JP4356557B2

JP4356557B2 - インターネットにおけるネットワークの障害位置を特定する方法及びプログラム

Info

Publication number: JP4356557B2
Application number: JP2004243558A
Authority: JP
Inventors: 茂浩阿野; 篤男立花; 敦士田上; 亨長谷川
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP2005102180A

Description

本発明は、インターネットにおけるネットワークの障害位置を特定する方法及びプログラムに関する。

インターネットは、ＩＸ(Internet eXchange)と、複数のＩＳＰＮＷ（インターネットサービスプロバイダネットワーク）と、複数のＡＮＷ（アクセスネットワーク）とから構成されている。ＩＸからスター状に複数のＩＳＰＮＷが接続されており、そのＩＳＰＮＷは複数のＡＮＷに接続されている。ＡＮＷは、例えばＡＤＳＬ又は光回線のようなネットワーク設備であって、端末はＡＮＷに直接的に接続される。ＩＳＰＮＷは、ＶｏＩＰ(Voice over IP)又は映像ストリーミングサービスを提供するネットワークである。インターネットは、複数のＡＮＷ及び複数のＩＳＰＮＷを含むために、複数の経路を設定することができる。

通常、ＩＳＰＮＷの通信品質は、ＩＳＰが提供するサービスに直接的に影響する。しかしながら、既存のＩＳＰＮＷは、通信品質を保証しないベストエフォート型である。そこで、利用者は、ＩＳＰＮＷに接続されたスピード測定サーバを用いて通信品質を測定し、品質情報の良い経路を選択しようとする。端末は、スピード測定サーバにアクセスし、単位時間のデータ伝送容量から伝送速度を測定することができる。品質情報には、伝送容量及び時間から算出される伝送速度、及びＴＣＰコネクションの接続時間がある。尚、経路のルータは、通常"traceroute"コマンドを用いることによって認識することができる。

V.Paxson、J.Mahdavi、A.Adams及びM.Mathis、「An Architecture for Large-Scale Internet Measurement」、IEEE Communications、第３６巻、第８号、第４８頁〜第５４頁、１９９８年８月 T.Hasegawa、S.Ano、K.Nakano及びF.Kubota、「Programmable Remote Traffic Monitoring Method Using Active Network Approach」、Proceeding of IWAN'01、第４９頁〜第６４頁、２００１年９月

前述したように、複数の経路を介して通信可能である際に、品質情報の劣化がどのネットワークの障害によって生じているかを特定することは難しい。障害位置を特定できれば、利用者は、その障害位置を避けた経路を選択することができる。

従って、本発明は、インターネットにおけるネットワークの障害位置を特定する方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の方法によれば、
アクセスネットワークとインターネットサービスプロバイダネットワークとからなる経路組を構成し、端末間の経路は送信側経路組及び受信側経路組から構成され、
端末間で、全ての経路組を送信側及び受信側とした総当たりの品質情報を取得する第１のステップと、
全ての経路組を、同一順序で、送信側の第１の軸と受信側の第２の軸として並べた表により構成し、その表の要素に品質情報を入力する第２のステップと、
表の第１の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第１の軸方向に対応する第２の軸の受信側経路組に障害があると特定し、表の第２の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第２の軸方向に対応する第１の軸の送信側経路組に障害があると特定し、表の斜め方向に劣化した品質情報が連続する場合、インターネットサービスプロバイダネットワーク間のバックボーンネットワークに障害があると特定する第３のステップと
を有することを特徴とする。

本発明の方法における他の実施形態によれば、経路組は、固定ＩＰアドレスに対応するものであり、品質情報は、伝送速度及び／又はＴＣＰコネクション確立時間であることも好ましい。

本発明のプログラムによれば、
アクセスネットワークとインターネットサービスプロバイダネットワークとからなる経路組を構成し、端末間の経路は送信側経路組及び受信側経路組から構成され、
端末間で、全ての経路組を送信側及び受信側とした総当たりの品質情報を取得する第１のステップと、
全ての経路組を、同一順序で、送信側の第１の軸と受信側の第２の軸として並べた表により構成し、その表の要素に品質情報を入力する第２のステップと、
表の第１の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第１の軸方向に対応する第２の軸の受信側経路組に障害があると特定し、表の第２の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第２の軸方向に対応する第１の軸の送信側経路組に障害があると特定し、表の斜め方向に劣化した品質情報が連続する場合、インターネットサービスプロバイダネットワーク間のバックボーンネットワークに障害があると特定する第３のステップと
してコンピュータを実行させることを特徴とする。

本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、経路組は、固定ＩＰアドレスに対応するものであり、品質情報は、伝送速度及び／又はＴＣＰコネクション確立時間であることも好ましい。

本発明によれば、インターネットにおけるネットワークの障害位置を容易に特定することができる。従って、利用者は、障害位置を避けた経路を選択することができる。一方、通信事業者は、障害位置が、ＩＳＰＮＷ間のバックボーンにあるか、又はＩＳＰＮＷとＡＮＷとの間にあるかを、判断することができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明におけるマルチホーム環境のシステム構成図である。

図１のマルチホーム環境は、ＩＸ２と、複数のＩＳＰＮＷ３１〜３３と、複数のＡＮＷ４１及び４２とから構成されている。ＩＸ２からスター状にＩＳＰＮＷ３１〜３３が接続されており、ＩＳＰＮＷ３１〜３３のいずれも、ＡＮＷ４１及び４２に相互に接続されている。端末１０及び１１を操作する利用者は、通常、１つのＡＮＷ及び１つのＩＳＰＮＷの組を選択して契約し、１つの固定ＩＰアドレスを取得する。ここで、利用者は、他のＡＮＷ及びＩＳＰＮＷの組を選択して契約し、複数の固定ＩＰアドレスを取得することができる。即ち、端末は、契約するＡＮＷ及びＩＳＰＮＷの組毎に、固定ＩＰアドレスを持つことができる。これにより、同じ宛先に対して複数の経路を有するマルチホーム環境が提供される。

図１によれば、端末１０は、ＡＮＷ４１に接続されており、ＡＮＷ４１及びＩＳＰＮＷ３１〜３３の組み合わせによって３つの固定ＩＰアドレスを有する。
ＡＮＷ４１<=>ＩＳＰＮＷ３１の組固定ＩＰアドレス061.123.229.138
ＡＮＷ４１<=>ＩＳＰＮＷ３２の組固定ＩＰアドレス210.238.198.106
ＡＮＷ４１<=>ＩＳＰＮＷ３３の組固定ＩＰアドレス221.186.087.146

一方、端末１１は、ＡＮＷ４２に接続されており、ＡＮＷ４２及びＩＳＰＮＷ３１〜３３の組み合わせによって３つの固定ＩＰアドレスを有する。
ＡＮＷ４２<=>ＩＳＰＮＷ３１の組固定ＩＰアドレス211.121.133.230
ＡＮＷ４２<=>ＩＳＰＮＷ３２の組固定ＩＰアドレス211.018.228.070
ＡＮＷ４２<=>ＩＳＰＮＷ３３の組固定ＩＰアドレス219.166.028.173

マルチホーム環境において、利用者は、品質情報の高い経路、例えば伝送速度の早い経路組を選択することを所望する。従って、端末が保持する固定ＩＰアドレス毎に、伝送速度を測定することができれば、その測定結果を比較して高い伝送速度の固定ＩＰアドレスを選択することができる。

表１は、送信元アドレス（送信側経路組）を行とし、宛先アドレス（受信側経路組）を列として、総当たり的に組み合わせた表である。行の経路組の順序と、列の経路組の順序とは、同一であることを要する。

例えば、※１「送信元アドレス061.123.229.138及び宛先アドレス221.121.133.230」は、端末１０->ＡＮＷ４１->ＩＳＰＮＷ３１->ＡＮＷ４２->端末１１の経路を意味する。また、※２「送信元アドレス210.238.198.106及び宛先アドレス221.186.087.146」は、端末１０->ＡＮＷ４１->ＩＳＰＮＷ３２->…->ＩＳＰＮＷ３３->ＡＮＷ４２->端末１１の経路を意味する。図１によれば、ＩＳＰＮＷ３２とＩＳＰＮＷ３３との間は、ＩＸ２を経由している。

次に、表の各要素について、伝送速度を測定する。以下では、ＴＣＰスループットの測定値を用いているが、ＴＣＰコネクションの確立時間、その他、各種ＩＰ品質パラメータ（遅延、遅延ゆらぎ、パケット廃棄率、ＴＣＰセグメント再送率等）を用いることも可能である。

１つの例としては、ＵＮＩＸ（登録商標）ではｔｔｃｐコマンドを用いることができる。
送信元端末のコマンド
ttcp -t 210.238.198.106[宛先アドレス] -s
宛先端末のコマンド
ttcp -r -s

送信元端末は、例えば以下のような出力結果を得ることができる。
ttcp-t: buflen=8192, nbuf=2048, align=16384/0, port=5001 tcp -> 210.238.198.106
ttcp-t: 16777216 bytes in 4.11 real seconds = 3983.79 KB/sec +++
ttcp-t: 2048 I/O calls, msec/call = 2.06, calls/sec = 497.97
ttcp-t: 0.0user 0.0sys 0:04real 0% 0i+0d 0maxrss 0+2pf 0+0csw

バッファ長(buflen)8192bytes、送信バッファ個数2048個、ポート番号5001、宛先アドレス210.238.198.106、4.1秒当たり伝送容量16777216 bytes、伝送速度3.98 Mbytes/秒であることが認識できる、

一方、宛先端末は、例えば以下のような出力結果を得ることができる。
ttcp-r: buflen=8192, nbuf=2048, align=16384/0, port=5001 tcp
ttcp-r: 16777216 bytes in 4.12 real seconds = 3976.23 KB/sec +++
ttcp-r: 12643 I/O calls, msec/call = 0.33, calls/sec = 3068.32
ttcp-r: 0.0user 0.0sys 0:04real 2% 0i+0d 0maxrss 0+2pf 0+0csw

バッファ長(buflen)8192bytes、送信バッファ個数2048個、ポート番号5001、4.12秒当たり伝送容量16777216 bytes、伝送速度3.97 Mbytes/秒であることが認識できる。

尚、図１によれば、１組のＡＮＷ及びＩＳＰＮＷと、１組のＡＮＷ及びＩＳＰＮＷとがＩＸ２で接続されたものを表している。しかしながら、複数のＩＳＰＮＷを経由して接続される場合であってもよい。

ここで測定された伝送速度を、表１の各要素に入力する。ここでは、伝送速度が、６Mbytes/秒以下について、品質が劣化していると判断する。

表２は、時刻ｔ１において測定された表である。

表３は、時刻ｔ２において測定された表である。

表４は、時刻ｔ３において測定された表である。

本発明によれば、これら表によって３種類のパターンの障害位置を特定することができる。図１のＥ１、Ｅ２及びＥ３は、障害位置を表している。
（Ｅ１）表２の列方向に悪い品質の値が連続する場合、列方向を示すＡＮＷ４１及びＩＳＰＮＷ３１の送信側経路に障害があると特定することができる。
（Ｅ２）表４の行方向に悪い品質の値が連続する場合、行方向を示すＡＮＷ４１及びＩＳＰ３３の受信側経路に障害があると特定することができる。
（Ｅ３）表３の斜め方向に悪い品質の値が連続する場合、斜め方向を示すＩＳＰ３１及びＩＳＰ３２（ＩＸを介した）間の経路に障害があると特定することができる。

表５〜７は、表１〜４の経路組を並べ替えたものである。経路組の並びを変更しても、前述と同じ方法を用いることができる。但し、行の経路組の順序と、列の経路組の順序とは、同一でなければならない。

表５は、表２に対応する表である。

表６は、表３に対応する表である。

表７は、表４に対応する表である。

表５〜７についても、表２〜４と同様に、３種類のパターンの障害位置を特定することができる。
（Ｅ１）表５の列方向に悪い品質の値が連続する場合、列方向を示すＡＮＷ４１及びＩＳＰＮＷ３１の送信側経路に障害があると特定することができる。
（Ｅ２）表７の行方向に悪い品質の値が連続する場合、行方向を示すＡＮＷ４１及びＩＳＰ３３の受信側経路に障害があると特定することができる。
（Ｅ３）表６の斜め方向に悪い品質の値が連続する場合、斜め方向を示すＩＳＰ３１及びＩＳＰ３２（ＩＸを介した）間の経路に障害があると特定することができる。

図２は、表に基づく伝送速度を取得するためのフローチャートである。

送信側経路組の固定ＩＰアドレスにｉ＝１〜ｎを割り当て、受信側経路組の固定ＩＰアドレスにｊ＝１〜ｍを割り当てる。
（Ｓ２０１）測定開始時には、変数ｉ＝１及びｊ＝１とする。
（Ｓ２０４）送信元アドレス（ｉ）から宛先アドレス（ｊ）への伝送速度を測定する。ここでは、例えば前述したｔｔｃｐコマンドが用いられる。
（Ｓ２０５）その逆方向である、宛先アドレス（ｊ）から送信元アドレス（ｉ）への伝送速度を測定する。
（Ｓ２０６）測定された値を、前述した表の要素へ入力する。
（Ｓ２０７）ｊを１増分し、更にＳ２０３からｊ＝ｍまで処理を繰り返す。
（Ｓ２０８）ｉを１増分し、更にＳ２０２からｉ＝ｎまで処理を繰り返す。
（Ｓ２０９）経路組の総当たりの表が完成し、その表から劣化パターンを抽出する。

伝送速度の各測定は、個々のスループットに影響を与えないように、同時に計測しないようにしなければならない。このため、図２によって示す劣化パターンの抽出周期ΔＴは、以下の式を満たす必要がある。
ΔＴ＝(α×２＋β＋γ)×ｍ×ｎ＋α×(ｍ×ｎ−１)＋Ｘ
ここで、αは１回の伝送速度測定（Ｓ２０４又はＳ２０５）時間、βは各伝送速度測定の切り替え時間、γは表の要素への入力時間、Ｘは劣化パターンの抽出処理（Ｓ２０９）時間である。

前述した式において、伝送速度測定時間αは、測定スループットの精度が保てる程度の時間（およそ３０秒以上）に設定する必要がある。一方、αの上限に関しても、劣化パターンの抽出周期ΔＴが、ネットワークの長期的輻輳の継続時間（およそ１時間〜数時間程度）に比べて充分に小さい周期となるように、設定する必要がある（およそ１分〜１０分程度）。

前述した本発明におけるネットワークの障害位置を特定する方法及びプログラムの種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略を、当業者は容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

本発明におけるマルチホーム環境のシステム構成図である。表に基づく伝送速度を取得するフローチャートである。

符号の説明

１０、１１端末
２ＩＸ、インターネットエクスチェンジ
３１〜３３ＩＳＰＮＷ、インターネットサービスプロバイダネットワーク
４１、４２ＡＮＷ、アクセスネットワーク

Claims

インターネットにおけるネットワークの障害位置を特定する方法であって、
アクセスネットワークとインターネットサービスプロバイダネットワークとからなる経路組を構成し、端末間の経路は送信側経路組及び受信側経路組から構成され、
前記端末間で、全ての経路組を送信側及び受信側とした総当たりの品質情報を取得する第１のステップと、
全ての経路組を、同一順序で、送信側の第１の軸と受信側の第２の軸として並べた表により構成し、該表の要素に前記品質情報を入力する第２のステップと、
前記表の前記第１の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第１の軸方向に対応する第２の軸の受信側経路組に障害があると特定し、前記表の第２の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第２の軸方向に対応する第１の軸の送信側経路組に障害があると特定し、前記表の斜め方向に劣化した品質情報が連続する場合、前記インターネットサービスプロバイダネットワーク間のバックボーンネットワークに障害があると特定する第３のステップと
を有することを特徴とする方法。
前記経路組は、固定ＩＰアドレスに対応するものであり、前記品質情報は、伝送速度及び／又はＴＣＰコネクション確立時間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
インターネットにおけるネットワークの障害位置を特定するプログラムであって、
アクセスネットワークとインターネットサービスプロバイダネットワークとからなる経路組を構成し、端末間の経路は送信側経路組及び受信側経路組から構成され、
前記端末間で、全ての経路組を送信側及び受信側とした総当たりの品質情報を取得する第１のステップと、
全ての経路組を、同一順序で、送信側の第１の軸と受信側の第２の軸として並べた表により構成し、該表の要素に前記品質情報を入力する第２のステップと、
前記表の前記第１の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第１の軸方向に対応する第２の軸の受信側経路組に障害があると特定し、前記表の第２の軸方向に劣化した品質情報が連続する場合、該第２の軸方向に対応する第１の軸の送信側経路組に障害があると特定し、前記表の斜め方向に劣化した品質情報が連続する場合、前記インターネットサービスプロバイダネットワーク間のバックボーンネットワークに障害があると特定する第３のステップと
してコンピュータを実行させることを特徴とするプログラム。
前記経路組は、固定ＩＰアドレスに対応するものであり、前記品質情報は、伝送速度及び／又はＴＣＰコネクション確立時間であることを特徴とする請求項３に記載のプログラム。