JP4808274B2

JP4808274B2 - ネットワークの試験方法及びシステム

Info

Publication number: JP4808274B2
Application number: JP2009542444A
Authority: JP
Inventors: 哲也西; 知範後藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: JPWO2009066385A1; US20100246415A1; WO2009066385A1

Description

本発明は、ネットワークの試験方法及びシステム、特にIPネットワークの負荷試験を事前に行う方法及びシステムに関するものである。

図14に示すように、サーバSVとサブネットである顧客LAN（ローカルエリアネットワーク）11〜LAN13とが中継ネットワークRNで接続されたIPネットワークにおいて、VoIPのような新たなサービスを追加する場合、多地点間での疎通・品質の確認や、通話可能な接続数等を見積もるための高負荷試験を事前に行い、ネットワーク内での障害箇所（ボトルネックBN）の特定や、品質劣化が生じ始める接続数の調査等、ネットワークの品質を検証することが重要である。

このような多地点間での品質試験を行うために、図示のように、いろいろな発信元及び宛先IPアドレスを指定してサブネット間でパケットを送受信できる負荷試験用測定器100が、従来の試験方式に用いられている。
なお、低コストでかつ信頼性の高いネットワーク品質評価が行えるネットワーク品質評価装置を提供することを目的として、被測定ネットワークにプローブが設置され、第１のプローブはペイロードに一方のプローブでのパケット発生順序を示すシーケンス番号を含むテストパケットを発生するテストパケット発生手段と、通過する所定のパケットから必要なデータを抽出してメモリに書き込む抽出手段を有し、第２のプローブは第１のプローブから出力されるテストパケットを受信すると、そのテストパケットのペイロードに受信時刻情報と処理時間情報および第２のプローブでのパケット発生順序を示すシーケンス番号とを書き込み第１のプローブに返送するテストパケット応答手段を有し、第１のプローブで抽出されメモリに書きこまれたデータに基づき、これら端末を接続するネットワークの通信品質を評価するものがある（例えば特許文献1参照。）。
特開2007-49602号公報

従来の試験方式では、複数のサブネット間の品質試験を同時に行うためには、それぞれのサブネットに対してそれぞれ個別に高価な測定器を配備していたので、コストが非常に高くなってしまうという課題があった。
従って、本発明は、高価な測定器を用いずに、パソコンのような安価な装置でネットワークの試験を行う方法及びシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るネットワークの試験方法（又はシステム）は、試験装置又は試験パケット送信装置が、試験パケット受信装置に、該マルチキャストアドレスの試験パケットの受信を指示し、第1の中継装置に、該マルチキャストアドレスの試験パケットの中継を指示し、第2の中継装置に、該試験パケットが該第1の中継装置から該第2の中継装置へ中継される経路が除外されないようにするための経路最適化除外処理を行うように指示し、そして、該試験パケット受信装置が、該受信指示を受けたとき、該第2の中継装置に該マルチキャストアドレスの試験パケットの転送を要求することを特徴としている。

すなわち、本発明では、試験実行時に、第1の中継装置（例えばPIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode)方式のRP(Rendezvous Point:ランデブーポイント)を構成するルータ）に対して所定のマルチキャストアドレスのパケットの中継装置になることを指示し、試験パケット受信装置に試験パケットを転送する第2の中継装置（例えばルータ）が最適化処理を行うことのないように、すなわち該試験パケットが該第1の中継装置から該第2の中継装置へ中継される経路が除外されないようにするための指示（例えば、PIM-SM方式のJoinの発行停止）することにより、試験パケット送信装置から送信された該マルチキャストアドレスの試験パケットは必ず第1の中継装置を経由して第2の中継装置まで転送され、以て試験パケット受信装置で受信できるようにしている。従って、試験パケット送信装置がどこにあっても任意の経路の疎通・品質試験が実現できることとなる。

ここで、第2の中継装置は、該経路最適化除外処理の指示として受信帯域の設定条件を受けたとき、該マルチキャストアドレスのパケットの受信帯域を計測し、該計測した受信帯域が該設定条件を満たすとき、該経路最適化除外処理を実行可能とする経路制御部を有することができる。
なお、上記の経路制御部は、上記の受信帯域の設定条件に加えて、試験時刻も併せて該経路最適化除外処理の指示に含まれているときには、その試験開始の時刻になったときに該経路最適化除外処理を実行することになる。

また、上記の第2の中継装置は、該経路最適化除外処理の指示として該マルチキャストアドレスを受けたとき、受信したパケットのアドレスが該マルチキャストアドレスであれば、該経路最適化除外処理を実行可能とする経路制御部を有することも可能である。
さらに、上記の試験パケット送信装置には、複数の試験パケット送信装置を含むことが可能であり、該試験パケット送信装置又は試験パケット受信装置は、試験開始前に該試験装置に該マルチキャストアドレスを通知することも可能である。

以上、本発明によれば、試験負荷を発生させるために、高価な測定器を必要とせずに、試験パケット送信装置及び試験パケット受信装置にパソコン等の簡易な装置を用いてネットワークの品質を検証できる。また、サブネットに１つ、あるいは複数のサブネット毎に１つ、パソコン等の簡易な試験パケット送信装置及び受信装置を設置することにより、多数のコネクションの疎通及び品質確認が実行できる。これにより試験のための装置コストを大幅に削減することが可能となる。

さらに、通常の経路と異なる経路の品質監視が実現できるので、運用中の現用ルートを予備系ルートに切り替えなくとも予備系ルートの品質監視が実現でき、切り替えの手間やパケットの瞬断を回避できる。
さらに、試験装置で一括管理することにより各サブネットからの同時試験を実行することでネットワーク内の問題箇所を絞り込むことも可能となり、障害切り分けに掛かる時間も削減でき、以て、ネットワーク管理の簡素化に寄与するところが大きい。

実施例[1]:図1〜図9
図1は、本発明に係るネットワークの試験方法及びシステムを、概略的に説明するためのもので、ネットワークとしては、図14に示したネットワークと同様にサブネット11〜13と、これらサブネット11〜13と中継ネットワークRNを介して接続されるサーバなどの試験装置1とで構成されている。なお、試験装置1は、個有のサブネット（図示せず）又はサブネット11〜13のいずれかに在ればよい。

また、この実施例では、サブネット11において試験パケット送信装置2が設けられ、サブネット12には中継装置（第1の中継装置）RT1が設けられ、そしてサブネット13には中継装置（第2の中継装置）RT2及び試験パケット受信装置3が設けられている。さらに、中継装置RT2は、後述する経路制御部10を備えている。なお、上記の試験装置1は試験パケット送信装置2がその機能を備えていてもよい。

図1に示したネットワークのより具体的な例が図2に示されており、サブネット11〜13はLANで構成され、LAN11における試験ツール2が試験パケット送信装置2に対応し、LAN12における中継装置RT1がルータRT1に対応し、さらにLAN13におけるルータRT2が中継装置RT2に対応している。
また、LAN11の試験ツール2はルータRT3を介して中継ネットワークRNと接続されており、LAN12のルータRT1はパソコンPC2に接続され、LAN13の試験パケット受信装置3はパソコンPC3に対応している。また、試験装置1はルータRT4を介して中継ネットワークRNに接続されている。

このような図1及び図2に示したネットワークに対する試験方法及びシステムを、図3に示すシーケンスに沿って、主に図1に示したネットワークに関して以下に説明する。
ステップS1:まず、試験装置1は、試験パケット送信装置2に対して試験パケット用マルチキャストアドレスを通知する。これによって試験パケット送信装置2は自分が試験パケットの送信装置になることが指示される。

このようにマルチキャストアドレスを通知するためのIPパケットのフォーマットが図4に示されている。この場合、試験装置1は、試験用の宛先アドレスとしてIPデータのフィールドに、“224.0.0.0〜239.255.255.255”のいずれかのアドレスを書き込み試験パケット送信装置に通知する。試験パケット送信装置は、IPデータフィールド内に書き込まれたマルチキャストアドレスを試験パケットの宛先IPアドレスフィールドに割り当てる。これにより試験パケットは所定のマルチキャストアドレスを有するアドレスとして送受信されることになる。このマルチキャストアドレスとしては、図2の例において“235.1.1.1”が用いられている。

ステップS2:試験装置1は、試験パケット受信装置3に対し、やはり試験パケット用マルチキャストアドレスを同様にして通知する。これにより、試験パケット受信装置3は自分が受信装置になることが分かる。この場合のマルチキャストアドレスも図2の例に示すように“235.1.1.1”である。
なお、上記ステップS1及びS2で通知されるマルチキャストアドレスは、試験装置1に予め設定されているか、又は図1の点線（ステップS19又はS20）で示すように、試験パケット送信装置2又は試験パケット受信装置3から試験装置3に与えてもよい。

ステップS3:試験装置1は、中継装置RT1に対して試験用マルチキャストアドレスを同様にして通知する。すなわち、この場合も図2に示すように、ルータRT1にマルチキャストアドレス“235.1.1.1”を設定する。このとき、図4に示したIPパケットのIPデータフィールドには、中継装置RT1が既知のPIM-SM(Protocol Independent Multicast - Sparse Mode)方式における、RP(Rendezvous Point:ランデブーポイント)に中継装置RT1がなることを指示する。

すなわち、図5に示すように、PIM-SM方式では、ルータA,Bは、ルータDがRPルータであることを知っており、送信装置SDがマルチキャストアドレスのパケットを送信すると、ルータA及びBはこのパケットをそのままスルーしてルータDに転送する。ルータDはそのマルチキャストアドレスの対象となるルータを予め知っているので、それらのルータに対してそのパケットを適宜コピーして転送する。従って送信装置SDからのパケットは、共有ツリーRPT(Rendezvous Point Tree)におけるルータA-B-D-Cを介して宛先である受信装置RVに送られる。

但し、この後、ルータA-C間の経路が最短経路(SPT:Shortest Pass Tree)であることが分かるため、最短経路SPTが形成されて（経路の最適化）、受信装置RVへのマルチキャストパケットはA→Cの経路で転送されるようになるが、これは、後述するように試験中はその経路最適化処理を行わない。この経路最適化除外処理により、ルータDは、試験中は常に中継装置RT1として品質計測を行いたい経路（サブネット）の送信側の端点に設定されることになり、試験パケット送信装置2からの試験パケットはルートPで中継装置RT1に送られることになる。

ステップS4:上記のステップS2により、試験用マルチキャストアドレスの通知を受けた試験パケット受信装置3は、その通知を転送した中継装置RT2に対して試験パケットの転送要求を行う。これにより、中継装置RT2に送られて来る試験パケットは必ず試験パケット受信装置3に送られることとなる。これにより、図5に示したルータCは、中継装置RT2として試験パケットの経路における受信側の端点に設定されることになる。

ステップS5:試験装置1は、中継装置RT2に対して経路最適化除外処理を指示する。これは、上記のステップS3及びS4によって、中継装置RT1-RT2間の経路の試験測定が可能になるが、上記のPIM-SM方式を採った場合に以下のような不具合を回避するためである。
すなわち、図6にPIM-SM方式のプロトコルの動作例に示す如く、まず、同図(1)に示すようにルータCが共有ツリーRPTでマルチキャスパケットを受信（ステップT1）した後、ルータCは送信装置SDに向かってJoinを送信（図6(2)のステップT2）する。これにより、同図(3)に示すようにルータAはこのJoinを受信し送信装置SDからのマルチキャストパケットの経路をルータCに向けて変更（ステップT3）するので、同図(4)に示すように、送信装置SDから受信装置RVに対しては最短経路SPTでマルチキャストパケットが転送（ステップT4）されるので、同図(1)に示すルータD-C間の経路試験を行おうとしても、同図(4)に示すように最短経路SPTに変わっている（経路の最適化）ので、ルータD-C間の経路測定が行えなくなってしまう。このような不具合がある。

これを回避するため、試験装置1は、中継装置RT2に対して経路最適化除外処理を指示する。これにより、図6(4)に示すような経路の最適化は行われず、試験パケットは必ずルータDからルータCの経路（試験ルートTR）を通ることになり、以てルータDからルータCへの経路の品質・負荷試験を可能にする。
なお、試験パケット送信装置2が予め試験用マルチキャストアドレスを知っていれば、上記のステップS2,S3,及びS5は、試験装置1の代わりに試験パケット送信装置2が実行してもよい。

ステップS6:ステップS5において経路最適化除外処理の指示を受けた中継装置RT2はその可否を試験装置1に対して応答する。
上記のステップS5における経路最適化除外処理から可否応答までの中継装置RT2における経路制御部10の動作例1〜3がそれぞれ図7〜図9に示されており、以下それぞれについて説明する。

・経路制御部の動作例(1)：図7
まず、ステップS5においては上述したように、試験装置1から経路最適化除外処理の指示を受信するが、この指示には、マルチキャストパケットの受信帯域の条件（閾値
又はその範囲）が含まれており、このような受信帯域の条件を経路制御部の内部に設定する。

この後、経路制御部10はマルチキャストパケットの受信帯域を計測し（ステップS21）、この計測した受信帯域が上記の設定条件を満たすか否かを判定する（ステップS22）。ここでは、例えば、マルチキャストパケットの受信帯域が、指定された帯域以上、又は以下、或いは指定された帯域の範囲内であるか否か、を判定する。
この結果、計測した受信帯域がその設定条件を満たす場合には、経路制御部10は上記の通り経路最適化除外処理を実行する（ステップS23）。すなわち、経路制御部10はJoinの発行を停止する。

そして、経路制御部10は、このようにして経路最適化除外処理を実行したことを試験装置1に応答する（上記ステップS6）。なお、計測した受信帯域が設定条件を満たさない場合には、試験装置1へその旨通知することにより、試験装置1はその後の動作を停止する。

・経路制御部の動作例(2)：図8
この動作例の場合には、上記の動作例(1)における受信帯域に加えて、試験の開始時刻も経路最適化除外処理の指示に含める（ステップS5）。

この結果、ステップS24に示すように試験開始時刻になった時のみ、上記の動作例(1)でも示したステップS21〜S23を実行する。
これにより、運用中のマルチキャストのトラフィックが流れない時間帯にこの経路最適化除外処理を実行することで、より精度の高いより純粋な品質・負荷試験を行うことが可能となる。

・経路制御部の動作例(3)：図9
この動作例の場合には、中継装置RT2には上述の如くマルチキャストアドレスが通知されていないことに着目し、ステップS5における経路最適化除外処理の指示において、試験パケットに使用するマルチキャストアドレス（ステップS1等）を通知してこの試験用マルチキャストアドレスを設定しておき、受信したパケットのマルチキャストアドレスを識別し（ステップS25）、このマルチキャストアドレスが試験用マルチキャストアドレスであった時（ステップS26）のみ、経路最適化除外処理を実行し（ステップS23）、その応答を試験装置1へ通知する(ステップS6)こととなる。

これにより、試験パケットのみ中継装置RT1-RT2間の経路試験ルートTRの最適化が行われないことにより、試験ルートTRの品質・負荷試験を行うことが可能となる。
ステップS7:試験装置1は、ステップS6による中継装置RT2からの応答が経路最適化除外処理を行ったことを示している時、試験パケット送信装置2に対して試験開始を指示する。
ステップS8:試験装置1は、試験パケット受信装置3に対しても同様に試験開始を指示する。

ステップS9:試験パケット送信装置2は、ステップS1で通知された試験パケット用マルチキャストアドレスを格納した試験パケットを送信開始する。
ステップS10:試験パケット受信装置3は、試験パケット送信装置2から送信され、中継装置RT1-RT2を経由した試験用マルチキャストパケットを、ステップS2で設定された試験用マルチキャストアドレスに一致したことを確認して受信し、それらの品質（損失、遅延、ゆらぎなど）を計測しその情報を蓄積する。これにより、新規に追加したいサービスに必要となるコネクション数、或いは帯域分のマルチキャスト試験パケットを受信することで中継装置RT1-RT2間の品質・負荷試験が可能となる。

ステップS11:試験装置1は試験パケット送信装置2に対して試験の終了後指示する。
ステップS12:試験装置1は同様に試験パケット受信装置3に対しても試験終了後指示する。
ステップS13:試験パケット送信装置2は、ステップS11による試験終了の指示を受けて上記の試験パケットの送信を終了する。

ステップS14:試験装置1は、中継装置RT1に対して試験パケット用マルチキャストアドレスの中継動作を解除するよう指示を行う。これにより試験終了後に試験用マルチキャストアドレスが誤って送信されてきても中継しないようにする。
ステップS15:試験パケット受信装置3は、ステップS12で試験装置1から試験の終了の指示を受けたことに伴い、中継装置RT2に対して試験パケットの転送を解除するように要求する。これにより中継装置RT2は、試験パケットを試験パケット受信装置3に送らないようになる。

ステップS16:試験装置1は、中継装置RT2に対して経路最適化除外処理を解除するように指示を行う。これにより、中継装置RT2は図6に示したようなPIM-SM方式の本来の機能に戻し、経路最適化処理を回復する。
ステップS17:試験装置1は、試験パケット受信装置3に対して計測結果の収集を指示する。

ステップS18:
試験パケット受信装置3は、ステップS17による指示に伴い、ステップS10で計測した経路の品質・負荷の計測結果を試験装置1に送信する。

実施例[2]:図10及び図11
この実施例と、上記の実施例[1]と異なる点は、図10に示すように、試験パケット送信装置を複数個用い、複数のサブネットに配備した点である。

この場合の基本的な動作は、実施例[1]と同様であり、図10に示す例では、図1に示したネットワークにおいて、サブネット11に試験パケット送信装置2_1を設けるとともに、別のサブネット1nにおいても試験パケット送信装置2_2を設けている。そして、試験装置1は、試験パケット送信装置2_1及び2_2に対して同一のマルチキャストアドレスを指定し（ステップS1）、それら複数の試験パケット送信装置2_1,2_2は指定されたマルチキャストアドレスを用いて試験パケットを送信する。

これにより、試験パケット送信装置2_1, 2_2の各々が送信できる試験パケットのトラフィック量が少なくても複数の試験パケット送信装置からの試験パケットを中継装置RT1で集約することにより、中継装置RT1から中継装置RT2への経路に大量に負荷を掛けることが可能となる。
図11は、図10の実施例をより具体的に示したものである。すなわち、サブネットとしてのLAN11に試験パケット送信装置としてのパソコンPC2_1を配備し、LAN12においても試験パケット送信装置としてのパソコンPC2_2を設置し、さらにLAN14においても試験パケット送信装置としてのパソコンPC4を設ける。

そして、これらのパソコンPC2_1, PC2_2,PC4を用いて、LAN14とLAN13上のルータRT4-RT2間の試験動作を行なう時、試験装置1は、試験用マルチキャストアドレスとして、例えば“245.0.0.1”を割り当ててパソコンPC2_1,2_2,PC4に通知する(ステップS1)。パソコンPC2_1, PC2_2,PC4は、このマルチキャストアドレス“245.0.0.1”を用いて試験パケットを同時に送信する。さらに、試験装置1は、LAN14のルータRT4に対してマルチキャストアドレス“245.0.0.1”のRPルータとなるように設定を行う（ステップS3）。

これらの設定により、LAN11及びLAN12の各パソコンPC2_1, 2_2から送信された試験パケットはルートPを通り、パソコンPC4からの試験パケットはLAN14内を経由することにより、全てLAN14のルータRT4に集められ、試験ルートTRを経由してLAN13におけるルータRT2からパソコンPC3に転送されるようにする。
これにより、個々のPCから送信できる試験パケットの帯域が少なくともLAN14のルータRT4においてそれらの試験パケットを集約でき、LAN14とLAN13との間の経路の高負荷試験が可能となる。

応用例：図12及び図13
図12に示す応用例（その１）と、上記の実施例[1]及び[2]と異なる点は、中継装置RT1が計測したい経路の端点ではなく、途中に存在する点の試験を行うことである。この場合、試験装置1が中継装置RT1となるべき中継装置を図12に示す応用例では中継装置RT4に変えることで、任意の2点間の様々な経路について品質・負荷試験を行うことが可能となる。

また、図13の応用例（その２）では、図12を用いて通常運用している時の経路Pwに障害が発生した場合の迂回経路Ppの品質を測定する場合の形態を示している。この場合には、迂回経路Ppのいずれかの中継装置（例えば中継装置RT4）をマルチキャスト中継用の中継装置とすることで、正常時の経路は運用したままで試験パケットのみ迂回経路に転送し、迂回経路の品質・負荷試験を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。

本発明に係るネットワークの試験方法及びシステムに用いられるネットワーク構成例を示したブロック図である。図１に示したネットワーク構成例をより具体的に示すブロック図である。本発明に係るネットワークの試験方法及びシステムの実施例[1]の全体動作を示すシーケンス図である。本発明に用いるIPパケットのフォーマット図である。従来より知られているPIM-SM (Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) 方式の動作例を示したブロック図である。 PIM-SM方式における経路最適化の動作を説明した図である。本発明に用いる経路制御部の動作例(1)を示したフローチャート図である。本発明に用いる経路制御部の動作例(2)を示したフローチャート図である。本発明に用いる経路制御部の動作例(3)を示したフローチャート図である。本発明に係るネットワークの試験方法及びシステムの実施例[2]を示した概略図である。図１０に示したネットワーク構成例をより具体的に示すブロック図である。本発明の応用例（その１）を示したブロック図である。本発明の応用例（その２）を示したブロック図である。従来技術を説明するためのネットワーク構成例を示した図である。

符号の説明

1 試験装置
2, 2_1, 2_2, PC2_1, PC2_2, PC4 試験パケット送信装置
3 試験パケット受信装置
RT1〜RT5 中継装置（ルータ）
10 経路制御部
11〜13 サブネット
RN 中継ネットワーク
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

試験装置又は試験パケット送信装置が、
試験パケット受信装置に、所定のマルチキャストアドレスの試験パケットの受信を指示し、
第1の中継装置に、該マルチキャストアドレスの試験パケットの中継を指示し、
第2の中継装置に、該試験パケットが該第1の中継装置から該第2の中継装置へ中継される経路が除外されないようにするための経路最適化除外処理を行うように指示し、そして、
該試験パケット受信装置が、該受信指示を受けたとき、該第2の中継装置に該マルチキャストアドレスの試験パケットの転送を要求する、
ことを特徴としたネットワークの試験方法。
試験装置又は試験パケット送信装置が、
試験パケット受信装置に、所定のマルチキャストアドレスの試験パケットの受信を指示し、
第1の中継装置に、該マルチキャストアドレスの試験パケットの中継を指示し、
第2の中継装置に、該試験パケットが該第1の中継装置から該第2の中継装置へ中継される経路が除外されないようにするための経路最適化除外処理を行うように指示し、そして、
該試験パケット受信装置が、該受信指示を受けたとき、該第2の中継装置に該マルチキャストアドレスの試験パケットの転送を要求する、
ことを特徴としたネットワークの試験システム。
請求項２において、
該第2の中継装置が、該経路最適化除外処理の指示として受信帯域の設定条件を受けたとき、該マルチキャストアドレスのパケットの受信帯域を計測し、該計測した受信帯域が該設定条件を満たすとき、該経路最適化除外処理を実行可能とする経路制御部を有することを特徴としたネットワークの試験システム。
請求項３において、
該経路制御部は、該経路最適化除外処理の指示として試験開始時刻も併せて設定されているときには、この設定された試験開始時刻になったときに該経路最適化除外処理を実行可能とすることを特徴としたネットワークの試験システム。
請求項２において、
該第2の中継装置が、該経路最適化除外処理の指示として該マルチキャストアドレスを受けたとき、受信したパケットのアドレスが該マルチキャストアドレスであれば、該経路最適化除外処理を実行可能とする経路制御部を有することを特徴としたネットワークの試験システム。
請求項２において、
該試験パケット送信装置が複数の試験パケット送信装置を含むことを特徴としたネットワークの試験システム。