JP3925188B2 - アプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法及び中継ノードシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークにおいて、アプリケーションレイヤでの処理によりマルチキャスト通信を実現するアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法及び中継ノードシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド・ネットワークの普及に伴い、ネットワーク上で音声や動画などのストリーミングデータを複数のユーザに対して同報配信するマルチキャスト技術が注目されている。マルチキャスト通信を実現する方式としては、ＩＰマルチキャストがある。ＩＰマルチキャストでは、パケットの宛先ＩＰアドレスフィールドにＩＰマルチキャストアドレスをセットしてデータ転送を行う。中継ノード（ルータ、Ｌ３スイッチなど）は、このＩＰマルチキャストアドレスに基づいた配信経路の設定を行い、また、受信データについてデータ複製処理をして次ホップノードへ転送する。ＩＰマルチキャストアドレスは、ＩＰｖ４やＩＰｖ６においてマルチキャスト用に用意されているアドレスセットである。ＩＰマルチキャストの場合、複数の受信ホストからなるマルチキャストグループは、１つのネットワークユニークなＩＰマルチキャストアドレスに対応付けされる。
【０００３】
図１１にＩＰマルチキャストの概略構成について示す。経路制御処理は、アプリケーションレイヤで行われる。データ転送及びデータ複製処理は、ネットワークレイヤで行われる。配信データは、ＩＰマルチキャストアドレスに基づき転送処理される。
【０００４】
しかし、ＩＰマルチキャストを実現するためには、ネットワークを構成している機器を全てＩＰマルチキャストに対応させる必要がある。
【０００５】
そこで、ユニキャストにしか対応していない既存のＩＰネットワークにおいてマルチキャストを実現する技術として、アプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）が提案されている。ＡＬＭは、ネットワークレイヤ（ＩＰレイヤ、レイヤ３）より上位のレイヤであるアプリケーションレイヤにおいて配信データの配信経路の制御やデータ複製処理を行う。図１２にＡＬＭの概略構成を示す。配信データは、ユニキャストアドレスに基づき転送処理される。ＡＬＭは、ネットワークレイヤでは既存のユニキャストＩＰネットワークを利用できるという利点がある。
【０００６】
ＡＬＭを実現するための中継ノードにおける機能として主に、マルチキャストデータの配信経路（配信ツリー）を制御する経路制御機能と、マルチキャストデータの下流ノードへのデータ複製を行うデータ複製機能とがある。このうち、データ複製機能によるデータ複製処理は、動画などのリアルタイム・ストリームデータで遅延を発生させないように高速に処理する必要がある。しかし現状のＡＬＭは、ＰＣやワークステーションなどの汎用計算機のＣＰＵ上で上記データ複製機能を実現している。そのため、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）などの専用ハードウェアを用いた場合に比べ、データ複製処理を高速に動作させることが難しい。
【０００７】
また、経路制御機能とデータ複製機能とが同じＣＰＵ上で動作している場合、データ複製処理の負荷が経路制御処理に影響を与え、正常な経路制御が行えなくなる可能性などもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、アプリケーションレイヤ・マルチキャストにおいて経路制御処理とデータ複製処理とを別のハードウェアに分離して処理する方式を提案する。経路制御処理は従来と同様に汎用計算機のＣＰＵ上で動作させ、データ複製処理は、既存のＩＰマルチキャスト対応のルータ（Ｌ３スイッチ）などの専用ハードウェアで動作させることにより、既存の装置とネットワークを利用した簡易な構成で高速なアプリケーションレイヤ・マルチキャストを実現することのできる方法及び中継ノードシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、コンテンツを配信するデータ送信ホストと、コンテンツを中継する中継ノードと、コンテンツを要求して受信する複数のデータ受信ホストと、が配置されたユニキャストＩＰネットワーク上においてマルチキャスト通信を行うアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）方法であって、中継ノードは、アプリケーションレイヤでＡＬＭ経路制御処理を行う経路制御装置と、レイヤ３以下で及び専用ハードウェアで次ホップノードへのデータ複製及び転送処理を行うデータ複製装置と、で構成され、経路制御装置とデータ複製装置との間では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応させて情報管理及び通信を行い、経路制御装置は、経路情報に更新が生じた場合、データ複製装置に対して更新情報を通知する処理を行い、また、上流から受信したコンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに管理ＩＤをセットしてデータ複製装置に転送する処理を行い、データ複製装置は、コンテンツについて、次ホップノードに対する複製エントリを管理し、経路制御装置からの通知に基づき複製エントリを更新する処理を行い、また、経路制御装置からの転送データについて、複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する処理を行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いることを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、経路情報及び複製エントリの管理する情報要素として、次ホップノードあるいはデータ受信ホストへの経路におけるＱｏＳ情報を含むことを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、ユニキャストＩＰネットワーク上に配置され、データ送信ホストから配信されるコンテンツデータを受信し、前記コンテンツを要求する複数のデータ受信ホストへ中継してアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）を行う中継ノードシステムであって、アプリケーションレイヤでＡＬＭ経路制御処理を行う経路制御装置と、レイヤ３以下で及び専用ハードウェアで次ホップノードへのデータ複製及び転送処理を行うデータ複製装置と、で構成され、経路制御装置とデータ複製装置との間では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応させて情報管理及び通信を行い、前記経路制御装置は、経路情報に更新が生じた場合、前記データ複製装置に対して更新情報を通知する処理を行い、また、上流から受信した前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセットして前記データ複製装置に転送する処理を行い、前記データ複製装置は、前記コンテンツについて、次ホップノードに対する複製エントリを管理し、前記経路制御装置からの通知に基づき該複製エントリを更新する処理を行い、また、前記経路制御装置からの転送データについて、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する処理を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４項記載の発明において、管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いることを特徴としている。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、経路制御装置は、他の経路制御装置と経路制御情報を交換し合うことによりＡＬＭ配信経路の制御を行い、また、前記コンテンツについての経路情報を管理する手段と、前記経路情報に更新が生じた場合に該更新情報を前記データ複製装置に通知する手段と、前記コンテンツのコンテンツＩＤと、該コンテンツに対する管理ＩＤと、の対応を管理する手段と、上流からの前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセットして前記データ複製装置へ転送する手段と、を有し、前記データ複製装置は、前記コンテンツについての次ホップノードへの複製エントリを管理し、前記更新情報の通知に基づき、該複製エントリを更新する手段と、前記経路制御装置からの転送データについて、前記管理ＩＤにより識別し、また、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する手段と、を有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）方法を実現するための構成を示す図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成（図１に示す構成）における中継ノード（中継ノードシステム）２０の構成を示すブロック図である。本発明は、既存のマルチキャスト未対応のＩＰネットワーク上でアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）を実現し、特に、中継ノードでの経路制御処理とデータ複製処理とをハードウェア的に分離して処理させ、データ複製処理を高速に動作させる構成を提供するものである。本発明の適用例として、経路制御装置は汎用計算機に実装され、データ複製装置は、ルータやスイッチなどに実装される。以下、本明細書においては、必要に応じて、アプリケーションレイヤ・マルチキャストをＡＬＭ、マルチキャストをＭＣ、ユニキャストをＵＣと略記する。
【００１７】
図１において、本ＡＬＭ方法を実現するための構成は、データ送信ホスト１００、中継ノード２０（１１０〜１３０）、データ受信ホスト１４０〜１７０を含んで構成される。データ送信ホスト１００、中継ノード２０、及び、データ受信ホスト１４０〜１７０はユニキャスト・ネットワーク上に配置され、それらは直接のリンクで接続されている必要はない。上記各ノード間では、ユニキャストでデータ転送を行う。
【００１８】
本実施の形態の中継ノード（中継ノードシステム）２０は、その機能により経路制御装置２１とデータ複製装置２２とにハードウェア的に分離された形で構成される。この２つの装置は、同一セグメント内で接続される。分離の結果、中継ノードシステム２０内つまり２つの装置２１及び２２間では、中継データについて共通の管理ＩＤにより情報管理し、またその管理ＩＤを用いて通信（中継データの転送）を行う。管理ＩＤは、同一セグメント内でのみ使用される。
【００１９】
第１の実施例では、特にこの管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いる。このＩＰマルチキャストアドレスは、ＩＰマルチキャストルーティングを実現するために用いるのではなく、データ複製装置２２での複製処理を低レイヤで処理するために用いる。管理ＩＤにＩＰマルチキャストアドレスを用いることにより、レイヤ３でのデータ認識を可能にする。データ複製装置２２はレイヤ３までの処理を扱う。データ複製装置２２としては既存のＩＰマルチキャスト対応ルータなどを利用することができる。
【００２０】
データ送信ホスト１００は、音声や動画などのデータのＡＬＭ配信を行う送信元ホストである。データ受信ホスト１４０〜１７０は、上記データを要求して受信を行う宛先ホストである。配信対象であるＡＬＭデータ（コンテンツ、オブジェクト、セッションなど呼称は様々である。以下、単にデータあるいはコンテンツなどと呼ぶ）は、特に音声や動画などのリアルタイム・ストリームデータである。これを、ＡＬＭにより複数のデータ受信ホストが同時に受信する。１つの配信データについて、データ送信ホスト１００、中継ノード２０、及びデータ受信ホスト１４０〜１７０により、ＡＬＭ配信経路（配信ツリー）が構成される。これは、ＡＬＭデータの受信についての受信ホストの参加の状態により、随時、変動する。
【００２１】
データ受信ホスト１４０〜１７０は、ＡＬＭデータを受信する宛先ホストである。データ受信ホストは、あるデータ（コンテンツ）について、受信を開始する際には、最寄りの中継ノード２０の経路制御装置２１に対してデータ受信要求メッセージを送信する。このメッセージには、少なくとも要求するデータのＩＤ（コンテンツＩＤ）が含まれる。中継ノード２０において要求メッセージが受信されると、データ受信ホストへの配信経路の構築処理が行われる。
【００２２】
中継ノード（中継ノードシステム）２０は、ＡＬＭデータの配信の中継を行うノードである。中継ノード２０は、経路制御装置２１と、データ複製装置２２とに分割され、同一セグメント内で接続されている。経路制御装置２１は、データ受信要求あるいは経路作成メッセージを下流ノードから受信して配信経路の構築を行う。また、配信データを上流ノードから受信し、データ複製装置２２へ転送する。データ複製装置２２は、経路制御装置２１から転送されたデータをデータ複製して下流ノードへユニキャストで転送する。
【００２３】
経路制御装置２１は、ＡＬＭ配信経路のルーティング、配信経路の構築や更新や保守、データ受信ホストについての情報の管理などの複雑な経路制御処理を担当し、これを汎用計算機（ＣＰＵ）によりアプリケーションレイヤで処理する。経路制御装置２１は、ＡＬＭ制御部２１１、経路管理部２１２、経路情報通知部２１３、データ転送部２１４を有する。
【００２４】
データ複製装置２２は、経路制御装置２１から転送されてきた中継データについて、複製エントリに基づきデータ複製し、下流の次ホップノードへ転送するデータ複製及び転送処理を担当する。データ複製処理は、遅延を抑えるために高速処理が要求されるので、本発明ではＡＳＩＣなどの専用ハードウェアにより処理する。第１の実施例においてデータ複製処理は、データの宛先ＩＰアドレスをＩＰマルチキャストアドレスから次ホップノードＩＰアドレスに変換するなどのレイヤ３以下での処理である。各中継ノードのデータ複製装置２２は、次ホップノードについての情報を複製エントリ（登録情報）という形で管理する。次ホップノードは、他の中継ノードの経路制御装置もしくはデータ受信ホストである。
【００２５】
前提として、データ送信ホスト１００が配信するコンテンツは、ＡＬＭネットワークでユニークなＩＤ（識別子）で区別される。これをコンテンツＩＤと呼ぶことにする。コンテンツＩＤは、例えばＵＲＬなどの記述方式を用いることができる。データ受信ホストは、コンテンツＩＤを指定してデータ受信要求を行う。
【００２６】
各中継ノード２０は、自ノードが中継するコンテンツについての情報を管理する。中継ノード２０では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応付けして情報管理する。経路制御装置２１とデータ複製装置２２との２つの装置間では、その共通の管理ＩＤにより中継コンテンツデータが扱われる。第１の実施例では、管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いる。
【００２７】
経路制御装置２１において、ＡＬＭ制御部２１１は、ＡＬＭ経路の制御を行う。ＡＬＭ制御部２１１は、ＡＬＭネットワークを構成する他の中継ノードの経路制御装置との間で、定期的に経路制御情報の交換を行い、ＡＬＭルーティングを行う。この処理では、データ送信ホスト１００の位置情報や他の経路制御装置２１の情報などを扱う。ＡＬＭ制御部２１１は、中継対象のコンテンツについての情報を経路管理部２１２において管理する。
【００２８】
経路管理部２１２は、中継対象のコンテンツについての情報、つまり、コンテンツＩＤや配信経路（配信ツリー）情報、次ホップノードについての情報などを含む情報を管理する。この管理情報を、まとめて経路情報３０と呼ぶことにする。経路管理部２１２は、経路情報３０として、特に、コンテンツＩＤと、中継ノード内での管理ＩＤとの対応を管理する。この管理ＩＤをデータＩＤと呼ぶことにする。図３に経路情報３０の構成とその例を示す。経路情報３０として、コンテンツＩＤ３１、送信装置情報３２、データＩＤ３３、受信装置情報３４を持つ。コンテンツＩＤ３１は、コンテンツについてのＡＬＭネットワークでユニークに定まるＩＤである。送信装置情報３２は、上流のデータ送信ホスト１００あるいは中継ノードの経路制御装置２１のＩＰアドレスなどである。データＩＤ３３は、中継ノードにおいてコンテンツＩＤ３１と対応付けされる管理ＩＤであり、第１の実施例の場合、特にＩＰマルチキャストアドレスである。受信装置情報３４は、次ホップノードについての情報であり、特に次ホップノードのＩＰアドレスなどである。
【００２９】
経路情報通知部２１３は、経路管理部２１２が管理している経路情報３０に変更があった場合にＡＬＭ制御部２１１より経路情報変更の通知を受け、経路情報３０についての更新情報を、データ複製装置２２の複製エントリ制御部２２１へ通知する処理を行う。
【００３０】
データ転送部２１４は、上流からユニキャストで受信したコンテンツデータ、つまり、レイヤ３ならばＩＰデータグラムについて、送信元ＩＰアドレス（Source Address）、コンテンツＩＤなどの情報を参照し、経路管理部２１２の管理する経路情報３０中からデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）を検索して取得する。そして、ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレス（Destination Address ）フィールドに、検索されたデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）をセットし、データ複製装置２２のデータ複製部２２２へ転送する処理を行う。
【００３１】
データ複製装置２２は、複製エントリ制御部２２１と、データ複製部２２２とを有する。複製エントリ制御部２２１は、次ホップノードへのデータ転送のための複製エントリ（登録情報）４０を管理する。また、複製エントリ制御部２２２は、経路制御装置２１の経路情報通知部２１３からの経路情報３０についての更新情報の通知に基づき、複製エントリ４０の追加・削除・更新処理を行う。
【００３２】
図４に複製エントリ４０の構成及びその例を示す。複製エントリ４０では、自ノードでのデータ複製及び転送処理のための次ホップノード情報が管理される。複製エントリ４０は、データＩＤ４１と受信装置情報４２とから構成される。データＩＤ４１は、中継対象であるコンテンツについてのデータ複製装置における管理情報であり、経路制御装置２１におけるデータＩＤ３３と共通のものである。データＩＤ４１は、第１の実施例ではＩＰマルチキャスト・アドレス（IPMcastAddr)である。受信装置情報４２は、受信したＡＬＭデータの複製データを送信する宛先となる次ホップノードについての情報である。受信装置情報４２は、次ホップノードのＩＰアドレスを含む。また、受信装置（次ホップノード）までの経路のサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）情報などを含む構成も可能である。あるコンテンツについての受信装置情報４２は、転送の対象となる次ホップノードの数だけ存在し、複製エントリ制御部２２１により随時追加・削除・更新処理される。受信装置情報４２が全て削除された場合は、１つのコンテンツについての複製エントリごと削除される。
【００３３】
データ複製部２２２は、経路制御装置２１のデータ転送部２１４から転送されてきたＡＬＭデータを複製エントリ制御部２２１の管理する複製エントリ４０に基づきデータ複製処理し、下流の次ホップノードへとユニキャストで送出する処理を行う。データ転送部２１４から転送されてきたＡＬＭデータは、宛先ＩＰアドレスにデータＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスがセットされている。データ複製部２２２は、これを参照してコンテンツを識別する。そして、受信装置情報４２の数だけデータ複製及び転送処理を行う。データ複製部２２２は、ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレスフィールドに受信装置（次ホップノード）のＩＰアドレス（NextHop IPAddr）をセットしてユニキャストで転送を行う。
【００３４】
図８に、各装置間におけるデータ転送でのＩＰデータグラムの構造、特に、ＩＰヘッダのアドレスフィールにセットされる値について整理しておく。
【００３５】
処理の流れを順を追って説明する。ユニキャストネットワーク上において、経路制御装置２１同士は、ＡＬＭ制御部２１１により定期的に経路制御情報を交換し合っている。コンテンツの受信を希望するデータ受信ホスト、例えば図１での受信ホスト１７０は、最寄りの経路制御装置１３１に対してデータ受信を要求するデータ受信要求メッセージを送信する。
【００３６】
図５は、経路制御装置２１でのデータ受信要求メッセージ受信時の処理フローを示している。経路制御装置２１のＡＬＭ制御部２１１は、下流から要求メッセージを受信すると、まず経路管理部２１２に通知し（ステップＳ１）、経路情報３０の更新を行う。ＡＬＭ制御部２１１は、経路情報３０に基づき、要求されているのが新規のコンテンツＩＤである場合（ステップＳ３・ＹＥＳ）、データ送信ホスト方向（上流）の中継ノードの経路制御装置１１１に対して経路作成メッセージを送信する（ステップＳ４）。既に経路管理部２１２の経路情報３０内に記述されているコンテンツＩＤである場合（ステップＳ３・ＮＯ）、上流ノードに対する通知は行わない。上流の中継ノードの経路制御装置でさらに上流のノードに対する配信経路作成処理が繰り返されることにより、ＡＬＭネットワークにおいてデータ送信ホスト１００からデータ受信ホスト１７０までの配信経路が構築される。
【００３７】
経路制御装置２１は、経路作成メッセージを上流ノードに送信する際、上流ノードがデータ送信ホストである場合は、データ送信ホストに対し、データ配信を開始するように要求する。
【００３８】
ＡＬＭ制御部２１１は、上記配信経路構築処理と共に、経路情報通知部２１３に経路情報３０についての更新情報を通知し、データ複製装置２２の複製エントリ制御部２２１に対して更新情報を通知させる（ステップＳ５）。更新情報には、新規追加されるコンテンツ及び経路についてのデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）３３と受信装置情報３４が含まれる。配信経路上の各経路制御装置２１は、同様な処理を行う。
【００３９】
一方、別のデータ受信ホスト、例えば図１でのデータ受信ホスト１４０が、上記データ受信ホスト１７０が要求したのと同一のコンテンツの受信を要求したものとする。その場合、中継ノード１１０からデータ受信ホスト１４０への配信経路が追加され、中継ノード１１０においてデータフローが分岐する配信経路が構築される。
【００４０】
各中継ノード２０において、データ複製装置２２は、経路制御装置２１から通知された更新情報に基づき、複製エントリ４０を更新する。既にそのコンテンツに対する複製エントリが作成されている場合は、受信装置情報４２の追加のみを行う。
【００４１】
データ送信ホスト１００は、コンテンツ配信時、まず、データを経路制御装置１１１のＩＰアドレス宛にユニキャストで送信する。図６に経路制御装置２１におけるＡＬＭデータ受信時の処理フローを示す。経路制御装置２１のデータ転送部２１４は、上流、ここではデータ送信ホスト１００からユニキャストでデータを受信すると、受信パケットについて送信元アドレスやコンテンツＩＤを参照し、経路管理部２１２から受信コンテンツＩＤに対応するデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）を検索して取得する（もしくは、予めＡＬＭ制御部２１１により、コンテンツＩＤに対応するデータＩＤをデータ転送部に設定しておく）（ステップＳ１１）。データ転送部２１４は、ＩＰヘッダ内の宛先ＩＰアドレスフィールドに、経路管理部２１２から取得したＩＰマルチキャストアドレスをセットし（ステップＳ１２）、データ複製装置２２のデータ複製部２２２に転送する（ステップＳ１３）。
【００４２】
データ複製装置２２のデータ複製部２２２は、経路制御装置２１のデータ転送部２１４から転送データを受信する。図７にデータ複製装置２２における転送データ受信時の処理フローを示す。データ複製装置２２のデータ複製部２２２は、経路制御装置２１のデータ転送部２１４から転送データを受信すると、複製エントリ４０から、受信データのデータＩＤに一致するエントリを検索し、受信装置情報４２を調べる（ステップＳ２１）。そして、受信データについて、ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレスを、検索した受信装置情報４２に含まれる受信装置ＩＰアドレスに変換し（ステップＳ２２）、受信装置へユニキャストで転送する（ステップＳ２３）。これを受信装置情報分繰り返し行う（ステップＳ２４）。
【００４３】
他の実施例について説明する。図９は、本発明の第２の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成を示す図である。第１の実施例において、経路制御装置２１とデータ複製装置２２とは同一セグメント内における疎結合であり、一対一で接続されている必要は無い。つまり、図９の第２の実施例のように、中継ノード８０として、一台の経路制御装置８１で複数のデータ複製装置８２を管理する構成が可能である。経路制御装置８１は、第１の実施例と同様、他の経路制御装置８１と経路制御情報の交換を行って配信経路を構築する。経路制御装置８１は、複数のデータ複製装置８２について経路情報を管理する。経路制御装置８１は、経路情報についての更新情報を、接続されている複数のデータ複製装置８２に通知して複製エントリの更新を行わせる。
【００４４】
第２の実施例の場合、配信データは、経路制御装置８１を経由せずに転送される。このため、経路制御装置８１とデータ複製装置８２との間におけるデータの管理ＩＤ（データＩＤ）として、第１の実施例のようにＩＰマルチキャストアドレスを使用することはできない。そこで、第２の実施例では、データＩＤとしてポート番号を使用し、ポート番号によりコンテンツを識別する。具体的には、経路制御装置８１は、データ複製装置８２に対して中継コンテンツに対応したポート番号を通知して複製エントリを更新させる。データ複製装置８２において、複製エントリは、データＩＤとしてのポート番号と、対応する受信装置情報とから構成されることになる。データ複製装置８２は、データ送信ホスト方向（上流）のデータ複製装置８２あるいはデータ送信ホストから、経路制御装置８１により通知されている上記ポート番号を宛先に持つデータ（ＵＤＰパケットなど）を受信すると、複製エントリの受信装置情報に基づき、次ホップノードとなるデータ複製装置８２宛にデータ複製処理してユニキャストで転送する。第２の実施例では、ポート番号を用いるため、データ複製装置８２はレイヤ４までの処理を行う。第２の実施例における中継ノード８０の構成を図１０に示す。構成要素は、第１の実施例と概ね同様である。なお、第１の実施例の中継ノードと第２の実施例の中継ノードを組み合わせてＡＬＭネットワークを構成することも可能である。
【００４５】
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、既存のユニキャストネットワークやＩＰマルチキャスト対応ルータを利用してマルチキャストを実現することができる。また、中継ノードを分離し、データ配信経路の計算などの複雑な経路制御処理は、汎用計算上のソフトウェアで処理する経路制御装置で行い、処理自体は単純だが処理速度が要求されるデータ複製処理は、専用ハードウェアにより処理するデータ複製装置で行うことにより、高速なデータ複製及び転送が可能となり、音声や動画などのリアルタイム・ストリームデータの配信に適したシステムを提供することができる。また、各処理に特化した装置を作成することができる。
【００４７】
また、第１の実施例では、データ管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いるため、レイヤ３までの処理のみを行えば良い。そのため、データ複製装置は、既存のＩＰマルチキャスト対応ルータに若干の機能追加を行うだけで実現でき、実装が容易である。
【００４８】
第２の実施例では、データ複製装置においてレイヤ４まで処理する必要がある代わりに、１つの経路制御装置で複数のデータ複製装置を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成を示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成における中継ノードの構成を示すブロック図である。
【図３】 経路管理部の管理する経路情報の構成及びその例を示す図である。
【図４】 複製エントリ制御部の管理する複製エントリの構成及びその例を示す図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成上の中継ノードにおける経路制御装置でのデータ受信要求メッセージ受信時の処理を示すフローチャートである。
【図６】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成上の中継ノードにおける経路制御装置でのＡＬＭデータ受信時の処理を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成上の中継ノードにおけるデータ複製装置での転送データ受信時の処理を示すフローチャートである。
【図８】 各装置間のデータ転送におけるＩＰデータグラムの構造、特に、ＩＰヘッダのアドレスフィールドにセットされる値について示す図である。
【図９】 本発明の第２の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成を示す図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成における中継ノードの構成を示すブロック図である。
【図１１】 ＩＰマルチキャストの概略構成を示す図である。
【図１２】 アプリケーションレイヤ・マルチキャストの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１００ データ送信ホスト
２０、１１０〜１３０ 中継ノード
１４０〜１７０ データ受信ホスト
２１、１１１〜１３１ 経路制御装置
２２、１１２〜１３２ データ複製装置
２１１ ＡＬＭ制御部
２１２ 経路管理部
２１３ 経路情報通知部
２１４ データ転送部
２２１ 複製エントリ制御部
２２２ データ複製部
３０ 経路情報
３１ コンテンツＩＤ
３２ 送信装置情報
３３ データＩＤ
３４ 受信装置情報
４０ 複製エントリ
４１ データＩＤ
４２ 受信装置情報
８１ 経路制御装置（第２の実施例）
８２ データ複製装置（第２の実施例）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークにおいて、アプリケーションレイヤでの処理によりマルチキャスト通信を実現するアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法及び中継ノードシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド・ネットワークの普及に伴い、ネットワーク上で音声や動画などのストリーミングデータを複数のユーザに対して同報配信するマルチキャスト技術が注目されている。マルチキャスト通信を実現する方式としては、ＩＰマルチキャストがある。ＩＰマルチキャストでは、パケットの宛先ＩＰアドレスフィールドにＩＰマルチキャストアドレスをセットしてデータ転送を行う。中継ノード（ルータ、Ｌ３スイッチなど）は、このＩＰマルチキャストアドレスに基づいた配信経路の設定を行い、また、受信データについてデータ複製処理をして次ホップノードへ転送する。ＩＰマルチキャストアドレスは、ＩＰｖ４やＩＰｖ６においてマルチキャスト用に用意されているアドレスセットである。ＩＰマルチキャストの場合、複数の受信ホストからなるマルチキャストグループは、１つのネットワークユニークなＩＰマルチキャストアドレスに対応付けされる。
【０００３】
図１１にＩＰマルチキャストの概略構成について示す。経路制御処理は、アプリケーションレイヤで行われる。データ転送及びデータ複製処理は、ネットワークレイヤで行われる。配信データは、ＩＰマルチキャストアドレスに基づき転送処理される。
【０００４】
しかし、ＩＰマルチキャストを実現するためには、ネットワークを構成している機器を全てＩＰマルチキャストに対応させる必要がある。
【０００５】
そこで、ユニキャストにしか対応していない既存のＩＰネットワークにおいてマルチキャストを実現する技術として、アプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）が提案されている。ＡＬＭは、ネットワークレイヤ（ＩＰレイヤ、レイヤ３）より上位のレイヤであるアプリケーションレイヤにおいて配信データの配信経路の制御やデータ複製処理を行う。図１２にＡＬＭの概略構成を示す。配信データは、ユニキャストアドレスに基づき転送処理される。ＡＬＭは、ネットワークレイヤでは既存のユニキャストＩＰネットワークを利用できるという利点がある。
【０００６】
ＡＬＭを実現するための中継ノードにおける機能として主に、マルチキャストデータの配信経路（配信ツリー）を制御する経路制御機能と、マルチキャストデータの下流ノードへのデータ複製を行うデータ複製機能とがある。このうち、データ複製機能によるデータ複製処理は、動画などのリアルタイム・ストリームデータで遅延を発生させないように高速に処理する必要がある。しかし現状のＡＬＭは、ＰＣやワークステーションなどの汎用計算機のＣＰＵ上で上記データ複製機能を実現している。そのため、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）などの専用ハードウェアを用いた場合に比べ、データ複製処理を高速に動作させることが難しい。
【０００７】
また、経路制御機能とデータ複製機能とが同じＣＰＵ上で動作している場合、データ複製処理の負荷が経路制御処理に影響を与え、正常な経路制御が行えなくなる可能性などもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、アプリケーションレイヤ・マルチキャストにおいて経路制御処理とデータ複製処理とを別のハードウェアに分離して処理する方式を提案する。経路制御処理は従来と同様に汎用計算機のＣＰＵ上で動作させ、データ複製処理は、既存のＩＰマルチキャスト対応のルータ（Ｌ３スイッチ）などの専用ハードウェアで動作させることにより、既存の装置とネットワークを利用した簡易な構成で高速なアプリケーションレイヤ・マルチキャストを実現することのできる方法及び中継ノードシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、コンテンツを配信するデータ送信ホストと、コンテンツを中継する中継ノードと、コンテンツを要求して受信する複数のデータ受信ホストと、が配置されたユニキャストＩＰネットワーク上においてマルチキャスト通信を行うアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）方法であって、中継ノードは、アプリケーションレイヤでＡＬＭ経路制御処理を行う経路制御装置と、レイヤ３以下で及び専用ハードウェアで次ホップノードへのデータ複製及び転送処理を行うデータ複製装置と、で構成され、経路制御装置とデータ複製装置との間では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応させて情報管理及び通信を行い、経路制御装置は、経路情報に更新が生じた場合、データ複製装置に対して更新情報を通知する処理を行い、また、上流から受信したコンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに管理ＩＤをセットしてデータ複製装置に転送する処理を行い、データ複製装置は、コンテンツについて、次ホップノードに対する複製エントリを管理し、経路制御装置からの通知に基づき複製エントリを更新する処理を行い、また、経路制御装置からの転送データについて、複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する処理を行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いることを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、経路情報及び複製エントリの管理する情報要素として、次ホップノードあるいはデータ受信ホストへの経路におけるＱｏＳ情報を含むことを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、ユニキャストＩＰネットワーク上に配置され、データ送信ホストから配信されるコンテンツデータを受信し、前記コンテンツを要求する複数のデータ受信ホストへ中継してアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）を行う中継ノードシステムであって、アプリケーションレイヤでＡＬＭ経路制御処理を行う経路制御装置と、レイヤ３以下で及び専用ハードウェアで次ホップノードへのデータ複製及び転送処理を行うデータ複製装置と、で構成され、経路制御装置とデータ複製装置との間では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応させて情報管理及び通信を行い、前記経路制御装置は、経路情報に更新が生じた場合、前記データ複製装置に対して更新情報を通知する処理を行い、また、上流から受信した前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセットして前記データ複製装置に転送する処理を行い、前記データ複製装置は、前記コンテンツについて、次ホップノードに対する複製エントリを管理し、前記経路制御装置からの通知に基づき該複製エントリを更新する処理を行い、また、前記経路制御装置からの転送データについて、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する処理を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４項記載の発明において、管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いることを特徴としている。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、経路制御装置は、他の経路制御装置と経路制御情報を交換し合うことによりＡＬＭ配信経路の制御を行い、また、前記コンテンツについての経路情報を管理する手段と、前記経路情報に更新が生じた場合に該更新情報を前記データ複製装置に通知する手段と、前記コンテンツのコンテンツＩＤと、該コンテンツに対する管理ＩＤと、の対応を管理する手段と、上流からの前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセットして前記データ複製装置へ転送する手段と、を有し、前記データ複製装置は、前記コンテンツについての次ホップノードへの複製エントリを管理し、前記更新情報の通知に基づき、該複製エントリを更新する手段と、前記経路制御装置からの転送データについて、前記管理ＩＤにより識別し、また、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する手段と、を有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）方法を実現するための構成を示す図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成（図１に示す構成）における中継ノード（中継ノードシステム）２０の構成を示すブロック図である。本発明は、既存のマルチキャスト未対応のＩＰネットワーク上でアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）を実現し、特に、中継ノードでの経路制御処理とデータ複製処理とをハードウェア的に分離して処理させ、データ複製処理を高速に動作させる構成を提供するものである。本発明の適用例として、経路制御装置は汎用計算機に実装され、データ複製装置は、ルータやスイッチなどに実装される。以下、本明細書においては、必要に応じて、アプリケーションレイヤ・マルチキャストをＡＬＭ、マルチキャストをＭＣ、ユニキャストをＵＣと略記する。
【００１７】
図１において、本ＡＬＭ方法を実現するための構成は、データ送信ホスト１００、中継ノード２０（１１０〜１３０）、データ受信ホスト１４０〜１７０を含んで構成される。データ送信ホスト１００、中継ノード２０、及び、データ受信ホスト１４０〜１７０はユニキャスト・ネットワーク上に配置され、それらは直接のリンクで接続されている必要はない。上記各ノード間では、ユニキャストでデータ転送を行う。
【００１８】
本実施の形態の中継ノード（中継ノードシステム）２０は、その機能により経路制御装置２１とデータ複製装置２２とにハードウェア的に分離された形で構成される。この２つの装置は、同一セグメント内で接続される。分離の結果、中継ノードシステム２０内つまり２つの装置２１及び２２間では、中継データについて共通の管理ＩＤにより情報管理し、またその管理ＩＤを用いて通信（中継データの転送）を行う。管理ＩＤは、同一セグメント内でのみ使用される。
【００１９】
第１の実施例では、特にこの管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いる。このＩＰマルチキャストアドレスは、ＩＰマルチキャストルーティングを実現するために用いるのではなく、データ複製装置２２での複製処理を低レイヤで処理するために用いる。管理ＩＤにＩＰマルチキャストアドレスを用いることにより、レイヤ３でのデータ認識を可能にする。データ複製装置２２はレイヤ３までの処理を扱う。データ複製装置２２としては既存のＩＰマルチキャスト対応ルータなどを利用することができる。
【００２０】
データ送信ホスト１００は、音声や動画などのデータのＡＬＭ配信を行う送信元ホストである。データ受信ホスト１４０〜１７０は、上記データを要求して受信を行う宛先ホストである。配信対象であるＡＬＭデータ（コンテンツ、オブジェクト、セッションなど呼称は様々である。以下、単にデータあるいはコンテンツなどと呼ぶ）は、特に音声や動画などのリアルタイム・ストリームデータである。これを、ＡＬＭにより複数のデータ受信ホストが同時に受信する。１つの配信データについて、データ送信ホスト１００、中継ノード２０、及びデータ受信ホスト１４０〜１７０により、ＡＬＭ配信経路（配信ツリー）が構成される。これは、ＡＬＭデータの受信についての受信ホストの参加の状態により、随時、変動する。
【００２１】
データ受信ホスト１４０〜１７０は、ＡＬＭデータを受信する宛先ホストである。データ受信ホストは、あるデータ（コンテンツ）について、受信を開始する際には、最寄りの中継ノード２０の経路制御装置２１に対してデータ受信要求メッセージを送信する。このメッセージには、少なくとも要求するデータのＩＤ（コンテンツＩＤ）が含まれる。中継ノード２０において要求メッセージが受信されると、データ受信ホストへの配信経路の構築処理が行われる。
【００２２】
中継ノード（中継ノードシステム）２０は、ＡＬＭデータの配信の中継を行うノードである。中継ノード２０は、経路制御装置２１と、データ複製装置２２とに分割され、同一セグメント内で接続されている。経路制御装置２１は、データ受信要求あるいは経路作成メッセージを下流ノードから受信して配信経路の構築を行う。また、配信データを上流ノードから受信し、データ複製装置２２へ転送する。データ複製装置２２は、経路制御装置２１から転送されたデータをデータ複製して下流ノードへユニキャストで転送する。
【００２３】
経路制御装置２１は、ＡＬＭ配信経路のルーティング、配信経路の構築や更新や保守、データ受信ホストについての情報の管理などの複雑な経路制御処理を担当し、これを汎用計算機（ＣＰＵ）によりアプリケーションレイヤで処理する。経路制御装置２１は、ＡＬＭ制御部２１１、経路管理部２１２、経路情報通知部２１３、データ転送部２１４を有する。
【００２４】
データ複製装置２２は、経路制御装置２１から転送されてきた中継データについて、複製エントリに基づきデータ複製し、下流の次ホップノードへ転送するデータ複製及び転送処理を担当する。データ複製処理は、遅延を抑えるために高速処理が要求されるので、本発明ではＡＳＩＣなどの専用ハードウェアにより処理する。第１の実施例においてデータ複製処理は、データの宛先ＩＰアドレスをＩＰマルチキャストアドレスから次ホップノードＩＰアドレスに変換するなどのレイヤ３以下での処理である。各中継ノードのデータ複製装置２２は、次ホップノードについての情報を複製エントリ（登録情報）という形で管理する。次ホップノードは、他の中継ノードの経路制御装置もしくはデータ受信ホストである。
【００２５】
前提として、データ送信ホスト１００が配信するコンテンツは、ＡＬＭネットワークでユニークなＩＤ（識別子）で区別される。これをコンテンツＩＤと呼ぶことにする。コンテンツＩＤは、例えばＵＲＬなどの記述方式を用いることができる。データ受信ホストは、コンテンツＩＤを指定してデータ受信要求を行う。
【００２６】
各中継ノード２０は、自ノードが中継するコンテンツについての情報を管理する。中継ノード２０では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応付けして情報管理する。経路制御装置２１とデータ複製装置２２との２つの装置間では、その共通の管理ＩＤにより中継コンテンツデータが扱われる。第１の実施例では、管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いる。
【００２７】
経路制御装置２１において、ＡＬＭ制御部２１１は、ＡＬＭ経路の制御を行う。ＡＬＭ制御部２１１は、ＡＬＭネットワークを構成する他の中継ノードの経路制御装置との間で、定期的に経路制御情報の交換を行い、ＡＬＭルーティングを行う。この処理では、データ送信ホスト１００の位置情報や他の経路制御装置２１の情報などを扱う。ＡＬＭ制御部２１１は、中継対象のコンテンツについての情報を経路管理部２１２において管理する。
【００２８】
経路管理部２１２は、中継対象のコンテンツについての情報、つまり、コンテンツＩＤや配信経路（配信ツリー）情報、次ホップノードについての情報などを含む情報を管理する。この管理情報を、まとめて経路情報３０と呼ぶことにする。経路管理部２１２は、経路情報３０として、特に、コンテンツＩＤと、中継ノード内での管理ＩＤとの対応を管理する。この管理ＩＤをデータＩＤと呼ぶことにする。図３に経路情報３０の構成とその例を示す。経路情報３０として、コンテンツＩＤ３１、送信装置情報３２、データＩＤ３３、受信装置情報３４を持つ。コンテンツＩＤ３１は、コンテンツについてのＡＬＭネットワークでユニークに定まるＩＤである。送信装置情報３２は、上流のデータ送信ホスト１００あるいは中継ノードの経路制御装置２１のＩＰアドレスなどである。データＩＤ３３は、中継ノードにおいてコンテンツＩＤ３１と対応付けされる管理ＩＤであり、第１の実施例の場合、特にＩＰマルチキャストアドレスである。受信装置情報３４は、次ホップノードについての情報であり、特に次ホップノードのＩＰアドレスなどである。
【００２９】
経路情報通知部２１３は、経路管理部２１２が管理している経路情報３０に変更があった場合にＡＬＭ制御部２１１より経路情報変更の通知を受け、経路情報３０についての更新情報を、データ複製装置２２の複製エントリ制御部２２１へ通知する処理を行う。
【００３０】
データ転送部２１４は、上流からユニキャストで受信したコンテンツデータ、つまり、レイヤ３ならばＩＰデータグラムについて、送信元ＩＰアドレス（Source Address）、コンテンツＩＤなどの情報を参照し、経路管理部２１２の管理する経路情報３０中からデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）を検索して取得する。そして、ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレス（Destination Address ）フィールドに、検索されたデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）をセットし、データ複製装置２２のデータ複製部２２２へ転送する処理を行う。
【００３１】
データ複製装置２２は、複製エントリ制御部２２１と、データ複製部２２２とを有する。複製エントリ制御部２２１は、次ホップノードへのデータ転送のための複製エントリ（登録情報）４０を管理する。また、複製エントリ制御部２２２は、経路制御装置２１の経路情報通知部２１３からの経路情報３０についての更新情報の通知に基づき、複製エントリ４０の追加・削除・更新処理を行う。
【００３２】
図４に複製エントリ４０の構成及びその例を示す。複製エントリ４０では、自ノードでのデータ複製及び転送処理のための次ホップノード情報が管理される。複製エントリ４０は、データＩＤ４１と受信装置情報４２とから構成される。データＩＤ４１は、中継対象であるコンテンツについてのデータ複製装置における管理情報であり、経路制御装置２１におけるデータＩＤ３３と共通のものである。データＩＤ４１は、第１の実施例ではＩＰマルチキャスト・アドレス（IPMcastAddr)である。受信装置情報４２は、受信したＡＬＭデータの複製データを送信する宛先となる次ホップノードについての情報である。受信装置情報４２は、次ホップノードのＩＰアドレスを含む。また、受信装置（次ホップノード）までの経路のサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）情報などを含む構成も可能である。あるコンテンツについての受信装置情報４２は、転送の対象となる次ホップノードの数だけ存在し、複製エントリ制御部２２１により随時追加・削除・更新処理される。受信装置情報４２が全て削除された場合は、１つのコンテンツについての複製エントリごと削除される。
【００３３】
データ複製部２２２は、経路制御装置２１のデータ転送部２１４から転送されてきたＡＬＭデータを複製エントリ制御部２２１の管理する複製エントリ４０に基づきデータ複製処理し、下流の次ホップノードへとユニキャストで送出する処理を行う。データ転送部２１４から転送されてきたＡＬＭデータは、宛先ＩＰアドレスにデータＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスがセットされている。データ複製部２２２は、これを参照してコンテンツを識別する。そして、受信装置情報４２の数だけデータ複製及び転送処理を行う。データ複製部２２２は、ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレスフィールドに受信装置（次ホップノード）のＩＰアドレス（NextHop IPAddr）をセットしてユニキャストで転送を行う。
【００３４】
図８に、各装置間におけるデータ転送でのＩＰデータグラムの構造、特に、ＩＰヘッダのアドレスフィールにセットされる値について整理しておく。
【００３５】
処理の流れを順を追って説明する。ユニキャストネットワーク上において、経路制御装置２１同士は、ＡＬＭ制御部２１１により定期的に経路制御情報を交換し合っている。コンテンツの受信を希望するデータ受信ホスト、例えば図１での受信ホスト１７０は、最寄りの経路制御装置１３１に対してデータ受信を要求するデータ受信要求メッセージを送信する。
【００３６】
図５は、経路制御装置２１でのデータ受信要求メッセージ受信時の処理フローを示している。経路制御装置２１のＡＬＭ制御部２１１は、下流から要求メッセージを受信すると、まず経路管理部２１２に通知し（ステップＳ１）、経路情報３０の更新を行う。ＡＬＭ制御部２１１は、経路情報３０に基づき、要求されているのが新規のコンテンツＩＤである場合（ステップＳ３・ＹＥＳ）、データ送信ホスト方向（上流）の中継ノードの経路制御装置１１１に対して経路作成メッセージを送信する（ステップＳ４）。既に経路管理部２１２の経路情報３０内に記述されているコンテンツＩＤである場合（ステップＳ３・ＮＯ）、上流ノードに対する通知は行わない。上流の中継ノードの経路制御装置でさらに上流のノードに対する配信経路作成処理が繰り返されることにより、ＡＬＭネットワークにおいてデータ送信ホスト１００からデータ受信ホスト１７０までの配信経路が構築される。
【００３７】
経路制御装置２１は、経路作成メッセージを上流ノードに送信する際、上流ノードがデータ送信ホストである場合は、データ送信ホストに対し、データ配信を開始するように要求する。
【００３８】
ＡＬＭ制御部２１１は、上記配信経路構築処理と共に、経路情報通知部２１３に経路情報３０についての更新情報を通知し、データ複製装置２２の複製エントリ制御部２２１に対して更新情報を通知させる（ステップＳ５）。更新情報には、新規追加されるコンテンツ及び経路についてのデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）３３と受信装置情報３４が含まれる。配信経路上の各経路制御装置２１は、同様な処理を行う。
【００３９】
一方、別のデータ受信ホスト、例えば図１でのデータ受信ホスト１４０が、上記データ受信ホスト１７０が要求したのと同一のコンテンツの受信を要求したものとする。その場合、中継ノード１１０からデータ受信ホスト１４０への配信経路が追加され、中継ノード１１０においてデータフローが分岐する配信経路が構築される。
【００４０】
各中継ノード２０において、データ複製装置２２は、経路制御装置２１から通知された更新情報に基づき、複製エントリ４０を更新する。既にそのコンテンツに対する複製エントリが作成されている場合は、受信装置情報４２の追加のみを行う。
【００４１】
データ送信ホスト１００は、コンテンツ配信時、まず、データを経路制御装置１１１のＩＰアドレス宛にユニキャストで送信する。図６に経路制御装置２１におけるＡＬＭデータ受信時の処理フローを示す。経路制御装置２１のデータ転送部２１４は、上流、ここではデータ送信ホスト１００からユニキャストでデータを受信すると、受信パケットについて送信元アドレスやコンテンツＩＤを参照し、経路管理部２１２から受信コンテンツＩＤに対応するデータＩＤ（ＩＰマルチキャストアドレス）を検索して取得する（もしくは、予めＡＬＭ制御部２１１により、コンテンツＩＤに対応するデータＩＤをデータ転送部に設定しておく）（ステップＳ１１）。データ転送部２１４は、ＩＰヘッダ内の宛先ＩＰアドレスフィールドに、経路管理部２１２から取得したＩＰマルチキャストアドレスをセットし（ステップＳ１２）、データ複製装置２２のデータ複製部２２２に転送する（ステップＳ１３）。
【００４２】
データ複製装置２２のデータ複製部２２２は、経路制御装置２１のデータ転送部２１４から転送データを受信する。図７にデータ複製装置２２における転送データ受信時の処理フローを示す。データ複製装置２２のデータ複製部２２２は、経路制御装置２１のデータ転送部２１４から転送データを受信すると、複製エントリ４０から、受信データのデータＩＤに一致するエントリを検索し、受信装置情報４２を調べる（ステップＳ２１）。そして、受信データについて、ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレスを、検索した受信装置情報４２に含まれる受信装置ＩＰアドレスに変換し（ステップＳ２２）、受信装置へユニキャストで転送する（ステップＳ２３）。これを受信装置情報分繰り返し行う（ステップＳ２４）。
【００４３】
他の実施例について説明する。図９は、本発明の第２の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成を示す図である。第１の実施例において、経路制御装置２１とデータ複製装置２２とは同一セグメント内における疎結合であり、一対一で接続されている必要は無い。つまり、図９の第２の実施例のように、中継ノード８０として、一台の経路制御装置８１で複数のデータ複製装置８２を管理する構成が可能である。経路制御装置８１は、第１の実施例と同様、他の経路制御装置８１と経路制御情報の交換を行って配信経路を構築する。経路制御装置８１は、複数のデータ複製装置８２について経路情報を管理する。経路制御装置８１は、経路情報についての更新情報を、接続されている複数のデータ複製装置８２に通知して複製エントリの更新を行わせる。
【００４４】
第２の実施例の場合、配信データは、経路制御装置８１を経由せずに転送される。このため、経路制御装置８１とデータ複製装置８２との間におけるデータの管理ＩＤ（データＩＤ）として、第１の実施例のようにＩＰマルチキャストアドレスを使用することはできない。そこで、第２の実施例では、データＩＤとしてポート番号を使用し、ポート番号によりコンテンツを識別する。具体的には、経路制御装置８１は、データ複製装置８２に対して中継コンテンツに対応したポート番号を通知して複製エントリを更新させる。データ複製装置８２において、複製エントリは、データＩＤとしてのポート番号と、対応する受信装置情報とから構成されることになる。データ複製装置８２は、データ送信ホスト方向（上流）のデータ複製装置８２あるいはデータ送信ホストから、経路制御装置８１により通知されている上記ポート番号を宛先に持つデータ（ＵＤＰパケットなど）を受信すると、複製エントリの受信装置情報に基づき、次ホップノードとなるデータ複製装置８２宛にデータ複製処理してユニキャストで転送する。第２の実施例では、ポート番号を用いるため、データ複製装置８２はレイヤ４までの処理を行う。第２の実施例における中継ノード８０の構成を図１０に示す。構成要素は、第１の実施例と概ね同様である。なお、第１の実施例の中継ノードと第２の実施例の中継ノードを組み合わせてＡＬＭネットワークを構成することも可能である。
【００４５】
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、既存のユニキャストネットワークやＩＰマルチキャスト対応ルータを利用してマルチキャストを実現することができる。また、中継ノードを分離し、データ配信経路の計算などの複雑な経路制御処理は、汎用計算上のソフトウェアで処理する経路制御装置で行い、処理自体は単純だが処理速度が要求されるデータ複製処理は、専用ハードウェアにより処理するデータ複製装置で行うことにより、高速なデータ複製及び転送が可能となり、音声や動画などのリアルタイム・ストリームデータの配信に適したシステムを提供することができる。また、各処理に特化した装置を作成することができる。
【００４７】
また、第１の実施例では、データ管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いるため、レイヤ３までの処理のみを行えば良い。そのため、データ複製装置は、既存のＩＰマルチキャスト対応ルータに若干の機能追加を行うだけで実現でき、実装が容易である。
【００４８】
第２の実施例では、データ複製装置においてレイヤ４まで処理する必要がある代わりに、１つの経路制御装置で複数のデータ複製装置を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成を示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成における中継ノードの構成を示すブロック図である。
【図３】 経路管理部の管理する経路情報の構成及びその例を示す図である。
【図４】 複製エントリ制御部の管理する複製エントリの構成及びその例を示す図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成上の中継ノードにおける経路制御装置でのデータ受信要求メッセージ受信時の処理を示すフローチャートである。
【図６】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成上の中継ノードにおける経路制御装置でのＡＬＭデータ受信時の処理を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第１の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成上の中継ノードにおけるデータ複製装置での転送データ受信時の処理を示すフローチャートである。
【図８】 各装置間のデータ転送におけるＩＰデータグラムの構造、特に、ＩＰヘッダのアドレスフィールドにセットされる値について示す図である。
【図９】 本発明の第２の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成を示す図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態におけるアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法を実現するための構成における中継ノードの構成を示すブロック図である。
【図１１】 ＩＰマルチキャストの概略構成を示す図である。
【図１２】 アプリケーションレイヤ・マルチキャストの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１００ データ送信ホスト
２０、１１０〜１３０ 中継ノード
１４０〜１７０ データ受信ホスト
２１、１１１〜１３１ 経路制御装置
２２、１１２〜１３２ データ複製装置
２１１ ＡＬＭ制御部
２１２ 経路管理部
２１３ 経路情報通知部
２１４ データ転送部
２２１ 複製エントリ制御部
２２２ データ複製部
３０ 経路情報
３１ コンテンツＩＤ
３２ 送信装置情報
３３ データＩＤ
３４ 受信装置情報
４０ 複製エントリ
４１ データＩＤ
４２ 受信装置情報
８１ 経路制御装置（第２の実施例）
８２ データ複製装置（第２の実施例）
Claims (6)
- コンテンツを配信するデータ送信ホストと、前記コンテンツを中継する中継ノードと、前記コンテンツを要求して受信する複数のデータ受信ホストと、が配置されたユニキャストＩＰネットワーク上においてマルチキャスト通信を行うアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）方法であって、
前記中継ノードは、アプリケーションレイヤでＡＬＭ経路制御処理を行う経路制御装置と、レイヤ３以下で及び専用ハードウェアで次ホップノードへのデータ複製及び転送処理を行うデータ複製装置と、で構成され、前記経路制御装置と前記データ複製装置との間では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応させて情報管理及び通信を行い、
前記経路制御装置は、経路情報に更新が生じた場合、前記データ複製装置に対して更新情報を通知する処理を行い、また、上流から受信した前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセットして前記データ複製装置に転送する処理を行い、
前記データ複製装置は、前記コンテンツについて、次ホップノードに対する複製エントリを管理し、前記経路制御装置からの通知に基づき該複製エントリを更新する処理を行い、また、前記経路制御装置からの転送データについて、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する処理を行うことを特徴とするアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法。 - 前記管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いることを特徴とする請求項１記載のアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法。
- 前記経路情報及び複製エントリ情報の管理する情報要素として、次ホップノードへの経路におけるＱｏＳ情報を含むことを特徴とする請求項１または２記載のアプリケーションレイヤ・マルチキャスト方法。
- ユニキャストＩＰネットワーク上に配置され、データ送信ホストから配信されるコンテンツデータを受信し、前記コンテンツを要求する複数のデータ受信ホストへ中継してアプリケーションレイヤ・マルチキャスト（ＡＬＭ）を行う中継ノードシステムであって、
アプリケーションレイヤでＡＬＭ経路制御処理を行う経路制御装置と、レイヤ３以下で及び専用ハードウェアで次ホップノードへのデータ複製及び転送処理を行うデータ複製装置と、で構成され、前記経路制御装置と前記データ複製装置との間では、中継コンテンツについて所定の管理ＩＤを対応させて情報管理及び通信を行い、
前記経路制御装置は、経路情報に更新が生じた場合、前記データ複製装置に対して更新情報を通知する処理を行い、また、上流から受信した前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセットして前記データ複製装置に転送する処理を行い、
前記データ複製装置は、前記コンテンツについて、次ホップノードに対する複製エントリを管理し、前記経路制御装置からの通知に基づき該複製エントリを更新する処理を行い、また、前記経路制御装置からの転送データについて、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する処理を行うことを特徴とする中継ノードシステム。 - 前記管理ＩＤとしてＩＰマルチキャストアドレスを用いることを特徴とする請求項４記載の中継ノードシステム。
- 前記経路制御装置は、
他の経路制御装置と経路制御情報を交換し合うことによりＡＬＭ配信経路の制御を行い、また、前記コンテンツについての経路情報を管理する手段と、
前記経路情報に更新が生じた場合に該更新情報を前記データ複製装置に通知する手段と、
前記コンテンツのコンテンツＩＤと、該コンテンツに対する管理ＩＤと、の対応を管理する手段と、
上流からの前記コンテンツのデータについて、宛先ＩＰアドレスに前記管理ＩＤをセッ トして前記データ複製装置へ転送する手段と、を有し、
前記データ複製装置は、
前記コンテンツについての次ホップノードへの複製エントリを管理し、前記更新情報の通知に基づき、該複製エントリを更新する手段と、
前記経路制御装置からの転送データについて、前記管理ＩＤにより識別し、また、前記複製エントリを参照してデータ複製し、宛先ＩＰアドレスに次ホップノードＩＰアドレスをセットしてユニキャストで送信する手段と、
を有することを特徴とする請求項４または５記載の中継ノードシステム。
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