JP7111974B2 - トポロジ推定システム、トラフィック付加装置及びトラフィック付加方法 - Google Patents

トポロジ推定システム、トラフィック付加装置及びトラフィック付加方法 Download PDF

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Description

本発明は、トラフィックを付加する技術に関する。
従来、トポロジを把握する手段が検討されている。トポロジとは、複数のネットワーク装置等がどのように接続されているかを示すレイアウトであり、特許文献１，２では、複数のインタフェースにおけるトラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を推定する方法が提案されている。
例えば、図７に示すように、所定の推定対象ネットワークにおいて、複数のネットワーク装置Ａ，Ｂ，・・・がそれぞれ備える各インタフェースＡ１，Ａ２，・・・，Ｂ１，Ｂ２，・・・におけるトラフィック送受信量をそれぞれ算出し、同一時刻ｔでトラフィック送受信量の等しいインタフェース同士が接続されていると推定する。
このようなトラフィック情報は、例えば、ルータ、スイッチ等、ネットワーク装置等で一般的に取得可能な性能情報であるため、装置の製造元等に関係なくトポロジ情報の取得に利用可能である。
特許第５６９５７６７号公報 特開２０１４－０４９８５１号公報
しかしながら、上記従来手法を用いてトラフィックに変動がない状況でトポロジを推定する場合、各インタフェースでトラフィック量に差分が生じないため、正しい接続関係の推定が困難となる課題がある。
例えば、通信キャリアの商用網には、障害発生時の予備系である非運用系のネットワーク装置が存在する。非運用系は、同一ネットワーク装置の各インタフェースでトラフィック量がほぼ一定で特徴的な変化がないため、従来手法ではトポロジの推定が困難である。
具体的には、図８（ａ）に示すように、複数のインタフェースＡ１～Ａ１０におけるトラフィック送受信量に差がなく、複数のインタフェースＢ１～Ｂ１０におけるトラフィック送受信量にも差がないため、所定のインタフェースＡに対してトラフィック量の等しいインタフェースＢが複数存在することから、図８（ｂ）に示すような誤った接続関係を推定してしまう。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、インタフェースの接続関係を正確に把握可能にすることを目的とする。
本発明のトポロジ推定システムは、複数のネットワーク装置における複数のインタフェースでのトラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を求めるトポロジ推定装置と、トラフィック付加装置と、を備えたトポロジ推定システムにおいて、前記トラフィック付加装置は、前記複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加するトラフィック付加部を備えることを特徴とする。
上記トポロジ推定システムにおいて、前記トラフィック付加装置は、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量をもとに、前記各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出するトラフィック量算出部を更に備えることを特徴とする。
上記トポロジ推定システムにおいて、前記トポロジ推定装置は、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、前記各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定するトラフィック付加判定部を備えることを特徴とする。
本発明のトラフィック付加装置は、複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加するトラフィック付加部を備えることを特徴とする。
上記トラフィック付加装置において、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量をもとに、前記各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出するトラフィック量算出部を更に備えることを特徴とする。
上記トラフィック付加装置において、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、前記各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定するトラフィック付加判定部を更に備えることを特徴とする。
本発明のトラフィック付加方法は、複数のネットワーク装置における複数のインタフェースでのトラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を求めるトポロジ推定装置と、トラフィック付加装置と、で行うトラフィック付加方法において、前記トポロジ推定装置は、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、前記各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定し、前記トラフィック付加装置は、トラフィックを付加する場合、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量をもとに、前記各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出し、前記複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、算出した各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加することを特徴とする。
本発明によれば、インタフェースの接続関係を正確に把握可能にすることができる。
発明の概要を示す図である。 トポロジ推定システムの構成例を示す図である。 トラフィックの付加イメージを示す図である。 付加するトラフィック量の算出方法を説明する際の参照図である。 トラフィックを追加する判定方法を説明する際の参照図である。 トラフィック付加方法の処理フローを示す図である。 インタフェースの接続関係を推定する方法を説明する際の参照図である。 課題を説明する際の参照図である。
＜発明の概要＞
従来手法では、トラフィック量が一定であったり、トラフィック量に特徴的な変化がない状況（例えば、トラフィック量の傾向が似ているネットワーク装置が複数存在する状況等）において、正しい対向装置の識別が困難となる。
そこで、本発明では、図１に示すように、隣接するネットワーク装置等の各インタフェースにそれぞれ異なる量のパケットＰＡ１，ＰＡ２，・・・，ＰＢ１，ＰＢ２，・・・を付加するようにする。これにより、トラフィックに特徴量が形成されるので、トラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を正しく把握可能となる。
以下、本発明を実施する一実施形態について図面を用いて説明する。
＜システム構成例＞
図２は、本実施形態に係るトポロジ推定システム１の構成例を示す図である。トポロジ推定システム１は、図２に示すように、主として、トポロジ推定装置１０と、トラフィック付加装置５０と、トラフィック収集装置９０と、を備えて構成される。トポロジ推定システム１では、トポロジ推定装置１０が、所定の推定対象ネットワークＮに含まれる複数のネットワーク装置Ａ～Ｆがどのように接続されているか、つまり、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースの接続関係（トポロジ）を推定する。
図２に示したトポロジ推定装置１０は、特許文献２の図１に示されたトポロジ推定装置１０と同様である。但し、本実施形態では、接続形態生成部（２３）とトラフィック量計算部（２４）との間にトラフィック付加判定部１１を追加した。図２に示した（）付きの符号は、特許文献２の符号を流用している。また、図２では、特許文献２の図１に示された機能部間の接続線のうち処理上主要なもののみを破線で示し、それ以外の接続線は省略した。図２において、本実施形態では、点ハッチが入れられた機能部、実線で示された接続線が特徴である。
＜トラフィック付加装置の構成例＞
図２に示したシステム構成において、本実施形態では、特許文献２のシステム構成に対し、トラフィック付加装置５０を追加した。そこでまず、トラフィック付加装置５０の構成例について説明する。
トラフィック付加装置５０は、図２に示したように、主として、設定入力部５１と、トラフィック生成部５２と、トラフィック送信部５３と、トラフィック情報保存部５４と、送信先インタフェース保存部５５と、を備えて構成される。
設定入力部５１は、トラフィック情報保存部５４からトラフィック情報を読み出して、トラフィック情報に含まれる推定対象ネットワークＮのトラフック量をもとに、推定対象ネットワークＮに含まれる複数のネットワーク装置Ａ～Ｆの各インタフェースにそれぞれ追加で流すトラフィックの量を算出する機能を備える。
具体的には、設定入力部５１は、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィックの量をもとに、各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出する機能を備える。このとき、設定入力部５１は、各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量が各インタフェースで異なるように算出する。
トラフィック生成部５２は、設定入力部５１で算出された各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ生成する機能を備える。ここで、トラフィックとはネットワークを流れるデータ（情報）をいい、本実施形態ではネットワーク装置を対象とするため、トラフィック生成部５２は、各インタフェースで異なるデータサイズのパケットをそれぞれ生成する。尚、ネットワーク装置以外にサーバ装置を対象に含めることも可能であり、パケットに代えてセグメントのデータサイズを変更してもよい。
トラフィック送信部５３は、トラフィック生成部５２で生成された各インタフェースで異なるデータサイズのパケットを複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにそれぞれ送信し、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける各インタフェースからそれぞれ出力させる機能を備える。
すなわち、トラフィック送信部５３は、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースからそれぞれ出力されている各トラフィックに、トラフィック生成部５２で生成された各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加する。
トラフィック情報保存部５４は、推定対象ネットワークＮのトラフィック情報を読み出し可能に記憶しておく機能を備える。具体的には、トラフィック情報保存部５４は、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィック及びその量をトラフィック情報として読み出し可能に記憶する。
送信先インタフェース保存部５５は、トラフィック送信部５３がパケットを送信することでトラフィックを付加した送信先のインタフェースＩＤをネットワーク装置ＩＤに関連付けて送信先情報として読み出し可能に記憶しておく機能を備える。
ここまで、トラフィック付加装置５０の構成例について説明した。尚、設定入力部５１とトラフィック生成部５２及びトラフィック送信部５３とは、それぞれ、特許請求の範囲に記載した「トラフィック量算出部」と「トラフィック付加部」とに対応する。
＜トポロジ推定装置の構成例＞
次に、トポロジ推定装置１０の構成例について説明する。トポロジ推定装置１０は、特許文献２に記載の通り、複数のネットワーク装置における複数のインタフェースでのトラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係（トポロジ）を推定する装置である。本実施形態において、トポロジ推定装置１０は、特許文献２に記載の構成に、トラフィック付加判定部１１を更に備えて構成される。
トラフィック付加判定部１１は、接続形態生成部（２３）とトラフィック量計算部（２４）との間で機能し、推定対象ネットワークＮのトポロジを推定計算する前に、推定対象ネットワークＮのトラフック量の変化に基づき、推定対象ネットワークＮのトラフィックに対してトラフィックを付加するか否かを判定する機能を備える。
具体的には、トラフィック付加判定部１１は、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定する。
ここまで、トポロジ推定装置１０の構成例について説明した。尚、本実施形態では、トポロジ推定装置１０がトラフィック付加判定部１１を備える場合を例に説明するが、トラフィック付加装置５０がトラフィック付加判定部１１を備えてもよい。その他、トラフィック付加判定部１１以外の各機能部については、特許文献２の説明を参照されたい。
＜トラフィック収集装置＞
次に、トラフィック収集装置９０について説明する。トラフィック収集装置９０は、推定対象ネットワークＮからトラフィック情報を収集する機能を備える。具体的には、トラフィック収集装置９０は、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィック及びその量を収集し、各トラフィック情報の取得時刻（タイムスタンプ）とともに、トポロジ推定装置１０の入力部（３１）に送信する。
＜トラフィックの付加方法／付加するトラフィック量の可変方法の実施例＞
続いて、トラフィックの付加方法及び付加するトラフィック量の可変方法の実施例について説明する。トラフィック付加処理及びトラフィック量の可変処理は、トラフィック付加装置５０のトラフィック生成部５２及びトラフィック送信部５３で行われる。
隣接する複数のネットワーク装置Ａ～Ｆに対してトラフィックを付加する方法としては、例えば、図３に示すように、トラフィック付加装置５０が、Ｔｅｌｎｅｔ等を用いてネットワーク装置Ｅに遠隔ログインし、隣接するネットワーク装置Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｆにｐｉｎｇ等を用いてパケットを流すことで、トラフィックを付加する方法がある。
付加するトラフィックの量を可変する方法としては、例えば、１パケットあたりのデータサイズを可変させることで、付加するトラフィック量を変化させる方法がある。ｐｉｎｇではパケットのデータサイズを任意に指定可能であり、設定入力部５１で算出された各インタフェースで異なるデータサイズを指定する。図３において、ネットワーク装置Ｅからネットワーク装置Ａへ出力されるトラフィックにトラフィックを付加する場合、「ping -l 100 ip.addr_A_sby」を実行する。「100」がパケットのデータサイズである。同様に、ネットワーク装置Ｅから、ネットワーク装置Ｃ，Ｄ，Ｅへそれぞれ出力されるトラフィックにトラフィックを付加する場合、「ping -l 200 ip.addr_C_sby」、「ping -l 300 ip.addr_D_sby」、「ping -l 400 ip.addr_E_sby」をそれぞれ実行する。
これにより、ネットワーク装置Ｅの各インタフェースからそれぞれ出力されるトラフィックに特徴が与えられる。尚、トラフィックの付加は、管理システム（ＯｐＳ：Operation System）を用いてユーザが実施してもよいし、トラフィック付加装置５０が上記ｐｉｎｇコマンドのスクリプトを実行してもよい。
＜付加するトラフィック量の算出方法の実施例＞
次に、付加するトラフィック量の算出方法の実施例について説明する。付加するトラフィック量の算出処理は、トラフィック付加装置５０の設定入力部５１で行われる。
ここで、非運用系装置の各インタフェースに流れる平均トラフィック量は、図４に示したように、同じ値になるとは限らない。そこで、定常的に流れている量をベースに、付加するトラフィック量を可変する必要がある。ベースとする値としては、平均値、最大値、最小値、中央値等があげられる。
例えば、運用系装置に定常的に流れているトラフィック量の平均値をみて、平均トラフィック量に対する任意のＸ［％］であるトラフィックを付加するように計算する。具体的には、ネットワーク装置Ｙの各ＩＦ（ＩＦ＿Ｙ１，ＩＦ＿Ｙ２，・・・）について、元の流れているトラフィック量をＩＦ＿Ｙｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，・・・）とする。このとき、トラフィックを付加した際に各ＩＦに流れるトラフィック量であるｎｅｗ＿ＩＦ＿Ｙｉ（ｔ）は、式（１）を用いて算出できる。尚、ａｄｄ＿ＩＦ＿Ｙｉは、追加するトラフィックの量を示す。
Figure 0007111974000001
＜トラフィックを追加する判定方法の実施例＞
次に、トラフィックを追加する判定方法の実施例について説明する。トラフィックを追加する判定処理は、トポロジ推定装置１０のトラフィック付加判定部１１で行われる。
トラフィック付加判定部１１は、トポロジ推定装置１０に入力されたネットワークのトラフィック量の変化から、トラフィックを付加するか否かを判定する。非運用系は、運用系に異常発生時に自動的に切り替わるため、運用系になった時にはトラフィックを追加で流す必要がない。切り替わった際は、別の装置になった非運用系にトラフィックを付加する必要がある。そこで、図５に示すように、例えば、トラフィック量の波形（変化量）をみて、パケット付加の必要性を判定する。具体的には、所定時間内におけるトラフィック量の標準偏差が閾値よりも小さい場合、算出した付加するべきトラフィック量を追加で流し、その標準偏差が閾値よりも大きい場合、トラフィックは追加しない。また、標準偏差に加えて又は単独で、トラフィック量の波形の変化の傾きに基づき、その傾きが正の場合にはトラフィックを追加し、その傾きが負の場合にはトラフィックを追加しないようにしてもよい。
＜トポロジ推定システムの動作例＞
続いて、トポロジ推定システム１で行うトラフィック付加方法について説明する。図６は、トラフィック付加方法の処理フローを示す図である。
ステップＳ１；
まず、トラフィック収集装置９０が、推定対象ネットワークＮに含まれる複数のネットワーク装置Ａ～Ｆから、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィックの量を収集し、収集したトラフィック情報をそのタイムスタンプとともにトポロジ推定装置１０の入力部（３１）へ送信する。
ステップＳ２；
次に、トポロジ推定装置１０は、トラフィック収集装置９０からトラフィック情報を受信すると、トラフィック付加判定部１１が、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィックの量の時間的変化に基づき、各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定する。例えば、各トラフィック量の標準偏差が閾値未満の場合、トラフィックを付加すると判定し、各トラフィック量の標準偏差が閾値以上の場合、トラフィックを付加しないと判定する。このとき、トポロジ推定装置１０は、トラフィック量の波形の変化の傾きに基づきトラフィックを付加するか否かを判定してもよい。トラフィックを付加しないと判定した場合、ステップＳ３～Ｓ９をスキップしてステップＳ１０へ進む。
ステップＳ３；
トラフィックを付加すると判定した場合、トラフィック付加判定部１１は、トラフィック収集装置９０から受信していたトラフィック情報をトラフィック付加装置５０へ送信し、トラフィック付加装置５０は、そのトラフィック情報をトラフィック情報保存部５４に保存する。
ステップＳ４；
次に、トラフィック付加装置５０の設定入力部５１は、トラフィック情報保存部５４からトラフィック情報を読み出して参照し、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィックの量をもとに、各インタフェースで異なるトラフィック量となるように、各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出する。
ステップＳ５；
次に、トラフィック生成部５２は、ステップＳ４で算出された各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ生成する。例えば、トラフィック生成部５２は、各インタフェースで異なるデータサイズのパケットを生成する。
ステップＳ６；
次に、トラフィック送信部５３は、ステップＳ５で生成された各インタフェースで異なるデータサイズのパケットを推定対象ネットワークＮにおける複数のネットワーク装置Ａ～Ｆへ送信し、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆの各インタフェースからそれぞれ出力させる。
ステップＳ７；
次に、トラフィック送信部５３は、ステップＳ６でパケットを送信した送信先のネットワーク装置ＩＤと各インタフェースＩＤとを関連付けて送信先情報として送信先インタフェース保存部５５に格納する。
ステップＳ８；
次に、トラフィック収集装置９０は、推定対象ネットワークＮに含まれる複数のネットワーク装置Ａ～Ｆから、複数のネットワーク装置Ａ～Ｆにおける複数のインタフェースにそれぞれ流れている各トラフィックの量を再収集する。
ステップＳ９；
次に、トラフィック収集装置９０は、ステップＳ８で再収集したトラフィック情報をトポロジ推定装置１０の入力部（３１）へ送信する。
ステップＳ１０；
その後、トポロジ推定装置１０は、トラフィック収集装置９０からトラフィック情報を再受信すると、トラフィック量計算部（２４）等が、再受信したトラフィック情報を用いて推定対象ネットワークＮのトポロジを推定計算する。
ステップＳ１１；
最後に、トポロジ推定装置１０の出力部（３２）は、ステップＳ１０で推定計算した推定対象ネットワークＮのトポロジをモニタに表示し、ファイルに保存する。
＜実施形態の効果＞
最後に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、トラフィック付加装置５０が、推定対象ネットワークＮにおける複数のネットワーク装置Ａ～Ｆで複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加するので、トラフィックに特徴量が形成されることから、トポロジ推定装置１０は、トラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を正しく把握可能となる。
尚、本実施形態で説明したトポロジ推定装置１０、トラフィック付加装置５０、トラフィック収集装置９０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、通信インタフェース等を備えたコンピュータで実現可能である。また、それらの装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、そのプログラムの記憶媒体の作成も可能である。
１…トポロジ推定システム
１０…トポロジ推定装置
１１…トラフィック付加判定部
５０…トラフィック付加装置
５１…設定入力部
５２…トラフィック生成部
５３…トラフィック送信部
５４…トラフィック情報保存部
５５…送信先インタフェース保存部
９０…トラフィック収集装置

Claims (7)

  1. 複数の装置における複数のインタフェースでのトラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を求めるトポロジ推定装置と、トラフィック付加装置と、を備えたトポロジ推定システムにおいて、
    前記トラフィック付加装置は、
    前記複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加するトラフィック付加部を備えることを特徴とするトポロジ推定システム。
  2. 前記トラフィック付加装置は、
    前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量をもとに、前記各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出するトラフィック量算出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のトポロジ推定システム。
  3. 前記トポロジ推定装置は、
    前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、前記各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定するトラフィック付加判定部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のトポロジ推定システム。
  4. 複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加するトラフィック付加部を備えることを特徴とするトラフィック付加装置。
  5. 前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量をもとに、前記各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出するトラフィック量算出部を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のトラフィック付加装置。
  6. 前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、前記各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定するトラフィック付加判定部を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のトラフィック付加装置。
  7. 複数の装置における複数のインタフェースでのトラフィック量の相関性からインタフェースの接続関係を求めるトポロジ推定装置と、トラフィック付加装置と、で行うトラフィック付加方法において、
    前記トポロジ推定装置は、
    前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量の変化に基づき、前記各トラフィックにトラフィックを付加するか否かを判定し、
    前記トラフィック付加装置は、
    トラフィックを付加する場合、前記複数のインタフェースにそれぞれ流れる各トラフィックの量をもとに、前記各トラフィックにそれぞれ付加するトラフィックの量を算出し、
    前記複数のインタフェースからそれぞれ出力される各トラフィックに、算出した各インタフェースで異なる量のトラフィックをそれぞれ付加する
    ことを特徴とするトラフィック付加方法。
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