JP2009225056A - 経路制御装置、経路制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

経路制御装置、経路制御方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】AS間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御において、ルータの負荷軽減とともに障害復旧までの時間短縮を図る。
【解決手段】AS境界ルータCは、EBGPによって自律システム間の経路障害を検知すると、OSPFにより、パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表を更新し、所定の迂回経路を設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、インターネット等における自律システム(Autonomous System:AS)間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御装置、経路制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
従来、インターネットは、各組織(インターネットサービスプロバイダ(ISP)、企業等)が有する自律したTCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)ネットワーク(自律システム(Autonomous System:AS))を、相互に接続して構成されている。ASは、共通の経路制御ポリシーで運用されるネットワーク接続機器(ルータ等)の集合体として構成される。ルータは、経路表を保有し、経路表に従ってパケットのルーティングを行う。
一般的に、ASは、経路制御プロトコルとして、AS間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコル(Exterior Gateway Protocol:EGP)と、AS内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコル(Interior Gateway Protocol:IGP)とを用いる。外部ゲートウェイ・プロトコルとしては、一般的に、BGP(Border Gateway Protocol)が用いられる。BGPについては、例えば非特許文献1に記載されている。内部ゲートウェイ・プロトコルとしては、例えば、OSPF(Open Shortest Path First)、RIP(Routing Information Protocol)などが挙げられる。OSPFについては、例えば非特許文献2に記載されている。又、BGPは、AS間のルータ同士を接続する場合には「EBGP」と称され、AS内のルータ同士を接続する場合には「IBGP」と称される。
図6は、従来のAS間経路制御方法を説明するための概念図である。図6において、2つの自律システム(AS_X,AS_Y)の間は、AS境界ルータA,C間、及び、AS境界ルータB,D間でそれぞれ通信回線により接続されている。ここでは、AS_YからAS_Xへ向かう方向の経路に着目する。AS境界ルータAのネクストホップアドレスは「NH1」、AS境界ルータBのネクストホップアドレスは「NH2」である。AS間の経路制御にはBGPを用いている。ここで、非特許文献3のような従来技術では、通常時に使う「プライマリ(Primary)経路」と障害時に使う「バックアップ(Backup)経路」を設定する。図6では、AS_YからAS_Xへ向かう経路として、プライマリ経路をAS境界ルータCからネクストホップアドレス「NH1」向けに設定し、障害時に使うバックアップ経路をAS境界ルータCからネクストホップアドレス「NH2」向けに設定している。AS境界ルータCからネクストホップアドレス「NH2」向けの経路は、トンネル技術によって実現する。つまり、AS境界ルータCからAS境界ルータD経由でAS境界ルータBに至る経路を、トンネル技術を用いて構築する。
BGPにおける障害回復では、「Withdrawメッセージ」を用いた障害経路情報の伝搬と「Announceメッセージ」を用いた迂回経路情報の通知が必要になるが、ネットワークの構成や扱う経路数に応じて復旧までに数秒から数十秒の時間を要することが問題である。この対処方法として非特許文献3では、障害に備え、予め迂回経路(図6のバックアップ経路)を確保し、障害検知と同時に迂回経路に切替えるようにしている。
A Border Gateway Protocol 4(BGP-4), RFC 4271 Open Shortest Past First (OSPF) version 2, RFC 2328 O. Bonaventure, C. Filsfils, and P. Francois, "Achieving Sub-50 Milliseconds Recovery Upon BGP Peering Link Failures," ACM CoNEXT’05, October 2005.
しかし、上述した従来のAS間経路制御方法では、トンネル技術を利用するので、パケット転送時に全てのパケットをカプセル化およびデカプセル化する必要があることから、以下に示す問題が生じる。
(1)パケット単位でカプセル化およびデカプセル化の処理が必要となり、ルータの負荷が増大する。
(2)カプセル化によってオーバーヘッドが生じるために、最大転送効率が低下する。
(3)カプセル化によってパケットサイズが通信リンクの最大転送単位を超える場合には、複数のパケットに分割する必要がある。これは、ルータの負荷をさらに増大させると共に、転送効率をさらに低下させる。又、分割が許されないパケットについては、送信元に再送を要求する必要があり、転送効率をさらに低下させる。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、AS間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御において、ルータの負荷軽減とともに障害復旧までの時間短縮を図ることのできる経路制御装置、経路制御方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る経路制御装置は、自律システム間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御装置において、自律システム間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコルを実行する外部ゲートウェイ・プロトコル処理部と、自律システム内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコルを実行する内部ゲートウェイ・プロトコル処理部と、パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表と、を備え、前記外部ゲートウェイ・プロトコル処理部は、自律システム間の経路障害の情報を前記内部ゲートウェイ・プロトコル処理部に通知し、前記内部ゲートウェイ・プロトコル処理部は、該自律システム間の経路障害の情報に基づいて、前記経路表を更新し、所定の迂回経路を設定することを特徴とする。
本発明に係る経路制御装置においては、前記迂回経路は、前記内部ゲートウェイ・プロトコルにより、宛先の自律システムに係るネクストホップアドレスが前記経路表に設定されるとともに、該ネクストホップアドレスに通信回線を介して接続される境界ルータが転送先として前記経路表に設定されることを特徴とする。
本発明に係る経路制御装置においては、前記外部ゲートウェイ・プロトコルはBGPであり、前記内部ゲートウェイ・プロトコルはOSPFであることを特徴とする。
本発明に係る経路制御装置においては、自律システム間の経路として3つ以上を設けた場合、障害発生時には優先度に応じた経路選択を行うことを特徴とする。
本発明に係る経路制御装置においては、経路切り替え後は、必要に応じて、境界ルータ以外のOSPF対応ルータに対して迂回経路を通知し、各OSPF対応ルータが最短経路を再計算するようにしたことを特徴とする。
本発明に係る経路制御方法は、自律システム間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御方法であって、自律システム間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコルによって、自律システム間の経路障害を検知するステップと、該自律システム間の経路障害の情報に基づいて、自律システム内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコルにより、パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表を更新し、所定の迂回経路を設定するステップとを含むことを特徴とする。
本発明に係る経路制御方法においては、前記迂回経路は、前記内部ゲートウェイ・プロトコルにより、宛先の自律システムに係るネクストホップアドレスが前記経路表に設定されるとともに、該ネクストホップアドレスに通信回線を介して接続される境界ルータが転送先として前記経路表に設定されることを特徴とする。
本発明に係るコンピュータプログラムは、自律システム間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御処理を行うためのコンピュータプログラムであって、自律システム間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコルによって、自律システム間の経路障害を検知するステップと、該自律システム間の経路障害の情報に基づいて、自律システム内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコルにより、パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表を更新し、所定の迂回経路を設定するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明に係るコンピュータプログラムにおいては、前記迂回経路は、前記内部ゲートウェイ・プロトコルにより、宛先の自律システムに係るネクストホップアドレスが前記経路表に設定されるとともに、該ネクストホップアドレスに通信回線を介して接続される境界ルータが転送先として前記経路表に設定されることを特徴とする。
これにより、前述の経路制御装置がコンピュータを利用して実現できるようになる。
本発明によれば、AS間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御において、ルータの負荷軽減とともに障害復旧までの時間短縮を図ることができるという効果が得られる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る通信ネットワークシステムの概略構成図である。図1において、各AS(AS_X,AS_Y)は、EGPとしてBGP(EBGP)を利用し、IGPとしてBGP(IBGP)及びOSPFを利用する。AS_XとAS_Yの間は、AS境界ルータA,C間、及び、AS境界ルータB,D間でそれぞれ通信回線により接続されている。
本実施形態では、AS_YからAS_Xへ向かう方向の経路に着目して説明する。AS境界ルータAのネクストホップアドレスは「NH1」、AS境界ルータBのネクストホップアドレスは「NH2」である。
AS境界ルータCは、ネクストホップアドレス「NH1」へ向かう通信回線のインタフェースL1を有する。AS境界ルータDは、ネクストホップアドレス「NH2」へ向かう通信回線のインタフェースL2を有する。又、AS境界ルータCは、AS境界ルータDへ向かう通信回線のインタフェースL3とルータEへ向かう通信回線のインタフェースL4を有する。又、AS境界ルータDは、AS境界ルータCへ向かう通信回線のインタフェースL3とルータEへ向かう通信回線のインタフェースL5を有する。
まず、本実施形態のAS間経路制御方法の概略を説明する。
本実施形態のAS間経路制御方法ではBGPを用いる。図1において、AS_YからAS_Xへ向かう経路の内、通常時に使用するプライマリ経路は、AS境界ルータCからネクストホップアドレス「NH1」向けの経路である。障害時に使うバックアップ経路は、AS境界ルータDからネクストホップアドレス「NH2」向けの経路である。
AS境界ルータCは、AS境界ルータA間の通信回線の障害を検出すると、隣接するAS境界ルータDに対してOSPFにより障害経路を通知すると共に、同じくOSPFを用いてネクストホップアドレス「NH1」向けの経路をAS境界ルータD向けに設定変更する。この時、AS_Xに係るAS境界ルータではないルータEへの通知は一切行わない。AS境界ルータDは、OSPFによりAS境界ルータCから障害経路通知を受け取ると、OSPFを用いてネクストホップアドレス「NH1」向けの経路をネクストホップアドレス「NH2」向けに設定変更する。この設定変更の具体例が図2及び図3に示されている。
図2は、本実施形態のAS間経路制御方法に係る経路切替前後におけるAS境界ルータCの経路表の例である。図3は、本実施形態のAS間経路制御方法に係る経路切替前後におけるAS境界ルータDの経路表の例である。
まず、経路切替前の状態を説明する。
図2において、AS境界ルータCの経路切替前の経路表30−1では、OSPFにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのネクストホップ(転送先)として「インタフェースL1」が設定されている。これにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのパケットは、インタフェースL1に出力され、AS境界ルータAに伝送される。又、図3において、AS境界ルータDの経路切替前の経路表30−1では、OSPFにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのネクストホップとして「AS境界ルータC」が設定されている。これにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのパケットは、AS境界ルータC向けのインタフェースL3に出力され、AS境界ルータCに伝送される。このAS境界ルータCに伝送されたパケットは、ネクストホップアドレス「NH1」向けのパケットとしてインタフェースL1に出力され、AS境界ルータAに伝送される。
次に、経路切替後の状態を説明する。
図2において、AS境界ルータCの経路切替後の経路表30−2では、OSPFにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのネクストホップとして「AS境界ルータD」に設定変更される。これにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのパケットは、AS境界ルータD向けのインタフェースL3に出力され、AS境界ルータDに伝送される。又、図3において、AS境界ルータDの経路切替後の経路表30−2では、OSPFにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのネクストホップとしてネクストホップアドレス「NH2」に設定変更される。これにより、ネクストホップアドレス「NH1」向けのパケットは、ネクストホップアドレス「NH2」向けのインタフェースL2に出力され、AS境界ルータBに伝送される。この結果、AS境界ルータCからAS境界ルータDに転送されたネクストホップアドレス「NH1」向けのパケットは、インタフェースL2に出力され、AS境界ルータBに伝送される。
次に、本実施形態に係る経路制御装置を説明する。
図4は、本実施形態に係る経路制御装置1の構成を示すブロック図である。この経路制御装置1は、AS境界ルータに具備される。
図4において、経路制御装置1は、BGP部10とOSPF部20と経路表(Forward Information Base:FIB)30を有する。BGP部10は、障害検知部11とBGPメッセージ伝播制御部12と迂回経路設定部13を有する。OSPF部20は、迂回経路管理部21と迂回経路データベース(迂回経路DB)22と迂回経路設定部23と障害通知部24を有する。
経路制御装置1において、BGP部10はBGPに係る処理を行う。OSPF部20は、OSPFに係る処理を行う。経路表30は、図2及び図3に示されるように、宛先(Destination)に対応するネクストホップ(Nexthop)の情報を有する。経路表30は、BGPにより設定される情報とOSPFにより設定される情報とから構成される。
BGP部10において、障害検知部11は、EBGPによりAS間の障害を検知する。障害検知部11は、障害を検知すると、経路切替に係る動作を制御する。BGPメッセージ伝播制御部12は、障害検知部11からの指示に従って、BGPに係るメッセージの伝播を制御する。迂回経路設定部13は、BGPメッセージ伝播制御部12からの指示に従って、BGPによる経路表30の更新を行う。
OSPF部20において、迂回経路管理部21は、障害検知部11から障害情報を受け取る。迂回経路管理部21は、その障害情報に基づいて、迂回経路DB22の中からどの迂回経路を利用するのかを決定する。迂回経路DB22は、迂回経路の情報を蓄積している。迂回経路設定部23は、迂回経路管理部21からの指示に従って、OSPFによる経路表30の更新を行う。障害通知部24は、迂回経路管理部21からの指示に従って、OSPFにより隣接のAS境界ルータへの障害通知を行う。
図5は、本実施形態に係る経路制御装置1の処理手順を示すフローチャートである。
図5において、ステップS1では、障害検知部11がEBGPによりAS間の障害を検知する。ステップS2では、障害検知部11が、AS間に設けられた経路の情報に基づいて、障害箇所に対応する迂回経路が存在するか否かを判断する。この結果、迂回経路有りの場合にはステップS3に進み、迂回経路無しの場合にはステップS4に進む。
ステップS4では、迂回経路無しのため従来と同様に、BGPメッセージ伝播制御部12が、BGPにより、「Withdrawメッセージ」を送信して障害経路情報の伝搬を行う。そして、迂回経路設定部13が、従来と同様に、BGPにより経路表30を更新する。
一方、迂回経路有りの場合には、OSPFによる迂回経路設定処理を行う。まず、ステップS3では、BGPメッセージ伝播制御部12が、BGPによる障害関連メッセージの送信を取り消す。これにより、当該障害関連のBGPメッセージは送信されない。そして、迂回経路設定部13は、BGPによる経路表30の更新を行わない。
ステップS5では、障害検知部11が障害経路の情報をOSPF部20の迂回経路管理部21に通知する。ステップS6では、迂回経路管理部21が、その障害経路に対応する迂回経路を迂回経路DB22から検索し、検索結果の迂回経路の情報を迂回経路設定部23に通知する。迂回経路設定部23は、その迂回経路の情報に従ってOSPFにより経路表30を更新し、迂回経路を設定する。
ステップS7では、迂回経路管理部21が、障害経路及び迂回経路の情報を障害通知部24に通知する。障害通知部24は、その障害経路及び迂回経路の情報をOSPFメッセージにより隣接のAS境界ルータへ広報する。これにより、隣接のAS境界ルータは、受け取った障害経路及び迂回経路の情報に従って自己の経路表を更新し、迂回経路を設定する。
上述したように本実施形態によれば、OSPFにより経路表を更新して迂回経路を設定するので、経路表に従ったパケット転送によって迂回経路が実現される。これにより、トンネル技術は不要となるので、ルータの負荷が軽減される。
又、BGPによるメッセージ交換を行わないので、迂回経路設定完了までの時間を短縮することができ、障害復旧までの時間短縮を図ることが可能になる。又、迂回経路はAS境界ルータ間で確保されるので、他のルータに対して、経路変更を隠蔽することができる。
なお、本実施形態に係る経路制御装置1は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、あるいはパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムにより構成され、図4に示される経路制御装置1の各部の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
また、その経路制御装置1には、周辺機器として入力装置、表示装置等(いずれも図示せず)が接続されるものとする。ここで、入力装置とはキーボード、マウス等の入力デバイスのことをいう。表示装置とはCRT(Cathode Ray Tube)や液晶表示装置等のことをいう。
また、上記周辺機器については、経路制御装置1に直接接続するものであってもよく、あるいは通信回線を介して接続するようにしてもよい。
また、図5に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、経路制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD(Digital Versatile Disk)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、AS間の経路として3つ以上を設け、障害発生時には優先度に応じた経路選択を行うようにしてもよい。優先度は、経路のコストに応じて予め設定しておく。
又、経路切り替え後は、必要に応じて、AS境界ルータ以外のOSPF対応ルータに対して迂回経路を通知し、各OSPF対応ルータが最短経路(SPF)を再計算するようにしてもよい。
本発明の一実施形態に係る通信ネットワークシステムの概略構成図である。 同実施形態のAS間経路制御方法に係る経路切替前後におけるAS境界ルータCの経路表の例である。 同実施形態のAS間経路制御方法に係る経路切替前後におけるAS境界ルータDの経路表の例である。 同実施形態に係る経路制御装置1の構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る経路制御装置1の処理手順を示すフローチャートである。 従来のAS間経路制御方法を説明するための概念図である。
符号の説明
1…経路制御装置、10…BGP部、11…障害検知部、12…BGPメッセージ伝播制御部、20…OSPF部、21…迂回経路管理部、22…迂回経路データベース、23…迂回経路設定部、24…障害通知部、30,30−1,30−2…経路表、AS_X,AS_Y…自律システム、A,B,C,D…AS境界ルータ

Claims (9)

  1. 自律システム間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御装置において、
    自律システム間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコルを実行する外部ゲートウェイ・プロトコル処理部と、
    自律システム内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコルを実行する内部ゲートウェイ・プロトコル処理部と、
    パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表と、を備え、
    前記外部ゲートウェイ・プロトコル処理部は、自律システム間の経路障害の情報を前記内部ゲートウェイ・プロトコル処理部に通知し、
    前記内部ゲートウェイ・プロトコル処理部は、該自律システム間の経路障害の情報に基づいて、前記経路表を更新し、所定の迂回経路を設定する、
    ことを特徴とする経路制御装置。
  2. 前記迂回経路は、前記内部ゲートウェイ・プロトコルにより、宛先の自律システムに係るネクストホップアドレスが前記経路表に設定されるとともに、該ネクストホップアドレスに通信回線を介して接続される境界ルータが転送先として前記経路表に設定されることを特徴とする請求項1に記載の経路制御装置。
  3. 前記外部ゲートウェイ・プロトコルはBGPであり、
    前記内部ゲートウェイ・プロトコルはOSPFである、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の経路制御装置。
  4. 自律システム間の経路として3つ以上を設けた場合、障害発生時には優先度に応じた経路選択を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の経路制御装置。
  5. 経路切り替え後は、必要に応じて、境界ルータ以外のOSPF対応ルータに対して迂回経路を通知し、各OSPF対応ルータが最短経路を再計算するようにしたことを特徴とする請求項3に記載の経路制御装置。
  6. 自律システム間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御方法であって、
    自律システム間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコルによって、自律システム間の経路障害を検知するステップと、
    該自律システム間の経路障害の情報に基づいて、自律システム内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコルにより、パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表を更新し、所定の迂回経路を設定するステップと、
    を含むことを特徴とする経路制御方法。
  7. 前記迂回経路は、前記内部ゲートウェイ・プロトコルにより、宛先の自律システムに係るネクストホップアドレスが前記経路表に設定されるとともに、該ネクストホップアドレスに通信回線を介して接続される境界ルータが転送先として前記経路表に設定されることを特徴とする請求項6に記載の経路制御方法。
  8. 自律システム間に複数設けられた経路の切替を行う経路制御処理を行うためのコンピュータプログラムであって、
    自律システム間で利用する外部ゲートウェイ・プロトコルによって、自律システム間の経路障害を検知するステップと、
    該自律システム間の経路障害の情報に基づいて、自律システム内で利用する内部ゲートウェイ・プロトコルにより、パケットの宛先に対応する転送先の情報を格納する経路表を更新し、所定の迂回経路を設定するステップと、
    をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
  9. 前記迂回経路は、前記内部ゲートウェイ・プロトコルにより、宛先の自律システムに係るネクストホップアドレスが前記経路表に設定されるとともに、該ネクストホップアドレスに通信回線を介して接続される境界ルータが転送先として前記経路表に設定されることを特徴とする請求項8に記載のコンピュータプログラム。
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