JP3780987B2

JP3780987B2 - 経路制御方法及び装置及び経路制御プログラム及び経路制御プログラムを格納した記憶媒体

Info

Publication number: JP3780987B2
Application number: JP2002235980A
Authority: JP
Inventors: 崇宮村; 崇栗本; 道宏青木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: JP2004080211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、経路制御方法及び装置及び経路制御プログラム及び経路制御プログラムを格納した記憶媒体に係り、特に、ＩＰ(Internet Protocol) やＭＰＬＳ(Multiprotocol Label Switching) などのパケットスイッチを利用したネットワークの経路制御を行うための経路制御方法及び装置及び経路制御プログラム及び経路制御プログラムを格納した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットやＬＡＮの急速な普及から、ＩＰトラヒックを中心とするデータ系トラヒックが指数関数的に増加している。同時にＩＰをベースとしたアプリケーションも多様化しており、従来は、電子メールやウェッブ等のネットワークに品質を要求しないアプリケーション中心であったが、最近ではＩＰ電話や電子商取引のようにネットワークに高い品質を要求するアプリケーションも普及しはじめてきている。
【０００３】
ＩＰネットワークにおいて、高い転送品質、高信頼性、ネットワーク資源の有効利用を実現する技術としてＭＰＬＳを用いたトラヒックエンジニアリングが注目されている。
【０００４】
例えば、高信頼化を実現する技術としては、ＭＰＬＳを用いたパスプロテクションがよく知られている。パスプロテクションとは通信の起点となる通信ノードから終点となる通信ノード間に２本以上のパスを設定し、そのうち１つを主要パスとして、通常的にはユーザデータを転送する。このとき、予備パスを主要パスとリンクを共有しないように設定する。このような２つのパスが共有するリンクを持たないとき、disjoint（互いに素）なパスと呼ぶ。残りのパスを予備パスとし、主要パス上に何らかの障害が発生した際に、起点となる通信ノードにおいてパス切り替えを行い、ユーザデータを予備パス上に転送する。一方の経路に何等かの障害が発生した際に、直ちに予備パスを切り替えることにより、ユーザデータの不通時間を短縮し、高信頼化を実現している。この例を図８に示す。予備パスは上記のとおり、主要パスとはリンクを共有していないため、主要パス上のリンク障害の影響を受けない。
【０００５】
また、ネットワーク資源の有効利用を実現する技術としては、ＭＰＬＳを用いた負荷分散が提案されている。起点となる通信ノードと終点となる通信ノード間に経路の異なる複数のパスを設定し、これら複数パス間に分散させてユーザデータを転送することで、ネットワーク全体の資源の有効利用を図る。
【０００６】
これらの技術の基本となるものが、コネクション起点となる通信ノードと終点となる通信ノード間に複数のdisjointパスを発見し、設定する方法である。Disjointな複数パスのことをマルチパスと呼ぶ。
【０００７】
ＩＰネットワークやＭＰＬＳネットワークにおいて、disjointなマルチパスを発見・設定する方法はこれまでに数多く提案されている。
【０００８】
その従来方式としては、Lowlerにより提案されたk-shortest path 方式がある。この方式は、ネットワークトポロジが既知という前提のもので、ｋ本のマルチパスを発見するアルゴリズムである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のLowlerによるk-shortest path 方式の問題点は、マルチパス発見のための計算が複雑であることと、ネットワークの完全なトポロジ情報が必要なことである。
【００１０】
通常のＩＰネットワークでは、網内の各通信ノード間でＯＳＰＦ(Open Shortest Path Fast) 等の経路制御（ルーティング、Routing)プロトコルを動作させて、各通信ノードはネットワークのトポロジ情報を学習し、それをもとに経路制御を行っている。小規模なネットワークでは、各ノードはネットワーク全体のトポロジ情報を学習可能であるが、大規模なネットワークになるとネットワーク全体の経路情報を学習し、経路制御することは難しい。これは、ネットワーク内の通信ノード数が増加すると、それに比例して各通信ノードが保持しなければならない経路表が増大することと、経路制御プロトコルの制御メッセージ量が網内の通信ノード数の２乗に比例して増加するためである。
【００１１】
通常、多数の通信ノードで構成される大規模ネットワークでは、図９に示すように、１つのネットワークを複数のエリア（Area）に分割して、各エリアにある程度の独立性を持たせて経路制御プロトコルを動作させている。このように、複数のエリアに分割されたネットワークのことを階層化されたネットワーク（Hierarchical Network）とも呼ぶ。この場合、各通信ノードは自エリア内のトポロジ情報を持つが、自エリア以外のエリアのトポロジ情報は持たないため、大規模網では、従来方式であるk-shortest path法は部分的にしか適用しない。従来の方式では、エリアに閉じたコネクションに対しては、disjointなパスを構築することは可能であるが、複数のエリアを跨ぐコネクションに対しては、disjointなパスを構築することはできない。
つまり、従来の方式では、大規模ネットワークにおいて、ネットワーク全体の資源の有効利用を図ることや、複数エリアを通過するパスの信頼性を高めることは難しい。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、複数エリアに分割された大規模ネットワークにおいても、起点ルータ、終点ルータ間で効率的に複数のdisjointなパスを設定することが可能な経路制御方法及び装置及び経路制御プログラム及び経路制御プログラムを格納した記憶媒体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御方法であって、
境界ルータの優先度が予め設定されており、起点ルータが主要パスがどの境界ルータを通過するかを示す情報を有する状況において、予備パスを設定する際に、
網内のリンクコストをＣｉとしたときに、主要パス上のコストのみを、
Ｃｉ＝（１＋α）Ｃｉ（但し、αは正の定数）
という式で書き換え、書き換えられたコストに基づいて、予備パスの経路を算出する。定数αを適切に選択することで、 disjoint な経路を算出することが可能である。
【００１８】
本発明は、複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御装置であって、
境界ルータの優先度が予め設定されており、起点ルータが主要パスがどの境界ルータを通過するかを示す情報を有する状況において、予備パスを設定する際に、
網内のリンクコストをＣｉとしたときに、主要パス上のコストのみを、
Ｃｉ＝（１＋α）Ｃｉ（但し、αは正の定数）
という式で書き換え、書き換えられたコストに基づいて、予備パスの経路を算出する、
経路計算手段を有する。
【００２２】
本発明は、複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御プログラムであって、
コンピュータに、
境界ルータの優先度が予め設定されており、起点ルータが主要パスがどの境界ルータを通過するかを示す情報を有する状況において、予備パスを設定する際に、
網内のリンクコストをＣｉとしたときに、主要パス上のコストのみを、
Ｃｉ＝（１＋α）Ｃｉ（但し、αは正の定数）
という式で書き換え、書き換えられたコストに基づいて、予備パスの経路を算出する経路計算ステップを、実行させる。
【００２５】
本発明は、複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御プログラムを格納した記憶媒体であって、上記の請求項３記載のプログラムを格納する。
【００２６】
上記のように本発明では、１つのネットワークを複数のエリアに分割して経路制御プロトコルを運用しているネットワーク内の通信ノードにおいて、コネクションの起点となる通信ノードから終点となる通信ノードの間に異なる経路を通る複数パスを設定し、設定された複数のパスを、トラヒック負荷の分散やネットワーク障害時の予備経路として利用可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態におけるネットワーク構成図である。ここでは、ＩＰネットワークの場合の形態について説明する。
【００２８】
通常のＩＰネットワークでは通信に先立って、転送するパケットの転送先を決めるために、各ルータで経路制御プロトコルを動作させて、トポロジ情報の学習を行う。ここでＩＰネットワークにおける通信ノードのことを、特に、ルータと呼ぶ。ネットワークは図１のように、複数のルータで構成されており、各ルータは、起点ルータ、中継ルータ、終点ルータに分類される。
【００２９】
起点ルータは、パスの開始点となるルータで、新たなパスを設定する際に設定のためのシグナリングメッセージの生成及び送信などを行う。ＭＰＬＳを用いた場合、ＬＤＰ(Label Distribution Protocol) や、ＲＳＶＰ−ＴＥなどのシグナリングを用いる。
【００３０】
中継ルータは、パス上を転送されるパケットの中継を主に行う。
【００３１】
終点ルータは、パスの終端点となるルータである。
【００３２】
さらに、図１に示す構成では、１つのネットワークが複数のエリアに分割されている。同図では、１つのバックボーンエリアと２つのエリアに分割されている。通常、ＩＰネットワークをエリア分割する場合、１つのバックボーンエリアとそれに接続する複数のエリアに分割される。
【００３３】
バックボーンエリアと通常のエリアの両方に属しているルータを境界ルータとよぶ。境界ルータは、上記の中継ルータの一種である。境界ルータ以外のルータは１つのエリアのみに属し、自身が属しているエリアのトポロジ情報しか持たない。境界ルータは、バックボーンエリアの情報と自身が属しているエリアのトポロジ情報を持つ。また、従来のＩＰネットワークでは、同じエリアに属する境界ルータは独立に動作している。
【００３４】
図２は、本発明の一実施の形態における経路制御装置の構成を示す。同図に示す経路制御装置は、経路制御情報受信部１１０、経路制御情報送信部１２０、境界ルータ優先度判断部１３０、経路計算部１４０、トポロジ情報格納部１５０、予備経路用トポロジ情報格納部１６０から構成される。
【００３５】
経路制御情報受信部１１０及び経路制御情報送信部１２０は、それぞれ他のルータとの間で経路制御情報のパケットの受信・送信を行う。
【００３６】
経路計算部１４０は、受信した経路制御情報パケットをもとに、ネットワークのトポロジを作成してその情報をトポロジ情報格納部１５０に保存する。
【００３７】
境界ルータ優先度判断部１３０は、同じエリアに属する境界ルータ間で優先度の決定を行う。予備経路算出用トポロジ情報格納部１６０は、予備パスの経路を算出する際に用いる情報を格納している。
【００３８】
網内の各リンクにはコストが割り振られており、経路制御プロトコルは、このコストの合計が、最小となる経路を最短パスとしてパケットの転送経路に用いる。
【００３９】
ここで、各境界ルータから終点ルータまで２本のマルチパスを設定するケースを考える。図１の実線が経路制御プロトコルによって算出された最短パスである。まず、初めに主要パスがこの最短経路上に設定される。次に、この主要パスに対する予備パスを設定する。まず、起点ルータが予備パスの起点となるが、起点ルータは、自身が属するエリアＡのトポロジ情報しか持たない。従って、エリアＡ内については主要パスとdisjointなパスを設定可能である。以下、複数エリアに跨るパスの設定方法について説明する。
【００４０】
図３は、本発明の一実施の形態におけるトポロジ変換時の処理のフローチャートである。
【００４１】
まず、初期状態（トポロジ変化時等）では、同じエリアに属する境界ルータを発見し、複数の境界ルータが存在する場合は、それらのルータ間で優先度の決定を行う（ステップ１０１）。まず、境界ルータの発見と優先度の決定であるが、以下の２つの方法が考えられる。
【００４２】
▲１▼ 保守者が予め、各境界ルータに同じエリアに属する境界ルータの情報を投入に、優先度も設定する。
【００４３】
▲２▼ 経路制御プロトコルのメッセージ内容から把握する。優先度の決定は、メッセージ内の情報（ルータＩＤ等、各ルータが持ち、かつネットワークでユニークのもの）を用いる。このとき、ルータＩＤが大きいものほど高い優先性を持つとする。
【００４４】
優先度が決定すると、各境界ルータは優先境界ルータまたは、非優先境界ルータであることの情報を経路制御プロトコルのメッセージにコーディングして、バックボーンエリア内に広告する。トポロジに変化がある度に、上記のように境界ルータ間で優先度の決定及び広告を行う（ステップ１０３）。
【００４５】
次に、複数のエリアに跨がるdisjointパスの発見方法について説明する。
【００４６】
図１に示すように、ネットワーク全体は、起点ルータが属するエリア（図１、エリアＡ）、全境界ルータが属するバックボーンエリア、終点ルータが属するエリア（図１中のエリアＢ）の３つに分けられる。
【００４７】
まず、初めに主要パスを設定する。
【００４８】
主要パスは、起点ルータから、基本的には経路制御プロトコルが通知する経路に従って、終点ルータまで設定する。但し、エリア境界に存在する境界ルータについては、主要境界ルータを通過するように設定される。
【００４９】
ＲＳＶＰ−ＴＥの場合では、ＰＡＴＨメッセージを起点ルータから終点ルータまで送信して、ＰＡＴＨメッセージが終点ルータまで到達すると、終点ルータは、ＲＥＳＶメッセージを逆に起点ルータまで送信する。このときに、主要パスが通るリンクの情報をメッセージ内に入れ込む。
【００５０】
ＲＥＳＶメッセージが起点ルータまで到達すると、メッセージ内の情報から起点ルータは、主要パスの経路が分かる。
【００５１】
主要パスの設定が完了すると、次に起点ルータは、予備パスの設定を行う。上記のＲＥＳＶメッセージの情報かエリアＡ内については、起点ルータは、disjointなパスを設定可能である。起点ルータは、主要パスが境界ルータ２を通るという情報を持っているため、境界ルータ１に向けて、ＰＡＴＨメッセージを送信する。このとき、メッセージ内の主要パスの経路情報を入れておく。これにより、ＰＡＴＨメッセージを受信した各ルータは、主要パスの経路と重ならないdisjointパスの経路算出に利用することができる。
【００５２】
起点ルータからのＰＡＴＨメッセージを受信した境界ルータ１は、まず、メッセージ内に含まれている主要パスの経路情報を確認する。次に、disjointパスの経路計算を行う。図４は、本発明の一実施の形態におけるバックボーンエリアの拡大図である。主要パスは境界ルータ２と境界ルータ３の間に設定されている。まず、境界ルータ１は通常の最短経路優先アルゴリズムの計算を行い、算出された経路が主要パスの経路と重なるかどうかを判断する。このケースでは、２つのパス間に共有するリンクを持たないため、最短経路優先アルゴリズムで算出された経路にパスが設定される。
【００５３】
図５は、本発明の一実施の形態におけるパス確立時の処理のフローチャートである。
【００５４】
境界ルータ１から境界ルータ４までの経路を算出すると、次に境界ルータ１は、境界ルータ４に向けてＰＡＴＨメッセージを送信する。ＰＡＴＨメッセージを受信した境界ルータ４は、同様に最短経路優先アルゴリズムの計算を行う。図６は、本発明の一実施の形態におけるエリアＢの拡大図である。同図に示す境界ルータ４が属するエリアＢの拡大図において、２つの実線は、それぞれの境界ルータ３と境界ルータ４が最短経路優先アルゴリズムを実行して得られた最短経路である。ルータａと終点ルータ間のリンクを共有していることが分かる。このとき以下のようなアルゴリズムを用いて、経路算出部１４０において主要パスにdisjointな経路を算出する（ステップ２０１）。
【００５５】
エリアＢ内のコストをＣｉ（ｉ＝０，…，ｎ）とする。
【００５６】
▲１▼ 主要パス上のコスト（Ｃｉ）を、
Ｃｉ＝（１＋α）・Ｃｉ
で書き換える（ステップ２０２）。ここでαは、０以上の定数である。
【００５７】
▲２▼ 書き換えられたコストＣｉに対して、境界ルータ１から境界ルータ４までの最短パスを算出する。
【００５８】
主要パスとdisjointなパスが存在する場合、上記のαを適当に選ぶことで、disjointなパスを算出可能である。
【００５９】
このようにして、境界ルータ４は、終点ルータまでの予備パスの経路を算出する（ステップ２０３）。経路の算出が終わると境界ルータ４は、終点ルータ宛にＰＡＴＨメッセージを送信する（ステップ２０４）。
【００６０】
ＰＡＴＨメッセージを受信した終点ルータは、ＲＥＳＶメッセージを起点ルータまで送信する。起点ルータがＲＥＳＶメッセージを受信することで、予備パスの設定が完了する。以上のシグナリングシーケンスを纏めたものを図７に示す。
【００６１】
上記の手順で設定した複数パスを用いてトラヒックの負荷分散を行うことも可能である。具体的には、起点ルータと終点ルータ間で主要パスと予備パスを設定る。通常、起点ルータは主要パス上のみトラヒックを送信し、予備パス上にはトラヒックを送信しない。負荷分散では、起点ルータで同一の終点ルータに向かうトラヒックを、ＩＰアドレス等を元に主要パスと予備パスに均等に割り振る。従来のＯＳＰＦのＥＣＭＰ(Equal Cost Multipath)などでは、必ずしも起点ルータと終点ルータ間でdisjointな経路を複数確保していないため、特に、終端ルータに近い下流のリンクで主要パスと予備パスのリンクが重なり、適切に負荷分散できないという問題があったが、本発明では、起点ルータと終点ルータ間に設定された２本のパスで共有するリンクはないため、この問題を解決することができる。
【００６２】
このように、本実施の形態によれば、複数エリアから構成される大規模ネットワークにおいても、起点ルータ、終点ルータ間で効率的に複数のdisjointなパスを設定することができる。
【００６３】
なお、上記の実施の形態における経路制御装置における各構成要素の動作をプログラムとして構築し、経路制御装置として利用されるコンピュータにインストールする、または、ネットワークを介して流通させることも可能である。
【００６４】
また、構築されたプログラムを経路制御装置として利用されるコンピュータに接続されるハードディスク装置や、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬記憶媒体に格納しておき、本発明を実施する際にインストールすることも可能である。
【００６５】
また、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【００６６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、複数エリアに分割された大規模ネットワークにおいても、起点ルータ、終点ルータ間で効率的に複数のdisjointなパスを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるネットワーク構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態における経路制御装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるトポロジ変化時の処理のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態におけるバックボーンエリアの拡大図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるパス確立時の処理のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態におけるエリアＢの拡大図である。
【図７】本発明の一実施の形態における disjoint なマルチパスを設定するためのシグナリングシーケンス（ RSVP-TE ）である。
【図８】マルチパスの応用例である。
【図９】階層化されたネットワークの例である。

Claims

複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御方法であって、
境界ルータの優先度が予め設定されており、起点ルータが主要パスがどの境界ルータを通過するかを示す情報を有する状況において、予備パスを設定する際に、
網内のリンクコストをＣｉとしたときに、主要パス上のコストのみを、
Ｃｉ＝（１＋α）Ｃｉ（但し、αは正の定数）
という式で書き換え、書き換えられたコストに基づいて、前記予備パスの経路を算出する、
ことを特徴とする経路制御方法。
複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御装置であって、
境界ルータの優先度が予め設定されており、起点ルータが主要パスがどの境界ルータを通過するかを示す情報を有する状況において、予備パスを設定する際に、
網内のリンクコストをＣｉとしたときに、主要パス上のコストのみを、
Ｃｉ＝（１＋α）Ｃｉ（但し、αは正の定数）
という式で書き換え、書き換えられたコストに基づいて、前記予備パスの経路を算出する、
経路計算手段を有する
ことを特徴とする経路制御装置。
複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御プログラムであって、
コンピュータに、
境界ルータの優先度が予め設定されており、起点ルータが主要パスがどの境界ルータを通過するかを示す情報を有する状況において、予備パスを設定する際に、
網内のリンクコストをＣｉとしたときに、主要パス上のコストのみを、
Ｃｉ＝（１＋α）Ｃｉ（但し、αは正の定数）
という式で書き換え、書き換えられたコストに基づいて、前記予備パスの経路を算出する経路計算ステップを、実行させる
ことを特徴とする経路制御プログラム。
複数エリアに分割された階層型通信網において、複数エリアに跨るパス設定を行うための経路制御プログラムを格納した記憶媒体であって、
請求項３記載のプログラムを格納したことを特徴とする経路制御プログラムを格納した記憶媒体。