JP4612645B2 - Ｍｐｌｓネットワークにおけるデータ転送方法、エッジルータ、ａｓ境界ルータおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）を用いた通信技術に関する。

近年、ＩＰ（Internet Protocol）電話やＩＰ放送などの新サービスが登場したり、既存の専用線サービスからＩＰネットワークサービスへの移行が進んだりしており、様々なサービスをＩＰネットワークへ統合することが期待されている。そして、多様なサービスをＩＰネットワークに収容するために、複数のサービスの論理的分離（物理的に同じ通信回線を用いて複数のサービスを実現すること）や信頼性の向上などの観点からＭＰＬＳ（たとえば非特許文献１参照）の利用が期待されている。

また、ＭＰＬＳは、コネクション型通信（データが通信相手に到達したことを通信装置同士が確認しながら行う通信）の技術であり、転送パケットに経路情報などを示す短い固定長のラベルを付加することでルータにおけるＩＰヘッダ解釈を省略させる技術、つまり、ラベルスイッチング機能による技術である。そして、ＭＰＬＳでは、従来のＩＰネットワークでは必要のなかった仮想パスであるＬＳＰ（Label Switched Path）の管理が必要となる。

ＭＰＬＳネットワークが大規模化すると、必要になるＬＳＰの本数が急増する。特に、ＩＰ電話のようにユーザ機器間の通信が主体のサービスにＭＰＬＳを適用しようとすると、ユーザ機器を収容しているエッジルータ間にフルメッシュ（各拠点が他のすべての拠点とつながれ、網の目のようになっている状態）のＬＳＰが必要となる。ＬＳＰをフルメッシュに確立する場合、ネットワーク全体で必要なＬＳＰの本数はエッジルータ数の二乗のオーダとなる。

つまり、エッジルータ数が数百になると、数万〜数十万本のＬＳＰが必要となるが、数万本のＬＳＰを運用管理することは事実上困難である。この問題を解決するために、たとえば、非特許文献２では、ネットワークを複数のドメイン（エリア）に分割して、そのドメインごとにＬＳＰを確立することで、ＬＳＰの本数を減らす技術が開示されている。
E.Rosen, A.Viswanathan, R.Callon,"MultiprotocolLabel Switching Architecture", RFC3031, [online], January 2001, IETF, Section 2.1, 3.1〜3.6, 3.9, 3.25, 3.27, [平成１９年２月１９日検索],インターネット＜ＵＲＬ：http://www.ietf.org/rfc/rfc3031.txt＞ 小島久史、外４名、「ドメイン分割によるＭＰＬＳネットワーク大規模化の一検討」、信学会総合大会、２００６年３月、B-6-89

しかしながら、前記した非特許文献２の技術は、ＯＳＰＦ(Open Shortest Path First)のマルチ（複数）エリアのみに適用可能なものである。また、エリアの単位としてはＡＳ（Autonomous System）もあり、たとえば、１つのＡＳはＯＳＰＦのマルチエリアを包含することができる。そして、前記した非特許文献２の技術は、プロトコルの相違などにより、複数のＡＳから構成されるＭＰＬＳネットワークには適用できないという問題があった。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、ＭＰＬＳネットワークに必要となるＬＳＰの本数を従来よりも少なくすることを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ラベルスイッチング機能を有する複数のＭＰＬＳルータを含むＡＳを複数備えたＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法である。ＭＰＬＳルータは、ＭＰＬＳネットワークの外部のユーザ機器と接続されるエッジルータと、他のＡＳとの境界に位置するＡＳ境界ルータと、を含む。エッジルータとその同じＡＳ内のＡＳ境界ルータの間、および、異なるＡＳのＡＳ境界ルータ同士の間において、ＬＳＰを確立する。宛先となるエッジルータである宛先エッジルータに対してパケットを送信するエッジルータである送信元エッジルータは、パケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと宛先エッジルータを示すラベルとをパケットに付与してＭＰＬＳフレームとし、そのＭＰＬＳフレームを同じＡＳ内のＡＳ境界ルータに送信する。ＡＳ境界ルータは、受信したＭＰＬＳフレームに含まれるラベルに基づいて次の転送先となるＡＳを決定してそのＭＰＬＳフレームをそのＡＳのＡＳ境界ルータに転送する。宛先エッジルータと同じＡＳ内のＡＳ境界ルータは、受信したＭＰＬＳフレームに含まれる宛先エッジルータを示すラベルを参照してその宛先エッジルータにそのＭＰＬＳフレームを転送する。

かかる発明により、ＡＳごとにＬＳＰを確立し、ＡＳの境界でＬＳＰの乗せ替えを行うことで、ＭＰＬＳネットワークに必要となるＬＳＰの本数を従来よりも少なくすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法であり、送信元エッジルータは、パケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと宛先エッジルータを示すラベルとを、ＭＰＬＳフレームを転送する各ＡＳ境界ルータが参照する順番に外側から配置する。ＡＳ境界ルータは、受信したＭＰＬＳフレームの一番外側に配置されたラベル値に基づいて次の転送先となるＡＳを決定し、転送時に他のＡＳへＭＰＬＳフレームを転送する場合はその一番外側に配置されたラベルを参照した後に削除する。

かかる発明により、パケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと宛先エッジルータを示すラベルを、ＭＰＬＳフレームを転送するＡＳ境界ルータが参照する順番に外側から配置することで、通常のラベルスイッチング機能で本発明を実現することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法であり、ＭＰＬＳルータは、ルーティングプロトコルとしてＢＧＰを使用し、ＡＳを示すラベルの値としてＡＳ番号を用いる。宛先エッジルータは、予め、自身を示すラベルを、ＢＧＰを使用してＭＰＬＳネットワーク全体に広告する。送信元エッジルータは、ＢＧＰで受信したパケットが経由するすべてのＡＳを示す各ＡＳ番号と宛先エッジルータを示すラベルとを基に、送信するパケットにその経由するすべてのＡＳ番号と宛先エッジルータを示すラベルとを付与する。

かかる発明により、パケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと宛先エッジルータを示すラベルの使用を、ＢＧＰを拡張すること（既存のＢＧＰを流用し、新たな宛先エッジルータを示すラベルを広告すること。以下同様）で実現することができ、新たなプロトコルの開発を不要とすることができる。

請求項４〜請求項６および請求項７〜請求項９の発明により、それぞれ、請求項１〜請求項３の発明におけるエッジルータとＡＳ境界ルータを実現することができる。また、請求項１０の発明により、請求項１〜請求項３の発明をコンピュータに実行させるプログラムを実現することができる。

本発明によれば、ＭＰＬＳネットワークに必要となるＬＳＰの本数を従来よりも少なくすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、複数のＡＳで構成されたネットワークを前提とする。また、ＡＳ間のルーティングプロトコルとしてＢＧＰ（Border Gateway Protocol）を用いることとする。さらに、宛先エッジルータを識別するラベル（以下、「ルータラベル」ともいう。）をネットワークに広告する手段として、ＢＧＰを拡張してラベル情報を運ぶことを前提とする。また、ＭＰＬＳのＰＨＰ（Penultimate Hop Popping）の仕様に合わせて、転送ラベル（以下において、「＊１」などと記載）はＬＳＰ終点の１ホップ前ではずされることとし、また、１ホップしかないＬＳＰの場合には転送ラベルは最初から付与されないものとする。

図１は、本実施形態のＭＰＬＳネットワークなどを示す全体構成図である。図１に示すように、ＭＰＬＳネットワーク１は、ＡＳ２１（２），ＡＳ２２（２），ＡＳ２３（２）、および、それらのＡＳ２１〜２３を相互に接続するＡＳ２９（２）の４つのＡＳ（以下、４つのＡＳを総称するときは「ＡＳ２」または「ＡＳ」という。）から構成される。なお、それぞれのＡＳは、別々の事業者に割り当てられていてもよいし、また、同一の事業者に割り当てられたもの（たとえば、ルーティングプロトコルのスケーラビリティ向上などを目的として１つのＡＳを分割してサブＡＳとした場合など）であってもよい。

各ＡＳ２は、ＭＰＬＳを実現する（すなわち、ラベルスイッチング機能を有する）ＭＰＬＳルータであるＡＳ境界ルータ３、エッジルータ４および中継ルータ５のすべての種類、または一部の種類を備えている。ＡＳ境界ルータ３は、他のＡＳとの境界に位置するＭＰＬＳルータであり、具体的には、ＭＰＬＳルータＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＨ（以下、単に「ルータＢ」などともいう。）である。エッジルータ４は、ＡＳのエッジに存在してユーザ機器を収容するＭＰＬＳルータであり、具体的には、ルータＡ，ＧおよびＩである。中継ルータ５は、ＬＳＰの経路上に位置するＭＰＬＳルータであり、図１ではルータＡ，Ｂ間、ルータＣ，Ｄ間、および、ルータＦ，Ｇ間に１つずつしか示していないが、それらの箇所に２つ以上あってもよいし、その他の箇所に存在していてもよい。

なお、ＡＳ境界ルータ３およびエッジルータ４は本実施形態に特有の機能を備えるものであるが、中継ルータ５は通常（従来）のラベルスイッチング機能を有するＭＰＬＳルータであって以下で詳述する本実施形態に特有の機能を具備していなくてもよいので、その構成や機能の詳細な説明は省略する。

各ＡＳ２の境界では、それぞれのＡＳに属するＡＳ境界ルータ３同士の間にＬＳＰ６を確立する。また、ＬＳＰ６と同じ区間に、経路情報とエッジルータ４を示すルータラベルを交換するためのＢＧＰピア７を確立する。本実施形態では、ルータＧに、ユーザネットワーク８内でＩＰアドレス「ａａ」を持つユーザ機器が収容されている。

次に、ＡＳ境界ルータ３およびエッジルータ４の構成と機能について説明する。なお、ＡＳ境界ルータ３およびエッジルータ４に関して同様の構成と機能については、代表してＡＳ境界ルータ３について説明し、異なる機能についてはそれぞれについて説明する。図２は、ＡＳ境界ルータおよびエッジルータの構成と機能を示すブロック図である。

図２に示すように、ＡＳ境界ルータ３は、処理部１１０、ラベルＤＢ（データベース）１０４、ＢＧＰテーブル１０５、ラベルテーブル１０６（ラベル情報）、ネットワークインタフェース１０７およびスイッチ１０８を備えている。
処理部１１０は、ＡＳ境界ルータ３における各処理を行う手段であるが、特に、本実施形態に大きく関係するものを、ＢＧＰプロトコル処理部１０１、ＲＳＶＰ（Resource reSerVation Protocol：ネットワーク資源予約プロトコル）プロトコル処理部１０２およびラベル処理部１０３として示している。また、以下において、処理部１１０が通常のＭＰＬＳルータとしての処理を行う場合は、「処理部１１０」を動作主体として記載する。

ＡＳ境界ルータ３は、具体的には、コンピュータ装置であり、特に図示していないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などから構成される。そして、ラベルＤＢ１０４、ＢＧＰテーブル１０５およびラベルテーブル１０６は、ＨＤＤなどの記憶装置に記憶される情報である。また、処理部１１０は、ＣＰＵによるプログラム実行処理機能により実現される。

ＢＧＰプロトコル処理部１０１は、ＲＦＣ（Request For Comment）などの標準に準拠したＢＧＰプロトコルを動作させる。すなわち、ＢＧＰプロトコル処理部１０１は、他のルータとの間でｅ（External）ＢＧＰやｉ（Internal）ＢＧＰなどのＢＧＰセッションを確立し、自らが保持する経路情報をそのＢＧＰセッションを確立している相手のルータに広告するとともに、その相手のルータから経路情報を受信する役割を担う。そして、ＢＧＰプロトコル処理部１０１がＢＧＰセッションを経由して得た経路情報は、ＢＧＰテーブル１０５に格納される。また、ＢＧＰプロトコル処理部１０１は、前記した通常の機能に加え、エッジルータ４を示すルータラベルの情報をＭＰＬＳネットワーク１内に広告するという本実施形態に特有の役割も果たす。

ＲＳＶＰプロトコル処理部１０２は、ＬＳＰを確立するシグナリングプロトコル（パスによる通信のためにその前に行う情報交換のためのプロトコル）であるＲＳＶＰ−ＴＥ(Traffic Engineering)を動作させる。ＲＳＶＰ−ＴＥプロトコル自体は、ＲＦＣなどで標準として規定されているものをそのまま利用する。

ラベル処理部１０３は、ＢＧＰプロトコル処理部１０１が他のＡＳ境界ルータ３やエッジルータ４から受信した経路情報とエッジルータ４のラベル情報を、ラベルＤＢ１０４に書き込む処理を実行する。また、ラベル処理部１０３は、ＢＧＰプロトコル処理部１０１が受信した経路情報（における宛先ＩＰアドレス）と、宛先ＩＰアドレス情報が経由してきたＡＳ番号、および、宛先ＩＰアドレスに対応するルータラベルを、ＢＧＰテーブル１０５の該当箇所に書き込む（詳細は図４で後記）。なお、これらのラベルＤＢ１０４とＢＧＰテーブル１０５は、ラベルテーブル１０６を生成するために使用される。そして、各ルータがパケットを転送する際は、ラベルテーブル１０６を参照すればよい。

さらに、ＡＳ境界ルータ３において、ラベル処理部１０３は、ＢＧＰの経路情報とＡＳ番号またはルータラベルの情報から、入力ラベル（図５参照）と出力ラベル（次に転送すべきＬＳＰの転送ラベル。図５参照）の対応関係をラベルテーブル１０６に書き込む。一方、エッジルータ４において、ラベル処理部１０３は、宛先ＩＰアドレスと、ＡＳ番号またはルータラベルの対応関係をラベルテーブル１０６に書き込む。なお、これらの詳細については、図５とともに後記する。

続いて、ラベルＤＢ１０４について説明する。ラベルＤＢ１０４は、エッジルータごとのＩＰアドレス（符号２０１）と、それに対応するＡＳ番号（符号２０２）およびルータラベル（符号２０３）の関係を示す情報である。図３は、ラベルＤＢの構成テーブルで、（ａ）は、ラベルＤＢ１０４Ａ（ルータＡのラベルＤＢ１０４を「ラベルＤＢ１０４Ａ」と表記する。他のラベルＤＢ１０４も同様）（１０４Ｂ，１０４Ｃおよび１０４Ｄも同様）であり、（ｂ）は、ラベルＤＢ１０４Ｆである（適宜他図参照）。図３（ａ）に示すように、ラベルＤＢ１０４Ａは、エッジルータのＩＰアドレス２０１、ＡＳ番号２０２およびルータラベル２０３から構成される。これらの情報は、ＢＧＰプロトコル処理部１０１が受信した経路情報（におけるエッジルータ４のＩＰアドレス）とそれに対応するＡＳ番号およびルータラベルを、ラベル処理部１０３がラベルＤＢ１０４Ａの該当箇所に書き込むことで得られる。図３（ｂ）のラベルＤＢ１０４Ｆについても同様である。

なお、エッジルータのＩＰアドレス２０１は、そのエッジルータがＢＧＰテーブル１０５を保持するルータ自身のＡＳと同一のＡＳに存在する場合にのみ書き込まれる。エッジルータに対して最後に直接パケットを送信するのはその同じＡＳに存在するＡＳ境界ルータなので、そのエッジルータが同一のＡＳに存在しない場合は、エッジルータのＩＰアドレス２０１に情報を書き込む必要がないからである。つまり、図３（ｂ）に示すラベルＤＢ１０４Ｆは、エッジルータＧと同一のＡＳに存在するＡＳ境界ルータＦのものなので、エッジルータのＩＰアドレス２０１に、エッジルータＧのＩＰアドレスである「ｇｇ」が記載されている。一方、図３（ａ）に示すラベルＤＢ１０４Ａでは、エッジルータのＩＰアドレス２０１に何も記載されない。

次に、ＢＧＰテーブル１０５について説明する。ＢＧＰテーブル１０５は、宛先ＩＰアドレス（宛先となるユーザ機器のＩＰアドレス。符号３０１）と、そこに到達するまでに経由するＡＳ番号を示すＡＳ＿ＰＡＴＨ（符号３０２）、および、その宛先のユーザ機器を収容するエッジルータのルータラベル（符号３０３）の関係を示す情報である。図４は、ＢＧＰテーブルの例で、（ａ）は、ＢＧＰテーブル１０５Ａ（１０５）（ルータＡのＢＧＰテーブル１０５を「ＢＧＰテーブル１０５Ａ」と表記する。他のＢＧＰテーブル１０５も同様）（ＢＧＰテーブル１０５Ｂも同様）、（ｂ）は、ＢＧＰテーブル１０５Ｃ（１０５）（ＢＧＰテーブル１０５Ｄも同様）、（ｃ）は、ＢＧＰテーブル１０５Ｆ（１０５）である（適宜他図参照）。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＢＧＰテーブル１０５は、宛先ＩＰアドレス３０１、ＡＳ＿ＰＡＴＨ３０２およびルータラベル３０３から構成される。これらの情報は、ＢＧＰプロトコル処理部１０１が受信した経路情報（における宛先ＩＰアドレス。ここではエッジルータＧが収容しているユーザ機器に割り当てられているＩＰアドレス「ａａ」）と、宛先ＩＰアドレス情報が経由してきたＡＳ番号、および、宛先ＩＰアドレスに対応するルータラベルを、ラベル処理部１０３がＢＧＰテーブル１０５の該当箇所に書き込むことで得られる。

図４（ａ）のＢＧＰテーブル１０５Ａでは、ＩＰアドレス「ａａ」を割り当てられているユーザ機器が、ルータラベルが「Ｌ１００」のエッジルータＧの配下に収容されており、そこに到達するにはＡＳ２３とＡＳ２９を経由する必要があることを示している。図４（ｂ）のＢＧＰテーブル１０５Ｃについても同様である。図４（ｃ）のＢＧＰテーブル１０５Ｆについても同様であり、また、ＡＳ＿ＰＡＴＨ３０２に何も記載がないことは、ルータラベルが「Ｌ１００」のエッジルータＧが、自身（ＡＳ境界ルータＦ）と同じＡＳに存在していることを意味する。

なお、図４では、本実施形態に関係のあるＢＧＰの経路情報に関する情報を抽出して示しているが、実際にはＢＧＰで広告される様々な属性情報（次ホップ（Ｎｅｘｔ＿Ｈｏｐ）の情報など）が含まれる。

続いて、ラベルテーブル１０６について説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、ラベルテーブルの例である（適宜他図参照）。以下、まず、代表してエッジルータＡのラベルテーブル１０６Ａ（１０６）について説明する。図５（ａ）に示すように、ラベルテーブル１０６Ａは、宛先ＩＰアドレス４０１、入力ラベル４０２、出力ラベル４０３および出力インタフェース４０４から構成される。これらの情報は、ＢＧＰプロトコル処理部１０１が受信した経路情報などに基づいて、ラベル処理部１０３がラベルテーブル１０６の該当箇所に書き込むことで得られる。

宛先ＩＰアドレス４０１は、入力したパケットの宛先となるＩＰアドレスを示す。入力ラベル４０２は、入力したＭＰＬＳフレーム（パケットと各ラベルの全体のデータ）の一番外側のラベルを示す。出力ラベル４０３は、入力ラベル４０２に記載されたラベルの入力に対応して出力するＭＰＬＳフレームの一番外側に付与するラベルを示す。出力インタフェース４０４は、そのＭＰＬＳフレームを出力するインタフェース番号（図２のネットワークインタフェース１０７の識別子）を示す。

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、エッジルータＡが、自身の収容するユーザ機器（不図示）からのパケットをエッジルータＧの収容するユーザ機器（ＩＰアドレス「ａａ」）に転送するため、ラベルテーブル１０６Ａでは、宛先ＩＰアドレス「ａａ」(符号４０１）と出力ラベル「Ｌ１００，２３，２９，＊１（右から順に外側）」（符号４０３）と出力インタフェース「ＩＦ＃２（ＡＳ境界ルータＢ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号）」（符号４０４）が対応付けられる。なお、出力ラベルの「＊１」は、ＲＳＶＰプロトコル処理部１０２がＲＳＶＰ−ＴＥプロトコルによってＬＳＰを確立する際に割り当てられた転送ラベルである。

一方、図５（ｂ）に示すように、ＡＳ境界ルータＢのラベルテーブル１０６Ｂでは、入力ラベル「２９」（符号４０２）に対して、出力ラベル「-（なし）」（符号４０３）と出力インタフェース「ＩＦ＃１（ＡＳ境界ルータＣ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号）」（符号４０４）が対応付けられる。ここで、入力ラベルが「２９」となっているのは、エッジルータＡからの出力ラベルのうち、一番外側の「＊１」は前記したＰＨＰの仕様によりＡＳ境界ルータＢが受信するときにははずれていて、一番外側のラベルは「２９」になっているはずだからである。そして、ＡＳ境界ルータＢとＡＳ境界ルータＣの間は１ホップなので、ＰＨＰの仕様により転送ラベルを付与する必要がないので、出力ラベルは「-（なし）」となっている。

以下、同様にして、図５（ｃ）に示すように、ＡＳ境界ルータＣのラベルテーブル１０６Ｃでは、入力ラベル「２３」（符号４０２）に対して、出力ラベル「＊２（転送ラベル）」（符号４０３）と出力インタフェース「ＩＦ＃１（ＡＳ境界ルータＤ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号）」（符号４０４）が対応付けられる。

また、図５（ｄ）に示すように、ＡＳ境界ルータＤのラベルテーブル１０６Ｄでは、入力ラベル「２３」（符号４０２）に対して、出力ラベル「-（なし）」（符号４０３）と出力インタフェース「ＩＦ＃５（ＡＳ境界ルータＦ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号）」（符号４０４）が対応付けられる。

さらに、図５（ｅ）に示すように、ＡＳ境界ルータＦのラベルテーブル１０６Ｆでは、入力ラベル「Ｌ１００（エッジルータＧのルータラベル）」（符号４０２）に対して、出力ラベル「＊３（転送ラベル）」（符号４０３）と出力インタフェース「ＩＦ＃２（エッジルータＧ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号）」（符号４０４）が対応付けられる。

つまり、宛先のユーザ機器を収容するエッジルータ４が存在しないＡＳ（トランジットのＡＳ）におけるＡＳ境界ルータＢ，ＣおよびＤでは、ラベルテーブル１０６の入力ラベル４０２には次にＭＰＬＳフレームを転送する先のＡＳ番号が入る。また、宛先のユーザ機器を収容するエッジルータ４が存在するＡＳおけるＡＳ境界ルータＦでは、ラベルテーブル１０６の入力ラベル４０２には宛先のユーザ機器を収容するエッジルータＧのルータラベルが入る。また、いずれの場合も、出力ラベル４０３には、次に転送するＬＳＰに割り当てられた転送ラベル（ＲＳＶＰ−ＴＥによって割り当てられた通常の転送ラベル）が入る（１ホップのみの場合は何も入らない）。

図２に戻って、ネットワークインタフェース１０７は、他のＭＰＬＳルータと光ファイバ等で接続されるインタフェースであり、次ホップの転送先の決定やラベルのスワップ（変換や削除など）処理等を行う。スイッチ１０８は、ＭＰＬＳフレームを適切なネットワークインタフェース１０７に転送する役割を果たす。なお、ネットワークインタフェース１０７とスイッチ１０８は、たとえば、専用のＩＣ（Integrated Circuit）チップなどにより実現することができる。

次に、本実施形態における通信手順について説明する。図６は、本実施形態における通信手順の流れを示したタイムチャートであり、具体的には、ステップＳ１〜Ｓ６はエッジルータＧによる広告、ステップＳ７〜Ｓ１２はエッジルータＡからエッジルータＧに収容されているユーザ機器（ＩＰアドレス「ａａ」）へのパケット送信の流れを示している（適宜他図参照）。

まず、ステップＳ１〜Ｓ６を参照しながら、エッジルータＧから他のルータへのＩＰアドレス「ａａ」の情報とエッジルータＧのルータラベル（「Ｌ１００」）の広告と、それに付随して行われる他のルータにおけるラベルＤＢ１０４、ＢＧＰテーブル１０５およびラベルテーブル１０６の生成について説明する。

エッジルータＧのＢＧＰプロトコル処理部１０１は、ＡＳ境界ルータＦに対して、ＩＰアドレス「ａａ」の情報をＢＧＰによって広告（送信）する（ステップＳ１）。ここで、広告される情報としては、ＩＰアドレス「ａａ」以外に、Ｎｅｘｔ＿ＨｏｐとしてルータＧのアドレス（図６では単に「Ｇ」と表記、以下同様）、ＡＳ＿ＰＡＴＨはなし、ルータラベル（図６では「Ｒ-Ｌａｂｅｌ」と表記）として「Ｌ１００」、という情報が含まれる。

なお、Ｎｅｘｔ＿Ｈｏｐは、宛先アドレス（ここでは「ａａ」）へ到達させるためにパケットを次に転送すべきアドレスを示す情報であり、ＲＦＣなどの標準のＢＧＰプロトコルで定義されているものである。また、ＡＳ＿ＰＡＴＨとは、この情報が伝播（伝達）されていく間に経由したＡＳ番号を順番に記録していくものであり、これも標準のＢＧＰプロトコルに含まれる。

つまり、ステップＳ１で送信する４つの情報のうち、ＩＰアドレス、Ｎｅｘｔ＿ＨｏｐおよびＡＳ＿ＰＡＴＨの３つは通常（従来）の標準のＢＧＰプロトコルで定義されているものである。そして、残りのルータラベルが本実施形態に特有の情報であり、これは、いわばＢＧＰを拡張したもので、ＩＰアドレス「ａａ」の情報を最初に広告したエッジルータＧに対応するラベルである。

ＡＳ境界ルータＦは、エッジルータＧが広告したＩＰアドレス「ａａ」の情報を受信すると、ラベル処理部１０３によって、受信した情報から必要なものを取り出してラベルＤＢ１０４に記載する。ここでは、図３（ｂ）に示すように、エッジルータのＩＰアドレス２０１にエッジルータＧのＩＰアドレスである「ｇｇ」を記載し、受信した情報にＡＳ＿ＰＡＴＨの情報がなかったことからエッジルータＧは自身（ＡＳ境界ルータＦ）と同じＡＳに存在すると判断してＡＳ番号２０２に自身のＡＳ番号である「２３」を記載し、さらに、ルータラベル２０３に「Ｌ１００」を記載する。

また、ＡＳ境界ルータＦのラベル処理部１０３は、受信した情報から必要なものを取り出してＢＧＰテーブル１０５に記載する。ここでは、図４（ｃ）に示すように、宛先ＩＰアドレス３０１に「ａａ」、ルータラベル３０３に「Ｌ１００」を記載する。ＡＳ＿ＰＡＴＨの情報は含まれていなかったで、ＡＳ＿ＰＡＴＨ３０２には何も記載しない。

次に、ＡＳ境界ルータＦのラベル処理部１０３は、ラベルＤＢ１０４ＦとＢＧＰテーブル１０５Ｆの情報を用いて、ラベルテーブル１０６Ｆ（図５（ｅ）参照）を生成する。たとえば、他のＡＳからエッジルータＧ宛のＭＰＬＳフレームが転送されてきたとすると、ＡＳ境界ルータＦは宛先となるエッジルータＧと同一のＡＳに存在するため、入力ラベル値はエッジルータＧのルータである「Ｌ１００」であるはずなので、ＡＳ境界ルータＦのラベル処理部１０３は、入力ラベル４０２に「Ｌ１００」を記載する。また、ＡＳ境界ルータＦのラベル処理部１０３は、出力ラベル４０３に、ＩＰアドレス「ａａ」の情報を広告してきたルータであるエッジルータＧ宛のＬＳＰの転送ラベル「＊３（実際にはＲＳＶＰ−ＴＥプロトコルによってＬＳＰを確立する際に割り当てられたラベル値）」を記載する。さらに、ＡＳ境界ルータＦのラベル処理部１０３は、出力インタフェース４０４には、エッジルータＧ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号「ＩＦ＃２」を記載する。宛先ＩＰアドレス４０１には何も記載しない。

続いて、ＡＳ境界ルータＦのＢＧＰプロトコル処理部１０１は、隣接するＡＳ境界ルータＤにＩＰアドレス「ａａ」の経路情報を広告（送信）する（ステップＳ２）。広告される情報には、ＩＰアドレス「ａａ」以外に、Ｎｅｘｔ＿ＨｏｐとしてルータＦのアドレス、ＡＳ＿ＰＡＴＨとして自身のＡＳ番号である「２３」、ルータラベルとして「Ｌ１００」、という情報が含まれる。

経路情報を受信したＡＳ境界ルータＤは、ラベルＤＢ１０４Ｄ（図３（ａ）参照）およびＢＧＰテーブル１０５Ｄ（図４（ｂ）参照）を生成するが、その生成手順はＡＳ境界ルータＦの場合と同様であるので説明を省略する。

また、ＡＳ境界ルータＤのラベル処理部１０３は、ラベルＤＢ１０４ＤとＢＧＰテーブル１０５Ｄの情報を用いて、ラベルテーブル１０６Ｄ（図５（ｄ）参照）を生成する。他のＡＳからエッジルータＧ宛のＭＰＬＳフレームが転送されてきたとすると、入力ラベル値としてはエッジルータＧが存在するＡＳの番号である「２３」が予測されるので、ＡＳ境界ルータＤのラベル処理部１０３は、入力ラベル４０２に「２３」を記載する。また、ＡＳ境界ルータＤとＡＳ境界ルータＦの間には中継ルータ５が存在しないので、前記したＰＨＰの仕様により転送ラベルは不要であり、ＡＳ境界ルータＤのラベル処理部１０３は、出力ラベル４０３には何も記載しない。さらに、ＡＳ境界ルータＤのラベル処理部１０３は、出力インタフェース４０４には、ＡＳ境界ルータＦ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号「ＩＦ＃５」を記載する。宛先ＩＰアドレス４０１には何も記載しない。

同様にして、ＡＳ境界ルータＤのＢＧＰプロトコル処理部１０１は、ＡＳ境界ルータＣにＩＰアドレス「ａａ」の経路情報を広告（送信）し（ステップＳ３）、経路情報を受信したＡＳ境界ルータＣは、ラベルＤＢ１０４Ｃ（図３（ａ）参照）、ＢＧＰテーブル１０５Ｃ（図４（ｂ）参照）およびラベルテーブル１０６Ｃ（図５（ｃ）参照）を生成する。

同様にして、ＡＳ境界ルータＣのＢＧＰプロトコル処理部１０１は、ＡＳ境界ルータＢにＩＰアドレス「ａａ」の経路情報を広告（送信）し（ステップＳ４）、経路情報を受信したＡＳ境界ルータＢは、ラベルＤＢ１０４Ｂ（図３（ａ）参照）、ＢＧＰテーブル１０５Ｂ（図４（ａ）参照）およびラベルテーブル１０６Ｂ（図５（ｂ）参照）を生成する。

同様にして、ＡＳ境界ルータＢのＢＧＰプロトコル処理部１０１は、エッジルータＡにＩＰアドレス「ａａ」の経路情報を広告（送信）し（ステップＳ５）、経路情報を受信したエッジルータＡは、ラベルＤＢ１０４Ａ（図３（ａ）参照）およびＢＧＰテーブル１０５Ａ（図４（ａ）参照）を生成する。

また、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、ラベルＤＢ１０４ＡとＢＧＰテーブル１０５Ａの情報を用いて、ラベルテーブル１０６Ａ（図５（ａ）参照）を生成（ステップＳ６）するが、その生成方法はＡＳ境界ルータ３の場合とは異なる。エッジルータＡはＭＰＬＳネットワーク１の入口に存在するため、そこで必要なラベルをすべて付与する必要があるためである。

具体的には、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、ＢＧＰテーブル１０５Ａの宛先ＩＰアドレス３０１に記載された「ａａ」を読み出し、宛先ＩＰアドレス４０１にその「ａａ」を記載する。また、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、入力ラベル４０２には何も記載しない。さらに、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、ＢＧＰテーブル１０５Ａを参照し、ＩＰアドレス「ａａ」はルータラベル「Ｌ１００」のエッジルータに収容されていることを認識し、まず、出力ラベル４０３に「Ｌ１００」を記載する。次に、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、ＢＧＰテーブル１０５Ａを参照し、ルータラベル「Ｌ１００」のエッジルータに到達するためにはＡＳ２３とＡＳ２９を経由することを認識し、出力ラベル４０３に「２３」と「２９」を追加する。また、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、受信した経路情報中にＮｅｘｔ＿Ｈｏｐとして記載されているＡＳ境界ルータＢへのＬＳＰの転送ラベル「＊１」を出力ラベル４０３に追加する。そして、エッジルータＡのラベル処理部１０３は、出力インタフェース４０４には、ＡＳ境界ルータＢ宛のＬＳＰが確立されているインタフェース番号「ＩＦ＃２」を記載する。

このようにして、ＭＰＬＳネットワーク１のＡＳ境界ルータ３およびエッジルータ４において、ラベルＤＢ１０４、ＢＧＰテーブル１０５およびラベルテーブル１０６が生成される。

次に、ステップＳ７〜Ｓ１２を参照しながら、エッジルータＡからエッジルータＧに収容されているユーザ機器（ＩＰアドレス「ａａ」）へのパケット送信（転送）の流れについて説明する。

エッジルータＡに、収容しているユーザ機器（不図示）などからＩＰアドレス「ａａ」宛のパケット（ＩＰパケット。図６では「ＩＰ」と略記）が入力されると（ステップＳ７）、エッジルータＡの処理部１１０は、ラベルテーブル１０６Ａを参照して、出力ラベルとして「Ｌ１００」、「２３」、「２９」および「＊１」を設定してパケットに付与し（ＭＰＬＳフレーム：符号８０１）、ＡＳ境界ルータＢに向けて送信する（ステップＳ８）。なお、前記したＰＨＰの仕様により、ＡＳ境界ルータＢの直前の中継ルータ５で転送ラベル「＊１」は外されており（符号８０２）、ＡＳ境界ルータＢがＭＰＬＳフレームを受信する際には、最も外側のラベルは「２９」となっている。

ＡＳ境界ルータＢの処理部１１０は、ＭＰＬＳフレーム（符号８０２）を受信すると、ラベルテーブル１０６Ｂを参照し、入力ラベルが「２９」で出力ラベルがないことから、受信したＭＰＬＳフレームからラベル「２９」を外して、出力インタフェース４０４を参照してそのＭＰＬＳフレーム（符号９０１）をＡＳ境界ルータＣに転送する（ステップＳ９）。これにより、ＡＳ境界ルータＢが複数のＬＳＰを保持している場合でも、受信したＭＰＬＳフレームにおけるラベル「２９」とラベルテーブル１０６Ｂから、ＡＳ境界ルータＣ宛のＬＳＰを正しく選択することができる。

同様に、ＭＰＬＳフレーム（符号９０１）を受信したＡＳ境界ルータＣの処理部１１０は、ラベルテーブル１０６Ｃを参照して、転送ラベル「＊２」を付与したＭＰＬＳフレーム（符号１００１）をＡＳ境界ルータＤに向けて送信する（ステップＳ１０）。

同様に、直前の中継ルータ５で転送ラベル「＊２」が外されたＭＰＬＳフレーム（符号１００２）を受信したＡＳ境界ルータＤの処理部１１０は、ラベルテーブル１０６Ｄを参照して、ラベル「２３」を外したＭＰＬＳフレーム（符号１１０１）をＡＳ境界ルータＦに向けて送信する（ステップＳ１１）。

同様に、ＭＰＬＳフレーム（符号１１０１）を受信したＡＳ境界ルータＦの処理部１１０は、ラベルテーブル１０６Ｆを参照して、ラベル「Ｌ１００」を外して転送ラベル「＊３」を付与したＭＰＬＳフレーム（符号１２０１）をエッジルータＧに向けて送信する（ステップＳ１２）。

直前の中継ルータ５で転送ラベル「＊３」が外されたパケット（符号１２０２）を受信したエッジルータＧの処理部１１０は、ＩＰアドレスを参照して、自身が収容するユーザ機器にパケットを送信する。

このように、本実施形態のＡＳ境界ルータ３およびエッジルータ４によれば、ＡＳごとにＬＳＰを分割し、ＡＳや宛先のエッジルータ４に対応するラベルを付与してＭＰＬＳフレームを転送し、ＡＳ境界ルータ３でＬＳＰの乗せ替えを行うことによって、通常のＭＰＬＳルータのラベルスイッチング機能に特別な拡張を施さずにＬＳＰ数を大幅に削減することができる。つまり、本発明は、ＯＳＰＦのマルチエリアなどに限定されることなく、複数のＡＳから構成されるＭＰＬＳネットワークに適用することができる。

また、ＡＳの境界においても転送プレーン（段階）上はラベルスイッチングによってＬＳＰ間の転送が行われるため、ＭＰＬＳフレームによって運ばれるＩＰパケットやEthernet（登録商標）フレームの秘匿性が維持され、多数のサービスを多重してもＩＰアドレスの重複の懸念がないなど、１本のＬＳＰでエッジルータ間を接続している場合と同様のサービスを実現できる。

さらに、本実施形態のＭＰＬＳネットワーク１は、一般的なＩＰネットワークのＡＳ間のルーティングプロトコルとして最も広く利用されている標準的なプロトコルであるＢＧＰを少し拡張し、ルータラベルを自動的に割り当てることだけで実現できる。したがって、ラベルの設定負担を軽減することができ、既存のネットワークの構成を変更しなくてもよい。つまり、通常のラベルスイッチングによるＭＰＬＳ転送の実装が流用できるので、新たなハードウェアやプロトコルを開発する必要がなく、初期投資コストを低く抑えることができる。

なお、ＡＳ境界ルータ３およびエッジルータ４における各処理は、コンピュータのＣＰＵに実行させるためのプログラムを所定の者が作成し、実行することで、実現することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
たとえば、ＭＰＬＳネットワーク１におけるＡＳの数は４つでなくてもいくつでもよい。その他、具体的な構成について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

本実施形態のＭＰＬＳネットワークなどを示す全体構成図である。 ＡＳ境界ルータおよびエッジルータの構成と機能を示すブロック図である。 ラベルＤＢの構成テーブルである。 ＢＧＰテーブルの構成テーブルである ラベルテーブルの構成テーブルである。 本実施形態における通信手順の流れを示したタイムチャートである。

符号の説明

１ ＭＰＬＳネットワーク
２，２１，２２，２３，２９ ＡＳ
３ ＡＳ境界ルータ
４ エッジルータ
６ ＬＳＰ
７ ＢＧＰピア
１０１ ＢＧＰプロトコル処理部
１０２ ＲＳＶＰプロトコル処理部
１０３ ラベル処理部
１０６ ラベルテーブル
１１０ 処理部

Claims (10)

1. ラベルスイッチング機能を有する複数のＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）ルータを含むＡＳ（Autonomous System）を複数備えたＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法であって、
   前記複数のＭＰＬＳルータは、前記ＭＰＬＳネットワークの外部のユーザ機器と接続されるエッジルータと、他のＡＳとの境界に位置するＡＳ境界ルータと、を含み、
   前記エッジルータとその同じＡＳ内の前記ＡＳ境界ルータとの間、および、異なるＡＳのＡＳ境界ルータ同士の間において、ＬＳＰ（Label Switched Path）を確立し、
   宛先となる前記エッジルータである宛先エッジルータに対してパケットを送信する前記エッジルータである送信元エッジルータは、前記パケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと前記宛先エッジルータを示すラベルとをパケットに付与してＭＰＬＳフレームとし、そのＭＰＬＳフレームを同じＡＳ内の前記ＡＳ境界ルータに送信し、
   前記ＡＳ境界ルータは、受信したＭＰＬＳフレームに含まれる前記ラベルに基づいて次の転送先となるＡＳを決定してそのＭＰＬＳフレームをそのＡＳのＡＳ境界ルータに転送し、
   前記宛先エッジルータと同じＡＳ内のＡＳ境界ルータは、受信したＭＰＬＳフレームに含まれる前記宛先エッジルータを示すラベルを参照してその宛先エッジルータにそのＭＰＬＳフレームを転送する
   ことを特徴とするＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法。
2. 前記送信元エッジルータは、パケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと前記宛先エッジルータを示すラベルとを、前記ＭＰＬＳフレームを転送する各ＡＳ境界ルータが参照する順番に外側から配置し、
   前記ＡＳ境界ルータは、受信したＭＰＬＳフレームの一番外側に配置されたラベル値に基づいて次の転送先となるＡＳを決定し、転送時に他のＡＳへＭＰＬＳフレームを転送する場合はその一番外側に配置されたラベルを参照した後に削除する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法。
3. 前記ＭＰＬＳルータは、ルーティングプロトコルとしてＢＧＰ（Border Gateway Protocol）を使用し、ＡＳを示すラベルの値としてＡＳ番号を用い、
   前記宛先エッジルータは、予め、自身を示すラベルを、前記ＢＧＰを使用して前記ＭＰＬＳネットワーク全体に広告し、
   前記送信元エッジルータは、前記ＢＧＰで受信したパケットが経由するすべてのＡＳを示す各ＡＳ番号と前記宛先エッジルータを示すラベルとを基に、送信するパケットにその経由するすべてのＡＳ番号と前記宛先エッジルータを示すラベルとを付与する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法。
4. ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）ネットワークにおける複数のＡＳ（Autonomous System）に複数備えられ、ラベルスイッチング機能を有するＭＰＬＳルータのうち前記ＭＰＬＳネットワークの外部のユーザ機器と接続されるエッジルータであって、
   宛先となる前記エッジルータである宛先エッジルータに対してパケットを送信する前記エッジルータである送信元エッジルータである場合、
   処理部と記憶部を備え、
   前記記憶部は、
   パケットの宛先、そのパケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベル、および、前記宛先エッジルータを示すラベル、の関係を表すラベル情報を記憶し、
   前記処理部は、
   同じＡＳに存在して他のＡＳとの境界に位置するＡＳ境界ルータとの間にＬＳＰ（Label Switched Path）を確立し、
   パケットを前記宛先エッジルータに送信する場合、前記記憶部に記憶されたラベル情報を参照して、そのパケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと前記宛先エッジルータを示すラベルとをパケットに付与してＭＰＬＳフレームとし、
   そのＭＰＬＳフレームを、前記宛先エッジルータが存在するＡＳのＡＳ境界ルータに転送させるために、自身のＡＳ内のＡＳ境界ルータに送信する
   ことを特徴とするエッジルータ。
5. 前記送信元エッジルータの処理部は、前記記憶部に記憶されたラベル情報を参照して、そのパケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベルと前記宛先エッジルータを示すラベルとを、前記ＭＰＬＳフレームを転送する各ＡＳ境界ルータが参照する順番に外側から配置する
   ことを特徴とする請求項４に記載のエッジルータ。
6. ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）ネットワークにおける複数のＡＳ（Autonomous System）に複数備えられ、ラベルスイッチング機能を有するＭＰＬＳルータのうち前記ＭＰＬＳネットワークの外部のユーザ機器と接続されるエッジルータであって、
   パケットを送信する前記エッジルータである送信元エッジルータから送られたパケットを受信する前記エッジルータである宛先エッジルータである場合、
   前記送信元エッジルータがパケットの宛先、そのパケットが経由するすべてのＡＳを示す各ラベル、および、前記宛先エッジルータを示すラベルの関係を表すラベル情報を生成するために、予め、自身を示すラベルを、ＢＧＰ（Border Gateway Protocol）を使用して前記ＭＰＬＳネットワーク全体に広告する
   ことを特徴とするエッジルータ。
7. ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）ネットワークにおける複数のＡＳ（Autonomous System）に複数備えられ、ラベルスイッチング機能を有するＭＰＬＳルータのうち他のＡＳとの境界に位置するＡＳ境界ルータであって、
   処理部と記憶部を備え、
   前記記憶部は、
   パケットの宛先、および、次の転送先となるＡＳまたは宛先エッジルータを示すラベルの関係を表すラベル情報を記憶し、
   前記処理部は、
   異なるＡＳのＡＳ境界ルータとの間に、ＬＳＰ（Label Switched Path）を確立し、
   パケットにラベルが付与されたデータであるＭＰＬＳフレームを受信したとき、前記記憶部に記憶されたラベル情報を参照して、そのＭＰＬＳフレームに含まれるラベルに基づいて次の転送先となるＡＳまたは前記宛先エッジルータを決定して、その転送先にＭＰＬＳフレームを転送する
   ことを特徴とするＡＳ境界ルータ。
8. 前記処理部は、パケットの送信元エッジルータが前記ＭＰＬＳフレームを転送する各ＡＳ境界ルータの使用する順番に外側からラベルを配置したＭＰＬＳフレームを受信した場合、前記記憶部に記憶されたラベル情報を参照して、そのＭＰＬＳフレームの一番外側に配置されたラベルに基づいて次の転送先となるＡＳを決定し、転送時に他のＡＳのＡＳ境界ルータへそのＭＰＬＳフレームを転送するときはその一番外側に配置された前記ラベルを参照した後に削除する
   ことを特徴とする請求項７に記載のＡＳ境界ルータ。
9. 前記ＭＰＬＳルータは、ルーティングプロトコルとしてＢＧＰ（Border Gateway Protocol）を使用し、ＡＳを示すラベルとしてＡＳ番号を用い、
   前記ＡＳ境界ルータの処理部は、前記宛先エッジルータが前記ＭＰＬＳネットワーク全体に広告したその宛先エッジルータを示すラベルを、前記ＢＧＰを適用して前記記憶部のラベル情報に記憶し、パケット転送のときに使用する
   ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のＡＳ境界ルータ。
10. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＭＰＬＳネットワークにおけるデータ転送方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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