JP4809416B2 - パケットキャプチャ装置 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、パケットの遅延の原因が単純に遅延したものか再送を行ったため遅延したのかを正しく識別する装置を提供することである。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るシステムの構成図である。
タップ104は、送信ホスト102と受信ホスト103の間に配置される。
送信ホスト102が受信ホスト103にパケットを送信すると、送信ホスト102と受信ホスト103の間にあるタップ104は該パケットをパケットキャプチャ装置101に分岐させる。そして、パケットキャプチャ装置101は、パケットを受信する。
パケットキャプチャ装置201は、入力部202、処理部210、記憶部220、および出力部203を備える。
処理部210は、パケット情報取得部211、パケットロス・遅延検出部212、およびモニタ結果出力部213を備える。
パケットロス・遅延検出部212は、通信状態記憶部221に格納されている情報およびパケット情報取得部211からの情報をもとに、パケットが単に遅延したのかロスによる再送があったのかを判定する。また、パケットの総遅延時間やロス数、パケットの受信時刻や識別子などの各種情報を通信状態記憶部221およびモニタ結果記憶部222に書き込む。
通信状態記憶部221は、図3に示すような通信状態テーブルを格納する。
通信状態テーブルは、項目として、送信元アドレス、TCPセッションID、前回受信時刻、次回SEQ、および前回ID値を有する。
TCPセッションIDは、パケットのTCPヘッダの送信元アドレス(SA)、送信元ポート番号(SP)、宛先アドレス(DA)、および宛先ポート(DP)から生成される値である。
次回SEQは、前回受信したパケットのシーケンス番号に前回受信したパケットのTCPのペイロードサイズを足したもので、次に受信するパケットが持つことを期待されているパケットのシーケンス番号である。
モニタ結果記憶部222は、図4に示すようなモニタ結果テーブルを格納する。
モニタ結果テーブルは、項目として、送信元アドレス、TCPセッションID、パケット送信数、ロス数、ロス率、および総遅延時間を有する。
TCPセッションIDは、パケットのTCPヘッダの送信元アドレス(SA)、送信元ポート番号(SP)、宛先アドレス(DA)、および宛先ポート(DP)から生成される値である。
ロス数は、ロスしたパケットの数である。
総遅延時間(ミリ秒)は、遅延原因が単なる遅延であるパケットの遅延時間の合計を示す。
ステップS501において、入力部202はパケットを受信し、パケット情報取得部211にパケットを送信する。尚、今回受信したパケットを現パケット、今回受信したパケットの一つ前に受信したパケットを前パケット、今回受信したパケットの次に受信するパケットを次パケットと呼ぶ。
ステップS503において、パケットロス・遅延検出部212は、パケットロス・遅延検出部212が受信した送信元アドレスおよびセッションIDをキーとして、通信状態テーブルを検索し、該当するエントリがあるか(すなわち、同じ送信元アドレスおよびセッションIDの組を持つエントリがあるか)判定する。該当するエントリがある場合はステップS504に進み、該当するエントリがない場合はステップS509に進む。セッションIDは送信元アドレスと送信先アドレスが逆の場合も同一のセッションIDが生成される。そこで、送信元アドレスも検索のためのキーとして使用することで、区別可能としている。
ステップS506において、パケットロス・遅延検出部212は、CUR_ID(現パケットの識別子)とPRV_ID(前回ID値(前パケットの識別子))に1を加算した値を比較し、同じ場合は単なる遅延であると判断しステップS507に進み、異なる場合はロスによる再送による遅延であると判断しステップS508に進む。
ステップS510において、パケットロス・遅延検出部212は、SEQ(現パケットのシーケンス番号)に現パケットのTCPデータ長(ペイロードサイズ)を加算したものを次回SEQ(次に受信するパケットに期待されるシーケンス番号)として算出し、次回SEQを通信状態テーブルに書き込む。
以下の具体例において、通信状態記憶部221およびモニタ結果記憶部222には、そ
れぞれ図3の通信状態テーブルおよび図4のモニタ結果テーブルが格納されているとする。
先ず、新たにパケットを受信する(ステップS501)。
パケット情報取得部211は、新たに受信したパケット(現パケット)のTCPヘッダおよびIPヘッダからTCPセッションIDを作成する(ステップS502)。パケット情報取得部211は、TCPヘッダのシーケンス番号(SEQ)およびIPヘッダの識別子(ID)を取得する。そして、セッションID、シーケンス番号、および識別子を1組としてパケットロス・遅延検出部212へ送信する。また、パケットを受信した時刻(パケット受信時刻)をパケットロス・遅延検出部212へ送信する。
通信状態テーブルをセッションID「A」と送信元アドレス「α」をキーに検索する(ステップS503)と、通信状態テーブルの1行目に該当エントリが存在するので、次回SEQとして680、前回ID値として335を取得する(ステップS504)。また、PRV_IDを前回ID値、CUR_IDを現パケットの識別子、PRV_Tを前回受信時刻、CUR_Tを現パケットの受信時刻、SEQを現パケットのシーケンス番号とする(ステップS504)。
次にCUR_ID(=336)とPRV_ID(=335)に1を足したものを比較する(ステップS506)と、共に336で同一である。
次に受信するパケットに期待されるシーケンス番号(次回SEQ)を算出し、通信状態テーブルに書き込む(ステップS510)。
先ず、新たにパケットを受信する(ステップS501)。
パケット情報取得部211は、新たに受信したパケット(現パケット)のTCPヘッダおよびIPヘッダからTCPセッションIDを作成する(ステップS502)。パケット情報取得部211は、TCPヘッダのシーケンス番号(SEQ)およびIPヘッダの識別子(ID)を取得する。そして、セッションID、シーケンス番号、および識別子を1組としてパケットロス・遅延検出部212へ送信する。また、パケットを受信した時刻(パケット受信時刻)をパケットロス・遅延検出部212へ送信する。
通信状態テーブルをセッションID「A」と送信元アドレス「α」をキーに検索する(ス
テップS503)と、通信状態テーブルの1行目に該当エントリが存在するので、次回SEQとして680、前回ID値として335を取得する(ステップS504)。また、PRV_IDを前回ID値、CUR_IDを現パケットの識別子、PRV_Tを前回受信時刻、CUR_Tを現パケットの受信時刻、SEQを現パケットのシーケンス番号とする(ステップS504)。
次にCUR_ID(=337)とPRV_ID(=335)に1を足したものを比較する(ステップS506)と、これらは異なっている。
前回受信時刻(PRV_T)を現パケットの受信時刻(CUR_T)、前回ID値(PRV_ID)を現パケットのID値(CUR_ID)として、通信状態テーブルに書き込む。また、パケット送信数に1を加算した値をモニタ結果テーブルに書き込み、パケット送信数は31となる(ステップS511)。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、1つの送信ホストが複数の受信ホストにパケットを送信している場合を説明する。
本発明の第2の実施の形態のシステムは、パケットキャプチャ装置601、送信ホスト602、受信ホスト603−n(n=1〜3)、タップ604を備える。
パケットキャプチャ装置601はタップ604と接続し、送信ホスト602および受信ホスト603はそれぞれネットワークを介してタップ604と接続している。
図6では、パケット611、パケット612、パケット613、パケット614の順で送信ホスト602から送信されている。パケット611、パケット612、パケット613、およびパケット614は、それぞれ受信ホスト603−1、受信ホスト603−2、受信ホスト603−3、および受信ホスト603−1に送信されている。
受信ホスト603−1に対しては、ロス無くパケットが送信されているが、パケット611とパケット614の送信の間に他の受信ホストに対してパケットを送信しているため、パケット611の識別子(100)とパケット614の識別子(103)は連続してい
ない。この場合、第1の実施の形態の識別方法を用いると、実際にはロスが無いが、ロスと判断されてしまう。第2の実施の形態では、このような場合でも、パケット614が遅延であると判断する。
パケットキャプチャ装置701は、入力部702、処理部710、記憶部720、および出力部703を備える。
処理部710は、パケット情報取得部711、パケットロス・遅延検出部712、およびモニタ結果出力部713を備える。
通信状態記憶部721は、図3に示すような通信状態テーブルを格納する。
モニタ結果記憶部722は、図8に示すようなモニタ結果テーブルを格納する。
モニタ結果テーブルは、項目として、送信元アドレス、TCPセッションID、パケット送信数、判断不能回数、および総遅延時間を有する。
判断不能回数は、遅延であるかロスであるかの判断が出来なかった回数を示す。
連続開始ID値は、ロス無くパケットを送信しているときの最初のパケットのIPヘッダの識別子(ID値)である。
増加数は、パケットがロス無く連続しているとみなすことが出来る範囲である。
ステップS1001において、入力部202はパケットを受信し、パケット情報取得部にパケットを送信する。
ステップS1004において、パケットロス・遅延検出部712は、送信元アドレスが連続開始IDテーブルに存在するかチェックし、送信元アドレスが存在した場合はステップS1005に進み、存在しない場合はステップS1007に進む。
ステップS1007において、パケットロス・遅延検出部712は、連続開始IDテーブルに新規エントリを作成する。
を参照し、通信状態テーブルから当該セッションIDの前回受信時刻、次回SEQ、および前回ID値を取得する。
ステップS1010において、パケットロス・遅延検出部712は、次回SEQとSEQを比較し、同じ場合はステップS1011に進み、異なる場合は遅延とロスの識別が出来ないのでステップS1017に進み、テーブルの更新処理を行う。
ステップS1014において、連続開始IDテーブルの該当エントリの連続開始ID値に現パケットのID値(CUR_ID)を書き込む。ステップS1014では、CUR_IDがL_ID+Nより大きいので、それ以前のID値は連続していないとみなし、連続開始ID値が現パケットのID値で更新される。
以下の具体例において、通信状態記憶部721、モニタ結果記憶部722、および連続開始ID記憶部723には、それぞれ図3の通信状態テーブル、図8のモニタ結果テーブル、および図9の連続開始IDテーブルが格納されているとする。
パケット情報取得部711は、新たに受信したパケット(現パケット)のTCPヘッダおよびIPヘッダからTCPセッションIDを作成する(ステップS1002)。パケット情報取得部711は、TCPヘッダのシーケンス番号(SEQ)およびIPヘッダの識別子(ID値)を取得する。そして、セッションID、シーケンス番号、および識別子を1組とし
てパケットロス・遅延検出部712へ送信する。また、パケットを受信した時刻(パケット受信時刻)をパケットロス・遅延検出部712へ送信する。
通信状態テーブルをセッションID「B」と送信元アドレス「α」をキーに検索する(ステップS1003)と、通信状態テーブルの2行目に該当エントリが存在する。
CON_IDを連続開始IDテーブルの該当エントリの連続開始ID値(1)、L_IDを連続開始IDテーブルの該当エントリの直前ID値(335)、CUR_IDを現パケットのIPヘッダの識別子(ID値)(336)とする(ステップS1005)。また、連続開始IDテーブルから増加数Nとして1を取得する。
CON_ID(336)とL_ID(335)に増加数N(1)を加算したものを比較すると(ステップS1011)、CON_IDはL_ID+N以下である。
以上から、現パケットのID値は連続しているとみなし、ロスによる再送は無く、パケットは単に遅延していると判断する。
第2の実施形態のパケットキャプチャ装置によれば、送信元ホストが複数の送信先ホストと通信している場合でも、遅延を識別することが出来る。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態においては、送信元ホストがLinux(登録商標)などの特定のOS(Operation System)の場合を説明する。
本発明の第3の実施の形態のシステムは、パケットキャプチャ装置1101、送信ホスト1102、受信ホスト1103−n(n=1〜3)、タップ1104を備える。
パケットキャプチャ装置1101はタップ1104と接続し、送信ホスト1102および受信ホスト1103はそれぞれネットワークを介してタップ1104と接続している。
図11では、パケット1111、パケット1112、パケット1113、パケット1114の順で送信ホスト1102から送信されている。パケット1111、パケット1112、パケット1113、およびパケット1114は、それぞれ受信ホスト1103−1、受信ホスト1103−2、受信ホスト1103−3、および受信ホスト1103−1に送信されている。
送信ホスト1101が例えばLinux(登録商標)等の特定のOS(Operation System)を使用している場合は、IPヘッダの識別子(ID値)はTCPコネクション毎にランダムな値から開始され、1パケット送信毎に1ずつ増加するが、送信ホストに共通する値ではない。
識別子が同一のTCPセッションに属するパケットに対して必ず1ずつ増加すれば、第1の実施の形態の識別方法(図5のフローチャート)が利用できる。
第3の実施の形態のパケットキャプチャ装置1101は、第1の実施の形態のパケットキャプチャ装置201および第2のパケットキャプチャ装置701の両方の機能を有し、適宜使い分けている。
図12は、本発明の第3の実施の形態のパケットキャプチャ装置の構成図である。
パケットキャプチャ装置1201は、入力部1202、出力部1203、処理部1210、および記憶部1220を備える。
処理部1210は、パケットのヘッダの情報の取得、取得した情報に基づく遅延の原因の識別、結果の送信などの処理を行う。
パケット情報取得部1211は、IPヘッダおよびTCPヘッダの情報からTCPのセッションIDを作成する。また、作成したTCPセッションID、シーケンス番号や識別子などのIPヘッダおよびTCPヘッダに記述された情報、およびパケットの受信時刻等をパケットロス・遅延検出部1212に送信する。
通信状態記憶部1221は、図3に示すような通信状態テーブルを備える。通信状態テーブルについては、第2の実施の形態と同様である。
OS種別記憶部1224は、図14に示すようなOS種別テーブルを備える。
OSタイプBは、TCPセッションごとに異なる識別子を与え、同一のTCPセッションに属するパケットに対して識別子を1ずつ増加させるOSであり、例えばLinuxが該当する。OSタイプAは、TCPセッションごとに異なる識別子を与えないOSである。
ステップS1501において、パケットを受信する。
ステップS1502において、受信したパケットがSYN/ACKパケットかどうか判定する。SYN/ACKパケットの場合はステップS1503に進み、SYN/ACKパケットでない場合はステップS1504に進む。
TCPコネクションの確立手順は、先ずクライアントが接続要求(SYNパケット)をサーバに送信する。サーバは、接続要求に対する応答(SYN/ACKパケット)をクライアントに送信する。クライアントは、SYN/ACKパケットに対して、ACKパケットをサーバに送信する。TCPコネクションは上記手順により確立される。
ステップS1505において、ステップS1504での検索の結果、OS種別テーブルに該当するエントリがない場合はステップS1506に進み、該当するエントリがある場合はステップS1510に進む。
ステップS1507において、OSタイプをBとし、OS種別テーブルに書き込む。
ステップS1508において、図5のステップS502に進む。パケットキャプチャ装置1201は、ステップS502以降の処理を行い、図5のENDに到達したら、ステップS1508に戻り、終了する。このとき、入力部1202、出力部1203、パケット情報取得部1211、パケットロス・遅延検出部1212、モニタ結果出力部1213、通信状態記憶部1221、およびモニタ結果記憶部1222は、それぞれ第1の実施の形態の入力部202、出力部203、パケット情報取得部211、パケットロス・遅延検出部212、モニタ結果出力部213、通信状態記憶部221、およびモニタ結果記憶部222に対応する。
ステップS1510において、OS種別テーブルを参照し、パケットの送信元ホストのOSのタイプを判定し、タイプがAである場合はステップS1511に進み、Aでない(Bである)場合はステップS1508に進む。
102 送信ホスト
103 受信ホスト
104 タップ
201 パケットキャプチャ装置
202 入力部
203 出力部
210 処理部
211 パケット情報取得部
212 パケットロス・遅延検出部
213 モニタ結果出力部
220 記憶部
221 通信状態記憶部
222 モニタ結果記憶部
701 パケットキャプチャ装置
702 入力部
703 出力部
710 処理部
711 パケット情報取得部
712 パケットロス・遅延検出部
713 モニタ結果出力部
720 記憶部
721 通信状態記憶部
722 モニタ結果記憶部
723 連続開始ID記憶部
1201 パケットキャプチャ装置
1202 入力部
1203 出力部
1210 処理部
1211 パケット情報取得部
1212 パケットロス・遅延検出部
1213 モニタ結果出力部
1220 記憶部
1221 通信状態記憶部
1222 モニタ結果記憶部
1223 連続開始ID記憶部
1224 OS種別記憶部
Claims (6)
- 受信したパケットのヘッダに記述されているID値およびシーケンス番号を取得する取得部と、
前回受信したパケットのID値である前回ID値および次回受信するパケットが持つべきシーケンス番号である次回シーケンス番号を記憶する記憶部と、
前記受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送によるものか再送以外の原因によるものかを判定する検出部と、
を備え、
前記検出部は、
前記次回シーケンス番号と今回受信したパケットのシーケンス番号とを比較し、
前記前回ID値と今回受信したパケットのID値とを比較し、
前記次回シーケンス番号と前記今回受信したパケットのシーケンス番号が一致し、且つ前記前回ID値と前記今回受信したパケットのID値が連続しているときに、前記今回受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送以外の原因によるものであると判定し、前記前回ID値と前記今回受信したパケットのID値が連続していないときに、前記今回受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送によるものであると判定することを特徴とするパケットキャプチャ装置。 - 前記検出部は、前記次回シーケンス番号と今回受信したパケットのシーケンス番号とを比較し、前記前回ID値と今回受信したパケットのID値とを比較し、前記次回シーケンス番号と前記今回受信したパケットのシーケンス番号が一致し、且つ前記前回ID値と前記今回受信したパケットのID値が連続しているときに、前記今回受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送以外の原因によるものであると判定し、前記前回ID値と前記今回受信したパケットのID値が連続していないときに、前記今回受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送によるものであると判定することに代えて、送信ホストのOSの種別を判定し、
前記送信ホストがパケットに対しTCPセッションごとに異なるID値を与え、同一のTCPセッションに属するパケットに対して前記ID値を1ずつ増加させるOSである場合は、
前記検出部は、
前記次回シーケンス番号と前記今回受信したパケットのシーケンス番号とを比較し、
前記前回IDと今回受信したパケットのID値とを比較し、
前記次回シーケンス番号と前記今回受信したパケットのシーケンス番号が一致し、且つ前記前回IDと前記今回受信したパケットのID値が連続しているときに、前記今回受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送以外の原因によるものであると判定し、前記前回IDと前記今回受信したパケットのID値が連続していないときに、前記今回受信したパケットの受信時刻と前記前回受信したパケットの受信時刻との差の原因が再送によるものであると判定することを特徴とする請求項1記載のパケットキャプチャ装置。 - 前記ID値は、パケットのIPヘッダの識別子であり、前記シーケンス番号は、TCPヘッダのシーケンス番号であることを特徴とする請求項1または2に記載のパケットキャプチャ装置。
- 共通する送信元アドレス情報を含み、かつ、共通するセッションを示すヘッダ情報を含む第1のパケットと、第2のパケットを該第1のパケット、該第2のパケットの順に受信した場合に、該第1のパケットのヘッダ情報に含まれるデータの順序を示すシーケンス番号に対して、該第2のパケットのヘッダ情報に含まれるデータの順序を示すシーケンス番号が、後続する次のシーケンス番号であって、該第1のパケットのヘッダ情報に含まれるID値に対して、該第2のパケットのヘッダ情報に含まれるID値が、後続する次の値であることを検出すると、該第2のパケットは、再送されたパケットではないと判定し、該第1のパケットのヘッダ情報に含まれるID値に対して、該第2のパケットのヘッダ情報に含まれるID値が、後続する次の値でないことを検出すると、該第2のパケットは、再送されたパケットであると判定する判定手段を備えた、
ことを特徴とするパケットキャプチャ装置。 - 前記判定手段によって再送されたパケットではないと判定したパケットの受信時刻の情報に基づいて、再送がない場合の伝送遅延時間の特性を求める手段、又は、前記判定手段によって再送されたパケットであると判定したパケットに基づいて、パケットのロスの発生についての特性を求める手段、
を備えたことを特徴とする請求項4記載のパケットキャプチャ装置。 - 接続要求に応じて送信された応答パケットのヘッダ情報に含まれるID値が0であるか否か判定する手段と、
該判定により該ID値が0と判定された場合であって、該応答パケットを送信した送信ホストを送信元とし、かつ、ヘッダ情報が共通するセッションを示す第1のパケット、第2のパケットを該第1のパケット、該第2のパケットの順で受信した場合に、該第1のパケットのヘッダ情報に含まれるデータの順序を示すシーケンス番号に対して、該第2のパケットのヘッダ情報に含まれるデータの順序を示すシーケンス番号が、後続する次のシーケンス番号であって、該第1のパケットのヘッダ情報に含まれるID値に対して、該第2のパケットのヘッダ情報に含まれるID値が、後続する次の値であることを検出すると、該第2のパケットは、再送されたパケットではないと判定し、該第1のパケットのヘッダ情報に含まれるID値に対して、該第2のパケットのヘッダ情報に含まれるID値が、後続する次の値でないことを検出すると、該第2のパケットは、再送されたパケットであると判定する判定手段を備えた、
ことを特徴とするパケットキャプチャ装置。
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