JP4586183B2 - BAND MANAGEMENT METHOD, BAND MANAGEMENT DEVICE, AND PROGRAM FOR THE SAME IN COMMUNICATION NETWORK - Google Patents
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本発明は、IP(Internet Protocol)ネットワークにおける帯域管理技術に係り、特に予め定められた測定周期内にサンプリングされたパケット情報を用いて、リンク使用帯域を占有するトラヒックを発生する上位フロー群を特定することが可能な帯域管理方法、帯域管理装置およびそのためのプログラムに関するものである。 The present invention relates to a bandwidth management technique in an IP (Internet Protocol) network, and in particular, uses a packet information sampled within a predetermined measurement period to identify a higher-level flow group that generates traffic occupying a link use bandwidth. The present invention relates to a bandwidth management method, a bandwidth management device, and a program therefor.
IPネットワークが広く利用されてくるに伴って、IPネットワーク上での通信品質保証に対する要求が高まっている。その一方で、P2P(Peer to peer)アプリケーションの出現に伴うトラヒックパターンの急激な変動に代表されるように、各フローのトラヒック特性はますます多種多様となり、それに伴い各種フローの品質要求も多様化している。 As IP networks are widely used, there is an increasing demand for communication quality assurance on IP networks. On the other hand, the traffic characteristics of each flow are becoming more and more diverse, as represented by the abrupt changes in traffic patterns associated with the emergence of peer-to-peer (P2P) applications. ing.
例えば、P2Pトラヒックのような長時間に渡って大きな帯域を占有するフローを適切にコントロールして、レスポンス時間に敏感なwebのようなファイルサイズの小さいフローの品質を確保することが要求される場合が想定される。その一方で、通信設備に対するコストを抑える必要がある。従って、与えられた通信帯域を有効利用して各フローの所望の通信品質を維持できるように各フローの使用帯域を適切に制御することが重要となっている。そのためには、上記長大フローを特定する手法が必要となる。 For example, when it is required to appropriately control a flow that occupies a large band for a long time such as P2P traffic and to ensure the quality of a flow with a small file size such as web sensitive to response time Is assumed. On the other hand, it is necessary to reduce the cost for communication facilities. Accordingly, it is important to appropriately control the use band of each flow so that the desired communication quality of each flow can be maintained by effectively using the given communication band. For that purpose, a method for identifying the long flow is required.
従来技術として、全てのフローの状態を監視し制御する方法がある(例えば非特許文献1のWFQ(Weighted Fair Queueing)や非特許文献2のCSFQ(Core-Stateless-Fair-Queueing)等)。しかしながら、このような方法では、フロー毎の状態を全てのノードあるいは網の境界ノードで管理する必要があり、今後回線速度の高速化に伴いフロー数も増大していく状況を考えると、そういった場合に対処できない、という問題点があった。
As conventional techniques, there are methods for monitoring and controlling the state of all flows (for example, WFQ (Weighted Fair Queueing) in
一方、そのような問題を回避する一手段として、パケットのポート番号をみて、ポート番号からP2P型のファイル共有アプリケーションに関するフローであることを特定できる場合には、そのようなフローは大きなファイルを転送して長時間帯域を占有する可能性が高いと判断できるので、そのようなフローのみを制御対象とする方法も考えられる。 On the other hand, as a means of avoiding such a problem, when the port number of the packet is viewed and it can be identified from the port number that the flow is related to the P2P type file sharing application, such a flow transfers a large file. Therefore, since it can be determined that there is a high possibility of occupying a band for a long time, a method for controlling only such a flow is also conceivable.
しかし、近年のP2Pアプリケーションはポート番号では識別できないトラヒックが大半を占めるため、この手法では対応できなくなってきている。またP2P以外にもDDoS(Distributed Denial of Service;複数のネットワークに分散する大量のコンピュータが一斉に特定のサーバへパケットを送出し、通信路をあふれさせて機能を停止させてしまう攻撃のこと)のように高レートでトラヒックを出しつづける異常トラヒックも増加しているため、アプリケーションに依存しない方法が必要となってきている。 However, since most P2P applications in recent years occupy most of the traffic that cannot be identified by the port number, this method cannot be used. In addition to P2P, DDoS (Distributed Denial of Service) is an attack in which a large number of computers distributed over multiple networks send packets to a specific server all at once, overflowing the communication path and stopping the function. In this way, abnormal traffic that continues to generate traffic at a high rate is increasing, and a method that does not depend on an application is required.
一方、回線の高速化に伴いスケーラブルな測定方法としてパケットサンプリングが着目されている。サンプリングを用いた長大フロー特定法として例えば非特許文献3がある。この手法では予め定められた閾値以上のパケット数を送出しているフローを、サンプリング情報のみで特定することを可能にするが、その特定されたフロー群が回線上でどの程度の帯域を実際に占有しているのか、といった情報までを把握することは困難であった。 On the other hand, packet sampling is attracting attention as a scalable measurement method as the line speed increases. For example, Non-Patent Document 3 is a long flow identification method using sampling. In this method, it is possible to specify the flow that sends out the number of packets exceeding a predetermined threshold only by sampling information, but how much bandwidth the specified flow group actually has on the line It was difficult to grasp even information such as whether it was occupied.
しかしながら、このような帯域使用率に関する情報は、実際に帯域を制御する上で非常に重要となってくる。なぜなら、何本のフローを制御すればどの程度の使用帯域を制御することになるのか、が分からないと上位何本のフローを制御すべきか判断できないからである。 However, such information regarding the bandwidth usage rate is very important in actually controlling the bandwidth. This is because it is impossible to determine how many upper flows should be controlled without knowing how many flows are used and how much bandwidth is to be controlled.
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、各ノードでフロー毎に状態管理することなく、長大フロー群を適切に制御することにより、各フローの通信品質を維持できるような帯域管理方法、帯域管理装置およびそのためのプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a bandwidth management method capable of maintaining the communication quality of each flow by appropriately controlling a long flow group without performing state management for each flow at each node in view of the above-described problems, To provide a bandwidth management device and a program therefor.
本発明では、管理フロー数を削減するため、パケットサンプリング技術を用いる。当該技術について図1を用いて説明する。 In the present invention, a packet sampling technique is used to reduce the number of management flows. This technique will be described with reference to FIG.
図1に示すように、複数のフローからのパケットが到着する場合を考える。なお、フローの定義は、例として、ここでは、同一の(送信元IPアドレス,着信先IPアドレス,送信元ポート番号,着信先ポート番号,プロトコル番号)を持つパケット群をフローと定義する。 Consider the case where packets from multiple flows arrive as shown in FIG. As an example of the flow definition, here, a packet group having the same (source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, protocol number) is defined as a flow.
図1において、各パケットはフロー別に模様(柄)分けして示してある。ここで、N個に1個のパケットをサンプリングし(サンプリングレートf=1/N)、サンプリングされたパケットの属するフローのみを管理対象とすると、図1の場合、管理フロー数を2本に削減できる(サンプリングしない場合は5本)。 In FIG. 1, each packet is shown in a pattern (pattern) divided by flow. Here, if one packet is sampled every N (sampling rate f = 1 / N) and only the flow to which the sampled packet belongs is managed, the number of management flows is reduced to two in the case of FIG. Yes (5 if not sampled).
このようにサンプリングにより管理フロー数を削減できる。また、図1をみると分かるように、パケット数の多いフローの方がサンプリングされやすい。したがって、今、制御対象としたいのは、長時間に渡って帯域を占有するフロー、つまりパケット数の多いフローなので、パケットがサンプリングされたフローのみを対象とすれば十分であるということになる。 In this way, the number of management flows can be reduced by sampling. As can be seen from FIG. 1, a flow having a larger number of packets is more easily sampled. Therefore, what is desired to be controlled now is a flow that occupies a band for a long time, that is, a flow with a large number of packets, and therefore it is sufficient to target only a flow in which packets are sampled.
a)本発明の第1の帯域管理方法は、通信網のノードにおいてパケットをサンプリングし、該サンプリングされたパケットの属するフローの情報を管理し、該ノードからの出力リンクにおける各フローの使用帯域を管理するコンピュータを用いた帯域管理方法において、予め定められた測定周期T内においてサンプリングレートfでパケットをサンプリングするステップと、該ステップでサンプリングされたパケット情報を用いて、リンク使用帯域に関する上位フロー群を特定するステップを有することを特徴とする。 a) In the first bandwidth management method of the present invention, a packet is sampled in a node of a communication network, information on a flow to which the sampled packet belongs is managed, and a bandwidth used for each flow in an output link from the node is determined. In a bandwidth management method using a managing computer, a step of sampling packets at a sampling rate f within a predetermined measurement period T, and a group of upper flows related to a link bandwidth using the packet information sampled in the step It has the step which specifies.
本発明の第1の帯域管理方法は、さらに、前記上位フロー群を特定するステップが、フローjからサンプリングされたパケット数Yjを測定し、フローjをYjに関して降順にソートするステップと、サンプリングされた総パケット数をnとし(つまりn=ΣYj)、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出(Random Sampling With Replacement;乱数を用いて1個ずつ抽出するたびに元に戻す)をn回実施するステップと、前記無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定するステップと、フローjの平均パケットサイズLjをLj={フローjからサンプリングされたパケットの総バイト数}/Yjにより推定するステップと、該リンク使用帯域A[bps]を測定するステップと、Σj=1〜m(Wj×Lj)>x/100×AT(xは予め定められた目標値)を満たす最小のmを求め、フロー1からmまでをリンク使用帯域のx%を占める上位フロー群として特定するステップからなることを特徴とする。 In the first bandwidth management method of the present invention, the step of specifying the upper flow group further includes measuring the number of packets Yj sampled from the flow j and sorting the flow j in descending order with respect to Yj. The total number of packets is n (that is, n = ΣYj), and random sampling extraction (Random Sampling With Replacement) is performed n times each time a random number is extracted. And a step of estimating the number of packets sampled from the flow j by the random restoration extraction as Zj and the original number of packets included in the flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj} Estimating the average packet size Lj of flow j by Lj = {total number of bytes of packets sampled from flow j} / Yj; A step of measuring the use bandwidth A [bps], and obtaining the minimum m satisfying Σj = 1 to m (Wj × Lj)> x / 100 × AT (x is a predetermined target value) It is characterized by comprising the steps of specifying up to m as upper flow groups occupying x% of the link bandwidth.
ここで、フローjの元のパケット数の推定方法について説明する。後述する第2の方法のように、Wj=1/f×Yjとする方法も考えられるが、ここでは、上記に記載の方法を用いている。上述のように、サンプリングされたパケットから無作為復元抽出を行って新たなパケット数Zjを作成し、その情報も用いてWjを推定することにより推定精度の向上が可能となる(推定精度については、後述する図7において実データを用いて示す)。 Here, a method for estimating the original number of packets of the flow j will be described. A method of setting Wj = 1 / f × Yj as in a second method described later is also conceivable, but here, the method described above is used. As described above, it is possible to improve the estimation accuracy by performing random restoration extraction from the sampled packets to create a new number of packets Zj, and estimating Wj using that information as well. This is shown using actual data in FIG.
b)本発明の第2の帯域管理方法は、第1の帯域管理方法において、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定するステップに代えて、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×Yjにより推定するステップを有することを特徴とする。 b ) The second bandwidth management method of the present invention replaces the step of estimating the original number of packets included in the flow j with Wj = 1 / f × min {Yj, Zj} in the first bandwidth management method. And the step of estimating the original number of packets included in the flow j by Wj = 1 / f × Yj.
c)本発明の第3の帯域管理方法は、第1の帯域管理方法において、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施するステップ、および、無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定するステップに代えて、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する処理をdセット繰り返して実施するステップ、および、フローjからサンプリングされたパケット数をZjとして、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj/d}により推定する、あるいは、Vj^{(i)} = min(Yj,Zj^{(i)} ),(ここでi=1,2、・・d、ただしZj^{(i)} はi番目のゼットでサンプルされたフローjのパケット数)を用意し、これらを降順に並べ、予め定めたk番目を抜き出し(1≦k≦d)、Wj=1/f×Vj^{(k)}により推定するステップを有することを特徴とする。 c ) The third bandwidth management method of the present invention is the first bandwidth management method in which random restoration extraction is performed n times using the sampled packets as a population, and from the flow j by random restoration extraction. Instead of estimating the number of sampled packets as Zj and the original number of packets contained in flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}, the sampled packets are randomly restored as a population. A step of repeatedly performing d sets of processes for performing extraction n times, and the number of packets sampled from the flow j as Zj, and the number of original packets included in the flow j as Wj = 1 / f × min {Yj, Zj / d} or Vj ^ {(i)} = min (Yj, Zj ^ {(i)}), (where i = 1, 2,... D, where Zj ^ {(i )} Is sampled on the i th z The number of packets of the flow j), arranging them in descending order, extracting a predetermined k-th (1 ≦ k ≦ d), and estimating by Wj = 1 / f × Vj ^ {(k)} It is characterized by having.
d)本発明の第4の帯域管理方法は、現在のリンク使用帯域A[bps]を測定し、予め定められた目標リンク使用帯域をC*とし、A>C*ならば請求項1から4のいずれかに記載の帯域管理方法で使用帯域に関する上位フロー群を特定し、Σj=1〜m(Wj×Lj)>(A-C*)Tとなる最小のmを求めるステップと、フロー1からmまでを制御対象とし、該ノードで該リンクへの出力待ちキューを2種類用意しておき、フロー1からmまでを低優先キューへ、残りを高優先キューへ収容するステップを有することを特徴とする。
d ) The fourth bandwidth management method of the present invention measures the current link usage bandwidth A [bps], sets a predetermined target link usage bandwidth as C *, and if A> C * , claims 1 to 4 A flow management method according to any one of the above, the upper flow group related to the used bandwidth is specified, and the minimum m satisfying Σj = 1 to m (Wj × Lj)> (AC * ) T is obtained; From m to m, and two types of queues waiting for output to the link are prepared at the node, and
e)本発明の第5の帯域管理方法は、第4の帯域管理方法において、フロー1からmまでを低優先キューに収容するのに代えて、該上位フロー群を別の経路へ迂回させることを特徴とする帯域管理方法。
e ) The fifth bandwidth management method of the present invention is such that, in the fourth bandwidth management method, instead of accommodating the
f)本発明の第6の帯域管理方法は、第4または第5の帯域管理方法で上位フロー群を制御するとともに、制御対象となった該フロー群の実際の到着バイト数と第1および第2の帯域管理方法で推定された到着バイト数Σj=1〜m(Wj×Lj)を比較し、推定値が実測値に近い推定方法を用いて次の周期における制御対象フローを第4または第5の帯域管理方法を用いて決定し、制御することを特徴とする。 f ) In the sixth bandwidth management method of the present invention, the upper flow group is controlled by the fourth or fifth bandwidth management method, and the actual arrival byte number of the flow group to be controlled and the first and first flow groups are controlled. The number of arrival bytes Σj = 1 to m (Wj × Lj) estimated by the bandwidth management method 2 is compared, and the control target flow in the next cycle is determined as the fourth or 5 is determined and controlled using the bandwidth management method.
これは、第1の推定方法と第2の推定方法の両者を同時に実施し、また、前の周期で実際に制御対象となった上位フロー群からの真の到着バイト数を測定することにより(制御する際にこれらのフロー群についてはサンプリング情報だけでなく全パケット情報を収集する)、どちらの推定法が現時点では適切かを判断し、次の周期での制御対象フロー群特定には適切な推定法を用いている。 This is done by performing both the first estimation method and the second estimation method at the same time, and by measuring the number of true arrival bytes from the upper flow group actually controlled in the previous cycle ( When controlling, collect all packet information as well as sampling information for these flow groups), determine which estimation method is appropriate at the present time, and specify the control target flow group in the next cycle. An estimation method is used.
g)本発明の第7の帯域管理装置は、通信網のノードにおいてパケットをサンプリングし、該サンプリングされたパケットの属するフローの情報を管理し、該ノードからの出力リンクにおける各フローの使用帯域を管理するコンピュータを用いた帯域管理装置において、予め定められた測定周期T内においてサンプリングレートfでパケットをサンプリングする手段と、該手段でサンプリングされたパケット情報を用いて、リンク使用帯域に関する上位フロー群を特定する手段を有することを特徴とする。 g) seventh band management apparatus of the present invention is to sample the packet at a node of a communication network, and manages the information flow that belongs the sampled packets, the bandwidth used for each flow at the output link from the node In a bandwidth management device using a managing computer, a means for sampling packets at a sampling rate f within a predetermined measurement period T, and a higher-level flow group related to a link bandwidth using packet information sampled by the means It has the means to specify.
本発明の第7の帯域管理装置は、さらに、前記上位フロー群を特定する手段は、フローjからサンプリングされたパケット数Yjを測定し、フローjをYjに関して降順にソートする手段と、サンプリングされた総パケット数をnとし、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する手段と、前記無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する手段と、フローjの平均パケットサイズLjをLj={フローjからサンプリングされたパケットの総バイト数}/Yjにより推定する手段と、該リンク使用帯域A[bps]を測定する手段と、Σj=1〜m(Wj×Lj)>x/100×AT(xは予め定められた目標値)を満たす最小のmを求め、フロー1からmまでをリンク使用帯域のx%を占める上位フロー群として特定する手段からなることを特徴とする。
In the seventh bandwidth management apparatus of the present invention, the means for specifying the upper flow group further includes a means for measuring the number of packets Yj sampled from the flow j and sorting the flow j in descending order with respect to Yj. The total number of packets is n, means for performing random restoration extraction n times with the sampled packets as a population, and the number of packets sampled from the flow j by the random restoration extraction is Zj, and included in the flow j Means for estimating the number of original packets by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj} and the average packet size Lj of flow j by Lj = {total number of bytes of packets sampled from flow j} / Yj A means for estimating, a means for measuring the link bandwidth A [bps], and a maximum satisfying Σj = 1 to m (Wj × Lj)> x / 100 × AT (where x is a predetermined target value). Of the calculated m, characterized in that it comprises means for specifying a higher flow group accounts for x% of the link bandwidth used from
h)本発明の第8の帯域管理装置は、第7の帯域管理装置において、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する手段に代えて、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×Yjにより推定する手段を有することを特徴とする。 h ) The eighth bandwidth management apparatus of the present invention is the seventh bandwidth management apparatus, instead of means for estimating the original number of packets included in the flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}. , And having means for estimating the number of original packets included in the flow j by Wj = 1 / f × Yj.
i)本発明の第9の帯域管理装置は、第7の帯域管理装置において、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する手段、および、無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する手段に代えて、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する処理をdセット繰り返して実施する手段、および、フローjからサンプリングされたパケット数をZjとして、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj/d}により推定する、あるいは、Vj^{(i)}=min(Yj,Zj^{(i)} ),(ここでi=1,2、・・d、ただしZj^{(i)} はi番目のゼットでサンプルされたフローjのパケット数)を用意し、これらを降順に並べ、予め定めたk番目を抜き出し(1≦k≦d)、Wj=1/f×Vj^{(k)}により推定する手段を有することを特徴とする。 i ) The ninth bandwidth management apparatus of the present invention is a seventh bandwidth management apparatus comprising means for performing random restoration extraction n times using a sampled packet as a population, and a flow j by random restoration extraction. Randomly restore sampled packets as population instead of means to estimate the number of packets sampled as Zj and the original number of packets contained in flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj} Means for repeatedly performing d sets of processes for performing extraction n times, and the number of packets sampled from the flow j as Zj, the original number of packets included in the flow j as Wj = 1 / f × min {Yj, Zj / d} or Vj ^ {(i)} = min (Yj, Zj ^ {(i)}), (where i = 1, 2,... D, where Zj ^ {(i )} Is the flow j sampled on the i th jet Characterized in that they are arranged in descending order, a predetermined k-th is extracted (1 ≦ k ≦ d), and estimated by Wj = 1 / f × Vj ^ {(k)}. And
j)本発明の第10の帯域管理装置は、第9の帯域管理装置において、フロー1からmまでを制御対象とし、該ノードで該リンクへの出力待ちキューを2種類用意しておき、フロー1からmまでの上位フロー群を低優先キューへ収容するか別の経路へ迂回させ、残りを高優先キューへ収容する手段を有することを特徴とする。
j ) The tenth bandwidth management apparatus of the present invention is the ninth bandwidth management apparatus, in which flows 1 to m are controlled, two types of output waiting queues for the link are prepared in the node, It is characterized by having means for accommodating
k)本発明の帯域管理用プログラムは、コンピュータを、第7から10のいずれかに記載の帯域管理装置における各手段として機能させるための帯域管理用プログラムである。 k ) The bandwidth management program of the present invention is a bandwidth management program for causing a computer to function as each means in the bandwidth management device according to any one of Items 7 to 10 .
本発明によれば、各ノードでフロー毎に状態管理することなく、帯域占有トラヒックを発生するフローを適切に検出し、webのような小さいサイズのフローのレスポンス時間を向上させて、与えられた帯域を有効利用することを可能とする、帯域管理方法およびその装置ならびに帯域管理プログラムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to appropriately detect a flow that generates bandwidth occupying traffic without performing state management for each flow at each node, and to improve the response time of a small-sized flow such as web. It is possible to provide a bandwidth management method and apparatus and a bandwidth management program that enable effective use of the bandwidth.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明が適用される基本構成の一例を示す構成図である。
図2に示すように、本発明の帯域管理装置20は、IPネットワーク内の各ノード間(図2ではノード10と30間)に挿入される形で構築される。あるいは、ノードに外付けし、そのノードへパケットをミラーリング(mirroring)する形にしてもよい。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a basic configuration to which the present invention is applied.
As shown in FIG. 2, the
図3は、本発明の第2の方法を用いた帯域管理装置の構成例を表すブロック図である。
同図に示すように、本発明に係る帯域管理装置20は、パケットサイズ読み出し部21、リンク使用帯域算出部22、使用帯域管理部23、サンプリング部24、パケットヘッダ解析部25、フロー管理部26、フローパケット数推定部27を有している。また、サンプリング部24はカウンター241を備え、フロー管理部26は、フロー管理テーブル261を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a bandwidth management device using the second method of the present invention.
As shown in the figure, the
帯域管理装置20は、通常のコンピュータ構成を備えており、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置、ハードディスクなどの外部記憶装置、キーボードやマウスなどの入出力部などのハードウェアと、これらを制御するとともにCPUに、上記パケットサイズ読み出し部21、リンク使用帯域算出部22、使用帯域管理部23、サンプリング部24、パケットヘッダ解析部25、フロー管理部26、フローパケット数推定部27の各機能を実現させるためのプログラムとから構成される。
The
図4は、本発明における帯域管理装置が行う処理のフローチャートである。
以下、図3のブロック図および図4のフローチャートを参照しながら、本発明における帯域管理装置の処理を説明する。
図3のブロック図に示されている通り、前段ノードからパケットが到着すると、パケットサイズ読み出し部21にてそのパケットのパケットサイズが読み取られ、その値はリンク使用帯域算出部22へ通知され(ステップS101)、リンク使用帯域算出部22は一定時間Tの間に通過したパケットのサイズの和をTで割ることによって現在のリンク使用帯域Aを算出し、これを使用帯域管理部23に通知する(ステップS102)。
FIG. 4 is a flowchart of processing performed by the bandwidth management apparatus according to the present invention.
The processing of the bandwidth management apparatus according to the present invention will be described below with reference to the block diagram of FIG. 3 and the flowchart of FIG.
As shown in the block diagram of FIG. 3, when a packet arrives from the preceding node, the packet
一方、到着したパケットは、サンプリング部24に転送され、該サンプリング部24ではカウンター241の値Cをカウントアップし、該カウンター241の値Cが予め定められたサンプリング周期Nと等しくなったかチェックする(ステップS103)。
On the other hand, the arrived packet is transferred to the
カウンター241の値Cが予め定められたサンプリング周期Nと等しくなったら(C=N)、該パケットはパケットヘッダ解析部25に転送され、カウンター241をリセットし(C=0)、同時に該パケットは後段ノードへ転送される(ステップS104)。もしカウンター241の値が予め定められたサンプリング周期N未満であれば(C<N)、単に後段ノードへのみ該パケットを転送する(ステップS105)。
When the value C of the
なお、別方法として、カウンター241の値Cとサンプリング周期Nを比較する代わりに、パケット到着毎に0から1の範囲で乱数を発生させ、その乱数が1/N以下であれば、該パケットをパケットヘッダ解析部に転送してから後段ノードにも該パケットを転送し、そうでなければ単に後段ノードへのみ該パケットを転送するようにしてもよい。
As an alternative method, instead of comparing the value C of the
パケットヘッダ解析部25では、(送信元IPアドレス,着信先IPアドレス,送信元ポート番号,着信先ポート番号,プロトコル番号,パケットサイズ)を読み出し、その情報をフロー管理部26に通知する(ステップS106)。
The packet
フロー管理部26は、フロー毎に状態を管理するフロー管理テーブル261を予め用意しておく。フロー管理テーブル261は、図5に示すように、フロー毎に、フローjからの到着パケット数Yjおよび到着バイト数Bjを記憶している(ステップS107)。
The
該パケットが新規フローからのパケットであった場合、フロー管理テーブル261にそのフローをエントリし、Yj←1とし、Bj←Pktとする。ここで、Pktは該パケットサイズである。該パケットが既にエントリされているフローjからのパケットであった場合、Yj←Yj+1、Bj←Bj+ Pktに更新する。
When the packet is a packet from a new flow, the flow is entered in the flow management table 261, Yj ← 1 and Bj ← Pkt. Here, Pkt is the packet size. If the packet is from a flow j that has already been entered, update to Yj
以上の手順を、測定を開始してから予め定められた時間周期Tが経過するまで行い、T経過時点において、フローの順番をYjに関して降順に並び替えてから、YjおよびBjの値をフローパケット数推定部27へ通知する。通知後、これらの値をリセットする(ステップS108)。
The above procedure is performed until a predetermined time period T elapses after the measurement is started. At the time T elapses, the flow order is rearranged in descending order with respect to Yj, and then the values of Yj and Bj are changed to flow packets. The
フローパケット数推定部27では、サンプリングされた総パケット数nをn=ΣYjにより計算し、0から1の一様乱数を発生させ、その値Xが、Σk=1〜j-1(Yk /n)≦X<Σk=1〜j(Yk /n)であれば、Zj←Zj+1とする。これをn回繰り返し、Zjを更新していく(ステップS109)。
The flow packet
その後、フローjの元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する。ここで、fはサンプリングレートでありf=1/Nである。また、フローjのパケットサイズLjをLj=Bj/Yjにより推定する。この結果を使用帯域管理部23へ通知する(ステップS110)。 Thereafter, the original number of packets of the flow j is estimated by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}. Here, f is a sampling rate, and f = 1 / N. Further, the packet size Lj of the flow j is estimated by Lj = Bj / Yj. This result is notified to the used bandwidth management unit 23 (step S110).
使用帯域管理部23は、リンク使用帯域算出部22から通知された現在のリンク全体の使用帯域Aと、フローパケット数推定部27から通知されたフローjのパケット数WjおよびパケットサイズLjを用いて、Σj=1〜m(Wj×Lj)>x/100×ATを満たす最小のmを求め(xは予め定められた目標値とする)、フロー1からmまでが使用帯域x%を占める上位フロー群として特定する(ステップS111)。
The used
実施例1によれば、サンプリング情報のみから、上位フロー群を特定することが可能となる。 According to the first embodiment, it is possible to specify the upper flow group only from the sampling information.
実施例1では、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定していた代わりに、Wj=1/f×Yjとする。 In the first embodiment, instead of estimating the original number of packets included in the flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}, Wj = 1 / f × Yj.
実施例2によれば、実施例1のように再度非復元抽出する必要がなく、処理負荷を軽くすることができる。 According to the second embodiment, it is not necessary to perform non-restoration extraction again as in the first embodiment, and the processing load can be reduced.
実施例1のフローパケット数推定部において、Zjをn回の試行(これを1セットとする)により算出していたのに対し、それをdセット繰り返し実施し、フローjの元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj/d}により推定する。あるいは、Vj^{(i)} =min(Yj,Zj^{(i)} ),(ここで i=1,2,・・・d、ただし、Zj^{(j)} はi番目のゼットでサンプルされたフローjのパケット数)を用意し、これらを降順に並べ、予め定めたk番目を抜き出し(1≦k≦d)、Wj=1/f×Vj^{(k)}により推定する。 In the flow packet number estimation unit of the first embodiment, Zj was calculated by n trials (this is assumed to be one set), but this was repeated d sets, and the original number of packets of flow j was determined. Estimation is performed using Wj = 1 / f × min {Yj, Zj / d}. Alternatively, Vj ^ {(i)} = min (Yj, Zj ^ {(i)}), (where i = 1, 2,... D, where Zj ^ {(j)} is the i th The number of packets of flow j sampled in the zette), arranging them in descending order, extracting the predetermined k-th (1 ≦ k ≦ d), and Wj = 1 / f × Vj ^ {(k)} presume.
実施例3によれば、非復元抽出をdセット繰り返し実施することにより、推定精度の向上が可能となる。 According to the third embodiment, it is possible to improve estimation accuracy by repeatedly performing non-restoration extraction for d sets.
実施例1では、上位フロー群をオペレータに通知していたのに対し、ここでは、該ノードで該リンクへの出力待ちキューを2種類用意しておき、予め定められたリンク使用帯域目標値C*を用いて、現在の使用帯域AがC*より大きければ、Σj=1〜m(Wj×Lj)>(A-C*)Tを満たす最小のmを求め、フロー1からmまでを低優先キューへ収容し、残りを高優先キューへ収容する、あるいは、フロー1からmまでを別の経路を経由させる。 In the first embodiment, the operator is notified of the upper flow group. Here, however, two types of output waiting queues for the link are prepared at the node, and a predetermined link use bandwidth target value C is set. * Is used, if the current bandwidth A is greater than C *, the minimum m satisfying Σj = 1 to m (Wj × Lj)> (A−C * ) T is obtained, and the flow from 1 to m is reduced. It is accommodated in the priority queue and the rest is accommodated in the high priority queue, or flows 1 to m are routed through another route.
実施例4によれば、オペレータを介さず、自動的に上位フロー群を制御(低優先キューへの収容、あるいは、別経路を経由)することが可能となる。 According to the fourth embodiment, it is possible to automatically control the upper flow group (accommodating in the low priority queue or via another route) without using an operator.
実施例4の方法で上位フロー群を制御すると同時に、制御対象となった該フロー群の真の到着バイト数を測定し、同時に実施例1および2の方法で該フロー群の到着バイト数をΣj=1〜m(Wj×Lj)により推定し、真値と推定値1,2を比較して推定値が実測値に近い推定方法を用いて次の周期における制御対象フローを実施例4の方法を用いて決定し、制御する。 The upper flow group is controlled by the method of the fourth embodiment, and at the same time, the true arrival byte number of the flow group to be controlled is measured. At the same time, the arrival byte number of the flow group is calculated by the method of the first and second embodiments. The control target flow in the next cycle is estimated using the estimation method in which the estimation value is estimated by = 1 to m (Wj × Lj) and the estimation value is close to the actual measurement value by comparing the true value with the estimation values 1 and 2. To determine and control.
実施例5によれば、実施例1と実施例2の推定法のうち、どちらの推定法が現時点では適切かを判断し、次の周期での制御対象フロー群特定には適切な推定法を用いることが可能となる。 According to the fifth embodiment, it is determined which of the estimation methods of the first and second embodiments is appropriate at the present time, and an appropriate estimation method is used for specifying the control target flow group in the next cycle. It can be used.
実施例1では、ノード間に挿入する形で帯域管理装置20を実現しているが、そうする代わりに、図6に示すように、ネットワークを構成している各ノードからサンプリングパケット情報を収集し、ネットワーク全体に対して同様の管理を実施してもよい。
In the first embodiment, the
実施例6によれば、本発明に係る帯域管理技術をネットワーク全体の監視へ拡張することが可能になる。 According to the sixth embodiment, the bandwidth management technology according to the present invention can be extended to the monitoring of the entire network.
実施例1では、予め定めた測定周期T毎に各フローのサンプルパケット数をカウントしていたのに対し、該ノードへM個のパケットが到着する毎に(Mは予め定めたパケット数)各フローのサンプルパケット数をカウントしてもよい。
また、実施例1ではパケットサイズ読み出し部において全パケットのサイズを読み出して使用帯域Aを算出していたのに対し、フロー管理部におけるYi,Bi(フローiのバイト数)を用いて、ΣBi×M/ΣYiによりAT(使用帯域Aに測定周期Tをかけた値)を推定してもよい。あるいは、ΣBi×1/fによりATを推定してもよい。
また、実施例1では、元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定していたのに対し、Wj=M/ΣYi×min{Yj,Zj}により推定してもよい。
こうすることにより、パケットサイズ読み出し部での全パケット処理を不要とすることができる。
In the first embodiment, the number of sample packets of each flow is counted every predetermined measurement period T, but each time M packets arrive at the node (M is a predetermined number of packets). The number of sample packets in the flow may be counted.
In the first embodiment, the packet size reading unit reads the size of all packets and calculates the use band A. On the other hand, using the Yi, Bi (number of bytes of flow i) in the flow management unit, ΣB i × AT (a value obtained by multiplying the use band A by the measurement period T) may be estimated by M / ΣYi. Alternatively, the AT may be estimated by ΣB i × 1 / f.
In the first embodiment, the original number of packets is estimated by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}, whereas it is estimated by Wj = M / ΣYi × min {Yj, Zj}. Good.
In this way, all packet processing in the packet size reading unit can be made unnecessary.
次に、本発明における効果を、実データを用いて確認した結果を用いて説明する。本例では、あるインターネットバックボーン回線上でパケットキャプチャしたデータを用いた。 Next, the effect in this invention is demonstrated using the result confirmed using real data. In this example, data obtained by packet capture on an internet backbone line is used.
元のパケット数が107個であり、そこからサンプリングレートf=1/1000でパケットサンプリングを行い、実施例1の方法で使用帯域x%の上位フロー群を特定した結果を、図7に示す。なお、実験回数は100回であり、そのときの推定値の平均と信頼区間を示す(いずれも単位は[×103bytes])。 FIG. 7 shows the result of packet sampling performed at a sampling rate of f = 1/1000 from the original number of packets of 10 7 and specifying the upper flow group of the used bandwidth x% by the method of the first embodiment. . The number of experiments is 100, and the average of the estimated values and the confidence interval at that time are shown (both units are [× 10 3 bytes]).
図7において、一列目はリンク使用帯域の何%かを示し、二列目はx%を占める上位フロー数(本発明で特定されたフロー数)、3列目はx%を占めるフロー群の帯域使用量の真の値、4列目はx%を占めるフロー群の帯域使用量の推定値の平均(本発明による推定)、5列目はx%を占めるフロー群の帯域使用量の推定値の下側2.5%値、6列目はx%を占めるフロー群の帯域使用量の推定値の上側2.5%値である。 In FIG. 7, the first column indicates the percentage of the link bandwidth, the second column is the number of upper flows occupying x% (the number of flows specified in the present invention), and the third column is the flow group occupying x%. True value of bandwidth usage, 4th column is the average of estimated bandwidth usage of the flow group occupying x% (estimation according to the present invention), 5th column is estimation of bandwidth usage of the flow group occupying x% The lower 2.5% value is the lower 2.5% value, and the sixth column is the upper 2.5% value of the estimated band usage of the flow group occupying x%.
図7からわかるように、上記推定結果は、884,480〜904,444の間に95%の信頼度で入るということになり、その区間内に、真の値894,462が含まれているので、推定OKということになる。これより、本例における推定法が適切であることが確認できる。 As can be seen from FIG. 7, the above estimation result falls between 884, 480-904, and 444 with 95% reliability, and true values 894 and 462 are included in the section. Therefore, it is estimated OK. This confirms that the estimation method in this example is appropriate.
なお、本発明を実現するためのプログラム(すなわち、パケットサイズ読み出し部21、リンク使用帯域算出部22、使用帯域管理部23、サンプリング部24、パケットヘッダ解析部25、フロー管理部26、フローパケット数推定部27の各種機能を実現するためのプログラム)は、CD−ROM、DVD、FDやインターネットを介して広く市場に流通させることができる。
Note that a program for realizing the present invention (that is, a packet
10:ノード
20:帯域管理装置
21:パケットサイズ読み出し部
22:リンク使用帯域算出部
23:使用帯域管理部
24:サンプリング部
241:カウンター
25:パケットヘッダ解析部
26:フロー管理部
261:フロー管理テーブル
27:フローパケット数推定部
30:ノード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Node 20: Band management apparatus 21: Packet size reading part 22: Link use band calculation part 23: Use band management part 24: Sampling part 241: Counter 25: Packet header analysis part 26: Flow management part 261: Flow management table 27: Flow packet number estimation unit 30: Node
Claims (11)
予め定められた測定周期T内においてサンプリングレートfでパケットをサンプリングするステップと、該ステップでサンプリングされたパケット情報を用いて、リンク使用帯域に関する上位フロー群を特定するステップを有し、
該上位フロー群を特定するステップは、
フローjからサンプリングされたパケット数Yjを測定し、フローjをYjに関して降順にソートするステップと、サンプリングされた総パケット数をnとし、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施するステップと、前記無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定するステップと、フローjの平均パケットサイズLjをLj={フローjからサンプリングされたパケットの総バイト数}/Yjにより推定するステップと、該リンク使用帯域A[bps]を測定するステップと、Σj=1〜m(Wj×Lj)>x/100×AT(xは予め定められた目標値)を満たす最小のmを求め、フロー1からmまでをリンク使用帯域のx%を占める上位フロー群として特定するステップからなることを特徴とする帯域管理方法。 In a bandwidth management method using a computer that samples a packet in a node of a communication network, manages information of a flow to which the sampled packet belongs, and manages a bandwidth used for each flow in an output link from the node.
Possess a step of sampling the packets at a sampling rate f in a predetermined within the measurement period T, by using the packet information sampled in said step, a step of identifying the upper flow group Links used band,
The step of identifying the upper flow group includes:
Measure the number of packets sampled Yj from flow j, sort flow j in descending order with respect to Yj, and set the total number of packets sampled to n, and use random sampling for sampling And a step of estimating the number of packets sampled from the flow j by the random restoration extraction as Zj and the original number of packets included in the flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj} , Estimating the average packet size Lj of the flow j by Lj = {total number of bytes of packets sampled from the flow j} / Yj, measuring the link bandwidth A [bps], and Σj = 1˜ m (Wj × Lj)> x / 100 × AT (where x is a predetermined target value) is determined as the minimum m, and flows 1 to m are x of the link usage bandwidth. Bandwidth management method characterized by comprising the step of identifying as a higher flow group occupying.
前記フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定するステップに代えて、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×Yjにより推定するステップを有することを特徴とする帯域管理方法。 In the bandwidth management method as claimed in claim 1,
Instead of estimating the number of original packets included in the flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}, the number of original packets included in the flow j is estimated by Wj = 1 / f × Yj. A bandwidth management method comprising the steps of:
サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施するステップ、および、無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定するステップに代えて、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する処理をdセット繰り返して実施するステップ、および、フローjからサンプリングされたパケット数をZjとして、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj/d}により推定する、あるいは、Vj^{(i)} = min(Yj,Zj^{(i)} ),(ここでi=1,2、・・d、ただしZj^{(i)} はi番目のゼットでサンプルされたフローjのパケット数)を用意し、これらを降順に並べ、予め定めたk番目を抜き出し(1≦k≦d)、Wj=1/f×Vj^{(k)}により推定するステップを有することを特徴とする帯域管理方法。 The bandwidth management method according to claim 1 ,
A step of performing random restoration extraction n times using the sampled packets as a population, and the number of packets sampled from the flow j by random restoration extraction as Zj, and the number of original packets included in the flow j as Wj = In place of the step of estimating by 1 / f × min {Yj, Zj}, a step of repeatedly performing a process of performing random restoration extraction n times with a sampled packet as a population, d sets, and from flow j Zj is the number of sampled packets, and the number of original packets included in flow j is estimated by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj / d}, or Vj ^ {(i)} = min (Yj , Zj ^ {(i)}), (where i = 1, 2,... D, where Zj ^ {(i)} is the number of packets of flow j sampled in the i th jet) These are arranged in descending order and determined in advance. k-th withdrawal (1 ≦ k ≦ d), the bandwidth management method characterized by comprising the step of estimating by Wj = 1 / f × Vj ^ {(k)}.
フロー1からmまでを低優先キューに収容するのに代えて、該上位フロー群を別の経路へ迂回させることを特徴とする帯域管理方法。 The bandwidth management method according to claim 4 , wherein
A bandwidth management method characterized in that instead of accommodating flows 1 to m in a low priority queue, the upper flow group is detoured to another route.
予め定められた測定周期T内においてサンプリングレートfでパケットをサンプリングする手段と、該手段でサンプリングされたパケット情報を用いて、リンク使用帯域に関する上位フロー群を特定する手段を有し、
該上位フロー群を特定する手段は、
フローjからサンプリングされたパケット数Yjを測定し、フローjをYjに関して降順にソートする手段と、サンプリングされた総パケット数をnとし、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する手段と、前記無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する手段と、フローjの平均パケットサイズLjをLj={フローjからサンプリングされたパケットの総バイト数}/Yjにより推定する手段と、該リンク使用帯域A[bps]を測定する手段と、Σj=1〜m(Wj×Lj)>x/100×AT(xは予め定められた目標値)を満たす最小のmを求め、フロー1からmまでをリンク使用帯域のx%を占める上位フロー群として特定する手段からなることを特徴とする帯域管理装置。 In a bandwidth management apparatus using a computer that samples a packet in a node of a communication network, manages information of a flow to which the sampled packet belongs, and manages a bandwidth used for each flow in an output link from the node.
Possess a means for sampling the packets at a sampling rate f in a predetermined within the measurement period T, by using the packet information sampled in said means, a means for specifying a higher flow group Links used band,
The means for specifying the upper flow group is:
Measures the number of packets Yj sampled from the flow j, sorts the flow j in descending order with respect to Yj, and sets the total number of packets sampled to n, and uses the sampled packets as a population to perform random restoration extraction n times Means for carrying out, and means for estimating the number of packets sampled from the flow j by the random restoration extraction as Zj and the original number of packets included in the flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}; , Means for estimating the average packet size Lj of the flow j by Lj = {total number of bytes of packets sampled from the flow j} / Yj, means for measuring the link bandwidth A [bps], and Σj = 1˜ m (Wj × Lj)> x / 100 × AT (where x is a predetermined target value) is determined as the minimum m, and flows 1 to m are upper flows that occupy x% of the link bandwidth. Band management apparatus which comprises a means for identifying as.
フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する手段に代えて、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×Yjにより推定する手段を有することを特徴とする帯域管理装置。 The bandwidth management device according to claim 7 ,
Instead of means for estimating the number of original packets included in flow j by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj}, the number of original packets included in flow j is estimated by Wj = 1 / f × Yj. A bandwidth management apparatus comprising means.
サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する手段、および、無作為復元抽出によりフローjからサンプリングされたパケット数をZjとし、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj}により推定する手段に代えて、サンプリングされたパケットを母集団として無作為復元抽出をn回実施する処理をdセット繰り返して実施する手段、および、フローjからサンプリングされたパケット数をZjとして、フローjに含まれる元のパケット数をWj=1/f×min{Yj,Zj/d}により推定する、あるいは、Vj^{(i)} =min(Yj,Zj^{(i)} ),(ここでi=1,2、・・d、ただしZj^{(i)} はi番目のゼットでサンプルされたフローjのパケット数)を用意し、これらを降順に並べ、予め定めたk番目を抜き出し(1≦k≦d)、Wj=1/f×Vj^{(k)}により推定する手段を有することを特徴とする帯域管理装置。 The bandwidth management device according to claim 7 ,
A means for performing random restoration extraction n times with a sampled packet as a population, and the number of packets sampled from flow j by random restoration extraction as Zj, and the original number of packets included in flow j as Wj = In place of means for estimating by 1 / f × min {Yj, Zj}, means for repeatedly performing d sets of processes for performing random restoration extraction n times using a sampled packet as a population, and from flow j The number of sampled packets is set as Zj, and the number of original packets included in the flow j is estimated by Wj = 1 / f × min {Yj, Zj / d}, or Vj ^ {(i)} = min (Yj , Zj ^ {(i)}), (where i = 1, 2,... D, where Zj ^ {(i)} is the number of packets of flow j sampled in the i th jet) These are arranged in descending order, and the predetermined kth is extracted. Out (1 ≦ k ≦ d), the bandwidth management apparatus characterized by comprising means for estimating the ^ Wj = 1 / f × Vj {(k)}.
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