JP2006115362A - パケット中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】あるパケット中継装置から同一のパケット中継装置への経路が２本以上存在し、それらの経路を現用系、予備系として使用する場合、予備系の経路は現用系の経路が使用できないときにのみ使用され、それ以外のときには使用されないため、帯域または経路が有効利用できない。
【解決手段】パケットの優先度に応じて、経路選択の範囲を違えることにより、帯域の有効利用と輻輳の回避を実現する。具体的には、パケット中継装置に、パケットの優先度と経路選択優先度との対応を記したテーブルを保持し、このテーブルを参照することにより、パケットの優先度に応じて、送信経路を変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、同一宛先に到達する経路が複数存在するとき、経路に付与した値を参照することにより、パケットの送出経路を判定するパケット中継装置に関する。

IPネットワークで使用されるパケット中継装置において、同一宛先に到達する経路が複数存在するとき、オペレータは各経路の帯域や宛先までのホップ数を勘案し、経路に値を付与可能である。この値を経路選択優先度と呼ぶ。ある宛先に対して複数の経路が存在する場合、各経路の経路選択優先度の値を参照し、その中の一経路を送出経路として選択する。仮に、経路選択優先度の最も小さい経路を、より優先的に選出するものとする。パケットがパケット中継装置に到達すると、その宛先が参照されることにより、送信経路候補として複数の経路が経路一覧から抽出される。次に、候補となった各経路の経路選択優先度を比較し、その値の最も小さい経路を送信経路と判定し、その経路へパケットを送信する。

図１に上記の動作を示す。パケット中継装置１１とパケット中継装置１２との間には、３本の経路が存在する。各経路の経路選択優先度は、オペレータによって、それぞれ１００、２００、３００と指定されている。パケット中継装置１２行きのパケットがパケット中継装置１１に到達すると、その宛先IPアドレスから経路２１、２２、２３が送信経路候補として抽出される。各経路選択優先度を比較すると、経路２１の値が最も小さいため、パケットの送信経路は経路２１と決定する。従って、パケット中継装置１２に向かう全てのパケットは、経路２１を介して転送されることになる。

ここで、経路２１に何らかの障害が発生或いは経路２１の帯域が容量以上に使用され、パケットを送信できない場合を考える。この場合、パケットの宛先から送信経路候補として抽出される経路は、経路２２、２３となる。経路選択優先度を比較すると、経路２２方が値が小さく、パケットの送信経路は経路２２と決定する。
更に経路２２にも何らかの障害が発生、或いは輻輳が発生し、経路２１、経路２２ともに送信できない場合、送信経路候補として抽出される経路は経路２３のみとなる。この場合、パケットの送信経路は経路２３と決定する。

これは、経路２１が現用経路、経路２２、経路２３が予備経路の役割を果たしていることを意味する。パケット中継装置１２行きの全てのパケットは、パケット中継装置１１に到達すると、通常、経路２１を介して宛先へ送られる。障害或いは輻輳によって経路２１の使用が不可能となった場合、経路２１への送信を諦め、経路２２を介して宛先へ送られる。更に経路２２の使用も不可能となると、経路２２への送信も諦め、経路２３を介して宛先へ送られる。

経路選択優先度とは、パケット中継装置のオペレータが適宜その値を変えることによって、複数ある経路の中の何れかを現用経路として運用するための手段である。従って、現用経路以外の経路は、通常は使用されない。図１の場合、パケット中継装置１２行きのパケットは全て経路２１へ転送され、経路２２、経路２３は、通常使用されない。経路２２の資源は、経路２１に障害が発生するまで使用されず、経路２３の資源に至っては、経路２１、経路２２に障害が発生するまで使用されない。帯域の有効利用の観点から見ると、これは効率的とは言い難い。
各パケットは、それを送信したユーザの運用形態によって異なる優先度を持っている。上記の構成の場合、異なる優先度のパケットが同一の現用経路に転送され、低優先度パケットによって高優先度パケットの転送が滞る可能性がある。

本発明に係るパケット中継装置は、各パケットの優先度或いは送信元アドレスに応じて、経路選択優先度の取りうる範囲を違え、それをテーブルとして保持することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るパケット中継装置において、各パケットの優先度或いは送信元アドレスに応じて、取りうる経路選択優先度の範囲を違えたテーブルを保持し、パケットが中継装置に到達した際には、そのテーブルを参照することにより、パケットの優先度或いは送信元アドレスに応じて、パケットの送信経路を決定することが可能である。

図２には、本実施例のパケット中継装置が存在するネットワークを示す。パケット中継装置１１とパケット中継装置１２との間には、３本の経路が存在する。経路選択優先度は、オペレータの設定により、それぞれ１００、２００、３００と指定されている。このとき、パケット中継装置１１は、経路選択優先度の小さい順に送信経路の優先順位を記した、図３のテーブルを作成する。

図１７には、本実施例のパケット中継装置に送られてくるIP（Internet Protocol）パケットのフォーマットを示す。TOS（Type Of Service）には、そのパケットの優先度が格納される。TOSフィールドは８ビットであるため、パケットを送信するユーザの運用形態に応じ、０から２５５までの値の範囲内で柔軟に値を指定可能である。優先度は、値が大きいほど、よりパケットの優先度が高い。パケット中継装置は、このTOSフィールドを参照し、優先度に応じてパケット転送を行う。送信元IPアドレス・フィールドには、パケットを作成した装置のIPアドレスが格納される。宛先IPアドレス・フィールドには、パケットの宛先となる装置のIPアドレスが格納される。

本実施例のパケット中継装置が保持する、パケットの優先度とそれに対応する経路選択優先度の範囲を記したテーブルを図４に示す。IPパケットの場合、図１７のTOSフィールドの値が、パケット優先度となる。パケット優先度の値が２００以上のパケットに対しては、図４を参照すると経路選択優先度１位の経路からとあるので、図３に従い経路２１へパケットの送信を試みる。経路２１に障害或いは輻輳があった場合、経路選択優先度２位の経路２２へパケットを送信する。パケット優先度の値が１００以上２００未満のパケットに対しては、図４を参照すると経路選択優先度２位の経路からとあるので、図３に従い経路２２へパケットの送信を試みる。経路２２に障害或いは輻輳があった場合、経路選択優先度３位の経路２３へパケットを送信する。パケット優先度の値が１００未満のパケットに対しては、図４を参照すると経路選択優先度３位の経路から、或いは最下位の経路とあるので、図３に従い常に経路２３へパケットの送信を試みる。

図１８には、本実施例のパケット中継装置８１のハードウェア、ソフトウェア構成を示す。プログラムメモリ８３上には、データ処理の手続きを記したソフトウェアが記録されている。テーブルメモリ８４上には、ルーティングテーブル９２とパケット優先度−経路選択優先度対応表９３が記録されている。図２のパケット中継装置１１の場合、ルーティングテーブル９２には、パケット中継装置１２行きの経路として経路２１、２２、２３が登録されており、またそれらの優先順位を記した図３の優先送信経路表９６が存在する。パケット優先度−経路選択優先度対応表９３には、図４に示すように、パケットの優先度とそれに対応する経路選択優先度の範囲が記録されている。パケット中継装置８１を起動させると、プロセッサ８２上にプログラムメモリ８３の情報が送られる。プロセッサ８２は、テーブルメモリ８４のテーブル群を参照し、スイッチ８６を制御する。パケット中継装置８１宛てのパケットは、回線インターフェース８７，８８にて受信され、スイッチ８６へ転送される。スイッチ８６は、プロセッサ８２からの命令に従い、パケットを、回線インターフェース８７，８８を介して、所望の宛先へ転送する。パケット中継装置８１は管理コンソール８５と接続している。管理コンソール８５には、パソコンなどの入力手段が接続されており、オペレータが制御コマンドを入力することでパケット中継装置の各種の設定が可能である。

図６は、図１８のパケット中継装置８１が、図２のパケット中継装置１１の地点に設置されたときの、パケットを受信してからパケットを送信するまでのフローチャートを示したものである。パケット中継装置１２を宛先としたパケットがパケット中継装置１１に到達すると、宛先IPアドレスを検索キーとしてルーティングテーブルを参照する。ルーティングテーブルを参照すると、送信経路候補として経路２１、２２、２３の複数経路が存在する。それぞれの経路選択優先度は、１００、２００、３００であり、経路選択の優先順位は図３に示す形となっている。ここで、プロセッサ８２内の優先度判定部９５は、TOSフィールドを参照し、パケットの優先度を判定する。パケットの優先度を認識すると、その値をキーとして図４を参照する。パケットの優先度が２５０であった場合、対応する経路選択優先度は、優先順位１位の経路からとある。図３を参照すると、優先順位１位の経路は経路２１とあり、従って経路２１を送信経路として選択する。一方、優先度が１５０のパケットの場合、優先順位２位の経路からとある。図３を参照すると、優先順位２位の経路は経路２２とあり、従って経路２２を送信経路として選択する。同様にして、優先度が５０のパケットの場合、経路２３を送信経路として選択する。以上を経た後、各パケットは中継装置１２へ転送される。

仮に、経路２１に障害或いは輻輳が発生し使用不可能となった場合、優先送信経路表は図３から図５へ遷移する。優先順位１位の経路は経路２１から経路２２へ遷移し、優先順位２位の経路は径路２２から経路２３へ遷移する。これ以降、優先度が２５０のパケットは、経路２２を送信経路として選択する。一方、優先度が１５０のパケットは、以降、経路２３を送信経路として選択する。優先度が５０のパケットについては、図４を参照すると優先順位３位から或いは最下位の経路とあるので、最下位の経路でもある経路２３を引き続き送信経路として選択する。

以上により、通常使用されない経路が低優先度のパケット送受信に利用されることになり、帯域の有効利用が実現する。また、低優先度のパケットが経路２１を使用しないため、高優先度のパケットは経路２１の専有が可能となる。これにより、低優先度のパケットにより生じていた輻輳は回避可能となる。また、高優先度のパケットは、複数回、送信経路を変更可能であり、非常に高い確率で宛先まで到達可能である。送信経路が経路選択優先度の低い経路に変更になったとき、その経路を利用していたパケットは更に経路選択優先度の低い経路へ移動しており、障害が発生しても高優先度のパケットは引き続き輻輳を回避可能である。

図７において、パケット中継装置１１とパケット中継装置１２との間には、３本の経路が存在する。経路選択優先度は、オペレータの設定により、それぞれ１００、２００、３００と指定されている。このとき、パケット中継装置１１は、経路選択優先度の小さい順に送信経路の優先順位を記した、図８のテーブルを作成する。

図９には、本実施例のパケット中継装置が保持する、パケットの送信元IPアドレスとそれに対応する経路選択優先度の範囲を記したテーブルを示す。送信元IPアドレスが１０．１０．１０．１のパケットに対しては、図９を参照すると経路選択優先度１位の経路からとあるので、図８に従い経路２１へパケットの送信を試みる。送信元IPアドレスが２０．２０．２０．１のパケットに対しては、図９を参照すると経路選択優先度２位の経路からとあるので、図８に従い経路２２へパケットの送信を試みる。送信元IPアドレスが３０．３０．３０．１のパケットに対しては、図９を参照すると経路選択優先度３位の経路から或いは最下位の経路とあるので、図８に従い常に経路２３へパケットの送信を試みる。

図１０は、図１８のパケット中継装置８１が、図７のパケット中継装置１１の地点に設置されたときの、パケットを受信してからパケットを送信するまでのフローチャートを示したものである。図７において、パケット中継装置１２行きのパケットがパケット中継装置１１に到達すると、パケットの宛先IPアドレスを検索キーとしてルーティングテーブルを参照する。ルーティングテーブルを参照すると、送信経路候補として経路２１、２２、２３の複数経路が存在する。それぞれの経路選択優先度は、１００、２００、３００であり、経路選択の優先順位は図８に示す形になっている。ここでプロセッサ８２は、パケットの送信元IPアドレスを参照する。パケットの送信元IPアドレスを認識すると、その値をキーとして図９を参照する。送信元IPアドレスが１０．１０．１０．１であった場合、対応する経路選択優先度は、優先順位１位の経路からとある。図８を参照すると、優先順位１位の経路は経路２１とあり、従って経路２１を送信経路として選択する。一方、送信元IPアドレスが２０．２０．２０．１のパケットの場合、優先順位２位の経路からとある。図９を参照すると、優先順位２位の経路は経路２２とあり、従って経路２２を送信経路として選択する。同様にして、送信元IPアドレスが３０．３０．３０．１のパケットの場合、経路２３を送信経路として選択する。以上を経た後、各パケットは中継装置１２へ転送される。

以上により、通常使用されない経路が送信元IPアドレスによっては利用されることになり、帯域の有効利用が実現する。また、送信元IPアドレスが１０．１０．１０．１以外のパケットが経路２１を使用しないため、送信元IPアドレスが１０．１０．１０．１のパケットは経路２１を専有可能となる。これにより、輻輳が回避可能となる。

図１１に、L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）にてネットワークを構築した場合を示す。パケット中継装置１１、１２の間はL2TPネットワークであり、３本のL2TP経路が存在する。経路選択優先度は、オペレータの設定により、それぞれ１００、２００、３００と指定されている。このとき、パケット中継装置１１は、経路選択優先度の小さい順に送信経路の優先順位を記した、図１２のテーブルを作成する。

パケット中継装置１１には、ユーザ４１、４２、４３が接続している。ユーザ４１、４２、４３からパケット中継装置１１に到達するパケットがPPP（Point to Point Protocol）パケット５４の場合、パケット中継装置はPPPヘッダを処理する。PPPヘッダには、パケット優先度が記されていない。ここでPPPとは、ユーザと中継装置とが直接接続した状態で行われる通信方式のことである。PPP通信の場合、パケット中継装置１１は、各ユーザをPPPヘッダに記されたユーザの識別子によって認識する。図１１では、ユーザ４１、４２、４３との接続を、それぞれPPPセッション１、２、３と言うユーザ識別子で識別している。PPPパケットの優先度は、PPPヘッダ内ではなく、パケット中継装置１１、１２を設置したネットワーク外のRADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）サーバ３１に格納されている。RADIUSサーバ３１は、多人数のユーザ・データを一元管理しており、ユーザ識別子とそのユーザの優先度とを図１３に示す対応表で管理している。優先度はユーザ識別子と一対一に対応しており、予めユーザ毎に優先度が設定されている。中継装置１１は、RADIUSサーバ３１と通信し、各ユーザの優先度を把握する。これにより、高優先度の保障されたサービスを望むユーザと、それほど高優先度を望まないユーザとを、パケット中継装置１１にて分離可能となる。

本実施例のパケット中継装置１１は、図１４に示す、パケットの優先度とそれに対応する経路選択優先度の範囲を記したテーブルを保持している。パケット優先度は、値が大きいものほど、よりパケットの優先度が高い。

図１５は、図１８のパケット中継装置８１が、図１１のパケット中継装置１１の地点に設置されたときの、PPPセッション確立要求を受信してからPPPセッションを確立するまでのフローチャートを示したものである。図１６は、図１１のRADIUSサーバ３１が、パケット中継装置１１から優先度の通知要求を受信してから、その応答を返すまでのフローチャートを示したものである。図１１において、パケット中継装置１１にユーザ４１からPPPセッション確立要求が到達すると、中継装置１１は、ユーザ４１のユーザ識別子PPPセッション１をパラメータとして、RADIUSサーバ３１に該PPPセッション上を流れるパケットの優先度を問い合わせる。RADIUSサーバ３１は、パケット優先度の通知要求メッセージを受信すると、ユーザ識別子を検索キーとして図１３のパケット優先度を検索する。

図１３より、ユーザ識別子がPPPセッション１の場合、該PPPセッション上を流れるパケット優先度は２５０である。RADIUSサーバはこのデータを、応答メッセージにてパケット中継装置１１に通知する。パケット中継装置１１は、RADIUSサーバから応答メッセージを受信すると、PPPセッション１上を流れるパケット優先度が２５０であることを認識する。これ以降、PPPセッション１から届くパケットに対しては、この優先度をもとにパケット中継装置１２行きの最適経路を選択する。PPPパケットの行き先であるパケット中継装置１２への送信経路候補としては、L2TP経路６１、６２、６３の複数経路が存在する。それぞれの経路選択優先度は、１００、２００、３００であり、経路選択の優先順位は図１２に示す形となっている。ユーザ４１からPPPセッション１を介してパケット中継装置１１に送られたPPPパケットの優先度は、RADIUSサーバ３１からの応答メッセージによると２５０であり、図１４に示すパケット優先度―経路選択優先度の対応テーブルを参照すると、送信経路は優先順位１位の経路からとある。図１２を参照すると、優先順位１位の経路は、L2TP経路６１とあり、従って経路６１を送信経路として選択する。パケット中継装置１１は、受信したPPPパケット５４にL2TPヘッダ、UDPヘッダ、IPヘッダを付加したパケット５５を作成し、送信径路６１へ転送する。パケット５４を受信した中継装置１２は、パケット５５からIPヘッダ、UDPヘッダ、L2TPヘッダ、PPPヘッダを削除してIPパケット５６とし、IP網へ転送する。

一方、パケット中継装置１１にユーザ４２からPPPセッション確立要求が到達すると、中継装置１１は、ユーザ４２のユーザ識別子PPPセッション２をパラメータとして、RADIUSサーバ３１に該PPPセッション上を流れるパケットの優先度を問い合わせる。RADIUSサーバ３１は、パケット優先度の通知要求メッセージを受信すると、ユーザ識別子を検索キーとして図１３のパケット優先度を検索する。図１３より、ユーザ識別子がPPPセッション２の場合、該PPPセッション上を流れるパケット優先度は１５０である。RADIUSサーバはこのデータを、応答メッセージにてパケット中継装置１１に通知する。RADIUSサーバからの応答メッセージを受信したパケット中継装置１１は、PPPセッション２上を流れるパケット優先度が１５０であることを認識する。これ以降、PPPセッション２から届くパケットに対してはこの優先度をもとにパケット中継装置１２行きの最適経路を選択する。図１４に示すパケット優先度―経路選択優先度の対応テーブルを参照すると、パケット優先度１５０を送信する経路は優先順位２位の経路からとある。図１２を参照すると、優先順位２位の経路は、L2TP経路６２とあり、従って経路６２を送信経路として選択する。
同様にして、パケット中継装置１１にユーザ４３からPPPセッション確立要求が到達すると、経路６３を送信経路として選択する。以上を経た後、パケットは中継装置１２へ転送される。

以上により、通常使用されないL2TP経路が低優先度のパケット送受信に利用されることになり、帯域の有効利用が実現する。また、低優先度のパケットがL2TP経路６１を使用しないため、高優先度のパケットはL2TP経路６１を専有可能となる。これにより、低優先度のパケットにより生じていた輻輳は回避可能となる。
尚、本発明の技術的範囲は、本発明の効果を発揮できる限り、上記の実施例１乃至３におけるパケット中継装置の構成、経路の本数、その他の構成には制限されない。

従来のパケット中継装置のネットワーク内での配置を示す図である。 本発明のパケット中継装置のネットワーク内での配置を示す図である。 本発明のパケット中継装置にて保持される、宛先に対する優先送信経路を記したテーブルを示す図である。 本発明のパケット中継装置にて保持される、パケット優先度と経路選択優先度の対応を記すテーブルを示す図である。 実施例１におけるパケット中継装置にて保持される、経路２１に障害が発生した場合の、宛先に対する優先送信経路を記したテーブルを示す図である。 実施例１における、パケット中継装置のフローチャートを示す図である。 本発明のパケット中継装置のネットワーク内での配置を示す図である。 本発明のパケット中継装置にて保持される、宛先に対す優先送信経路を記したテーブルを示す図である。 本発明のパケット中継装置にて保持される、送信元IPアドレスと経路選択優先度の対応を記すテーブルを示す図である。 実施例３における、パケット中継装置のフローチャートを示す図である。 本発明のパケット中継装置のネットワーク内での配置を示す図である。 本発明のパケット中継装置にて保持される、宛先に対する優先送信経路を記したテーブルを示す図である。 本発明に際し、RADIUSサーバにて保持される、ユーザ識別子とパケット優先度の対応を記すテーブルを示す図である。 本発明のパケット中継装置にて保持される、パケット優先度と経路選択優先度の対応を記すテーブルを示す図である。 実施例２における、パケット中継装置のフローチャートを示す図である。 実施例２における、RADIUSサーバのフローチャートを示す図である。 従来のIPパケットのフォーマットを示す図である。 本発明のパケット中継装置のハードウェア、ソフトウェア構成を示す図である。

符号の説明

１１−１２ パケット中継装置
２１−２３ パケット中継装置を接続する経路
３１ RADIUSサーバ
４１−４３ パケット中継装置と接続するユーザ
５１−５３ ユーザとパケット中継装置を接続するPPPセッション
５４ PPPパケット
５５ L2TPパケット
５６ IPパケット
６１−６３ パケット中継装置を接続するL2TP経路
８１ パケット中継装置
８２ プロセッサ
８３ プログラムメモリ
８４ テーブルメモリ
８５ 管理コンソール
８６ スイッチ
８７−８８ 回線インターフェース
９２ ルーティングテーブル
９３ パケット優先度−経路選択優先度対応表
９５ 優先度判定部
９６ 優先送信経路表。

Claims (8)

1. 複数の経路を介して他のパケット中継装置と接続されたパケット中継装置であって、
   パケット入出力する入出力インタフェースと、
   上記複数の経路のそれぞれに対する経路選択優先度を格納したメモリと、
   上記入出力インタフェースから入力された複数のパケットを上記経路選択優先度に従って、複数の経路に振り分けるスイッチとを備えたパケット中継装置。
2. 上記メモリには、入力パケットの優先度と、上記経路選択優先度とを対応づけるためのテーブルがさらに格納されており、
   上記入力された複数のパケットを、上記複数の経路のうち、上記入力された複数のパケットのそれぞれの優先度と、上記テーブルとから決まる経路にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１記載のパケット中継装置。
3. 上記テーブルには入力パケットの優先度と、該優先度と対応する上記経路選択優先度の優先順位とが記載されていることを特徴とする請求項２記載のパケット中継装置。
4. 上記複数の経路のうちいずれかの経路が使用できない場合には、上記入力パケット対して、上記入力パケットの優先度の高い順に、上記複数の経路のうち該使用できない経路を除いた上記経路優先度の高い経路を割り当てて出力することを特徴とする請求項２記載のパケット中継装置。
5. 上記メモリには、入力パケットの送信元アドレスと、上記経路選択優先度とを対応づけるためのテーブルがさらに格納されており、
   上記入力された複数のパケットを、上記複数の経路のうち、上記入力された複数のパケットのそれぞれの送信元アドレスと、上記テーブルとから決まる経路にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１記載のパケット中継装置。
6. 上記テーブルには入力パケットの送信元アドレスと、該送信元アドレスと対応する上記経路選択優先度の優先順位とが記載されていることを特徴とする請求項５記載のパケット中継装置。
7. 上記複数の経路のうちいずれかの経路が使用できない場合には、上記入力パケット対して、上記入力パケットの送信元アドレス毎に、上記複数の経路のうち該使用できない経路を除いた経路を、上記経路優先度に従って割り当てて出力することを特徴とする請求項５記載のパケット中継装置。
8. さらにサーバと接続されており、
   上記サーバから上記複数の入力されたパケットのそれぞれのユーザ毎のパケット優先度を受信し、
   上記それぞれのパケットを、上記優先度と上記経路選択優先度に従って、複数の経路に振り分けるスイッチとを備えた請求項１記載のパケット中継装置。

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