JP2007243487A - ネットワークのパス設定・帯域管理システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、障害状況に応じたパスの設計・管理を可能とするパス設定・帯域管理システムを提供する。
【解決手段】通常運用時は現用パスの帯域の積み上げが、物理リンクの帯域内であることを満たしていることによりパス設計を行う。現用パスに障害が発生した場合に切り替えて使用する予備パスは、物理リンクの帯域の制約を超えてパス設計を可能とする。通常運用時は、正常面（現用パス）と異常面（予備パス）の二面管理し、正常面では帯域管理を行い、異常面では帯域管理を行わない。障害発生時には、残存パスに現用パスと予備パスが混在するケースがあるため、通常、別管理している現用パスと予備パスの残存パスの帯域の積み上げをマージして、物理リンクの帯域内であることを満たしていることをチェックしてネットワーク全体の帯域管理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯域管理サーバで帯域を集中管理するパス設定システムにおいて、帯域管理サーバを除くネットワークを構成する装置、およびネットワークに接続するユーザ設備に障害が発生したときの、残存パスの帯域管理を速やかに行うための技術に関する。

パスをサービスクラス毎に区別して収容可能な複数ノードと、各サービスクラスを収容する複数のリンクを有するネットワークに対して、各リンクの収容条件、各ノードの収容条件、ノード内の各キューの収容条件をパラメータとした数理計画問題を解くことによって通信経路を選択・決定する通信経路設計方法（特許文献１参照）がある。また、迂回経路を有するネットワークで、通常経路と迂回経路にペア関係をもたせてネットワークの１重故障を回避可能な冗長経路設計方法（特許文献２参照）があり、これらの方法により高信頼ネットワークの設計を行うことが可能である。

これらの設計方法は、図２０に示すように、現用面（現用ルート：プライマリ）と予備面（迂回ルート：セカンダリ）が分離されたラダー構成のネットワークを対象に経路設計を行い、プライマリ・セカンダリの冗長構成をもつパスの設計を行うものである。このときのパスの帯域管理方法は、現用面にはセカンダリパスを設定しないことを前提に、一度パスの設計を行い帯域の積み上げを行うと、そのパスを削除しないかぎりは積み上げた帯域が確保される。

また、ネットワーク内でルータが障害を検知して迂回ルートに切り替えを行うセカンダリパスについては、迂回区間の帯域を共有する管理方法（非特許文献１参照）がある。この方法では、パスの始終点（ユーザ回線の接続点）が異なる冗長化したパスに対して、現用、予備の管理を行っていない。そのため、あるネットワークサービスを提供するために、ネットワークに接続された装置を含めて冗長構成をもつ（ｅｎｄ−ｅｎｄで）システムのパス設計・帯域管理は、現用運用パス（以下、通常パス）も障害発生時に使用するパス（以下、予備パス）も帯域の積み上げを行っていた。常時ユーザトラヒックが疎通するパス以外もサーバ上では帯域を確保しているため、ネットワークに余剰帯域があってもサーバ上で管理している残帯域が少ない場合には、必要な帯域を確保したパスが設計できない状況が発生する。
特開２００２−３５９６３４号公報 特開２００２−３５９６３６号公報 本間靖、外３名、「Ｔｙｐｅ−■とＭＰＬＳネットワークのオペレーションシステム」、ＮＴＴ技術ジャーナル、（社）電気通信協会、平成１５年６月、第１５巻、第６号、Ｐ．２０−２３

従来の帯域管理サーバは、ネットワーク内の単一リンク、ノード障害を対象とした、障害箇所を迂回したパスの設計・管理を行ってきた。しかしながら、近年、データセンタなどの大規模設備に対するバックアップセンタの分散配置により、ユーザトラヒックが集中していたセンタの障害発生時にはネットワーク内のトラヒック傾向が大きく変動するため、障害発生時にも帯域を確保するには、通常パスと予備パスの帯域を確保したパス設計が必要であるが、このような障害発生時のトラヒック変動を設計パラメータとしたパス設計・管理機能は具備していなかった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、障害状況に応じたパスの設計・管理を可能とするネットワークのパス設定・帯域管理システムおよび方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ネットワーク上の障害に対応してユーザ端末からパス変更が可能なパス設定・帯域管理システムであって、前記ネットワークを管理する帯域管理サーバは、（ａ）ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスに対する現用・予備の区別、個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスにおける帯域容量、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パス、およびｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの使用可・不可の情報と、（ｂ）ルータ間リンクと各リンクの帯域容量の情報と、（ｃ）ルータ間リンクとルータ間パスの関係を示す情報を格納する手段と、前記情報を参照して、前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスの個々のリンクにおける帯域の積み上げが、当該リンクの帯域容量を超えないように個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計する手段と、前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量と現用・予備の区分をユーザ端末に通知する手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、ネットワーク上の障害に対応してユーザ端末からパス変更が可能なパス設定・帯域管理方法であって、前記ネットワークを管理する帯域管理サーバに格納されている、（ａ）ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスに対する現用・予備の区別、個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスにおける帯域容量、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パス、およびｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの使用可・不可の情報と、（ｂ）ルータ間リンクと各リンクの帯域容量の情報と、（ｃ）ルータ間リンクとルータ間パスの関係を示す情報を参照して、前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスの個々のリンクにおける帯域の積み上げが、当該リンクの帯域容量を超えないように個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計し、前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量と現用・予備の区分をユーザ端末に通知することを特徴とする。

本発明においては、予備パス設計は帯域の積み上げを行わないことにより、通常運用時には実際に使用しない予備パスの帯域を確保することがなくなるため、リソース（帯域）枯渇を回避できる。

また、現用パス・予備パスの使用可・不可の情報をもとに実際にトラヒックが疎通するパスの帯域の積み上げを行うため、ユーザの回線使用状況に応じた使用中パスの帯域管理が可能となる。

また、予備パス設計時に障害箇所を想定してパス設計し、パスマージチェックを実行することにより、事前に障害発生時の帯域管理をシミュレートすることが可能である。例えば、障害Ａが発生した場合の切り替え元現用パスをグループＡ、切り替え先予備パスをグループＡ’とグループ管理する。これにより、ユーザが障害Ａ発生時の状況を事前に確認するにあたり、グループＡの帯域容量を差し引き、グループＡ’の帯域容量を積み上げることで事前に障害発生時の帯域管理をシミュレートすることができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明のパス設定・帯域管理システムでは、帯域管理サーバで管理するパスに、「現用」と「予備」の属性をもたせる。現用パス、予備パスはそれぞれ、ユーザ側に２重設備を用意し、障害発生時にユーザが切り替えを行う冗長構成のパスとする。現用パスは、通常運用時にユーザが選択することでユーザトラヒックが疎通し、帯域管理サーバで帯域の積み上げを行い、ネットワーク全体で帯域管理を行う。予備パスは、障害発生時にユーザが現用パスから切り替えることによりトラヒックが疎通し、帯域管理サーバで帯域の積み上げを行わず（すなわち、「予備」である期間は帯域容量を０とみなす）、ルータの制約の範囲内ならば無制限にパスを設定することを可能とする。障害発生時の帯域管理方法は、オペレータから入力されるパスの使用可・不可の情報をもとに、使用可能な現用パスの帯域容量とユーザが「予備パス」から切り替えを行った新たな「現用パス」の帯域容量を集計し、ネットワーク内のリンク毎に集計した帯域の積み上げが各物理リンクの帯域容量以内であることをチェックすることにより、障害状況に応じた帯域管理が可能となる。

本発明のパス設定・帯域管理システムでは、２通りの帯域管理方法を示す。一方は、事前に障害発生をシミュレートし、いずれの障害が発生した場合でも、集計した帯域の積み上げが各物理リンクの帯域容量以内であるように、現用・予備リンクの帯域容量を事前に決めておくものである。他方は、障害が生じる毎にパス帯域を積み上げ、その結果が物理リンクの帯域容量以内であるように、現用・予備リンクの帯域容量を決めるものである。

図１は、本発明のパス設定・帯域管理システムの全体構成図である。図１に示すパス設定・帯域管理システムは、帯域管理サーバ（帯域管理システム）と、サーバＡ（メイン）およびサーバＡ（バックアップ）と、サーバＢ（メイン）およびサーバＢ（バックアップ）と、各エリアＡ、Ｂ、Ｃの端末と、これらのサーバと各エリアＡ、Ｂ、Ｃの端末との間にパスを設定するルータ群とにより構成される。ここでは、各エリアの端末から２重化されたサーバヘアクセスするシステムを対象とする。

図２は、帯域管理サーバのシステム構成図である。帯域管理サーバ１０は、図５に示すようなｅｎｄ−ｅｎｄ間パスに対する現用・予備の区別を示すデータ、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスを示すデータ、個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスにおける帯域容量を示すデータ、パスの使用可・不可を示すデータからなるデータテーブル、図５に示すようなルータ間リンクと各リンクの帯域容量を示すデータおよびリンク両端の収容位置を示すデータからなるデータテーブル、図７に示すようなルータ間リンクとルータ間パスの関係を示すデータからなるデータテーブルを格納する記憶手段１１と、図５〜図７のデータデーブルの情報を参照して、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスの個々のリンクにおける帯域の積み上げが、当該リンクの帯域容量を超えないように個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計する設計手段１２と、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量と現用・予備の区分をユーザ端末に通知する通知手段１３とを備えている。図３は、図４のネットワーク構成において、設計手段１２がパス設計をするときの機能の概要を説明する図である。なお、設計手段１２および通知手段１３は、帯域管理サーバ１０がプログラムを実行することによって実現される。

まず、図８にサーバＡに対する正常時のパスルート、図９にサーバＡに対する異常時のパスルート、図１０にサーバＢに対する正常時のパスルート、図１１にサーバＢに対する異常時のパスルートを示す。なお、サーバ名の後の（Ｍ）はメイン、すなわち正常時の利用対象を指し、（ＢＵ）はバックアップ、すなわちサーバ（Ｍ）障害時のバックアップ対象を指す。

これらのパスルートに対して、帯域管理サーバは、図５に示すデータテーブルに記録された、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスに対する現用・予備の区別、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パス、個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスにおける帯域容量、パスの使用可・不可の各データを参照し、図６に示すデータテーブルに記録された、ルータ間リンクと各リンクの帯域容量、リンク両端の収容位置の各データを参照し、図７に示すデータテーブルに記録された、ルータ間リンクとルータ間パスの関係を示すデータを参照して、現用ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスの個々のリンクにおける帯域の積み上げが、当該リンクの帯域容量を超えないように個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計し、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量と現用・予備の区分をユーザ端末に通知する。

パスの帯域容量は帯域管理サーバ側で一元管理し、ルータにはパスのスイッチングに関わる情報のみが設定される。

次に、本発明の第１の実施例について説明する。第１の実施例は、事前に障害発生をシミュレートして、各物理リンクを用いるパスの帯域容量が当該物理リンクの容量を超えないように各パスの帯域容量を算出するものである。図１２は、サーバＡ（Ｍ）およびサーバＢ（Ｍ）のいずれもが正常であるときのパスルートを示している。まず、現用のサーバ全てが正常な状態から始めて、現用のサーバ全てに障害が生じるまでを考え、その際に、各リンクにおいて要求されるパス帯域容量が当該リンクの帯域容量を越えないようにパス帯域容量を割り当てることを考える。

ここでは、図７のデータテーブルに示すパス名とリンク名の対応から、リンク毎に属するパスを導き、これらのパスに対し、現用パスに関しては現用の帯域容量、予備パスに対しては対応する現用パスと同じ帯域容量を割り振ったものとして、前述のようにさまざまな障害が生じた場合の個々のリンクに要求される帯域容量を計算する。

すると、サーバＡ（Ｍ）およびサーバＢ（Ｍ）のいずれにおいても障害が生じたときに、エリアＢ，Ｃの端末からサーバＡ（ＢＵ）に至るパス、および同エリア群からサーバＢ（ＢＵ）に至るパスの計４本のパスがＬｉｎｋＡを用いる際にＬｉｎｋＡの帯域容量を超えないように設定できれば、ユーザトラヒックを疎通させることが判明するので、ここでは、エリアＢ，Ｃの端末ユーザに対し予備パスを
ＬｉｎｋＡの帯域容量（＝２４０Ｍ）÷当該リンクを利用するパス数（＝４）＝６０Ｍ
として使用するように通知し、エリアＡの端末ユーザに対しては現用パスと同様に予備パスも使用すればよいことを通知する。

前述のように、ルータには、経路を構成するパスが事前に設定されており、かつ、予備パスを使用する場合の帯域容量はユーザに事前に通知されているので、ユーザは障害通知を受けた場合、早急にアクセス先を変更することができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、実際に障害が起きたときに各物理リンクを用いるパスの帯域容量が当該物理リンクの容量を超えないように各パスの帯域容量を算出するものである。図１３は、サーバＢ（Ｍ）のみに異常が生じ、サーバＢ（ＢＵ）に迂回する場合の帯域管理サーバでの管理を示す。必要とするパス帯域容量は、最大でも正常時と同じ１００Ｍとする。まず、図５のデータテーブルの使用可・不可の欄において、図１４のデータテーブルに示すように、サーバＢ（Ｍ）へのｅｎｄ−ｅｎｄパスは全て使用不可とする。次に、図１５のデータテーブルに示すように、サーバＢ（ＢＵ）へのｅｎｄ−ｅｎｄパスを全て現用とする。次に、図１５のデータテーブルにおいて、現用かつ使用可の経路に属するパスが属する物理リンクにその容量を照らし合わせる。

すると、ＬｉｎｋＡに収容するＰａｔｈ１１、Ｐａｔｈ１４、Ｐａｔｈ１７のそれぞれの帯域容量の合計（Ｐａｔｈ１１＋Ｐａｔｈ１４＋Ｐａｔｈ１７）がＬｉｎｋＡの帯域容量を満たすように、各エリアの端末からサーバＢ（ＢＵ）までのパス帯域容量を設計すればよいことが判る。

例えば、各ユーザに対して、Ｐａｔｈ１７が１００Ｍであること、ＬｉｎｋＡが２４０Ｍであることから、Ｐａｔｈ１１を含むエリアＢの端末からサーバＢ（ＢＵ）、Ｐａｔｈ１４を含むエリアＣの端末からサーバＢ（ＢＵ）のそれぞれのパス帯域容量を７０Ｍ、また、エリアＡの端末からサーバＢ（ＢＵ）に関してはサーバＢ（Ｍ）アクセス時と同様にパス帯域容量を１００Ｍとするように通知すれば、どのリンクでも問題なく帯域容量内に収まったトラヒックを疎通することが可能となる。

なお、この実施例では、ボトルネックが１箇所だけであったが、複数個所に及ぶ場合でも同様に適切なパス容量帯域を計算し、各ユーザに通知すればよい。この実施例においても、前述のように、ルータには、経路を構成するパスが事前に設定されているので、障害通知を受け、予備パスを使用する場合の帯域容量が通知されれば、ユーザは早急にアクセス先を変更することができる。

図１６は、バックアップ側が現用となった状態でＬｉｎｋＢに障害が起きた場合の帯域管理サーバでの管理を示す。この場合は、正常側サーバへのリンクは事前に使用不可となっている。ＬｉｎｋＢに障害が起きると、ＬｉｎｋＢに含まれるＰａｔｈ０００、Ｐａｔｈ００８、Ｐａｔｈ０１６、Ｐａｔｈ０２３を経路に含むパスが使用不可となるので、図１７のデータテーブルに示すように、エリアＡの端末発のパスが全て使用不可となる。このときの使用可能なエリアＢ，Ｃの端末からサーバＡ（ＢＵ）、サーバＢ（ＢＵ）への帯域容量は、第１の実施例と同様ＬｉｎｋＡを満たすように６０Ｍとすればよい。

図１８は、本発明の基本的な考え方を示す図である。本発明では、現用パスに障害が発生した場合に切り替えを行って使用する予備パスは、物理リンクの帯域容量の制約を超えてパス設計を可能とする。通常運用時は、正常面（現用パス）と異常面（予備パス）の二面管理し、正常面では帯域管理を行い、異常面では帯域管理を行わない。

図１９は、障害発生時の帯域管理方法（パスマージチェック方法）について説明する図である。障害発生時の帯域管理方法は、障害発生時にパス設計を行う場合に、通常、別管理している残存する現用パスと使用する予備パスを抽出し、帯域をマージして、罹障した現用パスと未使用の予備パスの帯域容量を除いたものを再計算して、利用可能な空間を算出するものであり、障害状況に応じたパスの帯域管理を可能とする。

パスの使用可・不可の情報は、オペレータがパス単位に設定しても良いし、網内リソースの様子を自動的に監視し、帯域管理サーバに通知することにより設定しても良い。オペレータが設定する場合には、大量データを一括設定するためにＣＳＶ形式ファイルによるデータインポート機能、障害グループ単位に一括で使用有無を変更する機能、ＧＵＩ上のトポロジマップでルータ・リンクに障害中の設定をすることにより、障害中のルータ・リンクが収容しているパスの帯域容量を０にみなす機能を本システムはサポートする。

本発明のパス設定・帯域管理システムの全体構成図である。 帯域管理サーバのシステム構成図である。 帯域管理サーバの機能の概要を説明する図である。 帯域管理サーバの機能の概要を説明する図である。 帯域管理サーバの記憶部に格納するデータテーブルの一例を示す図である。 帯域管理サーバの記憶部に格納するデータテーブルの一例を示す図である。 帯域管理サーバの記憶部に格納するデータテーブルの一例を示す図である。 サーバＡに対する正常時のパスルートを示す図である。 サーバＡに対する異常時のパスルートを示す図である。 サーバＢに対する正常時のパスルートを示す図である。 サーバＢに対する異常時のパスルートを示す図である。 サーバＡ（Ｍ）およびサーバＢ（Ｍ）のいずれもが正常であるときのパスルートを示す図である。 サーバＢ（Ｍ）のみに異常が生じ、サーバＢ（ＢＵ）に迂回する場合のパスルートを示す図である。 帯域管理サーバの記憶部に格納するデータテーブルの一例を示す図である。 帯域管理サーバの記憶部に格納するデータテーブルの一例を示す図である。 バックアップ側が現用となった状態でＬｉｎｋＢに障害が起きた場合のパスルートを示す図である。 帯域管理サーバの記憶部に格納するデータテーブルの一例を示す図である。 本発明の基本的な考え方を示す図である。 障害発生時の帯域管理方法（パスマージチェック方法）について説明する図である。 従来の経路設計方法を説明する図である。

符号の説明

１０ 帯域管理サーバ
１１ 記憶手段
１２ 設計手段
１３ 通知手段

Claims (6)

1. ネットワーク上の障害に対応してユーザ端末からパス変更が可能なパス設定・帯域管理システムであって、
   前記ネットワークを管理する帯域管理サーバは、
   （ａ）ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスに対する現用・予備の区別、個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスにおける帯域容量、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パス、およびｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの使用可・不可の情報と、
   （ｂ）ルータ間リンクと各リンクの帯域容量の情報と、
   （ｃ）ルータ間リンクとルータ間パスの関係を示す情報を格納する記憶手段と、
   前記情報を参照して、前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスの個々のリンクにおける帯域の積み上げが、当該リンクの帯域容量を超えないように個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計する設計手段と、
   前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量と現用・予備の区分をユーザ端末に通知する通知手段とを有することを特徴とするネットワークのパス設定・帯域管理システム。
2. 事前に障害発生をシミュレートして前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計することを特徴とする請求項１に記載のネットワークのパス設定・帯域管理システム。
3. 障害が発生する毎に前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計することを特徴とする請求項１に記載のネットワークのパス設定・帯域管理システム。
4. ネットワーク上の障害に対応してユーザ端末からパス変更が可能なパス設定・帯域管理方法であって、
   前記ネットワークを管理する帯域管理サーバに格納されている、
   （ａ）ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスに対する現用・予備の区別、個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスにおける帯域容量、ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パス、およびｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの使用可・不可の情報と、
   （ｂ）ルータ間リンクと各リンクの帯域容量の情報と、
   （ｃ）ルータ間リンクとルータ間パスの関係を示す情報を参照して、前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスを構成するルータ間パスの個々のリンクにおける帯域の積み上げが、当該リンクの帯域容量を超えないように個々のｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計し、
   前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量と現用・予備の区分をユーザ端末に通知することを特徴とするネットワークのパス設定・帯域管理方法。
5. 事前に障害発生をシミュレートして前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計することを特徴とする請求項４に記載のネットワークのパス設定・帯域管理方法。
6. 障害が発生する毎に前記ｅｎｄ−ｅｎｄ間パスの帯域容量を設計することを特徴とする請求項４に記載のネットワークのパス設定・帯域管理方法。

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