JP5045683B2 - フロー単位でトラフィック制御を行う通信システム、該通信システムで使用する管理装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、パケット網におけるトラフィック制御に関し、より詳しくは、フロー単位でトラフィック制御を行う技術に関する。

非特許文献１には、例えば、インターネット網といったパケット網において、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を保証するために“フロー”を単位としてトラフィック制御を行う方法が記載されている。ここで、フローとは、同一アプリケーションから送信される一連のデータの様に、他のデータとは区別される一連のデータを意味する概念であり、個々のフローは、例えば、ＩＰヘッダに含まれる送受信アドレスと、ＴＣＰ／ＵＤＰヘッダに含まれる送受信ポート番号の組合せにより特定することができる。

Ｓ．Ｏｕｅｓｌａｔｉ、ｔ ａｌ、"Ａ ｎｅｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ： Ｆｌｏｗ−ａｗａｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ"、ＮＧＩ２００５、２００５年

例えば、コアネットワークに過剰なトラフィックが流入することを避けるために、コアルータと接続するエッジルータにおいて、フロー単位でトラフィック制御を行うものとすると、各エッジルータに対して設定する割当帯域の値が問題となる。例えば、コアルータと接続する複数のエッジルータの１つが割当帯域に等しいトラフィックを流している場合、たとえ、他の総てのエッジルータが割当帯域よりかなり低いトラフィックしか流しておらず、よって、コアネットワークに余裕があるとしても、このエッジルータは新たなフローを拒絶するため、帯域利用効率が低下してしまう。

したがって、本発明は、帯域利用効率を低下させず、フロー単位でトラフィック制御を行う通信システム、該通信システムで使用する管理装置及び該管理装置としてコンピュータを機能させるプログラムを提供することを目的とする。

本発明における管理装置によれば、
各エッジルータから、エッジルータがコアルータに送信しているフローの帯域情報、宛先情報及び経由しているコアルータを示す情報を取得する手段と、各コアルータから、コアルータが設定しているパスの帯域情報及びフローの宛先とパスの対応を示す情報を取得する手段と、前記フローの宛先とパスの対応を示す情報、前記フローの宛先情報及び経由しているコアルータを示す情報に基づき各パスに収容されているフローを求め、パスの帯域情報及び該パスに収容されているフローのエッジルータ毎の帯域情報から、該パスに対する各エッジルータの割当帯域を決定する手段と、決定したパスに対する各エッジルータの割当帯域を、対応するエッジルータに通知する手段とを備えていることを特徴とする。

本発明による管理装置の他の実施形態によれば、
前記決定する手段は、パスの空き帯域を算出し、算出した空き帯域を、該パスを設定しているコアルータと接続しているエッジルータに分配し、エッジルータに分配した帯域を、該エッジルータが送信している該パスに収容されているフローの合計帯域に加算した帯域を、該エッジルータの割当帯域とすることも好ましい。

また、本発明による管理装置の他の実施形態によれば、
前記決定する手段は、算出したパスの空き帯域を、該パスを設定しているコアルータと接続しているエッジルータに均等に分配することも好ましい。

本発明における通信システムによれば、
前記管理装置と、コアルータと、エッジルータとを含む通信システムであって、エッジルータは、新たなフローが発生した場合、発生した新たなフローの帯域を推定し、発生した新たなフローが収容されるパスへ既に収容されているフローの合計帯域と推定した新たなフローの帯域との合計が、管理装置より通知された該パスに対する割当帯域を超えるか否かにより、新たなフローを許可するか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明におけるプログラムによれば、
前記管理装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする。

管理装置は、コアルータ及びエッジルータから情報を取得し、取得したパスと宛先の対応関係を示す情報、フローの宛先情報及び経由しているコアルータを示す情報に基づき各パスに収容されるフローを求め、パスの帯域情報、該パスに収容されているフローのエッジルータ毎の帯域情報から、該パスに対する各エッジルータの割当帯域を決定し、決定したパスに対するエッジルータの割当帯域を、対応するエッジルータに通知する。この構成により、空き帯域を有効にエッジルータに割り振ることができ、帯域利用効率を低下させることなく、フロー単位でのトラフィック制御が実現できる。

本発明によるシステムの簡略化した構成図である。 エッジルータの機能ブロック図である。 管理装置の機能ブロック図である。 割当帯域計算部における各エッジルータへの割当帯域決定の説明図である。 帯域管理部が管理している割当帯域を示す図である。

本発明を実施するための形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による通信システムの簡略化した構成図である。本発明による通信システムは、複数のコアルータを含むコアネットワークと、コアルータと接続する複数のエッジルータと、各コアルータ及び各エッジルータと通信可能な様に接続されている管理装置（ＮＭＳ）１を備えている。なお、コアネットワークにおいて、コアルータは、例えば、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）−ＴＥ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ） ＬＳＰ（Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｐａｔｈ）といったパスをあらかじめ設定しており、接続しているエッジルータからの各フローを収容するパスを、その宛先情報に従い決定して送信を行う。

また、エッジルータは、図示しないアクセスネットワーク又は端末から受信するパケットの宛先に基づき、コアネットワークに送信する必要があるパケットを、接続しているコアルータに送信する。なお、図１は、システム構成要素のうち、管理装置１と、コアルータ３と、このコアルータ３と接続するエッジルータ２−１〜２−３のみを示している。また、図１において各エッジルータは１つのコアルータ３とのみ接続しているが、例示であり、１つ以上のコアルータと接続する構成であっても良い。さらに、管理装置１と、エッジルータ２−１〜２−３及びコアルータ３との通信のための伝送路の構成は任意である。

図２は、エッジルータ２−１〜２−３の機能ブロック図である。図２に示す様に、エッジルータ２−１〜２−３は、統計情報送信部２１と、フロー管理部２２と、帯域管理部２３と、受付制御部２４とを備えている。

フロー管理部２２は、現在許可しているフローについての管理情報を保持しており、統計情報送信部２１は、フロー管理部２２が管理している各フローの管理情報のうち、Ｎｅｘｔ−ｈｏｐ情報、宛先情報及び現在の帯域情報を管理装置１に周期的に送信する。ここで、コアネットワークに送信されているフローのＮｅｘｔ−ｈｏｐ情報は、このフローが直接送信されているコアルータを示す情報であり、宛先情報は、フローの最終目的地の装置を示す情報、つまり、フローに属する個々のパケットの宛先アドレスが示す情報である。

受付制御部２４は、コアルータ３に向かうトラフィック、つまりパケットを、フロー単位で監視し、フロー管理部２２が管理していない新たなフローが発生した場合、帯域管理部２３が保持しているパスごとの割当帯域に基づき、この新たなフローを許可するか否かを判定する。なお、フローは、例えば、送受信アドレス及び送受信ポート番号の組合せの様に、パケットヘッダに含まれる値により特定し、どのヘッダの値を使用するかは通信システムにおいてあらかじめ決めておく。

受付制御部２４は、新たなフローを許可する場合には、この新たなフローの管理情報、つまり、少なくともフローを特定するためのパケットヘッダに含まれる値、Ｎｅｘｔ−ｈｏｐ情報、宛先情報をフロー管理部２２に通知し、拒絶する場合には、この新たなフローの送信元の装置に対して許可できない旨を通知する。以後、受付制御部２４は、許可しているフローに属するパケットを受信した場合には、受信したパケットをコアルータ３に送信する。さらに、受け付けたフローの帯域を、所定の時間間隔ごとに計測し、フロー管理部２２にフローの帯域情報として通知する。また、フロー管理部２２が管理しているフローに属するパケットの受信を監視し、所定の期間パケットを受信しなかった場合には、このフローが除去されたことをフロー管理部２２に通知して、フロー管理部２２が管理しているフローから除去させる。

図５は、エッジルータ２−１の帯域管理部２３が管理している割当帯域を示す図である。なお、この割当帯域は、図４を用いて後述する様に、管理装置１が決定して各エッジルータ２−１〜２−３に通知したものである。図５によると、例えば、宛先アドレスがＡＤＤａからＡＤＤｃの範囲にあるフローはコアルータ３においてパスＡに収容され、宛先アドレスがＡＤＤｄからＡＤＤｚの範囲にあるフローはパスＢに収容されることが示されており、エッジルータ２−１からパスＡに収容可能なトラフィックの合計帯域が２５０Ｍｂｐｓであり、パスＢに収容可能なトラフィックの合計帯域が１２０Ｍｂｐｓであることが示されている。したがって、例えば、エッジルータ２−１を経由するフローの内、現在パスＡに収容されているフローの合計帯域が２００Ｍｂｐｓであるとすると、エッジルータ２−１の受付制御部２４は、パスＡに収容される新たなフローの帯域が５０Ｍｂｐｓ以下であれば、この新たなフローを許可し、５０Ｍｂｐｓより大きい場合にはこの新たなフローを拒絶することとなる。

なお、新たなフローの帯域は、時間と共に変動するが、受付制御部２４は、新たなフローに属するパケットを受信した場合、最初の複数パケットの時間間隔に基づき、この新たなフローの帯域を推定して受付可否を判定する。なお、受付制御部２４はバッファを備えており、受付可否の判定の間、新たなフローのパケットをバッファに蓄積する。

図３は、管理装置１の機能ブロック図である。図３に示す様に、本発明の管理装置１は、統計情報受信部１１と、パス情報取得部１２と、帯域割当通知部１３と、割当帯域計算部１４とを備えている。

統計情報受信部１１は、各エッジルータから、エッジルータがコアルータに送信しているフローについて、Ｎｅｘｔ−ｈｏｐ情報、宛先情報及び帯域情報を随時取得する。また、パス情報取得部１２は、各コアルータから、各パスの帯域情報及びルーティング情報を随時取得する。ここで、ルーティング情報とは、少なくともパケットの宛先と、その宛先のパケットが収容されるパスとの対応関係を示す情報を含んだものである。割当帯域計算部１４は、各エッジルータ及び各コアルータから上記情報の取得後、まず、各フローのＮｅｘｔ−ｈｏｐ情報に基づき、各フローが送信されているコアルータを特定し、各フローの宛先情報と、コアルータのルーティング情報に基づき、各フローが収容されているパスを特定する。続いて、各コアルータから取得した各パスの帯域と、各エッジルータから取得したフローの帯域と、特定したパスとフローの対応関係に基づき、各パスの空き帯域を計算し、この空き帯域を所定の方法にてエッジルータに分配して各エッジルータの割当帯域を決定又は更新する。その後、割当帯域通知部１３は、各エッジルータに決定又は更新した割当帯域を通知する。また、コアルータにおいてパスが新設された場合には、割当帯域に加え、このパスに収容されるフローの宛先アドレスの範囲も、当該コアルータと接続しているエッジルータに通知する。

図４は、割当帯域計算部１４における各エッジルータへの割当帯域の決定を説明する図である。図４において、コアルータ３は、パスＡに収容するフローを、エッジルータ２−１から合計２００Ｍｂｐｓ、エッジルータ２−２から合計１００Ｍｂｐｓ、エッジルータ２−３から合計１５０Ｍｂｐｓ受信している。パスＡの帯域は６００Ｍｂｐｓであるから、パスＡの現在の空き帯域は１５０Ｍｂｐｓであり、例えば、割当帯域計算部１４は、この空き帯域を、接続している３つのエッジルータ２−１〜２−３に均等に分配する。つまり、各エッジルータ２−１〜２−３の現在の帯域に５０Ｍｂｐｓを加算し、エッジルータ２−１の割当帯域を２５０Ｍｂｐｓ、エッジルータ２−２の割当帯域を１５０Ｍｂｐｓ、エッジルータ２−３の割当帯域を２００Ｍｂｐｓとし、これら割当帯域を各エッジルータ２−１〜２−３にそれぞれ通知を行う。

同様に、パスＢに収容しているフローの帯域は、エッジルータ２−１から８０Ｍｂｐｓであり、エッジルータ２−２から１００Ｍｂｐｓであり、エッジルータ２−３から０Ｍｂｐｓであり、よって、パスＢの現在の空き帯域は、１２０Ｍｂｐｓであるため、図４に示す様に、現在の帯域に４０Ｍｂｐｓを加算した値を割当帯域として、各エッジルータに通知する。なお、空き帯域は、均等ではなく、現在の使用帯域の比率に応じて分配しても良い。なお、比率に応じて分配する場合には、例えば、図４のパスＢに対するエッジルータ２−３の様に、現在の帯域が０Ｍｂｐｓであるエッジルータに対する割当帯域が０Ｍｂｐｓとなることを避けるため、最低保証帯域を決めておく。

以上、本発明において、管理装置は、パスの空き帯域及び当該パスに収容されているフローのエッジルータ毎の使用帯域に基づき、各エッジルータの、当該パスに対する割当帯域を決定し、各エッジルータは、新たなフローが発生した場合、この新たなフローの帯域の推定及びこの新たなフローが収容されるパスを判定し、判定したパスに向かうフローの合計帯域が割当帯域以下であるか否かにより受け付ける否かを判定する。この構成により、帯域利用効率を低下させることなく、フロー単位でのトラフィック制御を可能にする。

なお、本発明による管理装置は、コンピュータを図３の各部として機能させるプログラムにより実現することができる。コンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。更に、本発明は、ハードウェア及びソフトウェアの組合せによっても実現可能である。

１ 管理装置
２−１〜２−３ エッジルータ
３ コアルータ
１１ 統計情報受信部
１２ パス情報取得部
１３ 割当帯域通知部
１４ 割当帯域計算部
２１ 統計情報送信部
２２ フロー管理部
２３ 帯域管理部
２４ 受付制御部

Claims (5)

1. 各エッジルータから、エッジルータがコアルータに送信しているフローの帯域情報、宛先情報及び送信先のコアルータを示す情報を取得する手段と、
   各コアルータから、コアルータが設定しているパスの帯域情報及びフローの宛先とパスの対応を示す情報を取得する手段と、
   前記フローの宛先とパスの対応を示す情報、前記フローの宛先情報及び送信先のコアルータを示す情報に基づき各パスに収容されているフローを求め、パスの帯域情報及び該パスに収容されているフローのエッジルータ毎の帯域情報から、該パスに対する各エッジルータの割当帯域を決定する手段と、
   決定したパスに対する各エッジルータの割当帯域を、対応するエッジルータに通知する手段と、
   を備えている管理装置。
2. 前記決定する手段は、パスの空き帯域を算出し、算出した空き帯域を、該パスを設定しているコアルータと接続しているエッジルータに分配し、エッジルータに分配した帯域を、該エッジルータが送信している該パスに収容されているフローの合計帯域に加算した帯域を、該エッジルータの割当帯域とする、
   請求項１に記載の管理装置。
3. 前記決定する手段は、算出したパスの空き帯域を、該パスを設定しているコアルータと接続しているエッジルータに均等に分配する、
   請求項２に記載の管理装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置と、
   コアルータと、
   エッジルータと、
   を含む通信システムであって、
   エッジルータは、新たなフローが発生した場合、発生した新たなフローの帯域を推定し、発生した新たなフローが収容されるパスへ既に収容されているフローの合計帯域と推定した新たなフローの帯域との合計が、管理装置より通知された該パスに対する割当帯域を超えるか否かにより、新たなフローを許可するか否かを判定する、
   通信システム。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置としてコンピュータを機能させるプログラム。

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