JP2007274476A - パケット中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セッションが確立している端末から送信されたパケットの廃棄を防止するとともにパケットのスループット効率を向上させるパケット中継装置を提供すること。
【解決手段】セッションが確立している端末から送信されたパケットをセッションに必要な使用帯域で中継するパケット中継部１８を有するパケット中継装置１０において、端末から送信されたセッション制御情報を解析して使用帯域を特定するセッション制御情報解析部１２と、セッション制御情報解析部１２によって特定された使用帯域を、パケットを中継するときのヘッダ情報量に基づいて補正する帯域補正部１４とを備え、パケット中継部１８は、帯域補正部１４によって補正された帯域で端末から送信されたパケットを中継するように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ネットワークを介してパケットを中継するパケット中継装置に関する。

従来、インターネットを介して音声や動画等に関わるリアルタイム通信によるサービスを提供するにあたって、サービスの品質（Quality of Service）を維持するのに好適なパケット中継装置が知られている。例えば、従来のパケット中継装置は、リアルタイム通信に用いられるＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）に準拠したＲＴＰパケットを送受信するためのセッションが確立された際、確立されたセッションに必要な使用帯域を確保することでサービスの品質を維持している。

詳細に説明すれば、従来のパケット中継装置は、パケットを隣接のパケット中継装置に送信するためのスケジューラのキューに使用帯域の割り当てを行う予約受付制御部を備え、ＲＴＳＰ（RealTime Streaming Protocol）というコントロールセッション用のプロトコルに準拠したパケットを受信した場合、受信したパケットからセッションに必要な使用帯域を抽出して予約受付制御部に登録し、予約受付制御部は、使用帯域に基づいて帯域保証が可能か否か判別するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載のパケット中継装置は、セッションの確立が要求される際、スケジューラのキューにセッションに必要な使用帯域として最小レートを割り当て、ＲＴＰパケットに関わるオーバヘッドなどを踏まえて余裕をもった使用帯域として最大レートを割り当てることができる。例えば、オーバヘッドは、インターネットを介してＲＴＰパケットを送信するため、ＲＴＰパケットに付加されるＵＤＰ（User Datagram Protocol）、ＩＰ（Internet Protocol）のヘッダやＩＰより下位レイヤのプロトコルで規定されたヘッダなど情報である。
特開２００３−１５８５４３号公報

しかしながら、上述した従来のパケット中継装置では、セッションに必要な使用帯域における最小レートと最大レートとの差分を小さくしてしまうと、ＲＴＰパケットに関わるオーバヘッドのサイズが大きい場合に、ＲＴＰパケットが廃棄されてしまい、最小レートと最大レートとの差分を大きくしすぎてしまうと、パケットのスループット効率が低下してしまうという課題が残されていた。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、セッションが確立している端末から送信されたパケットの廃棄を防止するとともにパケットのスループット効率を向上させるパケット中継装置を提供することを目的とする。

本発明のパケット中継装置は、セッションが確立している端末から送信されたパケットを前記セッションに必要な使用帯域で中継するパケット中継部を有するパケット中継装置において、前記端末から送信されたセッション制御情報を解析して前記使用帯域を特定するセッション制御情報解析部と、前記セッション制御情報解析部によって特定された前記使用帯域を、前記パケットを中継するときのヘッダ情報量に基づいて補正する帯域補正部とを備え、前記パケット中継部は、前記帯域補正部によって補正された帯域で前記端末から送信されたパケットを中継する構成を有している。
この構成により、端末から送信されたパケットを中継するときのヘッダ情報量に基づいてセッションに必要な使用帯域を補正し、補正された帯域でパケットを中継するため、セッションが確立している端末から送信されたパケットの廃棄を防止するとともにパケットのスループット効率を向上させることができる。

また、本発明のパケット中継装置において、前記帯域補正部は、前記セッション制御情報を受信する際に付加されているヘッダ情報から求まるヘッダ情報量に基づいて補正する構成を有している。
この構成により、正確なヘッダ情報量が求まるため、確実にパケットの廃棄を防止することができる。

また、本発明のパケット中継装置において、前記帯域補正部は、前記端末から送信されたパケットを中継するときの該パケットを送出すべきポートと対応するヘッダ情報量に基づいて補正する構成を有している。
この構成により、正確なヘッダ情報量が求まるため、確実にパケットの廃棄を防止することができる。

また、本発明のパケット中継装置において、前記セッション制御情報解析部は、前記セッション制御情報に含まれる帯域情報で前記使用帯域を特定する構成を有している。
この構成により、セッション制御情報に含まれる帯域情報に基づいて使用帯域を特定するため、正確なヘッダ情報が求まり、確実にパケットの廃棄を防止することができる。

また、本発明のパケット中継装置において、前記セッション制御情報解析部は、前記セッション制御情報に前記帯域情報が存在しないとき、前記セッション制御情報に含まれる符号化種別情報に基づいて前記帯域情報を求める構成を有している。
この構成により、セッション制御情報に含まれる符号化種別情報に基づいて帯域情報を求めるため、セッション制御情報に帯域情報が存在しなくても使用帯域を特定することができる。

本発明は、セッションが確立している端末から送信されたパケットの廃棄を防止するとともにパケットのスループット効率を向上させるパケット中継装置を提供するものである。

以下、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図を示したものである。図１に示すように、ＩＳＰ（Internet Service Provider）によって提供されるプロバイダーネットワーク９には、端末２１、２２が接続されており、ネットワーク８には、端末３１、３２が接続されている。プロバイダーネットワーク９とネットワーク８は、パケット中継装置１０を介して接続されている。

また、端末２１、２２、３１、３２は、例えば、ＩＰに準拠したパケット（以下、ＩＰパケットという。）を送受信するＩＰ電話端末である。もちろん、端末２１、２２、３１、３２は、ＩＰ電話端末に限らず、テレビ電話などのリアルタイム通信でパケットを送受信する端末や、ストリーミングによる音声、動画配信でパケットを送受信する端末、サーバなどでも良い。

端末２１と端末３１との間でＩＰ電話を行う際、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）に準拠した手順を表したシーケンス図を図２に示す。図２に示したように、ＩＮＶＩＴＥなどのＳＩＰメッセージの送受信した後、ＩＰ電話用などのセッションが確立する。なお、ＳＩＰに準拠した手順を実施する際、パケット中継装置１０は、ＳＩＰメッセージからセッションに必要な使用帯域を特定し、その使用帯域でパケットを中継するようになっている。

セッションが確立した後、音声データをリアルタイムで転送するためのＲＴＰパケットが、端末２１と端末３１との間で送受信される。例えば、端末２１から送信されたＲＴＰパケットは、パケット中継装置１０によって中継され、ネットワーク８を介して端末３１によって受信される。

パケット中継装置１０は、端末２１から送信されたＲＴＰパケットを受信したとき、受信したＲＴＰパケットおよびＲＴＰパケットに関わるヘッダ情報分の使用帯域を確保してネットワーク８に中継するようになっている。

以下、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の構成図を示したものである。

パケット中継装置１０は、図示していないＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどのメモリ、ネットワークから送受信されたパケットを処理するネットワークインタフェース２０を有する。なお、ネットワークインタフェース２０は、ネットワークに対する出入口となるポートを介してパケットを送受信するようになっている。

また、図３に示すように、パケット中継装置１０は、パケット分類部１１、セッション制御情報解析部１２、セッションデータベース１３、帯域補正部１４、予約受付制御部１５、トラフィック管理データベース１６、バッファキュー１７、およびパケット中継部１８を備えて構成される。

また、パケット分類部１１、セッション制御情報解析部１２、セッションデータベース１３、帯域補正部１４、予約受付制御部１５、トラフィック管理データベース１６、およびパケット中継部１８は、例えば、プロセッサによって実行されるプログラムのモジュールでもよく、また、集積回路等でもよい。

パケット分類部１１は、ネットワークインタフェース２０を介して受信したパケットを、フローテーブル１９を参照して識別し、その識別結果に基づいて複数あるバッファキュー１７の何れかにパケットをキューイングするようになっている。
また、パケット分類部１１は、パケットを受信してフローテーブル１９を参照したとき、フローテーブル１９にそのパケットの属するフローのエントリが無ければ、フローテーブル１９に宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、プロトコル、宛先ポート番号、送信元ポート番号を登録するようになっている。

例えば、フローテーブル１９としては、図４に示すように宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、プロトコル、宛先ポート番号、送信元ポート番号をキーとして、キューＩＤが特定されるデータである。ここで、キューＩＤとは、それぞれのキューを識別するために、本発明のパケット中継装置内部で用いられる識別情報である。

また、パケット分類部１１は、セッションを確立させるためのＳＩＰメッセージなどのセッション制御情報が含まれるパケットを受信した場合、受信したセッション制御情報が含まれるパケットをコピーし、コピーした一方のパケットをセッション制御情報解析部１２に出力するとともに、コピーした他のパケットをバッファキュー１７にキューイングするようになっている。

セッション制御情報解析部１２は、セッション制御情報を解析するようになっており、例えば、ＳＩＰメッセージであるＩＮＶＩＴＥメッセージやＩＮＶＩＴＥメッセージの応答メッセージに含まれる情報を解析し、これらのＳＩＰメッセージから使用帯域を特定するようになっている。また、セッション制御情報解析部１２は、セッションに必要な使用帯域を含むセッションデータをセッションデータベース１３に格納させる。

帯域補正部１４は、セッション制御情報解析部１２によって特定された使用帯域をパケットのヘッダ情報量に基づいて補正するようになっている。例えば、パケット中継装置１０が、リアルタイム通信に関わる情報（ペイロード）を、イーサネット（登録商標）、ＩＰ、ＵＤＰ、ＲＴＰに準拠してパケットを送信する場合には、図５（Ａ）に示すパケットをセッションに必要な使用帯域で送信するため、帯域補正部１４は、フローテーブル１９に登録されている情報から送信すべきパケットのヘッダ情報の量を算出し、ペイロードの情報に対して、イーサネット(登録商標）、ＩＰ、ＵＤＰ、ＲＴＰそれぞれのヘッダ情報の量の合計である５４バイト分を加味して使用帯域を補正するようになっている。

また、パケット中継装置１０が、図５（Ｂ）に示すように、ギャップやプリアンブルが存在する通信方式でパケットを送信する場合には、帯域補正部１４は、さらにギャップやプリアンブルを加味して使用帯域を補正しても良い。
すなわち、ここで述べているヘッダ情報とは、パケットを構成する際にヘッダとして付加される情報だけでなく、フッタとして付加される情報、あるいは、ギャップやプリアンブルのような利用者には直接認識されないが、使用する通信規格上で通信を行うために必要で実際の帯域に影響を及ぼすものを含んでいても良い。

予約受付制御部１５は、帯域補正部１４によって補正された補正帯域でセッションが受付可能か否かを判定し、受付可能である場合には、補正帯域に基づいてパケットのキューイングを行うためバッファキュー１７に１つのキューを生成し、補正帯域をトラフィック管理データベース１６に登録する。

トラフィック管理データベース１６には、フローテーブル１９のキューＩＤ毎に補正帯域が登録されている。図６に示す例では、フローテーブル１９の各キューＩＤ毎に設定された補正帯域がテーブル形式で登録されている。例えば、キューＩＤが１に割り当てられた帯域は、セッションのパケットレートが５０パケット（packet/sec）で、１パケットあたり１６０バイトであるため、リアルタイム通信を行うセッションのビットレートが６４Ｋ（bit/sec）となり、帯域補正部１４がこの１６０バイトにイーサネット（登録商標）、ＩＰ、ＵＤＰ、ＲＴＰのヘッダ情報量、５４バイト分を加えて補正した補正帯域である。

例えば、セッション制御情報解析部１２は、ＳＩＰメッセージから帯域情報であるビットレートおよびパケットレートで使用帯域を特定するようになっており、帯域補正部１４は、セッションに必要な使用帯域となるビットレート、パケットレートをＲｄ（bit/sec）、Ｒｐ（packet/sec）として表し、パケットのヘッダ情報量をＰｈ(byte)として表せば、以下の式１で補正帯域を算出するようになっている。
（ （Ｒｄ／（Ｒｐ＊８））＋Ｐｈ）＊Ｒｐ＊８＝補正帯域 ・・・式１

パケット中継部１８は、トラフィック管理データベース１６に登録された補正帯域に基づいて、バッファキュー１７にキューイングされたパケットをネットワークインタフェース２０に出力するようになっている。例えば、パケット中継部１８は、キューＩＤが１のキューにキューイングされたパケット（２１４バイト）を１秒間に５０個出力する。

なお、図６に示したキューＩＤが０のキューは、ベストエフォート用のキューであり、パケット中継部１８は、キューＩＤが１以上のキューにパケットがキューイングされていない場合、キューＩＤが０のキューにキューイングされているパケットを出力するなどの制御を行う。また、キューＩＤが１以上のキューの合計帯域が、所定の帯域まで許容されており、予約受付制御部１５は、新たにセッションを受付るときの補正帯域と現段階での合計帯域とを加算した帯域が所定の帯域を超える場合には、セッションを受付けないように判定する。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の動作について、図面を用いて以下に説明する。図７は、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の動作を表すフローチャートである。

まず、パケット分類部１１は、パケットを受信した場合（Ｓ１）、受信したパケットがＳＩＰメッセージのＩＮＶＩＴＥメッセージを含むか否かを確認する（Ｓ２）。受信したパケットがＩＮＶＩＴＥメッセージを含む場合、セッション制御情報解析部１２は、ＩＮＶＩＴＥメッセージに含まれる情報を解析することで、送信元ＩＰアドレス、プロトコル、送信元ポート番号、および使用帯域に関する情報などによって構成されるセッションデータを生成し、生成したセッションデータをセッションデータベース１３に格納させる（Ｓ３）。
また、パケット分類部１１は、パケットを受信してフローテーブル１９を参照したとき、フローテーブル１９にそのパケットの属するフローのエントリが無ければ、フローテーブル１９に宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、プロトコル、宛先ポート番号、送信元ポート番号を登録するようになっている。

また、パケット分類部１１は、受信したパケットがＩＮＶＩＴＥメッセージを含まない場合、受信したパケットがＩＮＶＩＴＥメッセージに対応する応答メッセージを含むか否かを確認する（Ｓ４）。なお、受信したパケットが応答メッセージ（２００ＯＫ）を含まない場合、パケット分類部１１は、フローテーブル１９を参照してパケットを識別し、その識別結果に基づいて複数あるバッファキュー１７の何れかにパケットをキューイングする。

受信したパケットが応答メッセージを含む場合、セッション制御情報解析部１２は、セッションデータベース１３を参照して、応答メッセージに対応するセッションデータがあるか否か確認する（Ｓ５）。応答メッセージに対応するセッションデータがある場合、このセッションデータに、宛先ＩＰアドレス、宛先ポート番号、および使用帯域に関する情報を追加してセッションデータベース１３に格納させる（Ｓ６）。

セッション制御情報解析部１２は、ビットレートおよびパケットレートを求め、帯域補正部１４は、フローテーブル１９を参照してパケットのヘッダ情報量を求め、式１に基づいて補正帯域を算出する（Ｓ７）。

例えば、セッション制御情報解析部１２は、ＳＩＰメッセージを送信する際に付加されるヘッダ情報からヘッダ情報量を求めてもよい。また、セッション制御情報解析部１２は、ポートとヘッダ情報量とを対応させた対応情報を予め有しており、パケットが端末から送信されたときにこのパケットを中継する際のこのパケットを送出すべきポートと対応するヘッダ情報量を求めてもよい。例えば、ＶＬＡＮの規格に準拠した通信や１００ＢＡＳＥ−Ｔなどの高速化された規格に準拠した通信が、ポートに対応して行われており、このような規格に応じてヘッダ情報量が異なる。

なお、ＳＩＰメッセージには必ずしもビットレートやパケットレートが含まれておらず、図８に示すように、使用帯域に関する情報の有無に関する組み合わせのパターンがある。なお、使用帯域に関する情報は、例えば、受信したＳＩＰメッセージのＳＤＰ（Session Description Protocol）シンタックスから特定される。

使用帯域に関する情報には、符号化種別情報であるリアルタイム通信の符号化規格の情報、リアルタイム通信のサンプリングレート、パケットレート（packet/sec）、ビットレート（bit/sec）などがあり、セッション制御情報解析部１２は、ＳＩＰメッセージを受信した場合、受信したＳＩＰメッセージにこれらの情報が有るか無いかを確認するようになっている。なお、符号化規格とは、ＩＴＵ−Ｔ勧告のＧ．７１１シリーズやＨ．２６１〜２６３などの規格である。

例えば、パターン１の場合、セッション制御情報解析部１２は、符号化規格の情報、サンプリングレート、パケットレート、ビットレート全てをＳＩＰメッセージから抽出できため、帯域補正部１４は、抽出されたパケットレート、ビットレートから式１を用いて補正帯域を算出する。

パターン２の場合では、セッション制御情報解析部１２は、符号化規格の情報、サンプリングレート、パケットレートだけをＳＩＰメッセージから抽出できる。すなわち、ビットレートがＳＩＰメッセージに含まれていない場合である。この場合、セッション制御情報解析部１２は、符号化規格の情報とリアルタイム通信のサンプリングレートとビットレートと対応させたビットレート対応表を予め有しており、符号化規格の情報、サンプリングレートからビットレート対応表を用いてビットレートを求め、帯域補正部１４は、抽出されたパケットレート、求まったビットレートから式１を用いて補正帯域を算出する。

パターン３の場合では、パケットレートおよびビットレートがＳＩＰメッセージに含まれていないため、セッション制御情報解析部１２は、符号化規格の情報、サンプリングレートから、上述したビットレート対応表を用いてビットレートを求め、パケットレートを５０（packet/sec）など最大のレートにする。

パターン４の場合では、符号化規格のみＳＩＰメッセージに含まれるため、セッション制御情報解析部１２は、符号化規格に規定されている最大のビットレートを特定し、パケットレートを５０（packet/sec）など最大のレートにする。

予約受付制御部１５は、補正帯域に基づいてパケットのキューイングを行うためのキューを生成し（Ｓ８）、補正帯域をトラフィック管理データベース１６に登録する（Ｓ９）。

なお、本発明の実施の形態では、セッションの確立を要求する際にキューを生成するため、セッションとキューとの対応関係が１対１になるが、本発明では、セッションとキューとの対応関係を１対１に限定することはない。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るパケット中継装置は、端末から送信されたパケットを中継するときのヘッダ情報量に基づいてセッションに必要な使用帯域を補正し、補正された帯域でパケットを中継するため、セッションが確立している端末から送信されたパケットの廃棄を防止するとともにパケットのスループット効率を向上させることができる。

以上のように、本発明に係るパケット中継装置は、セッションが確立している端末から送信されたパケットの廃棄を防止するとともにパケットのスループット効率を向上させるという効果を有し、ネットワークを介してパケットを中継するときの帯域制御を行うルータ、シェーパ、またはスイッチ等として有用である。

本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図 端末間でＩＰ電話を行う際ＳＩＰに準拠した手順を表したシーケンス図 本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の構成図 本発明の実施の形態に係るフローテーブルを表した図 本発明の実施の形態に係るパケットの構成図 キューＩＤと補正帯域との対応関係をテーブル形式で表した図 本発明の実施の形態に係るパケット中継装置の動作を表すフローチャート 使用帯域に関する情報の有無に関する組み合わせのパターンを表した図

符号の説明

８ ネットワーク
９ プロバイダーネットワーク
１０ パケット中継装置
１１ パケット分類部
１２ セッション制御情報解析部
１３ セッションデータベース
１４ 帯域補正部
１５ 予約受付制御部
１６ トラフィック管理データベース
１７ バッファキュー
１８ パケット中継部
１９ フローテーブル
２０ ネットワークインタフェース
２１、２２、３１、３２ 端末

Claims (5)

1. セッションが確立している端末から送信されたパケットを前記セッションに必要な使用帯域で中継するパケット中継部（１８）を有するパケット中継装置（１０）において、
   前記端末から送信されたセッション制御情報を解析して前記使用帯域を特定するセッション制御情報解析部（１２）と、
   前記セッション制御情報解析部によって特定された前記使用帯域を、前記パケットを中継するときのヘッダ情報量に基づいて補正する帯域補正部（１４）とを備え、
   前記パケット中継部は、前記帯域補正部によって補正された帯域で前記端末から送信されたパケットを中継することを特徴とするパケット中継装置。
2. 前記帯域補正部は、前記セッション制御情報を受信する際に付加されているヘッダ情報から求まるヘッダ情報量に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載のパケット中継装置。
3. 前記帯域補正部は、前記端末から送信されたパケットを中継するときの該パケットを送出すべきポートと対応するヘッダ情報量に基づいて補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパケット中継装置。
4. 前記セッション制御情報解析部は、前記セッション制御情報に含まれる帯域情報で前記使用帯域を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のパケット中継装置。
5. 前記セッション制御情報解析部は、前記セッション制御情報に前記帯域情報が存在しないとき、前記セッション制御情報に含まれる符号化種別情報に基づいて前記帯域情報を求めることを特徴とする請求項４に記載のパケット中継装置。