JP4112605B2

JP4112605B2 - Ｉｐネットワークにおけるサービス品質制御装置及びその方法並びにル−タ、サービス品質制御システム

Info

Publication number: JP4112605B2
Application number: JP2007220258A
Authority: JP
Inventors: 昭人大倉; 健五十嵐
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2007336600A

Description

本発明は、ＩＰネットワークにおけるサービス品質制御装置及びその方法並びにル−タ、サービス品質制御システムに関する。

近年ネットワークの高速化に伴いインターネットにおいて、音声やビデオのような連続メディアを高品質に転送する要求が急速に増大している。ところが、
現在のインターネットによって提供されている主なサービスはベストエフォート型であるため、リアルタイム性を伴うマルチメディア情報（リアルタイムアプリケーション）に対して、必ずしも高品質な転送を保証できるとは限らない。

そこで、インターネット上に流れるデータの種類に応じたサービスを提供するために、ネットワークサービスの品質、すなわちＱｏＳ（Quality-of-Service）を提供する技術としてＤｉｆｆＳｅｒｖ（Differential Services）が知られている（例えば、非特許文献１）。ＤｉｆｆＳｅｒｖとは、ルータがパケット中の品質クラスに基づいてトラヒックの優先制御をする技術で、ＩＰパケットのヘッダ内に書き込まれるクラス識別子を識別することで、クラス別の優先制御を可能にしている。

このＤｉｆｆＳｅｒｖでは、例えば、ＩＰｖ４ヘッダの場合、ＴＯＳ（Type of Service）フィールドの８ビットを利用してトラヒックをいくつかのクラスに分け、そのクラス単位でＱｏＳ制御が行なわれる。また、IPｖ６では、ＴｒａｆｆｉｃＣｌａｓｓフィールドの８ビットが利用される。

一方、経路制御に関しては、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）等のルーチングプロトコルに依存している。ＯＳＰＦ（例えば、非特許文献２参照）は、リンクステート型の経路プロトコルと呼ばれ、各ルータが「リンクステート」と呼ばれる情報要素を作成し、ＩＰマルチキャストを用いてほかの全ＯＳＰＦルータに配信する。これを受信したルータは、このリンクステート情報に基づき、ほかのルータがどこに存在し、どのように接続されているのかというＬＳＤＢ（Link-State DataBase：リンクステートデータベース）を作成し、ネットワーク・トポロジを把握する。このようにＯＳＰＦは、リンクステート型のプロトコルであるため、各ルータは領域内のネットワーク構成が把握され、最短経路を計算することが可能となっている。

また、ＱｏＳを実現するためのルーチング制御手法として、トラヒックをクラス別に転送する目的で、複数の経路（これをマルチパスという）をクラスによって使い分けるというマルチパスルーチング手法がある。例えば、以前のＯＳＰＦ（非特許文献３参照）では、目的地以外にＴＯＳフィールドの値を参照するＴＯＳルーチングがサポートされていたが、現在は削除されている。

[ＲＦＣ２７４５] "An Architecture for Differentiated Services", http://www.ietf.org/rfc/rfc2475.txt

[ＲＦＣ２３２８] "OSPF Versuion2", http://www.ietf.org/rfc/rfc2328.txt

[ＲＦＣ１５８３] "OSPF Versuion2", http://www.ietf.org/rfc/rfc1583.txt

上述したように、サービスの品質要求に応じてＱｏＳを提供する技術としては、ＤｉｆｆＳｅｒｖのようにルータによるキューイング、スケジューリング等の制御によってＱｏＳのための帯域制御を実現する技術（従来技術ａ）と、複数の経路をクラスによって使い分けてクラス別のＱｏＳを実現するマルチパスルーチング技術（従来技術ｂ）がある。

これまで、従来技術ａのルータ制御によるＩＰヘッダフィールドの使用方法と、従来技術（ｂ）のマルチパスルーチングによるＩＰヘッダフィールドの使用方法は、お互いに独立に考えられたものであるため、従来技術ａと従来技術ｂを組み合わせて使用した場合、ＩＰヘッダフィールド内の参照するビット位置同士で重なる部分があり、お互いが干渉を与え合うことになる。

ＩＰヘッダ内のフィールドにおいてお互いの参照するビットが干渉すると、ルータ制御クラスと、ルーチングクラスの対応が自由に変更できないといった問題が生じる。例えば、トラヒックをクラス別に分ける場合、ルータ制御のクラスと、ルーチング用のクラスは１対１で対応するとは限らない。すなわち、ルータ制御のクラス複数が１つのルーチングクラスで運ばれることや、逆に同じルータの制御クラスであっても複数のルーチングクラスに分けて運ぶことも十分考えられる。

また、あるルータ制御クラスが転送経路を変えるとき、現在対応しているルーチングクラス自体の経路を再計算などによって変更するより、他のルーチングクラスで要求を満たす経路が存在するなら、そのルーチングクラスへ対応関係だけ変更させる方が望ましい。

このようにＩＰヘッダフィールド内のルータ制御ビットと、ルーチングの参照ビットが干渉すると、お互いの相互干渉により、クラス間の対応が固定されてしまい、柔軟なクラス間の対応が難しい。

図１５は、従来技術ａのルータ制御と、従来技術ｂのマルチパスルーチングを併用したときの上記のような問題を説明するための図である。同図では、ＩＰネットワークを構成ルータがＲ１〜Ｒ４であるとしている。

同図において、ＤｉｆｆＳｅｒｖとＴＯＳルーチングを組み合わせる場合、ＤｉｆｆＳｅｒｖではＴｙｐｅｏｆＳｅｒｖｉｃｅフィールドの先頭から６ビットがＤＳＣＰ（DiffServ Code Point）として使用され（図１４（ａ）参照）、ＴＯＳルーチングはＩＰｖ４ヘッダのＴｙｐｅＯｆＳｅｒｖｉｃｅフィールドの４ビット目から７ビット目までに固定されて使用（図１４（ｂ）参照）される。例えば、ＩＰｖ４ヘッダのＴｙｐｅｏｆＳｅｒｖｉｃｅフィールド内のビットが"００１１１１００"の場合、 "００１１１１"の６ビットはＤｉｆｆＳｅｒｖにおけるクラスを表し、"１１１０"の４ビットはＴＯＳルーチングにおけるクラスを表す。すなわち、ＤｉｆｆＳｅｒｖのクラスとＴＯＳルーチングのクラスのビット位置は一部重なり合う部分（図１５の矢印参照）がある。

図１５に戻り、同図の(1)のケースのように、ＤｉｆｆＳｅｒｖの"００１１１１＊＊（ＤＳＣＰ）"というクラスをデフォルト経路で転送する場合は、デフォルトのルートエントリで対応されるがデフォルト経路以外で転送するならＴＯＳルーチングに"＊＊＊１１１０＊"というルートをテーブルに別にエントリすることが必要となってくる。

また、同図の(2)のケースように、ＤｉｆｆＳｅｒｖの"１１１１１０＊＊（ＤＳＣＰ）"というクラスをＴＯＳルーチングの"＊＊＊１１１０＊"と同様のルートで転送したい場合でも、ＴＯＳルーチングに"＊＊＊１１００"というエントリが別に必要になり、独立に計算されなくてはならない。つまり、同じ経路を通る場合でもＤＳＣＰ毎にＴＯＳクラスが必要となってしまう。

さらに、ＤｉｆｆＳｅｒｖクラスは対応するＴＯＳルーチングクラスを変化させることができない。例えば、同図の(3)のケースのように、ＤＳＣＰ：００１１１１をＴＯＳ：１０００の経路で送りたくても、ＴＯＳ：１１１０の経路を再計算させて変更させるしかない。

このように、ＴＯＳルーチングとＤｉｆｆＳｅｒｖとでは、その動作においてお互いが参照するビットが干渉してしまうため、ＤＳＣＰとあるルーチングクラスとの対応関係を変えようとしても、自分自身の値を変えるしかない。すなわち、ＤｉｆｆＳｅｒｖのクラスとＴＯＳルーチングのクラスはお互いのビットを自由に変更するができない。

また、ＤＳＣＰが自分の経路を変更するには、対応するＴＯＳのコスト（主にインターフェイスの帯域幅により決定）を調整し、再計算により、経路を変更するしかなく、ルータや回線（リンク）に過渡の負担がかかってしまう。

また、複数のＤＳＣＰが同じ経路を通るような場合でも、ＴＯＳの部分が異なれば、ＴＯＳルーチングで同じテーブルを参照することはできないため、同じ経路に対して複数のエントリを持たなくてはならない。

これらの上述の問題はＴＯＳルーチングの場合だけでなく他のマルチパスルーチングの場合でも同様に生起する問題であり、ルータ制御とルーチングを組み合わせてＱｏＳを実現することは難しい。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、ルータ制御によるＱｏＳ手法と経路制御によるＱｏＳ手法を組み合わせても干渉を避けて実用性の高いＱｏＳを実現することができるＩＰネットワークにおけるサービス品質制御装置及びその方法並びにル−タ、サービス品質制御システムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の一形態によれば、ＩＰパケットを品質クラス毎に分類し、分類した品質クラス毎に品質保証を行なうＩＰネットワークにおけるサービス品質制御装置であって、前記ＩＰパケットのＩＰヘッダのフィールド内に、前記ＩＰネットワークを構成するルータの制御のためのビットと当該ルータのルーチングためのビットを干渉しないように設定するＩＰヘッダ設定手段と、前記設定手段により設定された情報をルータに通知する通知手段とを有することを特徴としている。

また、本発明の一形態によれば、前記サービス品質制御装置であって、前記ＩＰヘッダ設定手段は、前記ＩＰヘッダのフィールド内に前記ルータを制御するためのビット領域とルーチングためのビット領域を設け、それぞれの領域の比率を変えて設定する設定制御手段を有することを特徴としている。

また、本発明の一形態によれば、前記サービス品質制御装置であって、前記ルータを制御するためのビット列をルータ制御クラスとして表現し、前記ルーチングためのビット列をルーチングクラスとして表現し、ＩＰパケットの種類に応じて前記ルータ制御クラスと前記ルーチングクラスの対応関係を保持するデータベース手段を有し、前記通知手段は、前記ルータに対し、前記データベース手段で保持される前記ルータ制御クラスと前記ルーチングクラスの対応関係を通知することを特徴としている。

また、本発明の一形態によれば、前記サービス品質制御装置であって、前記ＩＰネットワークを構成するルータのトラヒック状況を監視するトラフィック監視手段を備え、前記監視結果に基づき前記データベース手段で保持される前記ルータ制御クラスと前記ルーチングクラスの対応関係を変化させる対応関係更新手段を備え、前記通知手段は、前記対応関係更新手段により変化させられた対応関係を前記ルータに通知することを特徴としている。

上記本発明の一形態によれば、ＩＰヘッダ内にキューイングやスケジューリングなどルータ制御のためのルータ制御ビットと、ルータのルーチングのためのルーチングビットをお互いが干渉しないように設定するため、ルータ制御によるＱｏＳ手法と複数経路を使い分けるＱｏＳ手法の同時混在使用が可能となり、より実用性の高いＱｏＳを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の実施の一形態に係るサービス品質制御方法が適用されるＩＰ（インターネット・プロトコル）ネットワークにおけるサービス品質制御システムは、例えば、図１に示すように構成される。

図１において、このサービス品質制御システムは、コンピュータで構成されるサービス品質制御装置１０と、ＩＰネットワーク１００を構成するルータＲ１〜Ｒ３とから構成される。ここでは、説明を平易にするため、ＩＰネットワーク１００が３つのルータＲ１〜Ｒ３のみで構成されているものとする。

上記サービス品質制御装置１０の機能ブロックは、例えば、図２に示すように構成される。

同図において、このサービス品質制御装置１０は、制御部１１と、ルータ制御・ルーチング対応データベース（ＤＢ）１２と、トラフィック監視部１３と、通知部１４と、ビット設定部１５とから構成される。

上記各ルータ（Ｒ１〜Ｒ３）の機能ブロックは基本的に同一構成をとるため、ここでは、ルータＲ１を例にとり構成の概要を説明する。

図３は、ルータＲ１の機能ブロックを示す構成図である。

同図において、このルータＲ１は、パケット中継処理部２１と、入力キュー２２と、出力キュー２３と、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４、出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５、ビット設定情報取得部２６と、テーブル管理部２７と、トラフィック測定部２８と、通知部２９から構成される。

次に、上記のように構成されたサービス品質制御装置１０の動作概要を説明する。

サービス品質制御装置１０のビット設定部１５は、ＩＰネットワーク１００で使用するクラス数や経路数から、ＩＰヘッダ内の任意のフィールドをルータ制御用のビットと、ルーチング用のビットとしてお互いが干渉しないように設定する。

例えば、図４に示すように、ＩＰヘッダのフィールドをルータ制御用（ルータ制御ビット）とマルチパスルーチング用（ルーチングビット）に切り分けて設定する。このとき、ＩＰｖ４のヘッダであればＴｙｐｅｏｆＳｅｒｖｉｃｅフィールドの前半４ビットをルータ制御ビットの領域として割当て、後半４ビットをルーチングビットの領域として割当てる。また、ＩＰｖ６のヘッダであれば、ＴｒａｆｆｉｃＣｌａｓｓフィールドの前半４ビットをルータ制御ビットの領域として割当て、後半４ビットをルーチングビットの領域として割当てる。

本実施例では、上記のようなルータ制御ビットとルーチングビットがＩＰｖ４のヘッダのＴｙｐｅｏｆＳｅｒｖｉｃｅフィールドに設定されたものとして以下、説明を進める。

サービス品質制御装置１０のビット設定部１５にて設定されたルータ制御ビットとルーチングビットの設定情報は、制御部１１で所定のフォーマットに変換された後、通知部１４を介してＩＰネットワーク１００内の各ルータＲ１〜Ｒ３へと通知され、各ルータＲ１〜Ｒ３では、サービス品質制御装置１０から受け取ったルータ制御ビットとルーチングビットの設定情報に基づき動作を開始させる。

次に、ルータ側の動作について図５を用いて説明する。

図５は、ＩＰネットワークを構成するルータ群の一例を示す図である。同図において、ルータＤｓｔは、ＩＰパケット（トラフィック）の目的地（送信先）を示し、ルータＳｒｃ（Ｓｒｃ１〜Ｓｒｃ３）はＩＰパケットの送信元（Ｓｏｕｒｃｅ）を示し、ルータＲ１〜Ｒ４は内部ルータを示す。ここでは、まず、ルータＲ１を例にとり、ルータＲ１での動作を説明する。

ルータＲ１のビット設定情報取得部２６は、サービス品質制御装置１０から通知されたルータ制御ビットとルーチングビットの情報を入力Ｉ／Ｆ２４を介して取得し、テーブル管理部２７に出力する。テーブル管理部２７は、ルータ制御ビットを、ルータ制御テーブルを生成するための情報として用い、ルーチングビットを、マルチパスルーチングテーブルを生成するための情報として用いる。

（１）マルチパスルーチングテーブルの生成
マルチパスルーチングテーブルは、マルチパスルーチングプロトコルに従って生成される。一般のルーチングテーブルには、あて先となるネットワーク・アドレスと使用するネットワーク・インターフェイスなどを記録した情報（エントリ）が多数格納されるが、マルチパスルーチングテーブルには、複数の経路に対するエントリが格納される。

テーブル管理部２７では、ルーチングビットをマルチパスルーチングテーブルの"ルーチングビット"の項目に設定する。具体的には、ルータＤｓｔまでの複数経路に対応するルーチングビット（数列）が設定される（下記及び図５の（ｂ）参照）。

目的地ルーチングビット次のルータ
ＤｓｔＲｏｕｔｉｎｇ＿１Ｒ４
Ｒｏｕｔｉｎｇ＿２Ｒ２
さて、ＤｉｆｆＳｅｒｖのルータでは、ＩＰヘッダのＴＯＳフィールド値を再定義することでＴＯＳルーチングを実現している。そこで、ＴＯＳルーチングを用い、目的地に対して複数の経路を求めた場合、上記マルチパスルーチングテーブルにはＴＯＳ毎のエントリが作成される（図６の（ａ）参照）。ところが、このまま、ＴＯＳの値をルーチングクラスとすると、ルータ制御クラスと干渉する可能性がある。そのため、本実施例では、図６（ｂ）に示すようにＴＯＳ毎に求めたルーチングテーブルに対し、改めてルーチングビットを対応させる（下記参照）。

ＴＯＳルーチングビット
ＴＯＳ１ → Ｒｏｕｔｉｎｇ＿１
ＴＯＳ２ → Ｒｏｕｔｉｎｇ＿２
なお、ルーチングプロトコル自体が、複数経路の識別子としてルーチングビットと同じフィールドを使用している場合は、サービス品質制御装置１０がルーチングビットを対応させることはせず、そのままルーチングプロトコルのビットを利用する場合もある。

（２）ルータ制御テーブルの生成
テーブル管理部２７は、ビット設定情報取得部２６から受け取ったルータ制御ビットをルータ制御テーブルの"ルータ制御ビット"の項目に設定する（下記及び図５の（ａ）参照）。

ルータ制御ビットキュー
Ｃｌａｓｓ＿ａＱ１（優先度：高廃棄率：低）
Ｃｌａｓｓ＿ｂＱ２（優先度：高廃棄率：低）
Ｃｌａｓｓ＿ｃＱ３（優先度：低廃棄率：低）
Ｃｌａｓｓ＿ｄＱ４（優先度：低廃棄率：高）
ルータ制御テーブルで管理されるルータ制御クラス（Ｃｌａｓｓ＿ａ〜Ｃｌａｓｓ＿ｄ）は、ルータ制御ビットの数列で表され、各クラス（Ｃｌａｓｓ）の優先度に応じたキューイング処理が行なわれる。例えば、Ｃｌａｓｓ＿ａの場合、ルータに流入してきたＩＰパケットは、入力キュー２２内の高優先度キュー（Ｑ１）に格納され、ＩＰパケットが滞留している場合には、低廃棄率でＩＰパケットが廃棄される。

上述したように本発明に係るサービス品質制御装置１０によれば、ＩＰヘッダ内のフィールドをルータ制御ビットとルーチングビットが相互に干渉を与えないように設定するようにしたため、図７の（ａ）に示すようなルータ制御のクラス複数（Ｃｌａｓｓ＿ａ、Ｃｌａｓｓ＿ｃ、Ｃｌａｓｓ＿ｄ）が１つのルーチングクラス（Ｒｏｕｔｉｎｇ＿１）で運ばれるような場合（ルータ制御クラスとルーチング用のクラスが１対１に対応しない場合）に、Ｃｌａｓｓ＿ａの経路を切替えるときでもルーチングビットをＲｏｕｔｉｎｇ＿２に切替えるだけ（図７の（ｂ）参照）。でよい。すなわち、現在対応しているルーチングクラスの経路を再計算しないで済むようになる。

なお、上記実施例では、各ルータ（Ｒ１〜Ｒ４、Ｓｃｒ１〜３、Ｄｓｔ）でルータ制御クラス・ルーチングクラスをルータ制御ビット・ルーチングビットにマッピングした同一のテーブルを持つ場合を示したが、上記各ルータで異なるテーブルを持ってもかまわない。例えば、ルータＲ１で、Ｃｌａｓｓ＿ａ（ルータ制御クラス）とＲｏｕｔｉｎｇ＿１（ルーチングクラス）を対応付けたテーブルを持ち、ルータＲ２で、Ｃｌａｓｓ＿ａとＲｏｕｔｉｎｇ＿２を対応付けたテーブルを持つ。このように各ルータで持つテーブルを異ならせることで、柔軟な経路制御を実現することができる。

また、本発明に係るサービス品質制御装置１０は、トラヒックの要求に対応するようにルータ制御クラスと、ルーチングクラスをトラヒックのＱｏＳ要求に合わせて対応させ、その対応関係を示す対応表をルータ制御・ルーチング対応データベース１２に保持・管理する。

図８は、ルータ制御・ルーチング対応データベース１２で保持・管理される対応表（テーブル）の構造例を示す図である。

同図において、上記対応表には、トラヒックの種別、ルータ制御クラス、ルーチングクラスが含まれる。この例では、各トラヒックの種別に対応したルータ制御クラスとルーチングクラスが以下の通り対応付けられて保持されている。

トラヒック種別ルータ制御クラスルーチングクラス
Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａＣｌａｓｓ＿ａＲｏｕｔｉｎｇ＿１
Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂＣｌａｓｓ＿ｂＲｏｕｔｉｎｇ＿２
Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃＣｌａｓｓ＿ｂＲｏｕｔｉｎｇ＿１
Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｄＣｌａｓｓ＿ｃＲｏｕｔｉｎｇ＿１
サービス品質制御装置１０は、上記対応表をＩＰネットワーク内の各ルータに対して通知する（図９参照）。図９において、エッジルータ（Ｅｄｇｅ１〜６）はエリアの境界に配置されるルータである。

次に、エッジルータ（Ｅｄｇｅ１〜６）によるＩＰパケットの中継処理について説明する。

図１０は、エッジルータ（Ｅｄｇｅ１〜６）によるルータ制御ビット・ルーチングビットの設定と内部ルータＲ１〜Ｒ４による転送例を説明するための図である。

同図において、ＩＰネットワークにＩＰパケットが入ってくると、まず、ＩＰネットワークの入口にあるエッジルータ（Ｅｄｇｅ２）でそのＩＰパケットが受け取られる。エッジルータ（Ｅｄｇｅ２）は、サービス品質制御装置１０から通知された対応表（図８参照）に従い、受け取ったＩＰパケットのトラヒックの種類に対応するルータ制御ビットとルーチングビットをＩＰヘッダに書き込む。ここで、エッジルータ（Ｅｄｇｅ２）で受け取られたＩＰパケットのトラヒックの種類がＴｒａｆｆｉｃ＿ａとすると、図８のルータ制御・ルーチング対応データベースより、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａに対応するルータ制御クラスが"Ｃｌａｓｓ＿ａ"であるので、テーブル管理部２７では、"Ｃｌａｓｓ＿ａ"に対応するルータ制御ビットをＩＰヘッダに書き込む。一方、図８のルータ制御・ルーチング対応データベースより、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａに対応するルーチングクラスが"Ｒｏｕｔｉｎｇ＿１"であるので、Ｒｏｕｔｉｎｇ＿１に対応するルーチングビットがＩＰヘッダに書き込まれる。なお、エッジルータ以外のルータ（内部ルータＲ１〜Ｒ４）では、上記のようなエッジルータ（Ｅｄｇｅ１）でのＩＰヘッダの書込みは原則操作されず、予め保持されているルータ制御ビット・ルーチングビットに従ったルータ制御・ルーチングが行なわれる。

上記のようにしてエッジルータでのテーブル書込み操作がなされると、エッジルータ（Ｅｄｇｅ２）で受け取られたＴｒａｆｆｉｃ＿ａのＩＰパケットは、ルータＲ１、Ｒ４、Ｒ３を中継してエッジルータ（Ｅｄｇｅ５）に届けられる。そして、このエッジルータ（Ｅｄｇｅ５）からＩＰパケットが出ていくときは、エッジルータ（Ｅｄｇｅ５）のテーブル管理部２７は、先にＩＰヘッダに書き込んだルータ制御ビットとルーチングビットをＩＰネットワークに入る前の状態に戻す。なお、同図中のＴｒａｆｆｉｃ＿ｂについても上述したＴｒａｆｆｉｃ＿ａと同様の処理がなされる。

また、本発明に係るサービス品質制御装置１０は、ルータに流入するトラヒック状況を監視し、トラヒックの変動に応じてルータ制御クラスとルーチングクラスの対応関係を変化させる。

図１１は、トラヒック変動に合わせてルータ制御クラスとルーチングクラスの対応関係の更新及び通知を行なう場合の動作を説明するための図である。

同図において、サービス品質制御装置１０のトラフィック監視部１３は、ＩＰネットワーク内の各ルータ（Ｅｄｇｅ１〜６、Ｒ１〜Ｒ４）から定期的にトラヒックの報告を受ける。各ルータ（Ｅｄｇｅ１〜６、Ｒ１〜Ｒ４）のトラフィック測定部２８では、入出力パケットの流入状況が観測される。例えば、単位時間あたりの総トラヒック量や、クラス毎のトラヒック量が測定される。なお、トラフィック測定部２８で測定されるトラヒック量は、トラフィック状況が判断できるものであれば、限定されず、例えば、ルータの輻輳状況や利用率などであってもよい。

上記のようにしてトラフィック測定部２８で測定されたトラフィック量は、トラフィック報告として通知部２８を介してサービス品質制御装置１０に報告される。

サービス品質制御装置１０のトラフィック監視部１３では、ルータから報告されたトラフィック報告を受け、その報告に基づく監視結果を制御部１１に送る。制御部１１では、制御部１１を介して送られてくるトラヒックの変動状況に合わせて所定タイミングでルータ制御・ルーチング対応データベース１２にアクセスし、該当するルータ制御クラスとルーチングクラスの対応表を更新する。このようにしてアップデートされた対応表は、ＩＰネットワークの各ルータに通知され、各ルータでは、トラヒックの混雑具合に応じたルータ制御クラスとルーチングクラスの情報が保持される。

上記実施例では、ルータで測定されるトラヒック量に基づきルータ制御クラスとルーチングクラスの対応関係を更新する場合を示したが、ＩＰネットワークにバースト的なパケットが発生した場合であっても、サービス品質制御装置１０は、必要に応じてルータ制御クラスとルーチングクラスとの対応を変化させる。このとき、ルータ制御クラスとルーチングクラスの対応を変化させるだけで十分でない場合は、再度マルチパスルーチングプロトコル（例：ＴＯＳルーチング）を起動して経路の再設定を行ない、ルーチングビットの設定、ルータへの通知及びＱｏＳに応じたクラスの対応を行なう。

サービス品質制御装置１０において更新された上記対応表は、ＩＰネットワーク内の各ルータに通知されるが、エッジルータ（Ｅｄｇｅ１〜６）と内部ルータ（Ｒ１〜Ｒ４）とでは処理が異なる。エッジルータ（Ｅｄｇｅ１〜６）は、新しい対応表を受け取ると、その対応表で示される新しい対応関係に従って、常にルータ制御・ルーチングを行なうが、内部ルータ（Ｒ１〜Ｒ４）は、ルータ制御クラス・ルーチングクラスの対応が変化したときなど必要なときのみルータ制御ビット・ルーチングビットを操作する。通常は、予め設定されているルータ制御ビット・ルーチングビットの値に基づいて、ルータ制御・ルーチングを行ないＩＰパケットの中継処理がなされる。

次に、通常トラフィック時におけるルータ制御クラスとルーチングクラスの対応について図１２を参照しながら説明する。

この例のＩＰネットワークでは、３つのトラフィックＴｒａｆｆｉｃ＿ａ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃが定義され、優先度は、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａ＞Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂ＞Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃであるとする。
また、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂは、４ＭｂｐｓのＱｏＳ要求があり、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃは、ベストエフォートのトラフィックであるものとする。

また、上記ＩＰネットワークを構成する各ルータは以下の通り構成されているものとする。

送信元ルータ：Ｓｒｃ１〜Ｓｒｃ３
内部ルータ：Ｒ１〜Ｒ４
送信先（目的地）ルータ：Ｄｓｔ
同図において、サービス品質制御装置１０のビット設定部１５によりＩＰヘッダ内のＴｙｐｅｏｆＳｅｒｖｉｃｅの前半４ビットがルータ制御ビット、後半４ビットがルーチングビットと設定されると、この設定の情報がＩＰネットワーク内の各ルータに通知される。ルータ制御クラスとしては、Ｃｌａｓｓ＿ａ、Ｃｌａｓｓ＿ｂ、Ｃｌａｓｓ＿ｃがあり、各ルータは、Ｃｌａｓｓ＿ａ＞Ｃｌａｓｓ＿ｂ＞Ｃｌａｓｓ＿ｃという順でＩＰパケットの出力の優先制御を行なう。ルーチングクラスは、Ｒｏｕｔｉｎｇ＿ａ、Ｒｏｕｔｉｎｇ＿ｂという複数の経路情報を持つ。ルータ制御クラスとルーチングクラスには、それぞれ、ルータ制御ビットとルーチングビットのビット列が割り振られる。

通常トラヒック時、Ｓｒｃ１からは４ＭｂｐｓのＴｒａｆｆｉｃ＿ｂトラフィック、Ｓｒｃ３からは４ＭｂｐｓのＴｒａｆｆｉｃ＿ｃトラフィックがそれぞれＤｓｔに対して送られている。この状態では、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂのルータ制御クラスとルーチングクラスは、Ｃｌａｓｓ_ｂとＲｏｕｔｉｎｇ_ａに、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃのルータ制御クラスとルーチングクラスは、Ｃｌａｓｓ_ｃとＲｏｕｔｉｎｇ_ａに対応付けられている。

Ｓｒｃ１からの４ＭｂｐｓのＴｒａｆｆｉｃ＿ｂトラフィックは、Ｒ１→Ｒ４の経路を経てＤｓｔに到着する。一方、Ｓｒｃ３からの４ＭｂｐｓのＴｒａｆｆｉｃ＿ｃトラフィックは、Ｒ２→Ｒ３→Ｒ４の経路を経てＤｓｔに到着する。

続いて、バーストトラフィック時におけるルータ制御クラスとルーチングクラスの対応について図１３を参照しながら説明する。

ここでは、ＩＰネットワークを構成する各ルータの構成は上記と同じであるとし、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａ〜Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃの定義、プライオリティについても上記同様とする。

同図において、Ｓｒｃ１、Ｓｒｃ３からトラヒックが流れているときに、バースト的にＳｒｃ２から４ＭｂｐｓのＴｒａｆｆｉｃ＿ａトラフィックが発生すると、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａは、Ｃｌａｓｓ_ａ、Ｒｏｕｔｉｎｇ_ａに対応付けられているため、ルータＲ１ではＴｒａｆｆｉｃ＿ａとＴｒａｆｆｉｃ＿ｂのトラフィックが合流し、Ｒｏｕｔｉｎｇ_ａクラスの経路のままでは、リンク（Ｒ１−Ｒ４）の帯域や容量が不足する。このため、優先度の低いＣｌａｓｓ_ｂ（Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂ）のパケットがロスしてしまう。

ＩＰネットワーク内の各ルータでは、流入するトラフィックの状況が監視されており、そのトラフィック状況がサービス品質制御装置１０に送られる。サービス品質制御装置１０では、各ルータから受け取ったトラフィック状況からルータＲ１におけるＴｒａｆｆｉｃ＿ｂのパケットロスの発生を検知すると、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂのルーチングクラスの変更が必要であると判断し、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂに対応するルーチングクラスの変更、例えば、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂのルーチングクラスをＲｏｕｔｉｎｇ_ａからＲｏｕｔｉｎｇ_ｂにする変更が行なわれる。具体的には、ルータ制御・ルーチング対応データベース１２に保持されている対応表の中のＴｒａｆｆｉｃ＿ｂ（Ｃｌａｓｓ＿ｂ）に対応するルーチングクラスをＲｏｕｔｉｎｇ_ｂに変更（更新）する。このようにして更新された新たな対応表は各ルータへと通知される。

ルータＲ１は、サービス品質制御装置１０から上記の新たな対応表を受け取ると、その対応表に従ってルーチングテーブルのルーチングビットを変更する。これにより、Ｒｏｕｔｉｎｇ＿ｂに対応付けられたＴｒａｆｆｉｃ＿ｂは、ルータＲ２方面の迂回経路に流れ、ルータＲ１でのＴｒａｆｆｉｃ＿ｂトラフィックのパケットロスを防ぐことができる。

ルータＲ２では、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂとＳｃｒ３から送られてきたＴｒａｆｆｉｃ＿ｃのトラフィックが合流する。リンク（Ｒ２−Ｒ３）の帯域が十分ではないが、ルータＲ２はルータ制御ビットを参照して優先制御を行ない、優先度の低いＣｌａｓｓ＿ｃ（Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃ）のベストエフォートトラフィックは、優先トラフィック（Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂ）がなければ、リンク（Ｒ２−Ｒ３）を使用する。

ルータＲ４では、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃのトラフィックが合流する。このとき、リンク（Ｒ４−Ｄｓｔ）の帯域が十分ではない場合、ルータＲ４は、ルータ制御ビットを参照し、優先制御を行なう。優先度の低いＣｌａｓｓ＿ｃ（Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃ）のベストエフォートトラフィックは、優先トラフィック（Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂ）がないときに、リンク（Ｒ４−Ｄｓｔ）を使用してＤｓｔに送られる。

以上により、Ｄｓｔには、Ｃｌａｓｓ＿ａ＞Ｃｌａｓｓ＿ｂ＞Ｃｌａｓｓ＿ｃというプライオリティ値に対し、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ａトラフィックの４Ｍｂｐｓ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｂトラフィックの４Ｍｂｐｓ、Ｔｒａｆｆｉｃ＿ｃトラフィックの１Ｍｂｐｓの割合で届き、プライオリティとＱｏＳ要求は満たされる。なお、Ｓｃｒ１のバーストトラフィックが無くなると、サービス品質制御装置１０は、ルータ制御クラスとルーチングクラスの対応を図１２のように戻し、その戻された後の対応表がＩＰネットワーク内の各ルータへと通知される。

以上、説明してきたように、本実施形態では、サービス品質制御装置１０は、ＩＰヘッダ内にキューイングやスケジューリングなどルータ制御のためのルータ制御ビットと、ルータのルーチングのためのルーチングビットをお互いが干渉しないように設定するため、ルータ制御によるＱｏＳ手法と複数経路を使い分けるＱｏＳ手法の同時混在使用が可能となり、より実用性の高いＱｏＳを実現することができる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である
（１）上記実施形態では、ＩＰヘッダ内のフィールド（ＴＯＳフィールドまたはＴｒａｆｆｉｃＣｌａｓｓフィールド）の前半４ビットをルータ制御ビット、後半４ビットをルーチングビットと定義し割り振ったが、このような切り分け方に限定されるものではない。例えば、ルータ制御ビット数とルーチングビット数を次のような比率で設定してもよい。

ルータ制御ビット数ルーチングビット数
７１
６２
５３
４４
３５
２６
１７
また、ルータ制御ビットとルーチングビットの設定は、ＩＰｖ４のＴＯＳフィールドやＩＰｖ６のＴｒａｆｆｉｃＣｌａｓｓフィールドの他にもＩＰヘッダ内の任意のフィールドを利用して設定してもよい。

（２）また、上記実施例では、ＩＰネットワークで一律にＩＰヘッダ内のＴＯＳフィールドをルータ制御ビットとルーチングビットと定義したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＩＰｖ６ヘッダのフローラベル領域をルータ制御ビットとルーチングビットと定義してもよいし、トラフィック毎にルータ制御ビット、ルーチングビットの設定を変えるような形態であってもよい。

上記実施例において、サービス品質制御装置１０のビット設定部１５の機能がＩＰヘッダ設定手段、設定制御手段に対応し、通知部１４の機能が通知手段に対応する。また、ルータ制御・ルーチング対応データベース１２の機能がデータベース手段に対応し、トラフィック監視部１３の機能がトラフィック監視手段に、制御部１１の機能が対応関係更新手段に対応する。

さらに、ルータのパケット中継処理部２１の機能が制御中継手段に対応し、ビット設定情報取得部の機能とテーブル管理部２７の機能が設定手段に対応し、トラフィック測定部２８の機能がトラフィック測定手段に対応し、通知部２９の機能がトラヒック状況報告手段に対応する。

以上、説明したように、本願発明によれば、ＩＰヘッダ内にキューイングやスケジューリングなどルータ制御のためのルータ制御ビットと、ルータのルーチングのためのルーチングビットをお互いが干渉しないように設定するため、ルータ制御によるＱｏＳ手法と複数経路を使い分けるＱｏＳ手法の同時混在使用が可能となり、より実用性の高いＱｏＳを実現することができる。

本発明の実施の一形態に係るサービス品質制御方法が適用されるＩＰネットワークにおけるサービス品質制御システムの構成例を示す図である。図１に示すサービス品質制御装置の機能ブロックを示す構成図である。図１に示すルータの機能ブロックを示す構成図である。本発明の実施形態に係るＩＰヘッダフィールドの定義例を示す図である。ルータの動作を説明するための図である。マルチパスの種別をルーチングビットで表すように設定する場合の設定例を示す図である。ルータ制御クラスとルーチングクラスの対応関係を示す図である。ルータ制御・ルーチング対応データベース１２で保持・管理される対応表（テーブル）の構造例を示す図である。サービス品質制御装置によるクラスの対応管理と対応表のルータへの通知の概念を示す図である。エッジルータ（Ｅｄｇｅ１〜６）によるルータ制御ビット・ルーチングビットの設定と内部ルータＲ１〜Ｒ４による転送例を説明するための図である。トラヒック変動に合わせてルータ制御クラスとルーチングクラスの対応関係の更新及び通知を行なう場合の動作を説明するための図である。通常トラフィック時におけるルータ制御クラスとルーチングクラスの対応例示す図である。バーストトラフィック時におけるルータ制御クラスとルーチングクラスの対応例を示す図である。ＤｉｆｆＳｅｒｖとクラスとＴＯＳルーチングのクラスを表すビット配置図である。従来技術ａのルータ制御と、従来技術ｂのマルチパスルーチングを併用したときの上記のような問題を説明するための図である。

符号の説明

１０サービス品質制御装置
１１制御部
１２ルータ制御・ルーチング対応データベース
１３トラフィック監視部
１４通知部
１５ビット設定部
２１パケット中継処理部
２２入力キュー
２３出力キュー
２４入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）
２５出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）
２６ビット設定情報取得部
２７テーブル管理部
２８トラフィック測定部
２９通知部
１００ＩＰネットワーク
Ｒ１〜Ｒ４、Ｅｄｇｅ１〜６、Ｓｒｃ１〜Ｓｒｃ３、Ｄｓｔルータ

Claims

ＩＰパケットを品質クラス毎に分類し、分類した品質クラス毎に品質保証を行なうＩＰネットワークにおけるサービス品質制御装置であって、
前記ＩＰパケットのＩＰヘッダの同じフィールド内に、前記ＩＰネットワークを構成するルータの制御のためのビットと当該ルータのルーチング用のビットとを互いに干渉しないように格納するＩＰヘッダ設定手段と、
前記設定手段により設定された情報をルータに通知する通知手段とを有することを特徴とするサービス品質制御装置。
請求項１記載のサービス品質制御装置であって、
前記ＩＰヘッダ設定手段は、
前記ＩＰヘッダのフィールド内に前記ルータを制御するためのビット領域とルーチング用のビット領域を設け、それぞれの領域の比率を変えて設定する設定制御手段を有することを特徴とするサービス品質制御装置。
請求項１又は２記載のサービス品質制御装置であって、
前記ルータを制御するためのビット列をルータ制御クラスとして表現し、
前記ルーチング用のビット列をルーチングクラスとして表現し、
ＩＰパケットの種類に応じて前記ルータ制御クラスと前記ルーチングクラスの対応関係を保持するデータベース手段を有し、
前記通知手段は、
前記ルータに対し、前記データベース手段で保持される前記ルータ制御クラスと前記ルーチングクラスの対応関係を通知することを特徴とするサービス品質制御装置。
請求項１乃至３いずれか記載のサービス品質制御装置であって、
前記ＩＰネットワークを構成するルータのトラヒック状況を監視するトラフィック監視手段を備え、
前記監視結果に基づき前記データベース手段で保持される前記ルータ制御クラスと前記ルーチングクラスの対応関係を変化させる対応関係更新手段を備え、
前記通知手段は、
前記対応関係更新手段により変化させられた対応関係を前記ルータに通知することを特徴とするサービス品質制御装置。
ＩＰパケットを品質クラス毎に分類し、分類した品質クラス毎に品質保証を行なうＩＰネットワークにおけるサービス品質制御方法であって、
前記ＩＰパケットのＩＰヘッダの同じフィールド内に、前記ＩＰネットワークを構成するルータの制御のためのビットと当該ルータのルーチング用のビットとを互いに干渉しないように格納し、
前記設定された情報を前記ルータに通知し、
前記の通知により、前記ルータの動作を前記設定情報に基づいて開始させることを特徴とするサービス品質制御方法。
ＩＰパケットを品質クラス毎に分類し、分類した品質クラス毎に品質保証を行なうＩＰネットワークにおけるルータであって、
前記ＩＰパケットのＩＰヘッダの同じフィールド内で互いに干渉しないように格納されたルータ制御のためのビットとルーチングのためのビットに応じて、当該ルータの制御及びルーチングを行なう制御中継手段を有することを特徴とするルータ。
請求項６記載のルータであって、
前記ＩＰネットワークの境界に配置され、
前記ＩＰパケットの種類に基づきルータ制御クラスとルーチングクラスを前記ルータ制御のためのビットとルーチングのためのビットに設定する設定手段を有することを特徴とするルータ。
請求項６又は７記載のルータであって、
当該ルータに流入するトラヒック量を測定するトラフィック測定手段と、
前記測定結果を、前記ＩＰネットワークと接続されるサービス品質制御装置に報告するトラヒック状況報告手段とを有することを特徴とするルータ。
ＩＰネットワークを構成するルータと、そのＩＰネットワークに接続されたサービス品質制御装置とを具備してなるサービス品質制御システムであって、
前記サービス品質制御装置は、
ＩＰパケットのＩＰヘッダの同じフィールド内に、前記ルータの制御のためのビットと当該ルータのルーチング用のビットとを互いに干渉しないように格納するＩＰヘッダ設定手段と、
前記ＩＰヘッダ設定手段により設定された情報をルータに通知する通知手段とを有することを特徴とするサービス品質制御システム。
請求項９記載のサービス品質制御システムであって、
前記ルータは、
前記通知手段により通知される前記ＩＰパケットのＩＰヘッダの同じフィールド内に互いに干渉しないように格納されたルータ制御のためのビットとルーチングのためのビットに応じて、当該ルータの制御及びルーチングを行なう制御中継手段を有することを特徴とする管理ステム。