JP5937526B2 - トラフィック制御システム及びトラフィック制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、パケット網においてフロー単位でトラフィック制御を行うトラフィック制御システム及びトラフィック制御方法に関する。

パケット網において、契約者と未契約者の判別や、ユーザが利用するコンテンツやアプリケーション等の通信内容に応じて、きめ細かなトラフィック制御を行う方法の１つとして、非特許文献１に記載のＯｐｅｎＦｌｏｗ（オープンフロー）というネットワーク制御技術がある。ＯｐｅｎＦｌｏｗでは、ネットワークにおけるパケット通信を「フロー」と定義し、このフロー単位でパケットを転送するための経路制御（ルーティング）を行ってトラフィックを制御する。

フローとは、個々のネットワーク機器を識別するための装置固有の物理アドレスであるＭＡＣ(Media Access Control)アドレスや、インターネットやＬＡＮ(Local Area Network)等のＩＰ(Internet Protocol)ネットワークに接続されたコンピュータ等に割り振られる識別番号であるＩＰアドレスや、サービスを特定するためのポート番号等の組み合わせによって決定される一連の通信を意味する概念である。

これらＭＡＣアドレスやＩＰアドレス、ポート番号等を任意に組み合わせたフロー単位でパケットのルーティングを行うことにより、従来のＩＰアドレスのみで行っていたルーティングに比べ、より細かで的確な経路制御が可能となる。このような経路制御によって、パケットを混雑を避けて目的地まで送信する等、ネットワークのトラフィック状況の改善を行うことが可能となる。

"OpenFlow Switch Speci_ficationVersion 1.3.0"、［online］、June 25,2012、［平成２５年１月２８日検索］、インターネット〈URL:https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/specification/〉

現在のＯｐｅｎＦｌｏｗでは、ＯＳＩ(Open Systems Interconnection)参照モデルの第１層（物理層）から第４層（トランスポート層）まで対応しているが、通信内容に応じた最適なトラフィック制御を行うとすると、利用コンテンツ等の第５層（セッション層）以上の上位レイヤ情報まで対応することが必要になる場合がある。このとき、現在のＯｐｅｎＦｌｏｗでは、第５層以上の上位レイヤ情報を利用した最適なトラフィック制御を行うことができない。

仮にＯｐｅｎＦｌｏｗで第５層以上まで対応可能にしたとしても、ネットワーク内の全てのパケット転送装置であるスイッチにおいて、全てのパケットに対して上位レイヤ情報を分析しなければならない。この際、パケットのペイロード情報が可変長だったりパターン振分けが必要だったりする等の理由で分析の処理が重くなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、パケットに含まれる上位レイヤ情報の通信内容の情報分析の処理量を抑えながら、その通信内容に応じたトラフィック制御を行うことができるトラフィック制御システム及びトラフィック制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、フロー単位でパケットの転送制御を行うトラフィック制御システムであって、異なるパターンの通信内容毎に、異なる識別子が対応付けられた識別子情報を記憶する第１記憶部と、通信内容を示す情報である通信内容情報が格納されたパケットを受信した際に、この受信パケットの前記通信内容情報を取得し、対応する識別子を前記識別子情報から検索し、検索した識別子を前記パケットに付与して転送する第１処理部とを有する第１ルータと、前記識別子毎に、前記フロー単位で予め定められたトラフィック制御の処理内容を対応付けたトラフィック制御情報を記憶する第２記憶部と、前記識別子が付与されたパケットを受信した際に、この受信パケットに付与された識別子と同じ識別子を前記トラフィック制御情報から検索し、この検索された識別子に対応付けられたトラフィック制御を当該受信パケットに対して行う第２処理部とを有する第２ルータとを備え、前記第１ルータの第１処理部は、前記パケットが伝送されるパケット網からパケットが当該パケット網の外部へ転送される行きの通信時に、当該行きのフローに対応する戻りのフローが通信内容により識別可能な場合に、当該行きの通信の前記識別子に対応付け可能な戻りの通信の前記識別子を当該戻りの通信内容に対応付けて前記第１記憶部に記憶し、戻りの通信時に前記記憶された通信内容と同じ通信内容を含むパケットに、前記記憶された通信内容に対応付けられた識別子を付与して転送する処理を行うことを特徴とする。

この構成によれば、パケットを転送する際に、第１ルータでパケットに応じて得た識別子を当該パケットに付与して第２ルータへ転送する。この転送以降は第２ルータで受信パケットに付与された識別子を検出し、この識別子に対応付けられたトラフィック制御を行えばよい。従って、パケットに第５層以上の上位レイヤ情報が含まれていても、最初の第１ルータよりも先の複数の第２ルータでは、従来のような何の情報であるかを分析する情報分析を行わなくても識別子の確認に応じてトラフィック制御を行うことができる。言い換えれば、情報分析の処理量を抑えながら、通信内容に応じたトラフィック制御を行うことができる。また、例えば、行きの通信に対して戻りの通信のトラフィック量が極めて大きい場合でも、戻りの通信のパケット網への入口である上位階層の第１ルータから戻りの経路へパケットを転送した以降は、第２ルータにおいて、情報分析を行わなくても識別子の確認に応じてトラフィック制御を行うことができる。

請求項２に係る発明は、前記第１ルータの第１処理部は、当該第１ルータ及び前記第２ルータが収容されるパケット網の入口に配置されている場合に前記識別子を前記パケットに付与して転送し、当該第１ルータが前記パケット網の出口に配置されている場合に前記識別子が付与されたパケットから当該識別子を取り外した後にこのパケットを当該パケット網の外部へ転送することを特徴とする。

この構成によれば、第１ルータ及び第２ルータが収容されるパケット網から外部のパケット網へパケットを転送しても、この転送時に識別子が取り外されるので、外部のパケット網において、識別子による不具合や不都合が生じないようにすることができる。

請求項３に係る発明は、前記第１ルータの第１処理部は、前記識別子を前記パケットに付与する際に、当該パケットのペイロード部分の前又は後に当該識別子を挿入して付与することを特徴とする。

この構成によれば、パケットのペイロード部分の前又は後に識別子を付けるので、パケットの先頭ヘッダを読み込んで一般的なルーティングを行う場合等に不具合が生じない様にすることができる。例えば先頭ヘッダの前に識別子を付けると、先頭ヘッダが読み取れなくなるのでルーティングが行えなくなるが、このような不具合を阻止することができる。更に、パケット網における一般的なコアルータ（第２ルータ）でのルーティングに影響はでない。従って、本発明の第２ルータをパケット網に導入する際に段階的な導入が可能となる。

請求項４に係る発明は、前記第２ルータは、前記パケット網の入口から予め定められた経路を通って前記外部への出口に至る経路上に配置されて用いられることを特徴とする。

この構成によれば、第２ルータは受信パケットに付与された識別子を検出してそれに対応付けられたトラフィック制御を行う機能を有するが、この機能を有する第２ルータをパケット網内の全ルータに適用しなくても、予め定められた経路を通る必要なルータにのみ適用すればよい。このような一部のルータへの適用によって、全ルータに第２ルータを適用する場合に比べ、低コストでパケット網を構築することができる。

請求項５に係る発明は、前記第１ルータの第１処理部は、前記行きの通信内容に対応する戻りの通信内容が予測不可能な場合に、当該行きの通信に対応する戻りの通信のパケットに、特定の制御を施さない指示を行う識別子を付与して転送する処理を行うことを特徴とする。

この構成によれば、パケット網において、第１ルータから第２ルータがパケットを受信した際に識別子を検出した場合、特定の制御を施さないので、誤認識などを防止することができる。

請求項６に係る発明は、フロー単位でパケットの転送制御を行うトラフィック制御方法において、異なるパターンの通信内容毎に、異なる識別子が対応付けられた識別子情報を記憶した第１記憶部を備える第１ルータが、予め定められた通信内容を示す情報である通信内容情報が格納されたパケットを受信した際に、この受信パケットの通信内容情報を取得し、この取得した通信内容情報に対応する識別子を前記識別子情報から検索し、この検索した識別子を前記パケットに付与して転送するステップと、前記識別子毎に、前記フロー単位で予め定められたトラフィック制御の処理内容を対応付けたトラフィック制御情報を記憶した第２記憶部を備える第２ルータが、前記識別子が付与されたパケットを受信した際に、この受信パケットに付与されたと同じ識別子を前記トラフィック制御情報から検索し、この検索された識別子に対応付けられたトラフィック制御を当該受信パケットに対して行うステップと、前記第１ルータが、前記パケットが伝送されるパケット網からパケットが当該パケット網の外部へ転送される行きの通信時に、当該行きのフローに対応する戻りのフローが通信内容により識別可能な場合に、当該行きの通信の前記識別子に対応付け可能な戻りの通信の前記識別子を当該戻りの通信内容に対応付けて前記第１記憶部に記憶し、戻りの通信時に前記記憶された通信内容と同じ通信内容を含むパケットに、前記記憶された通信内容に対応付けられた識別子を付与して転送する処理を行うステップとを実行することを特徴とする。

この方法によれば、パケットを転送する際に、第１ルータでパケットに応じて得た識別子を当該パケットに付与して第２ルータへ転送する。この転送以降は第２ルータで受信パケットに付与された識別子を検出し、この識別子に対応付けられたトラフィック制御を行えばよい。従って、パケットに第５層以上の上位レイヤ情報が含まれていても、最初の第１ルータよりも先の複数の第２ルータでは、従来のような何の情報であるかを分析する情報分析を行わなくても識別子の確認に応じてトラフィック制御を行うことができる。言い換えれば、情報分析の処理量を抑えながら、通信内容に応じたトラフィック制御を行うことができる。また、例えば、行きの通信に対して戻りの通信のトラフィック量が極めて大きい場合でも、戻りの通信のパケット網への入口である上位階層の第１ルータから戻りの経路へパケットを転送した以降は、第２ルータにおいて、情報分析を行わなくても識別子の確認に応じてトラフィック制御を行うことができる。

本発明によれば、パケットに含まれる上位レイヤ情報の通信内容の情報分析の処理量を抑えながら、その通信内容に応じたトラフィック制御を行うことができるトラフィック制御システム及びトラフィック制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るトラフィック制御システムの構成を示す図である。 エッジルータの構成を示すブロック図である。 識別子テーブルの構成図である。 パケットへの識別子の挿入位置を示し、（ａ）はアプリケーションデータの前への識別子の挿入位置を示し、（ｂ）はアプリケーションデータの後への識別子の挿入位置を示す図である。 コアルータの構成を示すブロック図である。 トラフィック制御テーブルの構成図である。 第１実施形態のトラフィック制御システムにおけるトラフィック制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例に係るトラフィック制御システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るトラフィック制御システムの上位ルータの接続構成を示す図である。 第２実施形態の上位ルータのワークメモリに記憶された宛先/送信元のＩＰアドレス、宛先/送信元のポート番号、識別子を示す図である。 第２実施形態の上位ルータの記憶部に記憶された戻り通信特定テーブルの構成図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るトラフィック制御システム１０の構成を示す図である。
トラフィック制御システム１０は、複数のコアルータ（第２ルータ）１１ａ〜１１ｈと、複数のコアルータ１１ａ〜１１ｈを介して光ファイバ等の通信路１２が網の目状に接続されて成るコアネットワーク（パケット網）１３と、コアネットワーク１３のエッジでコアルータ１１ａ，１１ｅに接続された複数のエッジルータ（第１ルータ）１４ａ，１４ｂとを備えて構成されている。

所定のエッジルータ１４ａに、パーソナルコンピュータ等による複数のユーザ端末機１５ａ，１５ｂ，１５ｃが接続され、他のエッジルータ１４ｂに図示せぬ他のネットワークやサーバが接続されている。このような接続においては、一方のエッジルータ１４ａがパケットの入口のエッジルータとなり、他方のエッジルータ１４ｂがパケットの出口のエッジルータとなる。

本実施形態の特徴は次のように構成した点にある。即ち、入口のエッジルータ１４ａにおいて、ユーザ端末機１５ａ，１５ｂ，１５ｃから送信されてきたパケットｐｔ１の分析を行い後述の識別子（例えばｉ５）を検索し、この検索した識別子ｉ５をパケットｐｔ１に付与してコアネットワーク１３のコアルータ１１ａ〜１１ｈへ転送する。コアルータ１１ａ〜１１ｈではパケットｉ５の識別子を読み取り、この読み取った識別子ｉ５に予め対応付けられた処理を行ってパケットｐｔ１を転送する。この転送を転送先のコアルータ１１ａ〜１１ｈで順次行い、出口のエッジルータ１４ｂでコアネットワーク１３の外部のネットワーク（図示せず）へ送信する際に、パケットｐｔ１から識別子ｉ５を取り外して送信するようにした。

各エッジルータ１４ａ，１４ｂは、図２に示すように、自エッジルータ１４ａ，１４ｂに接続されたコアルータ（１１ａ，１１ｅ）やユーザ端末機１５ａ，１５ｂ，１５ｃとの間の通信情報の入出力を行う入出力部１０１と、ＣＰＵ(Central Processing Unit)による処理部（第１処理部）１０２と、ＲＡＭ(Random Access Memory)やハードディスク等による記憶部（第１記憶部）１０３とを備え、これら１０１〜１０３がバス１０４に接続された構成となっている。

記憶部１０３には、図３に示す識別子テーブル（識別子情報）Ｔ１が記憶されている。識別子テーブルＴ１は、１列目から各列に渡って順に、各種異なるパターンの通信内容である契約プラン、利用コンテンツ、利用時間帯、識別子の各情報が格納されて構成されている。

なお、利用コンテンツは、ＵＲＬ(Uniform Resource Locator)やアプリケーション情報から特定されるようになっている。例えば、利用コンテンツとして動画サイトを見ていることを特定するためには、どこのＵＲＬを取得して、どのようなアプリケーション情報を要求しているかということを見れば、利用コンテンツが分かる。

識別子テーブルＴ１の１列目には予め定められた契約プランとして例えばＰａ，Ｐｂ，Ｐｃが格納されている。

契約プランＰａには、利用コンテンツとして例えばＣａ，Ｃｂ，Ｃｃが対応付けられ、これら利用コンテンツＣａ，Ｃｂ，Ｃｃの各々には、利用時間帯として例えばｔ１，ｔ２が対応付けられている。ｔ１は例えば９：００〜１２：００、ｔ２は例えば１５：００〜２１：００といった時間帯を示す。

更に、それら対応付けられた関係において、契約プランＰａ−利用コンテンツＣａ−利用時間帯ｔ１には識別子ｉ１が対応付けられ、契約プランＰａ−利用コンテンツＣａ−利用時間帯ｔ２には識別子ｉ２、契約プランＰａ−利用コンテンツＣｂ−利用時間帯ｔ１には識別子ｉ３、契約プランＰａ−利用コンテンツＣｂ−利用時間帯ｔ２には識別子ｉ４、契約プランＰａ−利用コンテンツＣｃ−利用時間帯ｔ１には識別子ｉ５、契約プランＰａ−利用コンテンツＣｃ−利用時間帯ｔ２には識別子ｉ６が対応付けられている。

このように識別子テーブルＴ１には、各契約プランＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの利用コンテンツＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ毎の利用時間帯ｔ１，ｔ２に応じて、各々異なる固有の識別子ｉ１〜ｉ１８が対応付けられている。各識別子ｉ１〜ｉ１８の固有の条件はネットワーク管理者が独自に定められるものとする。また、同一ネットワーク上（図１ではコアネットワーク１３上）では、各エッジルータ１４ａ，１４ｂは同じ識別子テーブルＴ１を持つものとする。

更に、各エッジルータ１４ａ，１４ｂの処理部１０２は、ＤＰＩ(Deep Packet Inspection)機能によりパケットの分析を行い、この分析結果を基に識別子テーブルＴ１から識別子を検索し、この検索した識別子をパケットに付与する処理を行う。
但し、ＤＰＩ機能とは、パケットのデータ部分を含んだ中身を細かく（ディープに）検査（インスペクション）する技術であり、ＯＳＩ参照モデルの最上位である第７層（アプリケーション層）までを検査の対象としている。

パケットの分析及び識別子の付与について説明する。例えば図１に示す各ユーザ端末機１５ａ，１５ｂ，１５ｃのユーザがそれぞれ異なる契約プランＰａ，Ｐｂ，Ｐｃを契約しているものとする。この時に、契約プランＰａのユーザがユーザ端末機１５ａにおいて時間帯ｔ１にコンテンツＣｃという通信を開始したとする。この場合、ユーザ端末機１５ａからは、契約プランＰａ、コンテンツＣｃ、時間帯ｔ１の情報が、ペイロード部分に分析により取得可能な情報として含まれているパケットｐｔ１が送信され、このパケットｐｔ１がエッジルータ１４ａで受信される。なお、パケットｐｔ１のペイロード部分には、コンテンツ特定情報は含まれるが、契約プランや時間帯の情報が含まれるとは限らない。

エッジルータ１４ａは、処理部１０２のＤＰＩ機能でパケットｐｔ１の情報を分析し、この分析結果得られる情報（契約プランＰａ−コンテンツＣｃ−時間帯ｔ１）と、図３に示す識別子テーブルＴ１の情報とを比較し、識別子テーブルＴ１において分析結果として得られた情報と同じ情報（契約プランＰａ−コンテンツＣｃ−時間帯ｔ１）に対応付けられている識別子ｉ５を、パケットｐｔ１に挿入して付与する。以下において、契約プランＰａ−コンテンツＣｃ−時間帯ｔ１を代表する図３に示す情報は、通信内容情報という。

この識別子ｉ５の挿入位置は、本発明以外の一般的なヘッダ読み取りによるルーティングに干渉しない位置とする。これは、例えば図４（ａ）又は（ｂ）に示すように、パケットｐｔ１が、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（イーサネット：登録商標）ヘッダ３１、ＩＰ(Internet Protocol)ヘッダ３２、ＴＣＰ／ＵＤＰ(Transmission Control Protocol/User Datagram Protocol)ヘッダ３３、ペイロード部分のアプリケーションデータ３４、Ｅｔｈｅｒｎｅｔトレーラ３５の配列順で構成されている場合に、図４（ａ）に示すようにアプリケーションデータ３４の前に識別子ｉ５を挿入、又は図４（ｂ）に示すようにアプリケーションデータ３４の後に識別子ｉ５を挿入する。

このアプリケーションデータ３４が格納されたペイロード部分の前又は後以外の部分、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔヘッダ３１の先頭位置に識別子ｉ５を付けた場合、一般的なルーティングにおいてＥｔｈｅｒｎｅｔヘッダ３１の読み込みができず、ルーティングが出来なくなる不具合が生じる。ペイロード部分の前又は後に識別子ｉ５を付けた場合は、そのような不具合は生じない。従って、一般的なコアルータでも通常通りパケットを転送することができる。

また、各エッジルータ１４ａ，１４ｂは、コアネットワーク１３の出口側に位置する場合（図１においてはエッジルータ１４ｂの場合）、コアルータ１１ｅから受信したパケットｐｔ１をコアネットワーク１３の外部の図示せぬネットワークへ転送する際に、パケットｐｔ１に付与された識別子ｉ５を取り外す処理を行う。この取り外しは、外部のネットワークへ転送するパケットｐｔ１に識別子が付いていると、そのネットワークで不具合や不都合が生じるので、これを阻止するために行うものである。

次に、図１に示した各コアルータ１１ａ〜１１ｈは、図５に示すように、自コアルータに接続された他のコアルータやエッジルータ１４ａ，１４ｂとの間の通信情報の入出力を行う入出力部１０６と、ＣＰＵによる処理部（第２処理部）１０７と、ＲＡＭやハードディスク等による記憶部（第２記憶部）１０８とを備え、これら１０６〜１０８がバス１０９に接続された構成となっている。

記憶部１０８には、一般的に備えられるルーティングテーブル（図示せず）の他に、図６に示すトラフィック制御テーブル（トラフィック制御情報）Ｔ２が記憶されている。トラフィック制御テーブル（単に、制御テーブルとも略す）Ｔ２には、各識別子ｉ１〜ｉ６…に対して、少なくともＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ポート番号を組み合わせたフロー単位でトラフィック制御を行う処理方法が対応付けられている。

即ち、制御テーブルＴ２において、例えば、識別子ｉ１には、１００Ｍｂｐｓの帯域を確保する優先制御を行う処理内容が対応付けられ、識別子ｉ２には、１Ｍｂｐｓ以下に帯域制限を行う処理内容、識別子ｉ３には、キャッシュサーバへルート変更する処理内容が対応付けられている。更に、識別子ｉ４には、パケットを破棄する処理内容、識別子ｉ５には、１Ｍｂｐｓ以下に帯域制限を行う処理内容、識別子ｉ６には、キャッシュサーバへルート変更する処理内容が対応付けられている。

トラフィック制御テーブルＴ２は、各コアルータ１１ａ〜１１ｈで個別のものを備え、これらの処理内容の設定はネットワーク管理者が独自に定められるものとする。
各コアルータ１１ａ〜１１ｈの処理部１０７は、エッジルータ１４ａにてパケット（例えばｐｔ１）に付与された識別子（例えばｉ５）と同じ識別子ｉ５を制御テーブルＴ２から検索し、この検索された識別子ｉ５に対応付けられているトラフィック制御の内容に応じた処理を、受信したパケットｐｔ１に対して行う。従って、各コアルータ１１ａ〜１１ｈは、パケットｐｔ１に対して制御テーブルＴ２に応じた処理並びにルーティングテーブルに応じた一般的な転送制御を行う。

＜第１実施形態の動作＞
次に、第１実施形態のトラフィック制御システム１０におけるトラフィック制御動作の一例を、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
図７に示すステップＳ１において、ユーザが図１に示すユーザ端末機１５ａにて契約プランＰａを契約する際に、所定の時間帯ｔ１においてコンテンツＣｃの通信を行う操作を実行したとする。この操作に応じて、ステップＳ２において、ユーザ端末機１５ａからは、契約プランＰａ、コンテンツＣｃ、時間帯ｔ１の情報がパケットｐｔ１のペイロード部分に分析により取得可能な情報として含まれて送信され、このパケットｐｔ１が、ステップＳ３において、コアネットワーク１３の入口側のエッジルータ１４ａで受信される。

次に、ステップＳ４において、エッジルータ１４ａでは、処理部１０２により、受信されたパケットｐｔ１がＤＰＩ機能で分析され、この分析によりパケットｐｔ１のペイロード部分に格納された情報（契約プランＰａ−コンテンツＣｃ−時間帯ｔ１）が取得される。更に、エッジルータ１４ａの処理部１０２では、ステップＳ５において、その取得された情報と、図３に示す識別子テーブルＴ１の情報とが比較され、識別子が検索される。これは、識別子テーブルＴ１において、先の分析結果得られた情報と同じ情報（契約プランＰａ−コンテンツＣｃ−時間帯ｔ１）が検索され、この検索情報に対応付けられている識別子（本例ではｉ５とする）が検索されることになる。

そして、ステップＳ６において、エッジルータ１４ａの処理部１０２により、その検索された識別子ｉ５が、図４（ａ）又は（ｂ）に示すようにパケット（本例ではｐｔ１であるとする）のアプリケーションデータ３４の前又は後に挿入されて付与される。この識別子ｉ５が付与されたパケットｐｔ１は、ステップＳ７において、エッジルータ１４ａからコアネットワーク１３のコアルータ１１ａへ転送される。

次に、ステップＳ８において、コアルータ１１ａでは、処理部１０７により、受信したパケットｐｔ１に付されたと同じ識別子ｉ５が、コアルータ１１ａに備えられた図６に示す制御テーブルＴ２から検索される。そして、コアルータ１１ａの処理部１０７では、ステップＳ９において、その検索された識別子ｉ５に対応付けられているフロー単位での処理内容である帯域制限の処理がパケットｐｔ１に施されると共に、図示せぬルーティングテーブルに応じた転送制御が行われる。即ち、このステップＳ９では、識別子に対応したトラフィック制御が行われる。以降、その転送制御による転送先のコアルータにおいても、同様に、上記ステップＳ８及びＳ９の識別子ｉ５の検索及び識別子ｉ５に対応付けられたトラフィック制御の処理が施され、転送制御が行われる。

この転送後、ステップＳ１０において、パケットｐｔ１がコアネットワーク１３の出口側のエッジルータ１４ｂで受信されると、ステップＳ１１において、その受信パケットｐｔ１に付与された識別子ｉ５が取り外され、この後、パケットｐｔ１がコアネットワーク１３の図示せぬ外部のネットワークへ転送される。

＜第１実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の図１に示すトラフィック制御システム１０は、パケット網としてのコアネットワーク１３にてフロー単位でパケットの転送制御を行うシステムであって、エッジルータ１４ａと、コアルータ１１ａ〜１１ｈとを備える構成とした。

エッジルータ１４ａは、図３に示すように、各種異なるパターンの通信内容（契約プランＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ、利用コンテンツＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ、利用時間帯ｔ１，ｔ２）毎に、各々異なる識別子ｉ１〜ｉ１８が対応付けられた識別子テーブルＴ１を図２に示す記憶部１０３に備え、図１に示すように、予め定められた通信内容の情報が格納されたパケットｐｔ１を受信した際に、処理部１０２により、その受信パケットの通信内容情報を取得し、この取得した通信内容情報に対応する識別子を識別子テーブルＴ１から検索し、この検索した識別子をパケットに付与して転送する。

コアルータ１１ａ〜１１ｈは、図６に示すように各々異なる識別子ｉ１〜ｉ６…に、フロー単位で予め定められたトラフィック制御の処理内容が対応付けられた制御テーブルＴ２を備え、図１に示すようにコアルータ１１ａで識別子（例えばｉ５）が付与されたパケット（例えばｐｔ１）を受信した際に、この受信パケットに付与されたと同じ識別子を制御テーブルＴ２から検索し、この検索された識別子に対応付けられたトラフィック制御を、当該受信パケットに対して行う。

この構成によれば、パケットを転送する際に、エッジルータ１４ａでパケットを分析し、この分析内容に応じて得た識別子を当該パケットに付与してコアルータ１１ａ〜１１ｈへ転送する。この転送以降はコアルータ１１ａ〜１１ｈで受信パケットに付与された識別子を検出し、この識別子に対応付けられたトラフィック制御を順次行えばよい。従って、パケットに第５層以上の上位レイヤ情報が含まれていても、最初のエッジルータ１４ａから転送された以降では、各コアルータ１１ａ〜１１ｈにおいて、パケットの分析を行わなくても、識別子の確認に応じた処理のみでトラフィック制御を行うことができる。言い換えれば、パケットの情報分析の処理量を抑えながら、通信内容に応じたトラフィック制御を行うことができる。

また、エッジルータ１４ａが、パケット網の出口に位置する際に、識別子が付与されたパケットから当該識別子を取り外した後にこのパケットを当該パケット網の外部のパケット網（図示せず）へ転送するように構成した。

この構成によれば、あるパケット網から外部のパケット網へパケットを転送しても、この転送時に識別子が取り外されるので、外部のパケット網において、識別子による不具合や不都合が生じないようにすることができる。

また、エッジルータ１４ａが、識別子をパケットに付与する際に、図４（ａ）又は（ｂ）に示すように、当該パケットのペイロード部分の前又は後に当該識別子を挿入して付与するように構成した。

この構成によれば、パケットのペイロード部分の前又は後に識別子を付けるので、パケットの先頭ヘッダを読み込んで一般的なルーティングを行う場合等に不具合が生じない様にすることができる。例えば先頭ヘッダの前に識別子を付けると、先頭ヘッダが読み取れなくなるのでルーティングが行えなくなるが、このような不具合を阻止することができる。更に、図１に示すコアネットワーク１３における一般的なコアルータでのルーティングに影響はでない。従って、本発明のコアルータ（例えば１１ａ）をコアネットワーク１３に導入する際に段階的な導入が可能となる。

＜第１実施形態の変形例＞
図８は、本発明の第１実施形態の変形例に係るトラフィック制御システム１０の構成を示す図である。
図８に示すコアルータ１１ｉ，１１ｊ，１１ｋは、上述で説明した本発明の特徴構成（図５の処理部１０７）を有するものである。一方、他のルータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、一般的なルーティングテーブル（図示せず）に応じたパケットの転送制御を行い、仮にパケットが第５層以上の上位レイヤ情報を格納している場合は、上述したＤＰＩ機能による分析を各々行う。

本特徴構成を有するコアルータ１１ｉ，１１ｊ，１１ｋは、パケット網としてのコアネットワーク１３を構成する全てのルータの内の、当該コアネットワーク１３の入口から予め定められた経路を通って出口に至る経路上に位置するルータとして用いられる。つまり、第１サーバ２１ａからコアネットワーク１３の入口であるエッジルータ１４ｃを介して予め定められた経路を通って、コアネットワーク１３の出口であるエッジルータ１４ｄを介して第２サーバ２１ｂへ至る経路上の各ルータに、本特徴構成を有するコアルータ１１ｉ，１１ｊ，１１ｋが適用されている。但し、本特徴構成のコアルータ１１ｉ，１１ｊ，１１ｋは、コアネットワーク１３に導入する際に段階的に導入することが可能である。また、コアネットワーク１３に図８のように一般的なコアルータ２２ａ〜２２ｄが存在しても、これらコアルータ２２ａ〜２２ｄは従来から存在する一般的なルーティングによるパケット転送を行うことができる。

この構成によれば、図１で説明したコアルータ１１ａ〜１１ｈは受信パケットｐｔ１に付与された識別子を検出してそれに対応付けられたトラフィック制御を行う機能を有するが、この機能を有するコアルータ１１ａ〜１１ｈを図１のようにパケット網内の全ルータに適用しなくても、図６のように必要なルータ１１ｉ，１１ｊ，１１ｋにのみ適用すればよい。このような一部のルータへの適用によって、全ルータにコアルータ１１ａ〜１１ｈを適用する場合に比べ、低コストでパケットｐｔ１網を構築することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係るトラフィック制御システムの上位ルータ１４ｂの接続構成を示す図である。
図９に示す第２実施形態の上位ルータ１４ｂは、例えばＮＧＮ(Next Generation Network)のような階層構造をもつネットワークにおける上位階層のエッジルータであり、本実施形態では、図１に示したコアネットワーク１３におけるエッジルータ１４ｂが上位階層のエッジルータ（上位ルータ）であると仮定している。

なお、ＮＧＮとは、現在別々に構築されているインターネットサービス用ＩＰネットワークと電話サービス用の電話網を、ＩＰ技術を用いてＱｏＳ(Quality of Service)やセキュリティを向上させたＩＰ通信網として統合し、現行の公衆網を代替する次世代ＩＰネットワークである。

ＮＧＮのように階層構造を持つネットワークでは、上位ルータ１４ｂの収容ユーザ数は、下位階層のエッジルータ（下位ルータ：例えば図１のエッジルータ１４ａであると仮定する）の収容ユーザ数と比べて桁違いに多く、パケット１つ１つの分析が困難である可能性がある。例えば、ユーザから動画配信サーバへの動画配信の要求と、この要求に応じた動画配信サーバからユーザへの動画データの配信といったように、「行きの通信」に対して「戻りの通信」のトラフィック量が極めて大きく、パケット１つ１つの分析が困難となるケースが該当する。

しかし、このようなケースにおいては、戻りの通信においてパケットに情報として格納される通信内容を、行きの通信で要求しているデータから予測することができる。例えば、行きの通信のパケットのＩＰアドレス等が戻りの通信のパケットでは反転するなどである。そこで、行きの通信に対応する戻りの通信内容がフロー単位での識別（フロー識別）により予測可能な場合に、当該行きの通信の識別子に対応する戻りの通信の識別子を当該戻りの通信内容に対応付けてテーブル化し、戻りの通信時に当該テーブル化されたと同じ通信内容を含むパケットに、当該通信内容に対応付けられた識別子を付与して転送する処理を行うようにした。

このように行きの通信の要求に対するレスポンスである戻りの通信を図９に矢印で示した。図９において、左から右方向への矢印が行きの通信を示し、この逆に、右から左方向への矢印が戻りの通信を示す。

本実施形態の上位ルータ１４ｂは、図９に示すコアルータ１１ｅからパケットｐｔ２を受信した場合、パケットｐｔ２に格納された宛先／送信元のＭＡＣアドレス（図示せず）、ＩＰアドレス「０００／１１１」、ポート番号「ＰＯＴ１」の情報を用いてフロー識別を行う。この後、上位ルータ１４ｂは、パケットｐｔ２の識別子ｉ５を外す際に、識別子ｉ５、宛先/送信元のＩＰアドレス「０００／１１１」、ポート番号「ＰＯＴ１」を、図１０に示すようにワークメモリ１０３に記憶する。

ここで、行きの通信のパケットｐｔ２の要求に対するレスポンスである戻りの通信では、図９に示すように、ＩＰアドレスの宛先／送信元が行きの通信のものと逆転「１１１／０００」したパケットｐｔ３となることが予測できる。

これを利用して、上位ルータ１４ｂは、上記のように行きの通信で図１０に示すワークメモリ（図２に示す記憶部１０３）に記憶した内容に応じて、図１１に示すように、記憶部１０３に戻り通信特定テーブルＴ３（単にテーブルＴ３ともいう）を記憶する。即ち、戻りの通信内容を特定するＩＰアドレス「１１１／０００」、ポート番号「ＰＯＴ１」、行きの通信の識別子ｉ５に予め対応付けられている識別子ｉ８を、テーブルＴ３に格納（テーブル化）する。但し、識別子ｉ８には、１Ｍｂｐｓ以下に帯域制限を行うトラフィック制御の処理内容が対応付けられているとする。なお、ここでは識別子ｉ５に識別子ｉ８が対応付けられているものとして説明したが、他にも、図３に一例を示した識別子ｉ１〜ｉ１８が、通信内容やトラフィック制御の処理内容等に応じて予め対応付けられている。

また、パケットｐｔ２がＨＴＴＰ(Hyper Text Transfer Protocol)で送信される場合は、ポート番号は上記のように行きと戻りで反転しないが、他のプロトコルによっては反転する場合もある。また、ＩＰアドレスは上記のように反転するが、他のプロトコルによっては反転しない場合もある。

上位ルータ１４ｂは、上記のように行きの通信でテーブルＴ３を作成した後、図９に示す戻り通信において、テーブルＴ３の格納情報と同じ戻り通信特定情報（ＩＰ：１１１／０００，ＰＯＴ１）を格納するパケットｐｔ３に対して、テーブルＴ３に対応付けられた識別子ｉ８の付与を行ってコアルータ１１ｅへ転送する。これ以降の識別子ｉ８が付与されたパケットｐｔ３の転送は、第１実施形態で説明したと同様に行われる。

従って、第２実施形態の上位ルータ１４ｂによれば、行きの通信に対して戻りの通信のトラフィック量が極めて大きい場合でも、戻りの通信のコアネットワーク１３への入口である上位ルータ１４ｂから戻りの経路へパケットを転送した以降は、コアルータ１１ｅにおいて、パケットの分析を行わなくても識別子（ここでは識別子ｉ８）を確認してトラフィック制御を行うことができる。言い換えれば、パケットの情報分析の処理量を抑えながら、通信内容に応じたトラフィック制御を行うことができる。

＜第２実施形態の変形例＞
また、図９に示す上位ルータ１４ｂは、例えばＩＰアドレスが行きと戻りで対応関係が無い等のように、行きの通信において戻りの通信を予測することができない場合、第１実施形態において図１に示したエッジルータ１４ａの処理部１０２が行ったと同様な分析を行い、必要となる識別子を付与することで転送制御を行う。

又は、行きの通信において戻りの通信を予測することができない場合、上位ルータ１４ｂは、行きの通信においてテーブルＴ３のようにテーブル化される識別子に、戻りの通信に対して特定の制御を施さないという内容を含ませておく処理を行う。この処理により、上位ルータ１４ｂは、戻りの通信において、パケットに特定の制御を施さない指示を行う識別子を付与することで、転送先のコアルータで特定の制御が行われないようにする。
この構成では、コアルータが識別子を検出した場合、特定の制御を施さないので、誤認識などを防止することができる。

１０ トラフィック制御システム
１１ａ〜１１ｈ コアルータ（第２ルータ）
１２ 通信路
１３ コアネットワーク（パケット網）
１４ａ，１４ｂ エッジルータ（第１ルータ）
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ ユーザ端末機
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ サーバ
２２ａ〜２２ｄ ルータ
１０１，１０６ 入出力部
１０２，１０７ 処理部
１０３，１０８ 記憶部
１０４，１０９ バス
Ｔ１ 識別子テーブル（識別子情報）
Ｔ２ トラフィック制御テーブル（トラフィック制御情報）
Ｔ３ 戻り通信特定テーブル
ｐｔ１〜ｐｔ３ パケット

Claims (6)

1. フロー単位でパケットの転送制御を行うトラフィック制御システムであって、
   異なるパターンの通信内容毎に、異なる識別子が対応付けられた識別子情報を記憶する第１記憶部と、通信内容を示す情報である通信内容情報が格納されたパケットを受信した際に、この受信パケットの前記通信内容情報を取得し、対応する識別子を前記識別子情報から検索し、検索した識別子を前記パケットに付与して転送する第１処理部とを有する第１ルータと、
   前記識別子毎に、前記フロー単位で予め定められたトラフィック制御の処理内容を対応付けたトラフィック制御情報を記憶する第２記憶部と、前記識別子が付与されたパケットを受信した際に、この受信パケットに付与された識別子と同じ識別子を前記トラフィック制御情報から検索し、この検索された識別子に対応付けられたトラフィック制御を当該受信パケットに対して行う第２処理部とを有する第２ルータとを備え、
   前記第１ルータの第１処理部は、前記パケットが伝送されるパケット網からパケットが当該パケット網の外部へ転送される行きの通信時に、当該行きのフローに対応する戻りのフローが通信内容により識別可能な場合に、当該行きの通信の前記識別子に対応付け可能な戻りの通信の前記識別子を当該戻りの通信内容に対応付けて前記第１記憶部に記憶し、戻りの通信時に前記記憶された通信内容と同じ通信内容を含むパケットに、前記記憶された通信内容に対応付けられた識別子を付与して転送する処理を行う
   ことを特徴とするトラフィック制御システム。
2. 前記第１ルータの第１処理部は、当該第１ルータ及び前記第２ルータが収容されるパケット網の入口に配置されている場合に前記識別子を前記パケットに付与して転送し、当該第１ルータが前記パケット網の出口に配置されている場合に前記識別子が付与されたパケットから当該識別子を取り外した後にこのパケットを当該パケット網の外部へ転送する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフィック制御システム。
3. 前記第１ルータの第１処理部は、前記識別子を前記パケットに付与する際に、当該パケットのペイロード部分の前又は後に当該識別子を挿入して付与する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトラフィック制御システム。
4. 前記第２ルータは、前記パケット網の入口から予め定められた経路を通って前記外部への出口に至る経路上に配置されて用いられる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトラフィック制御システム。
5. 前記第１ルータの第１処理部は、前記行きの通信内容に対応する戻りの通信内容が予測不可能な場合に、当該行きの通信に対応する戻りの通信のパケットに、特定の制御を施さない指示を行う識別子を付与して転送する処理を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のトラフィック制御システム。
6. フロー単位でパケットの転送制御を行うトラフィック制御方法において、
   異なるパターンの通信内容毎に、異なる識別子が対応付けられた識別子情報を記憶した第１記憶部を備える第１ルータが、予め定められた通信内容を示す情報である通信内容情報が格納されたパケットを受信した際に、この受信パケットの通信内容情報を取得し、この取得した通信内容情報に対応する識別子を前記識別子情報から検索し、この検索した識別子を前記パケットに付与して転送するステップと、
   前記識別子毎に、前記フロー単位で予め定められたトラフィック制御の処理内容を対応付けたトラフィック制御情報を記憶した第２記憶部を備える第２ルータが、前記識別子が付与されたパケットを受信した際に、この受信パケットに付与されたと同じ識別子を前記トラフィック制御情報から検索し、この検索された識別子に対応付けられたトラフィック制御を当該受信パケットに対して行うステップと、
   前記第１ルータが、前記パケットが伝送されるパケット網からパケットが当該パケット網の外部へ転送される行きの通信時に、当該行きのフローに対応する戻りのフローが通信内容により識別可能な場合に、当該行きの通信の前記識別子に対応付け可能な戻りの通信の前記識別子を当該戻りの通信内容に対応付けて前記第１記憶部に記憶し、戻りの通信時に前記記憶された通信内容と同じ通信内容を含むパケットに、前記記憶された通信内容に対応付けられた識別子を付与して転送する処理を行うステップと
   を実行することを特徴とするトラフィック制御方法。

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