないので、端末４（1D）宛のパケットと端末５（1E）宛のパケットとで、公平性は維持されたままである。これらの現象は、TCP ／UDP 等の上位プロトコルに依存しない。
【００４５】
次に、第３の実施例として、端末１（1A）と端末２（1B）との間で、TCP ／UDP 等の上位プロトコルの種類に関わらず、意図的に品質を差別化するための第２の実施例とは異なる別の方法を示す。上述の第１の実施例において、パケット生成部１８では、ヘッダ解析部２２において、廃棄パケットの解析を行い、輻輳通知用パケットを生成するが、この際、例えば、パケットのTOS フィールドを参照して、端末１（1A）から端未４（1D）へのパケットの転送優先度が、端末２（1B）から端末４（1D）へのパケットの転送優先度よりも高いことが識別されたとする。この場合、パケット生成部２３において、バックプレッシャをかけるための輻輳通知用パケットを生成するが、この輻輳通知用パケットに対して、廃棄されたパケットに付与された優先順位とは逆の優先順位を与える。輻輳通知用パケットのペイロードには、ICMP Source Quenchを積む。ただし、CODE値には、規定と異なる特定の値を記述することで、宛先IPアドレス、送信元IPアドレスおよびTOS フィールド値を参照することを示唆させる。
【００４６】
例えば、参照範囲をCODE値＝1 で、宛先IPアドレスおよび送信元IPアドレス、CODE値＝２で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレスおよびTOS 、CODE値＝３で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレスおよびプロトコル、CODE値＝４で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレス、TOS およびプロトコル、CODE値＝５で、宛先IPアドレス、送信元IPアドレス、TOS 、プロトコル、宛先ポート番号および送信元ポート番号というように規定した場合には、CODE値に２を記述する。
【００４７】
これらの輻輳通知用パケットは、優先制御部２４において優先順位に基づいて、スケジユーリングされる。すなわち、初めに、端末２（1B）向けに端末４（1D）宛に対する輻輳通知パケットに送信機会が与えられ、パケット送信部２５を通じてパケット送信される。ここで、端末１（1A）向けに端末４（1D）宛に対する輻輳通知パケットは送信されない。端末２（1B）向けに端末４（1D）宛に対する輻輳通知パケットが送信されると、優先制御部は、リセットされ、送信されず蓄積されていた輻輳通知パケットは全て破棄される。
【００４８】
この端末２（1B）向けの端末４（1D）宛の輻輳通知パケットは、宛先IPアドレスとして、端末２（1B）のIPアドレス（IP＃2 ）が記述され、コアルータ３を介して、エッジルータ２Ａへ到達する。エッジルータ２Ａは、送信抑制部１７において、転送されてきた輻輳通知パケットのペイロードを解析し、例えば、ICMP Source QuenchのCODE値が２である場合に、宛先IPアドレス、送信元IPアドレス、優先クラス（TOS ）を特定し、これをフィルタ部１５へ設定する。
【００４９】
これにより、例えば、図４のフィルタ部テーブル構成の内容のようなエントリが生成される。フィルタ部（2H）における送信規制は、帯域抑制ではなく、パケット廃棄で行う。すなわち、エントリ設定以後、端末２（1B）から端末４（1D）宛のパケットで、このエントリに一致するパケットは、フィルタ部１５において廃棄される。
【００５０】
この結果、実際のスループットが、端末１（1A）から端末４（1D）へ５Ｇｂ／s 、端末２（1B）から端末４（1D）へ０Ｇｂ／s 、端末３（1C）から端末５（1E）へ５Ｇｂとなり、端末１（1A）と端末２（1B）との間で品質を差別化することが可能となる。
【００５１】
また、この品質差別化が、端末５（1E）宛のパケットに影響を与えることはないので、端末４（1D）宛のパケットと端末５（1E）宛のパケットとで、公平性は維持されたままである。
【００５２】
これらの現象は、TCP/UDP 等の上位プロトコルに依存しない。また、送信抑制のフロー情報として、TOS ではなく、TCP/UDP や、TCP/UDP ポート番号を用いることも可能である。この場合は、TCP/UDP 種別や、TCP/UDP ポート番号単位で、送信規制が行え、これらのフロー間での品質の差別化が行える。
【００５３】
【発明の効果】
上述の様に、本発明によれば、ユーザ端末の振る舞いに関わらず、ユーザ端末間における網リソース利用に関する公平性が実現されると共に、アプリケーションの種顆や振る舞いに関わらず、アプリケーション間における網リソース利用に関する公平性も同時に実現される。さらに、不要な廃棄を未然に防止するために、網リソースの利用効率自体が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるパケット転送システムの一例の構成を示す線図である。
【図２】 パケット転送装置すなわちエッジルータの一例の構成を示す線図である。
【図３】 パケット生成部の構成を示す線図である。
【図４】 フィルタ部のテーブル構成を示す図である。
【符号の説明】
1A 端末１
1B 端末２
1C 端末３
1D 端末４
1E 端末５
1F 端末６
1J リンク１
1K リンク２
1L リンク３
1M リンク４
1N リンク５
1O リンク６
1P リンク７
1Q リンク８
2A,2B エッジルータ
３ コアルータ
１０ パケットフォワーダ部
１６ パケット抽出部
１７ 送信抑制部
１８ パケット生成部
Claims (12)
- 端末を収容するエッジ型パケット転送装置と、エッジ型パケット転送装置を収容するコア型パケット転送装置とを具えるパケット転送ネットワークに用いられるエッジ型パケット転送装置であって、
輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成する輻輳通知パケット生成手段と、
前記輻輳通知パケットを、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信する手段と、
当該エッジ型パケット転送装置が収容する端末を宛先とする輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された送信元及び宛先アドレスのパケットの転送について送信規制を行う送信規制手段とを具えることを特徴とするエッジ型パケット転送装置。 - 端末を収容する複数のエッジ型パケット転送装置と、エッジ型パケット転送装置を収容するコア型パケット転送装置とを具えるパケット転送ネットワークにおいて、
前記エッジ型パケット転送装置が、
輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成する輻輳通知パケット生成手段と、
前記輻輳通知パケットを、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信する手段と、
前記輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元のアドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された送信元及び宛先アドレスのパケット転送について送信規制を行う送信規制手段とを具え、
輻輳を検出したエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして輻輳通知パケットを送信し、
輻輳通知パケットを受信したエッジ型パケット転送装置は、輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、特定された送信元及び宛先アドレスのパケット転送について送信規制を行うことを特徴とするパケット転送ネットワーク。 - 請求項２に記載のパケット転送ネットワークにおける転送規制方法であって、
着信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、輻輳が発生した際、輻輳を示す識別子並びに輻輳の原因となったパケットの宛先アドレス及び送信元アドレスを含む輻輳通知パケットを生成し、当該輻輳通知パケットを輻輳の原因となったパケットの送信元アドレスを宛先アドレスとして送信し、
発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、収容する発信端末を宛先とする輻輳通知パケットを受信した場合、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定し、これらの特定された情報に該当するパケット転送について送信規制を行うこと特徴とする転送規制方法。 - 請求項３に記載の転送規制方法において、前記着信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、前記輻輳通知パケットに、輻輳の原因となったパケットの宛先及び送信元アドレスを含める手段として、輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報の一部又は全部を前記輻輳通知パケットのペイロードに含める手段を有し、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケット送信元アドレス及び宛先アドレスを特定する手段として、受信した輻輳通知パケットのペイロードを参照する手段を有することを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３又は４に記載の転送規制方法において、着信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、輻輳通知パケットに輻輳の原因となったパケットのヘッダ情報に加えて、上位プロトコルのヘッダ情報と参照すべきヘッダ情報の範囲を示す識別子をペイロードに含め、
発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、受信した輻輳通知パケットに含まれる輻輳の原因となったパケットの送信元アドレス及び宛先アドレスを特定する手段として、輻輳通知パケットで指示される参照すべきヘッダ情報の範囲に基づいて上位プロトコルのヘッダ情報も特定する手段を有し、この特定された情報に該当するパケットの転送について転送規制を行うことを特徴とする転送規制方法。 - 請求項３から５までのいずれか１項に記載の転送規制方法において着信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、輻輳を検出した場合に、輻輳の原因となるパケットを複数種類抽出し、これらのパケットに対して、ヘッダ情報および上位プロトコルのヘッダ情報を参照することにより輻輳通知の優先度を定め、輻輳通知の優先度の高いパケットの送信元に対してのみ輻輳通知パケットを送信することを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３から６までのいずれか１項に記載の転送規制方法において、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、輻輳通知パケットの指示内容に基づいて送信規制を行う際に、転送するパケットに付与されている転送優先度が高いものについては、送信規制の対象から除外し、転送するパケットに付与されている転送優先度が低いものについてのみ送信規制の対象に含めることを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３から７までのいずれか１項に記載の転送規制方法において、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置が行う転送規制手段として、パケット廃棄手段を有することを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３から７までのいずれか１項に記載の転送規制方法において、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、転送規制を行う手段として、パケット転送レートを削減する手段を有することを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３から７までのいずれか１項に記載の転送規制方法において、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、転送規制を行う手段として、所定の時間内に受信した輻輳通知パケット数に応じて転送帯域を増加させ又は減少させる手段を有することを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３から７までのいずれか１項に記載の転送規制方法において、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、転送規制を行う手段として、所定の時間内に輻輳通知パケットを受信した場合転送帯域を一定量だけ減少させ、所定の時間期間中に輻輳通知パケットを受信しない場合転送帯域を一定量だけ増加させる手段を有することを特徴とする転送規制方法。
- 請求項３から１１までのいずれか１項に記載の転送規制方法において、発信端末を収容するエッジ型パケット転送装置は、所定の時間内に輻輳通知パケットを受信しない場合転送規制を解除する手段を有することを特徴とする転送規制方法。
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