JP2002252640A - ネットワーク中継装置及び方法並びにシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワーク中継装置が輻輳制御を行うこと
により、効率的なネットワーク利用と通信を実現する。 【解決手段】 ＩＰネットワーク内に配置されるネット
ワーク中継装置において、該ネットワーク中継装置が輻
輳状態となったかどうかを監視する輻輳監視部（２０
５）と、該輻輳監視部が輻輳状態を検出した場合、該輻
輳状態に関する輻輳情報を生成して他の装置に通知する
生成する輻輳情報生成部（２０６）とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒ
ｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いたネットワークに関
し、より詳細にはネットワーク内で輻輳が発生した場合
の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年は、パーソナルコンピュータの急速
な普及と共に、インターネットの普及、企業ＩＰ網(イ
ントラネット)の拡充、ＩＰ上での音声とデータの統合
(ＶｏＩＰ)など、ＩＰデータ通信の重要性が高まる一方
である。またネットワークそれ自体の高機能化、高性能
化も進むと共に、電子メールやＷＷＷの普及、動画／音
声再生といったさまざまなアプリケーションも普及し、
データトラフィックの総量も増えている。この傾向は今
後も進むと思われる。

【０００３】ネットワークインフラが整備され、ＩＰ上
で伝送されるデータも多様化、増加しており、今後もデ
ータ通信(ＩＰ通信)のさらなる普及が見込まれる現在、
データ通信全体の課題の1つとして輻輳制御がある。

【０００４】輻輳制御機能は、ＩＰ通信においては、エ
ンドシステムに実装されているＴＣＰ／ＩＰ（ＴＣＰ：
Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔ
ｏｃｏｌ）のスロースタートアルゴリズムなどに頼って
いる状況であるが、インフラであるネットワーク部分で
は輻輳制御あるいは輻輳回避技術自体が確立されておら
ず、機能が提供されていない。すなわち、輻輳経路を回
避した経路制御に関してはネットワークにて何も行われ
ていないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エンドシステムの輻輳
制御機能に頼った通信のみの場合、図２１に示すよう
に、例えばＴＣＰ／ＩＰではネットワークが限りなく遅
いかも知れないと判断して動作を開始し、データ送信の
はじめは最小のパケットを1つ送信し、徐々に送信量を
上げていき、途中、ネットワーク内での輻輳によるパケ
ット廃棄などで、送信データに対する確認応答(＝ＡＣ
Ｋ、Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ)が帰らないと、
一旦送信データ量を急激に減少してから再度徐々にデー
タ送信量を増やしていく、スロースタートアルゴリズム
を実行する。この場合、ネットワーク内の輻輳緩和のた
めに、エンドシステムのＴＣＰモジュールは、データ送
信量を最悪の場合、一旦零にしてから徐々に送信量を上
げていくため、仮にその時点でネットワークが輻輳状態
ではないとしても、あるいは別に輻輳状態ではない経路
があっても、送信元でデータ量を減らしてしまい、しか
も動的に別経路でデータを送信する仕組みがＴＣＰ(Ｔ
ｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏ
ｃｏｌ)にもネットワーク側にも無いため、結果として
効率的通信は行えないことになる。

【０００６】また、最近のＩＰデータの利用のされ方と
して動画や音声などのマルチメディアストリーミングが
あり、普及し始めている。映像データや音声データなど
は比較的データ量が多く、また長時間連続的に流される
ことが多く、経路が長時間に渡り輻輳状態になることが
考えられ、他のデータ通信に悪影響を及ぼす可能性が高
い。また逆に、このようなマルチメディアデータはＵＤ
Ｐ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）
が使用されることが多く、ＵＤＰにはＴＣＰのような再
送機能やスロースタートなどの機能が無いため、輻輳状
態のネットワークを通過する際に大量のデータが廃棄さ
れてしまう可能性がある。

【０００７】これらの問題を解決するには、ネットワー
ク内で比較的空いている、あるいは輻輳状態になってい
ない経路を利用して、その他のデータパケットを伝送
(ルーティング)すればよいが、この技術が確立されてい
ないことも課題の1つである。

【０００８】また、従来技術では、ネットワーク部分に
おける、輻輳経路を回避した経路制御技術は確立されて
いないため、他に輻輳状態では無い経路が存在していた
としても、通常の最短経路でデータが伝送(ルーティン
グ)されるため、ネットワーク全体の効率的な利用はで
きない。

【０００９】上記のように、エンドシステムに実装され
るＴＣＰ／ＩＰの輻輳制御機能だけでは、データ通信ト
ータルとして充分な輻輳制御は行えず、また空いている
経路に迂回させることもできず、効率的な通信は行えな
いのみならず、ネットワークの有効利用ができない。

【００１０】本発明は、上記のような問題点を解決し、
ネットワーク中継装置が輻輳制御を行うことにより、効
率的なネットワーク利用と通信を実現することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は、Ｉ
Ｐネットワーク内に配置されるネットワーク中継装置に
おいて、該ネットワーク中継装置が輻輳状態となったか
どうかを監視する輻輳監視部と、該輻輳監視部が輻輳状
態を検出した場合、該輻輳状態に関する輻輳情報を生成
して他の装置に通知する生成する輻輳情報生成部とを有
するネットワーク中継装置で解決される。

【００１２】ネットワーク中継装置で輻輳を監視し、輻
輳が発生した場合には他のネットワーク中継装置へ通知
することとしたため、効率的なネットワーク利用と通信
を実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の原理を説明するた
めの図である。

【００１４】図１は、以下に述べる構成のシステムを示
す。ネットワーク（Ａ）１１２、ネットワーク（Ｂ）１
１４、ネットワーク（Ｃ）１１７及びネットワーク
（Ｄ）１１６はネットワーク中継装置(ルータ)１０１、
１０９、１１０、１１１、１１３、１１５を介して図示
の通り接続されている。各ネットワークはＩＰネットワ
ークである。

【００１５】このようなシステムにおいて、ネットワー
ク１１４に接続されるクライアント群１０４が送信する
データ１０５により、ネットワーク中継装置１０１のイ
ンターフェース部１０７が輻輳状態になったとする。こ
の時、ネットワーク中継装置１０１は他のネットワーク
中継装置に輻輳状態であることを伝えるため、輻輳情報
データ１０６を送信する。例えば、ネットワーク１１２
のコンピュータがデータ送信ホスト１０２となり、ネッ
トワーク１１７に接続されているコンピュータ（データ
受信ホスト）１０３にデータを送信しようとした場合を
考える。通常、中継するネットワーク中継装置の数が最
も少ないルートが選択される。従って、通常状態であれ
ば、データ送信ホスト１０２が繋がるネットワーク中継
装置１０９は、ネットワーク中継装置１０１を有するル
ートを選択する。

【００１６】ところが、ネットワーク中継装置１０９は
前記通知により、ネットワーク中継装置１０１のインタ
フェース１０７が輻輳状態なので、最短経路ではないが
輻輳が発生していない経路１０８を選択する。ネットワ
ーク中継装置１０１はネットワーク中継装置１１０に送
信データをルーティングする。これにより、効率的なデ
ータ転送と、ネットワークの効率的な利用を実現でき
る。

【００１７】上記の場合、他に最短経路があれば、それ
を選択する。最短経路に代わるルートを選択する場合に
は、次にネットワーク中継装置の数が少ないルートを選
択する。図１のシステム構成は一例であって、本発明は
他のどのようなＩＰネットワークをも含むものである。
ＩＰネットワークは、例えばイントラネット、インタネ
ット、ＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐ
ｒｏｖｉｄｅｒ）ネットワークである。輻輳状態インタ
フェース１０７は、ネットワーク中継装置１０１の入力
インタフェースであっても良いし、出力インタフェース
であっても良い。また、入力インタフェースと出力イン
タフェースとの間の任意の箇所であっても良い。ネット
ワーク中継装置１０１以外の各ネットワーク又は一部の
ネットワークは、上述したネットワーク中継装置１０１
の輻輳制御と同じ輻輳制御を行える。また、ネットワー
ク中継装置は、他のネットワーク装置内に組み込まれて
いるものであっても良く、単独であってもよい。

【００１８】図２は、図１に示す各ネットワーク中継装
置の構成であって、上記輻輳制御に関係する要素を図示
したブロック図である。便宜上、図２に示すネットワー
ク中継装置を参照番号２０１で示す。他のネットワーク
中継装置も同様の構成である。図２（Ａ）は輻輳検出と
他のネットワーク装置への通知を実行するための機能ブ
ロック図、図２（Ｂ）は他のネットワーク中継装置から
受信した輻輳情報を処理するための機能ブロック図を示
す。図２は説明を分り易くするために、同一部分があた
かも別の要素のように図示してある。これに対し、図２
（Ａ）、（Ｂ）をまとめると、ネットワーク中継装置２
０１は後述する図４の構成となる。

【００１９】ネットワーク中継装置２０１は、受信ポー
ト２０２、送信ポート２０３、入力キュー（バッファ）
２０４、輻輳監視部２０５、輻輳情報パケット生成部２
０６、ルーティングテーブル２０７、転送機能部２０
８、輻輳状態データベース２１０及びパケット判別部２
１１を具備する。図２（Ａ）、（Ｂ）で重複して図示す
る要素は、受信ポート２０２、送信ポート２０３、ルー
ティングテーブル２０７及び転送機能部２０８である。

【００２０】なお、キューとは待ち行列を意味する。入
力キュー２０４はバッファを有し、これに入力されたパ
ケットを受取り、次の処理に送られるまでバッファ内に
保持する。

【００２１】図３は、本発明の機能を実現する場合のネ
ットワーク中継装置のルーティングテーブルを示す。参
照番号３０１は、通常状態のルーティングテーブルを示
す。また、参照番号３０２は、ネットワーク内のある経
路(ネットワーク内のある中継装置)に輻輳が発生した場
合に、その情報を受信し、それを元に更新されたネット
ワーク中継装置内のルーティングテーブルを示す。

【００２２】図1のネットワークにおいて、本発明によ
り輻輳を避けた経路制御が可能となるかを、図2のネッ
トワーク中継装置２０１の動作を含めて説明する。

【００２３】まず、図1のネットワークの状態が、クラ
イアント群１０４の送信するデータによってネットワー
ク中継装置１０１のインターフェース１０７が輻輳状
態、すなわちネットワーク中継装置１０１の存在する経
路が輻輳状態であるとする。

【００２４】この時、ネットワーク中継装置１０１は、
図２（Ａ）において、入力キュー２０４の状態を輻輳監
視部２０５で監視することでインターフェース(受信ポ
ート)２０２が輻輳状態であることを検出する。この情
報を輻輳情報パケット生成部２０６に伝達して輻輳情報
を他のネットワーク中継装置に通知するためのパケット
を生成、輻輳情報データを輻輳情報パケット２０９とし
て、ネットワーク中継装置の送信ポートから送信してネ
ットワーク内のネットワーク中継装置に通知する。

【００２５】ネットワーク内の各中継装置は、受信パケ
ットをパケット判別部２１１で輻輳情報データかどうか
を判断し、そうであれば輻輳状態データベース２１０に
輻輳情報を記録し、ルーティングテーブル２０７を書き
換える指示を出す。以上により、ネットワーク中継装置
１０１が存在する経路が輻輳状態であることを知り、ル
ーティングテーブルを図３の３０１から３０２のように
更新する。通常状態のルーティングテーブル３０１で
は、次段のネットワーク中継装置は１０１であったが、
輻輳情報受信後のルーティングテーブル３０２ではネッ
トワーク中継装置１１０が次段に指定される。これによ
り、他の通信、例えば送信データ１０８はこの輻輳状態
にあり、パケット廃棄や通信の遅延が生じるこの経路を
使用しないことになる。すなわちデータ送信ホスト１０
２の送信するデータ１０８は、最短経路だが輻輳状態に
ある経路ではなく、輻輳していないネットワーク中継装
置１１０、１１１が存在する経路によって伝送(ルーテ
ィング)されることで、不要なパケット廃棄やそれによ
って生じる通信の遅延を経験することがなくなる。

【００２６】次に、本発明の実施の形態を説明する。以
下に説明する本発明の実施の形態は、ネットワークのル
ーティングプロトコルとして、ＩＳＰ(インターネット
サービスプロバイダ)などの比較的大きなネットワーク
で使用され、各ネットワーク中継装置がネットワーク全
体のトポロジを把握するＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒ
ｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）を使用している場合
について述べる。もちろんその他のＲＩＰ（Ｒｏｕｔｉ
ｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）な
どのルーティングプロトコルを使用している場合にも適
用可能である。

【００２７】図４は、本発明の第１の実施の形態による
ネットワーク中継装置２０１の構成を示すブロック図で
ある。同図において、図２に示す構成要素と同一部分に
は同一の参照番号を付けてある。図２に図示していない
構成要素として、タイマ２１２が輻輳監視部２０５に接
続されている。ネットワーク中継装置２０１は、３つの
インタフェース２１１、２２２及び２２３を有する。イ
ンタフェース２１１は受信ポート２０２と送信ポート２
０３を有する。インタフェース２２２、２２３も同様に
受信ポートと送信ポートを有する。

【００２８】図４に示す構成のネットワーク中継装置２
０１は、インタフェースの入力キューの状態を監視す
る。インタフェース２２１には入力キュー２０４が接続
されており、輻輳監視部２０５は入力キュー２０４の状
態を監視する。図示を省略してあるが、インタフェース
２２２、２２３にもそれぞれ同様に入力キュー、輻輳監
視部２０５、輻輳情報パケット生成部２０６、タイマ２
１２が設けられている。

【００２９】ネットワーク中継装置２０１は、輻輳監視
部２０５にてインターフェース２１１の入力キュー２０
４の状態を監視する。輻輳監視部２０５で入力キュー２
０４の輻輳状態を検出した場合、輻輳情報パケット生成
部２０６に指示する。この指示を受けた輻輳情報パケッ
ト生成部２０６は、輻輳状態にあるインターフェース２
２１が接続するネットワークアドレスを他のネットワー
ク中継装置に通知するための輻輳情報データパケットを
生成し、インタフェース２２２、２２３の各送信ポート
から送信する。

【００３０】輻輳状態であるか否かを判断する基準とし
て、入力データにより入力キュー２０４が溢れてパケッ
ト廃棄が発生し始めた時点で輻輳状態と判断する方法が
あり、これを図５に示す。伝送路２３０を通って伝送さ
れてきた入力パケットは、受信ポート２０２を通り入力
キュー２０４に一旦保持される。輻輳監視部２０５は、
入力キュー２０４が溢れてパケット廃棄が発生し始めた
かどうかを監視する。パケット廃棄の発生を検出する
と、輻輳監視部２０５は輻輳状態の発生を輻輳情報パケ
ット生成部２０６に通知する。

【００３１】図５に示す方法とは別に、図６に示すよう
に、入力キュー２０４のキュー長に対して例えば８０％
のデータが蓄積された時点を輻輳監視部２０５に設定し
ておき、この状態になった場合を輻輳状態と判断するこ
ととしても良い。

【００３２】図５に示す方法では、完全な輻輳状態とな
ってからの判断であり、それに続くパケットは廃棄され
るが、ネットワーク中継装置２０１の資源(ここでは入
力キュー２０４)を１００％使用できる。一方図６に示
す方法は、例えば８０％で輻輳状態と判断するため、残
りの２０％のキューが未使用になる可能性がある。しか
し、輻輳状態を早めに判断して、他のデータトラフィッ
クが廃棄される機会を減らすことができるという利点が
ある。

【００３３】ネットワーク中継装置２０１は、ある入力
インターフェース（上述の例では、インタフェース２２
１）が輻輳状態になってことを検出した場合において、
対象となるネットワーク範囲が図1のような小規模の場
合は、隣接するネットワーク中継装置に輻輳状態である
ことを通知する。

【００３４】前述したように、図1のネットワークにお
いて、クライアント群１０４の送信するデータによって
ネットワーク中継装置１０１のインターフェース１０７
が輻輳状態、すなわちネットワーク中継装置１０１の存
在する経路が輻輳状態であるとする。この時、ネットワ
ーク中継装置１０１は、送信ポートから輻輳情報データ
１０６をパケットとして送信し、隣接するネットワーク
中継装置１０９、１１０、１１３、１１５に輻輳状態で
あることを通知する。

【００３５】図７に、輻輳情報データ１０６のパケット
のフォーマットの一例を示す。一例として、これを受信
したネットワーク中継装置１０９は、通常状態のルーテ
ィングテーブル３０１は図３に示す状態であり、最短経
路でルーティングを行う。これに対し、輻輳情報の受信
後は、ネットワーク中継装置１０１が輻輳状態にあるこ
とを把握し、ルーティングテーブルを図３のルーティン
グテーブル３０２の通り書き換える。これにより、輻輳
状態である経路を避けてパケットを中継することができ
る。この方法は、例えば、ネットワークの信頼性確保の
ために比較的少数のネットワーク間の接続にそれぞれ2
つの経路を設けた場合に、通常、片方の経路をバックア
ップをしているケースが多いが、両方を使用すること
で、ネットワークを効率的に利用すると共に、新たにデ
ータパケットを中継する際に輻輳の少ない経路を使用す
ることで、パケット廃棄などの発生機会を少なくして良
好な通信を提供する場合などに利用できる。また、この
時、輻輳情報パケットは、そのネットワーク中継装置に
直接接続する各ネットワーク中継装置宛てに、例えばあ
るインターフェースに接続しているネットワーク内部か
ら外へ出て行かないリミテッドブローキャストや、ＴＴ
Ｌ(Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｌｉｖｅ：ＩＰヘッダ内で、パケ
ットの寿命を示す値)を1にした特定のマルチキャストに
より送信することで実施すると、1つのパケット送信で
すべてのネットワーク中継装置に受信されるため、効率
が良い。

【００３６】図７に示す輻輳情報パケットのフレームフ
ォーマットにおいて、輻輳しているか否かを示すために
は、ＭＡＣヘッダに続くＩＰヘッダの次に設けられてい
る輻輳情報の先頭の例えば2ビット使用して「０１；輻
輳／１０；輻輳の解消」とすればよい。またパケットに
対象となるインターフェースが接続するネットワークの
アドレスを情報として含める。輻輳情報パケットである
かそれ以外のパケットであるかは、例えば一例として、
図１９に示すＩＰＶ４ヘッダ、図２０い示すＩＰｖ６ヘ
ッダで、現在未使用になっている「ＩＰｖ４のＴｙｐｅ
ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅフィールド、ＩＰｖ６のＴｒａ
ｆｆｉｃ Ｃｌａｓｓフィールドの後ろ2ビット」に値
を設定する、あるいはＩＰｖ４の場合は「Ｐｒｏｔｏｃ
ｏｌ」フィールドに現在使用されている以外の値を設定
するなどで判別すればよい。「Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」フィ
ールドは、そのＩＰパケットが何であるか、言い換える
と何を運んでいるかを示すＩＤ番号で、例えばＩＣＭＰ
(Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ
Ｐｒｏｔｏｃｏｌ)は「２」、ＴＣＰ「６」などと決
まっている。これらの値は、インターネット技術の標準
化団体ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）が発行する文書である
ＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｎｔｓ）
の１７００番などに記述されている。

【００３７】また、図8に示すような、例えば企業ＩＰ
ネットワークや、ＩＳＰのＩＰネットワーク、あるいは
キャリアのＩＰサービス用のネットワークなど、これら
比較的広範囲のネットワーク全体で輻輳回避経路制御を
行うには、ネットワーク全体に輻輳情報パケットを配布
する必要がある。以下、このような場合について述べ
る。

【００３８】各ネットワーク中継装置における輻輳状態
監視、検出、輻輳情報パケット生成の方法は上述の通り
である。異なるのはパケットを隣接したネットワーク中
継装置だけでなく、ネットワーク内の各中継装置に配信
し、輻輳情報を伝えることである。この場合は、あるネ
ットワーク中継装置が生成した輻輳情報パケットをホッ
プバイホップで送信すれば良い。つまり、あるインター
フェースから送信し、次に受信したネットワーク中継装
置は受信した以外の全てのインターフェースから転送
(送信)する。もし、あるインターフェースで同一内容の
輻輳情報パケットを受信していたら、その先のネットワ
ーク中継装置は既に情報を持っていることが分かるか
ら、そのインターフェースへは送信しない。以上によ
り、ネットワーク内の各中継装置に輻輳している場所が
伝達される。またこの時、他のデータパケットと一緒に
入力キューに入れられ、廃棄されてしまい、輻輳情報が
すぐに伝達されないことを避けるため、ネットワーク中
継装置のパケット判別部で輻輳情報パケットであるか否
かを判別し、輻輳情報パケットであれば入力キューに入
れずにすぐに輻輳情報データベースに送る。

【００３９】また、図８のネットワーク内部の各ネット
ワーク中継装置は、図９に示すトポロジデータベースを
持っている。これは、どのネットワーク中継装置がどの
ネットワークに接続しているかを示すものである。例え
ば、ＯＳＰＦなどのルーティングプロトコルを使用して
いる場合に各ネットワーク中継装置が保持している。こ
のトポロジデータベースからルーティングテーブルが作
成される。

【００４０】ここで、トポロジデータベースを使用する
と、ネットワーク内の各ネットワーク中継装置は、図１
０に示すような、あるネットワークから別のネットワー
クまでの全ての経路を知ることができる。例えば、図１
０は図８のネットワークのネットワーク１からネットワ
ーク７への経路の例を示している。

【００４１】ここで、図８のネットワークでどのように
輻輳回避経路制御を行うかを、図１３を参照して以下に
説明する。

【００４２】ネットワーク１４からネットワーク１３へ
のデータ通信が大量に行われており、ネットワーク５が
輻輳状態であるとする。例えば、ネットワーク１４は広
帯域だがネットワーク５や１３はそれより狭帯域である
場合や、他のネットワークからネットワーク５を通過す
るデータトラフィックがネットワーク１４からのもの以
外にも比較的大量に存在する場合などである。

【００４３】また、図１０の経路の使用優先順として
は、まず通過するネットワーク中継装置の段数が少ない
順、段数が同じ場合はルータ番号の若い順、あるいは経
路に関係ないがあるネットワーク中継装置が接続するネ
ットワークのいくつかが輻輳状態の場合は、そのネット
ワーク中継装置の処理負荷が高いことが予測されるの
で、そのネットワーク中継装置が存在する経路の優先順
は下げる、などというように、ネットワーク内で統一し
ておけば良い。もちろん、輻輳状態にあるネットワーク
を通過する経路は使用対象からは省かれる。

【００４４】またトポロジデータベースはＯＳＰＦによ
り作成されるものを流用しても良いし、輻輳状態データ
ベース２１０内に専用に持っても良い。また、図１０の
経路一覧は、輻輳状態データベース内に専用に持って
も、輻輳情報パケットを受信した時点でトポロジデータ
ベースを更新し、それを基にルーティングテーブルを直
接更新するようにしてもよい。

【００４５】この時、ルータ５は、ネットワーク５に接
続するその入力インターフェースの輻輳状態を輻輳状態
監視部２０５で図５又は図６を参照して説明した方法に
より認識する。輻輳情報パケット生成部２０６にて輻輳
情報パケットを生成し、これを各出力インターフェース
から送信する。これを各ネットワーク中継装置が上記に
述べた方法で次々に伝達していき(ホップバイホップ)、
ネットワーク内の各中継装置に、ネットワーク５が輻輳
状態であることが情報として伝わる。これを受信した各
ネットワーク中継装置は、トポロジデータベースを図１
１のように更新し、ネットワーク５が輻輳状態であるこ
とを示す。これを基に、図１２に示す経路一覧のうち、
経路番号1の経路を使用しないようにディセーブル（ｄ
ｉｓａｂｌｅ）とするため、例えばルータ１では、輻輳
状態データベース２１０から指示を出し、ルーティング
テーブルを図１４のように書き換える。

【００４６】この時、ネットワーク１のデータ端末から
ネットワーク７へのデータトラフィックが発生したとす
る。この場合、各ネットワーク中継装置のネットワーク
１からネットワーク７への経路表は図１２のようになっ
ており、ネットワーク５(ネットワーク中継装置５)が存
在しない(使用しない)という状態になっている。したが
って、２番目のネットワーク５もルータ5も通過しな
い、その次の最短経路２が各ネットワーク中継装置で選
択される。したがって、ネットワーク1からネットワー
ク7へのデータトラフィックは、輻輳状態にあるネット
ワーク5を通過することなく、経路２を使用して伝送(ル
ーティング)されることで、パケット廃棄の発生を防
ぎ、良好な通信品質や応答を得ることができる。

【００４７】また、ルーティングプロトコルとしてＲＩ
Ｐを使用しているネットワークは比較的小さなネットワ
ークであり、本発明のような輻輳経路回避手段は必要な
い場合がある。またＲＩＰはＯＳＰＦと異なり、どのネ
ットワーク中継装置にどのネットワークが接続している
かというネットワークのトポロジの情報を各ネットワー
ク中継装置が持つことはなく、あるパケットを転送(ル
ーティング)する際に次のネットワーク中継装置のアド
レスを把握しているだけである。しかしこの場合も、自
分がどのネットワークに接続しているかという情報を各
ネットワーク中継装置が送信し、全てのネットワーク中
継装置がトポロジを把握できれば良い。これは例えば、
図１５のような情報を含めたパケットを使用することで
実現できる。すなわち、ネットワーク中継装置を識別す
るルータＩＤと接続しているネットワークアドレスを含
めたパケットを使用すればよい。ルータＩＤは例えば、
ランダムな一意の数を用いればよい。

【００４８】またＲＩＰを使用しているネットワーク内
の各ネットワーク中継装置は、図１０のトポロジデータ
ベースと図１１に示す経路表を輻輳状態データベース内
に持つ必要がある。これらの情報と受信した輻輳情報パ
ケットの内容を元に、ルーティングテーブルを更新する
ことで輻輳経路回避が実現できる。

【００４９】例えば、全てのデータトラフィックを別経
路で送信してしたら、今まで輻輳状態だった経路が全く
使用されなくなる可能性があるので、輻輳を回避した別
経路を使用するための条件を設ける必要がある。あるい
は、特定条件のトラフィックだけ別経路を使用させるこ
とで、よりネットワークを効率的に使用することができ
る。

【００５０】これは、図７の輻輳情報パケットに輻輳回
避経路を使用しないトラフィックの条件を含めてネット
ワーク内に通知することで実現する。例えば、現在輻輳
中の入力キューに入っているトラフィックはこれまでと
同じ経路で中継(ルーティング)するために、輻輳状態監
視部で各パケットの送信元アドレスや送信先アドレス、
図１９や図２０に示すＩＰヘッダ中の例えばプロトコル
ＩＤやトラフィッククラス値、ネクストヘッダ値などを
条件として収集し、輻輳情報パケット生成部２０６に送
り、輻輳情報パケットに含める。これを受信した各ネッ
トワーク機器は、その条件に従ったパケットは輻輳状態
の経路宛てに転送(ルーティング)する。この条件は例え
ば図１２の経路一覧に例外条件として記録しておき、さ
らに図１４の１４０２に示すようにルーティングテーブ
ル２０７に指示を出し記録させ、条件に当てはまるもの
は通常の経路に転送する。

【００５１】また、例えば負荷分散の目的で、あるユー
ザ(送信元ＩＰアドレスなどで判断)や特定のサブネット
ワークからのパケット、あるいは特定条件(送信元ＩＰ
アドレスやあて先ＩＰアドレス、プロトコル番号やポー
ト番号、ネットワーク中継装置のインターフェースな
ど)のパケットは経路制御せずにそのままルーティング
するなど、事前に設定しておいてもよい。

【００５２】上記図１、図8のネットワークの例で、デ
ータパケットの宛先へ到達する経路一覧がすべて輻輳状
態を示していたら、通常通りに最短経路で通常のルーテ
ィングを行うことが効率的であるため、最短経路へ向け
てルーティングする。この場合、ルーティングテーブル
の書き換えは行わないか、輻輳情報によって書き換えら
れていた場合は全ての経路が輻輳状態を示した時点で元
の通常状態に戻す。

【００５３】また、パケットの宛先へ到達する経路がす
べて輻輳状態を示していたら、エンドシステムに早くネ
ットワークが輻輳状態であることを伝えて、例えばエン
ドシステムに実装されているのＴＣＰの輻輳制御機能
(送信データに対するＡＣＫが返送されないなどで輻輳
を検出したら、一旦送信データ量を急激に減少させてか
ら徐々に送信量を上げていく、スロースタートアルゴリ
ズムなど)を利用してパケットの送信量を減少させて輻
輳を早期解消するために、パケットを廃棄する。これは
例えば、図1のネットワークにおいて、データ送信ホス
ト１０２がデータ受信ホスト１０３にデータを送信し始
めた時、他からのデータトラフィックによって、ネット
ワーク中継装置１０１の存在する経路と、ネットワーク
中継装置１１０と１１１が存在する経路の両方が輻輳状
態であった場合、さらにデータを送信して輻輳状態が継
続することを避け、また、データ送信ホスト１０２に輻
輳状態を通知して送信データ量を減少させるために、ネ
ットワーク中継装置１０９はデータ送信ホスト１０２が
送信し始めたパケットを先に転送せずに廃棄するという
ことである。これにより、ネットワーク内の輻輳状態の
緩和が早まると共に、データ送信ホストは無駄なデータ
トラフィックを送信する機会を減らすことができる。

【００５４】輻輳情報は、入力キューの状態だけではな
く、輻輳の発生頻度も利用することが出来る。例えば、
入力キューでのパケット廃棄があるタイマ２１２に設定
された時間内に、輻輳監視部に設定された回数だけ輻輳
状態が発生したら、輻輳する頻度が高いインターフェー
ス(経路)とする。これは例えば、1分毎に何度発生する
かを監視し、1時間あたりの平均回数を記録すると共
に、例えば「(１０回／1分)以上」を「輻輳頻発経路」
として、隣接するネットワーク中継装置に送信、あるい
はある範囲のネットワーク内に通知し、例えばネットワ
ーク５がそうであれば、図１１のようなトポロジデータ
ベースに変更して、それを基に各ネットワーク中継装置
がルーティングテーブルを書き換え、前述したようにし
て輻輳回避経路制御処理を行う。

【００５５】また、輻輳監視部２０５にてインターフェ
ースの入力キュー２０４の状態を監視し、設定されてい
た輻輳状態ではなくなった場合、その情報を持つ輻輳情
報パケットを隣接するネットワーク中継装置又はある一
定のネットワーク範囲のネットワーク中継装置すべてに
送信する。この場合、上に述べたように、図７のパケッ
トを使用し、例えば２ビット使用して「０１；輻輳／１
０；輻輳の解消」のうち、輻輳の解消を示す「１０」を
設定したパケットを使用すればよい。

【００５６】それを受信した各ネットワーク中継装置
は、輻輳情報データベース２１０を更新(輻輳情報を削
除)しトポロジデータベースを元に戻すとともに、ルー
ティングテーブル２０７を書き替えて、今まで輻輳状態
であった経路も使用可能とする。すなわち、図３の通常
状態のルーティングテーブル３０１や、図９、図１４の
ルーティングテーブル１４０１の状態に戻すことで、輻
輳が存在しない通常状態に戻し、それに従ってパケット
のルーティングを行う。また同時に、前述したパケット
廃棄、つまり最短経路ではないがその他にデータの宛先
への経路があるが、その経路にも輻輳状態のネットワー
ク中継装置のインタフェース（経路）がある場合にパケ
ットを破棄していた処理も中止する。

【００５７】次に、本は発明の第２の実施の形態を説明
する。

【００５８】図１６は、本発明の第２の実施の形態によ
るネットワーク中継装置３０１の構成を示すブロック図
である。図中、図４に示す構成要素と同一のものには同
一の参照番号を付してある。図示するネットワーク中継
装置３０１は出力キュー２４０を監視して輻輳回避を行
う構成である。この場合は、ルータのあらゆる入力イン
ターフェース(接続ネットワーク)２２１、２２２、２２
３から入力され、ある特定の出口(図１６の場合、イン
ターフェース２２１の送信ポート２０３)から送信され
得るパケットの総量の輻輳状態を監視することになる。
本発明の第１の実施の形態における入力キュー２０４の
監視では、キュー長を超えたパケットは廃棄されてしま
うが、出力キュー２４０での監視はその出力インターフ
ェースから送信されるべきパケットの総量であるので、
廃棄率を減少させることができる。入力キューでの監視
では、ある１つの入力キューにトラフィックが集中して
パケットが破棄されてしまうにもかかわらず、出力キュ
ーでのトラフィックは十分余裕がある状況が発生する可
能性がある。これに対し、出力キューを監視すること
で、このような状況の発生を防ぐことができる。

【００５９】以上、ネットワークにおいて輻輳を回避し
た経路制御を行う２つの実施の形態を説明した。本発明
のネットワーク中継装置を使用することで、輻輳回避に
よってパケットの廃棄率を減少することで、結果として
良好な通信品質やレスポンスを提供するというサービス
に利用できる。

【００６０】図１７に示すように、インターネットサー
ビスプロバイダなどのネットワークにおいて、本発明の
機能を実装したネットワーク中継装置を配置する。これ
により提供される輻輳回避経路制御によって、輻輳経路
を回避してパケットの低廃棄率を実現することにより良
好なレスポンスを提供する個人ユーザや企業ユーザに
は、通常の契約者の課金より高額の課金を行うなどのビ
ジネスモデルを設計し、バラエティに富んだサービスの
提供が可能であり、ビジネス拡大の手段とすることがで
きる。

【００６１】図１７において、企業ユーザ1がＩＳＰと
輻輳回避サービス(廃棄率一定以下を保証、この例では
５％以下とする)を契約したユーザ、企業ユーザ2が通常
の接続サービスで契約したユーザとする。この時、企業
ユーザ3がＷｅｂサーバや動画配信サーバ、ファイルサ
ーバなどが設置されたデータセンタ間とで比較的大量の
データ通信を行っていたとし、そのうちの経路1が輻輳
状態になっていたとする。企業ユーザ1と企業ユーザ2が
インターネットと通信しようとする際、通常は経路1を
含む経路で通信することになる。この時、企業ユーザ2
は通常のサービス契約なので、輻輳状態の経路1を含む
経路で通信することになり(データ2)、パケットの廃棄
率は高くなり、結果として良好な通信レスポンスは得ら
れないが、一方の輻輳回避サービスを契約した企業ユー
ザ1は、輻輳回避経路を使用することにより(データ1)、
パケットの廃棄率を低くできることで、良好なレスポン
スが得られる。

【００６２】企業ユーザ1が接続する初段のネットワー
ク中継装置で、企業ユーザ1から送信するパケットの総
数(入力パケット数)を統計情報として計測するととも
に、ＩＳＰのネットワークから出て行くパケットの総数
を各エッジルータ(ＩＳＰから出て行く位置に存在する
ネットワーク中継装置)で統計情報として計測し、それ
らを合計することでＩＳＰネットワークを出て行ったパ
ケットの総数(出力パケット数)を計算する。つまり、
（１−<出力パケット数>×１００／<入力パケット数>＝
<パケット廃棄率％>）が成り立つ。この値を、顧客管理
や課金計算、サーバ／ネットワークメンテナンスなどを
行うＩＳＰのネットワーク管理センタで、例えば1ヶ月
ごとに収集し、この値に応じて料金体系を設定するか、
あるいは契約廃棄率を守れなかった場合、その高低に応
じて料金の一部をＩＳＰがユーザに返却する。例えば、 低廃棄率：廃棄率=5%以下、返却料金=0、1ヶ月単位集計
／決済 中廃棄率：廃棄率=10%以下、返却料金=契約料金×1%、1
ヶ月単位集計／決済 高廃棄率：廃棄率=10%以上、返却料金=契約料金×5%、1
ヶ月単位集計／決済 のようなサービスなどが考えられる。

【００６３】ＩＳＰの提供する輻輳回避サービス／廃棄
率一定値以下保証サービスを契約する際のユーザとＩＳ
Ｐ間の課金の流れ、サービス提供の流れを図１８に示
す。

【００６４】以上説明したように、本発明によれば、イ
ンターネット、イントラネット、キャリアのIPサービス
網などのIPネットワークにおいて、ネットワークの機能
として、今後のデータ通信ネットワークに重要な機能で
ある輻輳制御機能、輻輳回避経路制御機能を提供でき、
効率的な通信やネットワーク資源の有効利用を実現する
ものであり、今後のデータ通信の更なる発展に貢献する
ものである。

【００６５】また、特にキャリアやＩＳＰのＩＰ接続サ
ービスやＩＰ専用線サービス（ＩＰ−ＶＰＮサービス）
が提供されているが、本発明の方式を導入してネットワ
ーク経路に最適なものを選択した通信を提供し、またネ
ットワークの効率的利用により、顧客のＩＰトラフィッ
クに対する「低遅延／低廃棄率／高信頼通信サービス」
といった顧客向けサービスを提供することも可能にす
る。また、ユーザ毎に契約内容を変え、やや高額の契約
料である「低遅延／低廃棄率／高信頼通信サービス」の
契約者のパケットならば本発明の輻輳回避経路制御機能
を使用してネットワーク内でのパケット廃棄率を低減
し、結果として快適なレスポンスを提供するという、ビ
ジネス方法を生み出すことができる。

【００６６】以下に、本発明の主たる特徴をまとめて示
す。

【００６７】（付記１）ＩＰネットワーク内に配置され
るネットワーク中継装置において、該ネットワーク中継
装置が輻輳状態となったかどうかを監視する輻輳監視部
と、該輻輳監視部が輻輳状態を検出した場合、該輻輳状
態に関する輻輳情報を生成して他の装置に通知する生成
する輻輳情報生成部とを有することを特徴とするネット
ワーク中継装置。

【００６８】（付記２）前記ネットワーク中継装置は更
に、入力パケットをルーティングするための情報を格納
するルーティングテーブルと、他の装置から輻輳情報を
受信するとルーティングテーブルを更新する手段とを有
することを特徴とする付記１記載のネットワーク中継装
置。

【００６９】（付記３）前記輻輳監視部は、入力キュー
が溢れ、パケットが廃棄され始める時点を輻輳状態とし
て監視する付記１又は２記載のネットワーク中継装置。

【００７０】（付記４）前記輻輳監視部は、入力キュー
に入っているパケットが、ある一定のキュー長を超えた
場合を輻輳状態として監視する付記１又は２記載のネッ
トワーク中継装置。

【００７１】(付記５) 前記輻輳情報生成部が生成した
輻輳情報は、当該ネットワーク中継装置に隣接するネッ
トワーク中継装置に通知される付記１ないし４のいずれ
かに記載のネットワーク中継装置。

【００７２】(付記６) 前記輻輳情報生成部が生成した
輻輳情報は、ある一定のネットワーク範囲内にあるすべ
てのネットワーク中継装置に通知される付記１ないし４
のいずれかに記載のネットワーク中継装置。

【００７３】(付記７)前記ネットワーク中継装置は、他
のネットワーク中継装置から輻輳情報を受信すると、他
の中継可能な経路にパケットを中継する付記１ないし６
のいずれかに記載のネットワーク中継装置。

【００７４】（付記８）前記ネットワーク中継装置は、
入力パケットに応じて輻輳を迂回する経路を使用するか
どうかを判断する付記１ないし７のいずれかに記載のネ
ットワーク中継装置。

【００７５】(付記９)前記ネットワーク中継装置は、他
のネットワーク中継装置から輻輳情報を受信した場合に
おいて、迂回すべき経路上に輻輳状態のネットワーク中
継装置がある場合は元の経路でデータを送信する付記１
ないし６のいずれかに記載のネットワーク中継装置。

【００７６】(付記１０) 前記ネットワーク中継装置
は、他のネットワーク中継装置から輻輳情報を受信した
場合において、迂回すべき経路上に輻輳状態のネットワ
ーク中継装置がある場合はパケットを廃棄する付記１な
いし６のいずれかに記載のネットワーク中継装置。

【００７７】（付記１１）輻輳状態の発生頻度を輻輳情
報として監視する付記１ないし１０のいずれかに記載の
ネットワーク中継装置。

【００７８】（付記１２）輻輳発生頻度を輻輳情報とし
て他のネットワーク中継装置に通知すると共に、輻輳情
報を他のネットワーク中継装置から受信した場合には、
その情報を基に輻輳頻度の一番少ない経路にパケットを
送信する付記１ないし１０のいずれかに記載のネットワ
ーク中継装置。

【００７９】（付記１３）監視していた輻輳状態が回復
した場合、他のネットワーク中継装置へ通知済みの輻輳
情報を解除するために、輻輳状態回復を通知する付記１
ないし１２のいずれかに記載のネットワーク中継装置。

【００８０】（付記１４）前記輻輳監視部は、当該ネッ
トワーク中継装置の入力インタフェース又は出力インタ
フェースの輻輳状態を監視する付記１ないし１３のいず
れかに記載のネットワーク中継装置。

【００８１】（付記１５）付記１から１４に記載のネッ
トワーク中継装置で構成される輻輳回避機能を持つネッ
トワークにより提供される輻輳回避経路制御によって、
対象ネットワークでのパケット廃棄率を一定値以下とす
るサービス、あるいは、対象ネットワーク内でのパケッ
ト廃棄率測定し、それを基準に料金体系を設定する方
法。

【００８２】（付記１６）ＩＰネットワーク内でパケッ
トを中継する方法において、パケットの中継地点で輻輳
状態が発生したかどうかを監視し、輻輳状態を検出した
場合、該輻輳状態に関する輻輳情報を前記ＩＰネットワ
ークを介して他の中継地点に通知することを特徴とする
ネットワーク中継方法。

【００８３】（付記１７）前記ネットワーク中継方法は
更に、輻輳情報を受信すると、入力パケットをルーティ
ングするための情報を格納するルーティングテーブルを
更新することを特徴とする付記１６記載のネットワーク
中継方法。

【００８４】（付記１８）ＩＰネットワーク内に配置さ
れた複数のネットワーク中継装置を有するシステムにお
いて、各ネットワーク中継装置は、当該ネットワーク中
継装置が輻輳状態となったかどうかを監視する輻輳監視
部と、該輻輳監視部が輻輳状態を検出した場合、該輻輳
状態に関する輻輳情報を前記ＩＰネットワークを介して
他の装置に通知するためのパケットを生成する輻輳情報
生成部とを有することを特徴とするシステム。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ネットワーク中継装置が輻輳制御を行うことにより、効
率的なネットワーク利用と通信を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図である。

【図２】本発明のネットワーク中継装置の概念を示すブ
ロック図である。

【図３】図１に示すネットワーク中継装置のルーティン
グテーブルの一例を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態によるネットワーク
中継装置の一構成例を示すブロック図である。

【図５】入力キューでの廃棄監視の第１の方法を説明す
る図である。

【図６】入力キューでの廃棄監視の第２の方法を説明す
るための図である。

【図７】輻輳情報データパケットのフォーマットの一例
を示す図である。

【図８】本発明を適用したネットワーク形態の一例を示
す図である。

【図９】図８に示すネットワークトポロジデータベース
の一例を示す図である。

【図１０】図８に示すネットワークのネットワーク1か
らネットワーク7への経路一覧を示す図である。

【図１１】図８に示すのネットワークのネットワーク5
が輻輳時のトポロジデータベースを示す図である。

【図１２】図８に示すネットワークのネットワーク5が
輻輳時のネットワーク1からネットワーク7への経路一覧
を示す図である。

【図１３】本発明の輻輳回避経路制御を適用した通信の
一例を示す図である。

【図１４】図８に示すネットワークのネットワーク5が
輻輳時のルータ1のルーティングテーブルの一例を示す
図である。

【図１５】ＲＩＰ動作ネットワークでのトポロジ交換フ
レームの一例を示す図である。

【図１６】本発明の第２の実施の形態によるネットワー
ク中継装置の構成を示すブロック図である。

【図１７】本発明をＩＳＰ網などでのサービス提供へ適
用した場合の一例とビジネス方法を説明する図である。

【図１８】本発明により構成されたビジネス方法の課金
方法の一例を示す図である。

【図１９】ＩＰｖ４ヘッダを示す図である。

【図２０】ＩＰｖ６ヘッダを示す図である。

【図２１】ＴＣＰとスロースタートアルゴリズムを説明
するための図である。

【符号の説明】

２０１ ネットワーク中継装置 ２０２ 受信ポート ２０３ 送信ポート ２０４ 入力キュー ２０５ 輻輳監視部 ２０６ 輻輳情報パケット生成部 ２０７ ルーティングテーブル ２０８ 転送機能部 ２０９ 輻輳情報パケット ２１０ 輻輳状態データベース ２１１ パケット判定部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＩＰネットワーク内に配置されるネットワ
   ーク中継装置において、 該ネットワーク中継装置が輻輳状態となったかどうかを
   監視する輻輳監視部と、 該輻輳監視部が輻輳状態を検出した場合、該輻輳状態に
   関する輻輳情報を生成して他の装置に通知する生成する
   輻輳情報生成部とを有することを特徴とするネットワー
   ク中継装置。
2. 【請求項２】前記ネットワーク中継装置は更に、 入力パケットをルーティングするための情報を格納する
   ルーティングテーブルと、 他の装置から輻輳情報を受信するとルーティングテーブ
   ルを更新する手段とを有することを特徴とする請求項１
   記載のネットワーク中継装置。
3. 【請求項３】ＩＰネットワーク内でパケットを中継する
   方法において、 パケットの中継地点で輻輳状態が発生したかどうかを監
   視し、 輻輳状態を検出した場合、該輻輳状態に関する輻輳情報
   を前記ＩＰネットワークを介して他の中継地点に通知す
   ることを特徴とするネットワーク中継方法。
4. 【請求項４】前記ネットワーク中継方法は更に、 輻輳情報を受信すると、入力パケットをルーティングす
   るための情報を格納するルーティングテーブルを更新す
   ることを特徴とする請求項３記載のネットワーク中継方
   法。
5. 【請求項５】ＩＰネットワーク内に配置された複数のネ
   ットワーク中継装置を有するシステムにおいて、 各ネットワーク中継装置は、 当該ネットワーク中継装置が輻輳状態となったかどうか
   を監視する輻輳監視部と、 該輻輳監視部が輻輳状態を検出した場合、該輻輳状態に
   関する輻輳情報を前記ＩＰネットワークを介して他の装
   置に通知するためのパケットを生成する輻輳情報生成部
   とを有することを特徴とするシステム。