(57)【要約】【課題】分散キャッシュシステムに協調動作の処理時間を低減する。【解決手段】ユーザ端末１００を収容するアクセスノードにキャッシュ機能を持たせる。例えば、アクセスノードをノード装置Ａ２００とキャッシュサーバ２１０の組で構成し、キャッシュサーバ２１０にキャッシュ機能を持たせる。ノード装置Ａ２００とキャッシュサーバ２１０の組の４組毎にグループ化し、グループ内のノード装置Ａ２００相互間にコネクションオリエンテッドなパスを構成し、協調動作するキャッシュ機能間データを、そのパスで転送する。【選択図】  図３
2004318287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加入者線が接続された複数の第１のノード装置と、該複数の第１のノード装置をネットワーク上流に設けられた第２のノード装置に接続する複数の回線とを備えたネットワークであって、
前記ノード装置は、パケットを送受信する通信機能部と、キャッシュ機能部と、複数のノード装置間でキャッシュ動作を協調させる手段とを備え、
前記複数のノード装置は、メッシュ接続されていることを特徴とするアクセス網。
【請求項２】
請求項１に記載のネットワークシステムにおいて、前記メッシュ接続された第１のノード装置の数が４以上であることを特徴とするアクセス網。
【請求項３】
請求項２に記載の複数のアクセス網と、前記第２のノード装置とを備えたネットワークシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のアクセス網において、前記複数の第１のノード装置間を接続する回線上に実現された双方向な論理パスを備えることを特徴とするアクセス網。
【請求項５】
請求項４に記載のアクセス網において、前記回線上を通過するパケットのプロトコルがＭＰＬＳであることを特徴とするアクセス網。
【請求項６】
請求項４に記載のアクセス網において、前記回線上を通過するパケットのプロトコルがＡＴＭであることを特徴とするアクセス網。
【請求項７】
アクセス網に設けられたノード装置の接続方法であって、パケットを送受信する通信機能部と、キャッシュ機能部と、複数のノード装置間でキャッシュ動作を協調させる手段とを備えた第１のノード装置と、該第１のノード装置に対しネットワークの上流側に位置する第２のノード装置とをメッシュ接続することを特徴とするノード装置の接続方法。
【請求項８】
請求項７に記載のノード装置の接続方法において、前記第２のノード装置に接続する第１のノード装置の数を４以上にすることを特徴とするノード装置の接続方法。
【請求項９】
請求項７に記載のノード装置の接続方法において、前記第１のノード装置と第２のノード装置間を接続する物理回線に双方向な論理パスを形成することによって前記メッシュ接続を実現することを特徴とするノード装置の接続方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のノード装置の接続方法において、前記物理回線で送受信するパケットのプロトコルとしてＭＰＬＳを用いることを特徴とするノード装置の接続方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のノード装置の接続方法において、前記物理回線で送受信するパケットのプロトコルとしてＡＴＭを用いることを特徴とするノード装置の接続方法。
【請求項１２】
キャッシュ機能を有する第１のノード装置を備えたアクセス網の構築方法であって、前記アクセス網に対してネットワークの上流側に位置するコア網からの通信回線を第２のノード装置に接続し、複数の前記第１のノード装置群と前記第２のノード装置とをメッシュ接続することを特徴とするネットワークの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分散キャッシュシステムのキャッシュ機能間データ転送に利用するネットワーク構成方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ネットワーク上にキャッシュサーバを分散配置し、これらのキャッシュサーバを協調動作させることにより、コンテンツ要求からコンテンツの一部または全部を入手するまでの応答時間を低減する技術があり、分散キャッシュシステムと総称されている。例えば、オリジンサーバにあるコンテンツをキャッシュし、キャッシュされた場所からそのコンテンツをダウンロードする技術である。これらの技術では、要求されたコンテンツをオリジンサーバからダウンロードする場合に比べて、コンテンツ要求からコンテンツの一部または全部を入手するまでの応答時間を低減することができる。
【０００３】
分散キャッシュシステムの目的は、キャッシュでのコンテンツヒット率を向上させることである。非特許文献１では、ＩＣＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｃａｃｈｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）という分散キャッシュ間協調プロトコルを用いたシステムにおいて、協調するキャッシュサーバ数と協調動作のために送受信されるパケット数の関係が論じられている。非特許文献１の図３には、協調するキャッシュサーバ数の増加と共に、キャッシュヒット率とネットワーク内を送受信されるパケット数の双方が増加することがグラフで示されている。このグラフの協調サーバ数とヒット率の関係に注目すると、協調サーバ数の増大と共にヒット率は増加するが、協調サーバ数が４以上でほぼヒット率の増加が飽和することが分かる。
【０００４】
また、非特許文献２では、ネットワーク内を通過するパケット数の低減方法が論じられている。この文献には、ＩＣＰの問い合わせ（ＩＣＰ  ｑｕｅｒｙ）パケットの送信を、状態テーブルが示す要求ＵＲＬの有名度に応じて予め制御する方法が提案されている。本技術によれば、有名度に応じてパケットをフィルタリングし、有名度が低い場合には問い合わせパケットの送信を行わない。非特許文献２は、当該フィルタリング方法により、パケット数が低減されると主張している。
【０００５】
【非特許文献１】
河合栄治他「Ｈａｒｖｅｓｔ型分散キャッシュシステムにおけるトラヒックの分析」、日本Ｗｅｂキャッシュワークショップ、１９９９年３月
【非特許文献２】
シン・メイ（Ｈｓｉｎｇ  Ｍｅｉ）他「ＩＣＰを用いたキャッシュ間自動協調環境（Ａｎ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃａｃｈｅ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  ＩＣＰ）」、符号化と計算に関する情報技術国際会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：  Ｃｏｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）、２００２年４月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ヒット率の向上およびパケット数の低減に着目していたが、応答時間の改善について考慮されておらず、キャッシュシステムの元来の目的である応答時間への配慮が欠落していた。
【０００７】
本発明の目的は、分散キャッシュシステムにおいて、コンテンツ要求からコンテンツの一部または全部を入手するまでの応答時間を短縮することにある。特に、分散協調動作のデータの処理時間を低減することによる応答時間の短縮を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、キャッシュ機能を持たせた複数のノードをメッシュ接続することによって上記目的を達成する。
【０００９】
本発明によると、分散キャッシュシステムの協調動作によってヒット率を向上しながら応答時間を短縮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図１８により説明する。
図１は、本実施例が適用されるアクセス網の概念を示す図である。図１のネットワークには、ユーザ端末、キャッシュ機能を持つアクセスノード、オリジンサーバを含んでいる。本実施例においては、アクセスノードを、加入者線を収容するノード装置を少なくとも１台収容し、少なくともパケットデータの転送機能を有するノードと定義する。アクセスノード装置には、キャッシュ機能を備えたキャッシュサーバが接続される。キャッシュサーバは、物理的・距離的に離れて設置され、ノード装置と通信回線で接続される場合もあるし、キャッシュサーバとして機能するサーバ機能部が、ノード装置と同じ筐体内に収納されることもある。アクセス網は、上記のアクセスノードを少なくとも１つ有し、広域ネットワークへの接続回線を少なくとも１本有するネットワークと定義する。広域ネットワークとは、ユーザ端末から見てアクセス網の上流に位置する任意のネットワークを意味するが、本実施例では、その入口と出口との間に少なくとも３台以上のノード装置を含む任意のネットワークとする。
【００１１】
図１の例では、キャッシュ機能を持つアクセスノードは、複数のノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）およびキャッシュサーバ２１０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）の組で構成される。ここで、ｍはアクセス網に含まれるノード装置Ａの数である。本実施例では、アクセス網に含まれるノード装置Ａの総数とキャッシュサーバの総数とが同じｍであるが、一致しない場合もあり得る。例えば、ノード装置Ａがアクセス網に属していないキャッシュサーバに接続されている場合や、他のノード装置とキャッシュサーバを共有する場合などである。ノード装置Ａは、キャッシュサーバに接続されるローカルインタフェースポートを有しており、ローカルインタフェースに接続された局所回線２０５−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）を介して接続されている。ノード装置とキャッシュサーバが一体化しているような実施形態では、回線２０５−ｉは必要ない。ノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）には、複数のユーザ端末１００−ｉ−ｎｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）が、加入者線１５０−ｉ−ｎｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）を介して収容されている。各々のノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）は、ノード装置Ａのネットワーク上流側に位置する他のノード装置Ｂ３００に回線２５０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）を介して接続される。ここで、他のノード装置Ｂとはネットワーク接続上、アクセスノードと広域ネットワークの間に位置する任意のノード装置である。
【００１２】
ノード装置Ｂ３００は、回線３５０を介して広域ネットワーク６００と接続され、更に、回線４５０を介してノード装置Ｃ４００と接続されている。ノード装置Ｃ４００には、回線５５０を介してオリジンサーバ５００が接続されている。ここで、オリジンサーバとは、ノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）のいずれかに接続された任意のユーザ端末が要求するコンテンツデータを保有している任意のサーバであるとする。図１では、ノード装置Ｂを一台しか図持していないが、一つのアクセス網内に複数のノード装置Ｂが設けられることもあり、これは以下の図面においても同様である。
【００１３】
図２は、本実施例のアクセス網の構造を示す図であり、ノード装置Ａ２００−ｉの総数が８台の場合のアクセス網の構成図である。図中のｋは、０以上８以下の自然数を意味する。各々のノード装置Ａには、キャッシュサーバ２１０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）が１台ずつ接続されている。本実施例においては、ノード装置Ａ２００とキャッシュサーバ２１０の組を４組毎にグループ化し、グループ内のノード装置Ａを各々メッシュ接続する。メッシュ接続については後述する。図２の例では、第一のグループがｉ＝１、２、３、４であり、第二のグループがｉ＝５、６、７、８であり、最終グループがｉ＝ｍまたはｉ＝ｍ−１、ｍまたはｉ＝ｍ−２、ｍ−１、ｍまたはｉ＝ｍ−３、ｍ−２、ｍ−１、ｍである。４組毎にグループ化した場合、アクセス網内に設置したノード装置Ａの数に応じて、最終グループ内のノード装置Ａの数は、４以下の自然数（すなわち１または２または３または４）となる。ノード装置Ｂ３００には、グループ化されたノード装置Ａが、回線２５０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）を介して接続されている。７００は後述するネットワーク管理装置であり、ノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）とは回線７５０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）を介して、またノード装置Ｂとは回線７６０を介してそれぞれ接続されている。煩雑さを避けるため、一部の接続回線は省略して示してある。キャッシュサーバ２１０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）が接続されたノード装置Ａを、４組毎にグループ化してノード装置Ｂ３００に接続することにより、キャッシュヒット率を向上することができる。
【００１４】
グループ化によりキャッシュヒット率が向上する理由を図１７に示す。図１７の横軸は、ネットワーク上で協調動作を行なっているキャッシュサーバの数、縦軸は、キャッシュヒット率を示す。協調動作するキャッシュサーバの数が増加するとヒット率は向上するが、ヒット率はキャッシュサーバの数が４台で飽和することが判る。従って、キャッシュヒット率の観点からは、各グループ内に存在するキャッシュの数は、４台以上が好ましい。しかし、キャッシュの数が多くなると、ネットワークを通過するパケット数が増大しするため、ネットワークの帯域容量の観点からは、各グループ中に存在するキャッシュサーバの数は少ない方が好ましい。従って、各グループに配置するキャッシュサーバの数は、４台がもっとも効率的であることになる。
【００１５】
図２において、同じグループに属するノード装置Ａは、各々メッシュ接続されている。ここで、メッシュ接続とは、接続する少なくとも３つのノード間の任意の２ノード間に必ず少なくとも１本の接続経路が存在し、かつその接続経路上の始点と終点以外にはこれらのノードが存在しない接続構成と定義される。以下、現実のネットワークでメッシュ接続を実現する例を図３を用いて説明する。
【００１６】
図３は、メッシュ接続の概念を説明するための図であり、図２の第１グループ内のノード装置Ａの接続形態を示している。図中の太い実線２６０、２６１，２６２、２６３、２６４、２６５が、ノード装置Ａ２００−１、２００−２、２００−３、２００−４のノード間に形成された双方向な論理パスを示す。但し、実際には、双方向な論理パスは、逆向きの一方通行の論理パスが２組、対になって形成されている。回線２５０−１、２５０−２、２５０−３、２５０−４と記された円筒は、各ノード装置Ａとノード装置Ｂとを接続する物理回線であり、論理パスは、複数の物理回線とノード装置Ｂとをまたいで形成されている。ここで、論理的なパスとは、物理回線上に形成される特定パケットの通過する帯域のことであり、同一の物理回線上に複数の論理パスを形成することも可能である。
【００１７】
２００−１、２００−２、２００−３、２００−４の各ノード装置Ａは、論理パスを介して論理的にメッシュ接続されている。例えば、ノード装置Ａ２００−１は、ノード装置Ａ２００−２と論理パス２６０で接続されており、論理パス２６０上には、ノード装置Ａ２００−１と２００−２以外のノード装置は存在しない。他の全てのノード装置Ａについても同様である。物理回線上は、ノード装置Ｂを介して接続されているが、種々の手法を用いて、あたかも回線上にノード装置Ｂが存在しないように見せかけることができる。例えば、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｌａｂｅｌ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のＬＳＰ（Ｌａｂｅｌ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｐａｔｈ）、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｅ）のＶＣ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）等で実現可能である。
【００１８】
以下、ＭＰＬＳのＬＳＰを利用して論理パスの実現するための具体例について説明する。本方法では、個々のノード装置Ａ間を双方向な論理パスで接続し、送受信されるパケットに対して、論理パス固有のラベルを付ける。物理回線上には、論理パスの始点と終点となるノード装置以外のノード装置が存在しうるが、論理パス上は、メッシュ接続された論理パスには始点と終点以外にはノードが存在しない。従って、パケットに附されたラベルを見さえすれば、そのパケットがどの論理パスを通過すべきパケットなのか、あるいはパケットが最終的に転送されるべき宛先がどこなのか判別可能である。従って、物理的なパケットの伝送経路上、仮に論理パスの始点と終点となるノード以外のノード装置が存在していたとしても、各ノードは、受信したパケットの詳細なヘッダ解析ないし高次のレイヤ解析を行なわずに、パケットのラベル処理を行なうだけでパケットの転送先が判る。よって、各ノード間を論理パスでメッシュ接続することにより、論理パスを通過する特定のパケットについては、パスの始点と終点となるノード装置が直接接続されたことになる。従って、ネットワークのパケット転送速度が向上する。
【００１９】
図４には、論理的なパスを識別するためのパケットのフォーマットを示す。パケット２０００は、ヘッダ２１００とペイロード２２００から成り、ヘッダ２１００の領域にラベル領域２１１０が存在する。同一パスを通過するパケットのラベル領域２１１０には同一の値が設定され、これにより回線上に多重された他の論理パスとは区別される。これを図５、図６で説明する。
【００２０】
図５は、図２の第一のグループの回線接続およびそれらの回線上を転送されるパケットのフォーマットを示す。図６は、図２の第一のグループの論理的なパスの接続およびそれらの論理的なパスを転送されるパケットのフォーマットを示す。図６に示すように、ノード装置Ａ２００−１が始点でノード装置Ａ２００−２が終点の論理的なパスには、ラベルＬ１２Ｉ：２１１０−１の値を持つパケット２０００−１とラベルＬ１２Ｅ：２１１０−４を持つパケットがが通過する。ここで、パケット２０００−１は、図５の回線２５０−１上でのパケットフォーマットであり、パケット２０００−４は図５の回線２５０−２上でのパケットフォーマットである。同様に、ノード装置Ａ２００−１が始点でノード装置Ａ２００−３が終点の論理パスには、ラベルＬ１３Ｉ：２１１０−２の値を持つパケット２０００−２とラベルＬ１３Ｅ：２１１０−５を持つパケットが通過する。パケット２０００−２は図５の回線２５０−１上でのパケットフォーマットであり、パケット２０００−５は図５の回線２５０−３上でのパケットフォーマットである。また、ノード装置Ａ２００−１が始点でノード装置Ａ２００−４が終点の論理的なパスは、ラベルＬ１４Ｉ：２１１０−３の値を持つパケット２０００−３とラベルＬ１４Ｅ：２１１０−６を持つパケットが通過する。パケット２０００−３は図５の回線２５０−１上でのパケットフォーマットであり、パケット２０００−６は図５の回線２５０−４上でのパケットフォーマットである。
【００２１】
パケットにラベルを附するには、論理パスを通過するパケットの種類に応じてラベル管理を行なう必要がある。ラベル管理は、図２に示したネットワーク管理装置７００で、各ノードにラベル管理テーブルを配布することにより行なう。以下、ラベルの管理方法について説明する。
【００２２】
図７には、本実施例のアクセス網の構造を、グルーピングを明示せずに示した。アクセス網内には、ノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）の他、メッシュ接続を管理するネットワーク管理装置７００と、ノード装置Ｂ３００、各々の装置を接続する回線が配置されており、ノード装置Ａの総数はｍとする。ネットワーク管理装置７００はノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）と回線７５０−ｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）で、ネットワーク管理装置７００はノード装置Ｂ３００と回線７６０でそれぞれ接続されている。ネットワーク管理装置７００は、パケットの通過する論理パスを識別するためのラベルを配布するための装置であり、ノード装置管理テーブルと、アクセスノードグループ管理テーブルおよびラベル割り当てテーブルを保持している。これらのテーブルは、管理装置７００内に設けられたメモリ、ないし装置７００に接続されたディスクドライブなどの外部記憶装置に格納されている。なお、本実施例では、ネットワーク管理装置７００は、アクセス網に配置された全てのアクセスノード装置Ａに直結されているが、ネットワーク管理装置７００と各ノード装置の接続形態はどのようであっても良い。要するに、各テーブルを各ノード装置へ配布できるように、各ノード装置と管理装置７００とが物理的に接続されていさえすればよい。例えば、管理装置７００は、ノード装置Ｂのみに接続されていても構わないし、グループ化された各グループ内に一台ずつ接続されていても構わない。
【００２３】
図８には、ネットワーク管理装置７００が保持するノード装置管理テーブル１０００とアクセスノードグループ管理テーブル１０１０の構造を示す。ノード装置管理テーブル１０００は、ノード装置Ｂ番号とアクセスノードグループ管理テーブルへのポインタの組から成るレコードを有する。例えば図７のノード装置Ｂの番号が２の場合、そのレコードのポインタＰＴＲ２は、アクセスノードグループ管理テーブル１０１０を指す。ノード装置管理テーブルにノード装置Ｂの番号情報が含まれるのは、同じアクセス網に複数のノード装置Ｂが配置される場合もあり得るからである。アクセスノードグループ管理テーブル１０１０は、アクセスノード番号とグループ番号から成るレコードを有する。グループ番号とは、ノード装置Ａをグルーピングしたグループの番号である。本実施例のアクセスノード管理テーブルは、ノード装置Ａの総数が１５台の場合のテーブルであり、図７において、ｍ＝１５である場合に相当する。アクセスノード番号の昇順に、４番号毎に同一グループ番号を１から昇順に割当てた例を示す。グループ番号の割当ては、このようにアクセスノード番号にのみ基づいて行っても良いが、他のアルゴリズムに基づき割り当てを行なう場合も考えられる。
【００２４】
ネットワーク管理装置７００は、アクセスノードグループ管理テーブル中で、同じグループ番号が割り当てられたノード毎に論理パス番号とラベルの割当て表を作成する。グループ内のアクセスノード数をＮとした場合、論理パス番号を１からＮ×（Ｎ−１）まで昇順に割当てる。なお、Ｎ×（Ｎ−１）は、論理パスを形成する単方向論理パスの数である。
【００２５】
図９（ａ）は、図３に示した４つのノード装置からなるグループの論理パスに対して作成されたラベル割当てテーブルの例である。ラベル割当てテーブル１１００は、グループ番号、論理パス番号、入力ラベル、出力ラベルを含むレコードを有する。４つのノード装置間をメッシュ接続するためには、Ｎ×（Ｎ−１）＝４×３＝１２本、つまり１２本の単方向な論理パスが必要となる。従って、必要となる論理パスの番号は１から１２であり、これら１２本の論理パスに対して入力ラベルと出力ラベルの組を割当てる。入力ラベルと出力ラベルとしては、任意の番号や標識を付けることが可能である。本実施例では、図３のノード装置Ａ２００−１〜２００−４の各ノードに対して、順に１〜４のノード番号を割り振り、ノード番号１の装置を基準にして、ノード番号１から他のノード装置へ向かう論理パスの順に論理パス番号を割り振った。例えば、ノード装置１からノード番号２に向かう論理パスに対しては、論理パス番号１を割り振り、ノード装置１からノード装置４へ向かう論理パスに対して論理パス番号を割り振り終わった後は、論理パス２から他のノード装置へ向かう論理パスに対してパス番号を割り振った。
【００２６】
最終的に割り振られたパス番号と各ノード装置Ａとの相対対応関係を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、引出番号２６０〜２６５で示される論理パスの組は、図３の双方向論理パス２６０〜２６５に対応している。また、ノード装置Ａ２００−１〜２００−４に対しては、アクセスノード番号１〜４がそれぞれ割り振られている。
【００２７】
ラベルの割り当てが終了したら、ネットワーク管理装置７００は、グルーピングされた各ノード装置へラベル番号を通知する。通知は、管理装置７００の持つテーブルを各ノード装置へ配布することにより行なう。図１０には、ネットワーク管理装置７００からノード装置Ｂ３００、ノード装置Ａへのラベル通知シーケンスを示す。ここでは図７のノード装置Ｂ３００の番号に、図８のノード装置管理テーブルが示す２を割当て、図７のノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１，２，３，４）のアクセスノード番号を図８のアクセスノードグループ管理テーブルが示すように、２００−１に１を、２００−２に２を、２００−３に３を、２００−４に４を割当てる。まず、シーケンスＳ１で、ネットワーク管理装置７００からノード装置Ｂ３００にグループ番号１とラベル割当てテーブル１１００を配布する。ノード装置Ｂ３００は正常にデータを受信したら、ネットワーク管理装置７００に対してＡＣＫを返送する（シーケンスＳ２）。ラベル割り当てテーブル１１００の配布が終了したら、ネットワーク管理装置７００から、各ノード装置Ａ２００−ｉ（ｉ＝１，２，３，４）へ、グループ内ノード数、アクセスノード番号、およびラベル割当てテーブル１１００を配布する。例えば、ノード装置Ａ２００−１には、グループ内ノード数４、アクセスノード番号１、およびラベル割当てテーブル１１００が配布される（シーケンスＳ３）。正常にデータを受信したら、ノード装置Ａ２００−１はＡＣＫを返送する（シーケンスＳ４）。以下、管理装置７００は、各ノード装置Ａへ、グループ内ノード数と各ノード装置Ａに附されたアクセスノード番号を通知し、かつラベル変換テーブルを配布する。シーケンスＳ５は、ノード装置Ａ２００−２には、グループ内ノード数４、アクセスノード番号２、およびラベル割り当てテーブル１１００の配布を意味し、シーケンスＳ６は、正常にデータを受信したことに対するノード装置Ａ２００−２からのＡＣＫの返送である。ノード装置Ａ２００−３には、グループ内ノード数４、アクセスノード番号３、およびラベル割り当てテーブル１１００を配布する（シーケンスＳ７）。ノード装置Ａ２００−３は正常にデータを受信したら、ＡＣＫを返送する（シーケンスＳ８）。ノード装置Ａ２００−４には、グループ内ノード数４、アクセスノード番号４、およびラベル割り当てテーブル１１００を配布する（シーケンスＳ９）。ノード装置Ａ２００−４は正常にデータを受信したら、ＡＣＫを返送する（シーケンスＳ１０）。同様のデータ通知とテーブルの配布は、他のグループに属するノード装置に対しても行なわれる。
【００２８】
図１１はノード装置Ａ２００−１の構成図である。ノード装置Ａ２００−１はラベル制御部３１０、ラベル付与／削除部３２０、ポート３３０、ローカルポート３４０、管理装置ポート３３５などの構成要素を備えている。ポート３３０は回線２５０−１を介してノード装置Ｂ３００と接続されている。ローカルポート３４０は、ローカル回線２０５−１を収容するためのインタフェースポートであり、当該ローカル回線を通じてキャッシュサーバ２１０−１と接続される。また、アクセスポート１〜ｎ１は、加入者線１５０−１−１〜１５０−１−ｎ１を収容するためのインタフェースポートであり、ユーザ端末１００−１−１〜１００−１−ｎ１と接続されている。回線ラベル制御部３１０には、ポート３３０からの信号（２０）および管理装置ポート３３５からの信号（３５）が入力される。スイッチ／ラベル付与／削除部３２０にはラベル制御部３１０からの信号（１０）が入力され、ポート３３０と信号の入出力（３０）、ローカルポート３４０と信号の入出力（４０）が行われる。
【００２９】
ラベル制御部３１０は、通知されたグループ内ノード数とアクセスノード番号、及び配布されたラベル割り当てテーブル１１００を基にラベルテーブル１３００を生成し、ラベルテーブルテーブル保持部に格納する。ラベルテーブルは、パケットのラベルと、当該パケットが通過すべき論理パスの番号とを対応づけるための参照テーブルであり、それぞれのノード装置Ａ２００−１〜２００−ｍで生成され、ラベル格納部に格納される。ラベルテーブル保持部は、ラベル制御部に接続されたメモリ等により実現されるが、テーブルのデータサイズが小さい場合は、ラベル制御部内のレジスタやＬ１キャッシュ、Ｌ２キャッシュ等に格納することも可能である。
【００３０】
なお、本実施例では、アクセス網に配置された各アクセスノードがラベルテーブルを個別に生成しているが、ネットワーク管理装置７００が個々のアクセスノードに対応するラベルテーブルを生成して、各アクセスノードへ配布しても構わない。但し、アクセス網に配置されたノード装置Ａの総数が多くなるとノード装置Ａに配布すべきラベルテーブルの数も増えるため、規模の大きなアクセス網に対してラベルテーブルの配信を行なう場合には、本実施例のように個々のアクセスノードがラベルテーブルを自分で生成する方が有利である。
【００３１】
次に、キャッシュデータを要求された場合のノード装置Ａの動作を説明する。ポート３００に対し、他のアクセスノード装置Ａからのキャッシュデータ有無の問い合せを受けると、ラベル制御部は、ラベルテーブル保持部に格納されたラベルテーブルを参照し、受信パケットがいずれの論理パスを通過してきたパケットか特定する。その後、ラベル制御部は、特定した論理パスの番号をスイッチ／ラベル付与／削除部３２０へ伝送する。スイッチ／ラベル付与／削除部３２０は、受信パケットを解析し、要求されたコンテンツがキャッシュサーバ２１０−１にあるかどうか有無を問い合せる。キャッシュサーバからの回答がローカルポート３４０に到着すると、スイッチ／ラベル付与／削除部３２０は、送信パケットを生成する。要求されたコンテンツデータがキャッシュサーバにあれば、コンテンツデータをパケット化して送信パケットを生成し、コンテンツデータがキャッシュサーバにない場合は、キャッシュミスであることを示すフラグをヘッダ領域に含む送信パケットを生成する。
【００３２】
送信パケットが生成されると、ラベル制御部は、ラベルテーブルを参照し、送信パケットに付与すべき送信ラベルを特定し、その情報をスイッチ／ラベル付与／削除部３２０に転送する。スイッチ／ラベル付与／削除部３２０は、転送されてきた送信ラベルを送信パケットに付与し、ポート３３０へ転送する。実際には、ポート３３０は、論理パスに対応した複数のインタフェースポートを備えている。スイッチ／ラベル付与／削除部３２０は、論理パスの番号に応じて、送信パケットを転送すべきインタフェースポートを切替えて、送信パケットをポート３３０に転送している。ラベル付与／削除部３２０は、ローカルポートから受信したデータに送信ラベルを付与し、ポート３３０に転送して回線２５０−１に送信している。また、ポート３３０から転送された受信データに対しては、ラベル付与／削除部３２０が、受信パケットに含まれる受信ラベルを削除し、ローカルポート３４０に送信する。ラベルの付与、削除が、ラベル制御部から送られる情報を基に行なわれるのは前述の通りである。
【００３３】
図１２はノード装置Ａ２００−１が保持するラベルテーブル１３００を示す。ラベルテーブル１３００は、論理パス番号、送信ラベル、受信ラベルを含むレコードを有している。図１２に示された送信ラベルにおいて、アルファベットのＬはヘッダ中でラベルであることを示す標識であり、アルファベットＬの次の数字は論理パスの始点、次の数字は論理パスの終点を示している。アルファベットのＩは送信ラベルであることを示す標識である。例えば、論理パス番号１対応する送信ラベルＬ１２Ｉは、始点が番号１のノードで終点が番号２のノードである論理パスであることを示す。従って、送信ラベルＬ２１Ｉに対応する論理パスは、図９（ｂ）の番号１の論理パスであることが分る。受信ラベルの構造も同様であり、出力ラベルであることを示す標識として、ラベルの末尾にアルファベットのＥが附されている。
【００３４】
図１３には、図１２に示したラベルテーブルを生成するアルゴリズムの一例を示す。ノード装置Ａ２００−ｉは、グループ内ノード数Ｎ、アクセスノード番号ｉ、ラベル割当てテーブルをネットワーク管理装置７００から受信する（３０００）と、以下のアルゴリズムに従って、自己と各ノード装置間に形成される論理パスの番号を計算する。送信ラベルに対応する論理パスに対しては、ｐＩ＝（ａ＋ｊ）（ｍｏｄ  Ｌ）＋１、ｊ＝０，１，２，…，（Ｎ−２）というアルゴリズムで論理パスを計算する。ここで、ｐＩは、送信ラベル用の論理パスであることを示す変数であり、ｋ、ａ、ｂの各パラメータは、グループ内ノード数Ｎ、アクセスノード番号ｉを用いて以下のように計算される。ｋ＝（ｉ−１）ｍｏｄ  Ｎ（ｋ＝０，１，２，…，Ｎ−１）、ａ＝（Ｎ−１）×ｋ＋１、ｂ＝ａ＋２（Ｎ−１）−１（３０１０）、Ｌ＝Ｎ（Ｎ−１）。一方、受信ラベルに対応する論理パス番号は、ｐＥ＝（ｂ＋ｊ×（Ｎ−２））（ｍｏｄ  Ｌ）、ｊ＝０，１，２，…，（Ｎ−２）のように計算される。ｐＥは、受信ラベル用の論理パスであることを示す変数であり、ｋ、ａ、ｂの各パラメータは送信ラベルに対応する論理パスの計算の際に用いる値と同じ値を用いる。これらの演算を行なうステップが、図１３の３０１０と３０２０である。ノード装置Ａ２００−１を例に説明すると、グループ内のノード数Ｎ＝４、アクセスノード番号ｉ＝１であるから、ｋ＝０、ａ＝１、ｂ＝６となり、送信ラベル用の論理パス番号ｐＩは各々１，２，３となる。ノード装置Ａのラベル制御部は、配信されたラベル割り当てテーブルを参照し、論理パス番号１，２，３に対応する入力ラベルＬ１２Ｉ，Ｌ１３Ｉ，Ｌ１４Ｉをラベルテーブルの送信ラベル列に記録する。この動作により送信ラベルが設定される。また、受信ラベルに対応する論理パス番号ｐＥは、６，８，１０であるので、対応する出力ラベルＬ２１Ｅ，Ｌ３１Ｅ，Ｌ４１Ｅがラベルテーブルの受信ラベル列に記録される。以上で、ラベルテーブルの生成が終了し、生成されたラベルテーブルはノード装置内のテーブル格納部へ格納される。
【００３５】
図１４はノード装置Ｂ３００の構成図である。ノード装置Ｂ３００はラベル制御部３１０、ラベル変換部３２１、および複数のポート３３０−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）、管理装置ポート３３５から成る。ポートｉ（ｉ＝１、２、３、４）は回線２５０−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）と接続され、管理装置ポート３３５からの信号（３５）が入力される。ラベル制御部３１０にはポート１  ３３０−１からの信号（２１）、ポート２  ３３０−２からの信号（２２）、ポート３  ３３０−３からの信号（２３）、ポート４  ３３０−４からの信号（２４）がそれぞれ入力される。ラベル変換部３２０にはラベル制御部３１０からの信号（１０）が入力され、各ポート  ３３０−１、３３０−２、３３０−３、３３０−４と信号が入出力される（３１、３２、３３、３４）。ラベルテーブル保持部には、ネットワーク管理装置から配布されたラベル割り当てテーブルが格納される。ノード装置Ｂのラベルテーブル保持部に格納されるラベル割り当てテーブルは、ノード装置Ｂのラベル制御部は、受信したパケットの受信ラベルを読み、ラベル割り当てテーブルを参照して、グループ番号と論理パスとを特定する。特定された論理パスとグループ番号の情報は、出力ラベルの情報と共にラベル変換部へ転送される。ラベル変換部へは、ポートｉ（ｉ＝１、２、３、４）で受信したパケットデータも転送され、入力ラベルから出力ラベルへラベルが変換され、論理パスに応じたポートへ転送される。
【００３６】
図１５は、ノード装置Ｂ３００が保持するラベル変換テーブル１２００を示す。ラベル変換テーブル１２００は、図９（ｂ）に示した形式のラベル割り当てテーブルを、グループ番号の異なるテーブル毎に加えていき一つの大きなテーブルにまとめた形式のテーブルである。テーブルには、論理パス番号、入力ラベル、出力ラベルからなるレコードが含まれる。参考のため、図１５のテーブルには、どのレコードがどのグループに属するかという情報も合わせて表示している。ノード装置Ａ２００−ｉからノード装置Ａ２００−ｊ（ｊ＝１、２、３、４、ｊ≠ｉ）へのパスの入力ラベルがＬｉｊＩであり、出力ラベルがＬｉｊＥである。例えば図３の論理的なパス２６０のノード装置Ａ２００−１からノード装置Ａ２００−２へのラベルは、入力ラベルがＬ１２Ｉ、出力ラベルがＬ１２Ｅである。
【００３７】
図１６はキャッシュ機能を用いる場合のコンテンツ要求からコンテンツ入手までのシーケンスと分散キャッシュの協調動作例を示す。ここでは、キャッシュサーバ２１０−１には要求コンテンツがなく（ミスヒット）、キャッシュサーバ２１０−２で要求コンテンツがあった（ヒット）場合を例示する。
【００３８】
ユーザ端末１００−１−１からのコンテンツ要求はノード装置Ａ２００−１に転送され（Ｓ１０）、組のキャッシュサーバ２１０−１に送られた（Ｓ１１）後例えばＩＣＰのメカニズムでミスヒットであることが分かり、協調する複数のキャッシュサーバにコンテンツがないかの問い合わせを行う（図１６では問い合わせはキャッシュサーバ２１０−２に対してのみ示し（Ｓ１２−Ｓ１３（２６０）−Ｓ１４（２６０）−Ｓ１５）、他の問い合わせは省略してある）。ここで、Ｓ１３（２６０）、Ｓ１４（２６０）は論理的なパス２６０を使ったデータ転送であることを示す。キャッシュサーバ２１０−２でコンテンツがヒットし、ヒットしたことの回答をキャッシュサーバ２１０−１に転送する（Ｓ１６−Ｓ１７（２６０）−Ｓ１８（２６０）−Ｓ１９）。キャッシュサーバ２１０−１はコンテンツ要求をキャッシュサーバ２１０−２に転送し（Ｓ２０−Ｓ２１（２６０）−Ｓ２２（２６０）−Ｓ２３）、キャッシュサーバ２１０−２は要求コンテンツをユーザ端末１００−１−１に転送して（Ｓ２４−Ｓ２５（２６０）−Ｓ２６（２６０）−Ｓ２７）、コンテンツの入手が完了する。ここで、Ｓ１３（２６０）、Ｓ１４（２６０）、Ｓ１７（２６０）、Ｓ１８（２６０）、Ｓ２１（２６０）、Ｓ２２（２６０）、Ｓ２５（２６０）、Ｓ２６（２６０）は図３に示したように構成した論理的なパスを通して行われるので、転送途中の処理はノード装置Ｂ３００でのラベル変換処理だけとなり、処理時間はＴＣＰ／ＩＰヘッダ処理をする場合に比べて小さくなり、従って、ネットワーク内のパケット転送速度が向上する。
【００３９】
なお、本実施例においては、４台ずつグルーピングしたアクセス網内のノード装置Ａをメッシュ接続することで、キャッシュヒット率の向上とパケット転送速度の向上を両立しているが、メッシュ接続しないネットワーク構造においても、４台ずつグルーピングすることにより、従来のネットワークよりもキャッシュヒット率が向上するという効果は得られる。また、グループ内に配置するノード装置Ａの数を３台以下にしてメッシュ接続したネットワーク構造においても、パケット転送速度向上という効果は得られる。
【００４０】
図１８はネットワーク管理装置７００の表示画面例を示す。表示画面Ａ７０１は回線接続を表示する画面で、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈがアクセスノードを、ｉ，ｊがノード装置Ｂを示している。表示画面Ｂ７０２は論理パス接続を示し、アクセスノードａ，ｂ，ｃ，ｄが論理的にメッシュ接続されていることを表示している。アクセス網にアクセスノードやキャッシュサーバを増設したりあるいは撤去したりする際などは、ネットワーク管理者がこの画面を見ながらアクセスノードグループ管理テーブル１０１０の更新を行なう。アクセスノードの数が分れば、メッシュ接続に必要な論理パスの数は計算機で自動的に計算可能である。従って、アクセスノードグループ管理テーブルを更新しさえすれば、図９のラベル割り当てテーブルや図１２のラベルテーブルを自動的に更新することが可能である。更新した各テーブルは、図１０に示したフローに従い、アクセスノード装置Ａおよびノード装置Ｂに再配信する。これによって、ネットワークの物理的な構成が変化しても、ネットワークシステムのメンテナンスを簡便に実現することができる。
【００４１】
また、ネットワーク整備の際にも、アクセス網をグルーピングして構築し、かつ各ノード間をメッシュ接続することにより、キャッシュヒット率が高く、パケットの伝送速度の早い高速アクセスネットワークを構築することが可能である。本実施例に開示されたアクセス網は、特に光通信ネットワークにおいて好適である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、アクセスノード（ノード装置Ａとキャッシュサーバの組）間をメッシュ接続するので、キャッシュ間データ転送時間が小さい。また、メッシュ接続するアクセスノード数を一定値以上に設定するので、ヒット率を向上させて分散キャッシュシステムを利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のキャッシュ機能を持つネットワーク構成図。
【図２】図１の一部を詳細化した図。
【図３】図２の一部のノード装置間を論理的なメッシュ接続した構成図。
【図４】転送パケットフォーマットの説明図。
【図５】回線接続を示す図。
【図６】論理パス接続を示す図。
【図７】図１の一部にネットワーク管理装置との接続を付加した構成図。
【図８】ノード装置管理テーブルの説明図。
【図９（ａ）】ラベル割当てテーブルの説明図。
【図９（ｂ）】論理パス番号とノード装置Ａとの対応図（グループ１）。
【図１０】ラベル通知シーケンスの説明図。
【図１１】ノード装置２００の構成図。
【図１２】ラベルテーブルの説明図。
【図１３】ラベルテーブルの生成法の説明図。
【図１４】ノード装置３００の構成図。
【図１５】ラベル変換テーブル１２００の構造図。
【図１６】本発明によるコンテンツ入手シーケンスと分散キャッシュシステムの協調動作の説明図。
【図１７】ヒット率と協調するキャッシュ機能部数の関係を示すグラフ。
【図１８】ネットワーク管理装置７００の表示画面例を示す図。
【符号の説明】
１００：ユーザ端末
２００：ノード装置Ａ
２１０：キャッシュサーバ
３００：ノード装置Ｂ
４００：ノード装置Ｃ
５００：オリジンサーバ
６００：広域ネットワーク
７００：ネットワーク管理装置
１０００：ノード装置管理テーブル
１１００：ラベル割当てテーブル
１２００：ラベル変換テーブル
１３００：ラベルテーブル
【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（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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