JP2007116443A - マルチリンクに対する制御パケットの送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチリンク内の任意の回線に対してＩＰパケットを分散させることを可能にし、かつ、経路制御パケットが失われることのないようにする。
【解決手段】２つの中継装置１３、１４間のマルチリンクに、通常のデータパケットと経路制御パケットとの２種のパケットを送信する。その際、黒四角印で示す経路制御パケット１２を、マルチリンクを構成する回線群１０の２本の回線にだけ送信し、これらの回線には、一般のデータパケットが送信されることのないようにする。一方、□印で示す通常のデータパケット１１を、回線群１０内の前述の２本以外の回線のどれかに分散して送信し、これらの回線には、経路制御パケットが送信されることのないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチリンクに対する制御パケットの送信方法に係り、特に、ＩＰを用いるネットワークシステムにおいて、マルチリンクを利用する際に、マルチリンク内の各回線の負荷を分散することを可能にすると共に、制御パケットが失われるようなことを防止するができるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法に関する。

一般に、ＩＰネットワーク内のある複数の回線をマルチリンクとして利用して、マルチリンクを構成する回線にパケットを送信する技術が知られている。この従来技術は、通常、乱数やハッシュ等のアルゴリズムを用いて、各回線に均等にパケットを送出するように分散制御を行っている。そして、この技術は、マルチリンクとして定義された回線に対して、どのパケットがマルチリンク内のどの回線に出力されるかが判らないものであり、ネットワーク上に配置されるネットワーク中継装置自身が送受信する制御用のパケットも、他の回線から受信して他の装置に転送するパケットも各回線に均等に割り振られるものである。

図５は従来技術によりマルチリンクに対してパケットを送信した場合のパケットの送信状況を示す図であり、図５を参照して前述した従来技術によるパケットの送信について説明する。図５において、１０はマルチリンクとして定義された回線群、１１は通常のデータパケット、１２は経路制御パケット、１３、１４はネットワーク装置である。

図５に示す例は、それぞれがネットワークに接続されていて、相互間がマルチリンクとして定義された回線群１０により接続されているネットワーク装置１３、１４の間でのパケットの送信について説明するものである。図５に示すネットワーク装置１３、１４は、レイヤ３スイッチやルーターと呼ばれる装置であり、異なるＩＰサブネット間でのＩＰパケットの中継を行うことができる装置である。通常、これらのネットワーク装置（以後、単に、中継装置ということとする）１３、１４は、複数のインタフェース（物理回線）を持ち、それらの異なったＩＰサブネットを持つネットワークを接続することが可能である。

図５において、いま、中継装置１３が図示しないネットワークから中継装置１４へ中継すべき中継対象となるＩＰパケットを受信したものとする。中継装置１３は、受信したＩＰパケットの中にある宛先ＩＰアドレスを元に、ＩＰパケットの転送先を決定する。その転送先を決定するための経路情報は、中継装置相互間で経路制御のための情報を交換することにより、その装置自身が学習を行い、その学習の結果、ルーティングテーブル等と呼ばれる転送先経路の一覧として作成され、中継装置１３は、この転送先経路の一覧を参照して転送先を決定する。

前述のように、中継装置相互間で中継のために転送されるＩＰパケットは、アプリケーションデータのように中継装置自身がその情報を利用せず、単に中継対象となる通常のデータパケットと、経路情報を交換するためのパケット等の中継装置自身が利用する経路制御パケットとに分けることができる。中継装置相互間を接続するインタフェースとして、マルチリンクを利用する場合、パケットを中継する中継装置１３は、論理的に束ねた回線群１０の１つの回線に対してパケットを送信することになる。この場合、従来技術の方法は、回線群１０に含まれる各回線の負荷を分散するように１つの回線を選択してパケットを送信するが、どの回線にどのＩＰパケットが転送されるのかが分らないものである。厳密には、負荷分散に用いるアルゴリズムが公開されていれば、計算による予測が可能である。

前述の結果、図５に示すように、前述した２種のパケットの□印で示す通常のデータパケット１１も、黒四角印で示す経路制御パケット１２も、回線群１０に含まれる全ての回線のどれかに送信されることになる。

一方、マルチリンク内に転送するデータを区別し、特定のフレーム（ＩＰパケット）をリンク内のある特定の回線に送信することを可能にした従来技術として、例えば、特許文献１等に記載された技術が知られている。この従来技術は、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ網とＩＰ網とが接続されたシステムにおける回線障害時の冗長構成のために特定のフレームをリンク内のある特定の回線に送信するというものである。
特開２００３−１３４０７４号公報

前述した一般にマルチリンクと呼ばれている従来技術は、マルチリンクとして定義された回線群に対してＩＰパケットを送信する場合、乱数やハッシュアルゴリズム等を用いて、マルチリンクを構成する各回線に均等にパケットを送出するようにしているので、どのＩＰパケットが回線群内のどの回線に出力されるかは分からない。

また、通常、経路制御のためのＩＰパケットは、中継装置が他のネットワークに転送すると同時に、中継装置自身に実装されたソフトウェアで利用されものである。そして、経路制御パケットは、転送先ＩＰサブネットが同一であればそのそのサブネット宛の回線に送出される。この場合、送信側となる中継装置が経路制御情報等を優先的に送信キューに載せることができたとしても、受信側の中継装置での受信キューは、それらの情報を一旦物理回線毎に備えたキューに蓄積した後に転送動作に入る。受信キューの長さは、有限のものであり、キューから溢れたパケットは通常破棄される。

前述したように、マルチリンクと呼ばれている従来技術は、中継するＩＰパケットをマルチリンク内の回線に対して分散して送信するだけであって、相手側のどの受信キューに積まれるかはお互いに知ることができず、このため、キューから溢れたパケットが経路制御パケットであった場合、以後の経路制御を行うことができなくなってしまうという問題点を生じさせる。

さらに、前述した特許文献１に記載の従来技術は、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ網とＩＰ網とが接続されたシステムにおける回線障害時の冗長構成のために特化されたものであって、マルチリンクとして定義された回線群に対してＩＰパケットを送信する一般的なＩＰパケットの送信に対して適用することかができないものである。

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、経路制御パケットのようなネットワーク内の中継装置自身が利用するために送受信するＩＰパケットの送信先インタフェースをマルチリンク内の特定の回線のみに出力するように制御し、装置の利用者がマルチリンク内の回線に対してＩＰパケットを分散させることを可能にして、経路制御パケットが失われることのないようにすることができるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法を提供することにある。

本発明によれば前記目的は、ネットワーク相互間でのパケットの転送をレイヤ３情報に基づいて行う中継装置におけるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法において、前記中継装置が、自中継装置が利用するために送受信するルーティング制御パケットを、マルチリンク内の予め指定された特定の回線に送出することにより達成される。

本発明によれば、中継装置自身が必要とする経路制御パケットを他のデータパケットと区別して、マルチリンクの特定の回線を用いて送受信することができ、ルーティング情報のパケットやセッション継続のためのパケットの損失を防ぐことができ、また、中継装置が中継しようとするデータパケットの量に関係なく、ルーティング情報の送信のための帯域を確保することが可能となる。

以下、本発明によるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法の実施形態を図面により詳細に説明する。本発明の実施形態は、マルチリンク内の特定の物理回線に対してのみ、経路制御等に用いられるパケットを送信するよう指定することにより、各中継装置相互間の送信キューと受信キューとを明確に指定し、それらのパケットのキュー溢れによる損失を抑えることを可能にしたものである。経路制御等に用いられるパケットを送信する回線を指定する手段としては、例えば、あるルーティングプロトコルをマルチリンクとして定義されたインタフェース上で使用する際、その回線内の特定の物理回線を指定する方法等であってよい。

図１は本発明の一実施形態によりマルチリンクに対してパケットを送信した場合のパケットの送信状況を示す図であり、まず、本発明の実施形態でのパケットの送信状況について説明する。図１の符号は図５の場合と同一である。

図１に示す例は、２つの中継装置１３、１４間のマルチリンクに、本発明により、図５により説明した場合と同様に、通常のデータパケットと経路制御パケットとの２種のパケットを送信した場合の例である。本発明の実施形態の場合、図１から判るように、黒四角印で示す経路制御パケット１２は、マルチリンクを構成する回線群１０の２本の回線にだけ送信され、これらの回線には、一般のデータパケットが送信されることはない。一方、□印で示す通常のデータパケット１１は、回線群１０内の前述の２本以外の回線のどれかに分散して送信され、これらの回線には、経路制御パケットが送信されることはない。

前述したようにマルチリンクを構成する回線群の各回線に送信するパケットの種類を限定するようにすることにより、経路制御パケット１２は、経路制御パケット１２の送信帯域に対して充分な帯域を持った１または複数の回線を用いて送信され、一般のデータパケットに邪魔されることがなく、経路制御パケットが失われることのないように経路制御パケットを送信することができる。

図２は本発明の実施形態によるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法を実現しているネットワークの構成を示すブロック図である。図２において、２２は１Ｇｂｐｓの帯域を持つ回線、２３は１００Ｍｂｐｓの帯域を持つ回線、２４〜２７はＩＰネットワークであり、他の符号は図５の場合と同一である。

図２に示すネットワークは、中継装置１３、１４の相互間が複数の回線により接続されており、中継装置１３、１４のそれぞれには、それぞれ異なった、あるいは、同一のＩＰネットワーク２４〜２５、２６〜２７が接続されて構成されている。２つの中継装置１３、１４は、それぞれ、１Ｇｂｐｓの帯域をもつ物理回線を４ポート、１０／１００Ｍｂｐｓの帯域を持つ物理回線を１６ポート所持し、レイヤ３ルーティングプロトコル（ＲＩＰやＯＳＰＦといったユニキャスト経路制御プロトコル、ＰＩＭ等のマルチキャスト経路制御プロトコル）をサポートしているものとする。そして、２つの中継装置１３、１４のそれぞれは、前述した全１０ポートの物理回線にＩＰネットワーク２４〜２５、２６〜２７と、中継装置１３、１４相互間を接続するマルチリンクとして定義された回線群１０と、図示しない他の中継装置とを接続することができる。

前述したようなネットワークにおいて、本発明の実施形態では、中継装置１３が１Ｇｂｐｓの回線２本と１０／１００Ｍｂｐｓの回線２本とをマルチリンクとして定義して回線群１０とし、同一のＩＰアドレスを付与している。また、対向する中継装置１４も、同一の回線に対してマルチリンクを定義しており、同一のＩＰサブネットに所属するものとする。

中継装置１３において、ＯＳＰＦを動作させ、ＯＳＰＦの経路制御パケット（セッションのために用いるｈｅｌｌｏパケットと経路情報そのものとを含む）を、マルチリンクとして定義した回線のうち、１０／１００Ｍｂｐｓの回線にのみ送出するように、自中継装置１３に設定する。通常、ＲＩＰやＯＳＰＦといったレイヤ３プロトコルは、専用のＡＳＩＣ等を用いてハードウェアによるパケットの高速転送を実現することができる。また、このような装置であっても、その装置上に実装されたソフトウェアに実装され、そのソフトウェアがレイヤ３プロトコルパケットの送受信処理を行うこともできる。

前述において、マルチリンクを実現する方法がソフトウェアである場合、指定された回線、説明している例の場合、マルチリンク内の１０／１００Ｍｂｐｓの回線に対して、ルーティングプロトコルパケット（経路制御パケット）を送信するように、プログラムに指示することができるように中継装置を構成する必要がある。また、ハードウェアによるマルチリンクを実現している場合、例えば、中継装置上に実装されたソフトウェアが送信するパケットの受信キューを直接指定してパケットを送信できるような機能を実装している必要がある。

図３はマルチリンクを実現するソフトウェアの構成例を示す図である。図３に示すソフトウェアには、マルチリンクの定義として、４本の回線を含めること、それら４本の回線の通信速度、ポート番号が設定され、また、接続されるＩＰサブネットアドレス、経路情報を優先して流すポート番号が設定されている。

図２に示すネットワークの参照に戻って、いま、１つのＩＰネットワーク２４から、中継装置１３にパケットが流れ込んできたものとする。この場合、中継装置１３は、学習済みの経路情報に従って、データパケットを自中継装置１３のハードウェアによる転送機能により、１Ｇｂｐｓの帯域を持つ回線２２を用いて対向する中継装置１４に転送する。また、自中継装置１３から転送する経路情報（セッション維持のためのパケットと経路情報）のパケットは、その情報の大きさがデータパケットに比べて小さいこともあり、かりに、中継装置１３のハードウェア転送用の送信キューが溢れるほとどにパケットが流れてきた場合でも、１０／１００Ｍｂｐｓの回線にのみレイヤ３プロトコルに関する情報が転送されているため、途切れることなく経路情報を送信することができる。また、相手側の中継装置１４も、マルチリンク内の別々の帯域を持つ回線においてそれらの情報を受信するため、受信バッファがそれぞれの物理回線で別々になっており、その回線からの経路情報の取りこぼしを防止して、情報を取り込むことができる。

図４は中継装置の構成例を示すブロック図であり、次に、前述で説明した中継装置１３、１４の構成について説明する。図４において、４１は制御用ＣＰＵ、４２は転送制御用ＡＳＩＣ、４３〜４６はネットワークインタフェースである。

図４に示す中継装置は、ネットワークインタフェース間で受信したフレームをＩＰの経路情報を元にして別のネットワークインタフェースに転送する機能を持って構成され、一般に、ルータと呼ばれる中継装置であり、制御用ＣＰＵ４１、転送制御用ＡＳＩＣ４２、複数のネットワークインタフェース４３〜４６により構成されている。そして、図示例では、ネットワークインタフェース４３〜４５に接続される回線が前述で説明したマルチリンクとして定義された回線群１０であり、対向する中継装置に接続されており、ネットワークインタフェース４６が、例えば、前述で説明したＩＰネットワーク２４に接続されている。

前述したように構成される中継装置において、中継装置全体を制御するためのソフトウェアが制御用ＣＰＵ４１上に実装され、フレーム（ＩＰパケット）の転送処理が専用のＡＳＩＣを用いた転送制御用ＡＳＩＣ４２で実行される。ネットワークインタフェース間のフレーム転送及び制御用ＣＰＵ４１が送受信するフレームは、全て前述の転送制御用ＡＳＩＣ４２を通過して処理される。このため、ネットワークインタフェース４６を介して到来するＩＰネットワーク２４等からのデータパケットは、転送制御用ＡＳＩＣ４２を経て制御用ＣＰＵ４１で必要な処理が行われた後、再度、転送制御用ＡＳＩＣ４２を経てマルチリンクとして定義された回線群１０に接続されるネットワークインタフェース４３〜４５の通常のデータパケットを送出するとして定められた１つに送出されることになる。また、経路制御パケット１２は、ＣＰＵ４１により生成されて、転送制御用ＡＳＩＣ４２を経てマルチリンクとして定義された回線群１０に接続されるネットワークインタフェース４３〜４５の経路制御用パケットを送出するとして定められた１つに送出されることになる。

ネットワークインタフェース間は、共有のバス（スイッチ）で接続され、各インタフェース間のフレーム転送を行うことができる（図４は簡略化のため、Ｉ／Ｏコントローラや実記憶装置を記載していないが、中継装置は、これらの装置を備えて構成される）。

前述において、制御用ＣＰＵ４１が使用する実記憶装置上には、経路制御のためのフレームを送受信するためのソフトウェアが実装されており、経路表は、制御用ＣＰＵ４１がソフトウェアを使用して作成し、作成された経路表は、転送制御用ＡＳＩＣ４２が転送用の情報として使用する。

前述で説明したように、本発明の実施形態で実現する機能は、マルチリンクとして複数の回線を装置に設定した場合、それらの回線のうち、特定の経路制御パケットをある物理回線にのみ送出するように指定することである。一般に、中継装置自身が他の中継装置に対して送信しようとする経路制御パケットは、その中継装置内のＣＰＵ上に実装されたソフトウェアにより送受信されるものである。また、受信する経路情報は、ネットワークインタフェースを通じて接続された別の中継装置が送信してくるものであるが、送信するフレームは、中継対象となるものを除けば、中継装置に実装されたソフトウェアが送信するものである。従って、中継装置内に経路制御のためのフレームである経路制御パケットを前述した意図の通りに転送する仕組みをソフトウェア、あるいは、フレーム転送用のハードウェアに実装する必要がある。

具体的には、マルチリンクにおけるフレーム転送動作において、レイヤ２ヘッダやレイヤ３ヘッダ内の情報を指定された形式でパターンマッチし、該当する条件にヒットした場合に、その情報、すなわち経路制御パケットを指定された転送先ネットワークインタフェースに転送するようにすればよい。経路制御のために用いるフレームは、ヘッダ内に固有の情報を持つため、検出そのものは簡単である。例えば、ＩＰ等のネットワークプロトコルをサポートするオペレーティングシステム等のソフトウェアでは、受信時にこれらのヘッダ解析を行うのが普通である。転送動作時にもこれを行えばよい。中継装置そのものが送受信するそれらの特定のパケット、すなわち、経路制御パケットをマルチリンク内の特定の回線にのみ送出することにより、転送すべき通常のデータパケットが大量に中継装置に対して送信された場合でも、経路制御パケット送信時のキュー溢れによる再送処理、受信時のキュー溢れによる経路制御パケットのロスを防ぐことができる。

ちなみに、本発明が適用されない場合、中継装置自身が転送すべき通常のデータパケットのフレームが大量に流れ込んできた場合に、経路制御のために中継装置自身が転送する経路制御用パケットのフレームが転送用のキューの溢れにより破棄されることがある。このとき、中継装置間で経路制御情報を交換するためセッションを張るタイプの経路制御プロトコルを利用していた場合、このセッションが切断される可能性がある。セッションの切断により発生する不都合は、構築するネットワークに依存するが、一般にネットワークのトポロジーの変更やネットワーク利用者の一時的な通信断を招く。また、本発明が適用されない場合で、マルチリンクとして束ねられた回線間の帯域が異なる場合、単純なアルゴリズムで回線単位に負荷分散を行うと、帯域のより小さな回線に対して帯域の大きな回線と同じ負荷がかかった場合に、それを回避することができない。

前述した本発明の実施形態によれば、マルチリンクとして定義された回線の物理的な実装位置と送信するパケット種別とを結びつけることを可能としているので、中継装置自身が送信する情報を持つ経路制御パケット（この経路制御パケットは、中継装置自身が転送処理するデータパケットのフレームよりも少ないものである）をマルチリンク内の予め定めた回線に対してのみ送信することが可能となる。これにより、中継装置相互間で経路制御情報の授受を行うために必要なリンクの通信帯域を確保を、優先制御等を一切行う必要をなくすことができる。

すなわち、中継装置相互間で授受される経路制御のための情報は、構築するネットワークの規模と経路制御に利用するプロトコルとが決定すれば見積もることが可能である。そのため、その経路情報の授受のために必要充分な回線をマルチリンクとして扱う回線の中に束ねておき、その回線にのみ経路制御パケットを送信すればよいことになり、これにより、その経路制御パケットの送信のための通信帯域を自動的に確保することが可能となる。また、通信帯域の小さい回線をマルチリンクに含める場合に、その通信帯域の小さい回線に専用の役割を持たせることができ、通信帯域の異なる回線をマルチリンクとして扱い、かつ、リンク内の回線の負荷分散を図ることができる。

本発明の一実施形態によりマルチリンクに対してパケットを送信した場合のパケットの送信状況を示す図である。 本発明の実施形態によるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法を実現しているネットワークの構成を示すブロック図である。 マルチリンクを実現するソフトウェアの構成例を示す図である。 中継装置の構成例を示すブロック図である。 従来技術によりマルチリンクに対してパケットを送信した場合のパケットの送信状況を示す図である。

符号の説明

１０ マルチリンクとして定義された回線群
１１ 通常のデータパケット
１２ 経路制御パケット
１３、１４ ネットワーク装置（中継装置）
２２ １Ｇｂｐｓの帯域を持つ回線
２３ １００Ｍｂｐｓの帯域を持つ回線
２４〜２７ ＩＰネットワーク
４１ 制御用ＣＰＵ
４２ 転送制御用ＡＳＩＣ
４３〜４６ ネットワークインタフェース

Claims (2)

1. ネットワーク相互間でのパケットの転送をレイヤ３情報に基づいて行う中継装置におけるマルチリンクに対する制御パケットの送信方法において、前記中継装置は、自中継装置が利用するために送受信するルーティング制御パケットを、マルチリンク内の予め指定された特定の回線に送出することを特徴とするマルチリンクに対する制御パケットの送信方法。
2. 前記制御パケットを送出する特定の回線には、制御パケット以外の他のデータパケットが送出されないことを特徴とする請求項１記載のマルチリンクに対する制御パケットの送信方法。
   
   

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