JP4598123B2 - ２つのルーティングドメイン間のリンクの障害に対する迅速な対応として代替経路を提供する方法 - Google Patents

Description

本発明は、パケット指向のネットワークにおける２つのルーティングドメイン間のリンクの障害に対する迅速な対応として代替経路を提供する方法に関する。

本発明はインターネットテクノロジの分野、より詳細にはパケット指向のネットワークにおけるルーティング方法の分野に関するものであり、またリアルタイム条件の下でのデータ伝送を意図している。

今日のネットワークの分野においておそらく最も重要な発展は音声ネットワークおよびデータネットワークの収束である。重要な将来のシナリオは、データ、音声およびビデオ情報がパケット指向のネットワークを介して伝送され、新たに開発されたネットワークテクノロジはそれらの伝送時に種々のトラフィッククラスに対して要求される特性が維持されることを保証することである。種々の種類のトラフィックのための将来のネットワークはパケット指向で処理される。目下の発展段階では、データトラフィックに関して従来使用されているネットワーク、殊にＩＰ（インターネットプロトコル）を基礎とするネットワークを介して伝送を行っている。

パケット指向のネットワーク、また殊にＩＰを基礎とするネットワークを介する音声通信を、回線交換型のネットワークを介する音声伝送に相等する品質で実現するために、例えば僅かな限界内でのデータパケットの遅延またはジッタのような品質パラメータが遵守されなければならない。音声伝送の場合には提供されるサービスの品質に関して、実質的に１５０ミリ秒の遅延時間を上回らないことがより重要になる。相応に僅かな遅延を達成するために、データパケットの迅速な処理を実現すべき、改善されたルータおよびルータアルゴリズムにおいて処理が行われる。ＩＰネットワークを介するルーティングにおいては通常の場合イントラドメインルーティングとインタードメインルーティングが区別される。通常の場合インターネットを介するデータ伝送には種々のネットワークプロバイダのネットワークが包含されている（ここではまた加入者、ドメインまたはいわゆる自律系（英語：Autonomous System）も対象となる）。ネットワークプロバイダは自身の管轄領域に属するドメイン内でのルーティングに対する権限を有する。このドメイン内においてネットワークプロバイダは、サービス品質特徴を遵守できる限りにおいて、ルーティングにおける特性を固有の要望に応じて任意に適合させることができる自由度を有する。他方では種々のドメイン間のルーティングの際に、異なるドメインオペレータが相互に接続される状況が生じる。インタードメインルーティングは、一方において種々のドメインを介する目的地への可能な限り最適な経路が検出されるべきであるが、他方においてオブジェクト的な判定基準にしたがった最適な経路の包括的な計算を行うストラテジをドメインオペレータが局所的に使用することによってより複雑になる。例えばあるストラテジにおいては、所定の起源のトラフィックに関しては所定の国のネットワークプロバイダのドメインを回避しなければならない。しかしながら通常の場合このストラテジは、そのトラフィックをルーティングするドメインを有する全てのネットワークプロバイダには既知ではない。すなわちネットワークプロバイダは、メトリックの意味において最適な経路に関する完全な情報を使用することなく、トラフィックを転送するドメインに関する判断を局所的に下さなければならない。このストラテジはしばしば英語で「Policies」と表される。

種々のドメイン間のルーティングに関してはいわゆる外部ゲートウェイプロトコル（Exterior-Gateway-Protokolls）ＥＧＰが使用される。現在のところインターネットにおいては、ＲＦＣ（Request for Comments）１７７１に詳細に記載されているボーダ・ゲートウェイ・プロトコルバージョン４（Border-Gateway-ProtokollはしばしばＢＧＰと省略される）が多く使用されている。ボーダ・ゲートウェイ・プロトコルはいわゆるパス・ベクトル・プロトコル（Path-Vector-Protokoll）である。ＢＧＰインスタンス（英語の文献においては「ＢＧＰスピーカ」という用語が頻繁に用いられる）には自身の隣接ＢＧＰから、それぞれの隣接ＢＧＰを介して到達できる目的地までの考えられる経路に関する情報が通知される。同様に通知された経路の特性（英語「path attributes」）に基づき、ＢＧＰインスタンスは到達可能な目的地についてその局所的な観点からその都度最適な経路を得る。ＢＧＰプロトコルの枠内においては、ＢＧＰインスタンス間で４つのタイプのメッセージが交換され、それらのメッセージにはいわゆる更新メッセージまたは変更メッセージがあり、これらのメッセージにより経路情報がネットワーク全体を通って伝播され、ネットワークをトポロジ変更に応じて最適化することが可能になる。更新メッセージを送信することにより通常の場合は、局所的に存在する情報に応じて最適化されたルーティングの意味においてネットワークの全てのＢＧＰインスタンスにおける経路情報の適合が行われる。その他にはいわゆるキープアライブメッセージまたは状態確認メッセージにより、ＢＧＰインスタンスは自身の隣接ＢＧＰに自身の機能性を通知する。このメッセージを受信しない限り、隣接ＢＧＰはＢＧＰインスタンスへのリンクに障害は発生していないことを前提とする。

ＢＧＰプロトコルを用いるトポロジ情報の伝播は、変更が頻繁に示される場合には、その変更を示すためにネットワークを伝播するメッセージの著しい負荷が生じ、また変更メッセージが非常に短期間で次々に送信される場合にはネットワークが集束しないという欠点を有する。ネットワークが集束されない、もしくはインタードメインルーティングが安定しないという問題に対してはいわゆるルートフラップダンピングアプローチが行われていた。このコンセプトに関する着想は、隣接ＢＧＰによる変更の表示を許可制で行うことである。変更メッセージを受信した際にはダンピングパラメータが高められ、このダンピングパラメータが閾値を上回る場合には変更通知が無視される。ダンピングパラメータは指数的に時間と共に低下する。その結果、ダンピング値が下側閾値（再利用閾値）を下回らない限り、ＢＧＰインスタンスの変更通知は無視される。しかしながらこの方法は潜在的なコネクションが失われるという危険を伴うという欠点を有しており、これはリアルタイムトラフィックにとって許容できるものではない。

EP 1453250には、インタードメインルーティングにおけるリンク障害時に対する迅速な対応に関する方法によってＢＧＰプロトコルを補完するアプローチが記載されている。このアプローチは代替経路を提供し、変更メッセージをネットワーク全体に先行して伝播することは必要とされない。ルーティングの変更は代替経路に沿ってのみ行われる。ルーティングのこの限定的な変更により障害に対する迅速な対応が実現される。障害が永続的に続く場合には（恒常的エラー）、トポロジ適合がネットワークにおいてＢＧＰプロトコルを用いて付加的に実施される。

本発明の課題は、インタードメインルーティングにおけるリンクの障害に対する対応として代替経路を提供することである。

この課題は、請求項１記載の方法によって解決される。

本発明はリンクの障害によってインタードメインルーティングに障害が発生した際に代替経路を提供することを目標とする。この種の代替経路を例えばＥＧＰ（外部ゲートウェイプロトコル）プロトコルを用いて計算することができ、またインタードメインルータに保持させることができる。本発明によれば、インタードメインルータはリンクの障害の確認後に代替経路が存在しない場合には隣接するインタードメインルータに問合せを送信する。

隣接するインタードメインルータによって代替経路が通知されると、障害が発生したリンクを迂回する意味においてこの代替経路をインタードメインルーティングに使用することができる。インタードメインルーティングはこの代替経路に沿って調整され、通常の場合は障害が発生したリンクを介してルーティングされるものであったデータパケットはこの代替経路に沿って（例えば１つまたは複数の目標ネットワークプレフィクスによって表される）目的地に送信される。

リンクの障害とは２つのルーティングドメイン間のコネクションないし連結性が遮断されるあらゆる障害であると解される。ルーティンドメイン（文献によっては「自律系」または「部分ネットワーク」ないし「サブネットワーク」とも表記されている）はドメイン内の画一的なルーティングによって特徴付けられている。例えばドメイン内ではパケットがＯＳＰＦ（オープン・ショーテスト・パス・ファースト：Open shortest path first）プロトコルを用いてルーティングされる。これに対して本発明はドメイン間のルーティング（インタードメインルーティング）に関するものであり、ドメイン間のリンクの障害に迅速且つ（ＢＧＰトポロジ変更に比べて）より安定的に対応するために代替経路を提供する方法が提供される。ルーティングドメインのリンクの障害が確認される。この確認はルーティングドメインのルータによって行われ、このルータはインタードメインルーティングのためのプロトコルソフトウェアが実装されている。この種のルータを以下ではインタードメインルータ、ＥＧＰルータ（ＥＧＰ：外部ゲートウェイプロトコル）またはＥＧＰインスタンスと称する。ＢＧＰプロトコル（ＢＧＰ：ボーダ・ゲートウェイ・プロトコル）はＢＧＰスピーカまたはＢＧＰインスタンスとも称される。代替経路の提供後にリンクの障害に関するメッセージが伝播されるが、このメッセージは（ＢＧＰのように）ネットワーク全体に伝播されるのではなく、代替経路に沿ってのみ伝播される。メッセージを受信するルータは自身のドメインルーティングを代替経路に沿ったルーティングに関して調整する。このことは例えば、代替経路上に存在するドメインに属するインタードメインルータのルーティングテーブルを変更することによって行われる。

本発明によれば、インタードメインルータはリンクの障害の確認後に、ルータに代替経路が存在するか否かを検査する。代替経路が存在しない場合には、要求メッセージが隣接するインタードメインルータに送信され、これにより少なくとも１つの代替経路の伝送が要求される。この要求メッセージは例えば障害が発生したリンクに関する情報および到達すべき目的地に関する情報を包含するので、メッセージを受信したインタードメインルータはその障害の発生したリンクを回避する目的地までの経路を探索することができる。隣接するインタードメインルータ内に代替経路が存在する場合には、そのことが応答メッセージの枠内において伝送される。複数の代替経路が存在する場合には全ての代替経路を通知することができるか、適切な判定基準（メトリック、帯域幅、アベイラビリティ）にしたがって最適な代替経路を通知することができる。このコンセプトを、代替経路が存在しない場合には問合せを行ったインタードメインルータにその問合せの結果を通知するために応答メッセージも送信されるように拡張することができる。

隣接するインタードメインルータは、別のインタードメインルータを介在することなく相互に通信することができるインタードメインルータである。原理的に、隣接するインタードメインルータは同一の自律系内に存在するか、異なる自律系内に存在する。これらのインタードメインルータを直接的に１つのリンクによって接続することができるか、インタードメインルーティングを支援しない別のルータを介して接続することができる。

本発明はEP 1453250から公知のコンセプトを拡張するものである。本発明によれば、リンクの障害を回避するインタードメインルーティングのための代替経路を、この代替経路が障害の識別時点において隣接するインタードメインルータにのみ存在する場合にも得ることができ、また使用することができる。

代替経路が存在しない場合には、要求メッセージを到達可能な隣接する全ての内部ＢＧＰルータに送信することは有意義である（リンクの障害により隣接するＥＧＰルータの非到達可能性が生じる可能性がある）。

障害への対応の際に時間係数は非常に重要な役目を果たすので、これは代替経路の通知を待機することによって過度に長く延期されるべきではない。したがって拡張形態によれば、時間発生器ないしタイマを使用し、タイマの終了時にはその時点までに得られた代替経路を考慮することが提案される。例えば、タイマの終了後に通知された代替経路から判定基準、例えばメトリックおよびアベイラビリティにしたがって最も好適な代替経路を選択することができる。別の構成においては、リンクの障害に起因する遅延を最小にするために、タイマ終了時間内に通知された最初の代替経路を使用する。タイマ終了時間内に代替経路が隣接するＥＧＰルータから通知されない場合には、使用されるＥＧＰプロトコルにしたがった障害に対する対応、例えばＢＧＰプロトコルを用いるトポロジ適応を実施することができる。

本発明は、ＥＧＰプロトコルを用いる他のルータとの通信用に設計されているルータ（ＥＧＰルータ）、また付加的に本発明による方法を（殊に要求メッセージおよび応答メッセージの送信／受信／評価に関して）実施するための手段にも関する。この手段はハードウェア手段（ＣＰＵ，ＡＳＩＣ）も、ソフトウェア手段（コンピュータルーチン、通信プロトコル）も包含する。

以下では本発明の対象を図面に示した実施例に基づき詳細に説明する。ここで、
図１はＢＧＰインタードメインルーティングを用いるリンクの障害時のＢＧＰプロトコルによる対応を示す。

図２は代替経路の提供によるリンクの障害に対する対応を示す。

図３は隣接するＢＧＰインタードメインルータを有するネットワークコンフィギュレーションを示す。

図４は代替経路を通知するためのメッセージ交換を示す。

図１および図２を用いて、EP 1453250にも記載されているような、インタードメインルーティングの際の代替経路の使用のコンセプトを説明する。ここではＥＧＰプロトコルとしてＢＧＰプロトコルを使用することを前提とする。

図１は１１個の自律系ないしルーティングドメインＡＳ−１からＡＳ−１１ならびにそれらの自律系を相互に接続するリンクを示す。自律系はＢＧＰプロトコルを用いて相互に通信し、自律系の個々のルータには相応のプロトコル機能が備えられている。ここでＢＧＰスピーカまたはＢＧＰインスタンスを説明する。このＢＧＰインスタンスを用いて自律系はメッセージを相互に交換し、それらのメッセージは記憶されている状態を確認するか、ルーティングに関して考慮すべき変更を通知する。図１においては、ＢＧＰプロトコルによる制御によってリンクの障害にどのように対応するかが示唆されている。この実施例においては、自律系ＡＳ−６とＡＳ−８との間のリンクに障害が発生している。障害に対する対応として（対応は矢印によってはっきりと示されている）、いわゆる更新メッセージがネットワーク全体に伝播されるか、１１個の自律系ＡＳ−１〜ＡＳ−１１が局所的なメトリックの意味において最適な経路の再計算を指示するメッセージを受信する。

図２は図１と同様にネットワーク化された自律系を示す。図２においては、自律系ＡＳ−６とＡＳ−８との間のリンクの障害に対して代替経路を提供する迅速な対応が示されている。障害が発生したリンクを介して案内されている経路に関する代替経路上にある自律系にメッセージが送信される。自律系ＡＳ−８はリンクの障害に関するメッセージを自律系ＡＳ−７に送信し、この自律系ＡＳ−７はやはりメッセージを自律系ＡＳ−５に送信する。自律系ＡＳ−８は自律系ＡＳ−７およびＡＳ−５を介して、図面の右側半分の全ての自律系、すなわち自律系ＡＳ−１〜ＡＳ−４およびＡＳ−６にアクセスすることができるので、ＡＳ−８から受信したリンクの障害に関するメッセージを自律系ＡＳ−５からさらに伝播する必要はない。同様に、自律系ＡＳ−６はメッセージを自律系ＡＳ−５に送信する。続いてこの自律系ＡＳ−５は自律系ＡＳ−７に情報を通知する。したがって自律系ＡＳ−５〜ＡＳ−８がリンクの障害に関するものであり、これらの自律系が障害の発生したリンクを介して案内される経路に関する代替経路を提供ないし識別する。図１に示されているＧＢＰプロトコルを用いる対応とは異なり、ネットワーク全体を介してメッセージを伝播する必要はない。図面において自律系ＡＳ−１〜ＡＳ−４およびＡＳ−９〜ＡＳ−１１はリンクの障害に関するメッセージを受信することはなく、また適合を実施する必要もない。

図３にはインターネットトポロジが示されている。このインターネットトポロジにおいては雲状の自律系（ＡＳ）、すなわちＡＳ−１，ＡＳ−２およびＡＳ−３が示されている。このインターネットトポロジを図１および図２の一部としてみなすことができる（図１および図２においては自律系ＡＳ−１とＡＳ−２との間のコネクションが補完されるものとする）。これらの自律系はボーダ・ゲートウェイ・プロトコルを用いて自身のアクセス可能性情報（ルート）を交換する。自律系におけるルータＲ１，Ｒ２およびＲ３はＢＧＰルータである。すなわちこれらのルータはＢＧＰプロトコルを用いて別のＢＧＰインスタンスと通信する。この図に示されているように、自律系ＡＳ−１とＡＳ−３との間のコネクションに障害が発生した場合には、自律系ＡＳ−３までの新たなルートを発見し、連結性を再び確立しなければならない。

このシナリオを自律系ＡＳ−１の観点から説明する。リンクの障害を最初に確認するＡＳ−１内のルータＲ３は自律系ＡＳ−３への択一的なルートが存在しないことを識別する。これに対してＡＳ−１内のルータＲ２は、自律系ＡＳ−２を介する自律系ＡＳ−３までのルートが存在することを認識する。標準化されたＢＧＰ特性は使用不可能性を伝播し、インターネット全体に障害についての通知が行われる。本発明により提案されるメカニズムは、ＡＳ−１内のルータＲ３がＡＳ−１内の隣接するルータＲ１およびＲ２に、択一的なルートを識別したか否かを問い合わせる。

この種の問合せは図４において矢印によって示されている。代替経路はＦａＳＲｏ経路（Fast Scoped Rerouting Path）と表されている。図４に示されているように、隣接する多数のＢＧＰルートに対して代替経路に関する問い合わせが行われる（図４におけるＲ１〜Ｒｎ）。さらには、応答メッセージ（reply for FaSRo-Path）がＢＧＰルートＲ４（図３には図示せず）から返送されることが示されている。この応答は、応答が考慮される最大期間内に行われる（reply interval）。したがってＢＧＰルータＲ１はこの代替経路に対応するルーティングを行う。応答期間内にルータから応答を受信しなかった場合には、ＢＧＰは自身の固有のメカニズムを使用し、変更をインターネット全体に伝播することになる。EP 1453250に記載されているように、リンクに永続的に障害が発生している場合（persistent error）には、ＢＧＰメカニズムを補完的に使用することもできる。

ＢＧＰインタードメインルーティングを用いるリンクの障害時のＢＧＰプロトコルによる対応を示す。 代替経路の提供によるリンクの障害に対する対応を示す。 隣接するＢＧＰインタードメインルータを有するネットワークコンフィギュレーションを示す。 代替経路を通知するためのメッセージ交換を示す。

Claims (6)

1. パケット指向のネットワークにおける２つのルーティングドメイン（ＡＳ１，ＡＳ３）間のリンクの障害に対する迅速な対応として代替経路を提供する方法であって、
   −複数のルーティングドメインのうちの１つのルーティングドメイン（ＡＳ１）によって前記リンクの障害を確認し、
   −障害が発生したリンクを介して目的地まで案内される少なくとも１つの経路に関して、前記目的地までの少なくとも１つの代替経路を以下のようにして提供し、すなわち
   −−前記代替経路上にあるルーティングドメイン（ＡＳ２，ＡＳ３）にメッセージを送信し、且つ
   −−前記代替経路上にあり、メッセージを受信したルーティングドメイン（ＡＳ２，ＡＳ３）がインタードメインルーティングを前記代替経路に沿った前記目的地までのルーティングに応じて調整し、該調整を全てのルーティングドメイン（ＡＳ２，ＡＳ３）が前記目的地までの前記代替経路におけるルーティングに応じてインタードメインルーティングを調整し終わるまで行うことにより、前記目的地までの少なくとも１つの代替経路を提供する方法において、
   −前記障害を１つのインタードメインルータ（Ｒ３）によって確認し、
   −前記インタードメインルータ（Ｒ３）によって、該ルータ内に代替経路が記憶されているか否かを検査し、
   −前記障害を確認した前記インタードメインルータ（Ｒ３）内に代替経路が存在しない場合には、少なくとも１つの隣接するインタードメインルータ（Ｒ１，Ｒ２）に要求メッセージを送信し、該メッセージの送信により少なくとも１つの代替経路の伝送を要求し、
   −前記隣接するインタードメインルータ（Ｒ１，Ｒ２）内に少なくとも１つの代替経路が存在する場合には、該代替経路の存在を応答メッセージの枠内において、前記障害を確認した前記インタードメインルータ（Ｒ３）に通知することを特徴とする、代替経路を提供する方法。
2. 前記要求メッセージを全ての隣接するインタードメインルータ（Ｒ１，Ｒ２）に送信する、請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１つの要求メッセージを送信する際にタイマを始動し、
   タイマの終了前に通知された代替経路のみを前記目的地までのインタードメインルーティングに関して考慮する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記タイマの終了前に代替経路が通知されない場合には、リンクの障害を考慮した前記インタードメインルーティングの適合をボーダ・ゲートウェイ・プロトコルにより行う、請求項３記載の方法。
5. 前記要求メッセージは障害の発生したリンクに関する情報を包含する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法を実行可能であることを特徴とするインタードメインルータ（Ｒ１）。

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