(57)【要約】  ＡＴＭベースのアクセスネットワークのためのネットワークアーキテクチャはＤＳＬフォーラムにおいてすでに定義されている一方、イーサネットベースのアクセスネットワークに対する作業はまだ初期段階にある。本発明によれば、イーサネットベースのブロードバンドアクセスネットワークにおいて使用するための新たなアグレゲーションソリューションである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セッションベースのパケット交換装置において、
ａ）受信パケットを、ソースＭＡＣアドレスおよび／またはターゲットＭＡＣアドレスに基づき交換し、
ｂ）セッションと論理サービスポートとの割り当てをセッション確立中に習得することを特徴とする、
パケット交換装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
受信パケットを受信パケットヘッダの他の部分たとえばＶＬＡＮ ＩＤまたはソースＩＰアドレスに基づき交換することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の基礎を成す問題点
ブロードバンド加入者端末のための将来のアクセスネットワークによって、現在一般的なＡＴＭベースの接続ネットワークによって実現可能なものよりも低いコストでいっそう広い帯域幅を提供する必要がある。この理由で、将来のネットワークはイーサネットテクノロジーをベースにしようとする傾向が強まっている。イーサネットテクノロジーは現在、メトロネットワークに対する魅力的なソリューションとして市場で定着している。
【０００２】
ＡＴＭベースのアクセスネットワークのためのネットワークアーキテクチャはＤＳＬフォーラムにおいてすでに定義されている一方、イーサネットベースのアクセスネットワークに対する作業はまだ初期段階にある。したがってイーサネットベースのブロードバンド加入者アクセスの集約に対する新たなネットワークアーキテクチャが必要とされるが、このアーキテクチャは以下の要求を最適なかたちで満たすものである。
・認証およびアクセスコントロールを伴うダイナミックなネットワークアクセス
・新たな加入者導入のための最小の管理コストないし管理の手間
・良好なスケーラビリティ
・個々の加入者アクセス間のトラフィックの分離
・様々なサービスもしくはサービスクラスのダイナミックな選択
・種々のアクセス方式（たとえばPPPoE, DHCP等）のサポート
・少数のサービス固有の論理トンネルへの多数の加入者の集約ないしはアグレゲーション（aggregation）
・ビデオ配布サービスのサポート
・パケットベースの音声サービス（VoIP）殊にサービス品質ＱＯＳ（Quality of Service）のサポート
・ピア・ツー・ピア・アプリケーション（Kazaa等）の効率的な伝送
本発明の対象は、イーサネットベースのブロードバンドアクセスネットワークにおいて使用するための新たな集約ソリューションすなわちアグレゲーションソリューションである。
【０００３】
既述の問題点に対する従来の解決手法
ＱｏＳのサポートを伴うＡＴＭベースのブロードバンドアクセスネットワークのためのアーキテクチャは、たとえばＤＳＬフォーラムの仕様TR-058およびTR-059に記載されている。これらのネットワークは、加入者アクセスと中央のＩＰネットワークアクセスノード（ブロードバンドアクセスサーバ broadband access server BAS）との間に固定的に導入されたＡＴＭバーチャルコネクション（ＰＶＣ）をベースとしている。ＢＡＳは、加入者のアクセスコントロールおよび認証ならびにサービス選択の役割を担う。
【０００４】
このアーキテクチャには様々な欠点がある。
・加入者とＢＡＳとのコネクション（ＰＶＣ）は、ＡＴＭネットワークにおいてもＢＡＳにおいてもコンフィギュレーションを行わなければならない。
ＱｏＳクラスごとに、それぞれ固有のＡＴＭ ＰＶＣが必要とされる。
各加入者間のトラフィックは、常にＢＡＳを通過させなければならない。
・現在のＢＡＳ製品では、高いデータレートをもつ低コストのサービスを行うことができない（たとえば加入者ごとに複数のビデオチャネルを割り当てる等）。
【０００５】
既述の問題点に対する本発明による解決手段
次に、９つの図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【０００６】
本発明によれば、イーサネットベースのアクセスネットワークのための新しいネットワークアーキテクチャが規定される。これによれば、ＢＡＳの機能がアグレゲーションネットワーク（aggregation network）にシフトされ、イーサネットベースの手法でアクセスコントロールを行えるよう変更される。これにより別個のＢＡＳの必要性がなくなり、その結果、著しいコストの節約が得られる一方、アクセスコントロールが加入者の近くにシフトされ、その結果、ＱｏＳサポートを向上させることができる。
【０００７】
図１には、イーサネットサービスノード（Ethernet Service Node ESN）に属するネットワークコンセプトが描かれている。ＥＳＮには、加入者側で多数のＤＳＬＡＭまたはイーサネットエッジスイッチ（Ｌ２スイッチ）が接続されている。ネットワーク側でＥＳＮは、ＩＳＰのようなネットワークプロバイダあるいはビデオサービスまたはボイスサービスのためのアプリケーションプロバイダとすることのできる種々のサービスプロバイダへのトラフィックを管理する。ＥＳＮは加入者トラフィックを集約して制御し、個々の加入者セッションを対応するサービスプロバイダと接続する。図２にはその様子がごく概略的に描かれている。
【０００８】
図３には、ＥＳＮがユーザまたはサービスごとに固有の論理セッションインタフェースを有することが描かれており、これに対しユーザ／サービスのすべてのパケットが割り当てられている。論理セッションインタフェースを、たとえば以下の組み合わせによって定義することができる。
１．ユーザ（端末機器）の物理ポートおよびＭＡＣアドレス
２．ポート、ＭＡＣアドレスおよびＶＬＡＮ（複数のＶＬＡＮタグも含む）
個々の論理セッションインタフェースを手動でコンフィギュレーションする必要はなく、セッション確立時にＥＳＮによりそれが自動的に学習され、ダイナミックに生成される。セッション確立中、一般的にユーザはログインをする必要があり、つまり自身のユーザ識別子および認証データたとえばパスワードを入力する必要がある。そのあとではじめて、ＥＳＮによりネットワークアクセスが許可され、ユーザとサービスとのコネクションが行われる。
【０００９】
ネットワーク側において、ＥＳＮはサービスまたはサービスクラス（たとえばベストエフォートBest EffortおよびプレミアムサービスPremium Service）ごとに固有の論理サービスインタフェースを有しており、これに対し１つのセッションが固定的に割り当てられる。この割り当ては、セッション確立中あるいはそれよりもあとでダイレクトなサービス選択（典型的にはサービスセレクションサーバを介して）により決定される。
【００１０】
ネットワーク側における論理サービスインタフェースを、たとえば以下のことにより定義することができる：
１．物理ポートおよび/または
２．ＶＬＡＮおよび/または
３．ＭＰＬＳパスおよび/または
４．専用のバーチャルネットワーク
図４には一例として、ＥＳＮと２つのＤＳＬＡＭと３つのサービスプロバイダを備えた簡単なネットワークのコンフィギュレーションが描かれている。ＤＳＫＬＡＭの各加入者アクセスに対し、ここでは固有のＶＬＡＮが割り当てられており、これはＥＳＮにおいて終端している。論理サービスポートとサービスプロバイダとのコネクションも、ＶＬＡＮを介して行われる。この場合、ＥＳＮは、論理セッションポートとサービスポートとの間でデータパケットが適正に伝送されるよう配慮する必要がある。
【００１１】
ＥＳＮ内部においてデータ伝送はセッションデータをベースにして行われ、この場合、パケットと１つのセッションとを割り当てるための特定のパケットヘッダパートを調べる必要がある（たとえばＭＡＣアドレス、ＶＬＡＮタグ、プライオリティビット、ＩＰアドレス等）。
【００１２】
図５には、ユーザからネットワークへのデータ伝送の一例が描かれている。この場合、受信パケットについてたとえばソースＭＡＣアドレスとＶＬＡＮヘッダが調べられ、割り当てられるサービスインタフェース（ポート、ＶＬＡＮ）がそこから導出される。その結果、図５に示すような割り当てテーブルが得られる。慣用のイーサネットに対するＥＳＮの主要な相違点は、パケット交換が部分的にソースＭＡＣアドレスに基づくことである。
【００１３】
図６には、サービスインタフェースにおける相応の割り当てテーブルが示されている。この場合、パケットを１つの論理セッションポートに割り当てる目的で、ターゲットＭＡＣアドレスならびにＶＬＡＮヘッダが調べられる。
【００１４】
時間に応じて課金するために、ＥＳＮに対しセッション終了を通知する必要がある。１つのセッションは様々な形態で終了する可能性がある。
・クライアントによるセッションの明示的な終了（たとえばPPPoE PADT）
・ＤＨＣＰアドレスリースの期間満了／終了
・データがもはや受信されないとき（アイドルタイムアウト）
・たとえば周期的なＡＲＰリクエストを用いたクライアントの明示的な監視；応答が受信されないときにはセッション解消
・ＥＡＰ再認証がうまくいかなかったとき（802.Ix）
セッション終了後、ＥＳＮは論理インタフェースを非アクティブ状態にし、対応するテーブルエントリを消去する。
【００１５】
単純な伝送機能のほか、ＥＳＮに対しさらに別の機能を担わせることができる：
・ユーザ認証の目的および固有の加入者データの呼び出しのための中央の加入者データベスへのアクセス、通常、そのためにRadius (RFC2865)またはDiameter (RFC3588)といったプロトコルが使用される。
・到来パケットおよび送出パケットに対し別個にセッションのデータレートを固有に制限（ポリシング Policing）
・特定のプライオリティクラスへのパケットの割り当て
・固有のフィルタルールの割り当て
・ＤＨＣＰ、ＤＨＣＰリレーエージェントによるＩＰアドレス割り当ておよびＤＨＣＰへの論理ポートの挿入（Option 82, RFC3046）
受信パケットのＩＰソースアドレスのチェック（アンチスプーフィングAnti-Spoofing）
対応するRadiusアカウンティング (RFC2866)によるセッションごとの統計データの収集
・PPPoEリレーエージェント（PPPoEセッションの識別およびPPPoEパケットの転送）
ＩＧＭＰを用いたダイナミックマルチキャストセッションコントロール、たとえばビデオ配布サービス用
個々のサービスクラスの帯域幅を管理するための外部のリソースアロケーションサーバとの組み合わせ（アドミッションコントロールおよびリソースアロケーション）
加入者アクセス認証のため、同様に種々の可能性がある：
・ＩＥＥＥ８０２．１ｘの利用すなわちＥＡＰプロトコル（RFC2284）による認証
８０２．１ｘ標準とは異なり、ＶＬＡＮベースの論理ポートによっても認証を行うことができる（８０２．１ｘによればポートベースまたはＶＬＡＮベースの認証しかできない）。この場合、サービス選択のために、ユーザＩＤのドメイン拡張子による周知の手法を利用することができる（たとえばmueller@aol.com）。
・Webベースのログインの利用すなわちユーザは最初にログインサーバに転送される。
認証成功後、ネットワークアクセスが許可される。
・ユーザの識別および認証のための新たなＤＨＣＰオプションの利用
基本的にいえるのは、認証済みの論理ポートのみネットワークアクセスが可能なことである。他のすべての論理ポートはブロックされ、認証済みのものだけが許可される。
【００１６】
本発明による解決手段の利点
簡略化された管理：加入者アクセスはアクセスノード（ＤＳＬＡＭ、エッジスイッチ）においてのみ形成すればよい。セッションインタフェースはＥＳＮ自体によって生成される。
・ネットワークプラニングおよび設計仕様の簡略化：サービスベースのアグレゲーションネットワークエンジニアリング、論理コネクションの個数が著しく少ない
・僅かなサービスポートへの多数のセッションポートの集約（たとえばＶＬＡＮ）により僅かなＩＰアドレスしか伴わないないＩＰネットワークプラニングの単純化ＩＰネットワークにおいてＶＬＡＮごとに固有のサブネットワークが占有される。
アグレゲーションネットワークにおけるアクセスコントロールによるコスト節約、したがってＢＡＳはもはや不要
・加入者アクセスのできるかぎり近くで加入者トラフィックを監視することにより、アグレゲーションネットワークにおいてすでにＱｏＳが得られる
・加入者アクセスごとのＭＡＣアドレス数の制限
PPPoEリレーによる古典的なＢＡＳサービスへのアクセスが依然として可能
従来技術との相違点
古典的なイーサネットスイッチとの主要な相違点は、ソースＭＡＣアドレスに基づくパケット交換ならびにＶＬＡＮ ＩＤの変換（トランスレーション）
・古典的なＢＡＳとの主要な相違点は、ＩＰレイヤ（レイヤ３）ではなくレイヤ２（ＭＡＣレイヤ）におけるセッションコントロールおよびスルーコネクション、サービス固有の論理インタフェースへのセッションの割り当て（トンネル）
・イーサネットアグレゲーションネットワークへのアクセスコントロールの集約も新規である。
【００１７】
本発明の実施例
図７、図８、図９には、セッションに必要とされるデータを自律的に学習する様子が例示されている。図７には、加入者がＶＬＡＮ ２００を介してＥＳＮと接続されている実現可能な１つのコンフィギュレーションの例が描かれている。この場合、ネットワーク側において２つのサービスプロバイダを利用可能であり、１つはポート８／ＶＬＡＮ ９０であり、１つはポート９／ＶＬＡＮ ９１である。
【００１８】
図８には、PPPoEセッションを確立する際のメッセージフローが描かれている。メッセージ／パケットの名称は、ここではRFC2516におけるPPPoE定義の用語に対応させている。セッションの確立はPPPoEディスカバリーフェーズから始まり、この場合、PPPoEサーバはＰＡＤＩパケットおよびＰＡＤＯパケットを選択する。これらのパケットの伝達は、ＥＳＮにおけるPPPoEリレーエージェントによって行われる。本来のセッション確立は、ＰＡＤＲ（PPPoE Active Discovery Request）パケットならびにそれに続くサーバのPPPoEアクティブ・ディスカバリー・セッションコンファメーション（PPPoE Active Discovery Sessionconfirmation ＰＡＤＳ）によって行われる。この場合、セッションにも１つのセッションＩＤが割り当てられ、それらはすべての以降のPPPoEパケットに含まれる。この時点でＥＳＮは、ダイナミックなセッションを生成し図９に示されているセッションポートとサービスポートの割り当てテーブルを生成するのに必要とされるすべての情報を有している。テーブルエントリをアクティブ状態にすることで、PPPoEクライアントとサーバとの間のダイレクトな通信がイネーブル状態となり、セッションがアクティブとなる。
【００１９】
略語：
ＳＳＳ：サービスセレクションサーバ  Service Selection Server
ＥＡＰ：ＥＡＰ（RFC2284）は、複数の認証メカニズムをサポートする一般的な認証プロトコルである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】イーサネットサービスノードに属するネットワークコンセプトを示す図
【図２】ＥＳＮ基本原理を示す図
【図３】セッションベースの転送を示す図
【図４】ネットワークコンフィギュレーションの一例を示す図
【図５】ユーザからネットワークへのデータ伝送の一例を示す図
【図６】サービスインタフェースにおける割り当てテーブルを示す図
【図７】セッションに必要とされるデータを自律的に学習する様子を示す図
【図８】セッションに必要とされるデータを自律的に学習する様子を示す図
【図９】セッションに必要とされるデータを自律的に学習する様子を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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