JP2009213043A - 輻輳回避方法、ネットワークノード、通信システム、および装置のプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】輻輳状態でメインCPUが処理能力の限界に達してしまっていても、ネットワークの経路切替を実現し、ネットワークとしての通信に影響を及ぼさないようにすることができるようにする。
【解決手段】監視対象値が予め定められた閾値を越えるか否かに基づいて自ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視手段を主制御部とは別個に備える。さらに、その監視手段により自ネットワークノードが輻輳状態であると判定された時、自ネットワークノードの状態通知を隣接ネットワークノードに送信する状態通知手段を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、輻輳状態であるかどうかを監視する機能を備えたネットワークノードにおける輻輳回避方法、ネットワークノード、通信システム、および装置のプログラムに関する。
一般に、ネットワークトラフィックについて、バーストトラフィックやDOS攻撃などによりトラフィックが急激に増加すると、ネットワーク内に配備されたネットワークノードの処理能力を超えてしまい、輻輳状態に陥ることがある。
ネットワークノードは、他のネットワークノードとのインタフェース部と、スイッチ/制御部とを備えて構成されており、制御部におけるメインCPUがネットワークノードの処理に関する制御を行い、ネットワークノード全体を管理している。
また、本発明の関連技術として、ネットワークにおける各ノードが、自ノードの中継バッファに輻輳が発生するとその旨の通知を出し、その中継バッファの輻輳が解消されるとその旨の通知を出す中継バッファ監視手段を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、本発明の関連技術として、呼制御処理装置が輻輳状態にあるか否かを呼制御輻輳監視手段が監視し、輻輳と判断した場合、IPルーチング部に通知を発行し、IPルーチング部でパケットをフィルタリングし、廃棄することで負荷を軽減させるようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。
また、本発明の関連技術として、自装置内の中央処理装置の使用率が所定値以上に高い輻輳状態の発生を監視し、輻輳が検出されると、受信した少なくとも一部のフレームを破棄するようにしたものがある(例えば、特許文献3参照)。
特開平6−276207号公報 特開平9−93341号公報 特開平10−233779号公報
上述のようなネットワークノードは、メインCPUの処理能力の限界に達するまで動作し続けるため、輻輳状態ではネットワークノードとしての通常処理が困難になる。そのため、ネットワークノードを経由する通信に関して、輻輳状態では十分な処理がなされないまま受信したパケットが廃棄される虞があり、通信に影響を及ぼす虞があった。
また、輻輳状態では、隣接するネットワークノードへ障害などの通知を出すことが処理能力的に困難になる。このため、隣接するネットワークノードから継続的にデータが転送されてしまい、更なる輻輳状態に陥る虞があった。
このような状態が続いてしまうと、ネットワークノードを経由する通信に対して長時間に渡って悪影響を及ぼす虞があった。また、ネットワークノードが停止状態に陥ることで、ネットワーク全体に影響を及ぼす虞があった。
また、上述した特許文献1のものは、各ノードが、自ノードの中継バッファでの輻輳発生を自ら通知するものであり、メインCPUが処理能力の限界に達している場合であっても、ネットワークとしての通信に影響を及ぼさないようにすることについてまで考慮されたものではなかった。
また、上述した特許文献2のものは、輻輳と判断した場合にIPルーチング部でパケットをフィルタリングして廃棄するものであり、ノードの状態を隣接ノードに通知してネットワークの経路切替を実現し、ネットワークとしての通信に影響を及ぼさないようにすることについてまで考慮されたものではなかった。
また、上述した特許文献3のものは、輻輳が検出されると、装置内部でフレームを破棄するものであり、メインCPUが処理能力の限界に達している場合であっても、ネットワークの経路切替を実現し、ネットワークとしての通信に影響を及ぼさないようにすることについてまで考慮されたものではなかった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、輻輳状態でメインCPUが処理能力の限界に達してしまっていても、ネットワークの経路切替を実現し、ネットワークとしての通信に影響を及ぼさないようにすることができる輻輳回避方法、ネットワークノード、通信システム、および装置のプログラムを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明に係る輻輳回避方法は、ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードにおける輻輳回避方法であって、主制御部とは別個に設けられた監視手段が、監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えるか否かに基づいて上記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視工程と、上記監視工程により上記ネットワークノードが輻輳状態であると判定された場合、該ネットワークノードの状態通知を当該ネットワークノードに接続された隣接ネットワークノードに送信する状態通知工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るネットワークノードは、ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードであって、監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えるか否かに基づいて上記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視手段を主制御部とは別個に備えると共に、上記監視手段により上記ネットワークノードが輻輳状態であると判定された時、該ネットワークノードの状態通知を当該ネットワークノードに接続された隣接ネットワークノードに送信する状態通知手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る通信システムは、上述した本発明に係るネットワークノードの複数がネットワークを介して接続されて構成されたことを特徴とする。
また、本発明に係るネットワークノードのプログラムは、ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードのプログラムであって、主制御部とは別個に設けられた監視手段が、監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えるか否かに基づいて上記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視処理と、上記監視処理により上記ネットワークノードが輻輳状態であると判定された場合、該ネットワークノードの状態通知を当該ネットワークノードに接続された隣接ネットワークノードに送信する状態通知処理と、を上記ネットワークノードのコンピュータに実行させることを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、輻輳状態で主制御部の処理能力が限界に達してしまっていても、ネットワークの経路切替を実現し、ネットワークとしての通信に影響を及ぼさないようにすることができる。
次に、本発明に係る輻輳回避方法、ネットワークノード、通信システム、および装置のプログラムを適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
まず、本実施形態の概略について説明する。
本実施形態は、図1に示すように、ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードについて、そのデータ送受信に関する主制御部などにおける監視対象値が予め定められた閾値(第1の閾値)を越えるか否かに基づいて、そのネットワークノード(自装置)が輻輳状態であるかどうかを監視する監視手段が主制御部とは別個に設けられて構成される。
また、上記の監視手段により自ネットワークノードが輻輳状態であると判定された時、ネットワークを介して接続された隣接ネットワークノードに、自ネットワークノードの状態通知を送信する状態通知手段を備える。
このように、本実施形態は、ネットワーク内に配備されるネットワークノードが、メインCPU(主制御部)の使用率とIF部に流れるパケット流量情報の監視、および隣接ネットワークノードに状態を通知することを目的としたエンジンを備える。そして、そのエンジンがメインCPUとは独立して動作することで、ネットワーク輻輳時における装置内輻輳を回避するという特徴を有するものである。
ネットワークノードは、インタフェース部とスイッチ/制御部から構成されている。そこで、インタフェース部に流れるパケットの流量情報の監視、およびメインCPUの使用率や障害情報などを監視し、隣接するネットワークノードに対して状態通知を可能にする輻輳監視エンジンをネットワークノードに搭載することで、ネットワークノードのメインCPUに依存せず、隣接ネットワークノードへの状態通知を可能とする。
こうして輻輳監視エンジンから隣接ネットワークノードへ状態通知を行うことにより、短時間でのネットワーク切替えを可能とし、サービスの継続を可能とする。
次に、本実施形態としての通信システムの構成について説明する。
図2は、本実施形態によりネットワーク輻輳時における装置内輻輳回避方法を実現するシステム構成を示すブロック図である。
本実施形態のネットワークノード1は、インタフェース部2内に輻輳監視エンジン6を備えることにより、ネットワークノード内に過負荷がかかった場合、インタフェース部2内のデータ流量情報、バッファ3、スイッチ/制御部7におけるメインCPU8といった監視対象を監視することを可能としている。輻輳監視エンジン6は、輻輳状態と判断した場合、メインCPU8の指示の有無に関わらず、独立して隣接ネットワークノード9に対して送信禁止の指示を出す。
輻輳監視エンジン6は、インタフェース部2内のバッファ3、フォワーディングエンジン4からのデータ流量情報、スイッチ/制御部7のメインCPU使用率といった監視対象値の情報を取得して監視する機能を持ち、メインCPU8とは独立して、隣接ネットワークノード9に対して状態通知を出すことを可能としたエンジンである。
本実施形態の通信システムは、上述のように構成されることにより、バーストトラフィックやDOS攻撃などによりトラフィックが急激に増加し、ネットワークノードが輻輳状態になった場合、輻輳監視エンジン6が、制御部におけるメインCPU8とは独立して動作し、隣接ネットワークノード9に対してネットワークノード内の状態を通知する。
輻輳監視エンジン6は、送受信されるデータの流量情報、インタフェース部2のバッファ情報、制御部7のメインCPU8のCPU使用率情報といった監視対象値の情報を取得し、その取得した情報を基に分析を行い、ネットワークノードが輻輳状態か否かを判断する。輻輳状態と判断した場合、隣接ネットワークノードに対して状態通知を行う。
例えば図3のように、輻輳監視エンジンA6は定期的な監視をせず、インタフェース部A2におけるバッファ3やスイッチ/制御部7におけるメインCPU8からの情報を受け取ることにより動作を開始する。それぞれから受け取る情報に関しては、予め各々に閾値(第2の閾値)を設け、閾値を越えた際に情報が送られてくる。
情報を受け取った輻輳監視エンジンA6は、送信されたそれぞれの情報を基に、図4に示すように、情報が送られてきた部分に対する監視を始める。この輻輳監視エンジン6は、各インタフェース部に搭載されているため、全てが独立して動作する。スイッチ/制御部7のメインCPU8に関する情報は全てのインタフェース部に搭載している輻輳監視エンジンに情報を提供する。
ネットワークノードが輻輳状態に陥るのは主にスイッチ/制御部7におけるメインCPU8の情報が鍵となる。このため、メインCPUの使用率が上がり、インタフェース部A2におけるバッファの情報、送出データの流量情報が極度に減少した場合、もしくはデータが流れなくなった場合、輻輳監視エンジンA6は、ネットワークノードが輻輳状態になったと判断し、図5に示すように、隣接ネットワークノードA9に対して、状態通知として送信禁止の指示を出す。
このため、隣接ネットワークノードA9がネットワークノード1を障害と判断する前にネットワークを切替えることが可能となり、通信システム全体としてのデータ転送を継続することが可能となる。
状態通知としての送信禁止の指示に関しては、ルータの冗長化機能として使われているグレースフル・リスタートや輻輳監視エンジンが搭載されているノード間であれば、独自に決めた状態通知を利用することによりネットワークの切替えを短時間で行うことが可能となる。
次に、メインCPU8が輻輳状態に陥った時の動作について、図6のフローチャートを参照して説明する。
輻輳監視エンジン6は、CPU情報やバッファ情報が送られてきたことをトリガとして装置内の監視を開始する。そのため、輻輳監視エンジン6は通常、待ち受け状態で待機しており(ステップS1)、予めスイッチ/制御部におけるメインCPU8の使用率やインタフェース部におけるバッファの容量の閾値(第2の閾値)を設定しておく。閾値に関しては、運営上や装置などによりメインCPUなどの処理が異なるため、自由に設定できるものとする。
メインCPU8から、予め設定された第2の閾値をCPU使用率が超過したことを示す情報が輻輳監視エンジン6に送信されると(ステップS2;Yes)、輻輳監視エンジン6は、監視動作を開始し、スイッチ/制御部のメインCPU8の使用率やインタフェース部のデータ流量情報やバッファに関する監視を開始する(ステップS3)。装置の制御系は主にメインCPU8が処理しているため、メインCPU8の使用率を重点的に監視する。
この監視で、メインCPU8が瞬間的な高使用率ではなく、長い時間高使用率で動作しているようであれば、輻輳監視エンジン6は、データの流量情報やバッファ情報からデータ転送が十分に行われているかを判断する。もし、CPU使用率が高くほとんどデータ転送が行われていない状態になると、輻輳監視エンジン6はメインCPU8が瀕死状態(処理能力の限界直前の状態)だと判断し(ステップS4;Yes)、隣接するネットワークノード9に対し、送信を禁止とする状態通知を送信する(ステップS5)。
すなわち、ステップS4の判断では、予め定められた一定時間(数秒)の間、閾値(第1の閾値)を超えた状態が継続された場合に、輻輳監視エンジン6はメインCPU8が輻輳状態であると判断し、ステップS5による状態通知の送信を行う。
また、バッファ情報など、他の監視対象について、予め設定された閾値(第2の閾値)を超過したことを示す情報が輻輳監視エンジン6に送信された場合も同様に、この情報受信により輻輳監視エンジン6が監視を開始し、メインCPU8の使用率を重点に監視対象値を監視し、同様の処理を行う。
すなわち、輻輳監視エンジン6による輻輳監視は、特にメインCPUの使用率を監視対象値とすることが好ましいが、インタフェース部2内のバッファ3使用率や、インタフェース部2内のデータ流量情報などを監視対象値としても、同様の処理により本実施形態の機能を実現することができる。また、監視対象値はこれらの組み合わせであってもよい。
また、輻輳状態から回復したことが輻輳監視エンジン6により検出されると、輻輳監視エンジン6は、ネットワークノード1を再起動させ、動作をリセットさせる。
ネットワークノード1は、輻輳状態から回復した時点では、隣接ネットワークノード9に対して送信禁止の状態通知を出しているため、この状態通知によりネットワークの送信経路が切り替えられている。このため、ネットワークノード1を再起動およびリセットすることで、ネットワークノードの処理の復活を待つよりも早くネットワークの送信経路を復旧させることができる。
以上のように、上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
一般に、ネットワーク内に配備されたネットワークノード1は、バーストトラフィックやDOS攻撃などによりトラフィックが急激に増加した際、ネットワークノードの処理能力の限界を超えてしまい、輻輳状態に陥る。ネットワークノードはメインCPUの処理能力の限界に達するまで動作し続けるため、ネットワークノードとしての通常処理が困難になり、長い時間サービスに影響を及ぼす。
そこで、メインCPUとは独立して動作する輻輳監視エンジン6を備えることで、メインCPU8が処理できない、隣接ネットワークノード9への状態通知を代理で行う。このことにより、短時間でのネットワークの送信経路切替を実現し、ネットワーク全体としてのサービスへの影響を最小限に抑えることを可能とする。
なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述した実施形態では、状態通知は、送信を禁止とする通知として隣接するネットワークノードに送信されることとして説明したが、輻輳回避につながるものであればこのものに限定されず、例えば送信待ちにするよう指示する通知であってもよい。
また、上述した実施形態では、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えると、監視対象であるバッファ3やメインCPU8などが輻輳監視エンジン6にその第2の閾値を越えた旨を送信し、その送信により輻輳監視エンジン6が動作を開始することとして説明したが、メインCPU8の制御により輻輳監視エンジン6が動作を開始する構成であってもよい。
この構成である場合、上述した図6に示すステップS2の動作は、メインCPU8の使用率が設定された閾値を超過した時、メインCPU8が輻輳監視エンジン6に監視動作開始指示を送信することとなる。輻輳監視エンジン6は、送られてきた監視動作開始指示を受け取ることで動作を開始し、スイッチ/制御部のメインCPU8の使用率やインタフェース部の流量情報やバッファに関する監視動作を行う。
また、装置内においてソフトウェア障害およびハードウェア障害などの情報を管理サーバに対して通知できない場合、輻輳監視エンジン6が代理で管理サーバに対して障害通知を送る構成であっても、本発明は同様に適用することができる。
また、輻輳監視エンジン6に関しては、インタフェース部2に搭載するだけではなく、ネットワークノード1内のスイッチ/制御部7などに設けることで、各インタフェース部をまとめて監視する構成であってもよい。
また、上述した通信システムは、本実施形態に係るネットワークノード1が複数接続されて構成されたものであってもよい。すなわち、隣接ネットワークノードも本実施形態に係るネットワークノード1であってもよい。
また、上述した実施形態としてのネットワークノード1を実現するための処理手順をプログラムとして記録媒体に記録することにより、本発明の各実施形態による上述した各機能を、その記録媒体から供給されるプログラムによって、システムを構成するコンピュータのCPUに処理を行わせて実現させることができる。
この場合、上記の記録媒体により、あるいはネットワークを介して外部の記録媒体から、プログラムを含む情報群を出力装置に供給される場合でも本発明は適用されるものである。
すなわち、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記録媒体および該記録媒体から読み出された信号は本発明を構成することになる。
この記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ROM等を用いてよい。
この本発明に係るプログラムによれば、当該プログラムによって制御されるネットワークノード1に、上述した実施形態における各機能を実現させることができる。
本発明の実施形態の概略を示す図である。 本実施形態による装置内輻輳回避方法を実現する装置の構成例を示すブロック図である。 輻輳監視エンジンによる情報取得動作を示すブロック図である。 輻輳監視エンジンによる監視動作を示すブロック図である。 輻輳監視エンジンによる状態通知動作を示すブロック図である。 メインCPU8の輻輳監視の動作例を示すフローチャートである。
符号の説明
1 ネットワークノード
2 インタフェース部
3 バッファ
4 フォワーディングエンジン
5 物理インタフェース
6 輻輳監視エンジン
8 メインCPU(主制御部の一例)
9、10 隣接ネットワークノード

Claims (22)

  1. ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードにおける輻輳回避方法であって、
    主制御部とは別個に設けられた監視手段が、監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えるか否かに基づいて前記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視工程と、
    前記監視工程により前記ネットワークノードが輻輳状態であると判定された場合、該ネットワークノードの状態通知を当該ネットワークノードに接続された隣接ネットワークノードに送信する状態通知工程と、を備えたことを特徴とする輻輳回避方法。
  2. 前記監視工程では、前記監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えた状態が、予め定められた一定時間の間、継続した場合、前記ネットワークノードが輻輳状態であると判定することを特徴とする請求項1記載の輻輳回避方法。
  3. 前記監視工程は、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えた時に開始されることを特徴とする請求項1または2記載の輻輳回避方法。
  4. 前記監視手段による監視対象は、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えた時に当該越えた旨を前記監視手段に送信し、
    前記監視工程は、該越えた旨の送信を受けてから開始されることを特徴とする請求項3記載の輻輳回避方法。
  5. 前記監視対象値は、送受信されるデータの流量情報、バッファ使用率情報、メインCPUの使用率情報の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の輻輳回避方法。
  6. 前記監視手段は、隣接ネットワークノードを接続させるインタフェース部に配設され、
    前記状態通知は、該インタフェース部が接続された隣接ネットワークノードに送信されることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の輻輳回避方法。
  7. 前記状態通知は、前記ネットワークノードへのデータ送信禁止指示を含むことを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の輻輳回避方法。
  8. ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードであって、
    監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えるか否かに基づいて前記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視手段を主制御部とは別個に備えると共に、
    前記監視手段により前記ネットワークノードが輻輳状態であると判定された時、該ネットワークノードの状態通知を当該ネットワークノードに接続された隣接ネットワークノードに送信する状態通知手段を備えたことを特徴とするネットワークノード。
  9. 前記監視手段は、前記監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えた状態が、予め定められた一定時間の間、継続した場合、前記ネットワークノードが輻輳状態であると判定することを特徴とする請求項8記載のネットワークノード。
  10. 前記監視手段は、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えた時に、前記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかの監視を開始することを特徴とする請求項8または9記載のネットワークノード。
  11. 前記監視手段による監視対象は、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えた時に当該越えた旨を前記監視手段に送信し、
    前記監視手段は、該越えた旨の送信を受けてから監視を開始することを特徴とする請求項10記載のネットワークノード。
  12. 前記監視対象値は、送受信されるデータの流量情報、バッファ使用率情報、メインCPUの使用率情報の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項8から11の何れか1項に記載のネットワークノード。
  13. 前記監視手段は、隣接ネットワークノードを接続させるインタフェース部に配設され、
    前記状態通知は、該インタフェース部が接続された隣接ネットワークノードに送信されることを特徴とする請求項8から12の何れか1項に記載のネットワークノード。
  14. 前記状態通知は、前記ネットワークノードへのデータ送信禁止指示を含むことを特徴とする請求項8から13の何れか1項に記載のネットワークノード。
  15. 請求項8から14の何れか1項に記載のネットワークノードの複数がネットワークを介して接続されて構成されたことを特徴とする通信システム。
  16. ネットワークを介してデータの送受信を行うネットワークノードのプログラムであって、
    主制御部とは別個に設けられた監視手段が、監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えるか否かに基づいて前記ネットワークノードが輻輳状態であるかどうかを監視する監視処理と、
    前記監視処理により前記ネットワークノードが輻輳状態であると判定された場合、該ネットワークノードの状態通知を当該ネットワークノードに接続された隣接ネットワークノードに送信する状態通知処理と、を前記ネットワークノードのコンピュータに実行させることを特徴とするネットワークノードのプログラム。
  17. 前記監視処理では、前記監視対象値が予め定められた第1の閾値を越えた状態が、予め定められた一定時間の間、継続した場合、前記ネットワークノードが輻輳状態であると判定することを特徴とする請求項16記載のネットワークノードのプログラム。
  18. 前記監視処理は、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えた時に開始されることを特徴とする請求項16または17記載のネットワークノードのプログラム。
  19. 前記監視手段による監視対象は、監視対象値が予め定められた第2の閾値を越えた時に当該越えた旨を前記監視手段に送信し、
    前記監視処理は、該越えた旨の送信を受けてから開始されることを特徴とする請求項18記載のネットワークノードのプログラム。
  20. 前記監視対象値は、送受信されるデータの流量情報、バッファ使用率情報、メインCPUの使用率情報の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項16から19の何れか1項に記載のネットワークノードのプログラム。
  21. 前記監視手段は、隣接ネットワークノードを接続させるインタフェース部に配設され、
    前記状態通知は、該インタフェース部が接続された隣接ネットワークノードに送信されることを特徴とする請求項16から20の何れか1項に記載のネットワークノードのプログラム。
  22. 前記状態通知は、前記ネットワークノードへのデータ送信禁止指示を含むことを特徴とする請求項16から21の何れか1項に記載のネットワークノードのプログラム。
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