JP2007208369A - ネットワークシステム及びネットワークシステムのノード冗長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リンクダウン時に簡易且つ高速に回線切り替えを行うことができるノード冗長方法及びそれを実現するネットワークシステムを提供する。
【解決手段】複数のマルチポイントスイッチMP-SWで負荷分散を行っているスター型ネットワークにおいて、MP-SWから下位SWに対して、論理コネクションの識別子単位に正常ポート数情報を送信し、下位SW側で、識別子単位に、正常ポート数が多い方のMP-SWをデータフレームの転送先として選択する。
【選択図】図８

Description

本発明は、上位ノードの配下に複数の下位ノードが収容され、当該上位ノードで論理コネクションのマルチポイント接続を行って、上位ノードを経由して下位ノード間を接続するネットワークシステム及びそのネットワークシステムのノード冗長方法に関する。

スター型ネットワークシステムは、ネットワーク構成が簡易であり且つ比較的安価に構成できることから、例えば企業内ネットワークとして利用されている。

図１は、従来のスター型ネットワークシステムの例を示す図である。スター型ネットワークシステムは、マルチポイントスイッチ（MP-SW）である最上位ノードと、その配下に収容される複数の下位ノードとにより構成され、遠隔の２拠点間は、最上位ノードを経由した論理コネクションにより接続される。

１つの物理回線には、複数の論理コネクションを収容することが可能であり、各論理コネクションは論理コネクション識別子（以下、単に「識別子」と称す）を用いて識別される（例：イーサネット（登録商標）におけるＶＬＡＮタグ）。この論理コネクションは、各拠点の端末から最上位ノードであるマルチポイントスイッチ（MP-SW）まで１対１で設定され、MP-SWは同一識別子を有する論理コネクションの合流・分配を実行する。このとき、データフレームの通信は必ず同一識別子内に閉じて実行され、ある識別子のコネクションのデータフレームが別の識別子の論理コネクションに転送されることはない。図１では、３ユーザＡ、Ｂ、Ｃの各論理コネクションに対して、それぞれ識別子１０、２０、３０が付与され、１本の物理回線内の論理コネクションが識別され、ユーザＡの拠点１、２、３を接続する論理コネクション（識別子１０）と、ユーザＢの拠点１、２、３を接続する論理コネクション（識別子２０）と、ユーザＣの拠点１、２とを接続する論理コネクション（識別子３０）が設定されている。

図１に示した従来のスター型ネットワークシステムでは、最上位ノードであるマルチポイントスイッチ（MP-SW）に全てのトラフィックが集中するため、MP-SWに障害が発生した場合、通信不能に陥る。

下記特許文献１は、最上位ノード（中心中継ノード）を援助する援助中心中継ノードが設けられ、中心中継ノードに障害が発生した場合は、切替手段により、回線を中心中継ノードから援助中心中継ノードに切り替える回線ネットワークシステムについて開示している。

また、下記特許文献２は、ネットワークを重複化し、障害発生時には、予備のネットワークに動作を切り替えるネットワーク接続システムについて開示している。
特開昭６２−１６８４３１号公報 特開２００４−１５９２０５号公報

また、最上位ノードであるマルチポイントスイッチMP-SWに全てのトラフィックが集中するため、MP-SWの処理能力やMP-SWと下位ノードとのリンク速度を増大することを目的として、MP-SWを複数台用意して処理を分散させることが考えられる。

図２は、複数のマルチポイントスイッチMP-SWを有するスター型ネットワークシステムの例を示す図である。図２では、２つのMP-SW-AとMP-SW-Bが設けられる。複数の下位ノード（下位SW）それぞれは、論理コネクションの識別子毎にいずれか一方のMP-SWに対して論理コネクションを設定する。図２では、識別子１０、２０の論理コネクションは、MP-SW-Aに対して設定され、識別子３０、４０の論理コネクションは、MP-SW-Bに対して設定される。このように、MP-SWを複数台設けることにより、負荷分散を行い、転送可能なトラフィック量を増やすことが可能となる。

また、図２のネットワーク構成において、負荷分散を行いながら、高い信頼性を確保するために、一方のMP-SWに障害が発生した場合、障害が発生したMP-SWに設定された論理コネクションを障害が発生していない別のMP-SWに切り替えて通信を継続することができる冗長構成を有するネットワークが考えられる。

図３は、複数のマルチポイントスイッチMP-SWを有するスター型ネットワークシステムにおける冗長構成の例を示す図である。2台のMP-SW-A及びMP-SW-Bにおいて、Port1には識別子１０、２０、４０、Port2には識別子１０、３０、４０、Port3には識別子２０、３０の論理コネクションが設定され、すなわち、2台のMP-SW-A及びMP-SW-Bには、全く同じ論理コネクションが設定されている。３台の下位ノード（下位SW-C、下位SW-D、下位SW-E）がデータフレームの送信を行うMP-SWを選択することにより、MP-SWの冗長を実現する。

このとき、下位SWは識別子１０及び２０に関して、MP-SW-Aと接続する論理コネクションが運用回線であり、全ポートが正常な状態では、MP-SW-Aのみにトラフィックを送信し、MP-SW-Bと接続する論理コネクションは予備回線である。また、識別子３０及び４０に関しては、MP-SW-Bと接続する論理コネクションが運用回線であり、全ポートが正常な状態では、MP-SW-Bのみにトラフィックを送信し、MP-SW-Aと接続する論理コネクションは予備回線である。

図４は、下位ノードのブロック構成例を示す図である。下位ノードはIF部５０、スイッチ部６０、制御部７０から構成される。IF部５０は、上位IFと下位IFを有する。制御部７０は、上位IF部の冗長機能を管理する冗長管理部７１、論理コネクションのスイッチ情報を管理するコネクション管理部７２を有する。冗長管理部７１は、MP-SWと接続する物理回線（又は上位IF）を管理する冗長管理情報を有し、識別子単位に運用回線及び予備回線を決定する。運用回線の決定方法はオペレータが明示的に設定する場合や、設定された識別子によって自動的に決定（ハッシュ演算等で算出）する場合がある。冗長管理情報は、コネクション管理部７２に渡され、スイッチ部６０のパケット転送テーブルに反映される。パケット転送テーブルは、識別子単位に入力IFと出力IFの対応関係を有するテーブルであり、コネクション管理部７２により設定される。スイッチ部６０は、パケット転送テーブルに従って、データフレームのスイッチングする。

上り方向トラフィック（下位SW→MP-SW方向）において、正常状態では、下位ノードの入力IF（下位IF）から運用回線の上位IFにデータフレームは転送される。運用回線に異常が生じた場合（MP-SWに障害が発生した場合を含む）、コネクション管理機能は、予備回線の上位IFに転送されるように、パケット転送テーブルを書き換える。

下り方向のトラフィック（MP-SW→下位SW方向）に関しては、どちらのMP-SWから入力されたか意識することなく（運用回線側の上位IFか予備回線側の上位IFかを識別することなく）、下位ノードの上位IFに入力されたデータフレームはパケット転送テーブル（特に、識別子）に基づいて下位IFに転送される。

図５は、図３の構成において、MP-SW-Aに障害が発生した場合の動作を説明する図である。図５において、MP-SW-Aが故障した場合、全ての下位SWはMP-SW-Aとの間でリンクダウンを検出する。そして、各下位SWのコネクション管理機能は、運用回線をMP-SW-Aと接続する上位IF(P3)からMP SW Bと接続する上位IF(P4)に切り替えるよう、パケット転送テーブルを更新する。そのため、図５に示すように、全コネクションに関して、下位SWとMP-SW-Bとの間で通信が正常に再開される。

また、このとき負荷分散していた回線を1つの物理回線に集約するため、トラフィックの合計が物理回線を上回る場合が存在する。例えば、下位SW CとMP SWとの接続を考えた場合に、通常時はMP-SW-A側が運用回線となる識別子１０と識別子２０のトラフィック量の合計値が物理回線F1を物理回線速度まで使用することができ、MP-SW-B側が運用回線となる識別子４０のトラフィック量が物理回線F2を物理回線速度まで使用できる。ただし、この状態でMP-SW-Aの故障が発生すると、識別子１０、２０、４０のトラフィック量の合計値が物理回線F2の物理速度を上回る可能性があり、そのときは、下位SW-CのPort4の出力側で輻輳状態となる。この場合は、図６に示すように、出力IFのキューを１物理ポートに対して複数設けて優先度の高いトラフィックと低いトラフィックを別々のキューに入れることで、出力ポートで輻輳が発生した場合でも、優先度の高いトラフィックが廃棄されるのを防ぐことが可能となる。トラフィックの優先度は、論理コネクションの識別子毎に決定するケース（例：識別子=10, 20はH（優先度：高）クラス、30,40はL（優先度：低）クラス）や識別子内のトラフィックの種別までみて決定するケース（例：識別子=10のVoIPトラフィックはHクラス、他のトラフィックはLクラス）などが考えられる。

上記に示すように正常状態では、論理コネクションの識別子毎に2つのMP-SW間でトラフィックを分散させ、ノード故障時はトラフィックを１つのMP-SWに集約することにより、通信不能を回避するノード冗長が可能となる。

しかしながら、上記構成では、MP-SWと下位SWとの間のリンク断が発生した場合に、以下の問題が生じる。

図７は、MP-SWと下位SWとの間のリンクダウンが発生した場合の回線切り替え動作を説明する図である。図７において、MP-SW-Aと下位SW-Cとの間でリンクダウンが発生した場合、下位SW-Cは、識別子１０、２０の運用回線を、MP-SW-Aと接続する上位IF（P3）からMP-SW-Bと接続する上位IF（P4）に切り替えるが、下位SW-Dと下位SW-Eは、識別子１０、２０に関して、MP-SW-Aと接続される回線を運用回線としてデータフレームを送信し続ける。そのため、これらのフレームは、MP-SW-Aに到達しても、MP-SW-Aと下位SW-C間のリンク断により、下位SW-Cに転送することができないため、下位SW-D→下位SW-C、下位SW-E→下位SW-Cの通信が不能となる。なお、下位SW-C→下位SW-D又は下位SW-Eの通信は、上記切替動作により、MP-SW-B経由で可能である。

このような通信不能状態を回避するために、リンク断を検出したMP-SW-Aが全ポートを強制的にリンクダウンさせることにより、すべての論理コネクションの回線をMP-SW-Bと接続する回線に切り替えることも考えられるが（図５と同様の動作）、この場合、障害に関係ない論理コネクションまで回線切り替えを伴う場合がある。さらに、MP-SWの１ポートのリンクダウンにより、全ポートをリンクダウンさせることは、両方のMP-SWでリンクダウンが検出された場合に、通信の全断を発生させることにつながる可能性がある。

また、下位SWが両方のMP-SWに対して同じトラフィックをコピーして送信し、受信側で回線を選択する方式を採用する場合は、上記リンクダウン発生時においても、特定の識別子で通信断が発生することは回避できる。しかしながら、この場合は、下位SWは常に両方のMP-SWに対してトラフィックをコピーして送信し続けているため、識別子毎に送信先MP-SWを振り分ける負荷分散ができなくなる。

さらに、MP-SW-AとMP-SW-Bとの間で情報交換を行い、識別子単位に運用回線と接続するMP-SWを選択する方法も考えられるが、運用回線の切り替え時に、MP-SW-A、MP-SW-B及び下位SW間で情報の交換を行う必要があるため、高速な切り替えができない。

従って、本発明の目的は、負荷分散のために複数台のマルチポイントスイッチを有するスター型ネットワークシステムにおいて、リンクダウン時に簡易且つ高速に切り替えを行うことができるノード冗長方法及びそれを実現するネットワークシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの態様によれば、ネットワークシステムの第一の構成は、複数の最上位ノードと、当該複数の最上位ノード配下の複数の下位ノードとを有し、前記最上位ノードが論理コネクションのマルチポイント接続を行うネットワークシステムにおいて、各最上位ノードは、各下位ノードに対して、論理コネクション単位の正常ポート数を通知し、 各下位ノードは、各最上位ノードから受信した前記正常ポート数の比較に基づいて、前記複数の最上位ノードのうち、トラフィックを転送する最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、ネットワークシステムの第二の構成は、上記第一の構成において、各下位ノードは、前記複数の最上位ノードのうち、正常ポート数のより多い最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、ネットワークシステムの第三の構成は、上記第一の構成において、各下位ノードは、各最上位ノードの正常ポート数が論理コネクション単位で同一の場合、前記複数の最上位ノードのうち、あらかじめ設定されたいずれか一つの最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、ネットワークシステムの第四の構成は、上記第一の構成において、各最上位ノードは、正常ポート数に変化が生じた時を定期的に、前記正常ポート数を各下位ノードに対して通知し、各下位ノードは、前記正常ポート数の受信に基づいて、トラフィックを転送する最上位ノードの選択を更新することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、第一のノード冗長方法は、複数の最上位ノードと、当該複数の最上位ノード配下の複数の下位ノードとを有し、前記最上位ノードが論理コネクションのマルチポイント接続を行うネットワークシステムのノード冗長方法において、各最上位ノードは、各下位ノードに対して、論理コネクション単位の正常ポート数を通知する通知ステップと、各下位ノードは、各最上位ノードから受信した前記正常ポート数の比較に基づいて、前記複数の最上位ノードのうち、トラフィックを転送する最上位ノードを論理コネクション単位に選択する選択ステップとを備えることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、第二のノード冗長方法は、上記第一のノード冗長方法において、各下位ノードは、前記選択ステップで、前記複数の最上位ノードのうち、正常ポート数のより多い最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、第三のノード冗長方法は、上記第一のノード冗長方法において、各下位ノードは、前記選択ステップで、各最上位ノードの正常ポート数が論理コネクション単位で同一の場合、前記複数の最上位ノードのうち、あらかじめ設定されたいずれか一つの最上位ノードを論理コネクション単位に選択する。

本発明の他の態様によれば、第四のノード冗長方法は、上記第一のノード冗長方法において、各最上位ノードは、前記通知ステップで、正常ポート数に変化が生じた時又は定期的に、前記正常ポート数を各下位ノードに対して通知し、各下位ノードは、前記選択ステップで、前記正常ポート数の受信に基づいて、トラフィックを転送する最上位ノードの選択を更新することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、本発明のスイッチの第一の構成は、複数のポートそれぞれに収容される論理コネクション単位にトラフィックをスイッチングするスイッチにおいて、 論理コネクション単位に正常ポート数の情報を管理する管理部と、前記正常ポート数の情報を複数の下位スイッチに送信する送信部とを備えることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、本発明のスイッチの第二の構成は、複数のポートそれぞれに収容される論理コネクション単位にトラフィックをスイッチングするスイッチにおいて、 複数の上位スイッチそれぞれから、各上位スイッチにおける論理コネクション単位の正常ポート数の情報を受信する受信部と、 前記受信部により受信された各上位スイッチの正常ポート数の比較に基づいて、論理コネクション単位にトラフィックを転送する上位スイッチを選択する選択部とを備え、論理コネクション単位に、当該選択された上位スイッチのポートにトラフィックをスイッチングすることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、本発明のスイッチの第三の構成は、上記第二の構成のスイッチにおいて、前記選択部は、複数の上位スイッチのうち、正常ポート数のより多い上位スイッチを論理コネクション単位に選択することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、本発明のスイッチの第四の構成は、上記第二の構成のスイッチにおいて、前記選択部は、各上位スイッチの正常ポート数が論理コネクション単位で同一の場合、複数の上位スイッチのうち、あらかじめ設定されたいずれか一つの上位スイッチを論理コネクション単位に選択することを特徴とする。

本発明によれば、下位ノードによる最上位ノードの選択は、論理コネクション単位に行われるので、リンクダウンしていない論理コネクションについては、最上位ノードの切り替えは行われず、リンクダウンした論理コネクションのみ切り替えが行われるので、無駄な切り替え処理が発生しない。

最上位ノードから下位ノードへの一方的な情報送信により（ネゴシエーション不要）、下位ノードにおける最上位ノードの選択処理が可能となり、高速処理が可能となる。

さらに、各最上位ノードから各下位ノードへ正常ポート数を一斉同報するので、下位ノードの数によらず、高速な切り替え処理が可能となる。

また、最上位ノードの選択による切り替え動作は、下位ノードのみで実行され、最上位ノードにおける切り替え動作は不要であるので、高速な切り替え処理が実現される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図８は、本発明の実施の形態におけるネットワークシステムを説明する図である。図８のネットワーク構成は、上述の図３の構成と同様であり、複数のマルチポイントスイッチMP-SW（最上位ノード）を有するスター型ネットワークシステムであって、複数のMP-SWによる冗長構成を有する。2台のMP-SW-A及びMP-SW-Bにおいて、Port1には識別子１０、２０、４０、Port2には識別子１０、３０、４０、Port3には識別子２０、３０の論理コネクションが設定され、３台の下位ノード（下位SW-C、下位SW-D、下位SW-E）がデータフレームの送信を行うMP-SWを選択することにより、MP-SWの冗長を実現する。

このとき、下位SWは識別子１０及び２０に関して、MP-SW-Aと接続する論理コネクションが運用回線であり、全ポートが正常な状態では、MP-SW-Aのみにトラフィックを送信し、MP-SW-Bと接続する論理コネクションは予備回線である。また、識別子３０及び４０に関しては、MP-SW-Bと接続する論理コネクションが運用回線であり、全ポートが正常な状態では、MP-SW-Bのみにトラフィックを送信し、MP-SW-Aと接続する論理コネクションは予備回線である。

このようなネットワーク構成において、本発明では、各MP-SWは、識別子単位に（１）設定されているポート数（正常ポート数）、（２）自身がマスターノードであるかどうかの情報を有し、その情報を含む制御フレームを下位SWに対して定期的若しくは変更があったタイミングで送信することを特徴としている。図８に示すMP-SW-A情報は、MP-SW-Aに関する正常ポート数情報、マスターノード情報を有するテーブル情報であり、MP-SW-B情報は、MP-SW-Bに関する正常ポート数情報、マスターノード情報を有するテーブル情報である。

例えば、MP-SW-A情報に関し、MP-SW-Aは、識別子１０の論理コネクションと接続するPort1、Port2の２つのポートを有し、識別子２０の論理コネクションと接続するPort1、Port3の２つのポートを有し、識別子３０の論理コネクションと接続するPort2、Port3の２つのポートを有し、識別子４０の論理コネクションと接続するPort1、Port2の２つのポートを有する。そして、識別子１０、２０については、MP-SW-Aと接続する論理コネクションは正常時に使用される運用回線（主回線）であるので、MP-SW-Aは、識別子１０、２０に対してはマスターノードとなる。

MP-SW-Bについても上記と同様であって、MP-SW-Bは、識別子１０、２０、３０、４０それぞれに対して２つずつのポートを有し、識別子３０、４０に対してはマスターノードとなる。

図９は、MP-SWから上記情報を下位SWに送信するための制御フレームのフォーマット例を示す図である。図９に示すように、例えば、１つの制御フレームの中に複数の識別子に関する情報を入れることにより転送される制御フレームの数を抑制することができる。また、MP-SWの各ポートから送出される制御フレームに含まれる情報は、MP-SWの各ポートで共通であってもよいし（すなわち、全ての識別子の情報を含む）、ポートと接続する論路コネクションの識別子のみの情報であってもよい。

下位SW-C、下位SW-D、下位SW-Eは、MP-SW-A及びMP-SW-Bから送信された制御フレームを受信すると、制御フレームに含まれる情報をテーブル情報として保持する。図８に示す下位SW-C情報、下位SW-D情報、下位SW-E情報は、受信した制御フレームに含まれる情報に基づいて、識別子単位にMP-SW-AとMP-SW-Bそれぞれの正常ポート数情報とマスターノード情報と含むとともに、さらに、識別子単位にMP-SW-Aと接続する論理コネクションとMP-SW-Bと接続する論理コネクションのいずれかを選択するかを判定して、「選択ノード」情報として記憶する。

選択ノードの決定ルールは、以下の通りである。各下位SWは、正常ポート数情報をMP-SW-AとMP-SW-Bで識別子単位に比較し、正常ポート数の多いMP-SWを選択し、対応する識別子については、選択されたMP-SWと接続する論理コネクションを使用してデータフレームの送信を行う。正常ポート数が同じの場合（例えば、MP-SW-AとMP-SW-Bのいずれも正常に動作している場合）、マスターノードとなっているMP-SWを選択する。

図８の例では、各下位SWに登録されるMP-SW-AとMP-SW-Bの正常ポート数はいずれも同数であるので、マスターノードを選択ノードとして選択する。具体的には、下位SW-Cは識別子１０、２０、４０に関して、MP-SW-Aから届く制御フレームとMP-SW-Bから届く制御フレームで情報を比較し、識別子１０、２０に関してはMP-SW-Aを選択ノードとして選択し、上り方向のトラフィックをP3にのみ送信する。同様に識別子４０に関しては、MP-SW-Bを選択ノードとして選択し、上り方向のトラフィックをP4にのみ送信する。

図１０は、本発明の実施の形態におけるマルチポイントスイッチMP-SWのブロック構成例を示す図である。MP-SWは、IF部５０、スイッチ部６０、制御部７０を備えて構成される。IF部５０は、論理コネクションを収容する物理回線と接続するポートP1、P2、P3を有し、スイッチ部６０は、識別子単位に入力ポートと出力ポートとを対応付けたフレーム転送テーブルに従って、データフレームをスイッチングする。

制御部７０は、フレーム転送テーブルを管理するコネクション管理部７２、識別子単位に正常ポート数を管理する正常ポート数管理部７３、図９に示した制御フレームを生成、挿入する制御フレーム挿入部７４を備える。コネクション管理部７２は、フレーム転送テーブルを生成、保持するとともに、論理コネクションの増減時には、フレーム転送テーブルを更新する。正常ポート数管理部７３は、図８に示したMP-SW情報を生成、保持するともに、論理コネクションの増減時及びリンクダウン発生時には、MP-SW情報を更新する。前述したように、MP-SW情報は、制御フレーム挿入部７４により、制御フレームとして下位SWに送信される。

図１１は、本発明の実施の形態における下位スイッチのブロック構成例を示す図である。下位SWは、IF部５０、スイッチ部６０、制御部７０を備えて構成される。下位SWのIF部５０は、図１０のMP-SWのそれと実質的に同一構成である。下位SWのIF部５０は、下位IF部と上位IF部とに分けて記載されているが、下位SWのさらに下層の別の下位SWと接続するポートを下位IF部、MP-SWと接続するポートを上位IF部と便宜上称しているだけで、機能上の差異はない。スイッチ部６０も、図１０のMP-SWのそれと同様に、識別子単位に入力ポートと出力ポートとを対応付けたフレーム転送テーブルに従って、データフレームをスイッチングする。

制御部７０は、冗長管理部７１、フレーム転送テーブルを管理するコネクション管理部７２、識別子単位に正常ポート数を管理する正常ポート数管理部７３、図９に示した制御フレームを受信、抽出する制御フレーム抽出部７４を備える。

冗長管理部７１は、図４の構成と同様に、MP-SWと接続する物理回線のポート（上位IF）を管理する冗長管理情報を有し、冗長管理情報は、冗長有りの場合、それぞれ異なるMP-SWと接続する複数のポートが識別子単位に設定されている。

コネクション管理部７２は、図１０のMP-SWのそれと同様に、フレーム転送テーブルを生成、保持するとともに、論理コネクションの増減時には、フレーム転送テーブルを更新する。

正常ポート数管理部７３は、図８に示した下位SW情報を生成、保持するともに、制御フレーム抽出部７４により抽出された制御フレームに基づいて、識別子単位に正常ポート数及びマスターノード情報を有する下位SW情報を更新する。そして、正常ポート数管理部７３は、MP-SW-Aの正常ポート数とMP-SW-Bの正常ポート数とを比較し、識別子単位にデータフレームを転送する選択ノード（MP-SW）を決定する。正常ポート数管理部７３により決定された選択ノードは、コネクション管理部７２に通知され、選択ノードが変更された場合は、コネクション管理部７２は、対応する識別子の出力IFを更新し、変更された選択ノードと接続するポートに変更される。

図１２は、本発明の実施の形態におけるリンクダウンが発生した場合の切り替え動作を説明する図である。MP-SW-Aが下位SW-Dと接続するポートP2におけるリンクダウンを検出する。すなわち、MP-SW-Aは、MP-SW-AのポートP2と下位SW-DのポートP3とをつなぐ物理回線に発生した障害を検出する。下位SW-Dも同様にこのリンクダウンを検出する。

これにより、MP-SW-Aの正常ポート数管理部７３は、MP-SW-A情報における正常ポート数について、MP-SW-AのポートP2に設定された論理コネクションの識別子１０、３０、４０の正常ポート数を２→１に変更する。また、この変更された正常ポート数情報を含む制御フレームを各下位SW-C、下位SW-Eに転送する。リンクダウンにより、下位SW-Dには、送信できないが、上述したように、下位SW-Dも同様もこのリンクダウンを検出している。

下位SW-C、下位SW-Eは、MP-SW-Aからの制御フレームを受信し、自己の下位SW情報における識別子１０、３０、４０に関する情報を更新する。その結果、図１２に示される下位SW-C情報において、識別子１０に関して、MP-SW-Aから通知された正常ポート数（＝１）が、MP-SW-Bから通知された正常ポート数（＝２）より小さくなる（MP-SW-Bの正常ポート数の方が大きくなる）ので、MP-SW-AからMP-SW-Bに選択ノードが変更される。そのため、識別子１０について、運用回線をMP-SW-Aと接続するポートP3からMP-SW-Bと接続するポートP4に切り替え、上り方向トラフィックにおける識別子１０のデータフレームをポートP4から出力する。

下位SW-Cにおける識別子３０、下位SW-Eにおける識別子４０については、リンクダウン検出前より、MP-SW-Bと接続する運用回線（ポート）が選択されているので、MP-SW-Bの正常ポート数の方が大きくなっても、選択ノードはMP-SW-Bのままである。

下位SW-Dは、MP-SW-Aとの間のリンクダウンを検出することにより、識別子１０、３０、４０に対するMP-SW-Aの正常ポート数はゼロと認識し、下位SW-D情報において、識別子１０、３０、４０に対するMP-SW-Aの正常ポート数はゼロに更新される。その結果、図１２に示される下位SW-D情報において、識別子１０に関して、MP-SW-Aの正常ポート数（＝０）が、MP-SW-Bから通知された正常ポート数（＝２）より小さくなる（MP-SW-Bの正常ポート数の方が大きくなる）ので、MP-SW-AからMP-SW-Bに選択ノードが変更される。そのため、識別子１０について、運用回線をMP-SW-Aと接続するポートP3からMP-SW-Bと接続するポートP4に切り替え、上り方向トラフィックにおける識別子１０のデータフレームをポートP4から出力する。下位SW-D情報における識別子３０、４０については、リンクダウン検出前より、MP-SW-Bと接続する運用回線（ポート）が選択されているので、MP-SW-Bの正常ポート数の方が大きくなっても、選択ノードはMP-SW-Bのままである。

こうして、識別子１０に関連する下位SWすべて（本例の場合、下位SW-C、下位SW-D）が、識別子１０のデータフレームの送信先として、MP-SW-Bを選択することになり、MP-SW-Bを介して識別子１０のデータフレームの正常な通信が再開される。

また、その識別子のコネクションについては、選択ノードは変更されないため、リンクダウン発生前後において、同じMP-SWを介して正常に通信が続行され、選択ノード切り替えによるトラフィック断が発生しない。なお、選択ノード切り替えは回線切り替えと同義である。

図１３は、上述の切り替え動作の処理フローチャートである。図１３において、MP-SW-Aと下位SW-Dとの間でリンクダウンが発生すると（S100）、MP-SW-A及び下位SW-Dそれぞれでリンクダウンを検出する（S101、S102）。MP-SW-A及び下位SW-DそれぞれMP-SW-A情報及び下位SW-D情報の正常ポート数情報を更新し（S103、S104）、MP-SW-Aは、更新した正常ポート数情報を含む制御フレームを下位SW-C、下位SW-Eに送信する（S105）。下位SW-Dは、更新された正常ポート数に基づいて、選択ノードの判定を行い、選択ノードが変更した場合は、下位SW-D情報の選択ノード情報を更新するとともに(S104)、パケット転送テーブルを更新する（S106）。

下位SW-C及び下位SW-Eは、MP-SW-Aから制御フレームを受信すると（S107）、制御フレームに含まれる更新された正常ポート数に基づいて、自己の下位SW情報における正常ポート数情報を更新するとともに（S108）、その更新された正常ポート数の大小比較により、選択ノードの判定を行い、選択ノードが変更した場合は、下位SW-C情報及び下位SW-E情報の選択ノード情報を更新するとともに(S108)、パケット転送テーブルを更新する（S109）。

このように、本発明では、複数のマルチポイントスイッチMP-SWで負荷分散を行っているスター型ネットワークにおいて、MP-SWから下位SWに対して、論理コネクションの識別子単位に正常ポート数情報を送信し、下位SW側で、識別子単位に、正常ポート数が多い方のMP-SWをデータフレームの転送先として選択する。従って、識別子単位で必ず同一のMP-SWが選択されるため、障害（リンクダウン）発生時も論理コネクション内の通信が短時間で復旧する。また、MP-SWの切り替えは、論理コネクションの識別子単位で行われるため、障害に関係ない論理コネクションの通信は影響を受けない（MP-SWの切り替えが発生しない）。

さらに、正常ポート数を通知する制御フレームは、マルチポイントスイッチMP-SWから下位SWへの一方向にのみ送信される。すなわち、MP-SWと下位SW間の両方向によるネゴシエーションなしに、当該制御フレームの一方向の送信のみで、回線の切り替えが可能となる。また、通信プロトコルをシンプルにすることができるとともに、処理手順を簡略にすることができるので、高速な切り替えが実現できる。さらに、制御フレームは、MP-SWから下位SWへ同一の制御フレームが同報されるので、切り替え時間は下位SWの数に依存しない。

（付記１）
複数の最上位ノードと、当該複数の最上位ノード配下の複数の下位ノードとを有し、前記最上位ノードが論理コネクションのマルチポイント接続を行うネットワークシステムにおいて、
各最上位ノードは、各下位ノードに対して、論理コネクション単位の正常ポート数を通知し、
各下位ノードは、各最上位ノードから受信した前記正常ポート数の比較に基づいて、前記複数の最上位ノードのうち、トラフィックを転送する最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするネットワークシステム。

（付記２）
付記１において、
各下位ノードは、前記複数の最上位ノードのうち、正常ポート数のより多い最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするネットワークシステム。

（付記３）
付記１において、
各下位ノードは、各最上位ノードの正常ポート数が論理コネクション単位で同一の場合、前記複数の最上位ノードのうち、あらかじめ設定されたいずれか一つの最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするネットワークシステム。

（付記４）
付記１において、
各最上位ノードは、正常ポート数に変化が生じた時又は定期的に、前記正常ポート数を各下位ノードに対して通知し、
各下位ノードは、前記正常ポート数の受信に基づいて、トラフィックを転送する最上位ノードの選択を更新することを特徴とするネットワークシステム。

（付記５）
複数の最上位ノードと、当該複数の最上位ノード配下の複数の下位ノードとを有し、前記最上位ノードが論理コネクションのマルチポイント接続を行うネットワークシステムのノード冗長方法において、
各最上位ノードは、各下位ノードに対して、論理コネクション単位の正常ポート数を通知する通知ステップと、
各下位ノードは、各最上位ノードから受信した前記正常ポート数の比較に基づいて、前記複数の最上位ノードのうち、トラフィックを転送する最上位ノードを論理コネクション単位に選択する選択ステップとを備えることを特徴とするノード冗長方法。

（付記６）
付記５において、
各下位ノードは、前記選択ステップで、前記複数の最上位ノードのうち、正常ポート数のより多い最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするノード冗長方法。

（付記７）
付記５において、
各下位ノードは、前記選択ステップで、各最上位ノードの正常ポート数が論理コネクション単位で同一の場合、前記複数の最上位ノードのうち、あらかじめ設定されたいずれか一つの最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするノード冗長方法。

（付記８）
付記５において、
各最上位ノードは、前記通知ステップで、正常ポート数に変化が生じた時又は定期的に、前記正常ポート数を各下位ノードに対して通知し、
各下位ノードは、前記選択ステップで、前記正常ポート数の受信に基づいて、トラフィックを転送する最上位ノードの選択を更新することを特徴とするノード冗長方法。

（付記９）
複数のポートそれぞれに収容される論理コネクション単位にトラフィックをスイッチングするスイッチにおいて、
論理コネクション単位に正常ポート数の情報を管理する管理部と、
前記正常ポート数の情報を複数の下位スイッチに送信する送信部とを備えることを特徴とするスイッチ。

（付記１０）
複数のポートそれぞれに収容される論理コネクション単位にトラフィックをスイッチングするスイッチにおいて、
複数の上位スイッチそれぞれから、各上位スイッチにおける論理コネクション単位の正常ポート数の情報を受信する受信部と、
前記受信部により受信された各上位スイッチの正常ポート数の比較に基づいて、論理コネクション単位にトラフィックを転送する上位スイッチを選択する選択部とを備え、
論理コネクション単位に、当該選択された上位スイッチのポートにトラフィックをスイッチングすることを特徴とするスイッチ。

（付記１１）
付記１０において、
前記選択部は、複数の上位スイッチのうち、正常ポート数のより多い上位スイッチを論理コネクション単位に選択することを特徴とするスイッチ。

（付記１２）
付記１０において、
前記選択部は、各上位スイッチの正常ポート数が論理コネクション単位で同一の場合、複数の上位スイッチのうち、あらかじめ設定されたいずれか一つの上位スイッチを論理コネクション単位に選択することを特徴とするスイッチ。

従来のスター型ネットワークシステムの例を示す図である。 複数のマルチポイントスイッチMP-SWを有するスター型ネットワークシステムの例を示す図である。 複数のマルチポイントスイッチMP-SWを有するスター型ネットワークシステムにおける冗長構成の例を示す図である。 下位ノードのブロック構成例を示す図である。 図３の構成において、MP-SW-Aに障害が発生した場合の動作を説明する図である。 出力ポートの優先制御を示す図である。 MP-SWと下位SWとの間のリンクダウンが発生した場合の回線切り替え動作を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるネットワークシステムを説明する図である。 MP-SWから上記情報を下位SWに送信するための制御フレームのフォーマット例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるマルチポイントスイッチMP-SWのブロック構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における下位スイッチのブロック構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるリンクダウンが発生した場合の切り替え動作を説明する図である。 本発明の実施の形態における切り替え動作の処理フローチャートである。

符号の説明

MP-SW-A、MP-SW-B：マルチポイントスイッチ（最上位ノード）、下位SW-C、下位SW-D、下位SW-E：下位ノード、５０：IF部、６０：スイッチ部、７０：制御部、７１：冗長管理部、７２：コネクション管理部、７３：正常ポート数管理部、７４：制御フレーム抽出部

Claims (5)

1. 複数の最上位ノードと、当該複数の最上位ノード配下の複数の下位ノードとを有し、前記最上位ノードが論理コネクションのマルチポイント接続を行うネットワークシステムにおいて、
   各最上位ノードは、各下位ノードに対して、論理コネクション単位の正常ポート数を通知し、
   各下位ノードは、各最上位ノードから受信した前記正常ポート数の比較に基づいて、前記複数の最上位ノードのうち、トラフィックを転送する最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするネットワークシステム。
2. 請求項１において、
   各下位ノードは、前記複数の最上位ノードのうち、正常ポート数のより多い最上位ノードを論理コネクション単位に選択することを特徴とするネットワークシステム。
3. 複数のポートそれぞれに収容される論理コネクション単位にトラフィックをスイッチングするスイッチにおいて、
   論理コネクション単位に正常ポート数の情報を管理する管理部と、
   前記正常ポート数の情報を複数の下位スイッチに送信する送信部とを備えることを特徴とするスイッチ。
4. 複数のポートそれぞれに収容される論理コネクション単位にトラフィックをスイッチングするスイッチにおいて、
   複数の上位スイッチそれぞれから、各上位スイッチにおける論理コネクション単位の正常ポート数の情報を受信する受信部と、
   前記受信部により受信された各上位スイッチの正常ポート数の比較に基づいて、論理コネクション単位にトラフィックを転送する上位スイッチを選択する選択部とを備え、
   論理コネクション単位に、当該選択された上位スイッチのポートにトラフィックをスイッチングすることを特徴とするスイッチ。
5. 複数の最上位ノードと、当該複数の最上位ノード配下の複数の下位ノードとを有し、前記最上位ノードが論理コネクションのマルチポイント接続を行うネットワークシステムのノード冗長方法において、
   各最上位ノードは、各下位ノードに対して、論理コネクション単位の正常ポート数を通知する通知ステップと、
   各下位ノードは、各最上位ノードから受信した前記正常ポート数の比較に基づいて、前記複数の最上位ノードのうち、トラフィックを転送する最上位ノードを論理コネクション単位に選択する選択ステップとを備えることを特徴とするノード冗長方法。

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