JP2009177281A - ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上する。
【解決手段】複数のローカルネットワーク（ＰＢＮ）１及び２が中継ネットワーク（ＰＢＢＮ）３により接続されており、各ＰＢＮとの境界にエッジスイッチ４、５が設けられている。ＰＢＮ１内の送信元ノードからＰＢＮ２に所属する宛先アドレスへのイーサネットのフローは、対応するルート６、７を通って入側のエッジスイッチ４に転送される。エッジスイッチ４は、宛先アドレスが所属するＰＢＮ２に接続された出側のエッジスイッチ５へのルートとして、ディスジョイントな２通りのルート８、９を設定し、ＰＢＮ１から受信したイーサネットフレームを該２通りのルート８、９に振り分けてエッジスイッチ５に転送させる。一方のルート（例えば、９）に故障が発生したときは、正常なルート８に全てのトラヒックを転送することにより、通信不能となることを防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のローカルネットワークを中継ネットワークを介して接続するネットワークシステムに関する。

近年、離れた場所にあるローカルネットワーク間を中継ネットワーク（コアネットワーク）を介して接続するようにした広域イーサネット（登録商標）サービスが知られている。
このようなネットワークにおいて、宛先アドレスＤＡ（Destination Address）／送信元アドレスＳＡ（Source Address）間にＶＬＡＮ（Virtual LAN：仮想ＬＡＮ）タグによるコネクションを設定し、イーサネットフレームの転送は、このＶＬＡＮタグによるラベルスイッチで転送することが知られている（特許文献１、２、非特許文献１、２）。
特開平７−２１２４０２号公報 特開２００２−２４７０８３号公報 鈴木宗良、「次世代広域イーサネット標準IEEE802.1ahの概要」、ＮＴＴ技術ジャーナル、Vol.18、No.1、P.54-55、2006.1 波戸邦夫、丸吉政博、鈴木宗良、「IEEE802.1ahプロバイダ基幹ブリッジの概要」、ＮＴＴ技術ジャーナル、Vol.18、No.4、P.12-16、2006.4

図７は広域イーサネットシステムの構成の一例を示す図である。
この図において、４１及び４２はローカルネットワーク（ＰＢＮ：Provider Backbone Network、プロバイダネットワーク）、４３は複数のＰＢＮ間を接続する中継ネットワーク（ＰＢＢＮ：Provider Backbone Bridge Network、バックボーンネットワーク）である。ＰＢＢＮ４３には、各ＰＢＮ（４１、４２など）と接続し、ＰＢＮとＰＢＢＮ間のイーサネットフレームの転送を行う複数のエッジスイッチと、イーサネットフレームを中継する複数のコアスイッチ（中継スイッチ）が設けられている。図示する例では、前記ＰＢＮ４１との境界にエッジスイッチ４４、ＰＢＮ４２との境界にエッジスイッチ４５が設けられている。
ＰＢＮ４１、４２及びＰＢＢＮ４３内では、それぞれ、ＶＬＡＮタグによるコネクションを設定し、イーサネットフレームは、このＶＬＡＮタグによるラベルスイッチで転送されるようになされている。ここで、ＰＢＮ４１、４２におけるＶＬＡＮタグをＶＣタグ（ＶＣ：Virtual Channel、仮想回線）、ＰＢＢＮ４３におけるＶＬＡＮタグをＶＰタグ（ＶＰ：Virtual Path、仮想パス）とよぶ。仮想パス（ＶＰ）内には、複数の仮想回線（ＶＣ）を収容することができる。
図示する例では、ＰＢＮ４１内では、複数のノードからそれぞれ前記エッジスイッチ４４に到るＶＣタグ（ＶＣ−ＴＡＧ）によるルート（通信経路）４６、４７が設定され、ＰＢＢＮ４３内では、エッジスイッチ４４からエッジスイッチ４５の間にＶＰタグによる（ＶＰ−ＴＡＧ）ルート４８が設定され、ＰＢＮ４２内では前記エッジスイッチ４５から複数のノードに到るＶＣタグによるルート４９、５０が設定されている。

図８は、このネットワークにおけるイーサネットフレームの構成を示す図であり、（ａ）は通常のイーサネットフレームのフォーマット、（ｂ）は階層化されたＶＬＡＮタグを有するイーサネットフレームのフォーマット例を示している。
図８の（ａ）に示すように、通常のイーサネットフレームは、宛先アドレスＭＡＣ−ＤＡ（宛先ノードのＭＡＣアドレス）５１、送信元（ソース）アドレスＭＡＣ−ＳＡ（送信元ノードのＭＡＣアドレス）５２及びペイロード（データ本体）５３の各フィールドから構成されている。
図８の（ｂ）は階層化されたＶＬＡＮタグを有するイーサネットフレームであり、図示するイーサネットフレームは、通常のイーサネットフレームに、ＶＣタグ（ＶＣ−ＴＡＧ）５４とＶＰタグ（ＶＰ−ＴＡＧ）５５の２個のタグフィールドが付加されている。ＶＣタグ５４とＶＰタグ５５は、同一の構成とされており、ＴＰＩＤ（Tag Protocol ID）フィールドとＴＣＩ（Tag Control Information）フィールドから構成されている。ＴＣＩフィールドは、図示するように、優先順位を示す３ビットのＰＣＰ（VLAN Priority Code Point）、廃棄優先のオン／オフを示す１ビットのＤＥＩ（Drop Eligible Indication）、及び、ＶＬＡＮを一意に識別する１２ビットのＶＬＡＮ ＩＤ（ＶＩＤ）からなる。
前記ＰＢＢＮ４３内のＶＰタグによるルートは、図８の（ｂ）に示す構成を有するイーサネットフレームが転送される。また、前記ＰＢＮ４１、４２内のＶＣタグによるルートは、図８の（ｂ）に示したフォーマットからＶＰタグ５５を除いたイーサネットフレームが転送される。

従来、イーサネットはローカル（距離が短い）ＰＢＮ中で用いられていたが、現在では、上述のように、広域サービスにも適用が進んでいる。
イーサネットは、簡単に接続できる反面、断線や故障に対する耐障害機能がないという問題点を有している。したがって、イーサネットにより広域接続を実施する場合は、障害（故障）時に大規模な影響が出ることとなり、信頼性が重要な課題となっている。
そこで、本発明は、耐障害機能を付加し、信頼性を向上したイーサネットによるネットワークシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のネットワークシステムは、複数のローカルネットワークと、前記複数のローカルネットワークを接続する中継ネットワークとを有するネットワークシステムであって、前記中継ネットワークは、前記ローカルネットワークと接続する複数のエッジスイッチを備え、前記複数のエッジスイッチ間の通信経路をディスジョイントな複数のルートで構成し、入側のエッジスイッチは、一のエッジスイッチ行きのトラヒックを、正常時は前記複数のルートに分散し、いずれかのルートに故障が生じたときには、故障していないルートに振り分けるように動作するものである。
また、前記入側のエッジスイッチは、一のエッジスイッチ行きの複数のイーサネットのフローを、正常時には、それぞれ別のルートに分散し、いずれかのルートに故障が生じたときには、故障したルートを使用していたフローを他のフローに振り分けるものである。
さらに、本発明の他のネットワークシステムは、複数のローカルネットワークと、前記複数のローカルネットワークを接続する中継ネットワークとを有するネットワークシステムであって、前記中継ネットワークは、前記ローカルネットワークと接続する複数のエッジスイッチを備え、前記複数のエッジスイッチ間を論理フルメッシュで接続するものであり、入側のエッジスイッチは、一のエッジスイッチと通信するいずれかのルートに故障が発生した場合に、該故障したルートを使用していたイーサネットのフローを、そのイーサネットフレームに含まれているＶＬＡＮタグをはずして、又は、特定の番号のＶＬＡＮタグに付け替えて、前記一のエッジスイッチ以外のエッジスイッチに向けて送信するものであり、各エッジスイッチは、前記ＶＬＡＮタグが付与されていないイーサネットフレーム、又は、前記特定の番号のＶＬＡＮタグが付与されたイーサネットフレームを受信したときに、そのイーサネットフレームに含まれている宛先アドレスを解析して、そのイーサネットフレームを、その宛先アドレスが所属するローカルネットワークに接続されているエッジスイッチに向けて転送するものである。

このような本発明によれば、ＶＬＡＮを用いて冗長ルートを構成することにより、イーサネットに耐障害機能を付加することができ、ネットワークシステムの信頼性を向上させることができる。

図１は、本発明のネットワークシステムの第１の実施の形態の構成例を示す図である。
この図において、１及び２は前述したローカルネットワーク（ＰＢＮ）、３は前述した中継ネットワーク（ＰＢＢＮ）、４はＰＢＮ１に接続するエッジスイッチ、５はＰＢＮ２に接続するエッジスイッチである。
ＰＢＮ１内の２つのノードとエッジスイッチ４との間には、ＶＣタグによるルート６及び７が設定されており、ＰＢＮ２内の２つのノードとエッジスイッチ５との間には、ＶＣタグによるルート（ＶＣルート）１０及び１１が設定されている。
ＰＢＢＮ３は複数のＰＢＮ（１、２・・・）を接続するものであり、各ＰＢＮと接続するエッジスイッチ間をフルメッシュで接続するＶＰタグによるルート（ＶＰルート）が設定されている。
このとき、本発明においては、ＰＢＢＮ２において、エッジスイッチ間に、ディスジョイントな、すなわち、重複する部分を有しない複数の通信経路（ルート）を設置するようにしている。図示する例では、エッジスイッチ４と５の間に重なりのない２つの経路を有し、所定の帯域幅を有するＶＰルート＃１（８）とＶＰルート＃２（９）が設定されている。なお、２以上のルートを設定しても良い。

ＰＢＮ１に所属するノードからＰＢＮ２に所属する宛先アドレス向けのイーサネットフレームが送信されたとき、該イーサネットフレームはＰＢＮ１に接続されている入側（Ingress）のエッジスイッチ４に、ＶＣタグによるルート６又はルート７を経由して転送される。該イーサネットフレームを受信したエッジスイッチ４は、該イーサネットフレームに含まれている宛先アドレスＤＡを解析し、当該宛先ノードが所属するＰＢＮ＃２に接続されたエッジスイッチ５に到る通信経路（ＶＰルート）を設定し、該ＶＰルートに対応するＶＰタグを用いて前記イーサネットフレームを宛先のＰＢＮ２に接続されている出側（Egress）のエッジスイッチ５に転送する。このとき、前記ルートとして、重なる部分のない２通りのルート、第１のＶＰルート（ＶＰルート＃１）８と第２のＶＰルート（ＶＰルート＃２）９を設定し、そのイーサネットフローを該２通りのルートに分散して転送させる。
入側のエッジスイッチ４から２つのＶＰルート８、９を介して転送されてきたイーサネットフレームを受信した出側のエッジスイッチ５は、該イーサネットフレームに含まれている宛先アドレスＤＡを解析し、その宛先ノードまでのルートに対応するＶＣタグを付与して、ＰＢＮ２内に転送する。これにより、イーサネットフレームは、対応するＶＣルート１０又は１１を介してそれぞれの宛先ノードに転送される。
なお、一旦、宛先アドレスＤＡへのルートを確立した後は、エッジスイッチ５は、受信したイーサネットフレームに含まれるＶＣタグとＶＰタグを解析することにより、自動的に対応するＶＣタグを生成して、ＰＢＮ２内に転送する。

図２は、前記入側のエッジスイッチ４の動作を説明するための図であり、（ａ）は正常時の動作、（ｂ）は故障発生時の動作を示す。
図２の（ａ）に示すように、障害が発生していない正常時には、前記エッジスイッチ４は、ＰＢＮ１のＶＣルート６（対応するＶＣタグがＶＣ−ＴＡＧ＃５であるとする。）を通って受信したＰＢＮ２に所属する宛先アドレス宛のイーサネットフレームを、例えばラウンドロビン方式により、前記エッジスイッチ５に到る第１のＶＰルート８及び第２のＶＰルート９に交互に投入する。すなわち、前記受信したイーサネットフレームにＶＰルート＃１に対応するＶＰタグ（ＶＰ−ＴＡＧ＃１）とＶＰルート＃２に対応するＶＰタグ（ＶＰ−ＴＡＧ＃２）を交互に付与（プッシュ）して、該ＶＰタグが付与されたイーサネットフレームを対応するＶＰルートにおける後続するコアスイッチに転送する。
また、ＶＣルート７（対応するＶＣタグがＶＣ−ＴＡＧ＃７であるとする。）を介して受信されるＰＢＮ２に所属する宛先アドレス宛イーサネットフレームについても、同様に、第１のＶＰルート８及び第２のＶＰルート９に振り分けて転送させる。
このように、正常時には、ディスジョイントな複数の経路にトラヒックを分散して転送させている。

ここで、第２のＶＰルート９に障害が発生したとする。
前記エッジスイッチ４は、第２のＶＰルート９に障害が発生したことを検出すると、図２の（ｂ）に示すように、トラヒックをラウンドロビンせず、全て第１のＶＰルート８に転送する。すなわち、エッジスイッチ４は、前記ＶＣルート６及びＶＣルート７を介して受信したＰＢＮ２に所属する宛先アドレス宛のイーサネットフレームに対し、第１のＶＰルート８に対応するＶＰタグ（ＶＰ−ＴＡＧ＃１）を付与して、対応するコアスイッチに転送する。
これにより、第１のＶＰルート８の帯域は不十分である可能性はあるが、切断となってしまう従来方式と比べ、コネクションを維持することができ、信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
この実施の形態においても、前述した第１の実施の形態と同様に、入側のエッジスイッチ４と出側のエッジスイッチ５との間にディスジョイントな複数のＶＰルート８、９が確保される。この実施の形態においては、この同一のエッジスイッチに向かう複数のＶＰルートは、ペアルートとして定義される。
図３は、本発明のネットワークシステムの第２の実施の形態について説明するための図であり、（ａ）は正常時の動作、（ｂ）は故障発生時の動作を示す。
図３の（ａ）に示すように、正常時には、前記入側のエッジスイッチ４は、エッジスイッチ５に向かうＶＣルート６（ＶＣ−ＴＡＧ＃５）のイーサネットフレームは第１のＶＰルート８を介してエッジスイッチ５に転送し、同じくエッジスイッチ５に向かうＶＣルート７（ＶＣ−ＴＡＧ＃７）のイーサネットフレームは第２のＶＰルート９を介してエッジスイッチ５に転送している。すなわち、入側のエッジスイッチ４は、異なるＶＣタグを有するイーサネットフレームは、異なるＶＰルートを選択して出側のエッジスイッチ５に転送させている。

ここで、第２のＶＰルート９に障害が発生したとする。
前記入側のエッジスイッチ４は、第２のＶＰルート９に障害が発生したことを検出すると、図３の（ｂ）に示すように、そのＶＰルート９のペアルートとして定義されているＶＰルート、この場合は、第１のＶＰルート８に全てのトラヒックを転送する。すなわち、障害が発生した第２のＶＰルート９を用いて転送されていたＶＣルート７を介して受信されたイーサネットフレームも、第１のＶＰルート８に転送する。
これにより、前記第１の実施の形態と同様に、全断となる従来方式と比べ、コネクションを残すことができ、高い信頼性を確保することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図４は、本発明の第３の実施の形態のネットワークシステムの構成を示す図である。
図４において、２１、２２、２３及び２４はローカルネットワーク（ＰＢＮ）、２５は中継ネットワーク、２６、２７、２８及び２９は、それぞれ、対応するＰＢＮ２１〜２４と接続するエッジスイッチである。また、３７は第１のＰＢＮ２１に所属する送信元ノード（送信元アドレスＳＡ）、３８は第３のＰＢＮ２３に所属する宛先ノード（宛先アドレスＤＡ）である。
ここで、この実施の形態においては、前記ＰＢＢＮ２５において、各ＰＢＮに接続されているエッジスイッチ２６〜２９間を論理フルメッシュに接続する。すなわち、図示するように、各エッジスイッチ２６〜２９間を接続する論理的な通信経路（ルート）３１、３２、３３、３４、３５及び３６が設置されている。
この実施の形態においては、前述した第１及び第２の実施の形態のように各エッジスイッチ間に２重のルートは設置しないが、例えば、ＰＢＮ＃ｉに接続されたエッジスイッチからＰＢＮ＃ｊに接続されたエッジスイッチに到るルートに対して、ＰＢＮ＃ｉのエッジスイッチ→ＰＢＮ＃ｋのエッジスイッチ→ＰＢＮ＃ｊというように、リンクディスジョイントな（重なるリンクがない）ルートを少なくとも１つ以上は確保することができる。

このように構成された本発明の第３の実施の形態のネットワークシステムにおいて、障害が発生した場合の動作について、図５及び図６を参照して説明する。
図５は障害が発生したときのネットワークの動作を説明する図、図６は各エッジスイッチの動作を説明する図である。
図５において、正常時は、送信元ノード３７から宛先ノード３８宛のイーサネットフレームは、前述と同様にして、所定のＶＣルートを介して、送信元のＰＢＮ２１に接続されている入側のエッジスイッチ２６に転送される。入側のエッジスイッチ２６は、該イーサネットフレームを宛先ノード３８が所属するＰＢＮ２３に接続されているエッジスイッチ２８に向けて、ルート３１を用いて転送する。
ここで、エッジスイッチ２６とエッジスイッチ２８とを接続するルート３１に障害が発生したとする。
このとき、入側のエッジスイッチ２６は、ルート３１に障害が発生したことを検知すると、ルート３１に転送していたエッジスイッチ２８宛のイーサネットフレームを、その他のＰＢＮに接続されたエッジスイッチ２７、２９に向けて転送する。なお、転送先のエッジスイッチは１つでも複数でもよい。

図６の（ａ）は、入側のエッジスイッチ２６の動作を示す図である。
ＰＢＮ２１から受信したイーサネットフレームをルート３１を用いて転送していたエッジスイッチ２６は、ルート３１に障害が発生したことを検知すると、そのイーサネットフレームを他のエッジスイッチ行きのルート、この例では、エッジスイッチ２７行きのルート３２又はエッジスイッチ２９行きのルート３３に転送する。すなわち、そのイーサネットフレームにルート３２又はルート３３に対応するＶＰタグを付与して、ＰＢＢＮ２５内の対応するコアスイッチに転送する。そのとき、（１）そのイーサネットフレームに含まれていたＶＣタグを外すか、あるいは、（２）あらかじめ定められている特別の番号（Magic Number）のＶＣタグに付け替えて、前記他のエッジスイッチ行きのルート３２又は３３に転送する。

図６の（ｂ）は、前記入側のエッジスイッチから前述したイーサネットフレームを受信したエッジスイッチ（中継エッジスイッチ）の動作を示す図である。
前記入側のスイッチ２６からイーサネットフレームを受信したエッジスイッチ２７又は２９は、該イーサネットフレームに含まれているＶＣタグを解析する。含まれているＶＣタグが自ノード宛のものであるときは、前述のように、そのイーサネットフレームを接続されているＰＢＮ２２（又は２４）に転送する。すなわち、そのイーサネットフレームに含まれているＶＰタグとＶＣタグとに基づいて生成したVCタグを付与してＰＢＮ２２又は２４内に転送する。
また、そのイーサネットフレームが（１）ＶＣタグが含まれていないイーサネットフレーム、又は、（２）特別の番号のＶＣタグが含まれているイーサネットフレームである場合には、そのイーサネットフレームに含まれている宛先アドレスＤＡを解析する。そして、その宛先アドレスＤＡが所属するＰＢＮが第３のＰＢＮ２３であることを識別し、該イーサネットフレームをＰＢＮ２３に接続するエッジスイッチ２８行きのルート３４（又は３６）に転送する。すなわち、ルート３４（又は３６）に対応するＶＰタグを付与して対応するコアスイッチに転送する。なお、エッジスイッチ２６からの後続するイーサネットフレームについては、そのＶＣタグの解析の結果が上記（１）又は（２）であるときには、自動的にルート３４（又は３６）に対応するＶＰタグを付与してそのルートに転送する。宛先アドレスＤＡの解析は行わない。

このようにして、図５に示すように、エッジスイッチ１６とエッジスイッチ２８を結ぶルート３２に障害が発生しても、エッジスイッチ２６→ルート３２→エッジスイッチ２７→ルート３４→エッジスイッチ２８の経路、または、エッジスイッチ２６→ルート３３→エッジスイッチ２９→ルート３６→エッジスイッチ２８の経路により、トラヒックを転送することができる。
この実施の形態においては、エッジスイッチが、受信したイーサネットフレームが自ノード宛でない場合であっても廃棄することなく、（１）ＶＣタグが含まれていないイーサネットフレーム、又は、（２）特別な番号のＶＣタグが含まれているイーサネットフレームであるときは、それに含まれている宛先アドレスＤＡを解析して宛先ノードが所属しているＰＢＮに接続されたエッジスイッチに転送するようにしている。
これにより、エッジスイッチ間のルートに障害が発生しても、当該エッジスイッチ以外のエッジスイッチに転送することにより、全断となることを避けることができる。

本発明のネットワークシステムの第１の実施の形態の構成例を示す図である。 入側のエッジスイッチ４の動作を説明するための図であり、（ａ）は正常時の動作、（ｂ）は故障発生時の動作を示す図である。 本発明のネットワークシステムの第２の実施の形態について説明するための図であり、（ａ）は正常時の動作、（ｂ）は故障発生時の動作を示す図である。 本発明の第３の実施の形態のネットワークシステムの構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態において、障害が発生したときのネットワークの動作を説明する図である。 エッジスイッチの動作を説明する図である。 広域イーサネットシステムの構成の一例を示す図である。 広域イーサネットシステムにおけるイーサネットフレームの構成を示す図であり、（ａ）は通常のイーサネットフレームのフォーマット、（ｂ）は階層化されたＶＬＡＮタグを有するイーサネットフレームのフォーマット例を示している。

符号の説明

１、２：ローカルネットワーク（ＰＢＮ）、３：中継ネットワーク（ＰＢＢＮ）、４、５：エッジスイッチ、６、７、１０、１１：ＶＣタグによるルート、８、９：ＶＰタグによるルート、２１，２２，２３、２４：ローカルネットワーク（ＰＢＮ）、２５：中継ネットワーク（ＰＢＢＮ）、２６、２７、２８、２９：エッジスイッチ、３１、３２、３３、３４、３５、３６：ルート、３７：送信元ノード、３８：宛先ノード

Claims (3)

1. 複数のローカルネットワークと、前記複数のローカルネットワークを接続する中継ネットワークとを有するネットワークシステムであって、
   前記中継ネットワークは、前記ローカルネットワークと接続する複数のエッジスイッチを備え、
   前記複数のエッジスイッチ間の通信経路をディスジョイントな複数のルートで構成し、
   入側のエッジスイッチは、一のエッジスイッチ行きのトラヒックを、正常時は前記複数のルートに分散し、いずれかのルートに故障が生じたときには、故障していないルートに振り分けるように動作する
   ことを特徴とするネットワークシステム。
2. 前記入側のエッジスイッチは、一のエッジスイッチ行きの複数のイーサネットのフローを、正常時には、それぞれ別のルートに分散し、いずれかのルートに故障が生じたときには、故障したルートを使用していたフローを他のフローに振り分ける
   ことを特徴とする請求項１記載のネットワークシステム。
3. 複数のローカルネットワークと、前記複数のローカルネットワークを接続する中継ネットワークとを有するネットワークシステムであって、
   前記中継ネットワークは、前記ローカルネットワークと接続する複数のエッジスイッチを備え、前記複数のエッジスイッチ間を論理フルメッシュで接続するものであり、
   入側のエッジスイッチは、一のエッジスイッチと通信するいずれかのルートに故障が発生した場合に、該故障したルートを使用していたイーサネットのフローを、そのイーサネットフレームに含まれているＶＬＡＮタグをはずして、又は、特定の番号のＶＬＡＮタグに付け替えて、前記一のエッジスイッチ以外のエッジスイッチに向けて送信するものであり、
   各エッジスイッチは、前記ＶＬＡＮタグが付与されていないイーサネットフレーム、又は、前記特定の番号のＶＬＡＮタグが付与されたイーサネットフレームを受信したときに、そのイーサネットフレームに含まれている宛先アドレスを解析して、そのイーサネットフレームを、その宛先アドレスが所属するローカルネットワークに接続されているエッジスイッチに向けて転送するものである
   ことを特徴とするネットワークシステム。

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