WO2006046577A1

WO2006046577A1 - パケット通信ネットワーク及びパケット通信方法

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Publication number: WO2006046577A1
Application number: PCT/JP2005/019628
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Hayakawa; Satoru Yoshida; Makoto Fukuda; Nobuo Shigeta; Kazuhiko Ogawa; Shin Hashimoto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2007-04-29
Also published as: JPWO2006046577A1; EP1806895A4; CA2552153A1; CN1910881B; CA2552153C; US20090147793A1; EP1806895A1; JP4280286B2; US7848231B2; CN1910881A

Abstract

　物理的または論理的に独立した複数のネットワークＮ１～Ｎｍからなる並列網１に接続された振り分け手段２により外部網Ｕ１から入力されたパケットを当該並列網１内の各ネットワークＮ１～Ｎｍのいずれかに振り分け、同じく並列網１に接続された多重化手段３により当該並列網１内の各ネットワークＮ１～Ｎｍによって転送されたパケットを多重化して外部網Ｕ２へ出力することにより、外部網Ｕ１－Ｕ２間における特定のサービスに係わるパケット転送を、他のサービスのトラフィックの影響を受けることなく実行可能とする。

Description

明細書

パケット通信ネットワーク及びパケット通信方法

技術分野

[0001] 本発明は、複数の外部ネットワーク間におけるパケット通信を実行するパケット通信ネットワーク及びパケット通信方法に関するものである。

背景技術

[0002] 現在、インターネットのようなパケット通信ネットワークにおレ、て、サービス毎に通信品質を制御する方法として、ルータ等でパケット中継を行う際、一旦、パケットをサービスクラス毎の待ち行列に入れ、その待ち行列力パケットを取り出す速度やタイミングを制御することで実現する方法、例えば TCP/IPにおける標準的な実装である Di ffServによる方法が知られている（特許文献 1参照）。

[0003] また別の方法として、ネットワーク内に同一の目的地へ至る品質の異なる複数のパス、例えば最短距離のパスと迂回するパスを用意し、優先的に利用するパスをサービス毎に使い分けることによって、品質をある程度確保しつつ帯域の絶対的な割当量を制御する方法が知られている（特許文献 2参照）。

[0004] 特許文献 1 :特開 2001— 197110号公報

特許文献 2：特開 2001— 60966号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力ながら、 DiffServ等による方法では、ルータ内でサービスクラス毎に分類したパケットをルータからの出力で一本の通信路に戻しているため、各ルータで同じ処理を行う必要がある。また、パケット転送の各ポイントのみを管理しているため、サービス毎の帯域の相対的な優先制御は行うことができる力 S、エンド一エンドでの絶対的な品質を制御することは困難である。

[0006] また一方、複数のパスを利用する方法では、扱うパスの数が増えるに連れ、パスの管理が煩雑になるという問題点がある。これはパス同士がネットワークを共有しているために、品質制御に必要なパスの独立性を保つことが困難であるためである。課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するため、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 1)は、図 1に示すように、物理的または論理的に独立した複数の並列なネットワーク Nl , N2, ·■· Nm力らなる並歹罔 1と、 1つの外部ネットワーク U1及び前記並列網 1内の各ネットヮーク Nl〜Nmのそれぞれと接続され、当該 1つの外部ネットワーク U1から入力されたパケットを前記並列網 1内の各ネットワーク Nl〜Nmのいずれかに振り分ける少なくとも 1つの振り分け手段 2と、前記並列網 1内の各ネットワーク Nl〜Nmのそれぞれ及び 1つの外部ネットワーク U2と接続され、前記並列網 1内の各ネットワーク N1〜N mによって転送されたパケットを多重化して当該 1つの外部ネットワーク U2へ出力する少なくとも 1つの多重化手段 3とを備えたことを特徴とする。

[0008] ここで、外部ネットワークとは、前述した並列網 1、振り分け手段 2及び多重化手段 3 によって構成される本発明のパケット通信ネットワーク全体を内部ネットワークととらえた上での表現であって、パケット通信におけるエンドユーザのネットワーク（ユーザ網) を表している。なお、（外部）ネットワークという表現を用いている力その最小単位はパケット通信機能を備えたコンピュータやサーバ、 IP電話機などの（1台の）装置である。

[0009] この構成により、電話等のエンド一エンドでの絶対的な品質制御を必要とするサービスに専用のネットワークを用意することができ、それ以外のサービスのトラフィックの影響を最小限に抑えたパケット通信が可能となる。この際、各ネットワーク内では宛先に従うパケット転送のみを行えば良ぐ特別な処理や管理は必要としない。

[0010] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 2)は、前記振り分け手段は、パケットの形式的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする。

[0011] この構成により、外部ネットワークからのパケットを各ネットワークに振り分ける際、振り分けの判定を高速に行うことができる。

[0012] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 3)は、パケットの形式的な特徴量とは、パケットのパケット長であることを特徴とする。

[0013] この構成により、パケット長が 200バイトである典型的な VoIPの音声パケットゃパケット長が 128バイト以下である DNSのパケットなどを、簡易かつ高速に判定して振り分けることができる。

[0014] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 4)は、前記振り分け手段は、パケットのヘッダの内容的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする。

[0015] この構成により、外部ネットワークからのパケットを各ネットワークに振り分ける際、振り分けの判定をより確実に行うことができる。

[0016] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 5)は、パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、 IPパケットにおける DiffServコードポイントの値であることを特徴とする。

[0017] この構成により、パケット送信側の希望に応じて優先的に処理させる等の振り分けが可能となる。

[0018] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 6)は、パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、 IPパケットのプロトコル番号あるいは UDPパケットの宛先ポート番号もしくは TCPパケットの宛先ポート番号の値であることを特徴とする。

[0019] この構成により、悪意の送信者が偽装したパケットを排除することができる。

[0020] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 7)は、前記振り分け手段は、同一の特徴量を有するパケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によって振り分けを行うことを特徴とする。

[0021] この構成により、並列網のうちの特定のネットワークに対する大量のトラヒックが生じた場合でも、品質が低下することを防ぐことができる。

[0022] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 8)は、前記振り分け手段は、前記並列網内のネットワーク毎のトラフィックの状況を検知する手段を有し、トラフィックの状況に応じた振り分けを行うことを特徴とする。

[0023] この構成により、ネットワーク資源を有効に活用したパケット通信が可能となる。

[0024] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 9)は、前記並列網は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークからなることを特徴とする。

[0025] この構成により、物理的に独立した複数のネットワークが存在しない外部ネットヮーク間におけるパケット通信に適用可能となる。

[0026] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 10)は、物理的に同一のネットヮークを論理的に分割した複数のネットワークは、各ネットワークの帯域割り当てを動的に変更する手段を有することを特徴とする。

[0027] この構成により、重要なパケットについては大量のトラフィックが生じても品質を維持すること力 S可言となる。

[0028] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 11)は、前記多重化手段は、前記並列網内の各ネットワークのうち、特定のネットワークからのパケットを優先して処理することを特徴とする。

[0029] この構成により、並列網の各ネットワークの帯域幅の合計が外部ネットワークへの通信路の帯域幅より大きい場合であっても、特定のネットワークからのパケットを優先処理すること力 Sできる。

[0030] また、本発明のパケット通信ネットワーク（請求項 12)は、前記多重化手段は、所与の特徴量を有するパケットを優先して処理することを特徴とする。

[0031] この構成により、所与の特徴量を有するパケットについては、本来、通るべきネットヮークの輻輳等により他のネットワークに迂回した場合であっても優先処理することができる。

発明の効果

[0032] 本発明によれば、複数のネットワークへの振り分け処理を行うことにより、特定のサ一ビスについて、他のサービスのトラフィックの影響を受けることなくエンド一エンドでの品質を制御することができる。

[0033] 振り分け処理を行うことにより、ネットワークへ流れるパケットの種類を絞ることができ

、各ネットワーク内では宛先のみに基づくパケット転送処理を行えば良いため、条件分岐などの処理を簡略化することができる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]図 1は、本発明のパケット通信ネットワークの概要を示す構成図である。

[図 2]図 2は、本発明のパケット通信ネットワークの第 1の実施の形態を示す構成図である。

[図 3]図 3は、振り分けルータにおける振り分けルールの一例を示す説明図である。

[図 4]図 4は、 VoIPの音声パケットのデータ構造を示す説明図である。

[図 5]図 5は、振り分け処理部における処理のフローチャートである。園 6]図 6は、フルメッシュ波長分割多重光ネットワークの論理的な構成図である。園 7]図 7は、フルメッシュ波長分割多重光ネットワークによる並列網の説明図である。園 8]図 8は、本発明のパケット通信ネットワークの第 2の実施の形態を示す構成図である。

園 9]図 9は、フルメッシュ波長分割多重光ネットワークを多段に接続したネットワークを示す構成図である。

[図 10]図 10は、図 9の多段ネットワークを上位網を通過する通信路のみによるネットヮークに集約して示す構成図である。

[図 11]図 11は、図 10のネットワークを時分割多重技術を用いて複数に分割したようすを示す説明図である。

園 12]図 12は、本発明のパケット通信ネットワークの第 3の実施の形態を示す構成図である。

符号の説明

1 , 11, 23, 31 並歹 IJ糸罔

2 振り分け手段

3 多重化手段

12, 32 振り分けノレータ

13, 25, 33 多重化ルータ

14, 34 パケット長検出部

15— 1〜： 15— 3 輻輳検知部

16, 35 振り分け処理部

21 , A, B, C, D, E ノード

22, 22a, 22b 通信路

24 TDM処理部

Ml , M2 管理端末

Nl , N2,•••Nm, Ni l, N12, N21, N22, N31 , N32 ネットワーク

P, Q, R フルメッシュ WDM光ネットワーク

Ul , U2 外部ネットワーク発明を実施するための最良の形態

[0036] 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

[0037] [第 1の実施の形態]

図 2は本発明のパケット通信ネットワークの第 1の実施の形態を示すもので、図中、 11は並列網、 12は振り分けノレータ、 13は多重化ルータ、 Ul , U2は外部ネットヮークである。

[0038] 並歹 IJ網 11は、物理的に独立した複数、ここでは 3つの並列なネットワーク Nl, N2, N3からなつている。

[0039] 振り分けノレータ 12は、 1つの外部ネットワーク、ここでは U1及び並列網 11内の各ネットワーク Nl, N2, N3のそれぞれと接続され、当該外部ネットワーク U1から入力されたパケットを並列網 11内の各ネットワーク Nl , N2, N3のいずれかに振り分ける。

[0040] 多重化ルータ 13は、並列網 11内の各ネットワーク Nl , N2, N3のそれぞれ及び 1 つの外部ネットワーク、ここでは U2と接続され、並列網 11内の各ネットワーク Nl , N 2, N3のいずれかによつて転送されたパケットを多重化して当該外部ネットワーク U2 へ出力する。

[0041] なお、ここでは振り分けルータ及び多重化ルータをそれぞれ 1つのみ示しているが、実際には外部ネットワークの数だけ実装される。また、ここでは説明を単純化するため、 1つの外部ネットワークが振り分けルータ又は多重化ルータの一方を介して並列網に接続される例を示しているが、通常、双方向通信を可能とするため、 1つの外部ネットワークは振り分けルータ及び多重化ルータの両方 (もしくはこれらの機能を併せ持つルータ）を介して並列網に接続される。また、 1台の振り分け/多重化ルータが複数の外部ネットワークに対する振り分け Z多重化処理をまとめて行うことも可能であり、必ずしも外部ネットワークの数と等しい台数の振り分け Z多重化ルータが要求されるわけではない。また、図示しないが、並列網を構成する各ネットワークは内部にルータ等の交換装置を含んでいても良レ、。さらにまた、各ネットワークはその内部に振り分け手段、並列網及び多重化手段を含んでも良い。

[0042] 本実施の形態では、外部ネットワーク U1から外部ネットワーク U2へパケットを転送する場合の例を示しており、以下、本実施の形態の構成及び動作について、さらに詳細に説明する。

[0043] ここで、並列網 11の各ネットワークの用途として、 N1は VoIP専用網、 N2は狭帯域専用網、 N3は広帯域網とする。また、パケットは IPv4パケットとする。

[0044] 図 3は振り分けルータ 12における振り分けルールの一例を示すもので、ここではパケットの形式的な特徴量の 1つであるパケット長に応じて振り分け先を決定する如くなつている。

[0045] 図 3において 200バイトのパケットを VoIP網 N1へ振り分けているのは、図 4に示すように、 G. 711コーデックと RTP (Realtime Transport Protocol)を用いて 20ms単位で音声をパケットィ匕する典型的な VoIPの音声パケットでは、ヘッダも含めたバケツト長は全体で 200バイトとなるためである。

[0046] また、統計によれば、インターネットのパケットの半分以上は 128バイト以下の短いパケットである。この統計は WIDEプロジェクトの MAWIワーキンググループ（http：〃 www.wide.ad.jp/wg/mawi/mdex-j.html)等 CJ ' 照、で、きる。

[0047] 短いパケットには DNSのパケットが多く含まれているので、高速に処理することが望ましい。従って、 128バイト以下のパケットを狭帯域専用網 N2へ振り分ける。上記以外のパケットは全て広帯域網 N3へ振り分ける。

[0048] また、図 3の振り分けルールでは N1〜N3の輻輳時における振り分け先についても規定しており、 N1や N2が輻輳した場合は、 N1や N2への振り分けが困難なパケットを N3へ迂回させるが、 N3が輻輳しても N1や N2にパケットを迂回させることは行わない。

[0049] 以上の処理を行うため、振り分けルータ 12は、パケット長検出部 14、輻輳検知部 1

5- 1 , 15 - 2, 15— 3、振り分け処理部 16から構成される。

[0050] パケット長検出部 14は、入力されたパケットのパケット長を検出し、振り分け処理部

16へ通知する。パケット長の検出方法はパケットの種類により異なる力 IPパケットでは IPヘッダに記述されており、この値を読み取れば良い。

[0051] 輻輳検知部 15— 1 , 15 - 2, 15_ 3はそれぞれ、 Nl， N2, N3の輻輳を検知し、振り分け処理部 16へ通知する。輻輳の検知方法としては、一般に 2通りの方法がある。 1つは振り分け処理部 16で振り分けられたデータが一旦、バッファ（図示せず）に蓄積される時、バッファから溢れた場合を輻輳とするものである。もう 1つは多重化ルータ 13に対してエコー要求パケットを送付し、多重化ルータ 13からのエコー応答が一定時間内に得られる確率及び応答が得られるまでの遅延時間により検出するものである。後者のプロトコルは、 IPでは ICMPエコーとして規定されている。本実施の形態ではどちらの方法を用いても良い。

[0052] 振り分け処理部 16は、パケット長検出部 14及び輻輳検知部 15— 1〜： 15— 3からの情報に基づき、図 3に示した振り分けルールに従う実際の振り分け処理を実行する。振り分け処理部 16における処理のフローチャートを図 5に示す。

[0053] 並列網 11を介して多重化ルータ 13に到着したパケットは、多重化ルータ 13によつて再び多重化され、外部ネットワーク U2へ出力される。

[0054] 多重化ルータ 13は多重化を行う際、未処理のパケットが複数ある場合には Nl , N 2, N3の順に優先して処理を行う。但し、多重化ルータ 13には複数の送信元からのパケットが届くので、外部ネットワーク U2への通信路の帯域幅よりも、（N1の帯域幅） + (N2の帯域幅） + (N3の帯域幅）が大きい場合、多重化処理が行えない場合がある。この場合は WFQ (Weighted Fair Queue)等のパケットスケジューリングアルゴリズムを用いれば、優先処理を行うことができる。

[0055] 以上説明したように、第 1の実施の形態のパケット通信ネットワークによれば、 200 バイトのパケット及び 128バイト以下のパケットは専用の網を有することになるため、それ以外のパケットよりも優先して転送することができる。従って、 VoIPの音声や DNS の検索の遅延やパケットロスを改善する効果がある。また、このネットワークで TV電話サービスを利用すれば、音声は Nl、映像は N3へと振り分けられ、ネットワークの混雑時に映像はコマ落ちしても音声は途切れず、会話に支障をきたさないという効果が期待できる。

[0056] ところで、本実施の形態ではパケット長のみを検出して振り分け処理を行っているため、 VoIPでなレ、 200バイトのパケットも N1へ振り分けられてしまう。従って、悪意の送信者が 200バイトのパケットを大量に送信すれば、意図的に N1を輻輳させられる可能十生がある。

[0057] この問題に対処する手段として、パケットのヘッダの内容的な特徴量に応じて振り分け先を決定することが考えられる。即ち、例えば VoIP専用網のセキュリティを向上するためには、パケットの IPヘッダのプロトコルフィールドで UDPパケットであることを確認する、 UDPヘッダ中の宛先ポート番号が予め定められた範囲にあるか否かを確認する、 UDPヘッダに続く RTPヘッダのペイロードタイプが音声であることを確認する、等の方法が考えられる。

[0058] またあるいは、 VoIPの端末側において、 VoIPのパケットを他のパケットから識別させるため、 IPヘッダのサービスタイプフィールドに特定の値を設定しておき、その値によって振り分けることも考えられる。このようにユーザ側で予め振り分け用のパラメ一タを指定することは、複数の VoIP端末を所有するユーザがそれらの端末間で異なる優先度を設定しての通信や、通信先のアドレスに応じて異なる優先度を設定しての通信が可能になるなどの効果も考えられる。

[0059] またさらには、 IPパケットの送信元アドレス及び宛先アドレス並びに宛先ポート番号の組が、 VoIPで通話中の IPアドレスの組になつていることを確認し、確認ができなかつたパケットは N3へ振り分けることも考えられる。 VoIPで通話中の IPアドレスの組や宛先ポート番号を把握するには、音声データの通信に先立って SIP (Session Initiati on Protocol)等の VoIPのセッション制御プロトコルを用いて行われるネゴシエーションの情報を利用することができる。

[0060] 例えば、 SIPでは発呼側の INVITEメッセージに着呼側が OKを返し、発呼側が A CKを送信すると開始できる。この際、発呼側及び着呼側の IPアドレスやポート番号力 SSIPメッセージ上でやりとりされる。 SIPプロキシはこのメッセージを仲介しているので、発呼側及び着呼側の IPアドレスやポート番号を知ることができる。また、セッションの終了も SIPでの BYEメッセージのやりとりを観察することで検出できる。従って、 S IPプロキシから振り分けルータへ、音声データの通信の開始と終了を発呼側及び着呼側の IPアドレスやポート番号と共に通知させるようにすれば、振り分けルータで通知された IPアドレスとポート番号に適合するパケットのみを VoIP専用網に振り分けることにより、悪意の送信者が偽装したパケットを排除することができる。また同様に、ゥィルスやワーム、 DoS攻撃等の悪意のパケットを識別する情報（シグネチヤと呼ばれる）を、ネットワークで接続された専用のサーバからルータへ通知すれば、これらのパケットを排除することも可能である。

[0061] また、パケットについての情報ではなぐネットワークについての情報をサーバからルータへ通知することも可能である。例えば、ネットワークの利用料金をルータへ通知すれば、アナログ電話の LCRのように、その時点で最も安いネットワークを自動的に選択することも可能になる。

[0062] なお、本実施の形態では、並列網を構成する各ネットワークは物理的に独立したものとしたが、 1つの物理網を論理的に分割し、独立させた網でも良い。物理的に独立しておらず、論理的に独立している網を構成するには、 VLANや VPN、トンネリング等の既存の技術が利用できる。また、時分割多重や光通信における波長多重の技術を用いて並列網を構成しても良い。

[0063] また、各ネットワークは同等のものでも良レ、が、各ネットワークに振り分けられるパケットの特徴に合わせて最適化されたものでも良い。

[0064] 例えば、 VoIPの音声ストリームのみを転送するネットワークの場合には、ストリームを MPLS (Multi-Protocol Label Switching)で転送した方が効率的に転送できる可能性がある。その場合、 VoIPの音声ストリームのみを転送するネットワークではストリームの開始時に LSP (Label Switched Path)を設定し、以後、パケットはネットワークの入り口で MPLSタグを付与し、出口でタグを取り去る処理を行う。

[0065] またあるいは、同じ VoIPの音声ストリームにおいても、 110や 119のような緊急呼は優先的に処理することが望ましい場合がある。このような処理は、 VoIP用ネットワークの内部で、例えば DiffServなどの品質制御技術を用レ、、緊急呼のパケットに DiffSe r_vコードポイントなど必要な優先順位情報をパケット送信者が付与して実現することができる。

[0066] あるいは VoIPの制御データは従来の電話網の制御線信号網を用いて転送し、音声データは IP網を用いて転送するというように全く異なった網を組み合わせても良い

[0067] また、本実施の形態の N2はデータ長の短レ、パケットのみを転送する。そこで、 N2 のショートパケットの処理を効率化するため、 N2内のルータではパケットヘッダの処理を高速化する一方、データ転送のスループットは比較的低い構成とすることによりコスト削減を図ることができる。

[0068] 逆に、必ずしもリアルタイム性を要しないが比較的大容量の情報を確実に転送する必要がある WWWや電子メール等について専用の網を用意する場合には、キヤッシュサーバ等の蓄積サーバを内部に持たせることで、データ転送を確実に行えるネットワークを安価に構成することができる。

[0069] また、映像や音声を同報配信するような用途では、ループ型のトポロジーの網ゃケ一ブルテレビ型の網構成によってマルチキャスト配信を効率的に行える網を構成し、それ以外の網の帯域使用効率を上げることもできる。

[0070] [第 2の実施の形態]

次に、フルメッシュ波長分割多重 (WDM)光ネットワークを用いて並列網を構成した実施の形態について説明する。本実施の形態の論理的な構成は図 1と同様である力並列網を構成する個別のネットワークの数は 2つの場合を考える。

[0071] 図 6はフルメッシュ WDM光ネットワークの論理的な構成を示すもので、ネットワーク内のどのノード 21も他のノード 21と独立した通信路 22で相互に接続されている。このようなネットワークは光クロスコネクト装置と波長分割多重技術を用いて構成できる（例えば、佐藤健一 ·古賀正文著「広帯域光ネットワーキング技術」、電子情報通信学会、 2003参照）。

[0072] フルメッシュ WDM光ネットワークでは、互いに異なる波長の光によってノード 21間を接続しており、ノード 21間の全ての通信路 22につレ、て n個の波長を割り当てれば、容易に n個の並列な網を構成することができる。

[0073] しかし、実際には 1本の光ファイバで利用できる波長数には上限があり、かつフルメッシュ波長分割多重光ネットワーク自体が多くの波長を必要とする。そのため、本実施の形態では並列網を作る別の方法として時分割多重 (TDM)を用いる場合について説明する。

[0074] フルメッシュ WDM光ネットワークでは、基本的に任意の 2つのノード 21の組について他のノード 21を介さない通信路 22が存在している。従って、各通信路 22の帯域幅は常に一定である。

[0075] ここで、図 7 (b)に示すような時分割多重技術を全ての通信路 22について用いて図 7 (a)に示すように一定の帯域幅を予約し、それら予約した帯域幅の通信路 22aで各ノード 21間を接続したネットワーク N1と、残りの帯域幅の通信路 22bで各ノード 21間を接続したネットワーク N2とを考える（図 7 (c)参照）。

[0076] 前述したように任意の 2つのノードの組の通信路の帯域幅は他の通信路と独立なので、どの通信路の帯域幅を分割しても他の通信路には影響を与えない。従って、これら 2つのネットワーク Nl , N2は互いに一方が使用中の通信帯域が他方の通信帯域の利用可能な帯域幅に影響を与えない、独立した並列な網と考えることができる。

[0077] 図 8は本発明のパケット通信ネットワークの第 2の実施の形態、ここでは前述したフルメッシュ WDM光ネットワークによる並列網を用いた例を示すもので、図中、 23は前記並列網、 24は TDM処理部（振り分け手段）、 25は多重化ルータ、 Ul， U2は外部ネットワークである。

[0078] 並列網 23を構成する 2つのネットワーク Nl， N2のうち、 Nlはネットワークを管理するためにネットワーク管理者が用レ、、 N2はユーザの利用に供する。

[0079] 前述したように外部ネットワーク Ul , U2はユーザ網である力 S、ネットワーク管理端末 Ml , M2も存在している。ここでユーザ網 Ul, U2とネットワーク管理端末 Ml, M 2は異なるアドレス体系を用いており、アドレスによってパケットがユーザ網 Ul, U2のパケットである力、ネットワーク管理端末 Ml , M2のパケットであるかを判別できるものとする。また、ネットワーク管理端末 Ml , M2は、管理される対象である TDM処理部や多重化ルータであっても良い。

[0080] ユーザ網 Ul , U2からのパケット及びネットワーク管理端末 Ml, M2からのパケットは、混合した状態、あるいは独立に TDM処理部 24へ入力される。 TDM処理部 24 は、入力されたパケットを宛先に応じて異なる経路へ送出するが、その際にネットヮーク管理端末 Ml , M2のアドレスから送信されたパケットをネットワーク Nlに対応するタイムスロットへ、ユーザ網 Ul， U2のアドレスから送信されたパケットをネットワーク N 2に対応するタイムスロットへ振り分ける。

[0081] 多重化ルータ 25は、ネットワーク Nl， N2 (に対応するタイムスロット）力、ら到着したパケットを多重化する力その際、ネットワーク N1を経由してユーザ網 Ul， U2のアドレスへ宛てたパケット及びネットワーク N2を経由してネットワーク管理端末 Ml , M2 のアドレスへ宛てたパケットについては廃棄する。なお、この廃棄処理は TDM処理部 24で代行しても良い。

[0082] 以上説明したように、フルメッシュ WDM光ネットワークを用いた第 2の実施の形態のパケット通信ネットワークによれば、ネットワーク管理用としてユーザの利用網 N2から独立した専用の網 N1を有するため、ユーザの利用網 N2が輻輳などの障害を起こしている場合でもネットワーク経由で管理作業を行うことができる効果がある。また、災害等によりネットワークの一部の経路が不通になった場合に、ネットワーク管理用の網だけ迂回用の経路を作成して使用することができる効果がある。

[0083] また、本実施の形態では時分割多重処理によりフルメッシュ WDM光ネットワークを分割して並列網を構成しているため、個々のネットワーク Nl , N2に対応するタイムスロット長を変更することにより、ネットワーク Nl , N2の帯域幅を変更することができる。変更する場合は TDM処理部 24と多重化ルータ 25の双方にタイムスロット長を通知する必要があるが、これは上記のネットワーク管理端末 Ml, M2を通して行うことができる。

[0084] [第 3の実施の形態]

次に、図 9に示すようなフルメッシュ WDM光ネットワークが多段に接続されたネットワークを用いて並列網を構成した実施の形態について説明する。この多段ネットヮークは図 6に示したフルメッシュ WDM光ネットワークがツリー状に接続されたネットヮークである。

[0085] 簡単のため、図 9では 3つのフルメッシュ WDM光ネットワーク P, Q, Rを接続した構成、ここではフルメッシュ WDM光ネットワーク Qを上位に位置するものとし、これに 2 つのフルメッシュ WDM光ネットワーク P， Rを接続した 2段構成の例を示しているが、ネットワーク Qの各ノードについて 1つ以上のネットワークが接続されていても良ぐまた、ネットワーク P, Rの下位または Qの上位にさらにネットワークが接続されても良い

[0086] 次に、前述した多段ネットワークを複数の並列なネットワークに分割して並列網を構成する方法にっレ、て述べる。

[0087] ネットワーク P及び Rが第 2の実施の形態で述べたようなフルメッシュ WDM光ネットワークであるとすると、図 9においてネットワーク Qを通過しない通信、つまりネットヮーク Pもしくは R内のノード同士間の通信については第 2の実施の形態と差が生じないので、本実施の形態では、図 9のノード（A)とノード（D)との間の通信のように、ネットワーク Qを通過する通信について並列網を構成することを考える。

[0088] 第 2の実施の形態で述べたように、フルメッシュ WDM光ネットワークではノード間を結ぶ通信路は完全に独立しているので、図 9の通信路のうち、ネットワーク Qを通過する通信路のみを示すと図 10のようになる。

[0089] 図 10のネットワークを複数の並列なネットワークに分割する方法として、第 2の実施の形態のように時分割多重技術を用いる方法と、 MPLSを用いる方法とがある。

[0090] まず、時分割多重を用いる方法について述べる。

[0091] 図 10のネットワークにおける各通信路は、時分割多重技術を用いることにより、第 2 の実施の形態と同様に、論理的に複数に分割することができる。即ち、図 11に示すように、ネットワーク Pに属する通信路を分割してネットワーク Ni l, N12とし、ネットヮーク Qに属する通信路を分割してネットワーク N21 , N22とし、ネットワーク Rに属する通信路を分割してネットワーク N31 , N32とすることができる。

[0092] ここで、図 11の Ni l , N21 , N31を直歹 ljに接続し、 N12, N22, N32を直歹 IJに接続するようにノード B, Cを動作させると、 Ni l— N21— N31の糸罔と N12— N22— N3 2の網とはそれぞれ独立な 2つの網とみなすことができる。

[0093] このネットワークにおいて、例えば Ni l— N21— N31を第 1の実施の形態における VoIP専用網、 N12— N22— N32をそれ以外のデータ用の網とすれば、 VoIPのパケットを優先的に処理するネットワークを構成することができる。特に、 Ni lの各通信路の帯域幅の合計及び N31の各通信路の帯域幅の合計よりも N21の帯域幅を大きくしておけば、 N11 _N21 _N31で構成される網は帯域が保証されるので、 VoIPにおいて高い音声品質を実現する網を構成することができる。

[0094] また、 N21の帯域幅の要求が非常に大きい場合、図 10のノード (B) - (C)間の通信路を N21専用とし、 N22には図 10のノード（B) - (E) - (C)間を迂回する通信路を用いるという方法が考えられる。こうすることで、ノード（B) - (E)間やノード (E) - ( C)間の通信路のトラフィックがそれほど多くない場合、これらの通信路を有効利用すること力 Sできる。

[0095] 次に、 MPLSを用いる方法について述べる。

[0096] 図 10の各ノードが MPLSノードであるとする。ノード（A)からノード（D)への k個の L SPを作成する。すると、ノード (A)から見てノード（D)へ接続するネットワーク力元のネットワークと k個の LSPとして k+ 1個あることと論理的には同等である。なお、 LS Pは必ずしも最短である必要は無ぐ例えば図 10においてノード (A) - (B) - (E) - (C) - (D)とレ、う経路を通ってもかまわなレ、。

[0097] 以上のように、多段接続されたフルメッシュ WDM光ネットワークにおいても複数の並列なネットワークを構成することができ、図 2に示した振り分けルータや多重化ルータを使用すれば、論理的に図 1と同等なネットワークを構成することができる。

[0098] 以下、多段に接続されたフルメッシュ WDM光ネットワークを、 MPLSを用いて複数の並列なネットワークに分割し、並列網を構成した場合の実施の形態について説明する。

[0099] 図 12は前述した並列網を用いた本発明のパケット通信ネットワークの第 3の実施の形態を示すもので、図中、 31は並列網、 32は振り分けノレータ、 33は多重化ルータ、

Ul, U2は外部ネットワークである。

[0100] 並歹 IJ網 31は、 LSP (但し、ここでは k= l)によるネットワーク N1と、元のネットワーク

N2と力らなり、 N1は VoIP専用網、 N2はそれ以外のパケット用の網として用いられるものとする。

[0101] 振り分けルータ 32は、第 1の実施の形態の場合と同様なパケット長検出部 34及び振り分け処理部 35から構成され、第 1の実施の形態の場合と同様にして、 VoIPのパケットとそれ以外のパケットを振り分ける。 VoIPのパケットは、ネットワークへの入口においてパケットの宛先に応じたラベルを付与され、 MPLS網によって相手ノードへ転送され、ネットワークの出口でラベルが除去される。 VoIP以外のパケットは通常の経路で相手ノードへ転送される。

[0102] 多重化ルータ 33は、第 1の実施の形態の場合と同様に多重化を行う。

[0103] 以上説明したパケット通信ネットワークによれば、 MPLSによって VoIP専用網が仮想的に作成されているため、各ノードで DiffServ等により MPLS網の品質を制御すれば、 VoIPの音声品質を高めることができる。また、第 1の実施の形態で述べたようなセキュリティ上の対策を行うことにより、 VoIP専用網のセキュリティを高めることができる。

[0104] なお、 MPLSによる並列網は帯域幅の観点では元の網から完全には独立していないため、 VoIP網へ大量のトラフィックが生じると品質が低下する恐れがある。

[0105] この対策として、振り分け処理部 35において、パケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によっても振り分け先を変化させことが有効である。この処理について以 Tに述べる。

[0106] 振り分け処理部 35では、 VoIPの単位時間当たりのデータ転送量が予め設定した閾値を超えた場合、その超過分は N2へ振り分ける。ここでデータ転送量の測定方法としては、単位時間当たりに振り分け処理部 35へ送られた VoIPパケットのデータのバイト数の合計値を利用することができる。また、 N2へ振り分けるパケットの選択方法としては、パケットのソースアドレス及び宛先アドレスに基づく WFQなどの公平制御の方法が利用できる。

[0107] また、同じ手法を VoIP以外のトラフィックの制御に利用することもできる。例えば P2 Pファイル交換のトラフィックに対して上記の処理を行い、かつ並列な別のネットヮークへ振り分けるのではなぐパケットを廃棄すれば P2Pファイル交換のトラフィックを一定量以下に抑えることが可能である。

[0108] また、自ノード以外のトラフィックの影響によって自ノードが利用する LSPが輻輳する可能性もある。この場合、ネットワークまたは LSPのエンド一エンドでのトラフィックの状況を把握する必要がある。これには、第 2の実施の形態で述べたような 2つの方法の他、経路上のノードに問い合わせることが可能である。例えば図 10において、ノード (A)は (A)— (B)間、（B)は (B) _ (C)間、 (C)は (C)— (D)間のトラフィックを把握しているので、ノード (A)はノード（B)，（C)に問い合わせれば (A)— (D)間のトラフイツク状況を把握することができる。

[0109] 上記の処理を振り分け処理部 35で行った場合、本来、 N1を通るべき VoIPパケットが N2を通って多重化ルータ 33へ到着する。このような状況下では、多重化ルータ 3 3は、パケットが到着したネットワークによって優先処理を行うことに加え、 N2を通って到着した VoIPパケットにつレ、ても第 1の実施の形態で述べたような方法で判別し、優先処理を行えば、パケットを N2に振り分けた影響を低く抑えることができる。

[0110] また一方、トラフィックの増減に応じて、 VoIP専用網の帯域幅を動的に増減させることも考えられる。第 2の実施の形態で述べたようなネットワーク管理専用網を構築すれば、ネットワーク上の管理センタからノードへ指示を送ることによって、 VoIP専用網の帯域幅を変更することができる。

[0111] 別の方法としては、全てのユーザからの VoIPパケットを一律に VoIP専用網へ振り分けるのではなぐ予めサービス利用契約をかわすなどした特定のユーザからの Vol Pパケットのみを VoIP専用網へ振り分けることで、トラフィックの総量を抑えることも考えられる。この場合は振り分け処理において、パケットのソースアドレスをサービス利用契約者のデータベースと照合し、契約済みのアドレスからのパケットにのみ MPLS のラベルを付与することで上記の効果を得ることができる。

[0112] また、複数の事業者から提供される複数の並歹 IJな VoIP専用網に対して同様の仕組みを適用すれば、アナログ電話におけるマイラインサービスのように、ユーザからの VoIPパケットが、該ユーザが契約した事業者の VoIP網へ振り分けられるサービスを実現すること力できる。

産業上の利用可能性

[0113] 以上のように、本発明の通信ネットワークは、特定のサービスについて品質を制御することができるという効果を有し、パケット通信を用いて性質の異なる複数のサービスを提供するインターネット等の通信インフラとして有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の外部ネットワークと接続され、これら複数の外部ネットワーク間におけるパケット通信を実行するパケット通信ネットワークであって、

物理的または論理的に独立した複数のネットワークからなる並列網と、

1つの外部ネットワーク及び前記並列網内の各ネットワークのそれぞれと接続され、当該 1つの外部ネットワーク力入力されたパケットを前記並列網内の各ネットワークのいずれかに振り分ける少なくとも 1つの振り分け手段と、

前記並列網内の各ネットワークのそれぞれ及び 1つの外部ネットワークと接続され、前記並列網内の各ネットワークによって転送されたパケットを多重化して当該 1つの外部ネットワークへ出力する少なくとも 1つの多重化手段とを備えた

ことを特徴とするパケット通信ネットワーク。

[2] 前記振り分け手段は、パケットの形式的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項 1に記載のパケット通信ネットワーク。

[3] パケットの形式的な特徴量とは、パケットのパケット長であることを特徴とする請求項

2に記載のパケット通信ネットワーク。

[4] 前記振り分け手段は、パケットのヘッダの内容的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項 1に記載のパケット通信ネットワーク。

[5] パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、 IPパケットにおける DiffServコードポイントの値であることを特徴とする請求項 4に記載のパケット通信ネットワーク。

[6] パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、 IPパケットのプロトコル番号あるいは UDP パケットの宛先ポート番号もしくは TCPパケットの宛先ポート番号の値であることを特徴とする請求項 4に記載のパケット通信ネットワーク。

[7] 前記振り分け手段は、同一の特徴量を有するパケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によって振り分けを行うことを特徴とする請求項 2〜6のいずれか一つに記載のパケット通信ネットワーク。

[8] 前記振り分け手段は、前記並列網内のネットワーク毎のトラフィックの状況を検知する手段を有し、トラフィックの状況に応じた振り分けを行うことを特徴とする請求項 1に記載のパケット通信ネットワーク。

[9] 前記並列網は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットヮークからなることを特徴とする請求項 1に記載のパケット通信ネットワーク。

[10] 物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークは、各ネットヮークの帯域割り当てを動的に変更する手段を有することを特徴とする請求項 9に記載のパケット通信ネットワーク。

[11] 前記多重化手段は、前記並列網内の各ネットワークのうち、特定のネットワークからのパケットを優先して処理することを特徴とする請求項 1に記載のパケット通信ネットワーク。

[12] 前記多重化手段は、所与の特徴量を有するパケットを優先して処理することを特徴とする請求項 1に記載のパケット通信ネットワーク。

[13] 複数の外部ネットワークと接続され、これら複数の外部ネットワーク間におけるパケット通信を実行するパケット通信方法であって、

物理的または論理的に独立した複数の並列なネットワークからなる並列網と、

1つの外部ネットワーク及び前記並列網内の各ネットワークのそれぞれと接続された少なくとも 1つの振り分け手段と、

前記並列網内の各ネットワークのそれぞれ及び 1つの外部ネットワークと接続された少なくとも 1つの多重化手段とを用い、

振り分け手段が 1つの外部ネットワークから入力されたパケットを前記並列網内の各ネットワークのいずれかに振り分け、

並列網内の各ネットワークがパケットを転送し、

多重化手段が前記並列網内の各ネットワークによって転送されたパケットを多重化して 1つの外部ネットワークへ出力する

ことを特徴とするパケット通信方法。

[14] 前記振り分け手段は、パケットの形式的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項 13に記載のパケット通信方法。

[15] パケットの形式的な特徴量とは、パケットのパケット長であることを特徴とする請求項

14に記載のパケット通信方法。

[16] 前記振り分け手段は、パケットのヘッダの内容的な特徴量によって振り分けを行うことを特徴とする請求項 13に記載のパケット通信方法。

[17] パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、 IPパケットにおける DiffServコードポイントの値であることを特徴とする請求項 16に記載のパケット通信方法。

[18] パケットのヘッダの内容的な特徴量とは、 IPパケットのプロトコル番号あるいは UDP パケットの宛先ポート番号もしくは TCPパケットの宛先ポート番号の値であることを特徴とする請求項 16に記載のパケット通信方法。

[19] 前記振り分け手段は、同一の特徴量を有するパケットのデータ量の合計値の時系列的な変化によって振り分けを行うことを特徴とする請求項 14〜： 18のいずれか一つに記載のパケット通信方法。

[20] 前記振り分け手段は、前記並列網内のネットワーク毎のトラフィックの状況を検知し

、これに応じた振り分けを行うことを特徴とする請求項 13に記載のパケット通信方法。

[21] 前記並列網は、物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットヮークからなることを特徴とする請求項 13に記載のパケット通信方法。

[22] 物理的に同一のネットワークを論理的に分割した複数のネットワークは、各ネットヮークの帯域割り当てを動的に変更可能であることを特徴とする請求項 21に記載のパケット通信方法。

[23] 前記多重化手段は、前記並列網内の各ネットワークのうち、特定のネットワークからのパケットを優先して処理することを特徴とする請求項 13に記載のパケット通信方法

[24] 前記多重化手段は、所与の特徴量を有するパケットを優先して処理することを特徴とする請求項 13に記載のパケット通信方法。