JPH11275150A - ネットワーク帯域幅制御 - Google Patents

ネットワーク帯域幅制御

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JPH11275150A
JPH11275150A JP36540598A JP36540598A JPH11275150A JP H11275150 A JPH11275150 A JP H11275150A JP 36540598 A JP36540598 A JP 36540598A JP 36540598 A JP36540598 A JP 36540598A JP H11275150 A JPH11275150 A JP H11275150A
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bandwidth
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control mechanism
bandwidth control
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 宛先バッファの現ウインドウ・サイズを動的
に決定することにより、ネットワーク帯域幅を制御する
方法を提供する。 【解決手段】 第１の時点において、宛先バッファの第
１のウインドウ・サイズを決定する。次に、第２の時点
において、第１のウインドウ・サイズ、所望の帯域幅
値、および第１の時点と第２の時点との間で使用した帯
域幅（Ｓ２）の関数として、現ウインドウ・サイズを決
定する（Ｓ３）。特定の接続に対する所望の帯域幅は、
ラウンド・トリップ・タイムの計算によるのではなく、
適応型の、即ち、デルタに基づく手法によって得るよう
にする。帯域幅制御は、ソフトウエアまたはハードウエ
アの帯域幅制御機構によって達成することができる。帯
域幅制御は、サーバまたはサービス品質ユニットに適用
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気通信ネットワ
ーク上における帯域幅制御に関する。特に、本発明は、
例えば、インターネット接続上においてＴＣＰ／ＩＰト
ラフィックを制御するために、ネットワーク・ステーシ
ョンへの接続において通信フローを制御するための帯域
幅制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】概念的に、インターネットは、３組のサ
ービスを提供する。最も低いレベルでは、無接続配信シ
ステムが、あらゆるものの基準となる基盤を与える。次
のレベルでは、信頼性のある搬送サービスが、高位プラ
ットフォームを与える。第３のレベルでは、信頼性のあ
る搬送サービスに基づくアプリケーション・サービスを
提供する。
【０００３】基本的なインターネット・サービスは、信
頼性のない、最大努力、無接続パケット配信システムか
ら成る。このサービスを「信頼性がない」と記述するの
は、配信が保証されていないからである。パケットが失
われたり、二重になったり、あるいは順序通りに配信さ
れない場合もあるが、インターネットはこのような状態
を検出することもなければ、送出側にも受信側にも通知
しない。このサービスを「無接続」と記述するのは、各
パケットを他の全てから独立して扱うからである。ある
機械から別の機械に送られる一連のパケットは、異なる
経路を通って移動する場合があり、またあるものは失わ
れ、その他のものは配信されるという場合もある。この
サービスを「最大努力」と記述するのは、インターネッ
トはパケットを配信することを目的とするからである。
【０００４】信頼性のない、無接続配信機構を定義する
プロトコルを「インターネット・プロトコル」と呼び、
通常そのイニシャルを取ってＩＰと呼んでいる。ＩＰ
は、データ・フォーマットの形式的な仕様を定義し、デ
ータ転送の基本単位、およびインターネットを通過する
全てのデータの正確なフォーマットを含む。また、ＩＰ
は、パケットをいかに処理すべきか、またエラーにいか
に対処すべきかについて指定する規則も含む。即ち、Ｉ
Ｐは、信頼性のない配信およびパケット・ルーティング
の思想を具体化している。
【０００５】インターネット・プロトコル構造のＩＰレ
イヤの上では、提供する１つのサービスは、信頼性のあ
る搬送サービスであり、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）
が定義する「信頼性のあるストリーム搬送サービス」と
多くの場合呼ばれている。ＴＣＰプロトコルおよびその
基礎となるインターネット・プロトコル（ＩＰ）の組み
合わせを、多くの場合ＴＣＰ／ＩＰと呼んでいる。
【０００６】ＴＣＰが提供する信頼性のあるストリーム
配信サービスは、同様にインターネット上で提供する信
頼性のないデータグラム・プロトコル（ＵＤＰ：unreli
abledatagram protocol）と対比させることができる。
ＵＤＰは、配信が保証されていないので、信頼性のない
配信サービスを提供する。例えば、伝送エラーがデータ
と干渉する場合、ネットワーク・ハードウエアが故障し
た場合、またはネットワークの負荷が過剰となり割り当
てられた負荷に対処できない場合、パケットの消失や破
壊が発生する可能性がある。
【０００７】一方、ＴＣＰは、８ビット・バイトに分割
したビット・ストリームによって配信を提供する複雑な
構造を有している。ＴＣＰは、データのフォーマットお
よび２台のコンピュータが交互に信頼性のある転送を達
成することの確認応答、ならびにデータが正しく到達す
ることを保証する手順を指定する。
【０００８】インターネットおよびＴＣＰ／ＩＰプロト
コルの様々な面の更なる詳細は、例えば、米国特許第
５，２９３，３７９号、第５，３０７，３４７号、第
５，３０７，４１３号、第５，３０９，４３７号、第
５，３５１，２３７号、および５，５３５，１９９号に
て見出すことができる。
【０００９】前述のように、基盤となるインターネット
は信頼性がないので、ＴＣＰ伝送は、再伝送を伴う肯定
確認応答として知られる技法にしたがって動作する。こ
の技法は、受信側が発信側（source）と通信し、データ
を受信する度に確認応答メッセージを返送することを要
求する。送出側は、それが送った各パケットの記録を保
持し、次のパケットを送る前に確認応答を待つ。また、
送出側は、そのパケットを送出するときにタイマを起動
し、確認応答が到達する前にタイマが切れた場合、パケ
ットを再送信する。
【００１０】メッセージの送信と確認応答（例えばＡ
１）の受信との間の期間を、ラウンド・トリップ・タイ
ム（ＲＴＴ）と名付ける。ＲＴＴは、例えば、ネットワ
ーク負荷（例えば、システム内の中間ノードにおける遅
延）および受信側の負荷のような多くの要因によって、
時間と共に変動する。ＲＴＴを判定する上で重要な要因
の１つは、利用可能な帯域幅である。したがって、多く
のクライアントが、共通のサーバに対するアクセスを有
している場合、例えば、クライアント間でサービスの品
質を均衡化するためには、個々のクライアントに割り当
てる帯域幅を制御することが望ましい。所与の接続上で
発生するＲＴＴの測定、およびＴＣＰヘッダのＷＩＮＤ
ＯＷフィールド内にある、受信機の通知ＴＣＰウインド
ウ・サイズ（advertized TCP window size）に基づく帯
域幅制御機構が提案されている。ＲＴＴは、特定のシー
ケンス番号を有するバイトの送出と、そのシーケンス番
号を含む確認応答の受信との間の時間と定義することが
できる。
【００１１】このような構成では、任意の時点ｔ（ｉ−
１）以降特定の接続が用いてきた帯域幅の最大量は、
「帯域幅−遅延積」として知られる以下の式にしたがう
双方のパラメータの値によって左右される。
【００１２】
【数２】ｔ（ｉ−１）以降の使用帯域幅ｂｐｓ＝ｔ（ｉ
−１）以降の受信側ウインドウ ・サイズ／ＲＴＴ（Ｓ） （１） この式は、特定のフローの帯域幅使用を変更する直接的
な方法を提示する。言い換えると、フローのＲＴＴがわ
かれば、ウインドウ・サイズ値に作用して所望の帯域幅
を得ることができる。
【００１３】しかしながら、上述の計算には制限があ
る。まず最初に、十分な精度をもってＲＴＴの値を判定
することに問題がある。ＲＴＴの計算は、考慮すべき２
箇所のステーション間における双方向のパケットの到達
を必要とするので、簡単な作業ではない。また、ＲＴＴ
は、全てのパケットに対して同一ではない（例えば、Ｔ
ＣＰ確認応答は、種々のパケットの受信を確認応答する
こともある）。更に、平均（瞬時的でない）の算出を採
用しなければならない。所謂帯域幅遅延積に関する更な
る情報は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ Illustrated、第1巻:T
he Protocols、W.リチャード・スチーブンス(W. Ricahrd
Steves)著、addison-Wesley、1995年10月に見ることがで
きる。
【００１４】ＴＣＰは、インターネット上で提供されて
いるが、実際には、これは独立した汎用プロトコルであ
り、他の配信システムと共に用いることも可能である。
ＴＣＰは、基盤のネットワークに関する想定が非常に少
なく、複雑なインターネットまたはイントラネット上だ
けでなく、イーサネットのような単一ネットワーク上で
も使用可能である。実際、本発明の特定の実施形態は、
インターネット上におけるＴＣＰ／ＩＰトラフィックに
関係付けて記載するが、本発明はそれに限定される訳で
はない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、上述の手法の欠点を伴わない帯域幅制御に対する解
決策を与えようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の特定のおよび好
ましい形態は、特許請求の範囲に独立項および従属項と
して明記してある。従属項からの特徴の組み合わせは、
適宜独立項の特徴と組み合わせることができ、これらは
請求項に明示的には記載していないに過ぎない。
【００１７】本発明の一形態によれば、通信フローの帯
域幅制御パラメータとして、宛先バッファのための現ウ
インドウ・サイズを動的に決定することにより、ネット
ワーク帯域幅を制御する、コンピュータに実装の方法を
提供する。この方法は、 ａ）第１の時点において、宛先バッファの第１のウイン
ドウ・サイズを決定するステップと、 ｂ）第１のウインドウ・サイズ、所望の帯域幅値および
第１の時点と第２の時点との間に用いた帯域幅の関数と
して、第２の時点における現ウインドウ・サイズを決定
するステップとから成る。
【００１８】このように、本発明による方法は、従来の
技術において説明したようなＲＴＴの算出に関連する問
題を伴うことなく、特定の接続に所望の帯域幅を得ると
いう問題に対する解決を与える。本発明の一実施形態
は、「所望の帯域幅」の制限を、特定の接続、例えば、
ＴＣＰ接続に割り当てることを可能とし、更に絶対ＲＴ
Ｔ算出を行う必要なく、通信フローのためにウインドウ
・サイズの適応型の決定を可能にする。言い換えると、
従来の技術に記載した手法が絶対ＲＴＴ値の算出に応答
した帯域幅の制御を必要とするのに対して、本発明の一
実施形態は、現ウインドウ・サイズ値の相対的差分手法
を採用し、以前のウインドウ・サイズ値に基づいて、現
ウインドウ・サイズの連続的再計算を行う。
【００１９】本発明の他の形態によれば、電気通信ネッ
トワーク・ステーションのための帯域幅制御機構を提供
する。この帯域幅制御機構は、通信フローのための帯域
幅制御パラメータとして、宛先バッファのための現ウイ
ンドウ・サイズを規定するように動作可能に構成してあ
る。また、この帯域幅制御機構は、以前の時点において
宛先バッファに決定したウインドウ・サイズ、所望の帯
域幅値、および以前の時点と現時点との間で用いた帯域
幅に応答し、現ウインドウ・サイズを決定するように構
成してある。
【００２０】本発明による帯域幅制御機構の一実施形態
は、絶対ＲＴＴ値の計算を行わず、代わりに、ウインド
ウ・サイズの以前の計算に基づく現ウインドウ・サイズ
の相対的、差分計算を基本として帯域幅制御が達成可能
であるという認識を考慮したものである。
【００２１】驚くべきことに、本発明の一実施形態の相
対的計算手法は、ＲＴＴ値の絶対計算で可能なものより
も、接続に対する帯域幅の一層精度高い制御を可能とす
る。一般的には、絶対ＲＴＴの算出は、低精度で得られ
るに過ぎない。ＲＴＴの誤差マージンが大きいと、帯域
幅の誤差マージンも大きくなる。本発明の実施形態で
は、絶対ＲＴＴ値の算出に基づく手法の代わりに、適応
型（デルタ）手法（即ち、相対的または差分手法）を使
用することにより、帯域幅計算における誤差マージンを
劇的に減少させることができる。
【００２２】本発明の一実施形態は、ＲＴＴ値の直接的
な計算を全く行わずに帯域幅制御を可能にするので、そ
の結果、更に別の利点も得られる。まず最初に、「誤差
マージン」が蓄積しない。また、直接ＲＴＴ計算が二方
向制御（パケット送出および確認応答受信）を必要とす
るために時間を浪費し、多量のメモリを必要とするのに
対して、本発明の実施形態における計算は、一方向制御
（例えば、ＴＣＰ確認応答の検出）に基づいて行うこと
ができる。
【００２３】本発明の他の形態によれば、通信フローの
ための帯域幅制御パラメータとして、宛先バッファのた
めに現ウインドウ・サイズを動的に決定することによっ
て、ネットワーク帯域幅を制御する帯域幅制御機構を提
供し、この帯域幅制御機構は、第１の時点における第１
のウインドウ・サイズ、所望の帯域幅値、および前記第
１の時点と第２の時点との間に使用した帯域幅の関数と
して、現ウインドウ・サイズを決定する手段を備える。
【００２４】帯域幅制御機構は、キャリア媒体（例え
ば、光ディスクまたは磁気ディスクあるいはテープ、固
体記憶装置等のようなコンピュータ読取可能記憶媒体、
あるいは電話回線、ワイヤレス接続等のような電気通信
媒体、あるいは実際にはその他のあらゆる相応しいキャ
リア媒体）上のソフトウエア帯域幅制御機構として提供
することができる。
【００２５】また、帯域幅制御機構は、電気通信ネット
ワークまたはネットワーク・ステーションのためのサー
ビス品質ユニットとしても実施可能である。
【００２６】また、本発明は、帯域幅コントローラを備
える電気通信ネットワーク・ステーションも提供する。
【００２７】以下に、添付図面を参照しながら、本発明
の代表的な実施形態を例示としてのみ説明する。図面に
おいて、同様の参照符号は同様のエレメントに関係する
ものとする。
【００２８】
【発明の実施の形態】これより、適応ＴＣＰウインドウ
・サイズ算出方法を採用する、本発明の特定の実施形態
について、インターネットの用途に関連付けて説明す
る。しかしながら、本発明はそれに限定される訳ではな
く、本発明は、使用可能な帯域幅がラウンド・トリップ
・タイムに関連する要因の関数となる、またはその逆の
あらゆる通信ネットワークの用途にその応用分野がある
ことは認められよう。
【００２９】添付図面の図１は、多数のステーション１
０がネットワーク１２を通じて通信する、コンピュータ
・ネットワークの一例の概略図である。このネットワー
クは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ま
たはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、および
イントラ−ネットワークまたはインター−ネットワーク
とすることができる。ステーション１０の各々は、単一
のコンピュータ、またはコンピュータのネットワーク、
例えば、ＬＡＮまたはＷＡＮで形成することができる。
また、４箇のステーション１０のみを示すが、一般的な
コンピュータ・ネットワークは、それよりもかなり多く
のステーションを含み、複雑な相互接続構造に配置して
あることは認められよう。この相互接続構造は、一論理
レベルとすることが可能であり、あるいはまた少なくと
も部分的に階層構造を採用することも可能である。個々
のステーション１０は、システム上において、互いに対
しておよび経時的に可変の要求を行うことができる。一
般的な状況では、比較的少数のステーション１０がサー
バ・ステーションを形成し、比較的多数のステーション
１０がクライアント・ステーションを形成する。また、
その異なる形態の動作では、ステーション１０の中に、
クライアント・ステーションおよびサーバ・ステーショ
ン双方として機能するものもある。
【００３０】図２は、ステーション１０の１つを形成可
能なコンピュータ・システムに可能なコンフィギュレー
ションの概略図である。これらのステーションは、適切
な技術であればそのいずれを用いても実施可能である。
しかしながら、図２に示すように、ステーション１０
は、任意選択肢としてディスプレイ３８、キーボード４
０およびその他の入力デバイス４２を有するシステム・
ユニット２２を備えるサーバ・コンピュータ２０によっ
て実施する。尚、ステーション１０は、キーボード、デ
ィスプレイ等を含む必要はないことを注記しておく。図
２の上側部分は、システム２２の内容の様々な側面を示
す概略ブロック図である。この図２の上側部分に示すよ
うに、システム・ユニットは、プロセッサ２８、メモリ
３０、ディスク・ドライブ２４，２６、および電気通信
ネットワーク１２に接続するための１本以上の電気通信
ライン３４に接続する通信アダプタ３２を含む。図２の
上側部分に示すように、システム・ユニットの構成物
は、バス構成３６を通じて接続してある。図２およびそ
の上側部分は、ルータまたは送出側ステーションあるい
は宛先ステーションを形成するためのサーバ・コンピュ
ータに可能な一コンフィギュレーションの全体的な概略
図であり、代わりのコンフィギュレーションも多数提供
可能であることは認められよう。
【００３１】図３は、ステーション１０の１つに可能な
実施形態の他の例を示している。この場合、ステーショ
ン１０は、複数のコンピュータ３９を接続してあるロー
カル・エリア・ネットワーク３８に対して、サービス品
質（ＱｏＳ）コントローラ３７を形成する。サービス品
質コントローラ３７は、ローカル・エリア・ネットワー
クの外部ネットワーク１２へのアクセスおよび／または
外部ネットワーク１２からのアクセスを制御し、更にロ
ーカル・エリア・ネットワーク内のその他のアクセスお
よびサービス機能を制御することも可能である。
【００３２】以下に記述する本発明の特定の実施形態
は、ＴＣＰ／ＩＰインターネット環境における帯域幅制
御に関係するが、前述のように、本発明はそれに限定さ
れるわけではないことは理解されよう。
【００３３】前述のように、インターネット上のデータ
転送の基本単位を「インターネット・データグラム」、
あるいは「ＩＰデータグラム」、または単純に「データ
グラム」と呼ぶ。１つのデータグラムは、ヘッダおよび
データ・エリア、ならびにソース・アドレスおよび宛先
アドレスを備えている。データグラムには固定サイズは
ない。これを念頭に置き、またインターネットの基本と
なる基盤のハードウエア・サービスの物理的制約も念頭
において、データグラムは、「フラグメント」と呼ぶ部
分に分割する必要がある。
【００３４】図４は、インターネット・データグラムの
フォーマットを示す。同じフォーマットは、データグラ
ムのフラグメントにも用いる。
【００３５】４ビットのバージョン・フィールド（ＶＥ
ＲＳ）は、ＩＰプロトコル・バージョンを指定し、デー
タグラムの経路に沿った全てのノードが当該フォーマッ
トに確実に従うようにするために用いる。
【００３６】ＬＥＮフィールドは、３２ビット・ワード
単位で測定した、データグラム・ヘッダの長さを与え
る。ＴＯＴＡＬ ＬＥＮＧＴＨフィールドは、ヘッダお
よびデータの長さを含む、オクテット単位で測定したＩ
Ｐデータグラムの長さを与える。
【００３７】ＳＥＲＶＩＣＥ ＴＹＰＥフィールドは、
データグラムに対する処理の詳細を収容する。
【００３８】データグラム・ヘッダ内の３つのフィール
ド、ＩＤＥＮＴ、ＦＬＡＧＳ、およびＦＲＡＧＭＥＮＴ
ＯＦＦＳＥＴは、データグラムのフラグメント化およ
び再組立を制御する。フィールドＩＤＥＮＴは、データ
グラムを識別する固有の識別子を収容する。
【００３９】ＦＬＡＧＳフィールドにおいて、第１ビッ
トは、データグラムがフラグメント化可能か否かについ
て指定し、第２ビットは、これがデータグラムの最後の
フラグメントか否かを示す。ＦＲＡＧＭＥＮＴ ＯＦＦ
ＳＥＴフィールドは、元のデータグラムにおけるこのフ
ラグメントのオフセットを指定し、オフセット・ゼロか
ら開始して、８オクテット単位で測定する。
【００４０】各フラグメントは、完全なデータグラムと
同じ基本ヘッダ・フォーマットを有するので、ＦＬＡＧ
ＳフィールドおよびＦＲＡＧＭＥＮＴ ＯＦＦＳＥＴフ
ィールドの組み合わせを用いて、ヘッダがフラグメント
に関連することを示し、更に元のデータグラム内におけ
る当該フラグメントの位置を示す。ＦＲＡＧＭＥＮＴＯ
ＦＦＳＥＴフィールドは、データグラム内の位置を識別
し、前述のＦＬＡＧＳビットの第２ビット（ときとし
て、ＭＯＲＥ ＦＲＡＧＭＥＮＴＳフラグと呼ぶ）を用
いて、データグラム内に他にも未だフラグメントがある
か否か、または逆に対象のフラグメントがデータグラム
の最後のフラグメントであることを示す。
【００４１】フィールドＰＲＯＴＯは、タイプ・フィー
ルドの一形式である。ＨＥＡＤＥＲＣＨＥＣＫ ＳＵＭ
フィールドは、ヘッダ値の保全性を保証する。
【００４２】ＳＯＵＲＣＥ ＩＰ ＡＤＤＲＥＳＳおよ
びＤＥＳＴＩＮＡＴＩＯＮ ＩＰＡＤＤＲＥＳＳは、デ
ータグラムの送出側および対象とする受信側の３２ビッ
ト・インターネット・アドレスを収容する。ＯＰＴＩＯ
ＮＳフィールドおよびＰＡＤＤＩＮＧフィールドは、デ
ータグラム内では任意である。ＤＡＴＡと命名したフィ
ールドは、データ・フィールドの先頭を表す。
【００４３】図５は、ＴＣＰの下で２つのノード間で通
信を行う際に用いるセグメントのフォーマットを表す。
各セグメントは、２つの部分、即ち、ヘッダとそれに続
くデータに分かれる。ヘッダは、接続の終端においてア
プリケーション・プログラムを識別するＴＣＰＰＯＲＴ
番号を収容する、ＳＯＵＲＣＥ ＰＯＲＴ（ソース・ポ
ート）およびＤＥＳＴＩＮＡＴＩＯＮ ＰＯＲＴ（宛先
ポート）フィールドを備えている。ＳＥＱＵＥＮＣＥ
ＮＯ．（シーケンス番号）は、セグメント内のデータの
送出側のバイト・ストリーム内における位置を識別す
る。ＡＣＫＮＯＷＬＥＤＧＥＭＥＮＴ ＮＯ．フィール
ドは、ソースが受信した最も高いバイトの位置を識別す
る。ＳＥＱＵＥＮＣＥ ＮＯ．は、セグメントと同じ方
向に流れるストリームを示し、ＡＣＫＮＯＷＬＥＤＧＥ
ＭＥＮＴ ＮＯ．（確認応答番号）は、逆方向に流れる
ストリームを示す。ＯＦＦフィールドは、セグメントの
データ部分のオフセットを指定する整数を収容する。こ
れが必要なのは、ＯＰＴＩＯＮＳフィールドの長さが変
動するからである。フィールドＲＥＳは、将来の使用の
ために予約してある。セグメントは、確認応答またはデ
ータ、あるいは接続を確立または閉鎖する要求を搬送す
るために用いることができる。ＣＯＤＥフィールドは、
セグメントの目的およびコンテンツを判定するために用
いる。ＷＩＮＤＯＷフィールドは、セグメントを送る毎
に、宛先が受け入れようとするバッファ・サイズを指定
する。ＣＨＥＣＫ ＳＵＭフィールドは、ＴＣＰヘッダ
のチェック・サムを含む。ＵＲＧＥＮＴ ＰＯＩＮＴＥ
Ｒフィールドは、緊急データを識別するために用いる。
【００４４】ＯＰＴＩＯＮＳフィールドは、宛先と情報
を通信するために用いる。例えば、ＯＴＩＯＮＳフィー
ルドは、最大セグメント・サイズを指定するために用い
ることができる。ＤＡＴＡ指示は、セグメントのデータ
・フィールドの開始を表す。
【００４５】ＴＣＰはデータおよび可変長セグメントを
送るので、確認応答は、パケットまたはセグメントでは
なく、必然的にストリーム内の位置に言及する。各確認
応答は、受信した最も上位のバイト位置よりも１つ上位
の位置を指定する。したがって、確認応答は、受信機が
受信することを予期する、次のバイト番号を指定する。
【００４６】図６は、パケットおよび確認応答の送信お
よび受信の概略図である。図６の左側は送出側５０にお
けるイベントを表し、右側は受信側５２におけるイベン
トを表す。また、中間部分は、送出側と受信側との間で
受け渡すネットワーク・メッセージを表す。
【００４７】５４において、送出側５０（例えば、クラ
イアント・ステーション１０）がパケットＰ１を受信側
５２（例えば、サーバ・ステーション１０）にネットワ
ークを通じて送り、メッセージＰ１に対するタイマを起
動する。５６において受信側５２がパケットＰ１を受信
すると、次に５８において、受信側は確認応答Ａ１を送
る。送出側５０において、６０で確認応答Ａ１を受信す
ると、送出側はタイマを取り消すことができ、そして６
２で次のパケットＰ２を受信側５２に送り、メッセージ
Ｐ２に対するタイマを起動する。６４で、受信側５２が
パケットＰ２を受信すると、６６で第２の確認応答Ａ２
を送出側５０に送る。再度、送出側はタイマを取り消す
ことができる。その後、プロセスは継続し、第２の確認
応答Ａ２の受信時に、次のパケットを送信する。
【００４８】図７は、ラウンド・トリップ・タイムの経
時的な変動を示す。ＲＴＴの値が時間ｔと共に非常に徐
々に変動するので、２つの至近タイミングｔ（ｉ−１）
およびｔ（ｉ）におけるＲＴＴは実質的に同一である。
【００４９】したがって、互いに十分に近い、例えば、
時点ｔ（ｉ−１）およびｔ（ｉ）における２つのサンプ
ルにおいて、ある接続を通過するフローの「使用帯域
幅」を考慮する場合、以下のように仮定することができ
る。
【００５０】
【数３】 ＲＴＴ（ｔ（ｉ−１））＝ＲＴＴ（ｔ（ｉ）） （２） この仮定は非常に理にかなっている。何故なら、ＲＴＴ
は、図７に表すような正常な状況では、さほど変動しな
いからである。この仮定を行うと、古い「ｔ（ｉ−１）
以降のウインドウ・サイズ」および「ｔ（ｉ−１）以降
の実際の使用帯域幅」の値にしたがって「ｔ（ｉ）以降
の所望の帯域幅」を得るために必要な、「ｔ（ｉ）以降
のウインドウ・サイズ」を計算することができる。即
ち、
【数４】 ＷＳｔ（ｉ）＝ＷＳｔ（ｉ−１）＊ＤＵＢｔ（ｉ）／ＡＵＢｔ（ｉ−１） （３） ここで、 ＷＳｔ（ｉ）＝ｔ（ｉ）以降のウインドウ・サイズ ＷＳｔ（ｉ−１）＝ｔ（ｉ−１）以降のウインドウ・サ
イズ ＤＵＢｔ（ｉ）＝ｔ（ｉ）以降の所望の使用帯域幅 ＡＵＢｔ（ｉ−１）＝ｔ（ｉ−１）以降の実際の使用帯
域幅 である。
【００５１】これらの計算は全て、ＲＴＴの実際の値を
知らなくとも行うことができる。尚、これは、ＲＴＴは
一般的に時点ｔ（ｉ−１）およびｔ（ｉ）における２つ
の「十分に近い」サンプル間で徐々に大きくなり、ｔ
（ｉ−１）およびｔ（ｉ）におけるＲＴＴの絶対値に基
づくのではないという事実を考慮していることに注意す
べきである。このように、本発明の一実施形態が採用す
る技法は、絶対値が正確には未知である１−変数関数
（ＲＴＴは時間の関数）の解を、その導関数（derivati
ve）を用いることによって与える。
【００５２】誤差マージンの改善の他に、他の利点とし
て、必要な全ての計算が一方のトラフィック・フロー方
向で行うことが可能であるという事実があげられる。こ
の特定の記述実施形態では、これは確認応答の方向であ
る。
【００５３】図８は、帯域幅を制御する各フロー毎に所
望の帯域幅に対するウインドウ・サイズを適応型で、リ
アル・タイムで計算するための帯域幅制御機構の動作を
示す概略フロー図である。
【００５４】ステップＳ１では、各サンプル時点ｔ
（ｉ）において、最後に受信した送信単位識別子（例え
ば、確認応答番号）を記録する。この記録は、少なくと
も続くサンプル時点（ｔ＋１）まで保持しておく。
【００５５】ステップＳ２では、現時点ｔ（ｉ）に対す
る送信単位識別子と、前回のサンプル時点ｔ（ｉ−１）
に対する当該識別子の記録との間の差から、ｔ（ｉ−
１）以降の使用帯域幅を計算する。例えば、送信単位識
別子が、連続する確認応答に対して順次割り当てた確認
応答番号である場合、ｔ（ｉ）からｔ（ｉ−１）を減じ
た差が、直接、双方の時点の間に確認応答されたバイト
数を表す、結果の数値を与える。このプロトコルの下
で、２つの連続する確認応答番号間の差が、その間に送
信されたバイト数となるのと同様に、ＴＣＰ／ＩＰの下
では、この差が実際に直接バイト数を与える。
【００５６】ｔ（ｉ−１）とｔ（ｉ）との間の使用帯域
幅の計算は、以下のように行うことができる。
【００５７】
【数５】 ＡＵＢｔ（ｉ−１）＝（ＡＮｔ（ｉ）−ＡＮｔ（ｉ−１）／（ｔ（ｉ）−ｔ（ ｉ−１）） （４） ここで、 ＡＵＢｔ（ｉ−１）＝ｔ（ｉ−１）以降の実際の使用帯
域幅 ＡＮｔ（ｉ）＝時点ｔ（ｉ）における確認応答番号 ＡＮｔ（ｉ−１）＝時点ｔ（ｉ−１）における確認応答
番号 ｔ（ｉ）＝時点ｔ（ｉ） ｔ（ｉ−１）＝時点ｔ（ｉ−１） ステップＳ３において、「ｔ（ｉ）におけるウインドウ
・サイズ」（ＷＳｔ（ｉ）の計算（式３））を以下のよ
うに計算することができる。
【００５８】
【数６】 ＷＳｔ（ｉ）＝ＷＳｔ（ｉ−１）＊ＤＵＢｔ（ｉ）／ＡＵＢｔ（ｉ−１） （５） 「ｔ（ｉ）における所望の使用帯域幅」（ＤＵＢｔ
（ｉ））および「ｔ（ｉ−１）におけるウインドウ・サ
イズ」（ＷＳｔ（ｉ−１））は既知の値である。即ち、
ｔ（ｉ）における所望の使用帯域幅は、対象のフローの
ために得ることが望まれる帯域幅であり、ｔ（ｉ−１）
におけるウインドウ・サイズは、ステップＳ３を通る前
回のパスから判明する。
【００５９】ステップＳ４において、１つまたは複数の
出立（outgoing）メッセージ（例えば、図４参照）のＷ
ＩＮＤＯＷ ＳＩＺＥフィールドに、ｔ（ｉ）における
ウインドウ・サイズ値をセットすることができる。次
に、ウインドウ・サイズ値を従来と同様に用いて、現時
点において受信側がその入力入力において受信可能な情
報量を示す。この値は、接続に関連する動的な要因にし
たがって時間と共に変化し、前述のように、ウインドウ
・サイズを再度算出する次の時点までの、実際の帯域幅
を決定する。
【００６０】新たなサンプル遅延（ステップＳ５）の
後、制御はステップＳ１に戻る。
【００６１】このように、図８に示す方法は、宛先バッ
ファのための現ウインドウ・サイズを、通信フローの帯
域幅制御パラメータとして動的に決定することにより、
接続に対するネットワーク帯域幅の制御を可能とするこ
とがわかる。本方法は、方法ステップＳ１ないしＳ５の
１回目パスにおいて、第１の時点における宛先バッファ
の第１のウインドウ・サイズを決定するステップを含
む。次に、第２の時点におけるステップＳ１ないしＳ５
の２回目のパスにおいて、本方法は、第１のウインドウ
・サイズ、所望の帯域幅値、および第１の時点と第２の
時点との間に使用する帯域幅の関数として、第２の時点
における現ウインドウ・サイズを決定するステップを含
む。図８に示すステップは、連続するタイミングで繰り
返して、適応型の帯域幅制御を実現する。
【００６２】使用帯域幅は、第１の時点における第１方
向の第１送信単位および第２の時点における第２方向の
第２送信単位から決定する。ここで、送信単位は、ネッ
トワーク・メッセージ・パケット、またはネットワーク
確認応答パケットとすることができる。使用帯域幅は、
第１および第２の時点における送信単位番号の差から決
定する。
【００６３】この特定の記述実施形態では、送信単位番
号は、ＴＣＰパケット・シーケンス番号である。
【００６４】第１および第２の時点は、クロックに応答
して、あるいはその代わりに、所与の方向におけるある
接続を通過するそれぞれのネットワーク・メッセージの
受信を検出したことに応答して、または確認応答に応答
して、あるいは適宜その他の任意の刺激（stimulus）に
応答して決定することができる。
【００６５】本方法は、コンピュータ上、あるいはステ
ーション１０におけるまたはステーション１０としての
サービス品質ユニット内で動作するソフトウエアによっ
て実現することができる。このソフトウエアは、一連の
命令として、コンピュータのメモリ（例えば、図２に示
すようなステーションのメモリ）に、またはこのような
コンピュータと共に用いる運搬可能なデータ・キャリア
上に格納することができる。また、少なくとも部分的に
は、例えば、１つ以上の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）
の形態で、適切なハードウエア・ロジックによって実現
することも可能である。
【００６６】図９は、本発明の一実施形態による帯域幅
制御機構の一例の機能的構成要素の概略図である。この
機構も、プログラム可能なコンピュータ・ハードウエア
の動作を制御するソフトウエア、または少なくとも部分
的に特殊目的ハードウエアによって実現することが可能
である。
【００６７】図９に示すように、帯域幅コントローラの
コントローラ８０は、送信単位（例えば、ＴＣＰセグメ
ント）から第１の送信単位番号（例えば、確認応答番
号。図５を参照）を抽出し、第１の送信単位の時刻の記
録（必要であれば）および／または第１の送信単位番号
の記録と共に、第１のレジスタ８２に格納する。
【００６８】また、コントローラ８０は、後続の送信単
位（例えば、ＴＣＰセグメント）から、第２の送信単位
番号（例えば、確認応答番号。図５を参照）を抽出し、
第２の送信単位の時刻の記録（必要であれば）および／
または第２の送信単位番号の記録と共に、第２のレジス
タ８４に格納する。
【００６９】次に、コントローラ８０は、プロセッサ８
６に、第１および第２の時点間に送信したデータ量（例
えば、連続するＴＣＰセグメントでは、第２の確認応答
番号から第１の確認応答番号を減算することにより、送
信したバイト数）を計算することにより、使用帯域幅値
を決定させる。規則的な間隔で計算を行う場合、送信単
位の時刻、または送信単位番号を記録する必要はない。
しかしながら、計算を規則的な間隔で行わない場合、こ
れらの時刻を用いれば、単位時間当たり使用した帯域幅
を決定することが可能である。
【００７０】次に、コントローラは、プロセッサ８８
に、前述の式（４）にしたがって、現ウインドウ・サイ
ズを決定させる。この際、プロセッサ８６から出力する
使用帯域幅値、所望帯域幅レジスタ（ＤＢＲ）９０から
の所望帯域幅値、および第１の時点のタイミングにおい
て決定したウインドウ・サイズ・レジスタ（ＷＳＲ）９
２からの前回のウインドウ・サイズ値に基づく。得られ
た現ウインドウ・サイズ値は、プロセッサ８８からメッ
セージ発生ロジック（ＭＧＬ）９４に出力することがで
きる。次に、計算した現ウインドウ・サイズを、ウイン
ドウ・サイズ・レジスタ９２内の値と置換する。メッセ
ージ発生ロジック９４は、在来のものとすることがで
き、ＴＣＰセグメントのＷＩＮＤＯＷフィールドに、計
算した現ウインドウ・サイズ値を使用する。
【００７１】レジスタ９０内の所望帯域幅値は、特定の
接続に対して予め決定しておくことができ、あるいは異
なる接続間で帯域幅の分配を制御する任意の適切な技法
によって、動的に計算することも可能である。初期ウイ
ンドウ・サイズは、実質的にランダムに選択することが
できる。本方法は適応型のものであるので、少ない回数
の繰り返しの後に、ウインドウ・サイズは急速に最適値
に近づく。
【００７２】好ましくは、コントローラは、レジスタ８
２，８４をタンデムで動作させることにより、これらの
レジスタが交互に現記録値および前回の記録値を収容す
るようにするとよい。
【００７３】図９では、説明を容易にするために別個の
プロセッサ８６，８８を示したが、これらは単一のプロ
セッサまたは処理ロジックとして実現することも可能で
ある。
【００７４】好適な実施形態では、帯域幅制御機構は、
サーバの一部を形成するものとすることができ、更に、
サーバにおいてメッセージの受信に応答して、受信した
メッセージから確認応答番号を抽出することができる。
こうして、サーバは、１つ以上の接続に使用可能な帯域
幅を制御することができることになる。
【００７５】説明の理由上、単一の接続に対する帯域幅
制御機構について説明したが、例えば、サーバと複数の
クライアントとの間のように、複数の異なる接続にも、
この帯域幅制御を同様に実行することができる。帯域幅
の優先度、帯域幅料金（bandwidth paid for）等のよう
なあらゆる相応しいパラメータにしたがって、異なる接
続間に所望の帯域幅の分配を決定するアルゴリズムを採
用することができる。
【００７６】帯域幅制御機構は、キャリア媒体（例え
ば、光ディスクまたは磁気ディスク、あるいはテープ、
固体記憶装置等のコンピュータ読取可能記憶媒体、ある
いは電話回線、ワイヤレス接続等の電気通信媒体、ある
いは実際にはその他のあらゆる相応しいキャリア媒体）
上のソフトウエア帯域幅制御機構として提供することが
できる。
【００７７】以上、本発明の特定の実施形態について説
明したが、特許請求の範囲に規定してある本発明の要旨
および範囲内において、多くの変更／追加および／また
は置換が可能であることは認められよう。これらの請求
項を参照することにより、請求項に明示的に列挙してい
るもの以外の従属項の特徴を、本発明の要旨および範囲
内において、適宜他の従属項および／または独立項の特
徴と組み合わせることが可能であることを注記してお
く。
【図面の簡単な説明】
【図１】ネットワークを通じて相互接続した複数のステ
ーションを含む電気通信環境の概略図である。
【図２】ステーションに可能な一実施形態の概略図であ
る。
【図３】ステーションに可能な他の実施形態の概略図で
ある。
【図４】ネットワーク上で使用するためのデータグラム
・フォーマットの概略図である。
【図５】ネットワーク上で使用するためのセグメント・
フォーマットの概略図である。
【図６】ネットワーク上におけるパケットおよび確認応
答の伝送を示す図である。
【図７】ラウンド・トリップ・タイムの時間的な変動を
示す図である。
【図８】本発明の一実施形態の動作を表すフロー図であ
る。
【図９】本発明の一実施形態による帯域幅制御機構の概
略ブロック図である。
【符号の説明】
１０ ステーション １２ ネットワーク ２０ サーバ・コンピュータ ２２ システム・ユニット ２４，２６ ディスク・ドライブ ２８ プロセッサ ３０ メモリ ３２ 通信アダプタ ３４ 電気通信ライン ３６ バス ３７ サービス品質（ＱｏＳ）コントローラ ３８ ディスプレイ ３８ ローカル・エリア・ネットワーク ３９ コンピュータ ４０ キーボード ４２ 入力デバイス ５０ 送出側 ５２ 受信側 ８０ コントローラ ８２ 第１のレジスタ ８４ 第２のレジスタ ８６ プロセッサ ９０ 所望帯域幅レジスタ（ＤＢＲ） ９２ ウインドウ・サイズ・レジスタ（ＷＳＲ） ９４ メッセージ発生ロジック（ＭＧＬ）
フロントページの続き (71)出願人 597004720 2550 Ｇａｒｃｉａ Ａｖｅｎｕｅ，ＭＳ ＰＡＬ１−521，Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖ ｉｅｗ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 94043− 1100，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 ジャン・クリストフ・マルタン フランス共和国 38240 メイラン，ア レ・ドゥ・ラ・ピヤット １

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信フローの帯域幅制御パラメータとし
    て、宛先バッファのための現ウインドウ・サイズを動的
    に決定することにより、ネットワーク帯域幅を制御す
    る、コンピュータに実装の方法であって、 ａ）第１の時点において、前記宛先バッファに第１のウ
    インドウ・サイズを決定するステップと、 ｂ）前記第１のウインドウ・サイズ、所望の帯域幅値お
    よび前記第１の時点と第２の時点との間に用いた帯域幅
    の関数として、前記第２の時点における現ウインドウ・
    サイズを決定するステップと、から成る方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、ステップ
    （ｂ）が、 前記第１の時点における第１の方向の第１の送信単位、
    および前記第２の時点における同一方向の第２の送信単
    位から、前記使用帯域幅を決定するステップを含むこ
    と、を特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の方法において、前記送信
    単位がネットワーク・メッセージであること、を特徴と
    する方法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の方法において、前記送信
    単位がネットワーク確認応答であること、を特徴とする
    方法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の方法において、前記ステ
    ップ（ｂ）が、 前記第１および第２の時点における送信単位識別子間の
    差から、前記使用帯域幅を決定するステップを含むこ
    と、を特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の方法において、前記送信
    単位識別子がＴＣＰシーケンス番号であること、を特徴
    とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の方法において、前記第１
    の時点は、第１の方向における第１の送信単位のタイミ
    ングとして決定し、第２の時点は、同一方向における第
    ２の送信単位のタイミングとして決定すること、を特徴
    とする方法。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の方法において、前記現ウ
    インドウ・サイズを、 【数１】ＷＳｔ（ｉ）＝ＷＳｔ（ｉ−１）＊ＤＵＢｔ
    （ｉ）／ＡＵＢｔ（ｉ−１） という形式のデルタ関数として計算し、ここで、ＷＳｔ
    （ｉ）＝ｔ（ｉ）以降のウインドウ・サイズ、ＷＳｔ
    （ｉ−１）＝ｔ（ｉ−１）以降のウインドウ・サイズ、
    ＤＵＢｔ（ｉ）＝ｔ（ｉ）以降の所望の使用帯域幅、Ａ
    ＵＢｔ（ｉ−１）＝ｔ（ｉ−１）以降の実際の使用帯域
    幅、であることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 電気通信ネットワーク・ステーションの
    ための帯域幅制御機構であって、該帯域幅制御機構は、
    通信フローのための帯域幅制御パラメータとして、宛先
    バッファのための現ウインドウ・サイズを規定するよう
    動作可能に構成してあり、該帯域幅制御機構が、以前の
    時点において前記宛先バッファに決定したウインドウ・
    サイズ、所望の帯域幅値、および前記以前の時点と現時
    点との間で用いた帯域幅に応答して、前記現ウインドウ
    ・サイズを決定するように構成したこと、を特徴とする
    帯域幅制御機構。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の帯域幅制御機構におい
    て、該帯域幅制御機構を、前記以前の時点における第１
    方向の第１送信単位、および前記現時点における同一方
    向の第２送信単位から、前記使用帯域幅を決定するよう
    に動作可能に構成したこと、を特徴とする帯域幅制御機
    構。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の帯域幅制御機構にお
    いて、前記送信単位がネットワーク・メッセージである
    こと、を特徴とする帯域幅制御機構。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の帯域幅制御機構にお
    いて、前記送信単位がネットワーク確認応答であるこ
    と、を特徴とする帯域幅制御機構。
  13. 【請求項１３】 請求項９記載の帯域幅制御機構におい
    て、前記帯域幅制御機構が、前記現時点および前記以前
    の時点における送信単位識別子間の差から、前記使用帯
    域幅を決定するよう動作可能に構成したこと、を特徴と
    する帯域幅制御機構。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の帯域幅制御機構にお
    いて、前記送信単位識別子が、ＴＣＰシーケンス番号で
    あること、を特徴とする帯域幅制御機構。
  15. 【請求項１５】 請求項９記載の帯域幅制御機構におい
    て、前記以前の時点を第１方向における第１の送信単位
    のタイミングとして決定し、前記現時点を同一方向にお
    ける第２送信単位のタイミングとして決定するように、
    前記帯域幅制御機構を動作可能に構成したこと、を特徴
    とする帯域幅制御機構。
  16. 【請求項１６】 請求項９記載の帯域幅制御機構であっ
    て、旧ウインドウ・サイズ記憶部と、旧送信単位識別子
    記憶部と、前記旧送信単位識別子記憶部内にある旧送信
    単位識別子および現送信単位識別子に応答して使用帯域
    幅値を決定し、かつ前記使用帯域幅値と、前記旧ウイン
    ドウ・サイズ記憶部内にある旧ウインドウ・サイズと、
    通信フローに対して所望の帯域幅とに応答して、前記通
    信フローに対する現ウインドウ・サイズを決定するよう
    に構成された処理ロジックと、を備えることを特徴とす
    る帯域幅制御機構。
  17. 【請求項１７】 通信フローのための帯域幅制御パラメ
    ータとして、宛先バッファのための現ウインドウ・サイ
    ズを動的に決定することによって、ネットワーク帯域幅
    を制御する帯域幅制御機構であって、第１の時点におけ
    る第１のウインドウ・サイズ、所望の帯域幅値、および
    前記第１の時点と第２の時点との間に使用した帯域幅の
    関数として、現ウインドウ・サイズを決定する手段を備
    えること、を特徴とする帯域幅制御機構。
  18. 【請求項１８】 記憶媒体上のソフトウエア帯域幅制御
    機構であって、該帯域幅制御機構は、電気通信ネットワ
    ーク・ステーション内において、通信フローのための帯
    域幅制御パラメータとして宛先バッファのための現ウイ
    ンドウ・サイズを規定するよう動作可能に構成してあ
    り、以前の時点において前記宛先バッファに決定したウ
    インドウ・サイズ、および前記以前の時点と現時点との
    間で使用した帯域幅に応答して、前記現ウインドウ・サ
    イズを決定するように構成したこと、を特徴とする帯域
    幅制御機構。
  19. 【請求項１９】 電気通信ネットワーク・ステーション
    のためのサービス品質ユニットであって、該サービス品
    質ユニットは、通信フローのための帯域幅制御パラメー
    タとして宛先バッファのための現ウインドウ・サイズを
    規定するように動作可能構成してあり、以前の時点にお
    いて前記宛先バッファに決定したウインドウ・サイズ、
    所望の帯域幅値および前記以前の時点と現時点との間で
    使用した帯域幅に応答して、前記現ウインドウ・サイズ
    を決定するように構成したこと、を特徴とするサービス
    品質ユニット。
  20. 【請求項２０】 通信フローのための帯域幅制御パラメ
    ータとして宛先バッファのための現ウインドウ・サイズ
    を規定するよう動作可能な帯域幅コントローラを備えた
    電気通信ネットワーク・ステーションであって、前記帯
    域幅コントローラが、以前の時点において前記宛先バッ
    ファに決定したウインドウ・サイズ、所望の帯域幅値お
    よび前記以前の時点と現時点との間で使用した帯域幅に
    応答して、前記現ウインドウ・サイズを決定するように
    構成してあること、を特徴とする電気通信ネットワーク
    ・ステーション。
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