JP5810047B2 - 通信システム、及びパケット通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、移動体ネットワークにおける多様な通信形態の実現方式に関するものである。
現在の移動体ネットワークは、端末と、その端末が接続する先のネットワーク(宛先ネットワーク)との間で仮想的なトンネルを確立することで、端末と宛先ネットワーク間の接続性をユーザに提供している。例えば、インターネットへの接続の場合、宛先ネットワークとして、ユーザが契約しているISPに接続することになる。また、ユーザの端末が移動するのにともなって、網内のトンネルも端末の移動に追随することで、モビリティをサポートする(非特許文献1)。
一方、移動体の速度向上に伴い、単なるインターネット接続に加えて、CDN(Contents Delivery Network)を利用したスケーラビリティの高いVoDサービスや、多数のユーザへの同一コンテンツを配信するIPTVサービス、企業ユースとしてのVPN接続など、現在の固定回線と同様の用途が移動体ネットワークに求められるようになると想定される。
また、将来は、移動体ネットワークと固定ネットワークの統合が想定されており、その場合は、将来主流となる移動体ネットワークをベースとしたアーキテクチャになると考えられる。
「All-IPネットワークを実現する SAE基本制御技術」,2009年,NTTドコモテクニカルジャーナル 2009年 VOL17,No.3, http://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol17_3 /006.html
現在の移動体ネットワークは、前述のように、端末と宛先ネットワーク間を1対1で接続することしかできないため、多対多の接続を必要とするVPNサービスや、マルチキャストを利用したIPTVサービスなどを実現するには、端末が通信する可能性のある対地全てにトンネルを確立しておく必要があり、非効率である。
また、VPNサービスに代表されるキャリアのサービスでは、キャリアのネットワーク側でユーザの端末やサーバ等のアドレスや位置を管理し、ユーザ端末から送信されてきたパケットを適切にルーティングすることで、ユーザ側での煩雑なネットワーク管理が不要になるという付加価値を提供している。ところが、現在の移動体ネットワークでは、最初にユーザが指定した宛先ネットワークに接続したら、それ以降は、トンネル単位での制御しか行わないため、前述のようなネットワーク側でのルーティング機能を提供することができない。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、移動体ネットワークにおいて、1対1以外の通信形態にも対応でき、付加価値の高いサービスを提供することを可能とする技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、IP網のエッジに備えられる複数の通信装置を有する通信システムであって、
各通信装置配下のリソースにラベルが割り当てられており、
パケット送信元のリソースからパケットを受信する送信元の通信装置が、
前記パケットに付与された宛先のリソースのラベルに対応する宛先の通信装置を識別する識別手段と、
識別された宛先の通信装置に向けて前記パケットを送信する手段と、を備え、
前記IP網を介して前記パケットを受信する宛先の通信装置が、
前記パケットに付与されたラベルを除去し、ラベルの除去されたパケットを前記宛先のリソースに転送する手段を備える通信システムであり、
前記送信元の通信装置は、パケットの宛先アドレスと、当該宛先アドレスを持つ装置が収容されているエッジの通信装置の識別情報とを対応付けたテーブルを格納した格納手段を備え、
前記宛先のリソースが、複数のエッジの通信装置に対応付けられている場合において、前記送信元の通信装置の識別手段は、前記格納手段を参照することにより、前記パケットの宛先アドレスに対応するエッジの通信装置を前記宛先の通信装置として識別する
ことを特徴とする通信システムとして構成される。
前記通信システムは、リソースと、当該リソースを収容するエッジの通信装置の識別情報とを対応付けたテーブルを格納するテーブル格納手段を備え、前記送信元の通信装置の識別手段は、前記宛先のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報を前記テーブル格納手段から取得することにより、前記宛先の通信装置を識別するようにしてもよい。
また、前記宛先のリソースが別の場所に移動した場合に、前記テーブル格納手段において、移動前のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報が、移動後のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報に書き換えられ、前記送信元の通信装置の識別手段は、移動後のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報を前記テーブル格納手段から取得することにより、リソースが別の場所に移動した後の宛先の通信装置を識別するようにしてもよい。
前記通信装置は、例えば前記IP網におけるエッジルータであり、前記リソースは、例えばサービス網又は端末である。
また、本発明は、通信システムにおいて実行されるパケット通信方法として構成することもできる。
本発明によれば、従来の移動体ネットワークでは実現が難しかった1対1以外の通信形態にも対応することができるようになり、移動体ネットワーク内で、VPNサービスやクラウドサービスなどの付加価値の高いサービスを提供することができるようになる。
本発明の実施の形態に係るネットワーク構成を示す図である。 サービス網・エッジ対応テーブルの構成例を示す図である。 サービス網・ラベル対応テーブルの構成例を示す図である。 ユーザ端末が保持する宛先テーブルの構成例を示す図である。 エッジルータの機能構成図である。 サービス網インスタンスの例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る通信の一例(1対1、CSPへのアクセス例)を示す図である。 本発明の実施の形態に係る通信の一例(多地点間通信、VPNへのアクセス例)を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
<実施の形態の概要>
本実施の形態では、端末が送受信するパケットに、送信元と宛先のリソースを示す識別子(ラベル)を付与することで、そのラベルに応じたネットワーク内でのルーティング等の高度な制御を実現する。これにより、端末と宛先ネットワークの1対1の接続に加え、多対多の接続を必要とするVPNサービスや、時々刻々とコンテンツの場所が変わるCDNのようにネットワーク側で適切にパケットをルーティングしなくては実現できないようなサービスも容易に実現できるようになる。ここで、送信元と宛先のリソースとは、ネットワーク側でルーティングの制御を分離したい単位で決めればよい。例えば、1対1の接続では宛先ネットワーク、VPNサービスではVPNを契約しているユーザ企業単位などである。
<システム構成>
以降、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、ラベルで示されるリソースとして、宛先ネットワーク(以下、サービスを提供する網という意味で「サービス網」と呼ぶ)を割り当てる。
図1に、本実施の形態に係るネットワーク構成を示す。図1に示すネットワーク構成において、キャリアのIP網1は、サービス網(宛先NW)として、ISP2、CSP3(Contents Service Provider)、VPN4に接続されている。VPN4には、拠点Aと拠点Bの二つの拠点がある。また、ISP2は、インターネット5に接続されている。
各サービス網は、それぞれエッジルータ6(E11〜E14)によって、IP網1と接続されている。また、別のエッジルータ6(E1、E2)の配下には、ユーザ端末10が接続されている。各エッジルータ6は、IP網1内に配備されたルータ12によって接続されている。なお、各ユーザ端末10は、宛先テーブル11を保持する。
更に、各サービス網と、そのサービス網が接続されているエッジの対応関係を保持するサービス網・エッジ対応テーブル8と、サービス網と、そのサービス網の識別子であるラベル値を保持するサービス網・ラベル対応テーブル9が網内に存在する。
サービス網・エッジ対応テーブル8とサービス網・ラベル対応テーブル9は、例えば、IP網1におけるテーブル格納装置であるデータベースサーバに備えられる。サービス網・エッジ対応テーブル8とサービス網・ラベル対応テーブル9は別々のテーブル格納装置に備えられていてもよい。
次に、図2〜図4を用いて、各テーブルの構成を説明する。
図2は、サービス網・エッジ対応テーブルの構成例を示す図である。サービス網・エッジ対応テーブルは、サービス網101と、そのサービス網が収容されているエッジルータを示すエッジ102、そのエッジの識別子を示すエッジID103により構成され、IP網1に接続されるサービス網と、そのサービス網が接続されているエッジルータ6の対応関係を保持するものである。ここで、サービス網101の欄には、説明上わかりやすいように、サービス網の名称を記載しているが、実際には、サービス網を示すラベルの値(図3のサービス網・ラベルテーブルを参照)が記載されている。なお、端末もサービス網と同等の扱いとし、各ユーザ端末がどのエッジルータ配下に接続されているかの情報も保持することとする。また、図2の例では、VPNに対応するエッジ102及びエッジID103が空欄となっているが、これは、サービス網のVPNには複数の拠点が存在し、サービス網とエッジが1対1に対応しないためである。
図3は、サービス網・ラベル対応テーブルの構成例を示す図である。サービス網・ラベル対応テーブルは、サービス網201と、そのサービス網に対応するラベル202から構成される。なお、ここでも、各ユーザ端末をサービス網と同じ扱いとし、端末に対応するラベルの情報も保持する。
図4は、ユーザ端末が保持する宛先テーブル11の構成例を示す図である。宛先テーブルは、端末がパケットを送信する宛先のアドレス301(IPプレフィックス等)と、その宛先アドレスが示すサーバやネットワークが存在するサービス網のラベル(宛先サービス網のラベル302)を保持する。ここで、宛先サービス網のラベル302は、サービス網・ラベル対応テーブル200のラベル202と対応している。ユーザ端末がパケットを送信する際には、この宛先テーブル300を参照し、適切なラベルを付与して送信する。図4の例では、10.0.0.0/8宛てのパケットはサービス網のラベル#2に対応するCSPへ、192.168.0.0/16宛てのパケットはサービス網のラベル#3に対応するVPNへ送信することを意味する。また、宛先アドレスの"default"は、他の宛先にマッチしないものを転送するためのものであり、一般的にはISPを経由したインターネットへの通信に用いられる。本実施の形態でも、"default"をISPに対応するラベル#1に割り当てている。
次に、図5を用いて、エッジルータ6の構成を説明する。図5に示すとおり、エッジルータ6は、通常のルータと同様に、ネットワークに接続される複数のインタフェース401と、パケットの宛先に応じて転送先のインタフェースへ転送するスイッチ402を具備する。
一方、本実施の形態に係る技術に特有の構成要素として、ラベルキャッシュ404を保持する。ラベルキャッシュ404は、パケットを転送する際に、ユーザ端末が送信したパケットに付与されたサービス網を示すラベルを参照するためのテーブルを持つ機能部であり、テーブルの構成はサービス網・エッジ対応テーブル8と同様である。具体的には、パケットの転送先の決定、及び、必要に応じてサービス網個別の処理を実施するサービス網個別制御部405へパケットを振り分ける処理を実施する。ラベルキャッシュ404は、サービス網・エッジ対応テーブル8の一部分をキャッシュとして保持しており、必要に応じて、サービス網・エッジ対応テーブル8に問い合わせて情報を取得する。
サービス網個別制御部405は、VPNサービスなどのネットワーク側でルーティングの処理等を実施する高度なサービスを提供する際に利用する機能部である。例えば、本実施の形態のように、VPNサービスを提供する場合、通常は複数の拠点が存在するが、ユーザが送信したパケットがどの拠点当てのものかを判断し、その拠点が収容されているエッジルータ6にパケットを送信する処理を実施する。各サービス網個別のルーティング情報等は、サービス網インスタンス406が保持する。VPNサービスの例では、図6に示すように、各VPN拠点に収容されている端末やサーバ等のアドレスと、その拠点が接続されているエッジのエッジIDの対応関係(いわゆるVPNのルーティングテーブル)を保持する。
本実施の形態に係るエッジルータ6は、コンピュータ(メモリ、CPU)の機能を含むルータ(通信装置)において、本実施の形態で説明する処理に対応するプログラムを実行させることにより実現可能である。当該プログラムは、可搬メモリ等の記憶媒体に格納して配布し、上記ルータにインストールして用いてもよいし、ネットワーク上のサーバからダウンロードして上記ルータにインストールしてもよい。また、本実施の形態で説明する処理をハードウェア回路として実現し、当該ハードウェア回路をルータに備えることとしてもよい。
<システムの動作例>
次に、図7、図8を用いて、本実施の形態での通信の例を、順を追って説明する。
図7は、ユーザ端末と特定のサービス網を1対1で接続、通信する例として、ユーザ端末1(ラベル#1001)が、CSP(ラベル#2)に通信する場合の動作例を示している。
まず、ユーザ端末1は、自身が保持する宛先テーブル11(本実施の形態では図4に示す300)を参照し、宛先サービス網に対応するラベルを取得する。本実施の形態では、宛先IPアドレスが10.1.1.1とすると、宛先テーブル300の、「宛先アドレス」が「10.0.0.0/8」のエントリに該当するため、ラベルは#2となる。このラベルを宛先ラベル(図7中では"Dst"と表示)に付与し、送信元ラベル("Src"と表示)にユーザ端末1のラベル#1001を付与して、ユーザ端末1からエッジルータE1にパケットを送信する(ステップ1)。
エッジルータE1がパケットを受信すると、まずラベルキャッシュ404を参照して、宛先ラベル#2に該当するエッジルータのIDを検索する(ステップ2)。本実施の形態では、ラベルキャッシュに該当するエントリが存在しなかったと仮定する。その場合には、ラベル解決リクエストをサービス網・エッジ対応テーブル8(テーブル格納装置)に向けて送信する(ステップ3)。本メッセージには、宛先のサービス網のラベル#2を記載して送信する。ラベル解決リクエストを受信したテーブル格納装置は、サービス網・エッジ対応テーブル8を検索する。本実施の形態では、サービス網・エッジ対応テーブル100(図2)を検索すると、サービス網102が#2であるエントリが見つかり、サービス網#2(CSP)がエッジルータE12(ラベル#12)に収容されていることがわかる(ステップ4)。サービス網・エッジ対応テーブル8を格納するテーブル格納装置は、エッジのIDとして#12を、ラベル解決リプライとして、エッジルータE1に回答する(ステップ5)。
エッジルータE1は、サービス網#2が収容されているエッジルータのIDとして#12をパケットに新たに付与して、網内にパケットを転送する(ステップ6)。なお、網内では、ラベルの値を参照することで、当該エッジルータまでパケットが転送できる構成であることを前提とする。例えば、MPLS(Multiprotocol Label Switching)のように、ラベルの値によりパケットを転送する技術を適用する構成が考えられる。また、各エッジルータ同士が、波長パスやTDMなどのパスで直結されていて、パスとエッジルータが1対1に対応する場合は、エッジのIDでパスを選択するだけでよく、パケットにエッジのIDを付与しなくてもよい。
パケットを受信したエッジルータE12は、当該パケットが自分宛てのものであるかを、エッジIDで確認したうえで、宛先サービス網のラベル(#2)を参照して、CSPへパケットを転送する(ステップ7)。このとき、エッジIDやラベルなどは全て除去することで、通常のIPパケットとしてCSPへ転送する。
なお、図7の例では、端末→CSP方向の通信の例を示したが、前述のように、サービス網・エッジ対応テーブルにおいて、端末もサービス網と同様の扱いとしているため、CSP→端末方向の通信も同様となる。ただし、CSP内部のサーバや端末などが、本技術をサポートしていない場合には、送信元ラベルや宛先ラベルの付与を、エッジルータE12が代理で実施することも可能である。
図8に、多地点間通信の例として、端末が複数あるVPN拠点の一つへパケットを送信する場合の動作例を示す。
まず、ユーザ端末1は自分が保持する宛先テーブル300を検索する。宛先アドレスが192.168.1.1の場合、図4の192.168.0.0/16のエントリが該当するため、サービス網のラベルは#3となる。したがって、パケットに、宛先ラベル#3、送信元ラベル#1001を付与して、エッジルータE1に送信する(ステップ11)。なお、端末がアプリケーションのレベルで宛先のサービス網を判別できる場合は、本処理を省略してもよい。例えば、VPNにアクセスするために専用のアプリケーションを用いる場合、そのアプリケーションから送信されるパケットは、全てVPN宛ての通信とみなすことができる。
パケットを受信したエッジルータE1は、パケットに付与された宛先ラベル#3をキーとして、自身のラベルキャッシュを検索する(ステップ12)。ここで、ラベルキャッシュに、図2のサービス網・エッジ対応テーブルと同じ情報がキャッシュされていたとすると、VPNのラベル#3に対応するエッジのIDが記載されていない。これは、サービス網がいずれか一つのエッジルータと1対1の関係にあるのではなく、どのエッジルータにパケットを転送すべきかを、エッジルータが判別しなくてはならないこと示す。
エッジルータE1は、サービス網個別制御部405の中から、サービス網の宛先ラベル#3に該当するサービス網インスタンス406(アドレス・エッジ対応テーブル格納手段)を検索する(ステップ13)。図6に示すVPNのサービス網インスタンスには、宛先アドレスとそのアドレスの端末やサーバが収容されているエッジルータの対応関係が示されている。本実施の形態では、パケットの宛先アドレスは、192.168.1.1であるので、宛先アドレス192.168.1.0/24のエントリ、すなわち、エッジIDが#14のエッジルータにパケットを転送すればよいことがわかる。なお、VPNインスタンスが保持する端末やサーバのアドレスとエッジルータの対応関係の情報をどのように管理するかは本技術の対象外であるが、既存のネットワークベースのVPNの仕組みをエッジルータ間に適用することが可能である。例えば、IP−VPNであれば、BGP/MPLS VPNs(IETFにてRFC2547で規定)が適用可能である。
以降は、図7の例と同様に、パケットに宛先となるエッジのID(#14)を付加したうえで、パケットを転送する(ステップ14)。パケットを受信したエッジルータE14は、宛先ラベル#3を参照して、ラベルを除去したうえで、VPNへパケットを転送する。
なお、詳細な実施例は省略するが、本技術を適用することで、ラベルで示されるリソースとエッジルータの関係が変わった場合、すなわち、リソースが別の場所へ移動した場合への対応も可能である。
一例として、端末が別のエッジルータの配下に移動することを考えると、サービス網・エッジ対応テーブル8では、端末とエッジルータの対応関係が保持されているため、この対応関係を書き換えることによって、端末の移動にも対応できる。例えば、ユーザ端末1がエッジルータE1の配下から、エッジルータE2の配下に移動した場合には、サービス網・エッジ対応テーブル8のユーザ端末1(#1001)に対応するエッジルータを、E1(エッジID=1)から、E2(エッジID=2)に書き換えればよい。これにより、例えば、移動後のユーザ端末1宛のパケット転送において、書き換え後のサービス網・エッジ対応テーブル8から、移動後のユーザ端末1を収容するエッジルータE2が識別され、正しく転送が行われる。
同様に、クラウドサービスなどで用いられる、サーバリソースの移動(バーチャルマシンのライブマイグレーションなど)への対応も可能である。サーバを、本技術におけるリソース(サーバのアドレス、あるいは、サーバが収容されているサブネットなど)として扱い、そのサーバがあるエッジルータに接続されているデータセンタから、別のエッジルータに接続されているデータセンタへ移動した場合に、サービス網・エッジ対応テーブル8を書き換える。本技術では、リソースに割り当てられたラベルの単位で転送先を判別するため、サーバのIPアドレスなどを変更しなくても、正常に通信ができる。
<実施の形態のまとめ>
上述したように、本実施の形態では、通信の宛先となるリソースに対してラベルを割り当て、そのラベルの単位で通信先を判別することで、必要に応じて網内でのルーティングを実現することとした。これにより、網内での制御が必要なVPNのような多地点間通信等の高度なサービスも提供できるようになる。
本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
1 IP網
2 ISP
3 CSP
4 VPN
5 インターネット
6 エッジルータ
8 サービス網・エッジ対応テーブル
9 サービス網・ラベル対応テーブル
10 ユーザ端末
11 宛先テーブル
12 ルータ
100 サービス網・エッジ対応テーブル
101 サービス網
102 エッジ
103 エッジID
200 サービス網・ラベル対応テーブル
201 サービス網
202 ラベル
300 宛先テーブル
301 宛先アドレス
302 宛先サービス網のラベル
500 サービス網インスタンス
501 宛先アドレス
502 エッジID

Claims (8)

  1. IP網のエッジに備えられる複数の通信装置を有する通信システムであって、
    各通信装置配下のリソースにラベルが割り当てられており、
    パケット送信元のリソースからパケットを受信する送信元の通信装置が、
    前記パケットに付与された宛先のリソースのラベルに対応する宛先の通信装置を識別する識別手段と、
    識別された宛先の通信装置に向けて前記パケットを送信する手段と、を備え、
    前記IP網を介して前記パケットを受信する宛先の通信装置が、
    前記パケットに付与されたラベルを除去し、ラベルの除去されたパケットを前記宛先のリソースに転送する手段を備える通信システムであり、
    前記送信元の通信装置は、パケットの宛先アドレスと、当該宛先アドレスを持つ装置が収容されているエッジの通信装置の識別情報とを対応付けたテーブルを格納した格納手段を備え、
    前記宛先のリソースが、複数のエッジの通信装置に対応付けられている場合において、前記送信元の通信装置の識別手段は、前記格納手段を参照することにより、前記パケットの宛先アドレスに対応するエッジの通信装置を前記宛先の通信装置として識別する
    ことを特徴とする通信システム
  2. 前記通信システムは、リソースと、当該リソースを収容するエッジの通信装置の識別情報とを対応付けたテーブルを格納するテーブル格納手段を備え、
    前記送信元の通信装置の識別手段は、前記宛先のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報を前記テーブル格納手段から取得することにより、前記宛先の通信装置を識別する
    ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記宛先のリソースが別の場所に移動した場合に、前記テーブル格納手段において、移動前のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報が、移動後のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報に書き換えられ、前記送信元の通信装置の識別手段は、移動後のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報を前記テーブル格納手段から取得することにより、リソースが別の場所に移動した後の宛先の通信装置を識別する
    ことを特徴とする請求項2に記載の通信システム。
  4. 前記通信装置は、前記IP網におけるエッジルータであり、前記リソースは、サービス網又は端末である
    ことを特徴とする請求項1ないしのうちいずれか1項に記載の通信システム。
  5. IP網のエッジに備えられる複数の通信装置を有する通信システムにおけるパケット通信方法であって、
    各通信装置配下のリソースにラベルが割り当てられており、
    送信元の通信装置が、パケット送信元のリソースからパケットを受信し、当該パケットに付与された宛先のリソースのラベルに対応する宛先の通信装置を識別する識別ステップと、
    前記送信元の通信装置が、識別された宛先の通信装置に向けて前記パケットを送信するステップと、
    前記宛先の通信装置が、前記IP網を介して前記パケットを受信し、当該パケットに付与されたラベルを除去し、ラベルの除去されたパケットを前記宛先のリソースに転送するステップとを備えるパケット通信方法であり、
    前記送信元の通信装置は、パケットの宛先アドレスと、当該宛先アドレスを持つ装置が収容されているエッジの通信装置の識別情報とを対応付けたテーブルを格納した格納手段を備え、
    前記宛先のリソースが、複数のエッジの通信装置に対応付けられている場合、前記識別ステップにおいて、前記送信元の通信装置は、前記格納手段を参照することにより、前記パケットの宛先アドレスに対応するエッジの通信装置を前記宛先の通信装置として識別する
    ことを特徴とするパケット通信方法
  6. 前記通信システムは、リソースと、当該リソースを収容するエッジの通信装置の識別情報とを対応付けたテーブルを格納するテーブル格納手段を備え、
    前記識別ステップにおいて、前記送信元の通信装置は、前記宛先のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報を前記テーブル格納手段から取得することにより、前記宛先の通信装置を識別する
    ことを特徴とする請求項に記載のパケット通信方法。
  7. 前記宛先のリソースが別の場所に移動した場合に、前記テーブル格納手段において、移動前のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報が、移動後のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報に書き換えられ、前記識別ステップにおいて、移動後のリソースを収容するエッジの通信装置の識別情報を前記テーブル格納手段から取得することにより、リソースが別の場所に移動した後の宛先の通信装置を識別する
    ことを特徴とする請求項に記載のパケット通信方法。
  8. 前記通信装置は、前記IP網におけるエッジルータであり、前記リソースは、サービス網又は端末である
    ことを特徴とする請求項ないしのうちいずれか1項に記載のパケット通信方法。
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