JP4666501B2 - コネクション確立要求の受付方法、装置およびプログラムならびにコネクション確立要求装置 - Google Patents

Description

本発明は、コネクション確立要求の受付方法、装置およびプログラムならびにコネクション確立要求装置に係り、特にTCPコネクションにおけるSYNパケットを公平に受け付けられるコネクション確立要求の受付方法、装置およびプログラムならびにコネクション確立要求装置に関する。

ネットワークやルータの輻輳を検知して、これを解消あるいは緩和したり、輻輳が生じる予兆を検知して、これを阻止する技術が研究されている。

特許文献１には、IPパケット通信網においてルータの輻輳を制御するために、ルータのTCPパケット用キューに保持されるキューサイズを監視し、キューサイズが小さければ通常の動作を行い、キューサイズが大きくなると、既に確立されているTCPコネクションのパケットのみをキューに挿入し、新規のTCPコネクションを抑制する技術が開示されている。

特許文献２には、TCPパケットの受付に際して、再送パケットを再送以外のパケットよりも優先させる技術が開示されている。

非特許文献１には、ネットワークに輻輳が生じるとコネクション確立要求（SYNパケット）を一律に破棄する技術が開示されている。
特開２００２−３１４５９２号公報 特願２００２−５５２２７６号 R. Mortier, et al., Implicit Admission Control, IEEE Journal on selected areas in communications, vol. 18, no. 12, December 2000

TCPコネクションの確立要求では、SYNパケットに対するサーバからの応答が再送タイムアウト値(RTO)の初期値を経過しても到着しなければ、TCPはSYNパケットが失われたものと判断して再送すると共にRTOを２倍に設定する。再送したSYNパケットに対する応答がRTOを経過しても到着しなければ、さらにRTOを２倍に設定してSYNパケットを再送する。

すなわち、RTOの初期値が３秒であれば、２度目のSYNパケット送信は最初のSYNパケット送信から３秒後、３度目は２度目のSYNパケット送信から６秒後、４度目は３度目のSYNパケット送信から１２秒後、５度目は４度目のSYNパケット送信から２４秒後となる。そして、このようなSYNパケットの再送は規定時間（接続タイムアウト）が経過するまで繰り返される。この規定時間は、例えばバークレー系のシステムであればデフォルトで７５秒に設定されており、この接続タイムアウトの期間中にコネクションを確立できなければ、コネクション失敗として処理される。

このように、TCPコネクションのSYNパケットは、その再送周期が再送ごとに長くなるので、再送パケットに関しては、最初の送信時刻からの保留時間が再送回数に応じて段階的に長くなる。したがって、受付側では保留時間の長いコネクション確立要求ほど優先的に受け付けるようにすることが望ましい。

特許文献１では、輻輳が生じると新規のTCPコネクションに関する確立要求が、その保留時間の長短にかかわらず一律に抑制されてしまう。特許文献２は、コネクション確立後に当該コネクションで送受信されるパケットの受付に関する技術であり、コネクション確立要求の受付制御に関しては開示がない。また、特許文献２の受付制御をコネクション確立要求に適用しても、再送パケット同士は再送回数すなわち保留時間にかかわらず一律に扱われてしまう。非特許文献１でも、輻輳が生じると再送パケットは再送回数すなわち保留時間にかかわらず一律に破棄されてしまう。

このように、上記した従来技術では、パケットの受付側では保留時間の長短にかかわらず各SYNパケットが一律に扱われてしまうので、短時間で受け付けられる要求がある一方で、長い保留時間を経ても受け付けられない要求が生じてしまい、コネクションの受付に不公平感が生じるという技術課題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、多数のコネクション確立要求を公平に処理できるコネクション確立要求の受付方法、装置およびプログラムならびにコネクション確立要求装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)コネクションの確立要求を検知する確立要求検知手段と、検知された確立要求の保留時間を判定する保留時間判定手段と、前記検知された確立要求を、保留時間が長くなるほど優先的に受け付ける受付選択手段とを含むことを特徴とする。
(2)前記保留時間判定手段が、コネクションの確立要求を識別する識別手段と、各確立要求の保留時間を前記識別情報で管理する保留時間テーブルと、検知された確立要求の識別情報で前記保留時間テーブルを検索し、保留時間を判定する手段とを含むことを特徴とする。
(3)前記保留時間判定手段が、検知された確立要求に含まれる保留時間を抽出することを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。
上記した特徴(1)によれば、保留時間の長いコネクション確立要求ほど優先的に受け付けられるので、各コネクション確立要求の保留時間を均一化できる。

上記した特徴(2)によれば、コネクション確立要求を受信する受信側において保留時間を管理できるので、コネクション確立要求を送信する送信側に特別な機能を追加することなくコネクション確立要求の公平化を実現できる。

上記した特徴(3)によれば、コネクション確立要求を送信する送信側において保留時間を管理できるので、多数のコネクション確立要求を受信する受信側の負荷を増加させることなくコネクション確立要求の公平化を実現できる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施の形態について詳細に説明する。 図１は、本発明が適用される通信放送融合システムのネットワーク構成を示したブロック図であり、テレビ映像用のコンテンツとデータ映像用およびデータ通信用のコンテンツとが多重化された放送コンテンツを送信する放送局１と、この放送局１から送信される放送波を受信して放送コンテンツを再生するテレビ２ａ、コンピュータ２ｂ、携帯端末２ｃ等の視聴者端末２と、これらの視聴者端末２とインターネット等のIPネットワーク４を介して接続された双方向の応答受付サーバ３とを主要な構成としている。

前記放送局１は、放送コンテンツを供給する放送サーバ１ａと、この放送コンテンツをデジタル変調して送信するOFDM送信機１ｂとを含む。各視聴者端末２は、例えばクイズ番組の視聴中に回答を送信する操作が視聴者によりなされると、応答受付サーバ３との間にコネクションを確立するコネクション確立機能と、このコネクションを利用して回答（応答メッセージ）を送信する応答メッセージ送信機能とを備えている。なお、各視聴者端末２から送信される応答メッセージは、上記したクイズ番組やアンケートに対する回答に限らず、放送内容に関して補完情報が必要であるか否かを放送内で問われた各視聴者が、これに応答するために送信するメッセージも含まれる。視聴者が応答メッセージで補完情報を要求すれば、要求した補完情報が応答受付サーバ３からネットワーク４を介して各視聴者端末２へ送信される。

図２は、各視聴者端末２の主要部の構成を示したブロック図であり、放送波を受信、デコードして放送コンテンツを再生し、テレビ映像およびデータ映像をスピーカ２６および表示部２５から出力するコンテンツ再生部２１と、放送コンテンツに登録されている応答受付サーバ３のIPアドレスを識別する宛先アドレス識別部２２と、宛先アドレスにアクセスしてコネクションを確立する確立要求送信部２４と、確立されたコネクションを利用して応答メッセージを送信する応答メッセージ送信部２３とを含む。

図３は、前記応答受付サーバ３の主要部の構成を示した機能ブロック図であり、ここでは、本発明の説明に不用な構成は図示が省略されている。

確立要求検知部３１は、各視聴者端末２から送信されるコネクション確立要求を検知する。本実施形態では、SYNフラグのセットされたSYNパケットがコネクション確立要求として検知される。保留時間判定部３２は、検知されたコネクション確立要求が最初に検知されてからの保留時間を判定する。受付選択部３３は、検知されたコネクション確立要求を前記保留時間に基づいて選択的に受付または破棄し、受け付けたコネクション確立要求に対してコネクション確立応答(SYN_Ackパケット)を返信する。

図４は、前記応答受付サーバ３に備わる保留時間判定部３２の構成を示した機能ブロック図であり、確立要求識別部３２１は、前記確立要求検知部３１により検知されたSYNパケットを、その送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号に基づいて一意に識別する。確立要求管理部３２２は、新規に検知されたSYNパケットの受信時刻trを、その識別情報と対応付けて保留時間テーブル３２３へ登録する。保留時間テーブル３２３では、各コネクション確立要求の受信時刻trが、その送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号と対応付けられて記憶されている。

保留時間判定部３２４は、前記確立要求識別部３２１により識別されたSYNパケットの受信時刻trを保留時間テーブル３２３から検索する。そして、当該受信時刻trと現在時刻tcとに基づいて保留時間tw(＝tc−tr)を計算し、これを前記受付選択部３３へ通知する。

図５は、前記受付選択部３３の主要部の構成を示した機能ブロック図であり、保留時間twごとに設けられた複数のキュー３３１（３３１ａ〜３３１ｄ）と、前記確立要求検知部３１により検知されたSYNパケットを、前記保留時間判定部３２から通知された保留時間twに基づいて各キュー３３１に連結する重み付けキューイング部３３２と、保留時間twの長いSYNパケットが優先的に受け付けられるように各キュー３３１からSYNパケットを選択的に読み出す優先制御部３３３と、各キュー３３１に連結されているSYNパケットを管理するキュー管理部３３４とを含む。

次いで、図６のフローチャートを参照して本発明の第１実施形態の動作を説明する。図６は、主に前記図４に関して説明した保留時間判定部３２の動作を示している。

ステップS１において、前記コネクションの確立要求検知部３１によりSYNパケットが検知されると、ステップS２では、その送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号の組み合わせが、SYNパケットを一意に識別する識別情報として確立要求識別部３２１により抽出される。ステップS３では、前記抽出された識別情報に基づいて、当該SYNパケットのエントリが保留時間テーブル３２３に登録済みであるか否かが、前記保留時間判定部３２４により判定される。未登録であればステップS４へ進み、前記検知されたSYNパケットの受信時刻trが、前記確立要求管理部３２２により、その識別情報（送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号）と対応付けられて保留時間テーブル３２３に新規登録される。
これに対して、前記検知されたSYNパケットのエントリが保留時間テーブル３２３に登録済み、換言すれば、検知されたSYNパケットが再送パケットであれば、ステップS５において、その最初の受信時刻trが保留時間判定部３２４により保留時間テーブル３２３から読み出される。

なお、実施形態では各SYNパケットの識別情報として、その送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号の組み合わせが用いられるが、これら４つの情報からハッシュ値を計算し、このハッシュ値を識別情報として用いるようにしても良い。

ステップS６では、受信時刻trから現在時刻tcまでの経過時間が保留時間twとして求められる。ステップＳ７では、この保留時間twがSYNパケットの識別情報と対応付けられて受け付け選択部３３へ通知される。

図５へ戻り、受付選択部３３では、重み付けキューイング部３３２において、各SYNパケットが、前記保留時間判定部３２から通知された保留時間twに基づいていずれかのキュー３３１に連結される。本実施形態では、保留時間twに関する閾値(tw1，tw2，tw3)が各キューに設定されており、０≦tw＜tw1であればキュー３３１ｄに連結され、tw1≦tw＜tw2であればキュー３３１ｃに連結され、tw2≦tw＜tw3であればキュー３３１ｂに連結され、tw3≦twであればキュー３３１ａに連結される。

優先制御部３３３では、各キュー３３１からSYNパケットが、前記重み付けキューイング部３３２での重み付け規則に応じた頻度で読み出される。本実施形態では、キュー３３１ａにSYNパケットが連結されていれば、その全てが優先的に読み出される。キュー３３１ａにSYNパケットが連結されていなければ、キュー３３１ｂに連結されているSYNパケットの全てが優先的に読み出される。キュー３３１ａ、３３１ｂのいずれにもSYNパケットが連結されていなければ、キュー３３１ｃに連結されている全てのSYNパケットが優先的に読み出される。キュー３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃのいずれにもSYNパケットが連結されていなければ、キュー３３１ｄのSYNパケットが読み出される。

キュー管理部３３４は、各SYNパケットが各キュー３３１に連結された時刻からの経過時間を計時し、所定時間の経過したパケットを破棄すると共に、正規に読み出されたSYNパケットに対する応答パケット(SYN_Ackパケット)を利用者端末２へ返信する。

なお、上記した実施形態では、SYNパケットの受信時刻trと現在時刻tcとの差分値である保留時間twに基づいて優先度が設定されるものとして説明したが、SYNパケットの再送回数に基づいて優先度が設定されるようにしても良い。この際、TCPのように再送するまでの待ち時間RTO(Retransmission Time Out)が再送ごとに２倍に増やされるといったように、待機時間が再送回数の関数であるシステムであれば、再送回数をパラメータとする関数計算で待機時間を求め、この待機時間に基づいて優先度が設定されるもようにしても良い。

また、本実施形態では優先度が上位のキューにパケットが無くならないと下位のキューからパケットが読み出されない完全優先のスケジューリング方式を例にして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、各キューから優先度に応じた割合でパケットが繰り返し読み出される重み付け優先のスケジューリング方式を採用しても良い。

図７、８は、本発明の第２実施形態の構成を示したブロック図であり、図７は、視聴者端末２に備わる確立要求送信部２４の構成を示した機能ブロック図であり、図８は、この視聴者端末２からコネクション確立要求を受信する応答受付サーバ３の構成を示した機能ブロック図であり、いずれも前記と同一の符号は同一または同様部分を表している。

図７の視聴者端末２において、確立要求送信部２４の確立要求生成部２４１は、送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号を含み、SYNフラグのセットされたSYNパケットを生成する。確立要求部２４２は、前記SYNパケットを応答受付サーバ３へ送信すると共に、その最初の送信時刻tsをSYNパケットの識別情報と共に確立要求管理テーブル２４５に登録する。確立要求部２４２はさらに、SYNパケットを送信した後、所定のRTOが経過してもSYN_Ackパケットを受信できないとコネクション確立に失敗したものと判定し、当該SYNパケットを再送部２４３で待機させると共に、コネクション確立に成功したSYNパケットのエントリを前記確立要求管理テーブル２４５から削除する。

保留時間更新部２４４は、前記再送部２４３で待機するSYNパケットを識別して、その最初の送信時刻tsを前記確立要求管理テーブル２４５から読み出すと共に、この送信時刻tsから再送タイミングまでの経過時間を保留時刻twとして各SYNパケットに更新登録する。再送部２４３は、前記保留時刻twが更新登録されたSYNパケットを所定の再送タイミングで確立要求部２４２から再送信させる。

図８の応答受付サーバ３において、確立要求検知部３１は、各視聴者端末２から送信されるコネクション確立要求(SYNパケット)を検知する。保留時間抽出部３２は、検知されたコネクション確立要求に登録されている保留時間twを抽出する。受付選択部３３は、前記検知されたコネクション確立要求を、その保留時間twに基づいて選択的に受付または破棄し、受け付けたコネクション確立要求に対してコネクション確立応答(SYN_Ackパケット)を返信する。

図９は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ここでは主に視聴者端末２に備わる確立要求送信部２４の動作を示している。

ステップS２１において、アプリケーションからコネクション確立要求が指示されると、ステップS２２では、SYNフラグがセットされ、かつ送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信側TCPポート番号および受信側TCPポート番号が登録されたSYNパケットが確立要求生成部２４１で生成される。ステップS２３では、再送タイマにRTO（再送タイムアウト値）の初期値（本実施形態では、３秒）がセットされ、ステップS２４では、SYNパケットが確立要求部２４２から応答受付サーバ３へ送信される。ステップS２５では、前記再送タイマがスタートし、ステップS２６では、SYNパケットの送信時刻tsが、当該SYNパケットの識別情報と対応付けられて確立要求管理テーブル２４５に登録される。

ステップS２７において、コネクション確立応答(SYN_Ackパケット)が検知されるとステップS３１へ進み、確立要求管理テーブル２４５から対応エントリが削除されて当該処理を終了する。これに対して、コネクション確立応答が検知されることなくステップS２８で再送タイマがタイムアウトすると、ステップS２９では再送可能期間（接続タイムアウト）が終了しているか否かが判定される。終了していればステップS３２でSYNパケットが破棄されると共に、確立要求管理テーブル２４５から対応エントリが削除されて当該処理を終了する。

再送可能期間が終了していなければ、ステップS３０へ進んでRTOが現在の２倍に更新される。ステップS３３では、保留時間更新部２４４において、確立要求管理テーブル２４５に登録されている当該SYNパケットの受信時刻trと現在時刻tcとに基づいて保留時間twが計算される。ステップS３４では、この保留時間twが再送部２３の対応するSYNパケットに更新登録される。ステップS３５では、保留時間twが更新登録されたSYNパケットが再送部２４３によって確立要求部２４２から再送信される。ステップS３６では、再送タイマがスタートする。

その後、当該処理はステップS２７へ戻り、再送されたSYNパケットに基づいてコネクションが確立されるか、またはステップS２９で再送不可能と判定されるまで、上記した再送処理が繰り返される。

図８の受付応答サーバ３では、前記SYNパケットが確立要求検知部３１で検知されると、その保留時間twが保留時間抽出部３４で抽出されて受付選択部３３へ通知される。受付選択部３３では上記した第１実施形態と同様に、各SYNパケットが保留時間twに基づいて選択的に受付または破棄される。

図１０は、前記応答受付サーバ３のハードウェア構成を示したブロック図であり、主制御装置としてのCPU８１と、メインプログラムが実装されたメインメモリ８２と、プログラムやパラメータが不揮発に記憶されるROM８３と、CPU８１にワークエリアを提供するRAM８４と、ネットワークコントローラ８５と、それら各部８１〜８５を相互に接続する内部バス８６とを主要な構成とする。前記メインプログラムは、磁気記憶媒体、光記憶媒体あるいは磁気光記憶媒体に記録されているプログラムを応答受付サーバ３にインストールすることにより実装できる。

そして、前記図２に関して説明した確立要求検知部３１、保留時間判定部３２、受付選択部３３、および図８に関して説明した保留時間抽出部３４の各構成、ならびに図６のフローチャートの動作は、CPU８１がメインメモリ８２のプログラム、ROM８３のプログラムおよびパラメータに従って動作し、メインメモリ８２、RAM８４およびネットワークコントローラ８５等が連係して行う処理により実現される。

なお、上記した実施形態ではコネクション確立要求の受付機能を応答受付サーバ３に設けるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、図１１に一例を示したように、IPネットワーク４と応答受付サーバ３との間に受付装置５を配置し、この受付装置５に前記図３に関して説明した確立要求検知部３１、保留時間判定部３２および受付選択部３３を設け、ここで選択されたコネクション確立要求のみを後段の応答受付サーバ３へ中継するようにしても良い。なお、コネクション確立要求の受付機能を受付装置５に設けるのであれば、応答受付サーバ３から返信されるコネクション確立応答(SYN_Ackパケット)を視聴者端末２へ中継する機能も受付装置５に設けることが望ましい。

本発明が適用される通信放送融合システムの構成を示したブロック図である。 各視聴者端末の主要部の構成を示したブロック図である。 応答受付サーバの主要部の構成を示した機能ブロック図である。 応答受付サーバに備わる保留時間判定部の機能ブロック図である。 受付選択部の構成を示した機能ブロック図である。 保留時間判定部の動作を示したフローチャートである。 視聴者端末に備わる確立要求送信部の第２実施形態の機能ブロック図である。 応答受付サーバの第２実施形態の機能ブロック図である。 視聴者端末に備わる確立要求送信部の動作を示したフローチャートである。 応答受付サーバのハードウェア構成を示したブロック図である。 本発明が適用される通信放送融合システムの他の構成を示したブロック図である。

符号の説明

１…放送局，２…視聴者端末，２ａ…テレビ，２ｂ…コンピュータ，２ｃ…携帯端末，３…応答受付サーバ，４…IPネットワーク

Claims (12)

1. コネクションの確立要求を検知する確立要求検知手段と、
   検知された全ての確立要求の保留時間を判定する保留時間判定手段と、
   検知された全ての確立要求を、その保留時間に応じた優先度でキューに連結するキューイング手段と、
   前記キューから、前記保留時間の長い確立要求を優先的に読み出して受け付ける優先制御手段とを含み、
   前記キューに連結された確立要求は、当該連結時刻から所定時間の経過後に破棄されることを特徴とするコネクション確立要求の受付装置。
2. 前記保留時間判定手段は、
   検知された確立要求から、当該確立要求を一意に識別する識別情報を抽出する識別手段と、
   新規に検知された確立要求の受信時刻および識別情報を対応付けて管理するテーブルと、
   検知された確立要求が前記テーブルに未登録であれば、当該確立要求の受信時刻および識別情報を対応付けて前記テーブルに登録する確立要求管理手段と、
   検知された確立要求の識別情報と対応付けられた受信時刻を前記テーブルから検索し、当該受信時刻からの経過時間として保留時間を判定する手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載のコネクション確立要求の受付装置。
3. 前記保留時間判定手段は、検知された確立要求に含まれる保留時間を抽出することを特徴とする請求項１に記載のコネクション確立要求の受付装置。
4. 前記保留時間判定手段は、検知された確立要求の再送回数で保留時間を代表することを特徴とする請求項１に記載のコネクション確立要求の受付装置。
5. 前記保留時間判定手段は、検知された確立要求の再送回数をパラメータとする所定の関数計算で保留時間を求めることを特徴とする請求項４に記載のコネクション確立要求の受付装置。
6. 前記コネクションがTCPコネクションであり、前記コネクション確立要求がSYNパケットであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のコネクション確立要求の受付装置。
7. 前記確立要求の識別情報が、当該確立要求に固有の複数の情報のハッシュ値であることを特徴とする請求項２に記載のコネクション確立要求の受付装置。
8. 複数のキューが保留時間ごとに設けられ、
   前記キューイング手段は、各確立要求を、その保留時間に応じたキューに連結し、
   前記優先制御手段は、保留時間のより長い確立要求が連結されるキューから、より優先的に確立要求を読み出すことを特徴とする請求項１に記載のコネクション確立要求の受付装置。
9. コネクションの確立要求を受け付けてコネクションを確立するコネクション確立要求の受付方法において、
   コネクションの確立要求を検知する手順と、
   検知された全ての確立要求の保留時間を判定する手順と、
   検知された全ての確立要求を、その保留時間に応じた優先度でキューに連結する手順と、
   前記キューから、前記保留時間の長い確立要求を優先的に読み出して受け付ける手順とを含み、
   前記キューに連結された確立要求は、当該連結時刻から所定時間の経過後に破棄されることを特徴とするコネクション確立要求の受付方法。
10. 前記保留時間を判定する手順が、
    検知された確立要求から、当該確立要求を一意に識別する識別情報を抽出する手順と、
    検知された確立要求を、その識別情報に基づいて新規か否かを判定し、新規に検知された確立要求の受信時刻および識別情報を対応付けてテーブルに登録する手順と、
    検知された確立要求の識別情報と対応付けられた受信時刻を前記テーブルから検索し、当該受信時刻からの経過時間として保留時間を判定する手順とを含むことを特徴とする請求項９に記載のコネクション確立要求の受付方法。
11. 前記保留時間を判定する手順は、検知された確立要求に含まれる保留時間を抽出することを特徴とする請求項９に記載のコネクション確立要求の受付方法。
12. コネクションの確立要求を受け付けてコネクションを確立するコネクション確立要求の受付プログラムにおいて、
    ネットワーク上のサーバに、
    コネクションの確立要求を検知する手順と、
    検知された全ての確立要求の保留時間を判定する手順と、
    検知された全ての確立要求を、その保留時間に応じた優先度でキューに連結する手順と、
    前記キューから、前記保留時間の長い確立要求を優先的に読み出して受け付ける手順とを実行させ、
    前記キューに連結された確立要求は、当該連結時刻から所定時間の経過後に破棄されることを特徴とするコネクション確立要求の受付プログラム。

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