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JP4828555B2 - Node device and bandwidth control method - Google Patents

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JP4828555B2 JP2008037283A JP2008037283A JP4828555B2 JP 4828555 B2 JP4828555 B2 JP 4828555B2 JP 2008037283 A JP2008037283 A JP 2008037283A JP 2008037283 A JP2008037283 A JP 2008037283A JP 4828555 B2 JP4828555 B2 JP 4828555B2
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Description

本発明は、端末間でネットワークを介してデータを送受信するシステムにおけるフロー制御に関する。   The present invention relates to flow control in a system that transmits and receives data between terminals via a network.

一般的に、パソコンなどの端末の間では、インターネットなどのコンピュータネットワークを介した通信が行われる。この通信によってファイル等のデータが転送される。この種のデータ転送システムでは、トランスポート層のプロトコルとして、標準的なトランスポートプロトコルであるTCP(Transmission Control Protocol)が用いられることが多い。   Generally, communication via a computer network such as the Internet is performed between terminals such as personal computers. Data such as a file is transferred by this communication. In this type of data transfer system, TCP (Transmission Control Protocol), which is a standard transport protocol, is often used as a transport layer protocol.

また、データ転送においては、大容量のデータを高速に転送することが要求されることがある。これに対しては、TCPのウィンドウサイズを一定に制御することでスループットを向上させる検討がなされている(例えば、非特許文献1参照。)。
“エッジルータにおけるTCPフローレート制御方式の検討”,電子情報通信学会総合大会,2007年3月
In data transfer, it may be required to transfer a large amount of data at high speed. In response to this, studies have been made to improve throughput by controlling the TCP window size to be constant (see, for example, Non-Patent Document 1).
“Examination of TCP flow rate control method in edge router”, IEICE General Conference, March 2007

TCPでは、ウィンドウサイズをパケット廃棄に従って自律的に変化させる帯域制御が行われる。しかし、保証された帯域以上のトラヒックがネットワークに流入するのを防ぐためにネットワークの入り口で流入制限を行っている帯域保証ネットワークでのデータ転送においては、スループットが鋸歯状になり、保証された帯域を十分に活用できないという課題があった。   In TCP, bandwidth control that autonomously changes the window size according to packet discard is performed. However, in data transfer in a bandwidth guarantee network that restricts the inflow at the entrance of the network to prevent traffic exceeding the guaranteed bandwidth from entering the network, the throughput becomes sawtooth and the guaranteed bandwidth is reduced. There was a problem that it could not be fully utilized.

ここで、上述したTCPプロトコルに変更を加えることにより、保証された帯域に合わせて一定のスループットでデータを送信する技術や広告ウィンドウサイズを一定に制御する技術には、上述した課題に対する対策がある。   Here, by modifying the TCP protocol described above, techniques for transmitting data at a constant throughput according to the guaranteed bandwidth and techniques for controlling the advertisement window size constant have measures against the above-described problems. .

しかし、TCPには、データ送信時において最大セグメントサイズ(以下、MSSと称する)以下のデータを送信しないというNagleアルゴリズムやデータ受信時において複数のデータに対してまとめて1つのACKを返すという遅延ACKアルゴリズムが搭載されている。   However, in TCP, there is a Nagle algorithm in which data smaller than the maximum segment size (hereinafter referred to as MSS) is not transmitted at the time of data transmission, and a delayed ACK in which a single ACK is returned for a plurality of data at the time of data reception. The algorithm is installed.

そのために、Nagleアルゴリズムや遅延ACKアルゴリズムによる遅延が発生し、“計測した往復伝搬遅延時間(以下、RTTと称する)ごとに書き換えたウィンドウサイズ分のデータが送受信完了”という上記技術の大前提が崩れ、書き換えるウィンドウサイズの大きさによってはスループットが極端に低下してしまうという問題がある。   For this reason, a delay due to the Nagle algorithm or the delayed ACK algorithm occurs, and the major premise of the above technology that “the data for the window size rewritten every measured round-trip propagation delay time (hereinafter referred to as RTT) is completed” is broken. Depending on the size of the window to be rewritten, there is a problem that the throughput is extremely lowered.

また、広告ウィンドウサイズを一定に制御する技術では、TCPオプション中にスケーリングオプションが有効になっている場合、スケーリングオプション内のスケーリングファクター(以下、SFと称する)に従ってビットシフトが行われるために、書き換えるウィンドウサイズの大きさによっては、ビットシフトによる丸め誤差の影響によりスループットが極端に低下してしまうという問題がある。   Further, in the technique for controlling the advertisement window size to a constant value, when the scaling option is enabled in the TCP option, the bit shift is performed according to the scaling factor (hereinafter referred to as SF) in the scaling option, so that the rewriting is performed. Depending on the size of the window, there is a problem that the throughput is extremely reduced due to the influence of a rounding error due to bit shift.

そこで、本発明の目的は、帯域保証ネットワークでのデータ転送において、RTTや保証帯域の大きさに依存することなく、保証した帯域を効率よく利用して高いスループットを保つことができるノード装置および帯域制御方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a node device and a bandwidth that can efficiently use the guaranteed bandwidth and maintain a high throughput without depending on the RTT or the size of the guaranteed bandwidth in data transfer in the bandwidth guaranteed network. It is to provide a control method.

上記目的を達成するために本発明のノード装置は、
データ送信端末からデータ受信端末へデータを送信できる帯域が保証された帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末と前記データ受信端末との間に配置されるノード装置であって、
前記データ送信端末と前記データ受信端末との間における伝播遅延時間を算出する伝播遅延時間算出部と、
前記帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのサービス対象フローに割り当てられた保証帯域と、前記伝播遅延時間算出部にて算出された伝播遅延時間とに基づいて、前記サービス対象フローのデータが前記保証帯域以内の帯域となるウィンドウサイズを算出するウィンドウサイズ算出部と、
前記ウィンドウサイズ算出部にて算出されたウィンドウサイズを、前記データ送信端末の帯域制御に使用させるために前記データ送信端末に通知するウィンドウサイズ書き込み部と、
前記ウィンドウサイズ算出部にて算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内のオプションの書き換えを行うオプション制御部と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the node device of the present invention provides:
A node device arranged between the data transmitting terminal and the data receiving terminal in a bandwidth guaranteed network in which a band capable of transmitting data from the data transmitting terminal to the data receiving terminal is guaranteed;
A propagation delay time calculating unit for calculating a propagation delay time between the data transmitting terminal and the data receiving terminal;
Based on the guaranteed bandwidth allocated to the service target flow from the data transmitting terminal to the data receiving terminal in the bandwidth guaranteed network and the propagation delay time calculated by the propagation delay time calculating unit, the service target flow A window size calculation unit for calculating a window size in which the data is a bandwidth within the guaranteed bandwidth;
A window size writing unit for notifying the data transmission terminal to use the window size calculated by the window size calculation unit for bandwidth control of the data transmission terminal;
And an option control unit that rewrites an option in the SYN packet of the service target flow according to the window size calculated by the window size calculation unit.

上記のように構成された本発明においては、SYNパケット(SYN、SYN/ACKパケットの総称)内のオプションであるMSSとSFを制御する。これらのオプションはデータ送信端末とデータ受信端末との間のRTTと保証帯域とを基に算出したウィンドウサイズ(以下、BGWNDと称する)に従って制御される。   In the present invention configured as described above, MSS and SF, which are options in the SYN packet (a generic name of SYN and SYN / ACK packet), are controlled. These options are controlled according to a window size (hereinafter referred to as BGWND) calculated based on the RTT and guaranteed bandwidth between the data transmitting terminal and the data receiving terminal.

以下に処理手順を示す。   The processing procedure is shown below.

Step1:BGWNDの算出
ノード装置が、計測したRTTと保証帯域とを基にBGWNDを算出する。
Step 1: Calculation of BGWND The node device calculates BGWND based on the measured RTT and guaranteed bandwidth.

Step2:SYN、SYN/ACKパケット内のオプションの書き換え
ノード装置が、算出したBGWNDを基にMSSとSFを算出し、算出した値でSYN、SYN/ACKパケット中に存在するMSSとSFの書き換えを行う。
Step 2: Rewriting options in SYN and SYN / ACK packets The node device calculates MSS and SF based on the calculated BGWND, and rewrites MSS and SF existing in the SYN and SYN / ACK packets with the calculated values. Do.

本発明は、ノード装置がSYN、SYN/ACKパケット内のオプションを制御するのみなので、データ送信端末はそれを基に既存の動作をするだけとなり、データ送信端末のプロトコルに本発明に特有の機能を加えることなくスループットを改善することができる。   In the present invention, since the node device only controls the options in the SYN and SYN / ACK packets, the data transmitting terminal only performs an existing operation based on the option, and functions unique to the present invention in the protocol of the data transmitting terminal Throughput can be improved without adding.

以上説明したように本発明によれば、TCPを用いた帯域保証サービス運用時にデータ送信端末のTCPプロトコルスタックの変更を必要とすることなく、Nagleアルゴリズムや遅延ACKにより発生する遅延の影響やスケーリングオプションによる広告ウィンドウの丸め誤差の影響によるスループット低下を改善し、保証帯域内で安定的にスループットを制御できるので、保証帯域を効率よく利用することが可能となる。   As described above, according to the present invention, there is no need to change the TCP protocol stack of the data transmission terminal when operating the bandwidth guarantee service using TCP, and the influence of the delay caused by the Nagle algorithm or delay ACK and the scaling option As a result, it is possible to improve throughput reduction due to the influence of rounding error of the advertising window and to stably control the throughput within the guaranteed bandwidth, so that the guaranteed bandwidth can be used efficiently.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below.

一般的なTCPでは、広告ウィンドウと輻輳ウィンドウという2つのウィンドウが定義される。広告ウィンドウのサイズは、受信側で受信バッファの状態に依存して決定される。また、輻輳ウィンドウのサイズは、データ送信側でパケット廃棄の状況に応じて決定される。フロー制御に用いるウィンドウサイズには、広告ウィンドウサイズと輻輳ウィンドウサイズのうちいずれか小さい方が選択される。このウィンドウサイズは、ACKが到着した時に更新される。   In general TCP, two windows, an advertisement window and a congestion window, are defined. The size of the advertisement window is determined on the receiving side depending on the state of the reception buffer. Also, the size of the congestion window is determined on the data transmission side according to the state of packet discard. As the window size used for flow control, the smaller one of the advertisement window size and the congestion window size is selected. This window size is updated when an ACK arrives.

本実施形態では、データの送信側となるデータ送信端末と、データの受信側となるデータ受信端末との間は、帯域保証ネットワークによって帯域が保証される構成となっている。従って、保証帯域以下でデータを送出している限りパケットの廃棄が生じないことが想定される。それゆえ、データが保証帯域以下で送出されるように広告ウィンドウサイズを調節すればパケットの廃棄を防ぐことができる。パケットの廃棄が生じなければ輻輳ウィンドウサイズが小さくならないので、常に広告ウィンドウサイズがTCPウィンドウサイズに採用されることになる。その結果、スループットが鋸歯状に変動しなくなり保証帯域の効率的な利用が可能となる。   In the present embodiment, a band is guaranteed by a band guarantee network between a data transmission terminal serving as a data transmission side and a data reception terminal serving as a data reception side. Therefore, it is assumed that no packet is discarded as long as data is transmitted within the guaranteed bandwidth. Therefore, discarding packets can be prevented by adjusting the advertisement window size so that data is transmitted below the guaranteed bandwidth. If the packet discard does not occur, the congestion window size is not reduced. Therefore, the advertisement window size is always adopted as the TCP window size. As a result, the throughput does not fluctuate in a sawtooth shape, and the guaranteed bandwidth can be used efficiently.

そこで、本実施形態では、データ送信端末とデータ受信端末との間で、ノード装置となるエッジノードがデータ送信側とデータ受信側との間における伝播遅延時間と、帯域保証ネットワークによる保証帯域とから、データが保証帯域以内で送出されるようなウィンドウサイズを算出し、データ受信端末からデータ送信端末へのACKパケットに記載される広告ウィンドウサイズを、算出したウィンドウサイズの値に書き換える。   Therefore, in the present embodiment, between the data transmitting terminal and the data receiving terminal, the edge node as the node device is based on the propagation delay time between the data transmitting side and the data receiving side and the guaranteed bandwidth by the bandwidth guaranteed network. Then, the window size is calculated such that the data is transmitted within the guaranteed bandwidth, and the advertisement window size described in the ACK packet from the data receiving terminal to the data transmitting terminal is rewritten to the calculated window size value.

これにより、データ送信端末からデータ受信端末へ送信するデータのレートを保証帯域内で安定的に制御できるので、保証帯域を効率よく利用することができる。   As a result, the rate of data transmitted from the data transmitting terminal to the data receiving terminal can be stably controlled within the guaranteed bandwidth, so that the guaranteed bandwidth can be efficiently used.

また、BGWNDに従って、SYN、SYN/ACK中に存在するMSSとSFの書き換えを行うことで、Nagleアルゴリズムや遅延ACKにより発生する遅延の影響やスケーリングオプションによる広告ウィンドウの丸め誤差の影響によるスループット低下を改善し、保証帯域内で安定的にスループットを制御できるので、保証帯域を効率よく利用することが可能となる。   In addition, by rewriting MSS and SF existing in SYN and SYN / ACK according to BGWND, the effect of delay caused by Nagle algorithm and delayed ACK and the effect of rounding error of advertising window due to scaling option are improved. In addition, since the throughput can be stably controlled within the guaranteed bandwidth, the guaranteed bandwidth can be used efficiently.

以下、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態のノード装置を用いたデータ送信システムの構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a data transmission system using a node device according to an embodiment of the present invention.

図1を参照すると、本実施形態におけるデータ送信システムは、データ送信端末14と、データ受信端末15と、ノード装置であるエッジノード11,12と、帯域管理サーバ(RACS)13と、を有している。   Referring to FIG. 1, the data transmission system according to the present embodiment includes a data transmission terminal 14, a data reception terminal 15, edge nodes 11 and 12 that are node devices, and a bandwidth management server (RACS) 13. ing.

データ送信端末14は、エッジノード11に接続され、データ受信端末15は、エッジノード12に接続されている。エッジノード11とエッジノード12は、帯域保証ネットワーク16上でデータを送受信することができる。これにより、データ送信端末14からのデータが、エッジノード11とエッジノード12を介してデータ受信端末15へ転送される。   The data transmission terminal 14 is connected to the edge node 11, and the data reception terminal 15 is connected to the edge node 12. The edge node 11 and the edge node 12 can transmit and receive data on the bandwidth guarantee network 16. Thereby, the data from the data transmission terminal 14 is transferred to the data reception terminal 15 via the edge node 11 and the edge node 12.

帯域管理サーバ13は、帯域保証ネットワーク16の全リンクの帯域情報を集中的に管理する装置である。帯域情報には、リンクに割り当てられた保証帯域の情報が含まれている。帯域管理サーバ13は、管理している各リンクの帯域情報をエッジノード11,12に通知する。帯域管理サーバ13による帯域管理によって、データ送信端末14からデータ受信端末15へのリンクは、帯域保証ネットワーク16での保証帯域が確保される。その結果、データ送信端末14が保証帯域以下でデータを送出する限り帯域保証ネットワーク16内でのパケット廃棄は発生しない。また、エッジノード11は、データ送信端末14とデータ受信端末15との間の往復伝搬遅延時間17を計測する。   The bandwidth management server 13 is a device that centrally manages bandwidth information of all links of the bandwidth guarantee network 16. The bandwidth information includes information on the guaranteed bandwidth allocated to the link. The bandwidth management server 13 notifies the edge nodes 11 and 12 of bandwidth information of each link being managed. With bandwidth management by the bandwidth management server 13, a guaranteed bandwidth in the bandwidth guaranteed network 16 is secured for the link from the data transmission terminal 14 to the data reception terminal 15. As a result, as long as the data transmission terminal 14 transmits data below the guaranteed bandwidth, packet discard does not occur in the bandwidth guaranteed network 16. Further, the edge node 11 measures a round trip propagation delay time 17 between the data transmission terminal 14 and the data reception terminal 15.

図2は、図1に示したエッジノード11の構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the edge node 11 shown in FIG.

図2を参照すると、エッジノード11は、データ受信部21と、フロー識別・振り分け部22と、伝搬遅延時間算出部23と、データ送信部24と、帯域情報保持部25と、フロー情報保持部26と、ウィンドウサイズ算出部27と、広告ウィンドウサイズ書き込み部28と、オプション制御部29と、を有している。   Referring to FIG. 2, the edge node 11 includes a data reception unit 21, a flow identification / distribution unit 22, a propagation delay time calculation unit 23, a data transmission unit 24, a band information holding unit 25, and a flow information holding unit. 26, a window size calculation unit 27, an advertisement window size writing unit 28, and an option control unit 29.

データ受信部21は、データパケットやACKパケットなどのパケットを受信し、フロー識別・振り分け部22に送る。   The data reception unit 21 receives a packet such as a data packet or an ACK packet and sends the packet to the flow identification / distribution unit 22.

フロー識別・振り分け部22は、帯域情報保持部25に帯域情報とともに保持されているユーザ情報を基に、帯域を保証したデータ転送のサービスの対象となるフロー(サービス対象フロー)と、帯域を保証したデータ転送のサービスの対象とならないフロー(サービス非対象フロー)とを識別する。さらに、フロー識別・振り分け部22は、サービス対象フローのACKパケットをルート22aを通して広告ウィンドウサイズ書き込み部28へ振り分け、また、サービス非対象フローのパケットおよびサービス対象フローのデータパケットをルート22cを通してデータ送信部24へ振り分け、また、サービス対象フローのSYN、SYN/ACKパケットをルート22bを通してオプション制御部29へ振り分ける。   The flow identification / distribution unit 22 guarantees the flow (service target flow) that is the target of the data transfer service that guarantees the bandwidth and the bandwidth based on the user information held together with the bandwidth information in the bandwidth information holding unit 25. The flow that is not the target of the data transfer service (service non-target flow) is identified. Further, the flow identification / distribution unit 22 distributes the ACK packet of the service target flow to the advertisement window size writing unit 28 through the route 22a, and transmits data of the packet of the non-service target flow and the data packet of the service target flow through the route 22c. And the SYN and SYN / ACK packets of the service target flow are distributed to the option control unit 29 through the route 22b.

伝搬遅延時間算出部23は、データ送信端末14とエッジノード11の間と、エッジノード11とデータ受信端末15の間の往復伝播遅延時間をそれぞれ計測する。   The propagation delay time calculation unit 23 measures the round-trip propagation delay time between the data transmission terminal 14 and the edge node 11 and between the edge node 11 and the data reception terminal 15.

帯域情報保持部25は、帯域管理サーバ13から通知されたサービス対象ユーザの帯域情報とユーザ情報(宛先・送信元IPアドレス、宛先・送信元ポート番号)とを対応付けて保持する。帯域情報には、リンクに割り当てられた保証帯域の情報が含まれている。リンクは、ユーザ情報により識別することができる。   The bandwidth information holding unit 25 holds the bandwidth information of the service target user notified from the bandwidth management server 13 and user information (destination / source IP address, destination / source port number) in association with each other. The bandwidth information includes information on the guaranteed bandwidth allocated to the link. The link can be identified by user information.

フロー情報保持部26は、フロー識別・振り分け部22で識別されるサービス対象フローのコネクション情報と、伝搬遅延時間算出部23で算出された往復伝播遅延時間とを対応付けて保持する。   The flow information holding unit 26 holds the connection information of the service target flow identified by the flow identification / distribution unit 22 and the round trip propagation delay time calculated by the propagation delay time calculation unit 23 in association with each other.

ウィンドウサイズ算出部27は、フロー情報保持部26に保持されているデータ送信端末14とデータ受信端末15との間の往復伝搬遅延時間17と、帯域情報保持部25に保持されている帯域情報の保証帯域とを用いて、データの送出帯域が保証帯域以内となるようなウィンドウサイズ(BGWND)を算出する。   The window size calculation unit 27 includes a round-trip propagation delay time 17 between the data transmission terminal 14 and the data reception terminal 15 held in the flow information holding unit 26, and the band information held in the band information holding unit 25. A window size (BGWND) is calculated using the guaranteed bandwidth so that the data transmission bandwidth is within the guaranteed bandwidth.

広告ウィンドウサイズ書き込み部28は、データ受信端末15からデータ送信端末14へのACKパケットのウィンドウフィールドに、ウィンドウサイズ算出部27で算出されたウィンドウサイズの値を書き込み、そのACKパケットをデータ送信部24に送る。なお、そのACKパケットは最終的にはデータ送信端末14へと転送され、そのACKパケットのウィンドウフィールドに書き込まれたウィンドウサイズの値は、データ送信端末14での帯域制御に使用される。   The advertisement window size writing unit 28 writes the window size value calculated by the window size calculating unit 27 in the window field of the ACK packet from the data receiving terminal 15 to the data transmitting terminal 14, and the ACK packet is sent to the data transmitting unit 24. Send to. The ACK packet is finally transferred to the data transmission terminal 14, and the window size value written in the window field of the ACK packet is used for bandwidth control at the data transmission terminal 14.

データ送信部24は、フロー識別・振り分け部22からのパケットと、広告ウィンドウサイズ書き込み部28からのパケットとを、帯域保証ネットワーク16を介してエッジノード12もしくはデータ送信端末14へ送信する。   The data transmission unit 24 transmits the packet from the flow identification / distribution unit 22 and the packet from the advertisement window size writing unit 28 to the edge node 12 or the data transmission terminal 14 via the bandwidth guarantee network 16.

オプション制御部29は、フロー識別・振り分け部22から転送されたSYN、SYN/ACKパケットに対して、ウィンドウサイズ算出部27から通知されたBGWNDに従ってMSSとスケーリングオプションを制御する。   The option control unit 29 controls the MSS and the scaling option according to BGWND notified from the window size calculation unit 27 for the SYN and SYN / ACK packets transferred from the flow identification / distribution unit 22.

ここで、フロー識別・振り分け部22によるパケット振り分けについて詳細に説明する。   Here, packet distribution by the flow identification / distribution unit 22 will be described in detail.

図3は、図2に示したフロー識別・振り分け部22によるパケット振り分けを説明するための図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining packet distribution by the flow identification / distribution unit 22 shown in FIG.

データ送信端末14とデータ受信端末15との間でコネクションが確立されると、データの転送が開始される。フロー識別・振り分け部22は、データ受信端末15からのACKパケットを受信すると、サービス対象フローのACKパケットであるか否か判定をする。サービス対象フローのACKパケットであれば、フロー識別・振り分け部22は、そのACKパケットを、ルート22aを通して広告ウィンドウサイズ書き込み部28に送る。また、データ送信端末14からのSYNパケットやデータ受信端末15からのSYN/ACKパケットを受信すると、フロー識別・振り分け部22は、そのSYNパケットやSYN/ACKパケットを、ルート22bを通してオプション制御部29に送る。また、サービス非加入ユーザパケットやデータパケットを受信すると、フロー識別・振り分け部22は、そのサービス非加入ユーザパケットやデータパケットを、ルート22cを通してデータ送信部24に送る。   When a connection is established between the data transmission terminal 14 and the data reception terminal 15, data transfer is started. When receiving the ACK packet from the data receiving terminal 15, the flow identification / distribution unit 22 determines whether it is an ACK packet of the service target flow. If it is an ACK packet for the service target flow, the flow identification / distribution unit 22 sends the ACK packet to the advertisement window size writing unit 28 through the route 22a. Further, when receiving a SYN packet from the data transmission terminal 14 or a SYN / ACK packet from the data reception terminal 15, the flow identification / distribution unit 22 sends the SYN packet or SYN / ACK packet to the option control unit 29 through the route 22b. Send to. When receiving the service non-subscriber user packet or data packet, the flow identification / distribution unit 22 sends the service non-subscriber user packet or data packet to the data transmission unit 24 through the route 22c.

図4は、図2に示したエッジノード11において、往復伝播遅延時間を計測する時のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。以下では、データ送信端末14とエッジノード11間の伝播遅延時間が小さいとして、エッジノード11とデータ受信端末15間の往復伝播遅延時間が往復伝搬遅延時間17であるとする。   FIG. 4 is a sequence diagram showing signal exchange between blocks when measuring the round-trip propagation delay time in the edge node 11 shown in FIG. In the following, it is assumed that the propagation delay time between the data transmission terminal 14 and the edge node 11 is small, and the round-trip propagation delay time between the edge node 11 and the data reception terminal 15 is the round-trip propagation delay time 17.

図4を参照すると、データ送信端末14側のエッジノード11において、フロー識別・振り分け部22は、データ送信端末14からのSYNパケットを観測すると(ステップ101)、サービス対象フローのユーザ情報と共に、往復伝搬遅延時間17の計測開始要求を伝搬遅延時間算出部23に送る(ステップ102)。これにより、伝搬遅延時間算出部23は往復伝搬遅延時間17の計測を開始する。   Referring to FIG. 4, in the edge node 11 on the data transmission terminal 14 side, when the flow identification / distribution unit 22 observes the SYN packet from the data transmission terminal 14 (step 101), the flow identification / distribution unit 22 reciprocates along with the user information of the service target flow. A request to start measuring the propagation delay time 17 is sent to the propagation delay time calculation unit 23 (step 102). As a result, the propagation delay time calculation unit 23 starts measuring the round-trip propagation delay time 17.

また、フロー識別・振り分け部22は、上記SYNパケットに対するデータ受信端末15からのSYN/ACKパケットを観測すると(ステップ103)、上記ユーザ情報と共に、往復伝搬遅延時間17の計測終了要求を伝搬遅延時間算出部23に送る(ステップ104)。これにより、伝搬遅延時間算出部23は往復伝搬遅延時間17の計測を終了する。   When the flow identification / distribution unit 22 observes the SYN / ACK packet from the data receiving terminal 15 for the SYN packet (step 103), the flow identification / distribution unit 22 sends a measurement end request for the round-trip propagation delay time 17 together with the user information to the propagation delay time. The data is sent to the calculation unit 23 (step 104). Thereby, the propagation delay time calculation unit 23 ends the measurement of the round-trip propagation delay time 17.

その後、往復伝搬遅延時間17の計測を終えた伝搬遅延時間算出部23は、計測した往復伝搬遅延時間17を上記ユーザ情報と共に、往復伝搬遅延時間17の報告としてフロー情報保持部26に通知する(ステップ105)。   After that, the propagation delay time calculation unit 23 that has finished measuring the round-trip propagation delay time 17 notifies the flow information holding unit 26 of the measured round-trip propagation delay time 17 together with the user information as a report of the round-trip propagation delay time 17 ( Step 105).

図5は、図2に示したエッジノード11において、ウィンドウサイズを算出する時のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。   FIG. 5 is a sequence diagram showing the exchange of signals between blocks when the window size is calculated in the edge node 11 shown in FIG.

図5を参照すると、フロー情報保持部26は、伝搬遅延時間算出部23からの往復伝播遅延時間17の報告を受信すると(ステップ201)、ウィンドウサイズ算出部27に対して、データ送信端末14とデータ受信端末15との間の往復伝搬遅延時間17とユーザ情報と共に、帯域保証ウィンドウ計算要求を通知する(ステップ202)。   Referring to FIG. 5, when the flow information holding unit 26 receives the report of the round-trip propagation delay time 17 from the propagation delay time calculation unit 23 (step 201), the flow information holding unit 26 communicates with the data transmission terminal 14 and the window size calculation unit 27. A bandwidth guarantee window calculation request is notified together with the round-trip propagation delay time 17 with the data receiving terminal 15 and user information (step 202).

帯域保証ウィンドウ計算要求を受けたウィンドウサイズ算出部27は、上記ユーザ情報を基にして、帯域情報保持部25に対して、上記ユーザ情報に対応する保証帯域を要求する(ステップ203)。   Upon receiving the bandwidth guarantee window calculation request, the window size calculation unit 27 requests the guaranteed bandwidth corresponding to the user information from the bandwidth information holding unit 25 based on the user information (step 203).

帯域情報保持部25は、ウィンドウサイズ算出部27からの保証帯域値要求に応じて、保証帯域を返送する(ステップ204)。   The bandwidth information holding unit 25 returns the guaranteed bandwidth in response to the guaranteed bandwidth value request from the window size calculating unit 27 (step 204).

データ送信端末14とデータ受信端末15との間の往復伝搬遅延時間17と保証帯域を受信したウィンドウサイズ算出部27は、それらの値を元に、データ送信端末14が保証帯域以内でデータを送出するようなウィンドウサイズを算出する(ステップ205)。このとき、保証帯域と一致するレートでデータが送出されるようなウィンドウサイズが好適である。   The window size calculation unit 27 that has received the round-trip propagation delay time 17 and the guaranteed bandwidth between the data transmitting terminal 14 and the data receiving terminal 15 sends the data within the guaranteed bandwidth based on these values. The window size to be calculated is calculated (step 205). At this time, a window size such that data is transmitted at a rate that matches the guaranteed bandwidth is preferable.

ウィンドウサイズは、例えば式(1)により求めることができる。   The window size can be obtained by, for example, equation (1).

Figure 0004828555
Figure 0004828555

図6は、図2に示したエッジノード11において、広告ウィンドウ書き込み時とMSS、SF書き込み時のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。   FIG. 6 is a sequence diagram showing exchange of signals between blocks at the time of advertising window writing and MSS / SF writing in the edge node 11 shown in FIG.

図6を参照すると、まず、ウィンドウサイズ算出部27は、サービス対象フローのウィンドウサイズを算出する(ステップ301)。続いて、ウィンドウサイズ算出部27は、算出したウィンドウサイズと、そのサービス対象フローのユーザ情報とを、広告ウィンドウサイズ書き込み部28に通知する(ステップ302)。広告ウィンドウサイズ書き込み部28は、ウィンドウサイズ算出部27から通知されたウィンドウサイズの値を、フロー識別・振り分け部22からのACKパケットのウィンドウフィールドに書き込む(ステップ303)。広告ウィンドウサイズ書き込み部28で広告ウィンドウサイズが書き込まれたACKパケットはデータ送信部24に送られる。   Referring to FIG. 6, first, the window size calculation unit 27 calculates the window size of the service target flow (step 301). Subsequently, the window size calculation unit 27 notifies the calculated window size and the user information of the service target flow to the advertisement window size writing unit 28 (step 302). The advertisement window size writing unit 28 writes the window size value notified from the window size calculation unit 27 in the window field of the ACK packet from the flow identification / distribution unit 22 (step 303). The ACK packet in which the advertisement window size is written by the advertisement window size writing unit 28 is sent to the data transmission unit 24.

続いて、ウィンドウサイズ算出部27は、算出したウィンドウサイズと、上記ユーザ情報とを、オプション制御部29に通知する(ステップ304)。オプション制御部29は上記ユーザ情報をもとに、制御対象となるデータ受信端末15からのSYN/ACKパケットを特定し、そのSYN/ACKパケット中のオプション内のMSSとSFの書き換えを行う(ステップ305)。   Subsequently, the window size calculation unit 27 notifies the option control unit 29 of the calculated window size and the user information (step 304). The option control unit 29 specifies the SYN / ACK packet from the data receiving terminal 15 to be controlled based on the user information, and rewrites the MSS and SF in the option in the SYN / ACK packet (step 305).

上記ウィンドウサイズを基に算出されるMSSは、例えば、式(2)においてnが最小となる際の整数として求めることができる。また、SFは、例えば、式(3)を満たす最小の整数として求めることができる。   The MSS calculated based on the window size can be obtained, for example, as an integer when n is minimum in Equation (2). Moreover, SF can be calculated | required as a minimum integer which satisfy | fills Formula (3), for example.

Figure 0004828555
Figure 0004828555

Figure 0004828555
Figure 0004828555

なお、図6では、データ受信端末15からのSYN/ACKパケットを制御対象としているが、データ送信端末14からのSYNパケットを制御対象とする場合のMSSとSFの書き換え方法も、上記と同様である。   In FIG. 6, the SYN / ACK packet from the data receiving terminal 15 is the control target, but the MSS and SF rewriting method when the SYN packet from the data transmitting terminal 14 is the control target is the same as described above. is there.

本発明の一実施形態のノード装置を用いたデータ送信システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the data transmission system using the node apparatus of one Embodiment of this invention. 図1に示したエッジノードの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the edge node shown in FIG. 図2に示したフロー識別・振り分け部によるパケット振り分けを説明するための図である。It is a figure for demonstrating packet distribution by the flow identification and distribution part shown in FIG. 図2に示したエッジノードにおいて、往復伝搬遅延時間を計測する時のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。FIG. 3 is a sequence diagram showing exchange of signals between blocks when measuring round-trip propagation delay time in the edge node shown in FIG. 2. 図2に示したエッジノードにおいて、ウィンドウサイズを算出する時のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。FIG. 3 is a sequence diagram showing exchange of signals between blocks when calculating a window size in the edge node shown in FIG. 2. 図2に示したエッジノードにおいて、広告ウィンドウ書き換え時とオプション制御時のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。FIG. 3 is a sequence diagram showing exchange of signals between blocks at the time of advertisement window rewriting and option control in the edge node shown in FIG. 2.

符号の説明Explanation of symbols

11,12 エッジノード
13 帯域管理サーバ
14 データ送信端末
15 データ受信端末
16 帯域保証ネットワーク
17 往復伝搬遅延時間
21 データ受信部
22 フロー識別・振り分け部
23 伝搬遅延時間算出部
24 データ送信部
25 帯域情報保持部
26 フロー情報保持部
27 ウィンドウサイズ算出部
28 広告ウィンドウサイズ書き込み部
29 オプション制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12 Edge node 13 Band management server 14 Data transmission terminal 15 Data reception terminal 16 Band guarantee network 17 Round-trip propagation delay time 21 Data reception part 22 Flow identification and distribution part 23 Propagation delay time calculation part 24 Data transmission part 25 Band information holding | maintenance 26 Flow information holding unit 27 Window size calculating unit 28 Advertising window size writing unit 29 Option control unit

Claims (6)

データ送信端末からデータ受信端末へデータを送信できる帯域が保証された帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末と前記データ受信端末との間に配置されるノード装置であって、
前記データ送信端末と前記データ受信端末との間における伝播遅延時間を算出する伝播遅延時間算出部と、
前記帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのサービス対象フローに割り当てられた保証帯域と、前記伝播遅延時間算出部にて算出された伝播遅延時間とに基づいて、前記サービス対象フローのデータが前記保証帯域以内の帯域となるウィンドウサイズを算出するウィンドウサイズ算出部と、
前記ウィンドウサイズ算出部にて算出されたウィンドウサイズを、前記データ送信端末の帯域制御に使用させるために前記データ送信端末に通知するウィンドウサイズ書き込み部と、
前記ウィンドウサイズ算出部にて算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内のオプションの書き換えを行うオプション制御部と、を有することを特徴とするノード装置。
A node device arranged between the data transmitting terminal and the data receiving terminal in a bandwidth guaranteed network in which a band capable of transmitting data from the data transmitting terminal to the data receiving terminal is guaranteed;
A propagation delay time calculating unit for calculating a propagation delay time between the data transmitting terminal and the data receiving terminal;
Based on the guaranteed bandwidth allocated to the service target flow from the data transmitting terminal to the data receiving terminal in the bandwidth guaranteed network and the propagation delay time calculated by the propagation delay time calculating unit, the service target flow A window size calculation unit for calculating a window size in which the data is a bandwidth within the guaranteed bandwidth;
A window size writing unit for notifying the data transmission terminal to use the window size calculated by the window size calculation unit for bandwidth control of the data transmission terminal;
A node device comprising: an option control unit that rewrites an option in the SYN packet of the service target flow according to the window size calculated by the window size calculation unit.
前記オプション制御部は、前記ウィンドウサイズ算出部にて算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内の最大セグメントサイズの書き換えを行うことを特徴とする、請求項1に記載のノード装置。   The node device according to claim 1, wherein the option control unit rewrites the maximum segment size in the SYN packet of the service target flow according to the window size calculated by the window size calculation unit. . 前記オプション制御部は、前記ウィンドウサイズ算出部にて算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内のスケーリングオプションの書き換えを行うことを特徴とする、請求項1に記載のノード装置。   The node device according to claim 1, wherein the option control unit rewrites the scaling option in the SYN packet of the service target flow according to the window size calculated by the window size calculation unit. データ送信端末からデータ受信端末へデータを送信できる帯域が保証された帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのデータ送信の帯域を制御する帯域制御方法であって、
前記データ送信端末と前記データ受信端末との間における伝播遅延時間を算出するステップと、
前記帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのサービス対象フローに割り当てられた保証帯域と、前記算出された伝播遅延時間とに基づいて、前記サービス対象フローのデータが前記保証帯域以内の帯域となるウィンドウサイズを算出するステップと、
前記算出されたウィンドウサイズを、前記データ送信端末の帯域制御に使用させるために前記データ送信端末に通知するステップと、
前記算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内のオプションの書き換えを行うステップと、を有することを特徴とする帯域制御方法。
A bandwidth control method for controlling a bandwidth of data transmission from the data transmission terminal to the data reception terminal in a bandwidth guarantee network in which a bandwidth capable of transmitting data from the data transmission terminal to the data reception terminal is guaranteed,
Calculating a propagation delay time between the data transmitting terminal and the data receiving terminal;
Based on the guaranteed bandwidth allocated to the service target flow from the data transmitting terminal to the data receiving terminal in the bandwidth guaranteed network and the calculated propagation delay time, the data of the service target flow is within the guaranteed bandwidth. Calculating a window size to be a bandwidth of
Notifying the data transmission terminal of the calculated window size for use in bandwidth control of the data transmission terminal;
Rewriting an option in the SYN packet of the service target flow according to the calculated window size.
前記オプションの書き換えを行うステップでは、
前記算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内の最大セグメントサイズの書き換えを行うことを特徴とする、請求項4に記載の帯域制御方法。
In the step of rewriting the option,
The bandwidth control method according to claim 4, wherein the maximum segment size in the SYN packet of the service target flow is rewritten according to the calculated window size.
前記オプションの書き換えを行うステップでは、
前記算出されたウィンドウサイズに従って、前記サービス対象フローのSYNパケット内のスケーリングオプションの書き換えを行うことを特徴とする、請求項4に記載の帯域制御方法。
In the step of rewriting the option,
5. The bandwidth control method according to claim 4, wherein the scaling option in the SYN packet of the service target flow is rewritten according to the calculated window size.
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