JP2008252192A - フレーム中継装置および通信ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】Ｌ２スイッチ及びＬ３スイッチを含む複数系統の通信路を備えるネットワーク構成において、一の通信路で障害が発生し、ダウンした場合に、各Ｌ３スイッチが備える通信経路情報を更新して別系統の通信路での通信に切り替えさせることを可能にする。
【解決手段】ターゲットとなるホストのＭＡＣアドレスを解決するためのＡＲＰリクエストフレームを定期的に送信し、当該ホストからのＡＲＰリプライフレームを受信した場合に、該ＡＲＰリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスに変換して、該ＡＲＰリプライフレームを受信したインタフェース以外のインタフェースに送信するように、Ｌ２スイッチを構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、レイヤ２スイッチ及びレイヤ３スイッチを含む複数系統の通信路を備える通信ネットワークシステムにおいて、一の通信路で障害が発生した場合に、レイヤ３スイッチが備えるＡＲＰテーブルに格納されている通信経路情報を更新させるための機能を備えるレイヤ２スイッチに関わる。

レイヤ２スイッチ（以下、Ｌ２スイッチ）及びレイヤ３スイッチ（以下、Ｌ３スイッチ）を含む複数系統の通信路を備える通信ネットワークの構成例を図１３に示す。
ＩＰホスト（１０１）にはインタフェースが２個あり、一方が現用系（ＩＰホスト（１０１）とＬ２スイッチ＃２（１０２−２）を結ぶ通信経路）として通信に使用され、残る一方が待機系（ＩＰホスト（１０１）とＬ２スイッチ＃１（１０２−１）を結ぶ通信経路）として通信に使用されないバックアップ用のインタフェースとなっている。このときのＬ３スイッチ＃１（１０３−１）のＭＡＣアドレス学習テーブルおよびＡＲＰテーブルを図１４に示す。

ＩＰホスト（１０１）の現用系インタフェースの接続が切断された場合は、待機系（ＩＰホスト（１０１）とＬ２スイッチ＃１（１０２−１）を結ぶ通信経路）だった通信経路が通信に使用される。この状態を図１５に示す。現用系インタフェースの接続が切断された直後のＬ３スイッチ＃１（１０３−１）のＭＡＣアドレス学習テーブルおよびＡＲＰテーブルは図１４のままである。

Ｌ３スイッチ＃１（１０３−１）がＩＰホスト（１０１）と通信できる状態になるためには、Ｌ３スイッチ＃１（１０３−１）が備えるＭＡＣアドレス学習テーブルおよびＡＲＰテーブルは、図１６の状態に更新される必要がある。
図１６の状態に各テーブルを更新するために、ＩＰホスト（１０１）がなんらかの仕組みにより自発的にＡＲＰフレームを送信することが考えられるが、ＩＰホスト（１０１）がなんらかの仕組みにより自発的にＡＲＰフレームを送信することを想定した場合には次の問題が生じる。
・ＩＰホスト（１０１）自身の負荷になる。
・ＩＰホスト（１０１）が複数台になった場合に管理者の業務負担が大きくなる。
・ＩＰホスト（１０１）が適切なタイミングでＡＲＰフレームを送信することを保障できない。
・Ｌ２スイッチ（１０２−１、１０２−２）の状態を把握できないため、例えばＬ２スイッチ（１０２−１，１０２−２）がフレームを中継できない状態でＩＰホスト（１０１）がＡＲＰフレームを送信してもＬ３スイッチ＃１（１０３−１）まで到達することができず、テーブルを更新できない。

よって、ＩＰホストが自発的にＡＲＰフレームを送信することにより各テーブルを更新するという解決法は現実的ではない。
図１６の状態に各テーブルを更新するための他の方法として、特許文献１の技術を利用することが考えられる。

特許文献１に開示された技術は、各スイッチングハブ（Ｌ２スイッチ）にアドレス解決テーブルを備え、それぞれのスイッチングハブは、定期的に応答要求をブロードキャストし、この応答に基づいてアドレス解決テーブルを更新するものである。このようにすると、応答要求に対して応答がないことで障害の発生を検知することができ、また障害の発生
に対応してテーブルを更新することが可能である。しかしながら、特許文献１の技術は、各スイッチングハブにアドレス解決テーブルを備える必要があるため、システムの実現にコストがかかるという問題がある。
特開２００４−８８３９２号公報

そこで、本発明の課題は、Ｌ２スイッチ及びＬ３スイッチを含む複数系統の通信路を備えるネットワーク構成において、一の通信路で障害が発生し、ダウンした場合に、各Ｌ３スイッチが備える通信経路情報を更新して別系統の通信路での通信に切り替えさせることが可能で、更に低コストで実現が可能な、Ｌ２スイッチを提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明のＬ２スイッチを、ターゲットとなるホストのＭＡＣアドレスを解決するためのＡＲＰリクエストフレームを定期的に送信し、当該ホストからのＡＲＰリプライフレームを受信した場合に、該ＡＲＰリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスに変換して、該ＡＲＰリプライフレームを受信したインタフェース以外のインタフェースに送信するように構成した。このように構成することで、Ｌ２スイッチからブロードキャストされたＡＲＰフレームを受信したＬ３スイッチは、自らが備える通信経路情報を最新の情報に更新することが可能で、障害の発生に対応して通信経路を切り替えることが可能となる。

本発明によれば、Ｌ２スイッチ及びＬ３スイッチを含む複数系統の通信路を備える通信ネットワークシステムにおいて、一の通信路で障害が発生し、ダウンした場合に、ＩＰホストがＡＲＰフレームを自発的に送信することなしに、Ｌ３スイッチが備えるテーブルに格納されている通信経路情報を更新することが可能で、これにより別系統の通信路にスムーズに切り替えることが可能である。また、本発明の実現方法はＬ２スイッチに新たなハードウェア等を備える必要がなく、低コストで実現することが可能である。

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。
図１に本発明の概要を示す。
図１に示す、Ｌ２スイッチ及びＬ３スイッチを含む２系統の通信路を備える通信ネットワークを例に説明をする。

図１に示すように、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）は、定期的または特定のタイミングにおいてＩＰホスト（１）のＭＡＣアドレスを解決するためのＡＲＰリクエストフレームを送信し（ア）、ＩＰホストからのＡＲＰリプライフレームを受信した（イ）場合に、ＡＰＲリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスに変換し（ウ）、受信したインタフェース以外のインタフェースへ送信する（エ）。Ｌ２スイッチ＃２（２−２）においても同様の動作を行う。特定のタイミングとは、Ｌ２スイッチの状態変化を検知した場合、ないし、受信するフレームによるネットワーク状況の変化を検知した場合である。

すなわち、本発明は、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）、Ｌ２スイッチ＃２（２−２）が特定のＩＰホスト（１）に対してＡＲＰフレームを要求し、リプライフレームを中継することにより、Ｌ３スイッチ＃１（３−１）、Ｌ３スイッチ＃２（３−１）のＭＡＣアドレステーブル、ＡＲＰテーブルを更新可能としたものである。これにより、ＩＰホスト（１）が自発的にＡＲＰフレームを送信する必要はなくなる。また、Ｌ２スイッチは新たなハー
ドウェア等を搭載する必要もなく実現できるため経済的である。

尚、本発明はネットワークの構成を図１に示した構成に限定するものではない。また、インタフェースは物理インタフェースあるいは論理インタフェース（ＶＬＡＮ等）を限定するものではない。また、ＩＰホストの各インタフェースに異なるＭＡＣアドレスがある場合も同じＭＡＣアドレスを保有できる場合も同様に解決をするものである。

図１の構成を実現するための本発明のフレーム中継スイッチ（Ｌ２スイッチ）の構成について、図２から図４を参照して更に詳しく説明する。
図２に、Ｌ２スイッチのハードウェア構成を示す。

Ｌ２スイッチは、メモリなどの記憶領域である記憶部２２と、データ処理や制御などを行う処理部２３と、フレームの中継処理を行うフレーム中継処理部２１と、フレームの送受信を行うインタフェース２４−１、２４−２とを含む。

更に、図３にフレーム中継処理部２１の機能ブロック図を示す。
フレーム中継処理部２１は、ＡＲＰリクエストフレームをＩＰホスト（１）に送信するタイミングを計測するタイマ３５と、ＡＲＰリクエストフレームをＩＰホスト（１）に送信するＡＲＰリクエスト送信部３１と、ＩＰホスト（１）からＡＲＰリプライフレームを受信するＡＲＰリプライ受信部３２と、受信したＡＲＰリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスに変換する宛先ＭＡＣアドレス変換部３３と、変換したＡＲＰフレームを、ＡＲＰリプライフレームを受信したインタフェース以外の全てのインタフェースに送信するＡＲＰフレーム送信部３４と、から成る。

図２、図３の構成により、Ｌ２スイッチは図４に示すような処理を行う。
まず、Ｓ４１でイベントが発生するかまたはある一定時間が経過すると、Ｓ４２に進み、フレーム中継処理部２１のＡＲＰリクエスト送信部３１から、ＡＲＰリクエストフレームが送信される。その後Ｓ４３で、ＩＰホストからのＡＲＰリプライフレームが受信されると、Ｓ４４に進み、宛先ＭＡＣアドレス変換部３３が受信したＡＲＰリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストに変換し、Ｓ４５で、変換されたＡＲＰフレームがＡＲＰフレーム送信部３４から送信される。この一連の処理をタイマ３５の計測する時間に基づいて一定間隔、または特定のタイミングで繰り返す。

図２から図４のようなＬ２スイッチの構成により、図１のような通信システムが実現できる。
以下、本発明の具体的な実施例を図５から図１２を参照して説明する。

図５に示すように本実施例は、Ｌ２スイッチ及びＬ３スイッチを含む２系統の通信路を備える通信ネットワークの構成をとる。ＩＰホスト（１）のＩＰアドレスは、10.0.1.1であり、ＭＡＣアドレスは00:00:0e:00:00:11および00:00:0e:00:00:12である。Ｌ２スイッチ＃１のＩＰアドレスは、10.0.1.2であり、ＭＡＣアドレスは00:00:0e:00:00:02である。

図５に示した通信ネットワークシステムで、ＲＦＣ８２６に規定されたＡＲＰフレームをやりとりする。イーサネット（登録商標）におけるＡＲＰフレームは、図６に示すフレームフォーマットのように規定されている。

ＡＲＰフレームは、次のように構成される。
（ａ）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ：宛先ＭＡＣアドレス
（ｂ）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｏｕｒｃｅ：送信元ＭＡＣアドレス（ｃ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｔｙｐｅ：プロトコルタイプ
（ｄ）Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｓｐａｃｅ：Ｅｔｈｅｒｎｅｔなどの物理層のタイプを指定
（ｅ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｓｐａｃｅ：プロトコルのタイプを指定
（ｆ）Ｂｙｔｅ Ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｅａｃｈ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓ：ＭＡＣアドレスのバイト長
（ｇ）Ｂｙｔｅ Ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｅａｃｈ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ：ＩＰアドレスのバイト長
（ｈ）Ｏｐｃｏｄｅ：ＡＲＰリクエストまたはＡＲＰリプライのいずれかを指定
（ｉ）Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓｓ ｏｆ Ｓｅｎｄｅｒ：フレームの送信元ＭＡＣアドレス
（ｊ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｅｎｄｅｒ：フレーム送信元ＩＰアドレス
（ｋ）Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｔａｒｇｅｔ： ターゲットＭＡＣアドレス
（ｌ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｔａｒｇｅｔ：ターゲットＩＰアドレス

図７にＩＰホスト（１）がＬ２スイッチ＃２（２−２）接続を現用経路として使用している場合のＬ３スイッチ＃１（３−１）のテーブルの状態を示す。ＭＡＣアドレス学習テーブルのＭＡＣアドレスは、00:00:0e:00:00:12、インタフェースはＬ３＃１−２、ＡＲＰテーブルのＩＰアドレスは、10.0.1.1、ＭＡＣアドレスは、00:00:0e:00:00:12、インタフェースはＬ３＃１−２である。

以下、ＩＰホスト（１）がＬ２スイッチ＃２（２−２）接続を現用経路として使用している場合から、図８に示すように、ＩＰホスト（１）がＬ２スイッチ＃１（２−１）接続を現用経路に変更する際のＬ２スイッチ＃１（２−１）の動作を具体的に説明する、
Ｌ２スイッチ＃１（２−１）は、ＩＰホスト（１）のＩＰアドレスである10.0.1.1を保持しており、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）は定期的にＡＲＰリクエストフレームを送信する。図９にＬ２スイッチ＃１（２−１）が定期的に送信するＡＲＰリクエストフレームを図示する。（ｈ）Ｏｐｅｃｏｄｅにリクエストを示す値が入っている。また、宛先のＩＰアドレスである（ｌ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ ＴａｒｇｅｔをＩＰホストのＩＰアドレスである、10.0.1.1として送信する。送信するインタフェースは、インタフェースＬ２＃１−１およびインタフェースＬ２＃１−２である。但し、インタフェースＬ２＃１−２に限定してもよい。

図９のＡＲＰリクエストフレームは標準に準拠したフレームであり、このＡＲＰリクエストフレームを受信したＩＰホスト（１）は標準に準拠したＡＲＰリプライフレームで応答する。ＩＰホスト（１）が送信するＡＲＰリプライフレームを図１０に示す。ＡＲＰリプライフレームの（ｈ）Ｏｐｅｃｏｄｅにはリプライを示す値が入っている。また、送信元のＩＰアドレスである（ｊ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｅｎｄｅｒと送信元のＭＡＣアドレスである（ｉ）Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｅｎｄｅｒ、はそれぞれ10.0.1.1、00:00:0e:00:00:11で、ＩＰホストのアドレスが入っている。

図１０のＡＲＰリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスである（ａ）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎは、00:00:0e:00:00:02であるため、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）がインタフェースＬ２＃１−２で図１０のＡＲＰリプライフレームを受信する。尚、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）は、インタフェースＬ２＃１−２以外で受信したＡＲＰリプライフレームは破棄する。

そして、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）は、受信したＡＲＰリプライフレームの宛先ＭＡＣアドレスである（ａ）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ を00:00:0e:00:00:02からFF:FF:FF:FF:FF:FF（ブロードキャストアドレス）に変換し、送信元のＩＰアドレスである（ｊ）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｅｎｄｅｒ と 送信元のＭＡＣアドレスである（ｉ）Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓ
ｏｆ Ｓｅｎｄｅｒ とをそのままの状態、すなわちＩＰホストのＩＰアドレスとＭＡＣアドレスのままにして、インタフェースＬ２＃１−１に送信する。

図１１のＡＲＰフレームをインタフェースＬ３＃１−１から受信したＬ３スイッチ＃１（３−１）は、受信したインタフェース（の番号）と、受信したフレーム中の送信元ＭＡＣアドレスである（ｉ）Ｈａｒｄｗａｒｅ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ ＳｅｎｄｅｒとからＭＡＣアドレス学習テーブルとＡＲＰテーブルを更新する。

上述の処理により、図７に示したＭＡＣアドレス学習テーブルとＡＲＰテーブルは、図１２に示したように更新される。すなわち、ＩＰホスト（１）がＬ２スイッチ＃１（２−１）接続を現用経路として使用している場合のＬ３スイッチ＃１（３−１）のテーブルの状態として、ＭＡＣアドレス学習テーブルのＭＡＣアドレスが、00:00:0e:00:00:11、インタフェースはＬ３＃１−１、ＡＲＰテーブルのＩＰアドレスは、10.0.1.1、ＭＡＣアドレスは、00:00:0e:00:00:11、インタフェースはＬ３＃１−１となる。

以上のように、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）は定期的にＡＲＰリクエストフレームを送信し、特定のルールに従ってＡＲＰリプライフレームを加工した上で、ＡＲＰリプライフレームを受信したインタフェース以外のインタフェースに送信することにより、Ｌ３スイッチ＃１（３−１）、Ｌ３スイッチ＃２（３−２）のＭＡＣアドレス学習テーブルおよびＡＲＰテーブルのインタフェース番号を更新することが可能である。

このように本発明によれば、各Ｌ２スイッチの意図したタイミングでＩＰホストのＡＲＰリプライフレームの送信を誘発し、周辺ネットワーク機器のＭＡＣアドレス学習テーブルおよびＡＲＰテーブルを更新することが可能である。

尚、上述の説明では２系統の通信路を備える通信ネットワークシステムを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、ネットワークの冗長化を図ったいずれのネットワークの構成でよく、適切なタイミングでネットワーク機器のＭＡＣアドレス学習テーブルおよびＡＲＰテーブルのエントリを更新し、正常な通信状態を確保することが可能である。また、上述の説明では、Ｌ２スイッチ＃１（２−１）の動作について詳細に説明したが、他のＬ２スイッチも同様な動作をすることでいずれの通信経路にスムーズに切り替えを行うことが可能である。また、実施例では図２に示したように、フレーム中継処理部２１と処理部２３がそれぞれ独立であるＬ２スイッチのハードウェア構成を示したが、これに限定されることなく、処理部２３の中にフレーム中継処理部２１が含まれるように構成しても構わない。

以上により、発明によれば、Ｌ２スイッチ及びＬ３スイッチを含む複数系統の通信路を備える通信ネットワークシステムにおいて、一の通信路で障害が発生し、ダウンした場合に、ＩＰホストがＡＲＰフレームを自発的に送信することなしに、Ｌ３スイッチが備えるテーブルに格納されている通信経路情報を更新することが可能で、これにより別系統の通信路にスムーズに切り替えることが可能である。また、本発明の実現方法はＬ２スイッチに新たなハードウェア等を備える必要がなく、低コストで実現することが可能である。

本発明の概要を示す図である。 本発明のフレーム中継装置（Ｌ２スイッチ）のハードウェア構成を示す図である。 フレーム中継処理部の機能ブロック図を示す図である。 Ｌ２スイッチの処理フローを示す図である。 本発明の実施例のネットワーク構成を示す図である。 ＡＲＰフレームフォーマットを示す図である。 ＩＰホストがＬ２スイッチ＃２接続を現用経路として使用している場合のＬ３スイッチ＃１のテーブルの状態を示す図である。 インタフェース接続が切断された場合の状態を示す図である。 Ｌ２スイッチ＃１が定期的に送信するＡＲＰフレームを示す図である。 Ｌ２スイッチ＃１が受信するＡＲＰフレームを示す図である。 Ｌ２スイッチ＃１が変換処理の後、送信するＡＲＰフレームを示す図である。 ＩＰホストがＬ２スイッチ＃１接続を現用経路にした後、Ｌ２スイッチ＃１が変換したＡＲＰフレームを送信した直後のＬ３スイッチ＃１のテーブルの状態を示す図である。 複数系統の通信路を備える通信ネットワークの構成例を示す図である。 現用系通信路で通信が行われている時のＬ３スイッチ＃１の各テーブルの状態を示す図である。 インタフェースの接続が切断された場合の状態を示す図である。 待機系通信路に切り替わったときのＬ３スイッチ＃１の各テーブルの状態を示す図である。

符号の説明

１ ＩＰホスト
２−１、２−２ Ｌ２スイッチ
３−１、３−２ Ｌ３スイッチ
２１ フレーム中継処理部
２２ 記憶部
２３ 処理部
２４ インタフェース
３１ ＡＲＰリクエスト送信部
３２ ＡＲＰリプライ受信部
３３ 宛先ＭＡＣアドレス変換部
３４ ＡＲＰフレーム送信部
３５ タイマ
１０１ ＩＰホスト
１０２−１、１０２−２ Ｌ２スイッチ
１０３−１、１０３−２ Ｌ３スイッチ

Claims (2)

1. 複数系統の通信路を備える通信ネットワークシステムにおけるフレーム中継装置であって、
   ホストに向けて定期的または特定のタイミングにおいてＡＲＰリクエストフレームを送信するＡＲＰリクエスト送信手段と、
   前記ホストからのＡＲＰリプライフレームを受信するＡＲＰリプライフレーム受信手段と、
   前記受信したＡＲＰリプライフレームにおける宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスに変換する宛先ＭＡＣアドレス変換手段と、
   前記宛先ＭＡＣアドレス変換手段の処理により得られたＡＲＰフレームを送信するＡＲＰフレーム送信手段と、
   を備えることを特徴とするフレーム中継装置。
2. 複数系統の通信路を備える通信ネットワークシステムであって、
   該通信ネットワークシステムは、
   ホストに向けて定期的または特定のタイミングにおいてＡＲＰリクエストフレームを送信するＡＲＰリクエスト送信手段と、
   前記ホストからのＡＲＰリプライフレームを受信するＡＲＰリプライフレーム受信手段と、
   前記受信したＡＲＰリプライフレームにおける宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスに変換する宛先ＭＡＣアドレス変換手段と、
   前記宛先ＭＡＣアドレス変換手段の処理により得られたＡＲＰフレームを送信するＡＲＰフレーム送信手段と、
   を備えるレイヤ２スイッチと、
   通信経路情報を格納する通信経路情報テーブルと、
   前記フレーム中継装置が送信するＡＲＰフレームを受信するＡＲＰフレーム受信手段と、
   前記受信したＡＲＰフレームに基づいて、前記通信経路情報テーブルを更新する通信経路情報更新手段と、
   を備えるレイヤ３スイッチと、
   を含んで構成される通信ネットワークシステム。