JP4280286B2 - パケット通信ネットワーク及びパケット通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の外部ネットワーク間におけるパケット通信を実行するパケット通信ネットワーク及びパケット通信方法に関するものである。

現在、インターネットのようなパケット通信ネットワークにおいて、サービス毎に通信品質を制御する方法として、ルータ等でパケット中継を行う際、一旦、パケットをサービスクラス毎の待ち行列に入れ、その待ち行列からパケットを取り出す速度やタイミングを制御することで実現する方法、例えばＴＣＰ／ＩＰにおける標準的な実装であるＤｉｆｆＳｅｒｖによる方法が知られている（特許文献１参照）。

また別の方法として、ネットワーク内に同一の目的地へ至る品質の異なる複数のパス、例えば最短距離のパスと迂回するパスを用意し、優先的に利用するパスをサービス毎に使い分けることによって、品質をある程度確保しつつ帯域の絶対的な割当量を制御する方法が知られている（特許文献２参照）。

特開２００１−１９７１１０号公報 特開２００１−６０９６６号公報

しかしながら、ＤｉｆｆＳｅｒｖ等による方法では、ルータ内でサービスクラス毎に分類したパケットをルータからの出力で一本の通信路に戻しているため、各ルータで同じ処理を行う必要がある。また、パケット転送の各ポイントのみを管理しているため、サービス毎の帯域の相対的な優先制御は行うことができるが、エンド−エンドでの絶対的な品質を制御することは困難である。

また一方、複数のパスを利用する方法では、扱うパスの数が増えるに連れ、パスの管理が煩雑になるという問題点がある。これはパス同士がネットワークを共有しているために、品質制御に必要なパスの独立性を保つことが困難であるためである。

上記課題を解決するため、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項１）は、図１に示すように、物理的または論理的に独立した複数の並列なネットワークＮ１，Ｎ２，…Ｎｍからなる並列網１と、１つの外部ネットワークＵ１及び前記並列網１内の各ネットワークＮ１〜Ｎｍのそれぞれと接続され、当該１つの外部ネットワークＵ１から入力されたパケットを前記並列網１内の各ネットワークＮ１〜Ｎｍのいずれかに振り分ける少なくとも１つの振り分け手段２と、前記並列網１内の各ネットワークＮ１〜Ｎｍのそれぞれ及び１つの外部ネットワークＵ２と接続され、前記並列網１内の各ネットワークＮ１〜Ｎｍによって転送されたパケットを多重化して当該１つの外部ネットワークＵ２へ出力する少なくとも１つの多重化手段３とを備えたことを特徴とする。

ここで、外部ネットワークとは、前述した並列網１、振り分け手段２及び多重化手段３によって構成される本発明のパケット通信ネットワーク全体を内部ネットワークととらえた上での表現であって、パケット通信におけるエンドユーザのネットワーク（ユーザ網）を表している。なお、（外部）ネットワークという表現を用いているが、その最小単位はパケット通信機能を備えたコンピュータやサーバ、ＩＰ電話機などの（１台の）装置である。

この構成により、電話等のエンド−エンドでの絶対的な品質制御を必要とするサービスに専用のネットワークを用意することができ、それ以外のサービスのトラフィックの影響を最小限に抑えたパケット通信が可能となる。この際、各ネットワーク内では宛先に従うパケット転送のみを行えば良く、特別な処理や管理は必要としない。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項２）は、前記振り分け手段は、パケットの形式的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする。

この構成により、外部ネットワークからのパケットを各ネットワークに振り分ける際、振り分けの判定を高速に行うことができる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項３）は、パケットの形式的な特徴量とは、パケットのパケット長であることを特徴とする。

この構成により、パケット長が２００バイトである典型的なＶｏＩＰの音声パケットやパケット長が１２８バイト以下であるＤＮＳのパケットなどを、簡易かつ高速に判定して振り分けることができる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項４）は、前記振り分け手段は、パケットのヘッダの内容的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする。

この構成により、外部ネットワークからのパケットを各ネットワークに振り分ける際、振り分けの判定をより確実に行うことができる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項５）は、パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、ＩＰパケットにおけるＤｉｆｆＳｅｒｖコードポイントの値であることを特徴とする。

この構成により、パケット送信側の希望に応じて優先的に処理させる等の振り分けが可能となる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項６）は、パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、ＩＰパケットのプロトコル番号あるいはＵＤＰパケットの宛先ポート番号もしくはＴＣＰパケットの宛先ポート番号の値であることを特徴とする。

この構成により、悪意の送信者が偽装したパケットを排除することができる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項７）は、前記振り分け手段は、同一の特徴量を有するパケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によって振り分けを行うことを特徴とする。

この構成により、並列網のうちの特定のネットワークに対する大量のトラヒックが生じた場合でも、品質が低下することを防ぐことができる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項８）は、前記振り分け手段は、前記並列網内のネットワーク毎のトラフィックの状況を検知する手段を有し、トラフィックの状況に応じた振り分けを行うことを特徴とする。

この構成により、ネットワーク資源を有効に活用したパケット通信が可能となる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項９）は、前記並列網は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークからなることを特徴とする。

この構成により、物理的に独立した複数のネットワークが存在しない外部ネットワーク間におけるパケット通信に適用可能となる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項１０）は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークは、各ネットワークの帯域割り当てを動的に変更する手段を有することを特徴とする。

この構成により、重要なパケットについては大量のトラフィックが生じても品質を維持することが可能となる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項１１）は、前記多重化手段は、前記並列網内の各ネットワークのうち、特定のネットワークからのパケットを優先して処理することを特徴とする。

この構成により、並列網の各ネットワークの帯域幅の合計が外部ネットワークへの通信路の帯域幅より大きい場合であっても、特定のネットワークからのパケットを優先処理することができる。

また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項１２）は、前記多重化手段は、所与の特徴量を有するパケットを優先して処理することを特徴とする。

この構成により、所与の特徴量を有するパケットについては、本来、通るべきネットワークの輻輳等により他のネットワークに迂回した場合であっても優先処理することができる。

本発明によれば、複数のネットワークへの振り分け処理を行うことにより、特定のサービスについて、他のサービスのトラフィックの影響を受けることなくエンド−エンドでの品質を制御することができる。

振り分け処理を行うことにより、ネットワークへ流れるパケットの種類を絞ることができ、各ネットワーク内では宛先のみに基づくパケット転送処理を行えば良いため、条件分岐などの処理を簡略化することができる。

図１は、本発明のパケット通信ネットワークの概要を示す構成図である。 図２は、本発明のパケット通信ネットワークの第１の実施の形態を示す構成図である。 図３は、振り分けルータにおける振り分けルールの一例を示す説明図である。 図４は、ＶｏＩＰの音声パケットのデータ構造を示す説明図である。 図５は、振り分け処理部における処理のフローチャートである。 図６は、フルメッシュ波長分割多重光ネットワークの論理的な構成図である。 図７は、フルメッシュ波長分割多重光ネットワークによる並列網の説明図である。 図８は、本発明のパケット通信ネットワークの第２の実施の形態を示す構成図である。 図９は、フルメッシュ波長分割多重光ネットワークを多段に接続したネットワークを示す構成図である。 図１０は、図９の多段ネットワークを上位網を通過する通信路のみによるネットワークに集約して示す構成図である。 図１１は、図１０のネットワークを時分割多重技術を用いて複数に分割したようすを示す説明図である。 図１２は、本発明のパケット通信ネットワークの第３の実施の形態を示す構成図である。

符号の説明

１，１１，２３，３１ 並列網
２ 振り分け手段
３ 多重化手段
１２，３２ 振り分けルータ
１３，２５，３３ 多重化ルータ
１４，３４ パケット長検出部
１５−１〜１５−３ 輻輳検知部
１６，３５ 振り分け処理部
２１，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ ノード
２２，２２ａ，２２ｂ 通信路
２４ ＴＤＭ処理部
Ｍ１，Ｍ２ 管理端末
Ｎ１，Ｎ２，…Ｎｍ，Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ３１，Ｎ３２ ネットワーク
Ｐ，Ｑ，Ｒ フルメッシュＷＤＭ光ネットワーク
Ｕ１，Ｕ２ 外部ネットワーク

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図２は本発明のパケット通信ネットワークの第１の実施の形態を示すもので、図中、１１は並列網、１２は振り分けルータ、１３は多重化ルータ、Ｕ１，Ｕ２は外部ネットワークである。

並列網１１は、物理的に独立した複数、ここでは３つの並列なネットワークＮ１，Ｎ２，Ｎ３からなっている。

振り分けルータ１２は、１つの外部ネットワーク、ここではＵ１及び並列網１１内の各ネットワークＮ１，Ｎ２，Ｎ３のそれぞれと接続され、当該外部ネットワークＵ１から入力されたパケットを並列網１１内の各ネットワークＮ１，Ｎ２，Ｎ３のいずれかに振り分ける。

多重化ルータ１３は、並列網１１内の各ネットワークＮ１，Ｎ２，Ｎ３のそれぞれ及び１つの外部ネットワーク、ここではＵ２と接続され、並列網１１内の各ネットワークＮ１，Ｎ２，Ｎ３のいずれかによって転送されたパケットを多重化して当該外部ネットワークＵ２へ出力する。

なお、ここでは振り分けルータ及び多重化ルータをそれぞれ１つのみ示しているが、実際には外部ネットワークの数だけ実装される。また、ここでは説明を単純化するため、１つの外部ネットワークが振り分けルータ又は多重化ルータの一方を介して並列網に接続される例を示しているが、通常、双方向通信を可能とするため、１つの外部ネットワークは振り分けルータ及び多重化ルータの両方（もしくはこれらの機能を併せ持つルータ）を介して並列網に接続される。また、１台の振り分け／多重化ルータが複数の外部ネットワークに対する振り分け／多重化処理をまとめて行うことも可能であり、必ずしも外部ネットワークの数と等しい台数の振り分け／多重化ルータが要求されるわけではない。また、図示しないが、並列網を構成する各ネットワークは内部にルータ等の交換装置を含んでいても良い。さらにまた、各ネットワークはその内部に振り分け手段、並列網及び多重化手段を含んでも良い。

本実施の形態では、外部ネットワークＵ１から外部ネットワークＵ２へパケットを転送する場合の例を示しており、以下、本実施の形態の構成及び動作について、さらに詳細に説明する。

ここで、並列網１１の各ネットワークの用途として、Ｎ１はＶｏＩＰ専用網、Ｎ２は狭帯域専用網、Ｎ３は広帯域網とする。また、パケットはＩＰｖ４パケットとする。

図３は振り分けルータ１２における振り分けルールの一例を示すもので、ここではパケットの形式的な特徴量の１つであるパケット長に応じて振り分け先を決定する如くなっている。

図３において２００バイトのパケットをＶｏＩＰ網Ｎ１へ振り分けているのは、図４に示すように、Ｇ．７１１コーデックとＲＴＰ（Realtime Transport Protocol）を用いて２０ｍｓ単位で音声をパケット化する典型的なＶｏＩＰの音声パケットでは、ヘッダも含めたパケット長は全体で２００バイトとなるためである。

また、統計によれば、インターネットのパケットの半分以上は１２８バイト以下の短いパケットである。この統計はＷＩＤＥプロジェクトのＭＡＷＩワーキンググループ（http://www.wide.ad.jp/wg/mawi/index−j.html）等で参照できる。

短いパケットにはＤＮＳのパケットが多く含まれているので、高速に処理することが望ましい。従って、１２８バイト以下のパケットを狭帯域専用網Ｎ２へ振り分ける。上記以外のパケットは全て広帯域網Ｎ３へ振り分ける。

また、図３の振り分けルールではＮ１〜Ｎ３の輻輳時における振り分け先についても規定しており、Ｎ１やＮ２が輻輳した場合は、Ｎ１やＮ２への振り分けが困難なパケットをＮ３へ迂回させるが、Ｎ３が輻輳してもＮ１やＮ２にパケットを迂回させることは行わない。

以上の処理を行うため、振り分けルータ１２は、パケット長検出部１４、輻輳検知部１５−１，１５−２，１５−３、振り分け処理部１６から構成される。

パケット長検出部１４は、入力されたパケットのパケット長を検出し、振り分け処理部１６へ通知する。パケット長の検出方法はパケットの種類により異なるが、ＩＰパケットではＩＰヘッダに記述されており、この値を読み取れば良い。

輻輳検知部１５−１，１５−２，１５−３はそれぞれ、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の輻輳を検知し、振り分け処理部１６へ通知する。輻輳の検知方法としては、一般に２通りの方法がある。１つは振り分け処理部１６で振り分けられたデータが一旦、バッファ（図示せず）に蓄積される時、バッファから溢れた場合を輻輳とするものである。もう１つは多重化ルータ１３に対してエコー要求パケットを送付し、多重化ルータ１３からのエコー応答が一定時間内に得られる確率及び応答が得られるまでの遅延時間により検出するものである。後者のプロトコルは、ＩＰではＩＣＭＰエコーとして規定されている。本実施の形態ではどちらの方法を用いても良い。

振り分け処理部１６は、パケット長検出部１４及び輻輳検知部１５−１〜１５−３からの情報に基づき、図３に示した振り分けルールに従う実際の振り分け処理を実行する。振り分け処理部１６における処理のフローチャートを図５に示す。

並列網１１を介して多重化ルータ１３に到着したパケットは、多重化ルータ１３によって再び多重化され、外部ネットワークＵ２へ出力される。

多重化ルータ１３は多重化を行う際、未処理のパケットが複数ある場合にはＮ１，Ｎ２，Ｎ３の順に優先して処理を行う。但し、多重化ルータ１３には複数の送信元からのパケットが届くので、外部ネットワークＵ２への通信路の帯域幅よりも、（Ｎ１の帯域幅）＋（Ｎ２の帯域幅）＋（Ｎ３の帯域幅）が大きい場合、多重化処理が行えない場合がある。この場合はＷＦＱ（Weighted Fair Queue）等のパケットスケジューリングアルゴリズムを用いれば、優先処理を行うことができる。

以上説明したように、第１の実施の形態のパケット通信ネットワークによれば、２００バイトのパケット及び１２８バイト以下のパケットは専用の網を有することになるため、それ以外のパケットよりも優先して転送することができる。従って、ＶｏＩＰの音声やＤＮＳの検索の遅延やパケットロスを改善する効果がある。また、このネットワークでＴＶ電話サービスを利用すれば、音声はＮ１、映像はＮ３へと振り分けられ、ネットワークの混雑時に映像はコマ落ちしても音声は途切れず、会話に支障をきたさないという効果が期待できる。

ところで、本実施の形態ではパケット長のみを検出して振り分け処理を行っているため、ＶｏＩＰでない２００バイトのパケットもＮ１へ振り分けられてしまう。従って、悪意の送信者が２００バイトのパケットを大量に送信すれば、意図的にＮ１を輻輳させられる可能性がある。

この問題に対処する手段として、パケットのヘッダの内容的な特徴量に応じて振り分け先を決定することが考えられる。即ち、例えばＶｏＩＰ専用網のセキュリティを向上するためには、パケットのＩＰヘッダのプロトコルフィールドでＵＤＰパケットであることを確認する、ＵＤＰヘッダ中の宛先ポート番号が予め定められた範囲にあるか否かを確認する、ＵＤＰヘッダに続くＲＴＰヘッダのペイロードタイプが音声であることを確認する、等の方法が考えられる。

またあるいは、ＶｏＩＰの端末側において、ＶｏＩＰのパケットを他のパケットから識別させるため、ＩＰヘッダのサービスタイプフィールドに特定の値を設定しておき、その値によって振り分けることも考えられる。このようにユーザ側で予め振り分け用のパラメータを指定することは、複数のＶｏＩＰ端末を所有するユーザがそれらの端末間で異なる優先度を設定しての通信や、通信先のアドレスに応じて異なる優先度を設定しての通信が可能になるなどの効果も考えられる。

またさらには、ＩＰパケットの送信元アドレス及び宛先アドレス並びに宛先ポート番号の組が、ＶｏＩＰで通話中のＩＰアドレスの組になっていることを確認し、確認ができなかったパケットはＮ３へ振り分けることも考えられる。ＶｏＩＰで通話中のＩＰアドレスの組や宛先ポート番号を把握するには、音声データの通信に先立ってＳＩＰ（Session Initiation Protocol）等のＶｏＩＰのセッション制御プロトコルを用いて行われるネゴシエーションの情報を利用することができる。

例えば、ＳＩＰでは発呼側のＩＮＶＩＴＥメッセージに着呼側がＯＫを返し、発呼側がＡＣＫを送信すると開始できる。この際、発呼側及び着呼側のＩＰアドレスやポート番号がＳＩＰメッセージ上でやりとりされる。ＳＩＰプロキシはこのメッセージを仲介しているので、発呼側及び着呼側のＩＰアドレスやポート番号を知ることができる。また、セッションの終了もＳＩＰでのＢＹＥメッセージのやりとりを観察することで検出できる。従って、ＳＩＰプロキシから振り分けルータへ、音声データの通信の開始と終了を発呼側及び着呼側のＩＰアドレスやポート番号と共に通知させるようにすれば、振り分けルータで通知されたＩＰアドレスとポート番号に適合するパケットのみをＶｏＩＰ専用網に振り分けることにより、悪意の送信者が偽装したパケットを排除することができる。また同様に、ウィルスやワーム、ＤｏＳ攻撃等の悪意のパケットを識別する情報（シグネチャと呼ばれる）を、ネットワークで接続された専用のサーバからルータへ通知すれば、これらのパケットを排除することも可能である。

また、パケットについての情報ではなく、ネットワークについての情報をサーバからルータへ通知することも可能である。例えば、ネットワークの利用料金をルータへ通知すれば、アナログ電話のＬＣＲのように、その時点で最も安いネットワークを自動的に選択することも可能になる。

なお、本実施の形態では、並列網を構成する各ネットワークは物理的に独立したものとしたが、１つの物理網を論理的に分割し、独立させた網でも良い。物理的に独立しておらず、論理的に独立している網を構成するには、ＶＬＡＮやＶＰＮ、トンネリング等の既存の技術が利用できる。また、時分割多重や光通信における波長多重の技術を用いて並列網を構成しても良い。

また、各ネットワークは同等のものでも良いが、各ネットワークに振り分けられるパケットの特徴に合わせて最適化されたものでも良い。

例えば、ＶｏＩＰの音声ストリームのみを転送するネットワークの場合には、ストリームをＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）で転送した方が効率的に転送できる可能性がある。その場合、ＶｏＩＰの音声ストリームのみを転送するネットワークではストリームの開始時にＬＳＰ（Label Switched Path）を設定し、以後、パケットはネットワークの入り口でＭＰＬＳタグを付与し、出口でタグを取り去る処理を行う。

またあるいは、同じＶｏＩＰの音声ストリームにおいても、１１０や１１９のような緊急呼は優先的に処理することが望ましい場合がある。このような処理は、ＶｏＩＰ用ネットワークの内部で、例えばＤｉｆｆＳｅｒｖなどの品質制御技術を用い、緊急呼のパケットにＤｉｆｆＳｅｒｖコードポイントなど必要な優先順位情報をパケット送信者が付与して実現することができる。

あるいはＶｏＩＰの制御データは従来の電話網の制御線信号網を用いて転送し、音声データはＩＰ網を用いて転送するというように全く異なった網を組み合わせても良い。

また、本実施の形態のＮ２はデータ長の短いパケットのみを転送する。そこで、Ｎ２のショートパケットの処理を効率化するため、Ｎ２内のルータではパケットヘッダの処理を高速化する一方、データ転送のスループットは比較的低い構成とすることによりコスト削減を図ることができる。

逆に、必ずしもリアルタイム性を要しないが比較的大容量の情報を確実に転送する必要があるＷＷＷや電子メール等について専用の網を用意する場合には、キャッシュサーバ等の蓄積サーバを内部に持たせることで、データ転送を確実に行えるネットワークを安価に構成することができる。

また、映像や音声を同報配信するような用途では、ループ型のトポロジーの網やケーブルテレビ型の網構成によってマルチキャスト配信を効率的に行える網を構成し、それ以外の網の帯域使用効率を上げることもできる。

［第２の実施の形態］
次に、フルメッシュ波長分割多重（ＷＤＭ）光ネットワークを用いて並列網を構成した実施の形態について説明する。本実施の形態の論理的な構成は図１と同様であるが、並列網を構成する個別のネットワークの数は２つの場合を考える。

図６はフルメッシュＷＤＭ光ネットワークの論理的な構成を示すもので、ネットワーク内のどのノード２１も他のノード２１と独立した通信路２２で相互に接続されている。このようなネットワークは光クロスコネクト装置と波長分割多重技術を用いて構成できる（例えば、佐藤健一・古賀正文 著「広帯域光ネットワーキング技術」、電子情報通信学会、２００３参照）。

フルメッシュＷＤＭ光ネットワークでは、互いに異なる波長の光によってノード２１間を接続しており、ノード２１間の全ての通信路２２についてｎ個の波長を割り当てれば、容易にｎ個の並列な網を構成することができる。

しかし、実際には１本の光ファイバで利用できる波長数には上限があり、かつフルメッシュ波長分割多重光ネットワーク自体が多くの波長を必要とする。そのため、本実施の形態では並列網を作る別の方法として時分割多重（ＴＤＭ）を用いる場合について説明する。

フルメッシュＷＤＭ光ネットワークでは、基本的に任意の２つのノード２１の組について他のノード２１を介さない通信路２２が存在している。従って、各通信路２２の帯域幅は常に一定である。

ここで、図７（ｂ）に示すような時分割多重技術を全ての通信路２２について用いて図７（ａ）に示すように一定の帯域幅を予約し、それら予約した帯域幅の通信路２２ａで各ノード２１間を接続したネットワークＮ１と、残りの帯域幅の通信路２２ｂで各ノード２１間を接続したネットワークＮ２とを考える（図７（ｃ）参照）。

前述したように任意の２つのノードの組の通信路の帯域幅は他の通信路と独立なので、どの通信路の帯域幅を分割しても他の通信路には影響を与えない。従って、これら２つのネットワークＮ１，Ｎ２は互いに一方が使用中の通信帯域が他方の通信帯域の利用可能な帯域幅に影響を与えない、独立した並列な網と考えることができる。

図８は本発明のパケット通信ネットワークの第２の実施の形態、ここでは前述したフルメッシュＷＤＭ光ネットワークによる並列網を用いた例を示すもので、図中、２３は前記並列網、２４はＴＤＭ処理部（振り分け手段）、２５は多重化ルータ、Ｕ１，Ｕ２は外部ネットワークである。

並列網２３を構成する２つのネットワークＮ１，Ｎ２のうち、Ｎ１はネットワークを管理するためにネットワーク管理者が用い、Ｎ２はユーザの利用に供する。

前述したように外部ネットワークＵ１，Ｕ２はユーザ網であるが、ネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２も存在している。ここでユーザ網Ｕ１，Ｕ２とネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２は異なるアドレス体系を用いており、アドレスによってパケットがユーザ網Ｕ１，Ｕ２のパケットであるか、ネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２のパケットであるかを判別できるものとする。また、ネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２は、管理される対象であるＴＤＭ処理部や多重化ルータであっても良い。

ユーザ網Ｕ１，Ｕ２からのパケット及びネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２からのパケットは、混合した状態、あるいは独立にＴＤＭ処理部２４へ入力される。ＴＤＭ処理部２４は、入力されたパケットを宛先に応じて異なる経路へ送出するが、その際にネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２のアドレスから送信されたパケットをネットワークＮ１に対応するタイムスロットへ、ユーザ網Ｕ１，Ｕ２のアドレスから送信されたパケットをネットワークＮ２に対応するタイムスロットへ振り分ける。

多重化ルータ２５は、ネットワークＮ１，Ｎ２（に対応するタイムスロット）から到着したパケットを多重化するが、その際、ネットワークＮ１を経由してユーザ網Ｕ１，Ｕ２のアドレスへ宛てたパケット及びネットワークＮ２を経由してネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２のアドレスへ宛てたパケットについては廃棄する。なお、この廃棄処理はＴＤＭ処理部２４で代行しても良い。

以上説明したように、フルメッシュＷＤＭ光ネットワークを用いた第２の実施の形態のパケット通信ネットワークによれば、ネットワーク管理用としてユーザの利用網Ｎ２から独立した専用の網Ｎ１を有するため、ユーザの利用網Ｎ２が輻輳などの障害を起こしている場合でもネットワーク経由で管理作業を行うことができる効果がある。また、災害等によりネットワークの一部の経路が不通になった場合に、ネットワーク管理用の網だけ迂回用の経路を作成して使用することができる効果がある。

また、本実施の形態では時分割多重処理によりフルメッシュＷＤＭ光ネットワークを分割して並列網を構成しているため、個々のネットワークＮ１，Ｎ２に対応するタイムスロット長を変更することにより、ネットワークＮ１，Ｎ２の帯域幅を変更することができる。変更する場合はＴＤＭ処理部２４と多重化ルータ２５の双方にタイムスロット長を通知する必要があるが、これは上記のネットワーク管理端末Ｍ１，Ｍ２を通して行うことができる。

［第３の実施の形態］
次に、図９に示すようなフルメッシュＷＤＭ光ネットワークが多段に接続されたネットワークを用いて並列網を構成した実施の形態について説明する。この多段ネットワークは図６に示したフルメッシュＷＤＭ光ネットワークがツリー状に接続されたネットワークである。

簡単のため、図９では３つのフルメッシュＷＤＭ光ネットワークＰ，Ｑ，Ｒを接続した構成、ここではフルメッシュＷＤＭ光ネットワークＱを上位に位置するものとし、これに２つのフルメッシュＷＤＭ光ネットワークＰ，Ｒを接続した２段構成の例を示しているが、ネットワークＱの各ノードについて１つ以上のネットワークが接続されていても良く、また、ネットワークＰ，Ｒの下位またはＱの上位にさらにネットワークが接続されても良い。

次に、前述した多段ネットワークを複数の並列なネットワークに分割して並列網を構成する方法について述べる。

ネットワークＰ及びＲが第２の実施の形態で述べたようなフルメッシュＷＤＭ光ネットワークであるとすると、図９においてネットワークＱを通過しない通信、つまりネットワークＰもしくはＲ内のノード同士間の通信については第２の実施の形態と差が生じないので、本実施の形態では、図９のノード（Ａ）とノード（Ｄ）との間の通信のように、ネットワークＱを通過する通信について並列網を構成することを考える。

第２の実施の形態で述べたように、フルメッシュＷＤＭ光ネットワークではノード間を結ぶ通信路は完全に独立しているので、図９の通信路のうち、ネットワークＱを通過する通信路のみを示すと図１０のようになる。

図１０のネットワークを複数の並列なネットワークに分割する方法として、第２の実施の形態のように時分割多重技術を用いる方法と、ＭＰＬＳを用いる方法とがある。

まず、時分割多重を用いる方法について述べる。

図１０のネットワークにおける各通信路は、時分割多重技術を用いることにより、第２の実施の形態と同様に、論理的に複数に分割することができる。即ち、図１１に示すように、ネットワークＰに属する通信路を分割してネットワークＮ１１，Ｎ１２とし、ネットワークＱに属する通信路を分割してネットワークＮ２１，Ｎ２２とし、ネットワークＲに属する通信路を分割してネットワークＮ３１，Ｎ３２とすることができる。

ここで、図１１のＮ１１，Ｎ２１，Ｎ３１を直列に接続し、Ｎ１２，Ｎ２２，Ｎ３２を直列に接続するようにノードＢ，Ｃを動作させると、Ｎ１１−Ｎ２１−Ｎ３１の網とＮ１２−Ｎ２２−Ｎ３２の網とはそれぞれ独立な２つの網とみなすことができる。

このネットワークにおいて、例えばＮ１１−Ｎ２１−Ｎ３１を第１の実施の形態におけるＶｏＩＰ専用網、Ｎ１２−Ｎ２２−Ｎ３２をそれ以外のデータ用の網とすれば、ＶｏＩＰのパケットを優先的に処理するネットワークを構成することができる。特に、Ｎ１１の各通信路の帯域幅の合計及びＮ３１の各通信路の帯域幅の合計よりもＮ２１の帯域幅を大きくしておけば、Ｎ１１−Ｎ２１−Ｎ３１で構成される網は帯域が保証されるので、ＶｏＩＰにおいて高い音声品質を実現する網を構成することができる。

また、Ｎ２１の帯域幅の要求が非常に大きい場合、図１０のノード（Ｂ）−（Ｃ）間の通信路をＮ２１専用とし、Ｎ２２には図１０のノード（Ｂ）−（Ｅ）−（Ｃ）間を迂回する通信路を用いるという方法が考えられる。こうすることで、ノード（Ｂ）−（Ｅ）間やノード（Ｅ）−（Ｃ）間の通信路のトラフィックがそれほど多くない場合、これらの通信路を有効利用することができる。

次に、ＭＰＬＳを用いる方法について述べる。

図１０の各ノードがＭＰＬＳノードであるとする。ノード（Ａ）からノード（Ｄ）へのｋ個のＬＳＰを作成する。すると、ノード（Ａ）から見てノード（Ｄ）へ接続するネットワークが、元のネットワークとｋ個のＬＳＰとしてｋ＋１個あることと論理的には同等である。なお、ＬＳＰは必ずしも最短である必要は無く、例えば図１０においてノード（Ａ）−（Ｂ）−（Ｅ）−（Ｃ）−（Ｄ）という経路を通ってもかまわない。

以上のように、多段接続されたフルメッシュＷＤＭ光ネットワークにおいても複数の並列なネットワークを構成することができ、図２に示した振り分けルータや多重化ルータを使用すれば、論理的に図１と同等なネットワークを構成することができる。

以下、多段に接続されたフルメッシュＷＤＭ光ネットワークを、ＭＰＬＳを用いて複数の並列なネットワークに分割し、並列網を構成した場合の実施の形態について説明する。

図１２は前述した並列網を用いた本発明のパケット通信ネットワークの第３の実施の形態を示すもので、図中、３１は並列網、３２は振り分けルータ、３３は多重化ルータ、Ｕ１，Ｕ２は外部ネットワークである。

並列網３１は、ＬＳＰ（但し、ここではｋ＝１）によるネットワークＮ１と、元のネットワークＮ２とからなり、Ｎ１はＶｏＩＰ専用網、Ｎ２はそれ以外のパケット用の網として用いられるものとする。

振り分けルータ３２は、第１の実施の形態の場合と同様なパケット長検出部３４及び振り分け処理部３５から構成され、第１の実施の形態の場合と同様にして、ＶｏＩＰのパケットとそれ以外のパケットを振り分ける。ＶｏＩＰのパケットは、ネットワークへの入口においてパケットの宛先に応じたラベルを付与され、ＭＰＬＳ網によって相手ノードへ転送され、ネットワークの出口でラベルが除去される。ＶｏＩＰ以外のパケットは通常の経路で相手ノードへ転送される。

多重化ルータ３３は、第１の実施の形態の場合と同様に多重化を行う。

以上説明したパケット通信ネットワークによれば、ＭＰＬＳによってＶｏＩＰ専用網が仮想的に作成されているため、各ノードでＤｉｆｆＳｅｒｖ等によりＭＰＬＳ網の品質を制御すれば、ＶｏＩＰの音声品質を高めることができる。また、第１の実施の形態で述べたようなセキュリティ上の対策を行うことにより、ＶｏＩＰ専用網のセキュリティを高めることができる。

なお、ＭＰＬＳによる並列網は帯域幅の観点では元の網から完全には独立していないため、ＶｏＩＰ網へ大量のトラフィックが生じると品質が低下する恐れがある。

この対策として、振り分け処理部３５において、パケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によっても振り分け先を変化させことが有効である。この処理について以下に述べる。

振り分け処理部３５では、ＶｏＩＰの単位時間当たりのデータ転送量が予め設定した閾値を超えた場合、その超過分はＮ２へ振り分ける。ここでデータ転送量の測定方法としては、単位時間当たりに振り分け処理部３５へ送られたＶｏＩＰパケットのデータのバイト数の合計値を利用することができる。また、Ｎ２へ振り分けるパケットの選択方法としては、パケットのソースアドレス及び宛先アドレスに基づくＷＦＱなどの公平制御の方法が利用できる。

また、同じ手法をＶｏＩＰ以外のトラフィックの制御に利用することもできる。例えばＰ２Ｐファイル交換のトラフィックに対して上記の処理を行い、かつ並列な別のネットワークへ振り分けるのではなく、パケットを廃棄すればＰ２Ｐファイル交換のトラフィックを一定量以下に抑えることが可能である。

また、自ノード以外のトラフィックの影響によって自ノードが利用するＬＳＰが輻輳する可能性もある。この場合、ネットワークまたはＬＳＰのエンド−エンドでのトラフィックの状況を把握する必要がある。これには、第２の実施の形態で述べたような２つの方法の他、経路上のノードに問い合わせることが可能である。例えば図１０において、ノード（Ａ）は（Ａ）−（Ｂ）間、（Ｂ）は（Ｂ）−（Ｃ）間、（Ｃ）は（Ｃ）−（Ｄ）間のトラフィックを把握しているので、ノード（Ａ）はノード（Ｂ），（Ｃ）に問い合わせれば（Ａ）−（Ｄ）間のトラフィック状況を把握することができる。

上記の処理を振り分け処理部３５で行った場合、本来、Ｎ１を通るべきＶｏＩＰパケットがＮ２を通って多重化ルータ３３へ到着する。このような状況下では、多重化ルータ３３は、パケットが到着したネットワークによって優先処理を行うことに加え、Ｎ２を通って到着したＶｏＩＰパケットについても第１の実施の形態で述べたような方法で判別し、優先処理を行えば、パケットをＮ２に振り分けた影響を低く抑えることができる。

また一方、トラフィックの増減に応じて、ＶｏＩＰ専用網の帯域幅を動的に増減させることも考えられる。第２の実施の形態で述べたようなネットワーク管理専用網を構築すれば、ネットワーク上の管理センタからノードへ指示を送ることによって、ＶｏＩＰ専用網の帯域幅を変更することができる。

別の方法としては、全てのユーザからのＶｏＩＰパケットを一律にＶｏＩＰ専用網へ振り分けるのではなく、予めサービス利用契約をかわすなどした特定のユーザからのＶｏＩＰパケットのみをＶｏＩＰ専用網へ振り分けることで、トラフィックの総量を抑えることも考えられる。この場合は振り分け処理において、パケットのソースアドレスをサービス利用契約者のデータベースと照合し、契約済みのアドレスからのパケットにのみＭＰＬＳのラベルを付与することで上記の効果を得ることができる。

また、複数の事業者から提供される複数の並列なＶｏＩＰ専用網に対して同様の仕組みを適用すれば、アナログ電話におけるマイラインサービスのように、ユーザからのＶｏＩＰパケットが、該ユーザが契約した事業者のＶｏＩＰ網へ振り分けられるサービスを実現することができる。

以上のように、本発明の通信ネットワークは、特定のサービスについて品質を制御することができるという効果を有し、パケット通信を用いて性質の異なる複数のサービスを提供するインターネット等の通信インフラとして有用である。

Claims (24)

1. 複数の外部ネットワークと接続され、これら複数の外部ネットワーク間におけるエンド−エンドでの要求品質が異なる複数のサービスのパケット通信を実行するパケット通信ネットワークであって、
   物理的または論理的に独立した複数の内部ネットワークからなる並列網と、
   １つの外部ネットワーク及び前記内部ネットワークのそれぞれと接続され、当該１つの外部ネットワークから入力されたパケットを前記内部ネットワークのいずれかに振り分ける際に、当該パケットの送信元アドレス、宛先アドレスおよび宛先ポート番号の組が音声サービスで通話中のアドレスの組となっていることを条件として当該パケットを前記内部ネットワークのうち音声用ネットワークへ振り分ける少なくとも１つの振り分け手段と、
   前記内部ネットワークのそれぞれ及び１つの外部ネットワークと接続され、前記内部ネットワークによって転送されたパケットを多重化して当該１つの外部ネットワークへ出力する際に、前記音声用ネットワークからのパケットを他の前記内部ネットワークからのパケットよりも優先する少なくとも１つの多重化手段とを備えた
   ことを特徴とするパケット通信ネットワーク。
2. 前記振り分け手段は、パケットの形式的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項１に記載のパケット通信ネットワーク。
3. パケットの形式的な特徴量とは、パケットのパケット長であることを特徴とする請求項２に記載のパケット通信ネットワーク。
4. 前記振り分け手段は、パケットのヘッダの内容的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項１に記載のパケット通信ネットワーク。
5. パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、ＩＰパケットにおけるＤｉｆｆＳｅｒｖコードポイントの値であることを特徴とする請求項４に記載のパケット通信ネットワーク。
6. パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、ＩＰパケットのプロトコル番号あるいはＵＤＰパケットの宛先ポート番号もしくはＴＣＰパケットの宛先ポート番号の値であることを特徴とする請求項４に記載のパケット通信ネットワーク。
7. 前記振り分け手段は、同一の特徴量を有するパケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によって振り分けを行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のパケット通信ネットワーク。
8. 前記振り分け手段は、前記並列網内のネットワーク毎のトラフィックの状況を検知する手段を有し、トラフィックの状況に応じた振り分けを行うことを特徴とする請求項１に記載のパケット通信ネットワーク。
9. 前記並列網は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークからなることを特徴とする請求項１に記載のパケット通信ネットワーク。
10. 物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークは、各ネットワークの帯域割り当てを動的に変更する手段を有することを特徴とする請求項９に記載のパケット通信ネットワーク。
11. 前記多重化手段は、前記並列網内の各ネットワークのうち、特定のネットワークからのパケットを優先して処理することを特徴とする請求項１に記載のパケット通信ネットワーク。
12. 前記多重化手段は、所与の特徴量を有するパケットを優先して処理することを特徴とする請求項１に記載のパケット通信ネットワーク。
13. 複数の外部ネットワークと接続され、これら複数の外部ネットワーク間におけるエンド−エンドでの要求品質が異なる複数のサービスのパケット通信を実行するパケット通信方法であって、
    物理的または論理的に独立した複数の内部ネットワークからなる並列網と、
    １つの外部ネットワーク及び前記内部ネットワークのそれぞれと接続された少なくとも１つの振り分け手段と、
    前記内部ネットワークのそれぞれ及び１つの外部ネットワークと接続された少なくとも１つの多重化手段とを用い、
    振り分け手段が１つの外部ネットワークから入力されたパケットを前記内部ネットワークのいずれかに振り分ける際に、当該パケットの送信元アドレス、宛先アドレスおよび宛先ポート番号の組が音声サービスで通話中のアドレスの組となっていることを条件として当該パケットを前記内部ネットワークのうち音声用ネットワークへ振り分け、
    前記内部ネットワークがパケットを転送し、
    多重化手段が前記内部ネットワークによって転送されたパケットを多重化して１つの外部ネットワークへ出力する際に、前記音声用ネットワークからのパケットを他の前記内部ネットワークからのパケットよりも優先する
    ことを特徴とするパケット通信方法。
14. 前記振り分け手段は、パケットの形式的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項１３に記載のパケット通信方法。
15. パケットの形式的な特徴量とは、パケットのパケット長であることを特徴とする請求項１４に記載のパケット通信方法。
16. 前記振り分け手段は、パケットのヘッダの内容的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項１３に記載のパケット通信方法。
17. パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、ＩＰパケットにおけるＤｉｆｆＳｅｒｖコードポイントの値であることを特徴とする請求項１６に記載のパケット通信方法。
18. パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、ＩＰパケットのプロトコル番号あるいはＵＤＰパケットの宛先ポート番号もしくはＴＣＰパケットの宛先ポート番号の値であることを特徴とする請求項１６に記載のパケット通信方法。
19. 前記振り分け手段は、同一の特徴量を有するパケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によって振り分けを行うことを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一つに記載のパケット通信方法。
20. 前記振り分け手段は、前記並列網内のネットワーク毎のトラフィックの状況を検知し、これに応じた振り分けを行うことを特徴とする請求項１３に記載のパケット通信方法。
21. 前記並列網は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークからなることを特徴とする請求項１３に記載のパケット通信方法。
22. 物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークは、各ネットワークの帯域割り当てを動的に変更可能であることを特徴とする請求項２１に記載のパケット通信方法。
23. 前記多重化手段は、前記並列網内の各ネットワークのうち、特定のネットワークからのパケットを優先して処理することを特徴とする請求項１３に記載のパケット通信方法。
24. 前記多重化手段は、所与の特徴量を有するパケットを優先して処理することを特徴とする請求項１３に記載のパケット通信方法。

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