JP2008187664A - スイッチングハブ - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチキャストストリームのフラッディングを抑制するスイッチングハブを提供する。
【解決手段】内部ネットワークに接続する全てのエッジスイッチングハブがそれぞれ個別のビット欄に割り当てられ、中継の要/不要が二値で表されたビットマップがマルチキャストMACフレームに付加されており、外部ネットワークから内部ネットワーク内に中継されたマルチキャストMACフレームを受信したとき上記ビットマップを参照して上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継するかどうかを判定する網外中継可否判定手段103を備えた。
【選択図】図1
【解決手段】内部ネットワークに接続する全てのエッジスイッチングハブがそれぞれ個別のビット欄に割り当てられ、中継の要/不要が二値で表されたビットマップがマルチキャストMACフレームに付加されており、外部ネットワークから内部ネットワーク内に中継されたマルチキャストMACフレームを受信したとき上記ビットマップを参照して上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継するかどうかを判定する網外中継可否判定手段103を備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、マルチキャストストリームのフラッディングを抑制するスイッチングハブに関する。
複数のネットワークを経由して複数の端末にデータを配信したいとき、マルチキャストと呼ばれる形態が使用される。例えば、図19に示されるように、ネットワークAを中心にしてネットワークB,C,D,Eが接続されているとする。ネットワークBに接続されたサーバSから各ネットワークC,D,Eに接続されたクライアント#1,#2,#3にデータを配信するために、サーバSはマルチキャストフレームを送信する。
マルチキャストフレームにはマルチキャストであることを示す識別子が含まれているので、各ネットワーク内の中継器機はマルチキャストフレームをマルチキャストの規則に従い中継する。レイヤ2(OSI参照モデルのデータリンク層)の中継器機であるスイッチングハブ、具体的には、ネットワークA〜Eを構成している複数のスイッチングハブHは、マルチキャストフレームをVLAN単位でフラッディングする。
ネットワークBとネットワークAを接続しているスイッチングハブHにおいてネットワークA内の各スイッチングハブHにフラッディングされたマルチキャストフレームがネットワークC,D,Eに中継され、ネットワークC,D,E内の各スイッチングハブHもこのマルチキャストフレームをフラッディングするので、クライアント#1,#2,#3はマルチキャストフレームを受信する。このようにしてサーバSから各クライアント#1,#2,#3に破線矢印で示した流れによりデータを配信することができる。
上記のようなマルチキャストフレームの流れをマルチキャストストリームという。レイヤ3(ネットワーク層)におけるIPマルチキャストストリーム転送制御プロトコルとしてIGMP(Internet Group Management Protocol)がある。レイヤ2の中継機器であるスイッチングハブにおいても、IGMPスヌーピングの機能を搭載すればマルチキャストストリームの転送制御に関与する動作として、IGMPスヌーピングを行うことができるが、一般には、IGMPスヌーピングの機能を搭載しないスイッチングハブが用いられる。
図19のネットワーク構成において、マルチキャストストリームは全てのスイッチングハブHでフラッディングされる。では、図20のようにクライアント#1,#2,#3のうち、例えば、クライアント#2のみがデータの配信を希望しており、クライアント#1,#3は希望していないとした場合はどうなるかを考察する。
この場合も、マルチキャストストリームはネットワークA内の全てのスイッチングハブHでフラッディングされ、配信を希望するクライアントがいないネットワークC,Eにまでマルチキャストストリームがフラッディングされる。つまり、マルチキャストストリームは図19と同じ破線矢印で示した流れとなる。よって、ネットワーク資源が無駄に消費される。
なお、このとき、ネットワークA内のスイッチングハブHが前述のIGMPスヌーピングを行うことができれば、各クライアント#1,#2,#3からサーバSに通知した配信希望/不希望を認識し、ネットワークA内において、希望のクライアントが存在する経路のみにマルチキャストストリームを導き、マルチキャストストリームのフラッディングを止めることができる。
しかし、そのためにはネットワークA内の全てのスイッチングハブHがIGMPスヌーピングの機能を搭載している必要がある。ネットワークA内にIGMPスヌーピングの機能を搭載しないスイッチングハブHを含んでいると、マルチキャストストリームはフラッディングされて、ネットワークC,D,Eに中継される。このため、配信を希望するクライアントがいないネットワークC,Eにまでマルチキャストストリームがフラッディングされ、ネットワーク資源が無駄に消費される。
したがって、一般のスイッチングハブを含むネットワークにおいても不要なマルチキャストストリームのフラッディングを止めることができるマルチキャストフレーム制御機能付きのスイッチングハブが望まれる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、マルチキャストストリームのフラッディングを抑制するスイッチングハブ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、内部ネットワークと外部ネットワークとを接続するエッジスイッチングハブとなるスイッチングハブであって、内部ネットワークに接続する全てのエッジスイッチングハブがそれぞれ個別のビット欄に割り当てられ、中継の要/不要が二値で表されたビットマップがマルチキャストMACフレームに付加されており、外部ネットワークから内部ネットワーク内に中継されたマルチキャストMACフレームを受信したとき上記ビットマップを参照して上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継するかどうかを判定する網外中継可否判定手段を備えたものである。
上記ビットマップのビット欄の番号で表した装置IDと当該ビット欄に割り当てられたエッジスイッチングハブのMACアドレスとを対応付けたMACアドレス対装置ID対応表と、外部ネットワークに中継するMACフレームがIGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージであるとき、IGMPクライアントにおける配信希望の有無を認識するIGMPスヌーピング手段と、上記MACフレームの送信元アドレスで上記MACアドレス対装置ID対応表を参照することにより、上記ビットマップ中の当該IGMPクライアントを接続しているエッジスイッチングハブが割り当てられたビット欄を判定するビット欄判定手段と、上記ビットマップと上記IGMPクライアントを対応付けたメモリエリアにアクセスし、配信希望があるときに該ビット欄に中継の要を書き込み、配信希望が無いときに該ビット欄に中継の不要を書き込むビットマップ書込手段とを備えてもよい。
外部ネットワークから受信したマルチキャストMACフレームをさらにMACフレームでカプセル化した内部ネットワーク向けのカプセル化フレームを作成するカプセル化手段と、上記ビットマップを上記カプセル化フレームのヘッダに格納するビットマップ送付手段と、内部ネットワークから受信したカプセル化フレームを外部ネットワークに中継するマルチキャストMACフレームに復元する脱カプセル化手段とを備えてもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)マルチキャストストリームのフラッディングを抑制することができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1に示されるように、本発明に係るスイッチングハブ101は、内部ネットワークと外部ネットワークとを接続するエッジスイッチングハブとなるスイッチングハブであって、内部ネットワークに接続する全てのエッジスイッチングハブがそれぞれ個別のビット欄に割り当てられ、中継の要/不要が二値で表されたビットマップがマルチキャストMACフレームに付加されており、外部ネットワークから内部ネットワーク内に中継されたマルチキャストMACフレームを受信したとき上記ビットマップを参照して上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継するかどうかを判定する網外中継可否判定手段103を備えたものである。
ビットマップはマルチキャストMACフレームに付加されて、エッジスイッチングハブからエッジスイッチングハブへ伝送される。しかし、ここではビットマップの役割を説明するために、便宜上、当該エッジスイッチングハブの網外中継可否判定手段103が参照するためのビットマップがあらかじめ当該エッジスイッチングハブのビットマップ格納部102と呼ばれるメモリエリアに格納されているものとする。
スイッチングハブ101は、周知慣用のスイッチングハブが備える構成・機能については図示・説明しないが、全て備えるものとする。
図2に、本発明のスイッチングハブ101をエッジスイッチングハブとしていている内部ネットワーク201を示す。ここでは、3台のエッジスイッチングハブ202,203,204があり、各々のエッジスイッチングハブ202,203,204は当該内部ネットワーク201に接続されると共に、それぞれが異なる外部ネットワークに接続されている。
全てのエッジスイッチングハブ202,203,204のビットマップ格納部102に同じ内容のビットマップが格納されるとは限らないが、ここでは、説明を簡単にするため、全てのエッジスイッチングハブ202,203,204のビットマップ格納部102に同じ内容のビットマップが格納されているものとする。よって、ビットマップ格納部102は1つだけ図示してある。
各エッジスイッチングハブ202,203,204がビットマップ格納部102の個別のビット欄に割り当てられている。この例では、内部ネットワーク201に接続するエッジスイッチングハブは3台であるから、ビットマップにはビット欄が3つあることになる。
ここでは、図示上、ビットマップの最右になるLSB(二進数としたとき最小桁となる20のビット)に図示左上のエッジスイッチングハブ202が割り当てられ、中央になるビットに下辺のエッジスイッチングハブ203が割り当てられ、最左になるMSB(二進数としたとき最大桁となる22のビット)に右上のエッジスイッチングハブ204が割り当てられている。
LSBから数えたビット欄の番号を1,2,3とすると、1番のビット欄に左上のエッジスイッチングハブ202が割り当てられ、2番のビット欄に下辺のエッジスイッチングハブ203が割り当てられ、3番のビット欄に右上のエッジスイッチングハブ204が割り当てられていることになる。
各ビット欄は、割り当てられたエッジスイッチングハブについての中継の要/不要が二値nで表される。二値nは、1=要、0=不要とする。
図3(a)において、各エッジスイッチングハブのビットマップ格納部102に格納されているビットマップはLSBから順に1,1,0である。1番と2番のビット欄が1であるから、左上のエッジスイッチングハブ202と下辺のエッジスイッチングハブ203は中継要であり、3番のビット欄が0であるから右上のエッジスイッチングハブ204は中継不要ということになる。
各エッジスイッチングハブ202,203,204の網外中継可否判定手段103は、外部ネットワークから内部ネットワーク内に中継されたマルチキャストMACフレームを受信したとき上記ビットマップを参照して上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継するかどうかを判定する。よって、外部ネットワークからエッジスイッチングハブ202を介して内部ネットワーク201内に中継されたマルチキャストMACフレームをエッジスイッチングハブ203が受信した場合は、エッジスイッチングハブ203は、2番のビット欄に割り当てられた自身と1番のビット欄に割り当てられたエッジスイッチングハブ202が中継要となっているので、網外中継可否判定手段103が外部ネットワークに上記マルチキャストMACフレームを中継すると判定する。
外部ネットワークからエッジスイッチングハブ202を介して内部ネットワーク201内に中継されたマルチキャストMACフレームをエッジスイッチングハブ204が受信した場合は、エッジスイッチングハブ204は、3番のビット欄に割り当てられた自身が中継不要であるから、網外中継可否判定手段103では、上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継しないと判定する。
これにより、内部ネットワーク201を外から見ると、内部ネットワーク201を介してのマルチキャストMACフレームの中継経路301はエッジスイッチングハブ202とエッジスイッチングハブ203だけを相互に結んだものとなる。このように、ビットマップによる中継経路限定機能は、エッジスイッチングハブ202とエッジスイッチングハブ203だけを含み、エッジスイッチングハブ204を含まないVLANを形成したのと等価である。この中継経路限定機能を持つVLANの番号をB−VID3とする。VLAN番号の数値部分は、ビットマップの内容(MSBから順に;以下、ビット列はMSBから読む)0,1,1を二進数“011”と見なし、その二進数を十六進数“3”(以下、0x3と表記する)に読み替えたものを与える。
図3(b)において、ビットマップはMSBから順に1,0,1となっている。つまり、左上のエッジスイッチングハブ202と右上のエッジスイッチングハブ204は中継要であり、下辺のエッジスイッチングハブ203は中継不要ということになる。
これにより、内部ネットワーク201を外から見ると、内部ネットワーク201を介してのマルチキャストMACフレームの中継経路302はエッジスイッチングハブ202とエッジスイッチングハブ204だけを相互に結んだものとなる。ビットマップの内容1,0,1は二進数“101”と見なせるので、十六進数は0x5、よって、VLAN番号はB−VID5となる。
同様に、図3(c)、図3(d)のビットマップによって、それぞれ中継経路303,304が実現され、VLAN番号はそれぞれB−VID6,B−VID7となる。
以上説明したように、各エッジスイッチングハブ202,203,204がビットマップ格納部102と網外中継可否判定手段103とを備えることにより、マルチキャストMACフレームの中継経路が必要なものだけに限定される。その結果、不要なマルチキャストストリームのフラッディングを止めることができる。
ビットマップがビットマップ格納部102に格納されているのでなく、マルチキャストMACフレームによって伝送されて到着する場合でも、網外中継可否判定手段103が到着したマルチキャストMACフレームのビットマップを参照して中継可否を判定することで、そのマルチキャストMACフレームの中継経路を限定することができる。
次に、本発明のエッジスイッチングハブ101にIGMPスヌーピングの機能を搭載すると共に、外部ネットワークから受信したマルチキャストMACフレームをカプセル化して内部ネットワーク内(エッジスイッチングハブ相互間)で中継する形態について説明する。
各エッジスイッチングハブ202,203,204に接続される外部ネットワークのクライアントが配信希望/不希望を変更するとき、サーバに送信した配信希望/不希望の通知をエッジスイッチングハブ202,203,204がIGMPスヌーピングの機能によって認識することで、図2、図3で説明したビットマップにより決まる中継経路を動的に切り替えられるようにする。
そこで、図1に示されるように、本発明に係るスイッチングハブ101は、エッジスイッチングハブであって、ビットマップのビット欄の番号で表した装置IDと当該ビット欄に割り当てられたエッジスイッチングハブのMACアドレスとを対応付けたMACアドレス対装置ID対応表104と、外部ネットワークに中継するMACフレームがIGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージであるとき、IGMPクライアントにおける配信希望の有無を認識するIGMPスヌーピング手段105と、上記MACフレームの送信元アドレスでMACアドレス対装置ID対応表104を参照することにより、ビットマップ中の当該IGMPクライアントを接続しているエッジスイッチングハブが割り当てられたビット欄を判定するビット欄判定手段106と、上記ビットマップと上記IGMPクライアントを対応付けたメモリエリアにアクセスし、配信希望があるときに該ビット欄に中継の要を書き込み、配信希望が無いときに該ビット欄に中継の不要を書き込むビットマップ書込手段107とを備える。
また、図3で説明した中継経路限定機能を持つ等価的なVLANを実現するには、エッジスイッチングハブがMACフレームのヘッダに当該VLANの識別情報を格納してMACフレームを送信し、このMACフレームを受信したエッジスイッチングハブが識別情報を読んでVLANを識別することが考えられる。しかし、MACフレームでは、ヘッダにビット長の限りがあるため、経路制御のVLANの情報を格納するタグとVPNを識別するためのVLANの情報を格納するタグとが同一となっている。
そこで、本発明では、MACフレームをカプセル化して、そのカプセル化フレームのヘッダに2種類のタグを保持する領域を確保し、経路制御VLANの情報を格納するタグ(経路制御タグという)とVPNを識別するためのVLANの情報を格納するタグとを別々にする。これにより、ビットマップを作成したエッジスイッチングハブから別のエッジスイッチングハブにビットマップを経路制御タグとしてフレームに付加して送付することができる。
すなわち、本発明に係るスイッチングハブ101は、エッジスイッチングハブであって、外部ネットワークから受信したマルチキャストMACフレームをさらにMACフレームでカプセル化した内部ネットワーク向けのカプセル化フレームを作成するカプセル化手段108と、上記ビットマップを上記カプセル化フレームのヘッダに格納するビットマップ送付手段109と、内部ネットワークから受信したカプセル化フレームを外部ネットワークに中継するマルチキャストMACフレームに復元する脱カプセル化手段110とを備える。
さらに詳しく説明すると、図2に示されるように、各エッジスイッチングハブ202,203,204には、MACアドレス対装置ID対応表104がメモリ(図示せず)上に設けられる。このMACアドレスは、内部ネットワーク201でカプセル化フレームが伝送されることに対応させ、後述のB−DA、B−SAに使用されるB−MACアドレスとする。装置IDには前述の通りビット欄番号をそのまま使用する。MACアドレス対装置ID対応表104の内容は、ネットワーク管理者が各エッジスイッチングハブ202,203,204にあらかじめ設定する。
図2のMACアドレス対装置ID対応表104では、装置ID=1のエッジスイッチングハブはMACアドレス(B−MACアドレスである;以下、同)が12.11.11.11.11.11である。装置ID=1はビットマップの1番のビット欄に対応するので、左上のエッジスイッチングハブ202のMACアドレスが12.11.11.11.11.11ということが分かる。同様に、下辺のエッジスイッチングハブ203のMACアドレスは22.22.22.22.22.22であり、右上のエッジスイッチングハブ204のMACアドレスは32.33.33.33.33.33である。
IGMPスヌーピング手段105は、公知のIGMPスヌーピング機能を搭載することで実現される。
ビット欄判定手段106は、MACアドレスでMACアドレス対装置ID対応表104を参照することにより、ビットマップ中のエッジスイッチングハブが割り当てられたビット欄を判定するようになっている。ビットマップにおいて装置ID=ビット欄の番号となっているので、装置IDが分かればビット欄は直ちに判定できる。
ビットマップ書込手段107は、IGMPスヌーピング手段105により配信希望があることが認識されたとき、ビットマップとIGMPクライアントを対応付けたメモリエリア(B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601)にアクセスし、ビットマップ中の対応するビット欄に中継の要を書き込み、配信希望が無いことが認識されたときは、ビットマップ中の対応するビット欄に中継の不要を書き込むようになっている。
カプセル化手段108は、外部ネットワークから受信したマルチキャストMACフレームをさらにMACフレームでカプセル化(MAC−in−MAC)した内部ネットワーク向けのカプセル化フレームを作成するものである。脱カプセル化手段110は、内部ネットワークから受信したカプセル化フレームを外部ネットワークに中継するマルチキャストMACフレームに復元するものである。
カプセル化の標準としては、例えば、非特許文献1に掲載されているieee802.1ahがあり、本実施形態ではこれに準拠するカプセル化を採用する。
ieee802.1ahにおいては、経路制御のVLANとVPNを識別するためのVLANとが異なる。経路制御VLANは、B−TAGに含まれるB−VIDであり、VPN識別VLANは、I−TAGに含まれるI−SIDである。
本発明においては、経路制御処理では、ビットマップがB−VIDを表すようにする。一方、VPN処理では、I−SIDを利用してB−DAを作成する。I−SIDは外部ネットワークから内部ネットワークに導入されるMACフレームのS−TAG内のS−VIDを利用して作成する。その目的は、ネットワーク構成(経路制御)に関する処理とVPNに関する処理とを分離して別々に行うと共に、VPN空間を広くしてより多くのサービスを内部ネットワーク201により提供するためである。また、I−SIDをB−DAに挿入することにより、スイッチングハブ101が認識しなければならないデータ量(ビット数)の節減を図る。
図2の内部ネットワーク201では、各エッジスイッチングハブ202,203,204がカプセル化手段108及び脱カプセル化手段110を備えることにより、内部ネットワーク201内はカプセル化フレームが伝送される。つまり、内部ネットワーク201はカプセル化フレーム伝送網(プロバイダバックボーン網とも言う)である。
図4に示されるように、MACフレームをMACフレームでカプセル化したカプセル化フレームは、ヘッダ部がB−DA、B−SA、B−TAG、I−TAGの4つの欄を有し、データ部はカプセル化されるほうのMACフレーム全体からなる。
B−DAは、宛先となるエッジスイッチングハブのカプセル化フレーム伝送網におけるMACアドレス、B−SAは、送信元となるエッジスイッチングハブのカプセル化フレーム伝送網におけるMACアドレスである。B−TAGは、カプセル化フレーム伝送網における経路制御タグである。I−TAGは、カプセル化フレーム伝送網におけるVPN(仮想プライベートネットワーク)を識別するタグである。
なお、ieee802.1ahには、2種類のVLAN ID、すなわち、B−VIDとI−SIDがある。B−VIDは、カプセル化フレーム伝送網における経路制御識別子(12ビット)に用いられる。I−SIDは、ユーザを識別するVPN(24ビット)を表現するのに用いられる。これらによって、経路制御とVPNとの区別が可能になる。
カプセル化フレーム伝送網内部では、B−VIDが転送制御に用いられ、I−SIDは転送制御に用いられない。しかし、B−DAにI−SIDを反映させることでカプセル化フレーム伝送網内部でユーザ識別(VPN)も考慮したフレーム転送制御ができる。また、B−DAにI−SIDを用いることで、従来は不可能な4094以上のVPNを表現することが可能になる。
B−DAは、6バイト(48ビット)からなり、先頭ビットは1のとき後続がマルチキャストアドレスであることを示す。マルチキャストにおける後続の24ビットは、受信マルチキャストMACフレームのI−SID(I−TAG内に格納されているVLAN IDと同じもの)であり、さらに後続の23ビットは受信マルチキャストMACフレームのC−DAの下位23ビット(又はIPマルチキャストアドレスの下位23ビット)である。
B−TAGのB−VIDには、ビットマップをそのまま転写した当該内部ネットワークのVLAN IDが格納される。このVLAN IDを十六進数で読んだ値が先述のVLAN番号B−VIDの数値部分に相当する。B−TAGは24ビットからなり、その中の12ビットをB−VIDが占める。これに対応し、ビットマップは最大12ビットまで拡大可能であり、内部ネットワーク201内に存在する12台までのエッジスイッチングハブを各ビット欄に割り当てて1番から12番までの装置IDを与えることができる。
MACフレームのC−DAは宛先MACアドレス、C−SAは送信元MACアドレス、ユーザデータは伝送対象のデータ、FCSはフレームチェックシーケンスである。その他にも図示省略された欄があるが公知であるので説明は省く。
ビットマップ送付手段109は、カプセル化フレームのヘッダ(B−DAなど)にアドレス情報を格納すると共に、相手のエッジスイッチングハブにおいて網外中継可否判定手段103が中継判定に利用するためのビットマップを上記カプセル化フレームのヘッダ(B−TAG)に格納することで該ビットマップを送付するものである。ビットマップ送付手段109における処理の詳細は、後述の動作説明の中で明らかにする。
エッジスイッチングハブは、B−SA対装置ID対応テーブル501とB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601を備える。
図5に示されるように、B−SA対装置ID対応テーブル501は、B−SAの欄(48ビット)と装置IDの欄(4ビット)をエッジスイッチングハブの台数分設けてなる。図示例では、B−SA=12.11.11.11.11.11と装置ID=1が対応付けられ、B−SA=88.88.88.88.88.88と装置ID=12が対応付けられている。装置IDの数値は、図2、図3のビットマップ格納部102及びMACアドレス対装置ID対応表104における装置IDと同じであり、12台のエッジスイッチングハブを12のビットに割り振ったときのビット欄の番号で表現する。
B−SA対装置ID対応テーブル501は、各エッジスイッチングハブで同じであり、管理者があらかじめ設定する。
図6に示されるように、B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601は、B−DAの下位23ビット(以下、α値と呼ぶ)を上位に置き、その下位にI−SID(以下、β値と呼ぶ)を置くことでビット列を連結した47ビットのデータ(以下、α+βと表記するが、加算ではない)からなるハッシュキーを生成し、そのハッシュキーで指定されるメモリ上のエリアに、ビットマップとラストレポータアドレスとを連結して格納したものである。ビットマップは、前述の説明で便宜的にビットマップ格納部102に格納するものとしたビットマップと同じ意味を持ち、1が中継要、0が中継不要を表す。ラストレポータアドレスとは、IGMPリポートメッセージを最後に送信したIGMPクライアントのアドレス(MACフレームのC−SA)のことである。
なお、以下では、あるエッジスイッチングハブのB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601のビットマップが相手のエッジスイッチングハブに送付されることで、そのビットマップが相手のエッジスイッチングハブにおいてビットマップ格納部102のビットマップの役割を果たすものとする。よって、網外中継可否判定手段103は、受信したビットマップを参照することになる。一方、ビット欄判定手段106、ビットマップ書込手段107は、自身のエッジスイッチングハブのB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601のビットマップを参照或いは更新するものである。
以下、これまで説明した図1のスイッチングハブ101が図2の内部ネットワーク201において行うエッジスイッチングハブとしての動作を説明する。
1)IGMPリポートメッセージがクライアントからサーバへ送信されるとき
IGMPリポートメッセージは、IGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージのうち、クライアントがサーバに配信希望を通知するメッセージである。なお、IGMPリポートメッセージを始め、IGMPに使用される各種メッセージの詳細は公知であり、他のマルチキャストストリーム転送制御プロトコル(例;IPv6のマルチキャストストリーム転送制御プロトコルであるMLD)においても応用は容易であるので、説明を省略する。
IGMPリポートメッセージは、IGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージのうち、クライアントがサーバに配信希望を通知するメッセージである。なお、IGMPリポートメッセージを始め、IGMPに使用される各種メッセージの詳細は公知であり、他のマルチキャストストリーム転送制御プロトコル(例;IPv6のマルチキャストストリーム転送制御プロトコルであるMLD)においても応用は容易であるので、説明を省略する。
いま、図7に示されるように、エッジスイッチングハブ203に接続されている外部ネットワーク上のIGMPクライアント701と、エッジスイッチングハブ204に接続されている別の外部ネットワーク上のIGMPクライアント702とがある。IGMPクライアント701がエッジスイッチングハブ202に接続されているさらに別の外部ネットワーク上のIGMPサーバ703に配信希望を通知するためにIGMPリポートメッセージを送信したとする。
このIGMPリポートメッセージを担持するユニキャストMACフレームF1の送信元MACアドレス、つまりIGMPクライアント701のMACアドレスは44.44.44.44.44.44である。エッジスイッチングハブ203においてカプセル化手段108によってカプセル化が行われるとき、カプセル化フレームF2のC−SA(フレームフォーマットは図4参照)は44.44.44.44.44.44となる。B−SAは、エッジスイッチングハブ203のMACアドレス22.22.22.22.22.22となる。
エッジスイッチングハブ203から送信されたカプセル化フレームF2がエッジスイッチングハブ202に受信されると、エッジスイッチングハブ202では脱カプセル化手段110によって脱カプセル化を行ってユニキャストMACフレームF1を取り出す。次いで、エッジスイッチングハブ202ではIGMPスヌーピング手段105により、ユニキャストMACフレームF1に対してIGMPスヌーピングが行われ、IGMPクライアント701が配信希望であることが認識される。
そこで、エッジスイッチングハブ202では、ユニキャストMACフレームF1から宛先IPアドレスの下位23ビットをα値として取得する。いま、IGMPサーバ703のIPアドレスの下位23ビットが0x700000だとすると、α値=0x700000となる。さらに、エッジスイッチングハブ202では、ユニキャストMACフレームF1からI−SIDをβ値として取得する。いま、I−SIDが0x10000だとすると、β値=0x10000となる。
図8に示されるように、エッジスイッチングハブ202では、α+βによりハッシュキーを生成し、このハッシュキーで図6のB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601を検索する。今回はIGMPスヌーピングの起動時とし、B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601は空とする。従って、検索結果はヒット無しとなり、B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601には、ハッシュキーα+β=0x70000010000で指定されるメモリ上のエリアに、ビットマップと後述するラストレポータアドレスとが連結して格納される。ビットマップには図5の装置IDに対応するビット欄に1が立てられる。
より具体的に説明すると、図9に示されるように、エッジスイッチングハブ202では、カプセル化フレームF2のB−SAである22.22.22.22.22.22で図5のB−SA対装置ID対応テーブル501を参照して、装置ID=2を取得する。
エッジスイッチングハブ202では、取得した装置ID=2からビットマップのビット欄番号=2を判定し、そのビット欄の内容を中継要=1とする。ビットマップは初期値は0,0,0から0,1,0に更新される。
同時に、エッジスイッチングハブ202は、カプセル化フレームF2のC−SA(MACフレームF1のC−SA;つまりIGMPクライアント701のMACアドレス)である44.44.44.44.44.44をラストレポータアドレスとしてB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601に記憶する。
図10に示されるように、エッジスイッチングハブ202は、ビットマップの内容が「全て0」の状態から「1が立った」の状態に変化したことを受けて、自装置に対応したビット欄の内容も中継要=1とする。
さらに、エッジスイッチングハブ202は、ハッシュキーα+β=0x70000010000によりB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601にビットマップとラストレポータアドレスを記憶する。
ここまでの動作により、エッジスイッチングハブ202においては、IGMPスヌーピングにより、IGMPクライアント701が配信希望であることを認識し、IGMPサーバ703のIPアドレスの下位23ビット=α値とMACフレームのS−TAG(図示せず)中のVLAN IDであるS−VIDに基づくI−SID=β値とからなるハッシュキーを用いて、図6のようにB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601に、エッジスイッチングハブ202の装置IDとラストレポータアドレスであるIGMPクライアント701のMACアドレスとを記憶したことになる。
一方、エッジスイッチングハブ203では、ビットマップは変更されない。
2)マルチキャストフレームがサーバからクライアントへ配信されるとき
IGMPサーバ703がマルチキャストMACフレームF3をエッジスイッチングハブ202に送信したとする。
IGMPサーバ703がマルチキャストMACフレームF3をエッジスイッチングハブ202に送信したとする。
図11、図12に示されるように、エッジスイッチングハブ202では、網外中継可否判定手段103が自装置内のビットマップを参照してどのエッジスイッチングハブへマルチキャストMACフレームを中継をするかを判定する。また、カプセル化手段108は、この外部ネットワークから受信したマルチキャストMACフレームをさらにMACフレームでカプセル化した内部ネットワーク向けのカプセル化フレームF4を作成し、ビットマップ送付手段109は、カプセル化フレームF4の宛先情報と相手に送付するビットマップを作成してカプセル化フレームF4のヘッダ(B−DA,B−TAG)に格納する。
具体的には、ビットマップ送付手段109は、カプセル化フレームF4のC−DA(マルチキャストMACフレームF3の宛先MACアドレス又はIPマルチキャストアドレス(IPv4))から下位23ビットを取得する。
また、ビットマップ送付手段109は、カプセル化フレームF4のI−SIDからI−SIDを取得する。I−SIDは、β値となる。
ビットマップ送付手段109は、α+βをハッシュキーとして、図6のB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601を検索する。ここで、α,βは、前述の0x700000,0x10000であるから、ハッシュキー0x70000010000によりビットマップ=011が取得される。
続いて、図12に示されるように、エッジスイッチングハブ202では、ビットマップ送付手段109がビットマップ=011を十六進数0x3に変換することにより、内部ネットワークのVLAN IDであるB−VID3を取得する。
ビットマップ送付手段109は、カプセル化フレームF4のヘッダのB−TAG中のB−VIDに、二進数“011”(0x3)を格納する。
ビットマップ送付手段109は、カプセル化フレームF4のヘッダのB−DAをマルチアドレスで作成する。すなわち、先頭ビットを1とし、後続の24ビットは、受信マルチキャストMACフレームのI−SID(I−TAG内に格納されているVLAN IDと同じもの)とし、さらに後続の23ビットは受信マルチキャストMACフレームのDAの下位23ビット(又はIPマルチキャストアドレスの下位23ビット)とすることで、全48ビットを作成してB−DAに格納する。
ここまでの動作により、エッジスイッチングハブ202においては、ビットマップ送付手段109がカプセル化フレームF4の宛先情報を作成したことにより、カプセル化フレームF4は内部ネットワーク201にマルチキャストで中継される。しかし、このとき、カプセル化フレームF4に格納されたB−VID(ビットマップ)に基づく経路制御によってカプセル化フレームF4が外部ネットワークへ中継される経路が限定される。
この結果、マルチキャストMACフレームF3をカプセル化したカプセル化フレームF4は、中継要であるエッジスイッチングハブ203のみおいて外部ネットワークに中継され、中継不要であるエッジスイッチングハブ204からは外部ネットワークに中継されないことになり、結果的に、カプセル化フレームF4の内部ネットワーク201内における中継経路が必要なものだけに限定されたのと等価になる。その結果、不要なマルチキャストストリームのフラッディングを止めることができる。
なお、内部ネットワーク201は、図18に示したネットワークAのように内部に複数のスイッチングハブを有するものであり、これらのスイッチングハブ相互の接続構造はスター状に限らずリング状のところもある。リング状のネットワークでは、マルチキャストフレームはリングを構成する全てのスイッチングハブに中継され、B−VIDに基づく経路制御が無効である。よって、内部ネットワーク201内では、不要なマルチキャストフレームが流れることになる。
しかし、内部ネットワーク201から外部ネットワークへ抜ける経路には必ず本発明のエッジスイッチングハブが存在しており、外部から見た内部ネットワーク201は図2のようにスター状の接続構造であるため、B−VIDに基づく経路制御が有効となる。その結果、マルチキャストフレームを流す必要のある外部ネットワークのみにマルチキャストフレームが中継され、マルチキャストフレームを流す必要のない外部ネットワークにはマルチキャストフレームが中継されない。
3)IGMPリーブメッセージがクライアントからサーバへ送信されるとき
IGMPリーブメッセージは、IGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージのうち、クライアントがサーバに配信不希望を通知するために送信するフレームである。
IGMPリーブメッセージは、IGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージのうち、クライアントがサーバに配信不希望を通知するために送信するフレームである。
図13に示されるように、IGMPクライアント701がIGMPサーバ703に配信不希望を通知するためにIGMPリーブメッセージを送信したとする。このIGMPリーブメッセージを担持するユニキャストMACフレームF5の送信元MACアドレス、つまりIGMPクライアント701のMACアドレスは44.44.44.44.44.44である。
エッジスイッチングハブ202ではカプセル化手段108がカプセル化を行う。カプセル化フレームF6のC−SAは44.44.44.44.44.44となる。B−SAは、エッジスイッチングハブ203のMACアドレス22.22.22.22.22.22となる。
エッジスイッチングハブ203から送信されたカプセル化フレームF6がエッジスイッチングハブ202に受信されると、エッジスイッチングハブ202では脱カプセル化手段110が脱カプセル化を行ってユニキャストMACフレームF5を取り出す。次いで、エッジスイッチングハブ202ではIGMPスヌーピング手段105がIGMPスヌーピングを行うことにより、IGMPクライアント701が配信不希望であることが認識される。
IGMPリポートメッセージのときと同様に、エッジスイッチングハブ202では、B−DAの下位23ビット0x700000をα値として取得すると共に、I−SID0x10000をβ値として取得する。
図14に示されるように、エッジスイッチングハブ202では、α+βによりハッシュキー0x70000010000を生成し、このハッシュキーで図6のB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601を検索する。これにより、ラストレポータアドレス44.44.44.44.44.44が読み出される。
エッジスイッチングハブ202では、カプセル化フレームF6に格納されたC−SAと、B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601から読み出したラストレポータアドレスとが等しいので、ビットマップをそのまま転写したVLAN IDが011(VLAN番号B−VID3)のVLANにおいて、このMACアドレス44.44.44.44.44.44を持つIGMPクライアント701が配信を希望していた最後のIGMPクライアントであるかどうかを確認する動作に入る。
図15に示されるように、エッジスイッチングハブ202は、グループ・スペシフィック・クエリ送信の応答を待つ。すなわち、エッジスイッチングハブ202が中継したIGMPリーブメッセージを受け取ったIGMPサーバ703がグループ・スペシフィック・クエリをMACフレームF7を送信し、不特定のIGMPクライアントからの応答を待つ。このとき、エッジスイッチングハブ202もその応答を待つ。
どの応答IGMPクライアントからも応答がなければIGMPクライアント701が配信を希望していた最後のIGMPクライアントであるという確認ができる。もし、応答があった場合は、エッジスイッチングハブ202は、その応答をしたIGMPクライアントを対象に前記1)の動作を行うことになる。
図16に示されるように、グループ・スペシフィック・クエリに対しての返信がなかった場合、エッジスイッチングハブ202は、VLAN IDが011のVLANにおいて配信を希望するIGMPクライアントが存在せず、エッジスイッチングハブ203から外部ネットワークへの中継が不要になったと判断し、ビットマップの2番のビット欄を0にすると共に、B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601の0x70000010000の登録内容を削除する。
ここまでの動作により、エッジスイッチングハブ202においては、IGMPクライアント701が配信不希望に転じたことに伴うビットマップを含むB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601の更新を行ったことになる。
図17に示されるように、スイッチングハブ204に接続されているMACアドレス66.66.66.66.66.66のIGMPクライアント702がIGMPリポートメッセージを送信してきた場合、エッジスイッチングハブ202は、α+βによりハッシュキーを生成し、このハッシュキーを用いて図6のB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601を更新する。すなわち、ハッシュキーで指定される欄におけるビットマップが101、ラストレポータアドレスが66.66.66.66.66.66となる。これにより、IGMPサーバ703からのマルチキャストMACフレームはすでに説明したのと同様の手順でエッジスイッチングハブ204のみから外部ネットワークに中継されるようになる。
以上、図7〜17で説明した動作を踏まえて、図18のネットワーク形態における動作を説明する。ここでは、ネットワークAに接続する全てのエッジスイッチングハブEH(ハッチングで示す)が本発明に係るスイッチングハブ101である。
いま、図20の場合と同様に、クライアント#1,#2,#3のうち、クライアント#2のみがデータの配信を希望しており、クライアント#1,#3は希望していないとする。これらのクライアントがマルチキャストストリームの転送制御プロトコルに従い、配信希望・不希望のメッセージをサーバSに通知する。サーバSを接続しているエッジスイッチングハブEHは、IGMPスヌーピングを行ってこれらの配信希望・不希望を認識し、各エッジスイッチングハブEHへのマルチキャストストリームの転送要・不要を判断する。これに基づきエッジスイッチングハブEHは、ビットマップを含むB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601を作成(登録と削除)する。
最終的に、ネットワークAに接続する各エッジスイッチングハブEHのうちサーバSに接続しているエッジスイッチングハブEHは、ネットワークBから受信したマルチキャストストリームをネットワークDのみに流すような内容のビットマップをB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601に持つことになる。
従って、サーバSがマルチキャストストリームを送信すると、ネットワークBに接続しているエッジスイッチングハブEHからネットワークA内に中継された該マルチキャストストリームのカプセル化フレームはネットワークDに接続しているエッジスイッチングハブEHのみで外部への転送が行われる。
詳しく説明すると、サーバSが送信したマルチキャストストリームをネットワークBに接続しているエッジスイッチングハブEHが受信する。該エッジスイッチングハブEHでは、自身がB−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル601に保持するビットマップに基づいてB−VIDを作成し、このB−VIDをヘッダに格納したカプセル化フレームを内部ネットワーク201に送信する。ネットワークC,D,Eに接続している各エッジスイッチングハブEHでは、このカプセル化フレームが到着すると、ヘッダのB−VIDを参照し、そのB−VIDをビットマップの形式に変換して受信ビットマップとする。この受信ビットマップは、図3で説明したビットマップ格納部102のビットマップを利用するのと同等の利用が可能である。
各エッジスイッチングハブEHでは、受信ビットマップ中に自身の装置IDに相当するビットが立っているかどうかを調べる。受信ビットマップ中に自身の装置IDに相当するビットが立っていれば、自身が中継要ということであるから、当該エッジスイッチングハブEHは、カプセル化フレームの脱カプセル化を行い、自身が接続している外部ネットワークにMACフレームを送信する。逆に、ビットが立っていれば、自身が中継不要ということであるから、当該エッジスイッチングハブEHは、カプセル化フレームを破棄する。
このように、ネットワークA内において、希望のクライアントが存在する経路のみにマルチキャストストリームを導き、マルチキャストストリームのフラッディングを止めることができる。
ネットワークA内の全てのスイッチングハブHが本発明に係るスイッチングハブ101である必要はなく、また、ネットワークA内の全てのスイッチングハブHがIGMPスヌーピングを行うことができなくてもよい。ネットワークAと他のネットワークを接続する全エッジスイッチングハブEHだけが本発明に係るスイッチングハブ101であればよいので、ネットワークが安価に構成できる。
101 スイッチングハブ
103 網外中継可否判定手段
104 MACアドレス対装置ID対応表
105 IGMPスヌーピング手段
106 ビット欄判定手段
107 ビットマップ書込手段
108 カプセル化手段
109 ビットマップ送付手段
110 脱カプセル化手段
501 B−SA対装置ID対応テーブル
601 B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル
103 網外中継可否判定手段
104 MACアドレス対装置ID対応表
105 IGMPスヌーピング手段
106 ビット欄判定手段
107 ビットマップ書込手段
108 カプセル化手段
109 ビットマップ送付手段
110 脱カプセル化手段
501 B−SA対装置ID対応テーブル
601 B−DA毎VLAN・ラストレポータアドレステーブル
Claims (3)
- 内部ネットワークと外部ネットワークとを接続するエッジスイッチングハブとなるスイッチングハブであって、内部ネットワークに接続する全てのエッジスイッチングハブがそれぞれ個別のビット欄に割り当てられ、中継の要/不要が二値で表されたビットマップがマルチキャストMACフレームに付加されており、外部ネットワークから内部ネットワーク内に中継されたマルチキャストMACフレームを受信したとき上記ビットマップを参照して上記マルチキャストMACフレームを外部ネットワークに中継するかどうかを判定する網外中継可否判定手段を備えたことを特徴とするスイッチングハブ。
- 上記ビットマップのビット欄の番号で表した装置IDと当該ビット欄に割り当てられたエッジスイッチングハブのMACアドレスとを対応付けたMACアドレス対装置ID対応表と、外部ネットワークに中継するMACフレームがIGMPクライアントからIGMPサーバに宛てたIGMPメッセージであるとき、IGMPクライアントにおける配信希望の有無を認識するIGMPスヌーピング手段と、上記MACフレームの送信元アドレスで上記MACアドレス対装置ID対応表を参照することにより、上記ビットマップ中の当該IGMPクライアントを接続しているエッジスイッチングハブが割り当てられたビット欄を判定するビット欄判定手段と、上記ビットマップと上記IGMPクライアントを対応付けたメモリエリアにアクセスし、配信希望があるときに該ビット欄に中継の要を書き込み、配信希望が無いときに該ビット欄に中継の不要を書き込むビットマップ書込手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載のスイッチングハブ。
- 外部ネットワークから受信したマルチキャストMACフレームをさらにMACフレームでカプセル化した内部ネットワーク向けのカプセル化フレームを作成するカプセル化手段と、上記ビットマップを上記カプセル化フレームのヘッダに格納するビットマップ送付手段と、内部ネットワークから受信したカプセル化フレームを外部ネットワークに中継するマルチキャストMACフレームに復元する脱カプセル化手段とを備えたことを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチングハブ。
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-
2007
- 2007-01-31 JP JP2007021735A patent/JP2008187664A/ja active Pending
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