パケット交換データネットワークの輻輳の制御

专利摘要:
パケット交換ネットワークの輻輳を制御する方法は、輻輳したノードの上流のノードに、ある期間の間、送出することを止めるように命令するためのポーズメッセージを送信することを含む。輻輳したノードはまた、輻輳を軽減するのに必要とされるバッファサイズを通知する情報を上流ノードに送出する。上流ノードのバッファ容量が、信号で通知された要求量以上である場合、さらなるアクションがとられない（７）。上流ノードのバッファ容量が要求量未満である場合（６）、輻輳したノードは、次に、送出元ノードから利用可能な量を考慮して、輻輳を低減するための必要とされるバッファサイズの指示と共に、輻輳したノードの上流のノードにポーズメッセージを送出する（８）。
公开号:JP2011505775A
申请号:JP2010536351
申请日:2008-11-24
公开日:2011-02-24
发明作者:マルホトラ，リチヤ
申请人:アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド；
IPC主号:H04L12-56

专利说明:

[0001] 本発明は、パケット交換データネットワークの輻輳を制御する方法に関し、また、こうした方法を使用するネットワークに関する。]
背景技術

[0002] ルータ、交換機、またはブリッジのバッファサイズの最適化は、達成するのが難しい。極端に大きなバッファは、そのバッファを含むネットワーク要素について高いコストをもたらし、高い待ち時間などの性能問題ももたらす。対照的に、小さなバッファは、安価であるが、予測できないバースト状トラフィックではパケット損失も増加させる。たとえばファイル転送およびウェブブラウジングのために使用される伝送制御プロトコル（「ＴＣＰ」）のような高次レイヤアプリケーションの場合、パケット損失は、トラフィック送出レートの減少を誘発する（ｔｒｉｇｇｅｒ）。これは、次に、低いスループットと、長いファイルダウンロード時間と、長い応答時間をもたらす。ＴＣＰ性能に対するバッファサイズの影響は、トラフィックおよびネットワーク構成を考慮して、多数のパラメータおよび特定の状況に依存する。参照により組込まれる、Ｄ．ＷｉｓｃｈｉｋおよびＮ．ＭｃＫｅｏｗｎによる論文「Ｐａｒｔ１：Ｂｕｆｆｅｒ Ｓｉｚｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｒｅ Ｒｏｕｔｅｒｓ」ＡＣＭＳＩＧＣＯＭＭ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｖｏｌｕｍｅ ３５，Ｎｕｍｂｅｒ ２，Ｊｕｌｙ ２００５は、適切なバッファサイズを確定することに関係する考慮事項の一部を説明している。]
[0003] イーサネット（登録商標）バックプレッシャは、ホップごとの輻輳制御メカニズムである。輻輳時に、ノードが、送出されている全てのトラフィックを収容するのに不十分なバッファ容量を有する場合、輻輳したノードは、ＩＥＥＥ規格８０２．３−２００５において３１Ｂ．３「ＰＡＵＳＥオペレーションの詳細仕様（Ｄｅｔａｉｌｅｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＡＵＳＥ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」に提示されるように、ＰＡＵＳＥメッセージを使用してデータを送信することを停止するように、上流の近傍ノードに信号で通知しうる。ＰＡＵＳＥメッセージは、設定期間の間、送信を停止するように送出元上流ノードに命令する。一時的に送信を停止することの結果として、上流ノードもまた輻輳する場合、上流ノードは、同様に、そこから上流のノードにＰＡＵＳＥメッセージを送信しうる、などである。こうして、輻輳が存在すると、パケットを保持するために複数のノードのバッファを利用することになる可能性がある。一部の状況下では、ＰＡＵＳＥ命令が複数のノードを通じて上流に伝播するため、ＰＡＵＳＥメカニズムを利用することが、ネットワーク全体を混乱させる（ｊａｍ）可能性があるというリスクが存在する。]
先行技術

[0004] Ｄ．ＷｉｓｃｈｉｋおよびＮ．ＭｃＫｅｏｗｎによる論文「Ｐａｒｔ１：Ｂｕｆｆｅｒ Ｓｉｚｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｒｅ Ｒｏｕｔｅｒｓ」ＡＣＭＳＩＧＣＯＭＭ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｖｏｌｕｍｎ ３５，Ｎｕｍｂｅｒ ２，Ｊｕｌｙ ２００５]
課題を解決するための手段

[0005] 本発明の第１の態様によれば、パケット交換データネットワークの輻輳を制御する方法は、ネットワークの第１のノードで輻輳を検出するステップと、輻輳が検出されると、ある期間の間、第１のノードにデータを送信することを停止するためのポーズメッセージを、第１のノードから上流の第２のノードに送出し、輻輳を軽減するのに必要とされるバッファ空間量（ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｂｕｆｆｅｒ ｓｐａｃｅ）を示す情報を第２のノードに送出するステップと、第２のノードのバッファ容量（ｂｕｆｆｅｒ ｃａｐａｃｉｔｙ）が、必要とされるバッファ容量より小さい場合、輻輳を低減するように作用するステップとを含む。ポーズメッセージは、イーサネット（登録商標）規格によるＰＡＵＳＥメッセージであってよいが、本発明は、他のオペレーティングプロトコルを使用するネットワークに適用可能である。ポーズメッセージによって、送出元ノードからのデータの送信がある期間の間一時停止されることが、本発明の最も広い範囲について必要であるだけである。本発明の使用は、イーサネット（登録商標）バックプレッシャ輻輳制御メカニズムを制御し、同様に、パケット交換ネットワーク内のノードについて柔軟性のあるバッファ空間を提供する方法を提供する。]
[0006] 第２のノードは、輻輳を低減するためにパケットを廃棄してもよい。本発明による別の変形では、第２のノードのバッファ容量が、必要とされるバッファ容量より小さい場合、ポーズメッセージが、第２のノードから上流の第３のノードに送出され、したがって、輻輳を低減するように作用する。第２のノードのバッファ容量が、同様に、必要とされるバッファ容量より小さい場合、第２のノードのバッファ容量を考慮して必要とされるバッファ空間量を示す情報が、第３のノードに送出されてもよい。必要とされるバッファサイズが、関係する多数のノードの容量に依存して修正され、また、チェーン内の特定のノードが、その要求される容量を満たすことができないときだけ、ポーズメッセージが上流に送信されるため、ポーズメッセージは、制御されない方式で分散する可能性が低い。したがって、本発明を使用することによって、ネットワーク全体が混乱することになる可能性が減少する。]
[0007] ポーズメッセージはまた、それ自体、必要とされるバッファ空間量を示す情報を含んでもよい。ポーズメッセージは、イーサネット（登録商標）プロトコルによるＰＡＵＳＥメッセージである場合、ＩＥＥＥ８０２．３ｘ規格で指定されるフレーム構造に付加されるビットを含んでもよく、付加されるビットは、輻輳の存在および必要とされるバッファ容量を示すのに使用される。]
[0008] 本発明による別の方法では、必要とされるバッファ空間量を示す情報は、ポーズメッセージと異なるタイプのメッセージで送出される。そのため、ポーズメッセージは、必要とされるバッファ容量を示すメッセージと別個に送出されうる。]
[0009] ノードにおける輻輳状態の存在は、上流ノードに、明示的にまたは暗示的に信号で通知されてもよい。ポーズメッセージの一部として、または、ポーズメッセージを伴うがポーズメッセージと別個に、バッファサイズ要件を有するメッセージを送出することによって、下流ノードで輻輳が記録されたことを、上流ノードが推測してもよい。しかし、本発明による一部の方法では、輻輳の存在は、たとえば輻輳情報に専用のメッセージビットを含ませることによって明示的に提示される。こうした輻輳情報は、輻輳が存在するか否かの指示に過ぎない可能性がある。他の場合、関係する輻輳のタイプは、多数の輻輳コードから１つのコードを適切に選択することによって含まれてもよい。たとえば、多くのＴＣＰ接続が輻輳をもたらしていること、多くのＴＣＰ接続が同期しており、パケット損失が多くのＴＣＰ接続全てに同時に影響を及ぼしていることを示すことが有用である場合がある。別のタイプの輻輳は、部分的な同期だけが存在する場合に起こる可能性がある。別のタイプでは、持続的なフローの存在が、輻輳をもたらす可能性がある。]
[0010] 本発明による別の方法では、管理システムが関わってもよい。管理システムは、輻輳した１つまたは複数のノードにおいて輻輳を軽減するのに必要とされるバッファサイズを評価するために、ネットワークアーキテクチャ、トラフィックフロー、および処理能力の概要を示してもよい。輻輳したノードは、輻輳したノードが経験している輻輳のタイプの指示子をおそらく同様に含む、輻輳の存在を示すメッセージを管理システムに送出してもよい。管理システムは、その後、関係する輻輳のタイプに依存する可能性がある、輻輳を軽減するのに必要とされるバッファサイズの指示およびネットワーク経路の少なくとも一方を用いて、輻輳したノードに応答してもよい。ネットワーク経路は、たとえば、輻輳生成フローがそこを通じて流れるノードＩＤによって指定されてもよい。この場合、ポーズメッセージは、この経路に沿ってだけ送られてもよい。管理システムはまた、ポーズメッセージおよびバッファサイズの指示が、輻輳したノードによってどの上流ノードに送出されるべきかという指示を送出してもよい。]
[0011] 本発明の別の態様によれば、データネットワークは、先に開示した方法による輻輳制御メカニズムを有する。]
[0012] 本発明の一部の実施形態は、ここで、単に例として、また、添付図面を参照して述べられるであろう。]
図面の簡単な説明

[0013] 本発明によるデータネットワークを概略的に示す図である。
図１のネットワークの第１のノードに関連する本発明による方法のステップを概略的に示す図である。
図１のネットワークの第２のノードに関連する本発明による方法のステップを概略的に示す図である。
図１のネットワークの第１のノードに関連する本発明による別の方法のステップを概略的に示す図である。
本発明による別のデータネットワークを概略的に示す図である。] 図１
実施例

[0014] 図１を参照すると、イーサネット（登録商標）プロトコルに従って動作するデータネットワーク１は、フレームが一時的に格納されるバッファをそれぞれが含む複数のノード２、３、および４を含む。各ノードは、占有されているバッファ容量および到来するデータパケットを保持するのに使用されるためのフリーで利用可能な量を検出するための指示子を有する。ノードは、ルータ、交換機、ブリッジ、またはデータパケットが保持されることを要求される他のネットワーク要素であってよい。第１のノード２は、第２のノード３の下流にあり、第２のノード３からデータパケットを受信する。同様に、第２のノード３は、第３のノード４の下流にある。実際には、ノードは、上流または下流方向で２つ以上の他のノードに接続されてもよい。] 図１
[0015] 第１のノード２は、第２のノード３からフレームまたはデータパケットを受信する。過度のレートでデータパケットが送信される場合、第１のノード２に残っているバッファ空間が不十分なため、第１のノード２が輻輳する。輻輳の存在は、いくつかの異なる方法によって確定されてもよい。たとえば、輻輳の存在は、バッファが１つのさらなるパケットでさえも収容できないほどに空間が不十分であるために、第１のノードが別のデータパケットを受信できないときに存在することが選択されてもよく、あるいは、輻輳の存在は、到来するパケットの受信レートに基づきうる、または、トラフィック管理原理に基づく計算による、すなわち、キュー占有量がある閾値を越えるかどうかに基づきうる、または、平均キュー占有量を測定することによる、すなわち、この平均値がある予め指定された閾値を越えるかどうかに基づきうる。]
[0016] 図２の５で示すように、輻輳が第１のノード２で検出されると、６にて、輻輳状況を解決するのに必要とされるバッファ空間量Ｂが、第１のノード２のバッファ容量ｂ１と比較される。Ｂの値は、ネットワーク輻輳を処理するために最適化されるように選択され、また、固定値である。本発明による他の代替の方法では、Ｂの値は可変である。第１のノード２のバッファ容量ｂ１がＢ以上である場合、７に示すようにアクションがとられない。しかし、バッファ容量ｂ１がＢ未満である場合、８に示すように、ＰＡＵＳＥメッセージが、第１のノード２の上流の第２のノード３に送信される。ＰＡＵＳＥメッセージは、一定期間の間、第１のノード２に送信することを停止するように第２のノード３に命令する。ＰＡＵＳＥメッセージは、ＩＥＥＥ８０２．３−２００５によっており、また同様に、新しい値Ｂ１（Ｂ１＝Ｂ−ｂ１）を示す付加的なビットをＦフィールドに含む。] 図２
[0017] 第２のノード３は、図３の９に示すように、ＰＡＵＳＥメッセージを受信し、それを読取る。第２のノード３は、第１のノード２で利用可能な容量を考慮して、Ｂ１になるように値Ｂを再設定する。１０にて、第２のノードは、Ｂの新しい値を自分自身のバッファ容量ｂ２と比較する。バッファ容量ｂ２がＢ以上である場合、１１に示すようにさらなるアクションがとられない。しかし、バッファ容量ｂ２がＢより小さい場合、第２のノードは、１２にて、第２のノードが輻輳しているかどうかを判定する。第２のノードが輻輳している場合、第２のノードは、１３に示すように、そのＦフィールドに、Ｂ１についての新しい値、すなわち、Ｂ１＝Ｂ−ｂ２を含む、ＰＡＵＳＥメッセージを上流の第３のノード４に送出する。] 図３
[0018] メカニズムは、輻輳が軽減されるまで、他の上流ノードについて繰返される。]
[0019] 図２および３を参照して上述した方法では、Ｂ１についての値をＰＡＵＳＥメッセージに含むことによって輻輳が示されるため、輻輳状態が存在するという特定の記述が存在しない。しかし、他の方法では、輻輳が存在するという指示もまた、ＰＡＵＳＥメッセージと共に送信される。これは、異なるタイプの輻輳状況が存在する可能性があり、かつ、タイプを識別することが所望される場合に有用でありうる。Ｂ１の値は、関係する輻輳のタイプに応じて選択されてもよい。] 図２
[0020] 本発明による別の方法では、図４に示すように、１４で送信されるＰＡＵＳＥメッセージは、バッファサイズまたは輻輳に関する情報を含まない。別個のメッセージが、１５にて、第１のノード２から第２のノード３に送信され、このメッセージは、バッファサイズＢを、また、この特定の方法では、輻輳タイプ指示子Ｃを含む。] 図４
[0021] 図５を参照すると、データネットワーク１６は、ノード１７、１８、および１９ならびに同様に管理システム２０を含む。本発明のよる１つの方法では、第１のノード１７は、輻輳警報メッセージを管理システム２０に送出する。管理システム２０は、ネットワークトポロジ、その経路上のトラフィックフローなどの概要を示す。管理システム２０は、Ｂの値、すなわち、最適性能に必要とされるバッファ空間を、輻輳したノードに信号で送り返す。Ｂの値は、輻輳したノードの輻輳特性を考慮するように調整されてもよい。管理システム２０はまた、第１のノード１７によるＰＡＵＳＥメッセージの送出先の上流ノードを指定してもよい。管理システム２０はまた、前進的な送信のために、どのタイプの輻輳が存在するかについて第１のノード１７に信号で送り返してもよい。] 図５
[0022] 上述した例では、イーサネット（登録商標）プロトコルによるＰＡＵＳＥメッセージが参照されるが、方法がイーサネット（登録商標）アレンジメントで実施されることは、本発明にとって必須ではない。ＰＡＵＳＥメッセージは、ある期間の間、データパケットの送信を停止することに関する情報をノードに伝達する任意の適した構造であってよい。あるいは、管理システムはまた、問題を生成するトラフィックフローがそこを通じて流れる、ノードのストリングおよびそのＩＤからなるネットワーク経路全体を指定してもよい。この場合、ＰＡＵＳＥメッセージは、この指定された経路上のノードだけに送られることになる。こうした方法を実現するために、管理システムは、関係するノードのＩＤ（イーサネット（登録商標）ＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレス）を有する特別なメッセージを輻輳したノードに送出しうる。]
[0023] 本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化され、また、他の方法によって実施されてもよい。説明した実施形態および方法は、全ての点で、制限的でなく、例証的であるに過ぎないと考えられる。したがって、本発明の範囲は、先の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求項の等価性の意味および範囲内に入る全ての変更が、特許請求項の範囲内に包含される。]

权利要求:

請求項1
パケット交換データネットワークの輻輳を制御する方法であって、ネットワークの第１のノードで輻輳を検出するステップと、輻輳が検出されると、ある期間の間、第１のノードにデータを送信することを停止するためのポーズメッセージを、第１のノードから上流の第２のノードに送出し、輻輳を軽減するのに必要とされるバッファ空間量を示す情報を第２のノードに送出するステップと、第２のノードのバッファ容量が、必要とされるバッファ容量より小さい場合、輻輳を低減するように作用するステップとを含む、方法。
請求項2
第２のノードが、輻輳を低減するためにパケットを破棄する、請求項１に記載の方法。
請求項3
第２のノードのバッファ容量が、必要とされるバッファ容量より小さい場合、ポーズメッセージを、前記第２のノードから上流の第３のノードに送出することによって輻輳を低減するように作用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
請求項4
第２のノードのバッファ容量が、必要とされるバッファ容量より小さい場合、第２のノードのバッファ容量を考慮して必要とされるバッファ空間量を示す情報を第３のノードに送出するステップを含む、請求項３に記載の方法。
請求項5
ポーズメッセージは、イーサネット（登録商標）プロトコルによるＰＡＵＳＥメッセージである、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
請求項6
ポーズメッセージが、必要とされるバッファ空間量を示す情報を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
請求項7
ＩＥＥＥ８０２．３ｘによるＰＡＵＳＥメッセージフレームが、輻輳の存在および必要とされるバッファ空間量を示すのに使用される付加的なビットを含む、請求項５に従属する、請求項６に記載の方法。
請求項8
必要とされるバッファ空間量を示す情報が、ポーズメッセージと異なるタイプのメッセージで送出される、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
請求項9
輻輳の存在を示す情報が、前記第１のノードからトラフィック管理システムに送出され、トラフィック管理システムが、前記第１のノードに、輻輳を軽減するのに必要とされるバッファ空間量および輻輳を軽減するのに必要とされるネットワーク経路のうちの少なくとも一方を通知する、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
請求項10
第１のノードが、前記ネットワーク経路を通知される場合、ポーズメッセージが、前記ネットワーク経路に沿ってだけ送られる、請求項９に記載の方法。
請求項11
輻輳を軽減するのに必要とされるバッファ空間量が、輻輳のタイプに依存する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
請求項12
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法による、輻輳制御メカニズムを有するデータネットワーク。