JP4829194B2 - ネットワーク解析システム - Google Patents

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Description

本発明は、パケットネットワークにおけるユーザパケットの追跡および遅延時間の解析に関する。
従来のIPネットワーク・アナライザでは距離の離れた2点間の遅延時間を測定するために、始点においてGPSに同期した現在時刻を特別な測定パケットに格納して転送し、終点において測定パケットを抽出し、GPSで得られた時刻とパケットに格納された時刻との差から遅延時間を計算している(例えば、非特許文献1参照)。
また、InMon社が開発したsFlow(RFC3176)は広域のパケットフローの統計的な解析をリアルタイムに行うことを可能にする(例えば、非特許文献2参照)。
"MD1230Aデータクオリティアナライザ"、[online]、アンリツ株式会社、[平成19年8月21日検索]、インターネット<URL:http://www.anritsu.co.jp/products/pdf/MD1230A_JF1100.pdf> P.Phaal,S.Panhen,N.Mckee、"InMon Corporation’s sFlow:A Method for Monitoring Traffic in Switched and Routed Networks"、[online]、InMon Corp.、RFC3176、[平成19年8月21日検索]、インターネット<URL:http://www.ietf.org/rfc/rfc3176.txt>
従来のIPネットワーク・アナライザでは、アプリケーションが送出するユーザパケットそのものの遅延や遅延分散を測定することができず、遅延に起因する問題の解析には不十分であった。また、両端にGPSを必要とするため屋内での測定には不向きであった。
また、InMon社が開発したsFlow(RFC3176)は、パケットの到着時刻を蓄積する仕組みが無いのと装置毎にサンプリングされるパケットが異なるので、個々のパケットのネットワーク上での動きを追うことができなかった。
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、個々のユーザパケットがネットワーク上の測定点を通過する時刻を計測することを可能とし、ユーザパケットそのものの測定点の通過順序や各測定点間の遅延や遅延分散を解析することができるネットワーク解析システムを提供することを目的とする。
本発明の主要な特徴は、ネットワークを介してシステム時刻を同期し、ネットワーク上の測定点において測定パケット個々の識別子(ハッシュ値)と測定時刻を対にして測定データをネットワーク経由で集約し、集約した情報を解析するところにある。
すなわち、各プローブ装置は、測定ポートにパケットが到着した時刻と、ハッシュ値との対の情報を一定時間毎にコレクタ装置に送出する。コレクタ装置において、プローブ装置(測定ポート)識別子とハッシュ値と到着時刻との組が蓄積されているので、蓄積された情報をハッシュ値で検索すれば特定のパケットの通過プローブ装置(測定ポート)が得られ、さらに、到着時刻を昇順でソートすればプローブ装置(測定ポート)の通過順序が得られる。さらに、最初のプローブ装置への到着時刻をそれぞれのプローブ装置への到着時刻から差し引くと遅延時間が得られる。
したがって、本発明の目的である個々のユーザパケットがネットワーク上の測定点を通過する時刻を計測することを可能とし、ユーザパケットそのものの測定点の通過順序や各測定点間の遅延や遅延分散を解析することができる。
従来のIPネットワーク・アナライザとはネットワークの特性解析にアプリケーションが送出するユーザパケットそのものを用いる点と、ネットワーク経由で時刻を同期する点とが異なる。
また、従来のsFlowとは測定パケットの到着時刻を蓄積する点と、集約された情報からパケットを識別してパケット単位で解析する点とが異なる。
すなわち、本発明は、被測定対象となるネットワークを伝送する被測定パケットを追跡し、当該被測定パケットの遅延時間を解析するネットワーク解析システムである。
ここで、本発明の特徴とするところは、自装置に到着する被測定パケットに関する情報を蓄積する複数のプローブ装置と、複数のプローブ装置が取得した前記被測定パケットに関する情報を収集するコレクタ装置と、このコレクタ装置が収集した情報を解析する解析装置とを備え、前記プローブ装置は、測定ポートへ被測定パケットが到着した時点の内部時刻および当該被測定パケットの設定領域に対して計算したハッシュ値をバッファへ蓄積する手段と、一定量もしくは一定時間毎に蓄積されたバッファ内容と自プローブ装置識別子とをパケット化して前記コレクタ装置へプローブパケットとして送出する手段とを備え、前記コレクタ装置は、前記プローブパケットを受信し、前記プローブパケット内に記述されている前記プローブ装置識別子と前記ハッシュ値と前記到着時刻との組を蓄積する手段と、この蓄積する手段が蓄積した情報を前記解析装置に送出する手段とを備え、前記解析装置は、前記コレクタ装置から送出された情報の解析を行う手段を備えたところにある。
さらに、時刻マスタ装置を備え、この時刻マスタ装置は、前記プローブ装置からの時刻要求パケットに対して自装置内部時刻を応答パケットへ格納して送出する手段を備え、前記プローブ装置は、前記時刻マスタ装置へ送出した時刻要求パケットに対する応答パケットに基づき自装置の内部時刻を前記時刻マスタ装置に同期させる手段を備えることができる。
また、前記時刻マスタ装置、前記プローブ装置、前記コレクタ装置、前記解析装置のいずれか複数の装置機能を併せて備える装置を有してもよい。
また、前記時刻マスタ装置は、外部の時刻に同期する手段を備えてもよい。
また、前記プローブ装置は、2以上の測定ポートを備え、当該測定ポート間が内部で結線もしくは論理接続されるようにすることもできる。これによれば、被測定対象の入出力に直接プローブ装置を接続し、被測定パケットを透過させることができるため精確な被測定パケットの到着時刻および測定対象の通過時刻を測定することができる。
また、前記バッファへ蓄積する手段は、被測定パケットに対して計算されたハッシュ値が特定の集合に属するハッシュ値を満たす場合に限定するとともに、被測定パケットの送信元アドレスまたはプロトコル番号またはポート番号のあらかじめ設定した特定の条件を満たす被測定パケットに限定して被測定パケットの情報を蓄積する手段を含んでもよい。
また、前記プローブ装置は、測定ポートへ被測定パケットが到着した時点の内部時刻および当該被測定パケットの設定領域に対して計算したハッシュ値に加え、当該被測定パケット固有の情報を1以上付加してその情報を蓄積する手段を備えることもできる。これによれば、被測定パケットを特定することができるため、ユーザパケットの追跡に利用することができる。
また、前記コレクタ装置は、自装置に蓄積された情報を記録媒体に記録する手段を備え、前記解析装置は、前記記録媒体に記録された情報を読み出して解析する手段を備えることもできる。これにより、オフラインにて解析作業を行うことができる。
また、本発明をプローブ装置としての観点から観ることもできる。すなわち、本発明は、2以上の測定ポートを備え、当該測定ポート間が内部で結線もしくは論理接続され、測定ポートへ被測定パケットが到着した時点の内部時刻および当該被測定パケットの設定領域に対して計算したハッシュ値をバッファへ蓄積する手段と、一定量もしくは一定時間毎に蓄積されたバッファ内容と自プローブ装置識別子とをパケット化して上位装置へプローブパケットとして送出する手段とを備え、前記バッファへ蓄積する手段は、被測定パケットに対して計算されたハッシュ値が特定の集合に属するハッシュ値を満たす場合に限定するとともに、被測定パケットの送信元アドレスまたはプロトコル番号またはポート番号のあらかじめ設定した特定の条件を満たす被測定パケットに限定して被測定パケットの情報を蓄積する手段を含み、ネットワーク内で時刻同期を行う時刻マスタ装置へ送出した時刻要求パケットに対する応答パケットに基づき自装置の内部時刻を前記時刻マスタ装置に同期させる手段を備えたプローブ装置である。
本発明を用いると、アプリケーションが送出するユーザパケットそのものの測定点の通過順序や、各測定点間の遅延や遅延分散を直接測定することが可能になるのでネットワーク上でのパケットの遅延解析に有効である。また、ネットワークを介して時刻同期を行うために屋内での測定にも容易に対応可能になる。
(第一実施例)
本発明の第一実施例を図1〜図3を参照して説明する。図1は本発明を用いてユーザパケットの追跡および遅延時間の解析を行う場合の構成例である。
104a、104b、104c、104dは市販のIPスイッチを示し、IPスイッチ間は144ab、144ac、144cd、144bdのリンクで接続されているものとする。本発明要素である時刻マスタ装置としての時刻サーバ100はIPスイッチ104dとリンク120で接続され、プローブ装置101a、101b、101c、101dはそれぞれIPスイッチ104a、104b、104c、104dとリンク121a、121b、121c、121dでそれぞれ接続され、コレクタ装置102はIPスイッチ104aとリンク122で接続されているものとする。
リンク111a、111b、111c、111dはプローブ装置の測定ポートに接続されており、IPスイッチ側のポートはミラーリングの設定を行い、被測定パケットはこれらのリンクに転送されるものとする。
プローブ装置101aはリンク121aを介して時刻サーバ100と時刻同期パケットの交換を行うことにより内部時刻を時刻サーバ100と一致させる。
また、プローブ装置101aはリンク111aから被測定パケットが到着するとその時点の内部時刻と被測定パケットから計算したハッシュ値とを組にして蓄積していく。
プローブ装置101aは一定量情報が蓄積するか、一定時間に到達した場合に、リンク121aを介してコレクタ装置102に蓄積データと当該プローブ装置の識別子を送出する。他のプローブ装置101b、101c、101dに関しても同様に、時刻同期、情報蓄積、蓄積データの送出を行う。
なお、時刻サーバ100と各プローブ装置101a〜101dとの間でパケット交換を行う際には未測定のネットワークの遅延が存在することになるが、時刻サーバ100と各プローブ装置101a〜101dとの間のRTT(Round Trip Time)の平均値の近傍のデータ、または、前回のRTTから推定される誤差範囲内に収まるデータだけを用いて時刻同期を実施すれば精確な時刻同期が可能となる。
コレクタ装置102は各プローブ装置からの情報をまとめて蓄積する。解析装置103はコレクタ装置102に蓄積された情報の解析を行う。
図2はプローブ装置に蓄積された情報の例を示す図である。被測定パケットが到着するとその時点の内部時刻および被測定パケットから計算したハッシュ値が1行ずつ加えられていく。時刻の有効桁数は時刻サーバとの同期精度に依存する。予め決めておいた行数毎に、もしくは一定時間毎に測定したプローブ装置を特定するための識別子と共に情報を送出する。
図3はコレクタ装置に蓄積された情報の例を示す。図3では各プローブ装置からの情報を時間でソートした状態を示している。同一のハッシュ値“1234”を持つパケットが行3、行7、行10にあるので、スイッチ104a→104c→104dの順に通過したこととそのときの各通過時刻がわかる。したがって、通過時刻の差からそれぞれの区間における遅延時間を計算することが可能である。
(第二実施例)
本発明の第二実施例を図4を参照して説明する。図4は第一実施例と比べてさらに精確な遅延測定を行う場合の構成例を示している。
本構成は被測定対象406の遅延特性を精確に行うことを目的としている。ここで被測定対象406はIPスイッチやEthernet(登録商標)ハブのような装置類や、IPネットワークなどパケットのデータペイロードに対して変化を加えないことを前提にしている。
時刻サーバ400とプローブ装置401a、401bはそれぞれリンク440a、440bで接続され、時刻同期の仕組みおよび動作は第一実施例と同じである。
ただし、時刻サーバ400は、GPSレシーバ410がGPSアンテナ411によってGPS衛星からの電波を受信することで得た時刻に同期を行う例を示している。
また、コレクタ機能402と解析機能403とは、1つの装置(コレクタ・解析装置405)に実装すると共に、コレクタ・解析装置405に設けた記録媒体404にコレクタ機能402の出力を記録することで、オフラインでも解析機能403が動作可能とした例を示している。さらに、時刻サーバ400の機能をコレクタ・解析装置405に実装したり、プローブ装置401aまたは401bのいずれかの機能をコレクタ・解析装置405に実装するなど、図4の例以外でも時刻サーバ、プローブ装置、コレクタ装置、解析装置のいずれか複数の装置機能を併せて備える装置を構成することができる。
第一実施例と異なる点は、ここで用いるプローブ装置401a、401bが測定ポートを2つ備え、測定ポート間を被測定パケットが透過する点である。すなわち、プローブ装置401aにおいてリンク441aから到着したパケットはリンク444aに転送され、逆に、リンク444aから到着したパケットはリンク441aに転送される。プローブ装置401bとリンク441b、444bの間の動作も同様に行われる。
被測定対象406の入出力が直接プローブ装置401a、401bに接続されているため精確な被測定パケットの到着時刻および測定対象404の通過時刻を測定することができる。
(第三実施例)
第三実施例としてプローブ装置の構成例を図5に示す。時刻クライアント500はリンク521を介して外部の時刻サーバとプローブ装置時刻501との比較を行い、また、制御することによって時刻サーバの時刻と一致させる。測定ポート522から被測定パケットが到着するとその時点のプローブ装置時刻501を時刻ラッチ回路502が保持する。同時に被測定パケットに対してハッシュ生成回路503およびパケットフィルタ504の計算が行われる。
パケットフィルタ504はMACアドレスやプロトコル番号、IPアドレス、ポート番号など設定した特定条件に適合する場合に透過許可信号528を生成する。パケットフィルタ504は複数の特定条件を並列に計算し、1以上の特定条件に適合する場合に透過許可信号528を生成しても構わない。
これにより、蓄積バッファ509には、特定条件を満たす被測定パケットに限定して情報を蓄積することができる。
ハッシュフィルタ505はハッシュ値526の写像で、特定の集合に属するハッシュ値526のみに対して透過許可信号527を発生させる。
論理積回路506は透過許可信号527、528が共に透過許可を示したときに蓄積許可信号529を発生させる。透過許可信号527、528および蓄積許可信号529はプローブ装置からコレクタ装置へのトラフィック(ネットワーク負荷)を低減するのが目的である。
透過許可信号528は測定対象外のパケットを除外し、透過許可信号527は特定の割合でのサンプリングを可能にする。
スイッチ507は蓄積許可信号529を受けて到着時刻525、ハッシュ値526と付加情報バッファ511に蓄えられたパケットの一部の情報対530を蓄積バッファ509に送出する。なお、この情報対530は、当該パケット固有の情報の一部であり、当該パケットを特定可能である情報の一部を抽出して情報対530として利用する。
タイマ508による時刻トリガ531もしくは蓄積バッファトリガ532を検出すると、プローブパケット生成回路510は蓄積バッファ509に対してデータ送信要求533を出力し、蓄積データ534をパケット化してリンク535からコレクタ装置に対してプローブパケットを送出する。
このように、付加情報バッファ511に蓄えられたパケットの一部の情報対530を蓄積バッファ509に蓄積することにより、被測定パケットを特定することができるため、解析装置によるユーザパケットの追跡に利用することができる。
(第四実施例)
第四実施例としてハッシュ生成部およびハッシュフィルタの構成例を図6に示す。ここで以降では、被測定パケット610をx、マスク関数600をm、ハッシュ関数601をh、ハッシュ関数の出力ビット数をn、判定関数602をfとし、また、pは0以上1以下の実数で表す。
ハッシュ生成部603はマスク関数600とハッシュ関数601とから構成される。マスク関数は次のように表記される。
m(x)={μ00,μ11,μ22,…,μii,…}
ここで、μiは被測定パケットのiビット目に対するマスク値で1のときは被測定パケット610の該当ビットをハッシュ値の計算に反映させることを示し、0のときはハッシュ値の計算には反映させないことを示す。
マスク関数出力611を入力とするハッシュ関数601はCRC32やMD5、SHA1など一般的なもので構わない。
ハッシュフィルタ604は異なるプローブ装置で同一のパケットを識別するために入力612に対して一意に出力613が決まらなくてはならない。ハッシュフィルタ604としてnビットの判定関数602の一例を以下に示す。
Figure 0004829194
ここで、f(y)=1はyが透過ハッシュ値集合の要素であることを示し、またハッシュ関数が一様である場合にpは透過率614となる。
(第五実施例)
汎用の情報処理装置にインストールすることにより、その汎用の情報処理装置に、本実施例のプローブ装置、コレクタ装置、解析装置、時刻サーバの少なくとも一部の機能に相応する機能を実現させるプログラムの実施例を説明する。
本実施例のプログラムは記録媒体に記録されることにより、前記汎用の情報処理装置は、この記録媒体を用いて本実施例のプログラムをインストールすることができる。あるいは、本実施例のプログラムを保持するサーバからネットワークを介して直接前記汎用の情報処理装置に本実施例のプログラムをインストールすることもできる。
これにより、汎用の情報処理装置を用いて、本実施例のプローブ装置、コレクタ装置、解析装置、時刻サーバの少なくとも一部の機能に相応する機能を実現することができる。
なお、本実施例のプログラムは、汎用の情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。
本発明によれば、ユーザパケットそのものの測定点の通過順序や各測定点間の遅延や遅延分散を解析することができるため、従来と比べて精度が高く詳細な遅延時間の分析ができ、サービス品質の向上に寄与することができる。
パケット経路の特定と遅延の計算のシステム構成図。 プローブ装置蓄積データの例を示す図。 コレクタ装置蓄積データの例を示す図。 精確な遅延測定のシステム構成図。 プローブ装置の構成例を示す図。 ハッシュの生成およびハッシュフィルタの構成例を示す図。
符号の説明
100、400 時刻サーバ装置
101a〜101d、401a、401b プローブ装置
102 コレクタ装置
103 解析装置
104a〜104d IPスイッチ
111a〜111d、120、121a〜121d、122、123、144ab、144ac、144cd、144bd、423、440a、440b、441a、441b、442a、442b、444a、440b、523、524、535 リンク
402 コレクタ機能
403 解析機能
404 記録媒体
405 コレクタ・解析装置
406 被測定対象
410 GPSレシーバ
411 GPSアンテナ
500 時刻クライアント
501 プローブ装置時刻
502 時刻ラッチ回路
503、603 ハッシュ生成部
504 パケットフィルタ
505、604 ハッシュフィルタ
506 論理積回路
507 スイッチ
508 タイマ
509 蓄積バッファ
510 プローブパケット生成回路
511 付加情報バッファ
522 測定ポート
525 到着時刻
526 ハッシュ値
527、528 透過許可信号
529 蓄積許可信号
530 一部の情報対
531 時刻トリガ
532 蓄積バッファトリガ
533 データ送信要求
534 蓄積データ
600 マスク関数
601 ハッシュ関数
602 判定関数
603 ハッシュ生成部
604 ハッシュフィルタ
610 被測定パケット
611 マスク関数出力
612 入力
613 出力
614 透過率

Claims (5)

  1. 被測定対象となるネットワークを伝送する被測定パケットを追跡し、当該被測定パケットの遅延時間を解析するネットワーク解析システムにおいて、
    自装置に到着する被測定パケットに関する情報を蓄積する複数のプローブ装置と、複数のプローブ装置が取得した前記被測定パケットに関する情報を収集するコレクタ装置と、このコレクタ装置が収集した情報を解析する解析装置と、時刻マスタ装置とを備え、
    前記時刻マスタ装置は、外部の時刻に同期する手段と、前記プローブ装置からの時刻要求パケットに対して自装置内部時刻を応答パケットへ格納して送出する手段とを備え、
    前記プローブ装置は、2以上の測定ポートを備え、当該測定ポート間が内部で結線もしくは論理接続され、
    前記プローブ装置は、
    前記時刻マスタ装置へ送出した時刻要求パケットに対する応答パケットに基づき自装置の内部時刻を前記時刻マスタ装置に同期させる手段と、
    測定ポートへ被測定パケットが到着した時点の内部時刻および当該被測定パケットの設定領域に対して計算したハッシュ値をバッファへ蓄積する手段と、
    一定量もしくは一定時間毎に蓄積されたバッファ内容と自プローブ装置識別子とをパケット化して前記コレクタ装置へプローブパケットとして送出する手段と
    を備え、
    前記バッファへ蓄積する手段は、
    被測定パケットに対して計算されたハッシュ値が特定の集合に属するハッシュ値を満たす場合に限定するとともに、少なくともパケットのアドレスまたはプロトコル番号またはポート番号のあらかじめ設定した特定の条件を満たす被測定パケットに限定して被測定パケットの情報を蓄積する手段を含み、
    前記コレクタ装置は、
    前記プローブパケットを受信し、前記プローブパケット内に記述されている前記プローブ装置識別子と前記ハッシュ値と前記到着時刻との組を蓄積する手段と、
    この蓄積する手段が蓄積した情報を前記解析装置に送出する手段と
    を備え、
    前記解析装置は、前記コレクタ装置から送出された情報の解析を行う手段を備えた
    ことを特徴とするネットワーク解析システム。
  2. 前記時刻マスタ装置、前記プローブ装置、前記コレクタ装置、前記解析装置のいずれか複数の装置機能を併せて備える装置を有する請求項1記載のネットワーク解析システム。
  3. 前記プローブ装置は、測定ポートへ被測定パケットが到着した時点の内部時刻および当該被測定パケットの設定領域に対して計算したハッシュ値に加え、当該被測定パケット固有の情報を1以上付加してその情報を蓄積する手段を備えた
    請求項1または2に記載のネットワーク解析システム。
  4. 前記コレクタ装置は、自装置に蓄積された情報を記録媒体に記録する手段を備え、
    前記解析装置は、前記記録媒体に記録された情報を読み出して解析する手段を備えた
    請求項1ないしのいずれかに記載のネットワーク解析システム。
  5. 被測定対象となるネットワークを伝送する被測定パケットを追跡し、当該被測定パケットの遅延時間を解析するネットワーク解析システムに設けられ、
    2以上の測定ポートを備え、当該測定ポート間が内部で結線もしくは論理接続され、
    測定ポートへ被測定パケットが到着した時点の内部時刻および当該被測定パケットの設定領域に対して計算したハッシュ値をバッファへ蓄積する手段と、
    一定量もしくは一定時間毎に蓄積されたバッファ内容と自プローブ装置識別子とをパケット化して上位装置へプローブパケットとして送出する手段と
    を備え、
    前記バッファへ蓄積する手段は、
    被測定パケットに対して計算されたハッシュ値が特定の集合に属するハッシュ値を満たす場合に限定するとともに、少なくともパケットのアドレスまたはプロトコル番号またはポート番号のあらかじめ設定した特定の条件を満たす被測定パケットに限定して被測定パケットの情報を蓄積する手段を含み、
    ネットワーク内で時刻同期を行う時刻マスタ装置へ送出した時刻要求パケットに対する応答パケットに基づき自装置の内部時刻を前記時刻マスタ装置に同期させる手段を備えた
    ことを特徴とするプローブ装置。
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