(57)【要約】【課題】トンネルノードは、分割されたパケットの受信時において、パケットを再構成した後にパケットヘッダのカプセリングを実行し、改めてパケットを分割する場合がある。トンネルノードを始めとするネットワーク装置では、パケットの分割や再構成をソフトウェアで実行する。特にトンネルノードにおいて、パケットの分割や再構成といった負荷が集中する場合、スループットの低下やパケットのバッファ溢れによるパケット損失が生じる可能性がある。従って、本発明の課題は、パケットの分割および再構成をトンネルノードに集中させないことで高品質なネットワークを提供することである。【解決手段】ＩＰルータ警告オプションを付加したMTU更新メッセージパケットと、付加しないMTU更新メッセージパケットとを該送信元に通知する。【選択図】図１
2006340119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケットが入力される複数の入力回線と、
パケットを出力する複数の出力回線と、
上記入力されたパケットを一時的に保持するパケットバッファと、
該入力されたパケットのパケットヘッダのカプセリングまたはネットワークアドレス変換を実行する制御部とを有し、
該制御部は、
上記カプセリング後またはネットワークアドレス変換後のパケットの宛先と該ネットワーク装置との間における最大転送単位を計測し、該計測された最大伝送単位から上記カプセリングまたは上記ネットワークアドレス変換により上記入力されたパケットのパケットヘッダに追加されるデータ量を差し引いた値を上記入力されたパケットの送信元端末または送信元端末側のルータのうちの少なくともいずれか一つに通知することを特徴とするネットワーク装置。
【請求項２】
請求項１記載のネットワーク装置であって、
パケットが入力される複数の入力回線と、
パケットを出力する複数の出力回線と、
入力パケットを一時的に保持するパケットバッファと、
該入力パケットの出力先情報を該入力パケットのヘッダに含まれる情報より判定する経路制御部と、
該入力パケットの出力先が入力パケットの状態では転送できない場合にパケットヘッダのカプセリングまたはネットワークアドレス変換を実行するトンネル制御部と、
該経路制御部および該トンネル制御部を管理するリソースマネージャと、
該出力先情報に対応する出力回線に該パケットを転送するデータ中継部を備え、
該リソースマネージャが、
該経路制御部および該トンネル制御部のリソース情報を保持するリソーステーブルと、
該リソーステーブルを制御するリソーステーブル制御部と、
隣接するネットワーク装置からパケットを受信するパケット受信部と、
隣接するネットワーク装置に送信する為のパケットを生成するパケット生成部と、
該パケット受信部に入力されたパケットを解析し、
該パケット生成部にパケットの生成を指示するリソース管理部とから成り、
上記リソース管理部が、
上記パケット受信部に入力されたパケットの性質を解析するパケット解析部と、
ネットワークの経路情報を制御するルーティングプロトコル制御部と、
上記リソーステーブル制御部と該ルーティングプロトコル制御部と上記経路制御部と上記トンネル情報制御部とに対して必要な命令を発行するコマンド制御部とから構成され、
該リソース管理部は、
特定のパケットフローへ対するパケットヘッダのカプセリングまたはネットワークアドレス変換に必要な情報が上記リソーステーブルへ設定された後、
該カプセリング後或いは該ネットワークアドレス変換後のパケットヘッダの宛先までの最大伝送単位を探索するパケットを生成し、
上記ネットワーク装置と該宛先との間における最大転送単位を計測し、
該ネットワーク装置と該宛先との間における該最大伝送単位からカプセリングおよびネットワークアドレス変換により上記入力されたパケットのパケットヘッダに追加されるデータ量を差し引いた値を
上記送信元端末または送信元端末側のルータのうち少なくともいずれか一つに通知することを特徴とするネットワーク装置。
【請求項３】
請求項２に記載のコマンド制御部が、
上記ルーティングプロトコル制御部へ対して上記ネットワーク装置の電源投入直後にルーティングプロトコルを起動するように促し、
上記経路制御部へ対して上記リソーステーブルに設定された情報のうち経路情報をルーティングテーブルに設定するように促し、
上記トンネル制御部に対して上記リソーステーブルに設定された情報のうち入力パケットに対するパケットヘッダのカプセリングまたはネットワークアドレス変換に必要な情報をトンネル情報テーブルに設定するように促すことを特徴とするネットワーク装置。
【請求項４】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記パケット解析部が、
上記入力パケットの性質を解析した後、
ルーティングプロトコル制御部に向けた該入力パケットまたは経路情報の更新を促すメッセージの転送、
あるいは上記パケット生成部に向けてパケットの生成を促すメッセージと該入力パケットとを転送することを特徴とするネットワーク装置。
【請求項５】
請求項４に記載のネットワーク装置であって、
上記ルーティングプロトコル制御部が、
経路情報を取得する為に隣接するネットワーク装置へ向けてネットワーク状態を確認するパケットの生成を促すメッセージをパケット生成部に対して通知し、
上記パケット解析部から入力された上記入力パケットおよび経路情報の更新を促すメッセージに従い経路情報を更新することを特徴とするネットワーク装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパケット生成部が、
上記パケット解析部から入力されたパケットの生成を促すメッセージおよび上記入力パケット、
或いは上記ルーティングプロトコル制御部から入力されたパケットの生成を促すメッセージに従い、
必要なパケットを生成後に出力することを特徴とするネットワーク装置。
【請求項７】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記リソーステーブルが、
上記ルーティングプロトコル制御部およびネットワーク装置の外部に接続される端末から設定可能であり、
該端末から上記リソーステーブルの状態を参照可能であることを特徴とするネットワーク装置。
【請求項８】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記入力回線あるいは上記リソースマネージャあるいは上記トンネル制御部から入力されたパケットを一時的に蓄積する為の上記パケットバッファと、
上記パケットを選択的に上記パケットバッファに入力する為のセレクタと、
上記パケットバッファへの上記パケットの書き込みと読み出しを制御するバッファ制御部とから成ることを特徴とするネットワーク装置。
【請求項９】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記経路制御部が、
上記パケットヘッダに含まれる情報の一部或いは全部を抽出して、これを検索キーとして入力パケットの出力先情報を検索するルーティングテーブル制御部と、
該検索キーの検索対象である検索条件および該検索条件に対応する出力先情報を収容するルーティングテーブルとから構成され、
上記バッファ制御部と連携して、上記パケットを上記データ中継部或いは上記トンネル制御部に転送し、
上記データ中継部が上記経路情報に対応する出力先に向けて上記パケットを転送することを特徴とするネットワーク装置。
【請求項１０】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記トンネル制御部が、
上記パケットバッファから入力されたパケットを一時的に蓄積する為のトンネル制御パケットバッファと、
該トンネル制御パケットバッファに蓄積されたパケットに対し、パケットヘッダ情報の一部或いは全部を抽出して、これを検索キーとして検索を実行するトンネル情報テーブル制御部と、
該検索キーの検索対象である検索条件および該検索条件に対応する出力先情報を収容するトンネル情報テーブルと、
トンネル情報テーブルから読み出した情報を用いて、該入力パケットに対するパケットヘッダのカプセリング或いはネットワークアドレス変換を実行するトンネル処理部とから成ることを特徴とするネットワーク装置。
【請求項１１】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記パケットが、
インターネットプロトコル（IP）ヘッダを含むことを特徴とするネットワーク装置。
【請求項１２】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記パケットが、
イーサネット（登録商標）フレームヘッダを含むことを特徴とするネットワーク装置。
【請求項１３】
請求項２に記載のネットワーク装置であって、
上記パケットが、
MPLS転送で用いるSIMヘッダを含むことを特徴とするネットワーク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケットヘッダのカプセリングやネットワークアドレス変換を行うネットワーク装置に関し、更に詳しくは、パケット分割あるいはパケット廃棄が生じる可能性を低減可能にするネットワーク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信ネットワークを構成するネットワーク装置は、受信したパケットが分割を禁止しない場合、受信パケットを分割して送信することがある。このように、パケットが経路最大伝送単位（MTU）探索を行わない場合、宛先へ到着するまでにパケット分割による伝送遅延が生じてしまう。
【０００３】
ネットワーク装置に接続されるネットワークの通信プロトコルは単一とは限らない。今日のネットワーク装置には、受信パケットを宛先に到達させる為、受信パケットを受信時とは異なる通信プロトコルで通信可能とする機種（以下、トンネルノードと表記）が存在する。トンネルノードの機能として、パケットヘッダのカプセリングやネットワークアドレス変換（NAT）が挙げられる。ここで、受信パケットに対し、受信時とは異なる通信プロトコルを用いて宛先までの通信を必要とする場合、送信時におけるパケットのサイズは受信時より大きくなる場合がある。更に、送信パケットのサイズが出力先回線のMTUを超える際、トンネルノードはカプセリングを実行したパケットを分割後に送信する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】RFC2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トンネルノードは、分割されたパケットの受信時において、パケットを再構成した後にパケットヘッダのカプセリングを実行し、改めてパケットを分割する場合がある。トンネルノードを始めとするネットワーク装置では、パケットの分割や再構成をソフトウェアで実行する。特にトンネルノードにおいて、パケットの分割や再構成といった負荷が集中する場合、スループットの低下やパケットのバッファ溢れによるパケット損失が生じる可能性がある。
【０００６】
従って、本発明の課題は、パケットの分割および再構成をトンネルノードに集中させないことで高品質なネットワークを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
トンネルノードは、パケットヘッダのカプセリングやアドレス変換を必要とするパケットフローの設定が行われた場合に、該パケットフローに対する出力先回線のMTU探索を実行する。このとき、該トンネルノードは、出力先回線のMTUからパケットヘッダのカプセリングやアドレス変換に必要なデータ量を差し引いた値（トンネルMTU）を出力先回線のMTUとして記憶する。その後、該送信元に向けて、送信元におけるMTUをトンネルMTUの値に更新するように促すメッセージパケットを通知する。
本発明のネットワーク装置では、ＩＰルータ警告オプション（RFC2113、2711）を付加したメッセージパケットと、付加しないメッセージパケットとを該送信元に通知する。
【発明の効果】
【０００８】
トンネルノードと該送信元の間にルータが存在し、該ルータがＩＰルータ警告オプション付きのメッセージパケットの内容を反映可能である場合、パケットの分割は該ルータで実行可能になる為、トンネルノードで分割が生じることは無い。ここで、パケットヘッダのカプセリングを必要とするパケットフローの送信元アドレスがネットワークアドレスである場合、上記メッセージパケットの内容は該ネットワークアドレスに属する全ての端末から送信されるパケットに適用可能になる。また、トンネルノードと該送信元の間にルータが存在しない場合、上記送信元はＩＰルータ警告オプションが付加されないメッセージパケットに従ってMTUを更新する為、トンネルノードで分割が生じることは無い。
【０００９】
本発明の構成を採ることにより、トンネルノードにおいて、送信元端末がMTU探索を実行しないパケットフローに対するパケット分割およびパケット再構成を抑制可能とする。即ち、トンネルノードの前段に位置するルータ或いは送信元端末が、パケットをトンネルノードに負荷を掛けないサイズに調整する。従って、本発明は、トンネルノードにおけるスループット低下を回避可能にするだけではなく、パケット損失の可能性を低減可能とするネットワークを提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。ここで、従来技術との比較を容易にする為、本発明を図１のネットワーク装置１０に適用した場合について説明する。尚、本実施例では、パケットヘッダのカプセル化を必要とするＩＰパケットの転送について述べる。但し、本発明の効果を奏する限り、適用する装置、パケットの種類はこれに限られない。
【００１１】
図１は、本発明によるネットワーク装置１０を構成するブロック図である。
ネットワーク装置１０は、それぞれ入力回線ＩＮ−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）と出力回線ＯＵＴ−ｉに接続される複数のインタフェースモジュール１１−ｉと、これらのインタフェースモジュールに接続されたセレクタ１２およびデータ中継部１６と、セレクタ１２に接続されたパケットバッファ１３、ヘッダ抽出部１４およびバッファ制御部１５と、データ中継部１６に接続された経路制御部と、パケットバッファ１３に接続されたトンネル制御部およびリソースマネージャ４０とから成る。６０は、ネットワーク装置１０の外部に位置し、信号線Ｌ１６をリソースマネージャ４０と接続され、ネットワーク装置１０の管理者が操作する管理端末を示している。
【００１２】
図２は、各入力回線ＩＮ−ｉから受信される可変長ＩＰパケットのフォーマットの１例を示す。可変長のＩＰパケット１００は、OSI参照モデルにおける第３層（ネットワーク層）のＩＰヘッダ１１０と、ＩＰペイロード１２０とから成る。  ＩＰヘッダ１１０には、制御情報１１１、送信元ＩＰアドレス１１２、宛先ＩＰアドレス１１３が含まれる。図２において、制御情報１１１には、ＩＰパケットのパケット長およびプロトコル値などが格納される。
【００１３】
図１において、各インタフェースモジュール１１−ｉは、入力回線ＩＮ−ｉから受信したIPパケットを信号線Ｌ１−ｉに出力する。セレクタ１２は、バッファ制御部１５から信号線Ｌ１５を介して与えられる制御信号に従って、信号線Ｌ１−１〜Ｌ１−Ｎと信号線Ｌ４と信号線Ｌ８とから入力されるIPパケットを選択的に信号線Ｌ２に出力する。ヘッダ抽出部１４は、信号線Ｌ２に出力されたIPパケット１００のIPヘッダ１１０を解析し、制御情報１１１に示されるパケット長を信号線Ｌ１２に、宛先IPアドレス１１３と送信元アドレス１１２とを信号線Ｌ３に出力する。
【００１４】
バッファ制御部１５は、信号線Ｌ２に出力されたIPパケット１００のパケットバッファ１３への書き込みと、パケットバッファ１３から信号線Ｌ５とＬ６とＬ１４に対するIPパケットの読み出しを行う。また、バッファ制御部１５は、ヘッダ抽出部１４が信号線Ｌ１２に出力するパケット長に基づいて、パケットバッファ１３に対するIPパケットの書き込みを制御し、パケットバッファ１３からのIPパケットの読み出しに連動して、信号線Ｌ１５にセレクタ１２の切り替え制御信号を出力し、次のIPパケットをパケットバッファ１３に書き込む。
【００１５】
経路検索部２０は、図３に示すように、ヘッダ抽出部１４が信号線Ｌ３に出力する宛先IPアドレス１１３に基づいて、ルーティングテーブル２０２から経路制御情報７００を検索する。経路制御情報７００は、図７に示すように、例えば、IPパケットの出力先情報などを含んでいる。経路制御部２０は、経路制御情報７００を信号線Ｌ７とＬ１７とＬ２０とに出力する。
【００１６】
また、経路制御部２０は、マルチキャストIPパケットの経路制御情報を検索する際には、宛先IPアドレス１１３とヘッダ抽出部１４が信号線Ｌ３に出力する送信元IPアドレス１１２とに基づいて、ルーティングテーブル２０２から経路制御情報７００を検索する。
検索の結果、経路制御情報７００を検索できない場合、ルーティングテーブル制御部２０１は、信号線Ｌ２２を介して、検索できない旨をルーティングテーブル管理部２０３に通知する。その後、ルーティングテーブル管理部２０３は、信号線Ｌ１３に経路検索付加であることを示す信号を出力する。このとき、バッファ制御部１５は、信号線Ｌ１３から経路検索不能を示す信号が入力されると、ルーティングを無効と解釈し、パケットバッファ１３に蓄積されるIPパケットを破棄する。
【００１７】
ルーティングテーブル管理部２０３は、ダイナミックルーティングを行う場合、ルーティングプロトコルに従い、ルーティングテーブル制御部２０１と接続する信号線Ｌ２１へ対してルーティングに必要なデータを出力する。また、スタティックルーティングを行う場合は、信号線Ｌ１０を介して管理端末６０から入力される設定に従い、ルーティングに必要なデータを出力する。
【００１８】
パケット中継部１６は、信号線Ｌ６からIPパケットが入力され、且つ信号線Ｌ７から入力される経路制御情報７００に含まれるパケット出力先情報がパケット中継部１６である場合、信経路制御情報７００が示す出力ポート番号ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）と対応するインタフェースモジュール１１−ｋを介して、出力回線ＯＵＴ−ｋからIPパケットを送信する。
【００１９】
トンネル制御部３０は、図４に示すように、信号線Ｌ１７から経路制御情報７００が入力され、且つ経路制御情報７００に含まれるパケット出力先情報がトンネル制御部３０である場合、トンネル制御起動部３０５が、信号線Ｌ１８を介してバッファ制御部１５にIPパケットの読み出しを促す。
【００２０】
信号線Ｌ５から入力されるIPパケットは、トンネル制御パケットバッファ３０４が蓄積する。このとき、トンネル情報テーブル制御部３０１には、信号線Ｌ５を介してIPヘッダ１１０が入力される。トンネル情報テーブル制御部３０１は、IPヘッダ１１０に基づいて、トンネル情報テーブル３０２からトンネル情報を検索し、検索結果は信号線Ｌ３４に出力する。トンネル処理部３０６は、信号線Ｌ３４から検索結果が入力された後、信号線Ｌ３２を介して、トンネル制御パケットバッファ３０４にIPパケットの読み出しを促す。また、トンネル処理部３０６は、信号線Ｌ３３からIPパケットが入力されると、上記検索結果を用いてパケットヘッダのカプセリング（或いはデカプセリング）を実行する。トンネル処理部は、カプセリング処理が施されたパケットを信号線Ｌ８に出力する。ここで、カプセリング処理が施されたパケット長が出力回線ＯＵＴ−ｉの最大伝送単位（MTU）より大きい場合は、該処理パケットを分割する。
【００２１】
リソースマネージャ４０は、図５に示すように、信号線Ｌ２０から経路制御情報７００が入力され、且つ経路制御情報７００に含まれるパケット出力先情報がリソースマネージャ４０である場合、パケット受信起動部４０６が、信号線Ｌ１９を介してバッファ制御部１５にIPパケットの読み出しを促す。
【００２２】
信号線Ｌ１４から入力されるIPパケットは、パケット受信部４０２が蓄積する。このとき、リソース管理部４０１には、信号線Ｌ４２を介してIPパケットが入力される。詳細は後述するが、リソース管理部４０１は、入力されたIPパケットを解析し、必要に応じてパケット生成部に命令を発行する。また、リソース管理部４０１は、信号線Ｌ１６を介してネットワーク装置１０の外部に位置する端末６０に接続される。尚，ルーティングテーブル２０２及びトンネル情報テーブル３０２の情報は、リソース管理部４０１がリソーステーブル４０４をリソーステーブル制御部４０３に設定させた後、設定される。
【００２３】
リソース管理部４０１は、図６に示すように、コマンド制御部４１１とパケット解析部４１２とルーティングプロトコル制御部４１３とから構成される。
パケット解析部４１２は、信号線Ｌ４２からパケットが入力された後、パケットを解析し、IPにおける制御に用いるICMPのメッセージを生成すべき場合には、信号線Ｌ４３に入力されたパケットを出力する。また、ルーティング情報を更新すべき場合には、Ｌ４７に更新を促す旨を出力する。
【００２４】
ルーティングプロトコル制御部４１３は、ネットワーク装置１０の電源投入直後にルーティングプロトコルを起動し、信号線Ｌ４４を介して、隣接するネットワーク装置と交信する為に必要なパケットの生成を促す。また、隣接するネットワーク装置と交信した結果として構成されるルーティングテーブルを信号線Ｌ４８に出力する。
コマンド制御部４１１は、信号線Ｌ４５を介してリソーステーブル４０４に設定を行う。また、信号線Ｌ１０とＬ１１を介してルーティングテーブル２０２及びトンネル情報テーブル３０２への設定を促す場合は、信号線Ｌ４１を介してリソーステーブル４０４から必要な情報を読み出す。
【００２５】
尚、端末６０と信号線Ｌ１６で接続されるコマンド制御部４１１は、ネットワーク装置１０の管理者によるトンネル情報の入力を認識すると、図７に示すように、ノード５０１とノード５０２との間における経路MTU探索を実行する。このとき、信号線Ｌ４６を介して、経路MTU探索パケットの生成を促す。更に、コマンド制御部４１１は、経路MTU探索の結果からカプセリングに用いるパケットヘッダのサイズを差し引いた値（トンネルMTU）と、ネットワーク装置１０と送信元端末側ルータの間のMTUとを比較する。比較の結果、トンネルMTUが小さい場合、入力されたトンネルを通過するパケットフローの送信元端末と送信元端末側ルータとにMTUの更新を促す。以下に、図７を用いた例を示す。
【００２６】
端末５１２（送信元）と端末５２２（宛先）との通信において、端末５１２がIPパケットの分割を許可する場合を仮定する。この場合、端末５１２とノード５１１との間のMTUが、ノード５１１とノード５０１との間のMTUより大きい場合、ノード５１１はパケットを分割してからノード５０１に向けて送信する。更に、ノード５１１とノード５０１との間のMTUが、ノード５０１とノード５０２との間のMTU（トンネルMTU）より大きい場合、トンネルノードであるノード５０１は分割されたパケットを再構成してからカプセリング処理を施す。その後、IPパケットを分割する。このような状態では、IPパケットの伝送遅延が増加傾向にある為、ノード５０１がノード５１１と端末５１２に向けてMTUの更新を促すことが望まれる。このとき、ノード５０１は、図９に示すように、ノード５１１に対するパケットに次ヘッダ／オプション１３０としてルータ警告オプションを挿入し、端末５１２に対するパケットには次ヘッダ／オプション１３０を挿入しないで送信する。
【００２７】
次ヘッダ／オプション１３０としてルータ警告オプションを挿入することにより、トンネルノードと送信元端末の間に存在するルータにMTUの更新を促すことが可能である。
本実施例では特に触れなかったが、本発明はIPパケットヘッダのカプセリングだけに拘らず、ネットワークアドレス変換に適用しても良い。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、パケットヘッダのカプセリングを必要とするパケットフローに対し、トンネルノードが送信元端末または送信元端末側のルータの内、少なくとも何れか１つに向けてMTUの更新を促すメッセージを通知することにより、トンネルノードにおけるスループット低下を回避可能にするだけではなく、パケット損失の可能性を低減可能とするネットワークを提供可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、特定のパケットフローを制御可能で且つ複数の通信プロトコルを収容可能なネットワーク装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるネットワーク装置１０の１実施例を示すブロック図。
【図２】ネットワーク装置１０に入力される可変長IPパケットのフォーマットの１例を示す図。
【図３】経路制御部２０の１実施例を示すブロック図。
【図４】トンネル制御部３０の１実施例を示すブロック図。
【図５】リソースマネージャ４０の１実施例を示すブロック図。
【図６】リソース管理部４０１の１実施例を示すブロック図。
【図７】本発明のネットワークノード装置が適用されるＩＰネットワークの構成例を示す図。
【図８】IPパケット転送時におけるルーティングテーブル２０２に格納される経路制御情報７００のフォーマット。
【図９】ネットワーク装置１０が出力するMTUの更新を促すメッセージパケットのフォーマットの１例を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ネットワーク装置、１１：インタフェースモジュール、１２：セレクタ、１３：パケットバッファ、１４：ヘッダ抽出部、１５：バッファ制御部、１６：データ中継部、２０：経路制御部、３０：トンネル制御部、４０：リソースマネージャ、６０：管理端末。
【図１】
2006340119.tif 000003
【図２】
2006340119.tif 000004
【図３】
2006340119.tif 000005
【図４】
2006340119.tif 000006
【図５】
2006340119.tif 000007
【図６】
2006340119.tif 000008
【図７】
2006340119.tif 000009
【図８】
2006340119.tif 000010
【図９】
2006340119.tif 000011