WO2014068818A1 - Mplsネットワーク及びそれに用いるトラフィック制御方法 - Google Patents
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- H04L69/16—Implementation or adaptation of Internet protocol [IP], of transmission control protocol [TCP] or of user datagram protocol [UDP]
Definitions
- the present invention relates to an MPLS network and a traffic control method used therefor, and more particularly, to a traffic control of a broadband service provided by a TCP (Transmission Control Protocol) connection in an IP (Internet Protocol) packet-based traffic control method.
- TCP Transmission Control Protocol
- IP Internet Protocol
- TCP connection Because it is based on TCP connection, it is affected by packet loss due to network congestion, leading to degradation of service quality such as inability to connect as a user experience, difficult to connect, and no throughput.
- Patent Documents 1 to 4 Many techniques exist as conventional techniques for improving the service quality of TCP connections (see, for example, Patent Documents 1 to 4). However, many of them are means that are performed within a single node in order to realize an increase in throughput between the server and the client for each TCP connection, and effective control based on end-to-end network resource control is possible. There is a problem that it cannot be realized and does not lead to sufficient service improvement at the time of network congestion.
- the packet order is changed on the receiving side, the throughput is reduced, or TCP retransmission is performed due to timeout, etc. It has become.
- the data size to be transmitted is determined as the window size, and communication is started between the client and the server.
- TCP communication is based on the slow start algorithm and starts transmission by reducing the window size and suppressing the transmission amount at the start of communication. If congestion (packet loss) is not detected, the transmission amount is gradually increased to increase the transmission amount. Controlled to send data in batches.
- the object of the present invention is to solve the above problems and to secure the necessary bandwidth for the TCP connection between the MPLS PE router and the MPLS PE router on the MPLS network, and reliably discard packets due to network congestion. It is an object of the present invention to provide an MPLS network and a traffic control method used therefor that can avoid and improve the quality of TCP communication.
- An MPLS network includes an IP (Internet Protocol) communication control device including means for identifying a TCP (Transmission Control Protocol) connection request transmitted from a client terminal, A means for calculating the bandwidth of a TCP connection that requires a wide band based on the identification result of the TCP connection request, and an LSP (Label Switched Path) that can secure the calculated bandwidth end to end are selected and transmitted. And a communication management device including means for performing the above-described operation.
- IP Internet Protocol
- TCP Transmission Control Protocol
- LSP Label Switched Path
- an IP (Internet Protocol) communication control device executes a process of identifying a TCP (Transmission Control Protocol) connection request transmitted from a client terminal,
- the communication management apparatus calculates a TCP connection bandwidth that requires a wide band based on the identification result of the TCP connection request, and an LSP (Label Switched Path) that can secure the calculated bandwidth between end-to-end And a process of selecting and transmitting.
- the present invention can secure the necessary bandwidth for the TCP connection between the MPLS PE router and the MPLS PE router on the MPLS network, and ensures packet discard due to network congestion.
- the effect of improving the quality of TCP communication can be obtained.
- IP Internet Protocol
- the IP communication control apparatus and communication control system of the present invention grasp network resources and efficiently map network resources by mapping to multiple LSPs (Label Switched Paths) in which TCP (Transmission Control Protocol) connections are set adaptively. It is used as a means to solve these problems by avoiding network congestion.
- LSPs Label Switched Paths
- TCP Transmission Control Protocol
- the first feature of the present invention is that the TCP connection request sequence (3-way handshake) is monitored at the edge of the MPLS (Multi-Protocol Label Switching) network, and the TCP is based on the window size set between the server and the client from the TCP header.
- the bandwidth required for the connection is calculated, the network load status is judged based on the state of the occupied bandwidth with respect to the LSP usable bandwidth, and a plurality of routes [LSP (1) ⁇ (N)] to perform distribution (load balance) control.
- the second feature of the present invention is that when the necessary bandwidth cannot be secured on the network side, it does not affect the quality of service of other TCP connections, and extra traffic due to TCP retransmission is not generated in the network.
- the control for forcibly rejecting the TCP connection request is performed.
- the third feature of the present invention is that after establishing a TCP connection, the performance of the TCP connection is monitored, and when there is no packet transmission / reception for a certain period of time, the reserved network resources are released in order to increase the efficiency of the network resources. To forcibly disconnect the connection.
- the TCP connection is established when the server returns a response to the TCP connection request from the client on the IP network, and data communication corresponding to the exchanged communication capability is performed.
- packet discard occurs on the network, retransmission control as TCP and congestion control (global synchronization) are performed, communication speed is reduced, and services that require real-time characteristics in particular. The quality is greatly degraded.
- TCP is passed through an MPLS network in which a main LSP and N bypass LSPs are set between an MPLS PE (Provider Edge) router and an MPLS PE router. Configure to establish a connection.
- MPLS PE Provide Edge
- a TCP connection request is issued from a client terminal and a server (content server or the like) returns a response
- a TCP connection is established and data communication is performed according to the exchanged communication capability.
- Monitor calculate the bandwidth required for the TCP connection, determine the LSP (N) that can secure the bandwidth of any TCP connection from the communication control system that manages the bandwidth used for each LSP, and connect the connection request to the MPLS Notify the PE router.
- the MPLS PE router sends a response packet in which the SYN (synchronize) flag and the ACK (ACKnowledgement) flag are set in the TCP header to the client terminal, and the PE router switches the TCP connection to LSP (N).
- the TCP header is used as a TCP connection sequence to disconnect / reject the TCP connection. Is set to transmit the RST (reset) flag.
- the network resources are effectively used, and a function for avoiding congestion is provided so that broadband service quality delivered by TCP such as streaming is provided. It is characterized by ensuring.
- a means for identifying a TCP connection by a port number or a protocol used a means for monitoring a 3-way handshake at the time of establishing a TCP connection and identifying a window size that can be transmitted, and the window size Means for measuring RTT (Round-Trip Time) for calculating the necessary bandwidth of the TCP connection in units of LSP, means for calculating the necessary bandwidth based on the identified window size and the measured RTT, and TCP for each LSP
- RTT Red-Trip Time
- the TCP connection bandwidth management for each LSP, the selection of the LSP based on it, and the setting control means for the PE router are configured to be included in the communication system.
- connection state management is performed from the performance of each TCP connection and the connection maintenance time from the connection request, and it is determined that the data communication is in the no-communication state or stable against the request for the new TCP connection.
- a means is provided for setting an RST flag in a TCP header, forcibly terminating a non-communication state TCP connection, and rejecting a new TCP connection.
- the network traffic is effectively saved by securing the bandwidth of service traffic by TCP communication that requires a wide bandwidth between the end of the network and avoiding it from congestion, and managing the TCP connection state. It can be used, and it is possible to suppress an increase in traffic such as TCP retransmission due to packet discard on the network, or to suppress deterioration in service quality due to repeated global synchronization.
- FIG. 1A is a block diagram showing a configuration example of a communication control system according to an embodiment of the present invention
- FIG. 1B is a sequence chart showing an operation of the communication control system according to the present invention
- FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of each device of the communication control system according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the MPLS PE router according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the MPLS PE router according to the embodiment of the present invention.
- 5 to 7 are sequence charts showing TCP data communication sequences according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a diagram for explaining TCP bandwidth management according to the embodiment of the present invention
- FIG. 9 is a diagram illustrating a format of a TCP header in the embodiment of the present invention
- FIG. 10 is a diagram illustrating the implementation of the present invention. It is a figure which shows the relationship between the protocol of the streaming in a form, and a TCP port number.
- FIG. 11A is a diagram showing a format of an input / output packet of an MPLS PE router in the embodiment of the present invention
- FIG. 11B is a diagram showing a format of a packet on the core network in the embodiment of the present invention.
- FIG. 1A shows a configuration example of TCP connection between a client terminal 5 and a content server 6 via an MPLS network as a basic configuration example of an embodiment of the present invention.
- a plurality of LSP (1) to LSP (N) are connected to MPLS PE router 1 and MPLS PE router 2 via MPLS P (Provider) routers 31, 32, 33. Bands reserved for effective use of network resources are set for each of LSP (1) to LSP (N).
- a TCP connection connection request is transmitted from the client terminal 5 to the content server 6 by setting the SYN flag in the TCP header shown in FIG. 10 and inserting a window size that can be transmitted and received [a1 in FIG. 1B].
- the content server 6 sets an ACK flag in addition to the SYN flag of the TCP header, and the content server 6 Is transmitted to the client terminal 5 [a2 in FIG. 1B].
- the MPLS PE router 1 sets the SYN flag and the ACK flag. Is transmitted to the client terminal 5 [a6 in FIG. 1B].
- the client terminal 5 receives this, sets the ACK flag in the TCP header, completes the three-way handshake that responds to the content server 6, and establishes the TCP connection [a7 in FIG. 1B].
- the MPLS management server 4 calculates the maximum bandwidth required for the TCP connection and can guarantee the bandwidth. And set the MPLS PE routers 1 and 2.
- the MPLS PE routers 1 and 2 are configured to switch and transfer the TCP connection to the designated LSP (N) based on the setting.
- FIG. 2 shows a configuration example of a communication management system according to the embodiment of the present invention.
- the MPLS PE router 1 and the MPLS PE router 2 establish a plurality of LSPs (N) by the LSP provisioning unit 42 of the MPLS management server 4.
- an RTT (round trip time) measuring unit 18 sends a packet for RTT measurement to the RTT measuring unit 28 of the MPLS PE router 2 for the set LSP (N), and the RTT measuring unit 28 returns the packet.
- the packet is received, and the time difference is stored as RTT in the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4.
- the MPLS label issued from the LSP provisioning unit 42 of the MPLS management server 4 for each LSP is converted to the MPLS label processing of the LSP establishment unit / data transmission / reception unit 15.
- a label is added to the data packet by the data transmission unit, and the data transmission / reception unit transmits it to the MPLS P node on the MPLS network.
- the data packet received from the MPLS network is configured to delete the label by the MPLS label processing unit.
- the TCP connection identification unit 12 determines the service application usage of the TCP connection and the destination of the TCP header. Identify by TCP port number.
- FIG. 10 shows an example of main service applications, protocols, and TCP port numbers currently used in the streaming service.
- the TCP connection monitoring unit 16 identifies the window size of the TCP header in which the SYN flag is set.
- the TCP connection monitoring unit 16 receives the window size of the TCP header of the response to the SYN flag packet in which the SYN and ACK flags are set from the server side, and the same if it matches the window size from the client side. If the response window size is small, the value is notified to the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 to make a bandwidth securing request.
- each LSP has a CIR (Committed Information Rate) band for passing a TCP connection that requires a wide band with respect to the total band of the LSP and an EIR (Excess for passing other traffic). Information Rate) band is secured.
- CIR Committed Information Rate
- LSP (N) -CIR + LSP (N) -EIR LSP (N) -BW Satisfy the conditions of Furthermore, the CIR band of LSP is ⁇ TCP-BW (i) ⁇ LSP (N) -CIR
- the TCP bandwidth management unit 41 is configured to manage the bandwidth state of each LSP so that the above relationship is satisfied.
- the TCP bandwidth management unit 41 determines whether or not the TCP connection bandwidth can be secured for the CIR bandwidth for each LSP, selects the LSP (N) that can secure the TCP connection bandwidth, and MPLS.
- the LSP selection unit 13 of the PE router 1 is set to switch the TCP connection to LSP (N).
- the TCP bandwidth management unit 41 sets the LSP selection unit 23 of the MPLS PE router 2 to use the same LSP as the transfer of the TCP connection.
- the TCPPM unit 14 After the LSP for transferring the TCP connection is selected, the TCPPM unit 14 counts the performance (number of input / output packets, number of bytes, etc.) for each TCP connection. The count value for each TCP connection is notified to the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 and the occupied state of the bandwidth is monitored.
- FIG. 3 shows a detailed configuration of the IP communication control apparatus (MPLS PE router 1) according to the embodiment of the present invention.
- the connection time is monitored by the TCP connection connection time measuring unit 162, and when the use state of the bandwidth secured by the TCP bandwidth management unit 41 is not observed for a certain period of time, in order to release the secured resources.
- the RST flag insertion unit 171 of the TCP connection control unit 17 sets the RST flag of the TCP header and makes a request for transmission to the client terminal 5.
- the RST flag insertion unit 171 transmits a packet in which the RST flag is set to the client terminal 5 to forcibly terminate the connection.
- the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 notifies the connection state management unit of the MPLS PE router 2 and transmits a packet from the RST flag insertion unit to the server so that the connection is established at both ends. Control to forcibly terminate.
- the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 determines that the network bandwidth is insufficient in response to a new TCP connection request
- the TCP header is sent to the RST flag insertion unit 171 via the connection state management unit 163 in the same manner. Request insertion of RST flag and reject connection request for new TCP connection.
- the MPLS PE router 1 and the PE router 2 establish a plurality of LSP (1) to LSP (N) by the LSP provisioning unit 42 of the MPLS management server 4.
- the MPLS label delivered from the LSP provisioning unit 42 of the MPLS management server 4 for each LSP with respect to the Ethernet packet input to the MPLS PE router 1 is stored in the MPLS label processing unit of the LSP establishment unit 15.
- a label is added to the packet and transmitted from the data transmission / reception unit to the MPLS network.
- the data packet received from the MPLS network is configured to delete the label in the MPLS label processing unit. Further, a packet for RTT measurement is sent from the RTT measurement unit 18 to the RTT measurement unit 28 of the MPLS PE router 2 for the set LSP (N), and the packet returned by the RTT measurement unit 28 is received. The time difference is stored as RTT in the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 so that the necessary bandwidth of the TCP connection can be calculated for each LSP.
- the TCP connection destination unit 12 When a TCP connection request is input from the client terminal 5 to the data input / output unit 11 of the MPLS PE router 1, the TCP connection destination unit 12 indicates the service application usage of the TCP flow at the TCP connection identification unit 12. (Step S1 in FIG. 4).
- FIG. 10 shows main service applications and protocols and TCP port numbers currently used in the streaming service.
- the TCP connection request is identified as a streaming service requiring a wide band as shown in FIG. 10 (step S2 in FIG. 4)
- the window size of the TCP header in which the SYN flag is set by the 3W handshake monitor unit 161 is identified. Is done.
- the 3W handshake monitor unit 161 receives the window size of the TCP header of the response in which the SYN and ACK flags are set from the server side, and if it matches the window size from the client side, If the window size is small, the value is notified to the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 to make a bandwidth securing request.
- the TCP bandwidth management unit 41 determines whether or not the calculated TCP connection bandwidth can be secured with respect to the CIR bandwidth for each LSP, and the LSP that can secure the TCP connection bandwidth is ordered from LSP (1) in order. Confirmation (steps S4 and S9 in FIG. 4).
- the TCP bandwidth management unit 41 notifies the connection state management unit 163 to that effect, notifies the TCP connection control unit 17 of connection establishment, In response, the SYN flag and the ACK flag are transmitted from the data input / output unit 11 to the client terminal 5 in the server window size to establish a TCP connection.
- the TCP band management unit 41 secures the communication band by using the TCP connection band as the CIR band of the LSP (1), and switches the TCP connection to the LSP (1) for the LSP selection unit 13 of the MPLS PE router 1. Is set (steps S5 and S6 in FIG. 4).
- the TCP bandwidth management unit 41 can perform the same LSP setting as described above for the LSP selection unit 23 of the MPLS PE router 2 to start TCP communication that ensures service quality.
- step S2 in FIG. 4 If the TCP connection identification unit 12 determines that the service application does not require a wide band (No in step S2 in FIG. 4), the LSP selection unit 13 switches to the first LSP (1) as it is (FIG. 4). In step S7, data is transferred using the EIR band of the LSP (step S8 in FIG. 4).
- the TCP bandwidth management unit 41 When it is determined that there is no free bandwidth in the CIR band of the LSP (1) and it is difficult to secure the bandwidth of the TCP connection (No in step S4 in FIG. 4), it is determined whether the bandwidth can be secured by the LSP (N). Similarly (step S9 in FIG. 4), the TCP bandwidth management unit 41 similarly sets the LSP selection unit 13 of the MPLS PE router 1 to switch the TCP connection to LSP (N) (step S10 in FIG. 4). ).
- the TCP bandwidth management unit 41 sets the LSP selection unit 23 of the MPLS PE router 2 to use the same LSP as the transfer of the TCP connection.
- B1 to b11 in FIG. 5 show a sequence for starting the transfer of the TCP connection described so far by the LSP (N).
- the TCP bandwidth management unit 41 sets the network resource full (TCP connection rejection request) to the connection state management unit 163 of the MPLS PE router 1. Is notified (step S12 in FIG. 4).
- the TCP connection control unit 17 sets the RST flag in the TCP header from the RST flag insertion unit 171 and transmits the TCP connection request from the data input / output unit 11 to the client terminal 5 to forcibly terminate the connection. (Steps S3 and S14 in FIG. 4).
- c1 to c8 show the operation sequence of this TCP connection rejection request.
- D1 to d17 in FIG. 7 indicate a TCP connection release request sequence.
- the TCPPM unit 14 of FIG. 3 counts the number of input / output packets, the number of bytes, and the like by the packet counter of the TCP connection. The count value is notified to the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4, monitors the usage status of the bandwidth secured by the TCP connection, and notifies the connection status management unit 163 of the MPLS PE router 1 of the connection status.
- the connection state management unit 163 inserts the RST flag of the TCP connection control unit 17 when the bandwidth usage of the TCP connection is not observed for a certain period of time based on the connection time measurement value from the connection establishment time in the connection time measurement unit 162.
- the RST flag is set in the TCP header from the unit 171, and the TCP connection request is transmitted from the data input / output unit 11 to the client terminal 5 to forcibly terminate the connection.
- the TCP bandwidth management unit 41 notifies the TCP connection monitoring unit 26 of the MPLS PE router 2 of the connection state, sets the RST flag from the TCP connection control unit 27, and transmits it to the server. In the same way as in the above, it is configured to control so that the connection is forcibly terminated at both ends.
- the TCP connection that needs to secure the bandwidth by the MPLS PE router is identified by the TCP header information, the network bandwidth necessary for the TCP connection is calculated from the window size, and a plurality of preset numbers are set.
- the LSP that can secure the bandwidth as the CIR band of the path LSP (N) of the network, it is equipped with a function to load balance (route distribution) and transfer the packets, so that the MPLS PE router 1 and the MPLS PE on the MPLS network
- the necessary bandwidth for the TCP connection can be secured with the router 2, and packet discard due to network congestion can be reliably avoided and the quality of TCP communication can be improved.
- the TCP bandwidth management unit 41 in the MPLS management server 4 determines that the bandwidth of the TCP connection cannot be secured between the MPLS PE router 1 and the MPLS PE router 2, the TCP with the RST flag set. By transmitting the header, it is possible to forcibly reject the TCP connection request.
- the performance of the TCP connection is monitored, and when the no-communication state in which there is no packet transmission / reception continues for a certain period, the CIR band (network resource) of the reserved LSP is released.
- the basic configuration is as described above, but it is conceivable to devise the operation of the TCP bandwidth management unit 41 in FIG.
- the TCP bandwidth management unit 41 determines whether or not the calculated TCP connection bandwidth can be secured with respect to the CIR bandwidth for each LSP, and changes the LSP that can secure the TCP connection bandwidth from the LSP (1) to the LSP. Check in the order of (N).
- the TCP bandwidth management unit 41 notifies the connection state management unit 163, notifies the TCP connection control unit 17 of connection establishment, and sends a SYN flag and an ACK flag as a response from the server.
- the data input / output unit 11 transmits the data to the client terminal 5 in the server window size to establish a TCP connection.
- the shortest route is forcibly selected as follows: Enable proper operation.
- the TCP connection request input to the data input / output unit 11 of the MPLS PE router 1 is received by the TCP connection identification unit 12 in addition to the TCP header port number, as well as the IP header TOS / DSCP (Type Of Service / Differentiated Services Code Point). ) And VLAN (Virtual Local Area Network) priority values are identified, mapped to priority classes based on a table held by the values, and the TCP bandwidth management unit 41 of the MPLS management server 4 via the TCP connection monitoring unit 16 Is notified of the priority class (priority value).
- VLAN Virtual Local Area Network
- the TCP connection management unit 41 When the TCP connection management unit 41 receives the priority class together with the window size of the TCP connection received from the TCP connection monitoring unit 16, the TCP connection management unit 41 performs control so as to secure the necessary bandwidth of the TCP connection by the shortest path LSP (1).
- the TCP connection is preferentially mapped to the LSP (1), and instead, the existing TCP connection on the LSP (1).
- An IP (Internet Protocol) communication control device executes a process of identifying a TCP (Transmission Control Protocol) connection request transmitted from a client terminal, The communication management apparatus calculates a TCP connection bandwidth that requires a wide band based on the identification result of the TCP connection request, and an LSP (Label Switched Path) that can secure the calculated bandwidth between end-to-end Select and send An MPLS (Multi-Protocol Label Switching) network characterized in that the IP communication control device identifies a TCP connection that requires the wide band, reads its window size, and notifies the communication management device of the window size. Traffic control method.
- TCP Transmission Control Protocol
- the IP communication control device includes means for measuring an RTT (Round-Trip Time) for each of the LSPs set end-to-end and notifying the result to the communication management device.
- RTT Red-Trip Time
- the communication management device calculates the necessary bandwidth of the TCP connection from the window size and the measured RTT, selects an LSP that can secure the bandwidth between the end-to-end, and The traffic control method according to Appendix 1 or 2, wherein the LSP is set.
- the IP communication control device sets a SYN (Synchronize) flag and an ACK (ACKnowledgement) flag and transmits a packet to a request destination when the TCP connection is transferable by the LSP with the bandwidth secured.
- SYN Synchronize
- ACK acknowledgement
- Appendix 5 The traffic control method according to any one of appendix 1 to appendix 4, wherein the IP communication control device maps the identified TCP connection bandwidth to an LSP capable of securing the bandwidth.
- the IP communication control device executes processing for monitoring the performance of each TCP connection, Any one of appendix 1 to appendix 5, wherein when the communication management device detects that the TCP connection is in a non-communication state from the monitoring result, the communication management device controls to forcibly disconnect the TCP connection.
- the traffic control method according to the above.
- Appendix 7 The traffic control method according to appendix 6, wherein the communication management apparatus controls to reject a TCP connection forcibly when there is no LSP that can secure a bandwidth in response to a new TCP connection request.
- the IP communication control device sets an RST (reset) flag in a TCP header in response to a notification forcibly disconnecting / rejecting the TCP connection from the communication management device, and transmits the notification to a connection destination.
- RST reset
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Abstract
本発明によるMPLSネットワークは、クライアント端末から送信されるTCPコネクション要求を識別する手段を含むIP通信制御装置(1,2)と、TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する手段と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSPを選択して送信する手段とを含む通信管理装置(4)とを有する。これにより、MPLSネットワーク上のMPLS PEルータとMPLS PEルータとの間でTCPコネクションに対する必要帯域を確保可能とし、ネットワーク輻輳によるパケット廃棄を確実に回避し、TCP通信の品質を改善することが可能なMPLSネットワークを提供する。
Description
本発明はMPLSネットワーク及びそれに用いるトラフィック制御方法に関し、特にIP(Internet Protocol)パケットベースのトラフィック制御方式において、TCP(Transmission Control Protocol)コネクションにより提供される広帯域サービスのトラフィック制御に関する。
スマートフォンの普及により、ネットワークの総トラフィックが爆発的に増大しており、さらに、YouTube(登録商標)等のTCPによるストリーミングサービスが増えていること等から、ネットワーク帯域を常に圧迫している状態となっている。
Webをはじめとしてインタネットトラフィックの多くは、TCPコネクションベースであるが、昨今、TCPコネクションベースの広帯域を必要とするストリーミングサービスが増えており、これがネットワークの輻輳を引き起こす要因の一つになってきている。
TCPコネクションベースであるが故に、ネットワーク輻輳によるパケットロスの影響を受け、ユーザの体感として接続できない、接続しづらい、スループットが出ないというサービス品質の劣化につながっている。
TCPコネクションのサービス品質向上の従来技術としては、多くの技術が存在している(例えば、特許文献1~4参照)。しかし、それらの多くはTCPコネクション毎のサーバ-クライアント間でスループットの向上を実現するために、一つのノード内で行われる手段であり、エンド-エンドのネットワークリソース制御に基づいた効果的な制御が実現できず、ネットワーク輻輳時のサービス改善に十分つながらないという問題がある。
さらに、複数経路に負荷分散する手法としてパケットベースの場合、受信側でパケット順の入れ替えが発生し、スループットが減少したり、またはタイムアウトによりTCP再送が行われる等、ネットワークにさらに負荷を与える要因になっている。
上述したTCP通信においては、TCPの3ウェイハンドシェークでコネクションを確立した際、送信するデータサイズをウインドウサイズとして取り決めてクライアントとサーバとの間で通信を開始するものである。
TCP通信は、スロースタートアルゴリズムに基づいて、通信開始時にはウィンドウサイズを小さくして送信量を抑えて送信を開始するが、輻輳(パケットロス)が検知されなければ、徐々に送信量を増やして大量データを一括に送るよう制御される。
しかし、一旦、ネットワーク上で輻輳が起きてパケット廃棄が発生すると、通信のデータ量を一気に半分まで落として輻輳回避するように制御される。この動作は、グローバルシンクロナイゼーションと呼ばれる。この時、リアルタイム性の高い、広帯域のストリーミングサービス等は映像の画質劣化やフレーム損失が発生し、クライアントとサーバとの間のTCP通信による輻輳制御により安定したサービス提供を保証することはできない。
その理由としては、Webブラウジング等に比べ、広帯域が必要となるストリーミングサービスのトラフィックが急増する中に、それを提供するネットワークはTCP通信を認識せず、ベストエフォートのIPトラフィックと混在して転送しているため、リソース限界、及びリソースの非効率化を併せ持つネットワークでは輻輳によるパケット廃棄を回避することができない。ゆえに、TCP通信の繋がりにくさ、品質劣化を招く要因となっている。
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、MPLSネットワーク上のMPLS PEルータとMPLS PEルータとの間でTCPコネクションに対する必要帯域を確保することができ、ネットワーク輻輳によるパケット廃棄を確実に回避し、TCP通信の品質を改善することができるMPLSネットワーク及びそれに用いるトラフィック制御方法を提供することにある。
本発明によるMPLSネットワークは、クライアント端末から送信されるTCP(Transmission Control Protocol)コネクション要求を識別する手段を含むIP(Internet Protocol)通信制御装置と、
前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する手段と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する手段とを含む通信管理装置とを備えている。
前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する手段と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する手段とを含む通信管理装置とを備えている。
本発明によるトラフィック制御方法は、 IP(Internet Protocol)通信制御装置は、クライアント端末から送信されるTCP(Transmission Control Protocol)コネクション要求を識別する処理を実行し、
通信管理装置は、前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する処理と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する処理とを実行することを特徴とする。
通信管理装置は、前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する処理と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する処理とを実行することを特徴とする。
本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、MPLSネットワーク上のMPLS PEルータとMPLS PEルータとの間でTCPコネクションに対する必要帯域を確保することができ、ネットワーク輻輳によるパケット廃棄を確実に回避し、TCP通信の品質を改善することができるという効果が得られる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明によるIP(Internet Protocol)通信制御装置及び通信制御システムの概要について説明する。
本発明のIP通信制御装置及び通信制御システムは、ネットワークリソースを把握して適応的にTCP(Transmission Control Protocol)コネクションを設定された複数のLSP(Label Switched Path)にマッピングさせることでネットワークリソースを効率的に利用し、ネットワーク輻輳を回避させて、これら問題を解決する手段とするものである。
本発明の第一の特徴は、MPLS(Multi-Protocol Label Switching)ネットワークエッジにおいて、TCPコネクション要求シーケンス(3ウエイハンドシェーク)をモニタしてTCPヘッダからサーバ-クライアント間で設定されるウインドウサイズに基づきTCPコネクションに必要な帯域を算出し、LSP使用可能帯域に対する占有帯域の状態によりネットワーク負荷状況を判断して、転送経路をTCPコネクション毎に適応的に帯域確保可能な複数の経路[LSP(1)~(N)]へ振り分け(ロードバランス)制御を行うことである。
本発明の第二の特徴は、ネットワーク側に必要帯域が確保できない場合に、他のTCPコネクションのサービス品質に影響を与えないように、また、TCP再送等による余分なトラフィックをネットワークに発生させないため、TCPコネクション要求を強制的に拒否する制御を行うことである。
さらに、本発明の第三の特徴は、TCPコネクション確立後、TCPコネクションのパフォーマンスをモニタし、一定時間パケットの送受信が無い場合に、ネットワークリソースの効率化のために、確保されたネットワークリソースを開放するために強制的にコネクションの切断を行うことである。
TCPコネクションは、IPネットワーク上でクライアントからのTCPコネクション要求に対してサーバがその応答を返すことにより確立し、交換した通信能力に応じたデータ通信が行われる。しかし、ネットワークが輻輳状態になると、ネットワーク上でパケット廃棄が発生し、TCPとしての再送制御や輻輳制御(グローバルシンクロナイぜーション)が行われ、通信速度が低減され、特にリアルタイム性の必要なサービス品質が大きく劣化してしまう。
また、ネットワークが輻輳状態にある時に、新規にTCPコネクションを確立してしまうことは、既存のTCPコネクションの品質に大きく影響を及ぼし、さらにネットワークに余分な負荷をかけ、サービス劣化をもたらす輻輳状態を増長させる要因となっている。
そこで、本発明では、図1に示すように、MPLS PE(Provider Edge)ルータとMPLS PEルータとの間にメインのLSPとN個の迂回用LSPとが設定されたMPLSネットワークを介して、TCPコネクションを確立するように構成する。
クライアント端末よりTCPコネクション要求が発出されて、サーバ(コンテンツサーバ等)がその応答を返すことによりTCPコネクションが確立し、交換した通信能力に応じてデータ通信が行われるが、交換される通信能力を監視し、それによりTCPコネクションに必要となる帯域を算出し、LSP毎の使用帯域を管理する通信制御システムより、任意のTCPコネクションの帯域確保可能なLSP(N)を決定し、接続要求をMPLS PEルータに通知する。
これを受けてMPLS PEルータは、TCPヘッダにSYN(synchronize)フラグ及びACK(ACKnowledgement)フラグを設定した応答パケットをクライアント端末に送信するとともに、PEルータで当該TCPコネクションをLSP(N)に切り替えるよう構成する。
また、本発明では、図4のフローチャートに示すように、MPLS管理サーバの帯域管理部でTCPコネクションの帯域確保が不可であると判断すると、TCPコネクションを切断・拒否するようTCPコネクションシーケンスとしてTCPヘッダにRST(reset)フラグを設定して送信するよう制御する。
このように、本発明では、TCPコネクション確立時点においてTCPコネクション毎の帯域管理により、ネットワークリソースを有効活用し、輻輳を回避する機能を具備することにより、ストリーミング等、TCPで配送される広帯域サービス品質を確保することを特徴とする。
本発明のIP通信制御装置では、TCPコネクションをポート番号や使用プロトコルにより識別する手段と、TCPコネクション確立時の3ウェイハンドシェークを監視して送信可能なウインドウサイズを識別する手段と、そのウインドウサイズから当該TCPコネクションの必要帯域を算出するためのRTT(Round-Trip Time)をLSP単位に計測する手段と、識別されたウインドウサイズと計測されるRTTにより必要帯域を算出する手段と、LSP毎にTCPコネクションの占有帯域を管理し、迂回経路として複数設定されたLSPの中で、当該TCPコネクションが使用可能なLSPの選定に基づき、TCPコネクションを任意のLSPにスイッチする手段と、TCPコネクション毎にパフォーマンスをモニタする手段と、配布されたMPLSラベルに基づいて複数のLSPを確立して送受信する手段とで構成する。
LSP毎のTCPコネクション帯域管理と、それに基づくLSPの選定とPEルータへの設定制御手段は、通信システムが具備するよう構成している。
さらに、TCPコネクション毎のパフォーマンスとコネクションの接続要求からのコネクション維持時間とからコネクション状態管理を行い、データ通信が無通信状態であると判断するか、あるいは、新規TCPコネクションの要求に対して安定したサービスを提供するための帯域が確保できない場合に、TCPヘッダにRSTフラグを設定し、無通信状態のTCPコネクションの強制終了、及び新規TCPコネクションの拒否を行う手段を備える。
これにより、本発明では、広帯域を必要とするTCP通信によるサービストラフィックの帯域をネットワークのエンド-エンド間で確保して輻輳から回避させ、また、TCPコネクション状態管理を行うことで、ネットワークリソースを有効利用することができ、ネットワーク上のパケット廃棄によるTCP再送等のトラフィックの増大を抑制し、あるいはグローバルシンクロナイゼーションを繰り返すことによるサービス品質劣化を抑制することを可能とする。
図1Aは本発明の実施の形態による通信制御システムの構成例を示すブロック図であり、図1Bは本発明による通信制御システムの動作を示すシーケンスチャートである。図2は本発明の実施の形態による通信制御システムの各装置の内部構成を示すブロック図である。
図3は本発明の実施の形態によるMPLS PEルータの詳細な構成を示すブロック図である。図4は本発明の実施の形態によるMPLS PEルータの動作を示すフローチャートである。図5~図7は本発明の実施の形態によるTCPデータ通信シーケンスを示すシーケンスチャートである。
図8は本発明の実施の形態によるTCP帯域管理を説明するための図であり、図9は本発明の実施の形態におけるTCPヘッダのフォーマットを示す図であり、図10は本発明の実施の形態におけるストリーミングのプロトコルとTCPポート番号との関連を示す図である。
図11Aは本発明の実施の形態におけるMPLS PEルータの入出力パケットのフォーマットを示す図、図11Bは本発明の実施の形態におけるコアネットワーク上のパケットのフォーマットを示す図である。
図1Aは、本発明の実施の形態の基本構成例として、MPLSネットワークを介してクライアント端末5とコンテンツサーバ6とのTCP接続の構成例を示している。
図1Aにおいて、本発明の実施の形態では、MPLS P(Provider)ルータ31,32,33を経由して、複数のLSP(1)~LSP(N)がMPLS PEルータ1とMPLS PEルータ2との間に設定され、それぞれのLSP(1)~LSP(N)には、ネットワークリソースの有効活用のために確保される帯域が設定される。
クライアント端末5からコンテンツサーバ6へTCPコネクションの接続要求として、図10に示すTCPヘッダにSYNフラグをセットして送受信可能なウインドウサイズを挿入して送信される[図1Bのa1]。
さらに、TCPコネクションの接続要求が、MPLSネットワークのLSPを介してコンテンツサーバ6に送信されると、コンテンツサーバ6は、TCPヘッダのSYNフラグに加えて、ACKフラグをセットし、また、コンテンツサーバ6の送受信可能なウインドウサイズを挿入し、クライアント端末5に送信する[図1Bのa2]。
MPLS PEルータ1でコンテンツサーバ6からの応答に設定されるウインドウサイズをモニタし、TCPコネクションの帯域が確保できる場合には[図1Bのa3~a5]、MPLS PEルータ1がSYNフラグ及びACKフラグを設定した応答をクライアント端末5に送信する[図1Bのa6]。
クライアント端末5は、これを受信し、TCPヘッダにACKフラグをセットしてコンテンツサーバ6に応答する3ウェイハンドシェークを完了して、TCPコネクションを確立する[図1Bのa7]。
MPLS PEルータ1で3ウェイハンドシェークをモニタして得られたウインドウサイズを基に、TCPコネクションに必要となる最大帯域をMPLS管理サーバ4で算出し、かつ、その帯域を保証可能なLSP(N)を決定し、MPLS PEルータ1,2に対して設定を行う。MPLS PEルータ1,2では、その設定に基づいて、TCPコネクションを指定されたLSP(N)にスイッチして転送するように構成している。
図2は本発明の実施の形態による通信管理システムの構成例を示している。MPLS PEルータ1及びMPLS PEルータ2は、MPLS管理サーバ4のLSPプロビジョニング部42により複数のLSP(N)を確立しておく。さらに、設定されたLSP(N)に対してRTT(ラウンドトリップタイム)計測部18からRTT計測用のパケットをMPLS PEルータ2のRTT計測部28に対して送出し、RTT計測部28で折り返されたパケットを受信し、その時間差をRTTとしてMPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に格納するように構成している。
図11に示すように、MPLS PEルータに入力されるイーサパケットに対して、LSP毎にMPLS管理サーバ4のLSPプロビジョニング部42から払い出されるMPLSラベルをLSP確立部/データ送受信部15のMPLSラベル処理部でデータパケットにラベルが付加されてデータ送受信部よりMPLSネットワーク上のMPLS Pノードへ送信される。また、MPLSネットワークから受信したデータパケットは、MPLSラベル処理部でラベルの削除を行うよう構成する。
クライアント端末5からのTCPコネクションの接続要求をMPLS PEルータ1のデータ入出力部11で受信すると、TCPコネクション識別部12において、TCPコネクションがどのようなサービスアプリケーション用途であるのかについて、TCPヘッダの宛先TCPポート番号で識別する。
図10に、現在ストリーミングサービスで使用されている、主なサービスアプリケーションとプロトコル、そしてTCPポート番号の一例を示す。TCPコネクション要求が、図10に示すような広帯域を必要とするストリーミングサービスであると識別されると、TCPコネクション監視部16でSYNフラグがセットされたTCPヘッダのウインドウサイズが識別される。
その後、TCPコネクション監視部16は、サーバ側からのSYN及びACKフラグがセットされた、SYNフラグパケットに対する応答のTCPヘッダのウインドウサイズを受信し、クライアント側からのウインドウサイズと一致していれば同じ値を、もし応答のウインドウサイズが小さければその値を、MPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に通知して帯域確保要求を行う。
TCP帯域管理部41では、RTT計測部18で計測されたLSP毎のRTT値を用いて、TCPコネクションの必要帯域=ウインドウサイズ/RTTをLSP毎に算出する。
各LSPは、図8に示すように、LSPの総帯域に対して、広帯域で帯域確保が必要なTCPコネクションを通すためのCIR(Committed Information Rate)帯域とその他のトラフィックを通すためのEIR(Excess Information Rate)帯域とを確保する。
つまり、
LSP(N)-CIR+LSP(N)-EIR=LSP(N)-BW
の条件を満足し、
さらにLSPのCIR帯域は、
ΣTCP-BW(i)≦LSP(N)-CIR
の関係を満足するように、TCP帯域管理部41で各LSPの帯域状態を管理するよう構成している。
LSP(N)-CIR+LSP(N)-EIR=LSP(N)-BW
の条件を満足し、
さらにLSPのCIR帯域は、
ΣTCP-BW(i)≦LSP(N)-CIR
の関係を満足するように、TCP帯域管理部41で各LSPの帯域状態を管理するよう構成している。
TCP帯域管理部41は、LSP毎のCIR帯域に対して、当該TCPコネクションの帯域が確保できるか否かを判定し、TCPコネクションの帯域を確保することができるLSP(N)を選択し、MPLS PEルータ1のLSP選択部13に対して、TCPコネクションをLSP(N)にスイッチするように設定を行う。
同様に、TCP帯域管理部41は、MPLS PEルータ2のLSP選択部23に対しても、当該TCPコネクションの転送として同一のLSPを使用するよう設定を行う。
TCPコネクションを転送するLSPが選択された後、TCPPM部14でTCPコネクション毎のパフォーマンス(入出力パケット数、バイト数等)をカウントする。TCPコネクション毎のカウント値は、MPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に通知され、帯域の占有状態を監視する。
図3は本発明の実施の形態によるIP通信制御装置(MPLS PEルータ1)の詳細な構成を示している。TCPコネクションが確立されてから、TCPコネクション接続時間計測部162で接続時間をモニタし、TCP帯域管理部41で確保された帯域の使用状況が一定時間観測されない時には、確保したリソースを開放するために、TCPコネクション制御部17のRSTフラグ挿入部171に対してTCPヘッダのRSTフラグをセットし、クライアント端末5に対して送信する要求を行う。RSTフラグ挿入部171は、クライアント端末5に対してRSTフラグを設定したパケットを送信し、コネクションを強制的に終了させる。
MPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41は、これと同時に、MPLS PEルータ2のコネクション状態管理部にも通知を行い、RSTフラグ挿入部からサーバに対してパケット送信を行って、コネクションを両端で強制終了させるように制御する。
また、新規のTCPコネクション要求に対して、MPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41がネットワーク帯域不足を判定すると、同様にコネクション状態管理部163を介してRSTフラグ挿入部171に対してTCPヘッダにRSTフラグの挿入を要求して新規TCPコネクションの接続要求を拒否する。これにより、本実施の形態では、MPLSネットワークへの余分なトラフィックの増大を抑制し、ネットワーク輻輳による他のサービスの品質劣化を回避するように構成する。
図3の本発明の実施の形態によるMPLS PEルータ1の構成例、図4の本発明の実施の形態の仕組みを示すフローチャート、及び図5~図7に示すTCP通信のシーケンスチャートに基づいて、本実施の形態の動作の説明を行う。
MPLS PEルータ1及びPEルータ2は、MPLS管理サーバ4のLSPプロビジョニング部42により複数のLSP(1)~LSP(N)を確立しておく。
図11に示すように、MPLS PEルータ1に入力されるイーサパケットに対して、LSP毎にMPLS管理サーバ4のLSPプロビジョニング部42から払い出されるMPLSラベルをLSP確立部15のMPLSラベル処理部でデータパケットにラベルが付加されてデータ送受信部よりMPLSネットワークへ送信される。
また、MPLSネットワークから受信したデータパケットは、MPLSラベル処理部でラベルの削除を行うように構成する。さらに、設定されたLSP(N)に対してRTT計測部18からRTT計測用のパケットをMPLS PEルータ2のRTT計測部28に対して送出し、RTT計測部28で折り返されたパケットを受信し、その時間差をRTTとしてMPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に格納し、LSP毎にTCPコネクションの必要帯域が算出できるように構成している。
MPLS PEルータ1のデータ入出力部11にTCPコネクション要求がクライアント端末5より入力されると、TCPコネクション識別部12でTCPフローがどのようなサービスアプリケーション用途であるのかをTCPヘッダの宛先TCPポート番号で識別する(図4ステップS1)。
図10に、現在ストリーミングサービスで使用されている、主なサービスアプリケーションとプロトコル、そしてTCPポート番号を示す。TCPコネクション要求が図10に示すような広帯域を必要とするストリーミングサービスであると識別されると(図4ステップS2)、3Wハンドシェークモニタ部161でSYNフラグがセットされたTCPヘッダのウインドウサイズが識別される。
その後、3Wハンドシェークモニタ部161では、サーバ側からのSYN及びACKフラグがセットされた応答のTCPヘッダのウインドウサイズを受信し、クライアント側からのウインドウサイズと一致していれば同じ値を、もし応答のウインドウサイズが小さければその値を、MPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に通知して帯域確保要求を行う。
TCP帯域管理部41では、ウインドウサイズとRTT計測部18で計測されたLSP設定時のRTT値とを用いて、TCPコネクションの必要帯域=ウインドウサイズ/RTTをLSP毎に算出する(図4ステップS3)。
TCP帯域管理部41では、LSP毎のCIR帯域に対して、算出されたTCPコネクションの帯域確保可能か否かを判定し、TCPコネクションの帯域を確保することができるLSPをLSP(1)から順に確認する(図4ステップS4,S9)。
TCP帯域管理部41は、LSP(1)で帯域確保できれば(図4ステップS4のYes)、その旨をコネクション状態管理部163に通知し、コネクション確立をTCPコネクション制御部17に通知し、サーバからの応答としてSYNフラグ及びACKフラグをサーバのウインドウサイズでデータ入出力部11よりクライアント端末5へ送信し、TCPコネクションの確立を行う。
TCP帯域管理部41では、TCPコネクション帯域をLSP(1)のCIR帯域として通信帯域を確保して、MPLS PEルータ1のLSP選択部13に対して、TCPコネクションをLSP(1)にスイッチするように設定を行う(図4ステップS5,S6)。
同様に、TCP帯域管理部41は、MPLS PEルータ2のLSP選択部23に対しても、上記と同一のLSP設定を行って、サービス品質を確保したTCP通信を開始することを可能とする。
TCPコネクション識別部12で広帯域を必要とするサービスアプリケーションで無いと判定される場合には(図4ステップS2のNo)、LSP選択部13で第一のLSP(1)へそのままスイッチされ(図4ステップS7)、LSPのEIR帯域を使用してデータ転送される(図4ステップS8)。
LSP(1)のCIR帯域に空き帯域が無く、TCPコネクションの帯域確保が困難と判定される場合には(図4ステップS4のNo)、LSP(N)で帯域確保可能か否かを判定し(図4ステップS9)、同様に、TCP帯域管理部41は、MPLS PEルータ1のLSP選択部13に対して、TCPコネクションをLSP(N)にスイッチするように設定を行う(図4ステップS10)。
同様に、TCP帯域管理部41は、MPLS PEルータ2のLSP選択部23に対しても当該TCPコネクションの転送として同一のLSPを使用するよう設定を行う。
図5のb1~b11は、これまで説明したTCPコネクションをLSP(N)で転送開始するシーケンスを示している。
設定されているすべてのLSP(N)でTCPコネクションの帯域確保が困難と判定されると、TCP帯域管理部41はMPLS PEルータ1のコネクション状態管理部163にネットワークリソースフル(TCPコネクション拒否要求)を通知する(図4ステップS12)。TCPコネクション制御部17は、RSTフラグ挿入部171より、TCPヘッダにRSTフラグを設定して、データ入出力部11よりTCPコネクション要求を送信したクライアント端末5に送信し、強制的にコネクションを終了させるように構成する(図4ステップS3,S14)。
図6のc1~c8は、このTCPコネクション拒否要求の動作のシーケンスを示している。図7のd1~d17は、TCPコネクションの開放要求のシーケンスを示している。
図5のシーケンスと同様に、LSP(N)でTCPコネクション転送を開始した後に、図3のTCPPM部14において、当該TCPコネクションのパケットカウンタにより入出力パケット数、バイト数などをカウントする。カウント値はMPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に通知され、TCPコネクションが確保した帯域の使用状況をモニタして、MPLS PEルータ1のコネクション状態管理部163にコネクション状態を通知する。
コネクション状態管理部163は、コネクション時間計測部162におけるコネクション確立時からの接続時間計測値に基づいて、当該TCPコネクションの帯域使用が一定時間観測されない場合には、TCPコネクション制御部17のRSTフラグ挿入部171よりTCPヘッダにRSTフラグを設定し、データ入出力部11よりTCPコネクション要求を送信したクライアント端末5に送信し、強制的にコネクションを終了させるように構成する。
同様に、TCP帯域管理部41は、MPLS PEルータ2のTCPコネクション監視部26に対してもコネクション状態を通知し、TCPコネクション制御部27からRSTフラグを設定してサーバに送信し、クライアント端末側と同様に、両端で強制的にコネクションを終了するように制御するように構成するものである。
このように、本実施の形態では、MPLS PEルータで帯域確保が必要なTCPコネクションをTCPヘッダ情報で識別し、そのウインドウサイズからTCPコネクションに必要となるネットワーク帯域を算出し、予め設定される複数の経路LSP(N)のCIR帯域として帯域確保可能なLSPを選択することにより、負荷分散(経路振り分け)してパケット転送する機能を具備することで、MPLSネットワーク上のMPLS PEルータ1とMPLS PEルータ2との間でTCPコネクションに対する必要帯域の確保が可能となり、ネットワーク輻輳によるパケット廃棄を確実に回避し、TCP通信の品質を改善することが可能となる。
また、本実施の形態では、MPLS管理サーバ4におけるTCP帯域管理部41でTCPコネクションの帯域がMPLS PEルータ1とMPLS PEルータ2との間で確保できないと判断した場合、RSTフラグを設定したTCPヘッダを送信することで、TCPコネクション要求を強制的に拒否することができる。
さらに、本実施の形態では、TCPコネクション確立後、TCPコネクションのパフォーマンスをモニタし、一定時間パケットの送受信が無い無通信状態が継続する場合、確保されたLSPのCIR帯域(ネットワークリソース)を開放する機能を具備することにより、TCPの再送制御によるパケットの増幅を回避し、さらに、MPLSネットワークリソースを効率的に使用することが可能となる。
本発明の他の実施の形態としては、その基本的構成が上記の通りであるが、図3におけるTCP帯域管理部41の動作について工夫することが考えられる。
TCP帯域管理部41では、ウインドウサイズとRTT計測部18で計測されたLSP設定時のRTT値を用いて、TCPコネクションの必要帯域=ウインドウサイズ/RTTをLSP毎に算出する。
TCP帯域管理部41は、LSP毎のCIR帯域に対して、算出されたTCPコネクションの帯域確保可能か否かを判定し、TCPコネクションの帯域を確保することができるLSPをLSP(1)からLSP(N)の順に確認する。
その後、TCP帯域管理部41は、LSP(1)で帯域確保できれば、コネクション状態管理部163に通知し、コネクション確立をTCPコネクション制御部17に通知し、サーバからの応答としてSYNフラグ及びACKフラグをサーバのウインドウサイズでデータ入出力部11よりクライアント端末5へ送信し、TCPコネクションの確立を行うよう構成している。
この場合、選択される迂回経路LSP(N)上のノード数の増加により遅延時間が増大する場合があるため、特定のTCPコネクションについては、強制的に最短経路を選択するように、以下のような動作を可能とする。
MPLS PEルータ1のデータ入出力部11に入力されたTCPコネクション要求は、TCPコネクション識別部12において、TCPヘッダのポート番号のほかに、IPヘッダのTOS/DSCP(Type Of Service/Differentiated Services Code Point)やVLAN(Virtual Local Area Network)プライオリティ値を識別し、その値が保持するテーブルに基づいて優先クラスにマッピングされて、TCPコネクション監視部16を介して、MPLS管理サーバ4のTCP帯域管理部41に優先クラス(プライオリティ値)を通知する。
TCPコネクション管理部41は、TCPコネクション監視部16から受信するTCPコネクションのウインドウサイズと併せて優先クラスを受信すると、最短経路LSP(1)でTCPコネクションの必要帯域を確保するように制御する。
しかし、既存のTCPコネクションによりLSP(1)のCIR帯域が占有されている場合、優先的に当該TCPコネクションをLSP(1)へマッピングし、それに変わり、LSP(1)上の既存のTCPコネクションのいくつかはそれぞれのTCPコネクションの必要帯域が確保可能なLSP(N)へTCPコネクションを切断することなく切り替えるよう、MPLS PEルータ1,2のLSP選択部13,23に設定するように動作する。
上述したように、本発明の他の実施の形態では、TCPコネクション帯域のみならず、サービストラフィックの優先クラスに基づいた、TCPコネクションの振り分け制御を行うことで、サービス品質の向上がより効果的となる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下の記載に限定されない。
[付記1]
IP(Internet Protocol)通信制御装置は、クライアント端末から送信されるTCP(Transmission Control Protocol)コネクション要求を識別する処理を実行し、
通信管理装置は、前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する処理と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する処理とを実行し、
前記IP通信制御装置が、前記広帯域が必要となるTCPコネクションを識別してそのウインドウサイズを読み取り、当該ウインドウサイズを前記通信管理装置に通知することを特徴とするMPLS(Multi-Protocol Label Switching)ネットワークにおけるトラフィック制御方法。
IP(Internet Protocol)通信制御装置は、クライアント端末から送信されるTCP(Transmission Control Protocol)コネクション要求を識別する処理を実行し、
通信管理装置は、前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する処理と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する処理とを実行し、
前記IP通信制御装置が、前記広帯域が必要となるTCPコネクションを識別してそのウインドウサイズを読み取り、当該ウインドウサイズを前記通信管理装置に通知することを特徴とするMPLS(Multi-Protocol Label Switching)ネットワークにおけるトラフィック制御方法。
[付記2]
前記IP通信制御装置が、前記エンド-エンドで設定された前記LSP毎にRTT(Round-Trip Time)を計測してその結果を前記通信管理装置に通知する手段を含むことを特徴とする付記1に記載のトラフィック制御方法。
前記IP通信制御装置が、前記エンド-エンドで設定された前記LSP毎にRTT(Round-Trip Time)を計測してその結果を前記通信管理装置に通知する手段を含むことを特徴とする付記1に記載のトラフィック制御方法。
[付記3]
前記通信管理装置が、前記ウインドウサイズと計測されたRTTとから前記TCPコネクションの必要帯域を算出し、前記エンド-エンド間で当該帯域を確保可能なLSPを選択し、前記IP通信制御装置に対して当該LSPの設定を行うことを特徴とする付記1または付記2に記載のトラフィック制御方法。
前記通信管理装置が、前記ウインドウサイズと計測されたRTTとから前記TCPコネクションの必要帯域を算出し、前記エンド-エンド間で当該帯域を確保可能なLSPを選択し、前記IP通信制御装置に対して当該LSPの設定を行うことを特徴とする付記1または付記2に記載のトラフィック制御方法。
[付記4]
前記IP通信制御装置が、前記帯域確保されたLSPで転送可能なTCPコネクションである場合に、SYN(synchronize)フラグ及びACK(ACKnowledgement)フラグをセットして要求先にパケット送信することを特徴とする付記1から付記3のいずれかに記載のトラフィック制御方法。
前記IP通信制御装置が、前記帯域確保されたLSPで転送可能なTCPコネクションである場合に、SYN(synchronize)フラグ及びACK(ACKnowledgement)フラグをセットして要求先にパケット送信することを特徴とする付記1から付記3のいずれかに記載のトラフィック制御方法。
[付記5]
前記IP通信制御装置が、前記識別されたTCPコネクションの帯域を確保可能なLSPにマッピングすることを特徴とする付記1から付記4のいずれかに記載のトラフィック制御方法。
前記IP通信制御装置が、前記識別されたTCPコネクションの帯域を確保可能なLSPにマッピングすることを特徴とする付記1から付記4のいずれかに記載のトラフィック制御方法。
[付記6]
前記IP通信制御装置が、前記TCPコネクション毎のパフォーマンスをモニタする処理を実行し、
前記通信管理装置が、そのモニタ結果により、当該TCPコネクションが無通信状態であることを検出した場合、強制的に当該TCPコネクションを切断するよう制御することを特徴とする付記1から付記5のいずれかに記載のトラフィック制御方法。
前記IP通信制御装置が、前記TCPコネクション毎のパフォーマンスをモニタする処理を実行し、
前記通信管理装置が、そのモニタ結果により、当該TCPコネクションが無通信状態であることを検出した場合、強制的に当該TCPコネクションを切断するよう制御することを特徴とする付記1から付記5のいずれかに記載のトラフィック制御方法。
[付記7]
前記通信管理装置が、新規TCPコネクション要求に対して、帯域確保可能なLSPが存在しない場合、強制的にTCPコネクションを拒否するよう制御することを特徴とする付記6に記載のトラフィック制御方法。
前記通信管理装置が、新規TCPコネクション要求に対して、帯域確保可能なLSPが存在しない場合、強制的にTCPコネクションを拒否するよう制御することを特徴とする付記6に記載のトラフィック制御方法。
[付記8]
前記IP通信制御装置が、前記通信管理装置からの前記TCPコネクションを強制的に切断・拒否する通知に対してTCPヘッダにRST(reset)フラグを設定してコネクション先に送信することを特徴とする付記7に記載のトラフィック制御方法。
前記IP通信制御装置が、前記通信管理装置からの前記TCPコネクションを強制的に切断・拒否する通知に対してTCPヘッダにRST(reset)フラグを設定してコネクション先に送信することを特徴とする付記7に記載のトラフィック制御方法。
この出願は、2012年10月31日に出願された日本出願特願2012-239708を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
TCPコネクションにより提供されるネットワークにおいて利用することができる。
1,2 MPLS PEルータ
4 MPLS管理サーバ
5 コンテンツサーバ
6 クライアント端末
11,21 データ入出力部
12,22 TCPコネクション識別部
13,23 LSP選択部
14,24 TCPPM部
15,25 LSP確立部/データ送受信部
16,26 TCPコネクション監視部
17,27 TCPコネクション制御部
18,28 RTT計測部
31~33 MPLS Pルータ
41 TCP帯域管理部
42 LSPプロビジョニング部
161 3Wハンドシェークモニタ部
162 コネクション時間計測部
163 コネクション状態管理部
171 RSTフラグ挿入部
172 SYN+ACKフラグ挿入部
4 MPLS管理サーバ
5 コンテンツサーバ
6 クライアント端末
11,21 データ入出力部
12,22 TCPコネクション識別部
13,23 LSP選択部
14,24 TCPPM部
15,25 LSP確立部/データ送受信部
16,26 TCPコネクション監視部
17,27 TCPコネクション制御部
18,28 RTT計測部
31~33 MPLS Pルータ
41 TCP帯域管理部
42 LSPプロビジョニング部
161 3Wハンドシェークモニタ部
162 コネクション時間計測部
163 コネクション状態管理部
171 RSTフラグ挿入部
172 SYN+ACKフラグ挿入部
Claims (10)
- クライアント端末から送信されるTCP(Transmission Control Protocol)コネクション要求を識別する手段を含むIP(Internet Protocol)通信制御装置と、
前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する手段と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する手段とを含む通信管理装置とを有することを特徴とするMPLS(Multi-Protocol Label Switching)ネットワーク。 - 前記IP通信制御装置は、前記広帯域が必要となるTCPコネクションを識別してそのウインドウサイズを読み取り、当該ウインドウサイズを前記通信管理装置に通知することを特徴とする請求項1記載のMPLSネットワーク。
- 前記IP通信制御装置は、前記エンド-エンドで設定された前記LSP毎にRTT(Round-Trip Time)を計測してその結果を前記通信管理装置に通知する手段を含むことを特徴とする請求項2記載のMPLSネットワーク。
- 前記通信管理装置は、前記ウインドウサイズと計測されたRTTとから前記TCPコネクションの必要帯域を算出し、前記エンド-エンド間で当該帯域を確保可能なLSPを選択し、前記IP通信制御装置に対して当該LSPの設定を行うことを特徴とする請求項2または請求項3記載のMPLSネットワーク。
- 前記IP通信制御装置は、前記帯域確保されたLSPで転送可能なTCPコネクションである場合に、SYN(synchronize)フラグ及びACK(ACKnowledgement)フラグをセットして要求先にパケット送信することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか記載のMPLSネットワーク。
- 前記IP通信制御装置は、前記識別されたTCPコネクションの帯域を確保可能なLSPにマッピングすることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか記載のMPLSネットワーク。
- 前記IP通信制御装置は、前記TCPコネクション毎のパフォーマンスをモニタする手段を含み、
前記通信管理装置は、そのモニタ結果により、当該TCPコネクションが無通信状態であることを検出した場合、強制的に当該TCPコネクションを切断するよう制御することを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか記載のMPLSネットワーク。 - 前記通信管理装置は、新規TCPコネクション要求に対して、帯域確保可能なLSPが存在しない場合、強制的にTCPコネクションを拒否するよう制御することを特徴とする請求項7記載のMPLSネットワーク。
- 前記IP通信制御装置は、前記通信管理装置からの前記TCPコネクションを強制的に切断・拒否する通知に対してTCPヘッダにRST(reset)フラグを設定してコネクション先に送信することを特徴とする請求項8記載のMPLSネットワーク。
- IP(Internet Protocol)通信制御装置は、クライアント端末から送信されるTCP(Transmission Control Protocol)コネクション要求を識別する処理を実行し、
通信管理装置は、前記TCPコネクション要求の識別結果を基に広帯域が必要となるTCPコネクションの帯域を算出する処理と、その算出された帯域をエンド-エンド間で確保可能なLSP(Label Switched Path)を選択して送信する処理とを実行することを特徴とするMPLS(Multi-Protocol Label Switching)ネットワークにおけるトラフィック制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012239708 | 2012-10-31 | ||
JP2012-239708 | 2012-10-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2014068818A1 true WO2014068818A1 (ja) | 2014-05-08 |
Family
ID=50626776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2013/004480 WO2014068818A1 (ja) | 2012-10-31 | 2013-07-23 | Mplsネットワーク及びそれに用いるトラフィック制御方法 |
Country Status (1)
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---|---|
WO (1) | WO2014068818A1 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2008061223A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-03-13 | Canon Inc | 通信装置及び通信方法 |
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-
2013
- 2013-07-23 WO PCT/JP2013/004480 patent/WO2014068818A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
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