JP2011004224A - 冗長装置における送信パケットへのシーケンスナンバー付加方法、その装置及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置が行う通信方法において、装置故障が発生した場合にもシーケンスナンバーの順序性や連続性を保障する。
【解決手段】パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置が、前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は冗長化されている通信装置を用いてパケット通信を行うネットワークにおけるシーケンスナンバーの付加に関する。

パケット通信を行うネットワークであるパケットネットワークシステムにおいて、ハードウェアの故障等により通信障害が発生する可能性がある。そして、このような障害発生時にもパケット通信を継続可能なように複数の通信装置を用意し、冗長性を持たせるという技術が普及している。

ここで、このような複数の通信装置を用意し、冗長性を持たせたネットワークが有している課題について図７を使用して説明する。

図７には、２台の通信装置（通信装置Ａ８０及び通信装置Ｂ８０）を示す。このように複数の経路（通信装置）を有するネットワークシステムにおける障害発生時の対応策として例えば特許文献１に記載の発明がある。特許文献１に記載の発明では、送信側と受信側とを複数の経路で接続したネットワークシステムにおけるネットワーク障害回避システムで、前記経路毎に受信したデータをトランスポート層のプロトコル処理を行うトランスポート層処理部で蓄積し、経路に障害が発生した際に、前記複数のネットワークから正常な経路を選択して切り替えると共に、前記選択した経路により障害発生時以降に受信したデータを、アプリケーション層のプロトコル処理を行うアプリケーション層処理部に提供する。

特開２００５−１３０１５２号公報

上述した特許文献１に記載の発明を用いることで障害発生に対応可能となるが、実現のためには受信したデータを蓄積する必要があるという問題があった。

他方、パケットに付されているシーケンスナンバーを用いて、パケットの順序性や連続性の保障を試みるという技術も存在する。もっとも、通信装置Ａ８０と通信装置Ｂ８０がそれぞれ独立した装置の場合、パケットに付加するシーケンスナンバーの順序性や連続性が完全には保障できず、パケットの順序が入れ替わったり、途中のパケットが欠落したりする。その結果、通信プロトコルによっては、通信に使用するセッションが切断されてしまったり、再送制御によって著しく性能が劣化したりするといった問題点がある。

そこで、冗長装置間でシーケンスナンバーの同期を取る方法として、シーケンスナンバー管理テーブルＡ８３とシーケンスナンバー管理テーブルＢ８３との間のメモリ同期方式が考えられる。同期させるトリガとしては、周期的に行う方法と、パケット処理毎に行う方法が挙げられる。しかしながら、周期同期方式の場合、周期を長くすると順序性、連続性が保障できなくなり、逆に短くすると、双方の装置にて処理が重くなる。パケット処理毎に行う方法の場合は、順序性や連続性はある程度保障できるものの、パケットの数に応じて処理が重くなり、現実的でない。
そこで、本発明は装置故障が発生した場合にもシーケンスナンバーの順序性や連続性を保障することが可能な、冗長装置における送信パケットへのシーケンスナンバー付加方法、その装置及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置が行う通信方法において、前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行うことを特徴とする通信方法が提供される。

本発明の第２の観点によれば、パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置において、前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行うことを特徴とする通信装置が提供される。

本発明の第３の観点によれば、パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置に組み込まれる通信プログラムにおいて、前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行う通信装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする組み込まれる通信プログラムが提供される。

本発明によれば、同じパケットを複数の通信装置の全てに通過させることで、シーケンスナンバーの同期を取っていることから、装置の故障時においても、順序性、連続性を確実に保障することが可能となる。

本発明の実施形態の基本的構成を表す図である。 本発明の実施形態におけるプロトコルヘッダ５１のデータ構造の例を示す図である。 本発明の実施形態の平常時の動作状況を表す図である。 本発明の実施形態の通信装置Ｂ２０故障時の動作状況を表す図である。 本発明の実施形態の通信装置Ａ２０故障時の動作状況を表す図である。 本発明の実施形態の基本的動作を表すシーケンス図である。 本発明に関連する技術における実施形態の基本的構成を表す図である。

まず、本発明の実施形態の概略を説明する。本発明の実施形態は、概略、ＩＰ網において冗長構成を取る通信装置群において、送信パケットに付加するシーケンスナンバーを保障する方式を実現するというものである。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１を参照すると、本実施形態は、通信装置群１０として、通信装置Ａ２０及び通信装置Ｂ２０を有している。そして、通信装置群１０を介して、第１のＩＰ網３１と第２のＩＰ網３２が接続されている。

図１において、通信装置群１０は第１のＩＰ網３１からの受信パケット４１を加工し、送信パケット４２にプロトコルヘッダ５１を付加して、第２のＩＰ網３２に送信する機能を有する。このプロトコルヘッダ５１にはパケットの順序性を識別するためのシーケンスナンバー（以降の説明及び図面において、「シーケンスナンバー」を適宜「ＳＮ」と表記する。）を付加する。

上述したように通信装置群１０は通信装置Ａ２０と通信装置Ｂ２０を有しており、これらの装置は故障等に備えて、２台で冗長構成を取っている。平常時は、通信装置Ａ２０及び通信装置Ｂ２０の両方が機能の提供をする。そして、通信装置Ａ２０故障時には通信装置Ｂ２０のみで、通信装置Ｂ２０故障時には通信装置Ａ２０のみで、機能の提供を継続する。

次に、図２を参照してプロトコルヘッダ５１のデータ構造の一例について説明する。

図２において、プロトコルヘッダ５１はＳＮフィールド５１−１と、その他フィールド５１−２を有している。ＳＮフィールド５１−１には、順序性、連続性の保障されたＳＮが、図１における通信装置群１０によって付加されている。

次に、図３を参照して通信装置群１０の構成を詳細に説明する。

図３は図１の通信装置群１０を拡大したものである。図３において、通信装置Ａ２０にはＳＮ付加部Ａ２１、ＳＮ監視部Ａ２２及びＳＮ管理テーブルＡ２３の３つの機能部を有している。通信装置Ｂ２０も同様に、ＳＮ付加部Ｂ２１、ＳＮ監視部Ｂ２２及びＳＮ管理テーブルＢ２３の３つの機能部を有している。

第１のＩＰ網３１から受信した受信パケット４１には、通信装置Ａ２０のＳＮ付加部Ａ２１にて、ＳＮが付加される。その後、このＳＮが付加されたパケットは、ＳＮ監視部Ａ２２、通信装置Ｂ２０のＳＮ監視部Ｂ２２を通って、通信装置Ｂ２０より、第２のＩＰ網３２に送信される。ＳＮ監視部Ａ２２は、パケット通過時にＳＮを確認し、ＳＮ管理テーブルＡ２３に値を格納する。同様に、ＳＮ監視部Ｂ２２は、パケット通過時にＳＮを確認し、ＳＮ管理テーブルＢ２３に値を格納する。

図４は、通信装置Ｂ２０が故障した際の動作を示す図である。通信装置Ｂ２０が故障した場合、パケットは通信装置Ａから第２のＩＰ網３２に直接送信される。よって、ＳＮの順序性、連続性は保障される。

図５は、通信装置Ａ２０が故障した際の動作を示す図である。この際、通信装置Ｂと第１のＩＰ網３１との間ではあらかじめ経路の変更が行われているものとする。通信装置Ｂは第１のＩＰ網３１より受信したパケットに、ＳＮ付加部Ｂ２１にてＳＮを付加して第２のＩＰ網３２に送信する。付加するＳＮは、ＳＮ管理テーブルＢ２３に格納されている値に、＋１した値を使用する。こうすることで、ＳＮの順序性、連続性は保障される。

なお、本実施形態におけるＳＮの管理は、物理インタフェース毎に行っても良いし、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）のようなセッション単位で行っても良い。

［実施例の動作の説明］
次に図３〜図５に示す各状況における動作について、図６のシーケンス図を使用して説明する。

図６の上段に正常時のシーケンス（図３に示す状況に該当）を示す。通信装置Ａ２０のＳＮ付加部Ａ２１が第１のＩＰ網３１からパケットを受信すると、ＳＮ管理テーブル３０２から読出して＋１した値を、ＳＮとしてパケットに付加し（ステップＳ１）、ＳＮ監視部Ａ２２に転送する。ＳＮ監視部Ａ２２はパケット内のＳＮを読み出して（ステップＳ２）、ＳＮ管理テーブルＡ２３に格納する（更新する）。次にパケットは通信装置Ｂ２０のＳＮ監視部Ｂ２２に転送される。ＳＮ監視部Ｂ２２はパケット内のＳＮを読み出して（ステップＳ３）、ＳＮ管理テーブルＢ２３に格納する（更新する）。最後にパケットは第２のＩＰ網３２に送信される。

図６の中段に通信装置Ｂ２０故障時のシーケンス（図４に示す状況に該当）を示す。通信装置Ａ２０のＳＮ付加部Ａ２１が第１のＩＰ網３１からパケットを受信すると、ＳＮ管理テーブル３０２から読出して＋１した値を、ＳＮとしてパケットに付加し（ステップＳ４）、ＳＮ監視部Ａ２２に転送する。ＳＮ監視部Ａ２２はパケット内のＳＮを読み出して（ステップＳ５）、ＳＮ管理テーブルＡ２３に格納する（更新する）。最後にパケットは第２のＩＰ網３２に送信される。

図６の下段に通信装置Ａ２０故障時のシーケンス（図５に示す状況に該当）を示す。通信装置Ｂ２０のＳＮ付加部Ｂ２１が第１のＩＰ網３１からパケットを受信すると、ＳＮ管理テーブルＢ２３から読出して＋１した値を、ＳＮとしてパケットに付加し（ステップＳ６）、ＳＮ監視部Ｂ２２に転送する。ＳＮ監視部Ｂ２２はパケット内のＳＮを読み出して（ステップＳ７）、ＳＮ管理テーブルＢ２３に格納する（更新する）。最後にパケットは第２のＩＰ網３２に送信される。

なお、上述の説明においては、２台の装置（通信装置Ａ２０及び通信装置Ｂ２０）による冗長配備に限定して記載している。もっともこれは本発明の実施形態が適用可能な通信装置の台数を限定するものではない。本発明の実施形態は、Ｎ＋１（運用系Ｎ台に対して予備系１台）のような冗長構成にも適用することが可能である。

以上説明した本発明の実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。

第１の効果は、同じパケットを通信装置Ａ２０、通信装置Ｂ２０の両方を通過させることで、シーケンスナンバーの同期を取っているため、装置の故障時においても、順序性、連続性を確実に保障できることにある。

第２の効果は通信装置Ａ２０、通信装置Ｂ２０間で特別なＳＮ同期処理が必要無いため、処理が重くならないことである。

なお、本発明の実施形態である冗長装置における送信パケットへのシーケンスナンバー付加装置は、ハードウェアにより実現することもできるが、コンピュータをその冗長装置における送信パケットへのシーケンスナンバー付加装置として機能させるためのプログラムをコンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込んで実行することによっても実現することができる。

また、本発明の実施形態による冗長装置における送信パケットへのシーケンスナンバー付加方法は、ハードウェアにより実現することもできるが、コンピュータにその方法を実行させるためのプログラムをコンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込んで実行することによっても実現することができる。

また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

本発明は例えば、３Ｇで規定されている、ＩＰｓｅｃ終端装置であるＰＤＧ（Packet Data Gateway）や、ＬＴＥ（Long Term Evolution）向けのコアノードであるＥＰＣ（Evolved Packet Core）のＵｓｅｒ Ｐｌａｎｅ装置など、ＳＮを付与する装置での冗長配備を実現する際に利用できる。

１０ 通信装置群
Ａ２０、Ｂ２０、Ａ８０、Ｂ８０ 通信装置
Ａ２１、Ｂ２１、Ａ８１、Ｂ８１ シーケンスナンバー付加部
Ａ２２、Ｂ２２、Ａ８２、Ｂ８２ シーケンスナンバー監視部
Ａ２３、Ｂ２３、Ａ８３、Ｂ８３ シーケンスナンバー管理テーブル
３１ 第１のＩＰ網
３２ 第２のＩＰ網
４１ 受信パケット
４２ 送信パケット
５１ プロトコルヘッダ
５１−１ シーケンスナンバーフィールド
５１−２ その他フィールド

Claims (15)

1. パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置が行う通信方法において、
   前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行うことを特徴とする通信方法。
2. 請求項１に記載の通信方法において、
   第１の通信装置及び第２の通信装置の何れもが故障していない場合は、前記第１の通信装置が前記パケットのシーケンスナンバーの値に１つ加えた後に当該パケットを前記第２の通信装置に受け渡し、前記第２の通信装置は当該パケットの前記シーケンスナンバーの値が前回受信したパケットよりも増加していることを確認し、当該パケットのシーケンスナンバーを増加させることなく当該パケットを前記パケット通信ネットワーク上に送信することを特徴とする通信方法。
3. 請求項１又は２に記載の通信方法において、
   前記通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置が前記パケットのシーケンスナンバーの値に１つ加えた後に、前記パケット通信ネットワーク上に送信することを特徴とする通信方法。
4. 請求項２又は３に記載の通信方法において、前記通信装置は通過したパケットのシーケンスナンバーを管理するためのテーブルを有しており、前記シーケンスナンバーの値が増加しているか否かの判断は、前記テーブルに格納されているシーケンスナンバーと今回受信したパケットのシーケンスナンバーとを比較することにより行われることを特徴とする通信方法。
5. 請求項２乃至４の何れか１項に記載の通信方法において、前記通信装置の前記冗長構成が運用系Ｎ（Ｎは、２以上の整数）台に対して予備系１台という構成であることを特徴とする通信方法。
6. パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置において、
   前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行うことを特徴とする通信装置。
7. 請求項６に記載の通信装置において、
   第１の通信装置及び第２の通信装置の何れもが故障していない場合は、前記第１の通信装置が前記パケットのシーケンスナンバーの値に１つ加えた後に当該パケットを前記第２の通信装置に受け渡し、前記第２の通信装置は当該パケットの前記シーケンスナンバーの値が前回受信したパケットよりも増加していることを確認し、当該パケットのシーケンスナンバーを増加させることなく当該パケットを前記パケット通信ネットワーク上に送信することを特徴とする通信装置。
8. 請求項６又は７に記載の通信装置において、
   前記通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置が前記パケットのシーケンスナンバーの値に１つ加えた後に、前記パケット通信ネットワーク上に送信することを特徴とする通信装置。
9. 請求項７又は８に記載の通信装置において、前記通信装置は通過したパケットのシーケンスナンバーを管理するためのテーブルを有しており、前記シーケンスナンバーの値が増加しているか否かの判断は、前記テーブルに格納されているシーケンスナンバーと今回受信したパケットのシーケンスナンバーとを比較することにより行われることを特徴とする通信装置。
10. 請求項７乃至９の何れか１項に記載の通信装置において、前記通信装置の前記冗長構成が運用系Ｎ（Ｎは、２以上の整数）台に対して予備系１台という構成であることを特徴とする通信装置。
11. パケット通信ネットワーク上で冗長構成とされている複数の通信装置に組み込まれる通信プログラムにおいて、
    前記冗長構成とされている複数の通信装置の何れもが故障していない場合には、当該複数の通信装置の何れにも前記パケットを通し、当該通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置のみに前記パケットを通すことにより前記パケットの送受信を行う通信装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする組み込まれる通信プログラム。
12. 請求項１１に記載の通信プログラムにおいて、
    第１の通信装置及び第２の通信装置の何れもが故障していない場合は、前記第１の通信装置が前記パケットのシーケンスナンバーの値に１つ加えた後に当該パケットを前記第２の通信装置に受け渡し、前記第２の通信装置は当該パケットの前記シーケンスナンバーの値が前回受信したパケットよりも増加していることを確認し、当該パケットのシーケンスナンバーを増加させることなく当該パケットを前記パケット通信ネットワーク上に送信することを特徴とする通信プログラム。
13. 請求項１１又は１２に記載の通信プログラムにおいて、
    前記通信装置の何れかが故障している場合には、前記故障が発生していない通信装置が前記パケットのシーケンスナンバーの値に１つ加えた後に、前記パケット通信ネットワーク上に送信することを特徴とする通信プログラム。
14. 請求項１２又は１３に記載の通信プログラムにおいて、前記通信装置は通過したパケットのシーケンスナンバーを管理するためのテーブルを有しており、前記シーケンスナンバーの値が増加しているか否かの判断は、前記テーブルに格納されているシーケンスナンバーと今回受信したパケットのシーケンスナンバーとを比較することにより行われることを特徴とする通信プログラム。
15. 請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の通信プログラムにおいて、前記通信装置の前記冗長構成が運用系Ｎ（Ｎは、２以上の整数）台に対して予備系１台という構成であることを特徴とする通信プログラム。

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