JP2006310903A

JP2006310903A - 冗長化システムにおける回線切替制御方法

Info

Publication number: JP2006310903A
Application number: JP2005127312A
Authority: JP
Inventors: Naoto Soga; 直人曽我; Mitsuhiro Kawaguchi; 充弘川口; Yukito Araki; 幸人荒木; Koji Sasahara; 幸司佐々原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】
冗長化システムの信頼性を向上させる回線切替制御方法を提供することにある。
【解決手段】
レイヤ２装置が有する機能のリダンダント（障害時に冗長ポートヘ切り替わる）機能に加え、冗長回線側のポートが主回線側のリンクアップを検知した際、冗長回線側のポートが瞬時にリンクダウン動作する自動ポート閉塞機能を設け、更に装置の主回線側のポートがリンクアップすると同時に、同一ネットワーク全体へGratuitous ARPパケットを送信する機能を設けることで、FDB・ARPテーブルを同時にクリアし再学習を行う。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ネットワークシステムにおける回線切替制御方法に関し、特にレイヤ2スイッチのリダンダント（障害時に冗長回線へ切り替わる）機能と、レイヤ3スイッチのVRRP（障害時に冗長装置へ切り替わる）機能を併用し動作させた場合の冗長化システムにおける回線切替制御方法に関する。

図1に示すレイヤ2スイッチ装置103、104と上位にてレイヤ3スイッチ装置101、102が接続されているネットワークシステムの冗長化構成において、端末111-112間は正常時の通信経路115にて通信を行っている。また、図2に示すエリアNET-Aと図3に示すエリアNET-Bは同一のネットワーク内の範囲を示し、エリアNET-AとエリアNET-Bは違うネットワークとなっている。このネットワーク間の通信を行う為にはレイヤ３スイッチが有する機能のIPアドレス転送を行い、エリア内すなわち同一ネットワーク内通信を行う為にはレイヤ２スイッチが有する機能のMACアドレス転送を行っている。図2に示すNET-Aと、図3に示すNET-Bの装置101、102が有するVRRP機能のMASTERとは各エリアにおける主となる装置であり、仮想IPアドレスを保持している。エリア間の端末の通信は、主装置が有する仮想IPアドレス経由にて行う事を前提とし、NET-AのMASTERである主装置101に障害が発生した場合でも、仮想のIPアドレスを冗長となる装置102に引き継ぐ事で、エリア間の端末の通信遮断を防止する機能になっている。図1に示す装置103、104が有するリダンダント機能とは、予め定義しておいた主回線ポート（回線10７側）にて通信を行っている回線に障害が発生した際、装置103が回線10７側のポートの閉塞（リンクダウン）の検知する事で、瞬時に冗長ポート（回線108側）に切り替わる機能である。その際、瞬時に回線108側ポートに切り替われる要因は、予め定義されていた回線108側ポートが常にリンクアップしている為である。冗長ポートの回線が常にリンクアップし続けるのは、装置103が有するリダンダント機能の即効性を期待したものである事と、リンクアップ動作の正常性を確認する事で信頼性を確保している理由による。また、主回線にて通信を行っている際に、リンクアップしている冗長回線側に通信が送信されても通信は通過させない機能も有する。

従来の技術において、図1に示す構成にて端末111-112間は正常時の通信経路115にて通信を行っている際に、図4に示す回線107の障害が発生した場合には、回線107のリンクダウンの検知により装置103が持つリダンダント機能が動作し、回線107が回線108に切り替わる事で、端末111-112間の通信は障害時の通信経路116となる。本動作となりうるプロセスは、レイヤ３装置同士の通信の確立を行うARP学習と、レイヤ２装置同士の通信の確立を行うFDB学習によるものである。図4に示す構成の場合、装置101が回線107の障害によるリンクダウンを検知する事により、装置101の保持している端末111宛の装置アドレス（MACアドレス）と論理アドレス（IPアドレス）のマッピングを行うARPテーブルと、端末111宛の装置アドレス（MACアドレス）と送信場所（ポート番号）のマッピングを行うFDBテーブルをクリアする。次に、装置101に端末111から回線108・109経由で端末112宛への通信要求の発生を契機に、装置101-端末111間でARP学習が行われ、装置101のARPテーブルが新規に書き換わる。同時に装置101のFDBテーブルも、端末111からの通信で新規に学習したポートが、FDBテーブルに反映される。尚、装置101と端末112間の通信は、装置101のARPとFDBのテーブルが不変であるゆえ従来通りの通信経路である。以上のプロセスにより通信経路の変更と確立が行なわれ、端末111-112間の障害時の通信経路は116となる。

特開平6-291747号公報

しかし、端末112から端末111への通信経路は、装置102が回線108経由で新規に学習した端末111宛へのFDBテーブルと、既に学習済みのARPテーブルを参照した結果で、通信経路117となる。その後、図5に示す回線107が復旧した際に、装置103の通信ポートが回線10８側から回線107側に切り戻った後、端末111から回線107経由の通信で装置101が端末111宛のFDBを新規に学習し、端末111から端末112宛の通信は正常な通信経路115にて行われる。しかし、端末112から端末111宛への通信は通信経路115を経由するのではなく、装置103のリダンダント機能が冗長回線側（回線108側）のポートを常にリンクアップし続ける動作に起因して、装置102が端末111宛の装置アドレス（MACアドレス）を回線108側のポートに一定時間保持し続けてしまうFDBエージングタイム機能が動作してしまい、装置102が端末112から端末111宛への通信を回線108側へ送信し続けてしまう事で、通信経路117となってしまう。FDBエージングタイム機能はレイヤ2/レイヤ3スイッチ装置が有する機能であり、装置102の場合、回線108が閉塞（リンクダウン）するか、装置102が有するFDBエージングタイムの経過後でないと、FDBテーブルに保持された端末111宛のMACアドレスがクリアされない。さらに通信経路117となって回線108側のポートに送信されても、装置103の冗長回線（回線108側）ポートに通信がきても通信の通過をさせないリダンダント機能により、端末112から端末111への通信が出来なくなってしまう。この様に、回線が切り戻った際の装置103及び装置102の装置機能とこれらを構成するシステムによって、回線切り戻り時の問題が一定時間の通信不能状態を発生させ、システムの信頼性に支障をきたしていた。

本発明の目的は、冗長化システムの信頼性を向上させる回線切替制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、システムの冗長化構成の運用時にレイヤ2/レイヤ3スイッチ装置が有する機能が原因で発生する回線切り戻り時の問題を解決するために、図7に示すNET-Aと図8に示すNET-Bの主装置が持つVRRP機能のMASTERを、装置101に集約する構成に変更し、仮想IPアドレスを保持する主となる装置を装置101のみとする。これにより、エリア間の端末の通信は主装置101が有する仮想IPアドレス宛に通信を行うシステム構成となる。図6に示すシステム構成において、端末111-112間で正常時の通信経路118にて通信を行っている際に、図9に示す回線107の障害が発生した場合には、回線107のリンクダウンの検知により装置103が持つリダンダント機能が動作し、回線107が回線108に切り替わる事で、端末111-112間の通信は障害時の通信経路119となり、端末間の通信遮断を回避する。その後、回線107が復旧した際には装置103のポートが回線108側から回線107側に切り戻り、端末111は回線107、装置101経由で端末112へ送信を行う。端末112から端末111宛の通信は、端末112が仮想IPアドレスを持つMASTERの装置101宛に通信を行い、装置101は回線107の復旧で新規に学習した端末111宛のFDBテーブルを元に端末111へ送信を行う。よって、障害復旧時の通信は、図6に示す正常時の通信経路118に戻すことができる。これによりVRRP機能のNET-AとNET-Bの装置のMASTERを装置101・102に分散させるシステム構成で、レイヤ2/レイヤ3スイッチ装置が有する機能が起因した、回線切り戻り時の問題が一定時間の通信不能状態を発生させる問題を解決することができる。

本発明の効果はレイヤ2スイッチ装置のリダンダント機能が動作した際の冗長回線側のポートがリンクダウンしない機能が起因し、レイヤ3スイッチ装置が冗長回線側に端末宛のMACアドレスを保持し続けてしまう機能が連動し発生する回線の切り戻り時の問題や、その問題を解消しようとするシステム構成の変更で同問題を再発させる事が、一定時間の通信不能状態を発生させシステムの信頼性に支障をきたしていた。レイヤ2スイッチ装置のリダンダント機能に自動ポート閉塞機能と、Gratuitous ARPパケットの送信機能を追加する事で、レイヤ2及びレイヤ3スイッチ装置が持つ機能の動作を合理的に操作し、従来の課題であった回線の切り戻り時の問題で発生する一定時間の通信不能状態を解消し、システム設計の信頼性を向上できると同時に、システム設計の構築方法に拡張性が発揮できるようになるのが発明の効果である。

二つのネットワークで構成されるシステムである為に保持される二つのMASTERを、装置101・102へに分散させていた構成から、装置101にMASTERを集約する。通信が復旧できる直接な原因は、各NET-A・NET-B上の端末111・112が必ず主装置を通過して通信を行うVRRP機能を利用した事と、図6に示す構成に於いて、回線107の復旧時に端末111から回線107、装置101経由で端末112宛に通信を行う契機が発生し、装置101に端末111宛のMACアドレスを新規にFDB学習した事による結果である。しかし、図9構成に於ける回線107の障害発生時の通信から、回線復旧時の端末間の通信が図10に示す端末112から端末111への方向のみであった場合、障害復旧時の通信経路は119のままである。原因は端末112から端末111への片方向通信が発生することで、装置101が端末111宛の装置アドレス（MACアドレス）を回線109側のポートに一定時間保持し続けてしまうFDBエージング機能が起因して、通信を装置102側へ送信し続けてしまう。また、装置102も端末111宛の装置アドレス（MACアドレス）を回線108側のポートに一定時間保持し続けてしまうFDBエージング機能により、回線108側へ通信をし続けてしまう問題が連鎖し発生してしまう為である。その結果、回線切り戻り時の問題が再発してしまい、従来技術で発生する課題の解決手段を施しても、端末112から端末111への片方向通信が発生することで、回線切り戻り時の問題が一定時間の通信不能状態を発生させる問題を解決できない事が判明してしまう。

解決しようとする問題点は、冗長化システム構成を組む事で障害時の信頼性を向上させる事を目的に設計したシステム構成機器の、レイヤ2スイッチ装置のリダンダント機能が動作した際の冗長回線側のポートがリンクダウンしない機能が起因し、レイヤ3スイッチ装置が冗長回線側に端末宛のMACアドレスを保持し続けてしまう機能が連動してしまい、本現象による回線切り戻り時の問題が一定時間の通信不能状態を発生させている事である。

レイヤ2スイッチ装置のリダンダント機能が動作した際の冗長回線側のポートがリンクダウンしない機能が起因する原因を解消する為に、冗長回線側のポートが主回線側のポートのリンクアップを検知した際、冗長回線側のポートのリンクダウン・リンクアップを瞬時に行う自動ポート閉塞機能をリダンダント機能に追加する事で、相手装置側のFDBテーブルに保持されたMACアドレスをクリアする条件を発生させる。また、システム構成の変更で同問題が本対策で発揮できない場所で発生する条件も踏まえ、リダンダント機能を有する装置から同一ネットワーク全体に対し、ARPキャッシュエントリをクリアする様に要求する機能であるGratuitous ARPパケットを送信する機能を追加する事で、同一ネットワーク内にある装置および端末のARPテーブルをクリアさせ、ネットワーク全体で通信経路のリセットと再学習を行える様にする。すなわち、システム上の構成や通信時の負荷状況、通信方向等の様々な状況下での正確な切り替わり切り戻し動作を考え、L2スイッチの有する機能のFDBテーブルのみを再学習させるのでは無く、L3スイッチの有する機能のARPテーブルをも同時に再学習を行う事で、ネットワーク内の適切な通信と経路を学習し直す事が出来る。

図11に示す実施例に於いて、回線107復旧時に回線108（冗長回線）から回線107（主回線）に自動に切り戻る際、冗長回線側（回線108側）のポートが主回線側（回線107側）のリンクアップと同時に、冗長回線側（回線108側）のポートを瞬時にリンクダウン・リンクアップさせる自動ポート閉塞機能を実行する事で、装置102が持つFDBテーブルにマッピングされた宛先のMACアドレスを瞬時にクリアする条件を作ることができる。これにより装置102が端末111から装置101経由の通信を受信した際、新規のポートでFDB学習を行い端末111宛のFDBテーブルが新規に作成され、正常時の通信経路に戻す事ができる。しかし、図10の構成条件下での障害時の切り戻り時の原因は、装置101が端末111宛のFDBを装置102側のポートに対し保持し続けてしまう事に起因している為、本解決手段を装置102に施すだけで通信が正常に戻るかは不完全である。よって、図11に示す同装置103が持つリダンダント機能で回線が冗長回線から主回線に切り戻った回線107側のリンクアップを契機に、装置103から同一ネットワーク全体に対しGratuitous ARPパケットを送信する機能を追加する事で、同一ネットワーク内にある装置101・102、端末111のARPテーブルをクリアさせ、ネットワーク全体で通信経路のリセットと再学習を行い、適切な通信経路を確保する事が出来る。

システム構成１の通常時の通信経路を示した説明図である。システム構成１のネットワークエリアNET-Aの範囲を示す説明図である。システム構成１のネットワークエリアNET-Bの範囲を示す説明図である。システム構成１の回線107障害時の通信経路を示した説明図である。システム構成１の回線107復旧時の通信経路を示した説明図である。システム構成２の通常時の通信経路を示した説明図である。システム構成２のネットワークエリアAの範囲を示す説明図である。システム構成２のネットワークエリアBの範囲を示す説明図である。システム構成２の回線107障害時の通信経路を示した説明図である。システム構成２の回線107復旧時の端末112から端末111への片方通信経路の場合を示した説明図である。システム構成１のARP/FDBをクリアした際のARPの再学習を行う通信経路を示した説明図である。

符号の説明

101：レイヤ３スイッチNO１、102：レイヤ３スイッチNO２、103：レイヤ２スイッチNO１、104：レイヤ２スイッチNO２、107：ネットワーク回線Ａ（主回線）、108：ネットワーク回線Ｂ（冗長回線）、109：ネットワーク回線Ｃ、111：回線用端末Ａ、112：回線用端末Ｂ、115：システム構成１の正常時の通信経路、116：システム構成１の障害時の端末111から端末112への冗長通信経路、117：システム構成１の障害時の端末112から端末111への冗長通信経路、118：システム構成2の正常時の通信経路、119：システム構成１の障害時の端末111-112間の冗長通信経路

Claims

ネットワークシステム機器である第1のスイッチ装置とその上位の第２のスイッチ装置が接続されている冗長化システムにおける回線切替制御方法であって、
前記冗長化システムは、第1のスイッチ装置の障害時に冗長ポートヘ切り替わるリダンダント機能と、第２のスイッチ装置の障害時に冗長装置へ切り替わるVRRP機能を併用して動作し、回線の障害時は主回線を冗長回線に切り替え、回線復旧時には冗長回線から主回線に切り替える際、冗長回線側のポートを閉塞するとともに、同一ネットワーク全体に対しGratuitous ARPパケットを送信することを特徴とする回線切替制御方法。