JP2007208352A

JP2007208352A - ブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法

Info

Publication number: JP2007208352A
Application number: JP2006021649A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoda; 崇依田; Hiroko Yonekura; 裕子米倉; Daisuke Matsumoto; 大輔松本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】ユーザー端末からＢＡＳ向きに送信されたフレームを、スイッチにて判別を行い、ＢＡＳの負荷分散を実現する。
【解決手段】負荷分散機能を有したスイッチをユーザー端末と複数ＢＡＳの間に設置して、スイッチがユーザー端末からの接続要求を各ＢＡＳへ均等、または設定比率に応じて負荷分散を行うことである。ユーザー端末と少なくとも１つ以上のブロードバンドアクセスサーバ（以下、ＢＡＳと略す）の間に設置されたスイッチにて、ユーザー端末からＢＡＳ向きに送られてくるフレームの内容を判別し、フレーム内容がブロードキャストフレームかつ接続要求と判断された場合は設定されているポリシーに応じて選択されたＢＡＳのみに接続要求フレームを転送することで、各ＢＡＳの接続ユーザー数の負荷分散を実現する方法。
【選択図】図８

Description

本発明は、端末から送信されてきた接続要求を複数のブロードバンドアクセスサーバ（以下ＢＡＳと略す）に振り分ける仕組みを持ち、かつ接続されている全ＢＡＳを監視する仕組みを持ったスイッチを使用してＢＡＳの負荷分散を図る方法に関するものである。

現在、回線事業者がＢＡＳを使用して契約ユーザーにインターネット環境を提供するサービスが一般的に行われている。ユーザー端末がＢＡＳに接続する方式はＰＰＰｏＥ（Point to Point Protocol over Ethernet）(Ｅｔｈｅｒｎｅｔは登録商標)接続方式とＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）接続方式を用いるのが主流である。

契約ユーザー数が増加し、回線事業者側で設計したＢＡＳ１台あたりの収容ユーザー数に近づきＢＡＳの負荷が増大してきた場合、いずれの方式も複数のＢＡＳを設置することでＢＡＳの負荷分散を図ることは可能である。複数ＢＡＳを設置した環境では、ユーザー端末は、自身からＢＡＳへブロードキャスト送信した接続要求に対して一番初めに応答を受けたＢＡＳへ接続する。場合によっては複数のユーザー端末が同じＢＡＳに接続され、ユーザー接続数が特定のＢＡＳに偏る状況になることがある。現状では負荷分散するために制御する方法がないため、このような状況が起こり得る。
また、特定のＢＡＳに多数のユーザーが接続すると、そのＢＡＳで障害が発生した場合は影響を受けるユーザー数が多くなる。

特開平６−３３２７８２号公報

現状、複数のＢＡＳを設置した場合でも特定のＢＡＳにユーザー接続が偏り負荷分散ができなく1装置当たりの負荷の偏りが発生する問題があった。すなわち、回線事業者の機器の有効利用できない点と、特定のＢＡＳに多数のユーザーが接続し、かつそのＢＡＳに障害が発生した場合は、障害範囲が広くなり、ユーザーに対してのインタネットサービスに影響がでる点にある。

本発明は、斯かる点に鑑み、負荷分散機能を有したスイッチをユーザー端末と複数BASの間に設置して、スイッチがユーザー端末からの接続要求を各ＢＡＳへ均等、または設定比率に応じて負荷分散を図ることである。

契約ユーザーへのインターネット環境の提供サービスはサービス内容を変えることなく従来どおり提供可能であること、複数ＢＡＳへユーザー接続を分散するため、各ＢＡＳの処理負荷を分散することができること、複数ＢＡＳへユーザー接続を分散するため、ＢＡＳ単体故障が発生して使用不能になった際のユーザー影響範囲を狭められること、スイッチを導入するだけでユーザー接続の負荷分散を行えるため、契約ユーザー数増加に伴うBASの増設が容易に行えることにある。

複数ＢＡＳへユーザー接続を分散するため、各ＢＡＳの処理負荷を分散することができる点。

既存のサービスの問題点と、本発明を導入した場合の効果について図を用いて説明する。

図１は、既存の装置にてユーザー端末へインターネット環境を提供するため、ユーザー端末１０１とＢＡＳ１０３、１０４間のネットワークで接続処理をやりとりする図である。図２は、図１の各装置間の動作シーケンスを示す図である。同図において、ユーザー端末１０１からブロードキャスト送信された接続要求フレーム１０５を受信したスイッチ１０２は、それを受信したポートを除いたすべてのポート数分フレームのコピーを作成し、それぞれのポートからコピーしたフレーム１０５を各ブロードバンドアクセスサーバ１０３，１０４にブロードキャスト送信する。接続要求フレーム１０５を受信したＢＡＳ１０３はユーザー端末１０１宛てに接続応答フレーム１０６を送信する。同じく、接続要求フレーム１０５を受信した各ＢＡＳ１０４はそれぞれユーザー端末１０１宛てに接続応答フレーム１０７を送信する。スイッチ１０２は受信した接続応答フレーム１０６、１０７をユーザー端末１０１に転送する。ユーザー端末１０１は接続応答フレーム１０６、１０７を受信する。ユーザー端末１０１は受信した順番にフレームを処理するため、仮に接続応答フレーム１０６を先に受信したとした場合、ユーザー端末１０１はＢＡＳ１０３宛てのみに次の接続要求フレーム１０８を送信する。

図３は、図１において、ユーザー端末１０１がＢＡＳ１０３に論理的に接続（２０２）し、ユーザー端末１０１の接続シーケンスと同様に複数のユーザー端末２０１もＢＡＳ１０３に論理的に接続（２０３）し、ＢＡＳ１０３と各ＢＡＳ１０４のユーザー接続数を比較した場合、ユーザー接続数がＢＡＳ１０３に偏っている状態を表している。

図４は前述したスイッチ１０２の内部でユーザー端末１０１から接続要求フレーム１０５を受信した際の動作を示した図である。ユーザー端末１０１からブロードキャスト送信された接続要求フレーム１０５はスイッチ１０２の内部の各処理部で次のように処理される。すなわち、フレーム受信部３０１で受信したフレーム１０５はフレーム判別部３０２に転送される。転送されたフレーム１０５は宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスに一致すると、フレーム判別部３０２は判断処理を実行し、フレーム１０５をフレーム制御部３０３に転送する。転送されたフレーム１０５はフレーム制御部３０３にてフレーム送信部３０４、３０５の数分（図においてはｎ個分）コピーされ、各フレーム送信部３０４、３０５に１フレームずつ転送する。フレーム１０５を受信したフレーム送信部３０４は接続されているＢＡＳ１０３にフレーム１０５を転送し、フレーム１０５を受信した各フレーム送信部３０５は接続されている各ＢＡＳ１０４にそれぞれフレーム１０５を転送する。

図５は、本発明を適用したスイッチ４０１を導入し、ユーザー端末１０１へインターネット環境を提供するため、ユーザー端１０１とＢＡＳ１０３、１０４間のネットワークで接続処理をやりとりする図である。図６は、図５の動作シーケンスを示す図である。

ユーザー端末１０１からブロードキャスト送信された接続要求フレーム１０５を受信したスイッチ４０１は、受信したフレーム１０５の規定条件、つまりユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームから抽出した宛先ＭＡＣアドレス、タイプフィールド値、宛先ＩＰアドレスを、そのフレームが接続要求フレームであるか否かを判定する条件を抽出し、ユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの宛先ＭＡＣアドレスとタイプフィールド値を抽出し、そのフレームの宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスと一致し、かつタイプフィールド値が接続要求を表すプロトコル番号と一致する場合、これを接続要求フレームであると判断またはユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの宛先ＭＡＣアドレス、タイプフィールド値、宛先ＩＰアドレスを抽出し、そのフレームの宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスと一致し、かつタイプフィールド値が接続要求に使用されるプロトコル番号と一致し、かつ宛先ＩＰアドレスがブロードキャストアドレスと一致する場合、これを接続要求フレームであると判断し、該判断結果がブロードキャストフレームかつ接続要求と判別されると、スイッチ４０１は接続要求と判定されたフレームをスイッチの管理者が構成変更可能な設定に基づき、少なくとも１つ以上のブロードバンドアクセスサーバから選択された特定のブロードバンドアクセスサーバのみに転送する。

図６において、接続要求フレーム１０５を受信したＢＡＳ１０３はユーザー端末１０１宛てに接続応答フレーム１０６をユニキャスト送信する。スイッチ４０１はＢＡＳ１０３から受信した接続応答フレーム１０６をユーザー端末１０１に転送する。ユーザー端末１０１はスイッチ４０１から接続応答フレーム１０６を受信する。ユーザー端末１０１はＢＡＳ１０３宛てに次の接続要求フレーム１０８をユニキャスト送信する。接続要求フレーム１０８を受信したスイッチ４０１は、ＢＡＳ１０３に接続要求フレーム１０８を転送する。

図７は、図５によりユーザー端末１０１がＢＡＳ１０３に論理的に接続（５０１）し、複数のユーザー端末２０１がスイッチ４０１の上述したポリシー（ここでは各ＢＡＳに均等に分散に設定しているとする）に基づき、各ＢＡＳ１０４に分散して論理的に接続（５０２）し、ＢＡＳ１０３と各ＢＡＳ１０４のユーザー接続数を比較した場合、ユーザー接続数が分散されている状態を表している。

図８により、図５と図７におけるスイッチ４０１の内部処理について詳述する。ユーザー端末１０１からブロードキャスト送信されたの接続要求フレーム１０５はスイッチ４０１の内部の各処理部で次のように処理される。
すなわち、フレーム受信部３０１で受信したフレーム１０５はフレーム判別部６０１に転送される。転送されたフレーム１０５はフレーム判別部６０１にて上述した条件、つまりユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームから抽出した宛先ＭＡＣアドレス、タイプフィールド値、宛先ＩＰアドレスを、そのフレームが接続要求フレームであるか否かを判定する条件を抽出し、上述した内容を確認、つまりユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの宛先ＭＡＣアドレスとタイプフィールド値を抽出し、そのフレームの宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスと一致し、かつタイプフィールド値が接続要求を表すプロトコル番号と一致する場合、これを接続要求フレームであると判断とユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの宛先ＭＡＣアドレス、タイプフィールド値、宛先ＩＰアドレスを抽出し、そのフレームの宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスと一致し、かつタイプフィールド値が接続要求に使用されるプロトコル番号と一致し、かつ宛先ＩＰアドレスがブロードキャストアドレスと一致する場合、これを接続要求フレームであると判断する。確認／判断結果より、フレーム１０５を接続要求フレーム、かつ宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスに一致するとフレーム判別部６０１は判断処理を実行し、フレーム１０５をフレーム制御部６０２に転送する。転送されたフレームはフレーム制御部６０２にて上述したポリシーに基づき選択したフレーム送信部３０４へフレーム１０５を転送する。
つまり接続要求と判定されたフレームをスイッチの管理者が構成変更可能な設定に基づき、少なくとも１つ以上のブロードバンドアクセスサーバから選択された特定のブロードバンドアクセスサーバのみに転送する。フレーム１０５を受信したフレーム送信部３０４は接続されているＢＡＳ１０３にフレーム１０５を転送する。なお、回線状態監視部９０１は各回線のリンク状態を監視しており、詳細は図１２で説明する。
図９は、スイッチ４０１の内部にてユーザー接続が各ＢＡＳに分散される流れを表している。ユーザー端末２０１から図８の次に受信した接続要求フレーム６０３が、フレーム制御部６０２に設定された均等に分散するポリシーに基づきフレーム送信部６０４が選択され、これにのみ接続要求フレーム６０３が転送される。以下同様に、接続要求フレームを受信する度にフレーム制御部６０２により次のフレーム送信部が順番に選択される。この図ではｎ番目の接続要求フレーム６０５はフレーム送信部６０６が選択される。よってユーザー接続が各ＢＡＳに分散されるようになる。フレーム送信部６０６の次は戻ってフレーム送信部３０４が選択されるものとする。

図１０は、既存のスイッチ１０２のフレーム判別部３０２とフレーム制御部３０３にて行われる処理のフローチャートである。フレーム判別部３０２は、ブロードキャストフレームを受信（ステップ７０１）したか否かを判断し、受信（Ｙｅｓ）した場合にはフレームをフレーム制御部３０３へ転送（ステップ７０２）し、フレーム制御部３０３はフレーム送信部の数、フレームのコピーを作成（ステップ７０３）し、全フレーム送信部へフレームのコピーを転送する。否のときにはフレームをフレーム制御部３０３へ転送（ステップ７０５）し、フレーム制御部３０３は宛先ＭＡＣアドレス情報を持つフレーム送信部へフレームを転送（ステップ７０６）する。ここで、ＶＬＡＮ（Virtual LAN）タグはフレーム受信部３０１にて処理されているものとする。

図１１は、本発明を適用したスイッチ４０１のフレーム判別部６０１とフレーム制御部６０２にて行われる処理のフローチャートである。フレーム判別部６０１はブロードキャストフレームを受信した場合（ステップ７０１のＹｅｓ）、プロトコルタイプフィールド値（以下、Ｔｙｐｅと略す）宛先ＩＰアドレスを抽出（ステップ８０１）する。受信しない場合にはフレーム制御部へフレームを転送（ステップ７０７）する。ステップ８０２にて、ＴｙｐｅがＰＡＤＩ（Ｏｘ８８６３）と一致（ステップ８０２）すると、又はＴｙｐｅがＩＰｖ４（Ｏｘ０８００）と一致（ステップ８０３）し、更にＩＰアドレスがブロードキャストアドレスと一致（ステップ８０５）すると、フレーム制御部へフレームを転送ステップ８０６）する。ステップ８０３にて不一致の場合には、ＴｙｐｅがＩＰｖ６（Ｏｘ８６ｄｄ）と一致（ステップ８０４）のとき、宛先ＩＰアドレスがプロ−ドキャストアドレスと一致する否か判断（ステップ８０５）する。共に不一致の場合にはフレーム制御部へフレームを転送（ステップ７０２）する。制御フレーム制御部４０３は宛先ＭＡＣアドレス情報を持つフレーム送信部へフレームを転送（ステップ７０６）し、フレーム制御部６０２はポリシーに基づいて選択されたフレーム送信部へフレームを転送（ステップ８０７）し、フレーム制御部３０３はフレーム送信部の数、フレームのコピーを作成（ステップ７０３）し、全フレーム送信部へフレームのコピーを転送ステップ７０４）する。ここで、図９と同様にＶＬＡＮタグはフレーム受信部３０１にて処理されているものとする。
図１２は、本発明を適用したスイッチ４０１にて行われる監視処理のフローチャートである。すなわち、スイッチが接続されている全ブロードバンドアクセスサーバの生存確認を行い、各ブロードバンドアクセスサーバの異常を検知すると、そのブロードバンドアクセスサーバに接続されているポートの閉塞を行い、閉塞されたブロードバンドアクセスサーバの復旧を検知すると、そのブロードバンドアクセスサーバに接続されているポートの閉塞解除を行うフローチャートである。ただし各ＢＡＳはそれぞれスイッチ４０１に物理的に直接接続されているものとする。スイッチ４０１の回線状態監視部９０１は常に各回線のリンクアップ／リンクダウン状況を監視しており、回線のリンクダウンを検出すると、フレーム制御部６０２へ回線リンクダウンを通知（ステップ９０４）し、フレーム制御部６０２はその回線を閉塞（ステップ９０４）する。回線状態監視部９０１は回線のリンクアップを検出すると、フレーム制御部６０２へ回線リンクアップを通知（ステップ９０９）し、フレーム制御部６０２はその回線の閉塞を解除（ステップ９０９）する。

負荷分散機能を有したスイッチを設置することで、ユーザー接続を複数ＢＡＳへ分散することが可能であり、ＢＡＳにおける処理の負荷分散を実現できる。

既存のスイッチにおけるユーザー端末とＢＡＳ間のネットワークでの接続処理の流れを示す図である。図１の動作シーケンス図である。ユーザー接続数がＢＡＳ＃1に偏っている状態を示した図である。接続要求受信時の既存スイッチ内部の各フレーム処理部での動作フローチャートである。本発明を適用したスイッチにおけるユーザー端末とＢＡＳ間のネットワークでの接続処理の流れを示す図である。図５の動作シーケンス図である。ユーザー接続数が各ＢＡＳに分散されている状態を示した図である。接続要求受信時の本発明を適用したスイッチ内部の各フレーム処理部での動作フローチャートである。本発明を適用したスイッチ内部にてユーザー接続が各ＢＡＳに分散された状態を示した図である。既存スイッチのフレーム判別部とフレーム制御部でのフレーム処理フローチャートである。本発明を適用したスイッチのフレーム判別部とフレーム制御部でのフレーム処理フローチャートである。本発明を適用したスイッチにて行われる各ＢＡＳの監視フローチャートである。

符号の説明

１０１：ユーザー端末
１０２：既存のスイッチ
１０３：ＢＡＳ＃１
１０４：ＢＡＳ＃２〜ＢＡＳ＃Ｎ
１０５：ユーザー端末からブロードキャスト送信された接続要求フレーム
１０６：ＢＡＳ＃1からユーザー端末宛てにユニキャスト送信された接続応答フレーム
１０７：ＢＡＳ＃２からユーザー端末宛てにユニキャスト送信された接続応答フレーム
１０８：ユーザー端末からＢＡＳ＃１宛てにユニキャスト送信された接続要求フレーム
２０１：複数のユーザー端末
２０２：ユーザー端末がＢＡＳ＃１に論理的に接続している状態
２０３：複数のユーザー端末がＢＡＳ＃１に論理的に接続している状態
３０１：既存のスイッチのフレーム受信部
３０２：既存のスイッチのフレーム判別部
３０３：既存のスイッチのフレーム制御部
３０４：既存のスイッチのフレーム転送部＃１
３０５：既存のスイッチのフレーム転送部＃２〜フレーム転送部＃ｎ
４０１：本発明を適用したスイッチ
５０１：ユーザー端末がＢＡＳ＃１に論理的に接続している状態
５０２：複数のユーザー端末がＢＡＳ＃２〜ＢＡＳ＃ｎにそれぞれ論理的に接続されている状態
６０１：本発明を適用したスイッチのフレーム判別部
６０２：発明を適用したスイッチのフレーム制御部
６０３：ユーザー端末側から受信した２番目の接続要求フレーム
６０４：スイッチのフレーム送信部＃２
６０５：ユーザー端末側から受信したｎ番目の接続要求フレーム
６０６：スイッチのフレーム送信部＃ｎ
７０１：フレームの判断処理
７０２：ブロードキャストフレームのフレーム制御部への転送処理
７０３：ブロードキャストフレームのコピー処理
７０４：ブロードキャストフレームのフレーム送信部への転送処理
７０５：ユニキャストフレームのフレーム制御部への転送処理
７０６：ユニキャストフレームのフレーム送信部への転送処理
８０１：ブロードキャストフレームからのプロトコルタイプフィールド値と宛先ＩＰアドレス抽出処理
８０２：抽出したプロトコルタイプフィールド値の判別処理
８０３：抽出したプロトコルタイプフィールド値の判別処理
８０４：抽出したプロトコルタイプフィールド値の判別処理
８０５：抽出した宛先IPアドレスの判別処理
８０６：フレームのフレーム制御部への転送処理
８０７：フレームのフレーム送信部への転送処理
９０１：回線状態監視部
９０２：回線リンクダウン検出待機処理
９０３：回線リンクダウン検出判別処理
９０４：回線リンクダウン通知処理
９０５：回線閉塞処理
９０６：回線リンクアップ検出待機処理
９０７：回線リンクアップ検出判別処理
９０８：回線リンクアップ通知処理
９０９：回線閉塞解除処理

Claims

ユーザー端末と少なくとも１つ以上のブロードバンドアクセスサーバの間に設置されたスイッチにて、ユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの内容を判別し、フレーム内容がブロードキャストフレームかつ接続要求と判断された場合は設定されているポリシーに応じて選択されたブロードバンドアクセスサーバのみに接続要求フレームを転送し、各ブロードバンドアクセスサーバの接続ユーザー数の負荷分散を実現するブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法。
請求項１において、ユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームから抽出した宛先ＭＡＣアドレス、タイプフィールド値、宛先ＩＰアドレスを、そのフレームが接続要求フレームであるか否かを判定する条件とするブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法。
請求項１において、ユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの宛先ＭＡＣアドレスとタイプフィールド値を抽出し、そのフレームの宛先MACアドレスがブロードキャストアドレスと一致し、かつタイプフィールド値が接続要求を表すプロトコル番号と一致する場合、これを接続要求フレームであると判断することを特徴とするブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法。
請求項１において、ユーザー端末からブロードバンドアクセスサーバ向きに送られてくるフレームの宛先ＭＡＣアドレス、タイプフィールド値、宛先ＩＰアドレスを抽出し、そのフレームの宛先ＭＡＣアドレスがブロードキャストアドレスと一致し、かつタイプフィールド値が接続要求に使用されるプロトコル番号と一致し、かつ宛先ＩＰアドレスがブロードキャストアドレスと一致する場合、これを接続要求フレームであると判断することを特徴とするブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法。
請求項１において、接続要求と判定されたフレームをスイッチの管理者が構成変更可能な設定に基づき、少なくとも１つ以上のブロードバンドアクセスサーバから選択された特定のブロードバンドアクセスサーバのみに転送するブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法。
請求項１において、スイッチが接続されている全ブロードバンドアクセスサーバの生存確認を行い、各ブロードバンドアクセスサーバの異常を検知するとそのブロードバンドアクセスサーバに接続されているポートの閉塞を行い、閉塞されたブロードバンドアクセスサーバの復旧を検知するとそのブロードバンドアクセスサーバに接続されているポートの閉塞解除を行うブロードバンドアクセスサーバの負荷分散方法。