JP4305091B2 - マルチホーミング負荷分散方法およびその装置 - Google Patents
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日経コミュニケーション、2002年12月2日、p.54〜71 F5社<サイトhttp://www.f5.com/f5products/bigip/LinkController/> Curtis Villaminzer, "OSPF(Opens Shortest Path First) Optimized Multipath", IETF Internet-draft draft-ietf-ospf-omp-03, January 2002 「IP-VPNを支える技術とサービスの活用法」〜エクストラネットとVoIPを実現するMPLS・BGPのルーティング設計〜鈴木淳也、2003年1月10日、<http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/tokusyuu/17ipevent/ipevent03.html> 「Mulit-Link Technology」、StoneSoft社、2001年10月
RTT=(伝搬遅延の往復の合計)+(プローブパケットの各アクセスリンクの上り/下りにおける伝送時間)+(各アクセスリンクの上り/下りにおける転送待ちによる時間)
で与えられ、上記転送待ちによる遅延は、アクセスリンクの負荷が小さければ、伝搬遅延やパケット送信時間に比べて無視できる。よって、輻輳レベルが低いと、伝搬遅延の小さい、もしくは容量が大きなアクセスリンクを経由するパスのRTTは絶えず小さくなるからである。
WANを挟んだ一組のノード間のトラヒックを、前記ノード間に存在する複数のパスを利用して負荷分散するマルチホーミング負荷分散装置において、
Ingressノードによって前記複数のパスの内のあるパスに送出されたプローブ要求メッセージに対するEgressノードからのプローブ応答メッセージが一定時間内に戻ってこない場合は、前記Ingressノードから前記あるパスに複数のプローブ要求メッセージを連続的に送出し、該連続的に送出した複数のプローブ要求メッセージおのおのに対するプローブ応答メッセージが一定時間内にいずれも戻ってこない場合は、前記あるパスは障害であると判断して、前記一組のノード間のトラヒックを負荷分散する対象から除外し、前記あるパスに対して連続的に送出した何れかのプローブ要求メッセージに対してプローブ応答メッセージが戻ってきた場合は、前記一定時間を経過して戻ってきた場合であっても、そのパスは正常と判断するパス監視手段を備える。
前記パス監視手段は、プローブ応答メッセージを受信したら現在の時刻と前記記入されている送信時刻との差分で往復遅延時間(RTT)を算出し、次に前記RTTの推定平均値とRTTの推定最小値を更新し、次にRTTの推定平均値とRTTの推定最小値との差分から輻輳RTTを算出する構成を有し、且つ、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスにプローブ要求メッセージを送出する際に、そのパスのIngressノードが送信時刻を前記プローブ要求メッセージに記入するプローブ送信手段と、
プローブ要求メッセージを受信したらそれをそのまま前記Ingressノードに返信する手段と、
同一ノードとの間にある複数のパスのなかで前記輻輳RTTが最小のパスをその時点で割り当てるべきパスとするパス選択手段とを更に備える
。
前記パス監視手段は、前記プローブ応答メッセージを受信したら、前記パスが経由し前記Ingressノードが終端するアクセスリンクAのリンク容量と平均送信レートCとの差分で空き帯域Xを算出すると共に前記アクセスリンクBのリンク容量と前記プローブ応答メッセージ内に書かれている平均受信レートDとの差分で空き帯域Yを算出し、前記空き帯域Xと前記空き帯域Yとの最小値で前記パスの実効空き帯域を算出する構成を有し、且つ、
受信したプローブ要求メッセージに対してIngressノードに返送するプローブ応答メッセージに、少なくとも前記パスが経由し前記Egressノードが終端するアクセスリンクBにおける平均受信レートDを書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの間で前記実効空き帯域が最大のパスをその時点で割り当てるべきパスとするパス選択手段とを更に備える。
前記パス監視手段は、前記プローブ応答メッセージを受信したら、前記パスが経由し前記Ingressノードが終端するアクセスリンクAのリンク容量で平均送信レートCを割って得られる商で利用率Uを算出すると共に前記アクセスリンクBのリンク容量で前記プローブ応答メッセージ内に書かれている平均受信レートDを割って得られる商で利用率Vを算出し、前記利用率Uと前記利用率Vとの最大値で前記パスの実効利用率を算出する構成を有し、且つ、
受信したプローブ要求メッセージに対してIngressノードに返送するプローブ応答メッセージに、少なくとも前記パスが経由し前記Egressノードが終端するアクセスリンクBにおける平均受信レートDを書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの間で前記実効利用率が最小のパスをその時点で割り当てるべきパスとするパス選択手段とを更に備える。
前記パス監視手段が、現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける送信データ総量の差分と送信時刻の差分との商で入力スループットを算出すると共に現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける受信データ総量の差分と受信時刻の差分との商で出力スループットを算出し、前記出力スループットと前記入力スループットとの商で網効率を算出する構成を有し、且つ、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して負荷分散の対象となるおのおののパスを監視するプローブ応答メッセージに少なくとも前記パスに関する送信データ総量、送信時刻、受信データ総量、受信時刻を書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの中で前記網効率が最大のパスをその時点で割り当てるパスとするパス選択手段とを更に備える。
前記パス監視手段は、現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける送信データ総量の差分と受信データ総量の差分とからデータ廃棄率を算出する構成を有し、且つ、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスを監視するプローブ応答メッセージに対して、少なくとも前記パスに関する送信データ総量、受信データ総量を書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの中で前記データ廃棄率が最小のパスをその時点で割り当てるパスとするパス選択手段とを更に備える。
前記パス監視手段は、前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスへ送出したプローブ要求メッセージに対するプローブ応答メッセージが戻るたびに、そのメッセージに含まれる情報から第1の輻輳尺度および第2の輻輳尺度を算出し、同一ノードに対して複数あるうちのあるパスが輻輳状態にある場合は、第1の輻輳尺度もしくは第2の輻輳尺度をパス選択尺度とし、前記パスが非輻輳状態にある場合は、輻輳状態で選択されなかった輻輳尺度をパス選択尺度とする構成を有する。
前記WANが単一プロバイダーが提供するIP-VPNで与えられる場合は、負荷分散の対象となるパスを実現するために、あるサイトのアクセスリンクと別のサイトのアクセスリンクの組み合わせに対してIPもしくはGREトンネルを終端するパケット転送処理手段を備える。
前記WANがインターネットVPNで与えられる場合は、負荷分散の対象になるパスを実現するために、あるサイトのアクセスリンクと別のサイトのアクセスリンクの組み合わせに対してIPsec付きのIPもしくはGREトンネルを終端するパケット転送処理手段を備える。
先ず、本発明の第1の実施の形態について詳細に説明する。図3は本発明の第1の実施の形態の全体構成例を示すブロック図であり、複数のノード41〜43と、WAN33と、複数のアクセスリンク21〜23,25,26とから構成されている。
eRTT←(現時刻)−(プローブ応答メッセージ内のプローブ要求送信タイムスタンプ)
またRTT推定平均値をaRTTであらわし、
(aRTTの初期値)←(eRTTの初期値)
とする。RTT推定平均偏差をvRTTであらわし、
(vRTTの初期値)←0
とする。また、RTT推定最小値をsRTTで表し、
(sRTTの初期値)←(eRTTの初期値)
とする。そして次の指数移動平均法で、新たにプローブ応答メッセージを受信する毎に次のように更新する。
Δ←eRTT-aRTT、
aRTT←aRTT+Δ/8、
vRTT←vRTT+(|Δ|-vRTT)/4、
sRTT←min(sRTT, eRTT)
そして、
Tprob←aRTT+4*vRTT、
輻輳RTT←aRTT-sRTT
とする。なおタイムアウト値の計算法はVan Jacobson and M. J. Karels, "Congestion avoidance and control" November 1998, SINGCOM 88からとったものである。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、輻輳尺度として実効リンク空き帯域あるいは実効利用率を使用することを特徴とする。
次に本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、輻輳尺度として網効率あるいはデータ廃棄率を用いることを特徴とする。
送信スループット:λnew=(SBnew-SBold)/(STnew-STold)
受信スループット:μnew=(RBnew-RBold)/(RTnew-RTold)
(網効率)= μnew /λnew
(データ廃棄率)=(RBnew-RBold) /(SBnew-SBold)
次に本発明の第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、輻輳状況に応じて、ベストパスの選択に用いる輻輳尺度の種別を選択することを特徴とする。このベストパス選択に用いられる輻輳尺度を特にパス選択尺度と呼ぶことにする。
・制御装置9内のパス監視手段66が、図16のステップS504において、図28のフローチャートに示す処理も行う。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、リンク状態パケットを使用して障害の発生したリンクを他のノードに通知することを特徴とする。
31〜35…WAN
41〜43…ノード
61、61a、61b…パケット転送処理手段
62、62d…テーブル管理手段
63…リンク統計手段
64…パス統計手段
65…プローブ送信手段
66…パス監視手段
67…パス選択手段
69…リンク監視手段
71…転送テーブル
72…ストリームテーブル
73、73b…パス管理テーブル
74、79…リンク管理テーブル
76、76c…プローブ管理テーブル
77、78…パス管理テーブル
79…リンク管理テーブル
81〜84、81a、85a、81b、81d、83d…転送装置
9、9d…制御装置
10…パケットスイッチ
111、112…内部リンク
161〜166…パス
Claims (18)
- WANを挟んだ一組のノード間のトラヒックを、前記ノード間に存在する複数のパスを利用して負荷分散するマルチホーミング負荷分散方法において、
Ingressノードによって前記複数のパスの内のあるパスに送出されたプローブ要求メッセージに対するEgressノードからのプローブ応答メッセージが一定時間内に戻ってこない場合は、前記Ingressノードから前記あるパスに複数のプローブ要求メッセージを連続的に送出し、該連続的に送出した複数のプローブ要求メッセージおのおのに対するプローブ応答メッセージが一定時間内にいずれも戻ってこない場合は、前記あるパスは障害であると判断して、前記一組のノード間のトラヒックを負荷分散する対象から除外し、前記あるパスに対して連続的に送出した何れかのプローブ要求メッセージに対してプローブ応答メッセージが戻ってきた場合は、前記一定時間を経過して戻ってきた場合であっても、そのパスは正常と判断することを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 請求項1記載のマルチホーミング負荷分散方法において、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスにプローブ要求メッセージを送出する際は、そのパスのIngressノードが送信時刻を前記プローブ要求メッセージに記入し、それを受信した前記パスのEgressノードはそれをそのまま前記Ingressノードに返信し、前記Ingressノードはプローブ応答メッセージを受信したら現在の時刻と前記記入されている送信時刻との差分で往復遅延時間(RTT)を算出し、次に前記RTTの推定平均値とRTTの推定最小値を更新し、次にRTTの推定平均値とRTTの推定最小値との差分から輻輳RTTを算出し、同一Egressノードとの間にある複数のパスのなかで前記輻輳RTTが最小のパスをその時点で割り当てるべきパスとすることを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 請求項1記載のマルチホーミング負荷分散方法において、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスのEgressノードが受信したプローブ要求メッセージに対して前記パスのIngressノードに返送するプローブ応答メッセージには、少なくとも、前記パスが経由し前記Egressノードが終端するアクセスリンクBにおける平均受信レートDを書き込み、前記Ingressノードは前記プローブ応答メッセージを受信したら、自Ingressノードが終端し、かつ前記パスが経由するアクセスリンクAのリンク容量と平均送信レートCとの差分で空き帯域Xを算出すると共に前記アクセスリンクBのリンク容量と前記プローブ応答メッセージ内に書かれている平均受信レートDとの差分で空き帯域Yを算出し、前記空き帯域Xと前記空き帯域Yとの最小値で前記パスの実効空き帯域を算出し、同一ノードとの間に複数存在するパスの間で前記実効空き帯域が最大のパスをその時点で割り当てるべきパスとすることを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 請求項1記載のマルチホーミング負荷分散方法において、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスのEgressノードが受信したプローブ要求メッセージに対して前記パスのIngressノードに返送するプローブ応答メッセージには、少なくとも、前記パスが経由し前記Egressノードが終端するアクセスリンクBにおける平均受信レートDを書き込み、前記Ingressノードは前記プローブ応答メッセージを受信したら、自Ingressノードが終端し、かつ前記パスが経由するアクセスリンクAのリンク容量で平均送信レートCを割って得られる商で利用率Uを算出すると共に前記アクセスリンクBのリンク容量で前記プローブ応答メッセージ内に書かれている平均受信レートDを割って得られる商で利用率Vを算出し、前記利用率Uと前記利用率Vとの最大値で前記パスの実効利用率を算出し、同一ノードとの間に複数存在するパスの間で前記実効利用率が最小のパスをその時点で割り当てるべきパスとすることを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 請求項1記載のマルチホーミング負荷分散方法において、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスを監視するプローブ応答メッセージは少なくとも前記パスに関する送信データ総量、送信時刻、受信データ総量、受信時刻を含み、現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける送信データ総量の差分と送信時刻の差分との商で入力スループットを算出すると共に現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける受信データ総量の差分と受信時刻の差分との商で出力スループットを算出し、前記出力スループットと前記入力スループットとの商で網効率を算出し、同一ノードとの間に複数存在するパスの中で前記網効率が最大のパスをその時点で割り当てるパスとすることを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 請求項1記載のマルチホーミング負荷分散方法において、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスを監視するプローブ応答メッセージは少なくとも前記パスに関する送信データ総量、受信データ総量を含み、現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける送信データ総量の差分と受信データ総量の差分とからデータ廃棄率を算出し、同一ノードとの間に複数存在するパスの中で前記データ廃棄率が最小のパスをその時点で割り当てるパスとすることを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 請求項1記載のマルチホーミング負荷分散方法において、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスへ送出したプローブ要求メッセージに対するプローブ応答メッセージが戻るたびに、そのメッセージに含まれる情報から第1の輻輳尺度および第2の輻輳尺度を算出し、同一ノードに対して複数あるうちのあるパスが輻輳状態にある場合は、第1の輻輳尺度もしくは第2の輻輳尺度をパス選択尺度とし、前記パスが非輻輳状態にある場合は、輻輳状態で選択されなかった輻輳尺度をパス選択尺度とすることを特徴とするマルチホーミング負荷分散方法。 - 前記WANが単一プロバイダーが提供するIP-VPNで与えられる場合は、あるサイトのアクセスリンクと別のサイトのアクセスリンクの組み合わせに対して設定されたIPもしくはGREトンネルで実現されるパスを負荷分散の対象とすることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のマルチホーミング負荷分散方法。
- 前記WANがインターネットVPNで与えられる場合は、あるサイトのアクセスリンクと別のサイトのアクセスリンクの組み合わせに対して設定されたIPsec付きのIPトンネルもしくはGREトンネルで実現されるパスを負荷分散の対象とすることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のマルチホーミング負荷分散方法。
- WANを挟んだ一組のノード間のトラヒックを、前記ノード間に存在する複数のパスを利用して負荷分散するマルチホーミング負荷分散装置において、
Ingressノードによって前記複数のパスの内のあるパスに送出されたプローブ要求メッセージに対するEgressノードからのプローブ応答メッセージが一定時間内に戻ってこない場合は、前記Ingressノードから前記あるパスに複数のプローブ要求メッセージを連続的に送出し、該連続的に送出した複数のプローブ要求メッセージおのおのに対するプローブ応答メッセージが一定時間内にいずれも戻ってこない場合は、前記あるパスは障害であると判断して、前記一組のノード間のトラヒックを負荷分散する対象から除外し、前記あるパスに対して連続的に送出した何れかのプローブ要求メッセージに対してプローブ応答メッセージが戻ってきた場合は、前記一定時間を経過して戻ってきた場合であっても、そのパスは正常と判断するパス監視手段を備えたことを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 請求項10記載のマルチホーミング負荷分散装置において、
前記パス監視手段は、プローブ応答メッセージを受信したら現在の時刻と前記記入されている送信時刻との差分で往復遅延時間(RTT)を算出し、次に前記RTTの推定平均値とRTTの推定最小値を更新し、次にRTTの推定平均値とRTTの推定最小値との差分から輻輳RTTを算出する構成を有し、且つ、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスにプローブ要求メッセージを送出する際に、そのパスのIngressノードが送信時刻を前記プローブ要求メッセージに記入するプローブ送信手段と、
プローブ要求メッセージを受信したらそれをそのまま前記Ingressノードに返信する手段と、
同一ノードとの間にある複数のパスのなかで前記輻輳RTTが最小のパスをその時点で割り当てるべきパスとするパス選択手段とを更に備えることを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 請求項10記載のマルチホーミング負荷分散装置において、
前記パス監視手段は、前記プローブ応答メッセージを受信したら、前記パスが経由し前記Ingressノードが終端するアクセスリンクAのリンク容量と平均送信レートCとの差分で空き帯域Xを算出すると共に前記アクセスリンクBのリンク容量と前記プローブ応答メッセージ内に書かれている平均受信レートDとの差分で空き帯域Yを算出し、前記空き帯域Xと前記空き帯域Yとの最小値で前記パスの実効空き帯域を算出する構成を有し、且つ、
受信したプローブ要求メッセージに対してIngressノードに返送するプローブ応答メッセージに、少なくとも前記パスが経由し前記Egressノードが終端するアクセスリンクBにおける平均受信レートDを書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの間で前記実効空き帯域が最大のパスをその時点で割り当てるべきパスとするパス選択手段とを更に備えることを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 請求項10記載のマルチホーミング負荷分散装置において、
前記パス監視手段は、前記プローブ応答メッセージを受信したら、前記パスが経由し前記Ingressノードが終端するアクセスリンクAのリンク容量で平均送信レートCを割って得られる商で利用率Uを算出すると共に前記アクセスリンクBのリンク容量で前記プローブ応答メッセージ内に書かれている平均受信レートDを割って得られる商で利用率Vを算出し、前記利用率Uと前記利用率Vとの最大値で前記パスの実効利用率を算出する構成を有し、且つ、
受信したプローブ要求メッセージに対してIngressノードに返送するプローブ応答メッセージに、少なくとも前記パスが経由し前記Egressノードが終端するアクセスリンクBにおける平均受信レートDを書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの間で前記実効利用率が最小のパスをその時点で割り当てるべきパスとするパス選択手段とを更に備えることを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 請求項10記載のマルチホーミング負荷分散装置において、
前記パス監視手段が、現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける送信データ総量の差分と送信時刻の差分との商で入力スループットを算出すると共に現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける受信データ総量の差分と受信時刻の差分との商で出力スループットを算出し、前記出力スループットと前記入力スループットとの商で網効率を算出する構成を有し、且つ、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して負荷分散の対象となるおのおののパスを監視するプローブ応答メッセージに少なくとも前記パスに関する送信データ総量、送信時刻、受信データ総量、受信時刻を書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの中で前記網効率が最大のパスをその時点で割り当てるパスとするパス選択手段とを更に備えることを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 請求項10記載のマルチホーミング負荷分散装置において、
前記パス監視手段は、現在および前回受信したそれぞれのプローブ応答メッセージにおける送信データ総量の差分と受信データ総量の差分とからデータ廃棄率を算出する構成を有し、且つ、
前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスを監視するプローブ応答メッセージに対して、少なくとも前記パスに関する送信データ総量、受信データ総量を書き込むパケット転送処理手段と、
同一ノードとの間に複数存在するパスの中で前記データ廃棄率が最小のパスをその時点で割り当てるパスとするパス選択手段とを更に備えることを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 請求項10記載のマルチホーミング負荷分散装置において、
前記パス監視手段は、前記WANをはさんだ一組のノード間に複数存在して前記ノード間のトラヒックを負荷分散する対象となるパスへ送出したプローブ要求メッセージに対するプローブ応答メッセージが戻るたびに、そのメッセージに含まれる情報から第1の輻輳尺度および第2の輻輳尺度を算出し、同一ノードに対して複数あるうちのあるパスが輻輳状態にある場合は、第1の輻輳尺度もしくは第2の輻輳尺度をパス選択尺度とし、前記パスが非輻輳状態にある場合は、輻輳状態で選択されなかった輻輳尺度をパス選択尺度とする構成を有することを特徴とするマルチホーミング負荷分散装置。 - 前記WANが単一プロバイダーが提供するIP-VPNで与えられる場合は、負荷分散の対象となるパスを実現するために、あるサイトのアクセスリンクと別のサイトのアクセスリンクの組み合わせに対してIPもしくはGREトンネルを終端するパケット転送処理手段を備えることを特徴とする請求項10乃至16の何れか1項に記載のマルチホーミング負荷分散装置。
- 前記WANがインターネットVPNで与えられる場合は、負荷分散の対象になるパスを実現するために、あるサイトのアクセスリンクと別のサイトのアクセスリンクの組み合わせに対してIPsec付きのIPもしくはGREトンネルを終端するパケット転送処理手段を備えることを特徴とする請求項10乃至16の何れか1項に記載のマルチホーミング負荷分散装置。
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