JP2011018969A - スイッチ装置、リングネットワークシステム、通信制御方法、および装置のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】方式的にループが発生しないように規定されているプロトコルでも、ソフトウェアの暴走やＣＰＵの故障等により、正常に制御できない状態が発生した場合には、ループが発生することがあった。
【解決手段】周期的に制御フレームを送信するリングネットワークに用いられるスイッチ装置について、受信された前記制御フレームを検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント手段と、前記カウント手段によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出手段と、を備えるようにする。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えばITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector） G.8032など、ループ発生を防止するよう規定されたプロトコルで動作するリングネットワークに用いられるスイッチ装置、リングネットワークシステム、通信制御方法、および装置のプログラムに関する。

一般に、イーサネット（登録商標）では、隣接機器間リンクの冗長を実現する802.3ad Link Aggregation（ＬＡＧ）や、ネットワーク規模でのノード・リンク冗長を実現する802.1D Spanning Tree Protocol（ＳＴＰ）が広く利用されている。

しかしながら、元来ＬＡＮ用に設計されたこれらのプロトコルにはサービス断時間や保守運用の容易性等における問題があり、キャリア向け市場におけるイーサネット機器の普及を妨げる要因となっていた。多くの通信キャリアでは、従来のＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）技術にて確立されたＭＳＰ（Multiplex Section Protection）やＳＮＣＰ（Sub Network Connection Protection）、ＭＳＰＲｉｎｇ（Multiplex Section Protection Ring）に匹敵する信頼性・保守性を要求しており、ITU-Tではこれらを実現するプロテクション技術としてG.8032の制定作業を行っている。

ITU-T G.8032は、単一リング・複数リング間におけるプロテクション切替を実現する技術である。これはイーサネットＯＡＭ（operations, administration, maintenance）を利用した障害検出および制御情報の交換を行うことによって、５０ｍｓｅｃ以下での障害切替・切戻処理を実現するとともに、コマンド介在による切替・切戻や状態凍結などの各種保守機能を提供するものである。

また、２本以上の通信回線を収容する通信装置として、同一の送信元ＭＡＣアドレスを有するフレームが極めて短時間の間に異なる受信回線から受信された場合に、装置外部でループが発生していると検出し、ループフレームを破棄するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３２０２４８号公報

しかしながら、ITU-T G.8032によるプロトコルは方式的にループが発生しないように規定されているが、ソフトウェアの暴走やＣＰＵの故障等により、正常に制御できない状態が発生した場合には、ループが発生することがある。こうしてループが発生すると、ユーザトラフィックへ影響を与えてしまう虞があった。

また、上述した特許文献１のものは、ＭＡＣアドレス学習やスパニングツリープロトコルにより、２本以上の通信回線で受信される同一ＭＡＣアドレスを検出するものであり、ITU-T G.8032に規定されるRing-APS制御フレームのような、周期的な制御フレームを用いてループ発生を検出することについてまで考慮されたものではなかった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ループ発生を防止するよう規定されたプロトコルを用いたシステムで、ソフトウェアの暴走やＣＰＵの故障等によりそのプロトコルによるループ発生防止が機能しない場合であっても、プロトコルに規定された周期的な制御フレームを用いてループ発生を検出でき、通知情報を送出できるスイッチ装置、リングネットワークシステム、通信制御方法、および装置のプログラムを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明に係るスイッチ装置は、周期的に制御フレームを送信するリングネットワークに用いられるスイッチ装置であって、受信された上記制御フレームを検出する検出手段と、上記検出手段により検出された上記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント手段と、上記カウント手段によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るはリングネットワークシステム、上述した本発明に係るスイッチ装置の複数がリング状に接続されて構成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る通信制御方法は、周期的に制御フレームを送信するリングネットワークにおける通信制御方法であって、上記リングネットワークにおけるスイッチ装置が、受信された上記制御フレームを検出する検出工程と、上記検出工程により検出された上記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント工程と、上記カウント工程によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るスイッチ装置のプログラムは、周期的に制御フレームを送信するリングネットワークに用いられるスイッチ装置のプログラムであって、受信された上記制御フレームを検出する検出処理と、上記検出処理により検出された上記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント処理と、上記カウント処理によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出処理と、を上記スイッチ装置のコンピュータに実行させることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、ループ発生を防止するよう規定されたプロトコルを用いたシステムで、ソフトウェアの暴走やＣＰＵの故障等によりそのプロトコルによるループ発生防止が機能しない場合であっても、プロトコルに規定された周期的な制御フレームを用いてループ発生を検出でき、通知情報を送出することができる。

正常制御が行われている場合の経路切替動作を示す図である。 ループ状態を示す図である。 本発明の実施形態としてのスイッチ装置の構成例を示す図である。 Ring-APS制御フレームフォーマットを示す図である。 本実施形態によるループ検出動作例を示す図である。 本実施形態による他のループ検出動作例を示す図である。

次に、本発明に係るスイッチ装置、リングネットワークシステム、通信制御方法、および装置のプログラムを適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態は、ITU-T G.8032で規定されるイーサネットリングネットワークにおいて、本来、ループしないようにプロトコルが規定されているが、万一、装置不具合等でループが発生した場合であっても、ループを検出し、保守者への通知など所要の対応ができるようにしたことを特徴としている。

図１を参照すると、本発明の一実施形態としてのイーサネットリング切り替え動作が示されている。図１に示す構成例では、イーサネットリングネットワークが４台のスイッチ装置を備えて構成されている。

図１（ａ）に示す通常状態では、物理的な閉ループ内で任意に定められた１箇所、Ring Protection Linkポート（以降、ＲＰＬポートと呼ぶ）を定常的に閉塞し、ＲＰＬポートを除いた経路を利用して疎通している。ここで、ＲＰＬオーナー（owner）とはＲＰＬポートを保有するノード（スイッチ装置）であり、制御フレームであるRing-APS制御フレームを周期的に送信する。一方、このとき、非ＲＰＬオーナーノードはRing-APS制御フレームを自装置からは送出しない。

図１（ｂ）に示す障害発生時、障害箇所に隣接するノードはその隣接する障害ポートを閉塞し、Filtering Database（以降、ＦＤＢと呼ぶ）フラッシュを実施し、旧経路情報をクリアし、新経路へ切り替えを行う。その後、ＲＰＬポートの閉塞を解除する。

図１（ｃ）に示す切替発生時、リングネットワークシステムは、障害発生区間を除いた経路にユーザトラフィックの流通経路を切替える。
ITU-T G.8032の規定では、通常、このようにループ発生を回避できるようにプロトコルが決められている。

しかし、ソフトウェアの暴走や、ＣＰＵの故障等で正常に制御が行われない状態が発生した場合、図２に示すように、リングネットワーク内でフレームが無限循環してしまう故障であるループが発生することがある。このようにループが発生した場合、ユーザトラフィックを圧迫し、影響を与えてしまう虞がある。
このため、本実施形態では、こうしたITU-T G.8032の規定プロトコルによるループ発生防止が機能しない場合にも、ループ検出を行う。

本実施形態によるスイッチ装置の構成例を図３に示す。
図３に示すように、スイッチ装置１は、様々な回線インタフェースを持つ回線モジュール２と、それぞれの回線モジュールの通信制御やシステム監視等を行なう制御モジュール３とを備えて構成される。

ループ検出回路４は、ＰＨＹ５と、Ring-APS制御フレーム送信回路６と、Ring-APS制御フレーム受信回路７と、ＡＰＳテーブル８と、カウンタ９とを備えて構成される。

ＰＨＹ５は、物理的に電気信号の相互変換を実施する。

Ring-APS制御フレーム送信回路６は、リング内の各ノードに対して、プロトコル状態に関する制御情報を送信する。リング起動時、制御フレームを３．３ｍｓ間隔で同一フレームを２回、以降は５ｓｅｃ周期で同一フレームを再送する。

ＡＰＳテーブル８は、送信するRing-APS制御フレームの設定情報を格納する。

カウンタ９は、予め定められた一定周期でのRing-APS制御フレーム数をカウントする。

Ring-APS制御フレーム受信回路７は、Ring-APS制御フレームを受信すると、ＡＰＳテーブル８に格納されたRing-APS制御フレームの設定情報と、受信したRing-APS制御フレームの設定情報とが一致するか否かの確認を行う。一致すれば、カウンタ９を１アップさせる。カウンタ９による一定周期でのRing-APS制御フレームのカウント値が予め定められた閾値を超えると、ループが発生したと認識し、ＣＰＵ１０へ通知する。この通知をうけて、ＣＰＵ１０はループが発生していることを示す通知情報をＰＣ１１に送信し、保守者がループ発生を認識できるようにする。

上述したカウンタ９がカウントを行う一定周期や、Ring-APS制御フレーム受信回路７によるループ発生検出の閾値は、予め設定しておくことができる。例えば、Ring-APS制御フレームが５秒間隔で送信されるため、カウントを行う一定周期がRing-APS制御フレームを受信後１１秒間、閾値が２回、などの設定が可能である。

次に、ＡＰＳテーブル８を利用して、Ring-APS制御フレームの同一判定を行う方法について、図４を参照して説明する。
ＡＰＳテーブル８には、送信するRing-APS制御フレームの設定情報が登録されている。図４にRing-APS制御フレームフォーマットを示す。

カウンタ９は、予め定められた一定周期でのRing-APS制御フレーム数をカウントする。
Ring-APS制御フレーム受信回路７は、フレームを受信すると、ＡＰＳテーブル８に設定されているRing-APS制御フレームのＭＡＣ ＤＡと、ＶＬＡＮ ＩＤと、ＭＥＬと、ＯｐＣｏｄｅが受信したフレームのものと一致するか確認を行う。このように、受信されたRing-APS制御フレームにおける予め定められた設定情報がＡＰＳテーブル８に設定されている対応する設定情報と一致すれば、同一リングでアサインしているRing-APS制御フレームと判定し、カウンタ９のカウント値を１アップさせる。

ＯｐＣｏｄｅ＝２８ｈはRing-APS制御フレームを示す。カウンタ９による予め定められた一定周期でのRing-APS制御フレームのカウント値が予め定められた閾値を超えると、Ring-APS制御フレーム受信回路７はループが発生したと認識し、ＣＰＵ１０へ通知する。この通知をうけて、ＣＰＵ１０はループが発生していることを示す通知情報をＰＣ１１に送信し、保守者がループ発生を認識できるようにする。

通常時、Ring-APS制御フレームを発信するのは、ＲＰＬオーナーノードだけで実施しており、ＲＰＬオーナーノードだけで本実施形態のループ検出が可能である。

次に、ＲＰＬオーナーノードとして設定された本実施形態のスイッチ装置によるループ検出動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、ユーザは、ループ検出機能を有効または無効に設定し、ループ検出回路４に設定を登録する（ステップＳ１）。

ここで、ループ検出機能が無効とされた場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、ループが発生した時には、ユーザトラフィックを圧迫し、影響を与えてしまうこととなる。

ループ検出機能が有効の場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ループ検出回路４は、予め定められた一定周期におけるRing-APS制御フレームのカウント値が予め定められた閾値を超えたかどうか、監視を行う。閾値を超えた場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ループを検出したと判断し（ステップＳ３）、保守者のＰＣ１１に所定の通知情報を送信する（ステップＳ４）。保守者はループが発生していることを確認することで、ループ回避作業を実行できる。

上述したステップＳ４での保守者ＰＣ１１への通知情報は、ループが発生した旨と、その発生時刻情報とを含む。このループ発生時刻は、ＡＰＳテーブル８に格納されたRing-APS制御フレームのループ検出のための設定値を用いて、おおよその障害発生予測時刻として、Ring-APS制御フレーム受信回路７がステップＳ３のループ検出時に算出する。

また、ループが検出された場合、上述したステップＳ４での保守者ＰＣ１１への通知情報送信だけでなく、ネットワーク管理装置に上述した通知情報を送信する構成であってもよい。

次に、本実施形態の他の動作例について、図６のフローチャートを参照して説明する。
他の動作例は、同一Ring-APS制御フレームを受信した場合に、Ring-APS制御フレームの送出間隔を規格に定められた５秒よりも短くすることで、障害検出を迅速に行うようにするものである。

Ring-APS制御フレーム受信回路７は、ループ検出機能が有効で、同一Ring-APS制御フレームを連続して受信した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、Ring-APS制御フレームの送信周期を予め定められた短い時間の送信周期とするよう、Ring-APS制御フレーム送信回路６に変更を指示する。Ring-APS制御フレーム送信回路６は、この変更指示を受信すると、その指示に従った送信周期により、Ring-APS制御フレームを送信する（ステップＳ１２）。
例えば、同一Ring-APS制御フレームを検出した場合、通常であればRing-APS制御フレームの送信周期は５秒間隔であるが、次回は３．３ｍｓ間隔で連続送信することで検出時間を早くすることができる。

こうしてRing-APS制御フレームの送信周期が、通常の送信周期よりも短い予め定められた時間間隔の送信周期にされると、ループが発生している場合、カウンタ９によるカウント値が通常の送信周期の場合よりも早く閾値を超えるため、（ステップＳ１３）、ループが迅速に検出され（ステップＳ１４）、保守者ＰＣ１１に通知情報が早く送出されることとなる（ステップＳ１５）。

以上説明したように、本実施形態によれば、上述した本実施形態としてのループ検出回路を実装しているので、本来、ITU-T G.8032によるプロトコルはループしないように規定されているが、万一、装置不具合等でループが発生した場合であっても、ループ検出し、保守者ＰＣに通知することができる。

また、本実施形態によれば、Ring-APS制御フレームの発信、検出は、ＲＰＬオーナーノードだけで実施しているため、ＲＰＬオーナーノードだけで本実施形態のループ検出が可能である。

また、本実施形態によれば、ITU-T G.8032のプロトコルに規定された周期的なRing-APS制御フレームを利用しているため、ＭＡＣアドレス学習やスパニングツリープロトコルを特に必要とせず、ITU-T G.8032の規定により動作するリングネットワークで効率的にループ発生を検出することができる。
また、ループ検出時間がRing-APS制御フレームの発生周期に応じて確定できるため、保守の効率化や、ネットワーク信頼性向上に極めて有効である。

また、同一Ring-APS制御フレームを受信した場合、Ring-APS制御フレームの送信周期を通常よりも短い周期とすることで、障害検出を迅速に行うこともできる。

なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述した実施形態としてのスイッチ装置を実現するための処理手順をプログラムとして記録媒体に記録することにより、本発明の実施形態による上述した各機能を、その記録媒体から供給されるプログラムによって、システムを構成するコンピュータのＣＰＵに処理を行わせて実現させることができる。
この場合、上記の記録媒体により、あるいはネットワークを介して外部の記録媒体から、プログラムを含む情報群を出力装置に供給される場合でも本発明は適用されるものである。
すなわち、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記録媒体および該記録媒体から読み出された信号は本発明を構成することになる。
この記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭ等を用いてよい。

この本発明に係るプログラムによれば、当該プログラムによって制御されるスイッチ装置に、上述した実施形態における各機能を実現させることができる。

１ スイッチ装置
２ 回線モジュール
３ 制御モジュール
４ ループ検出回路
５ ＰＨＹ
６ Ring-APS制御フレーム送信回路
７ Ring-APS制御フレーム受信回路
８ ＡＰＳテーブル
９ カウンタ
１０ ＣＰＵ
１１ ＰＣ

Claims (16)

1. 周期的に制御フレームを送信するリングネットワークに用いられるスイッチ装置であって、
   受信された前記制御フレームを検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント手段と、
   前記カウント手段によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出手段と、を備えたことを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記スイッチ装置は、
   前記制御フレームを送信する制御フレーム送信手段と、
   前記制御フレーム送信手段により送信する制御フレームの設定情報を格納する設定情報格納手段と、を備え
   前記検出手段は、受信されたフレームにおける予め定められた設定情報が前記設定情報格納手段に格納された対応する設定情報と一致した場合に、前記制御フレームを受信したと検出することを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
3. 前記カウント手段によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、前記設定情報格納手段に格納された設定情報に基づいてループ発生時刻を算出する発生時刻算出手段を備え、
   前記送出手段により送出される前記通知情報は、ループ発生の旨と、前記発生時刻算出手段により算出された発生時刻情報とを含むことを特徴とする請求項２記載のスイッチ装置。
4. 前記検出手段により同一の前記制御フレームが連続して受信された場合、前記制御フレーム送信手段による前記制御フレームの送信周期を、通常より短い予め定められた時間に変更させる周期変更手段を備えたことを特徴とする請求項２または３記載のスイッチ装置。
5. 前記リングネットワークは、ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector） G.8032に規定されたプロトコルで動作し、
   前記制御フレームは、該ITU-T G.8032に規定されたRing-APS制御フレームであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のスイッチ装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のスイッチ装置の複数がリング状に接続されて構成されたことを特徴とするリングネットワークシステム。
7. 周期的に制御フレームを送信するリングネットワークにおける通信制御方法であって、
   前記リングネットワークにおけるスイッチ装置が、受信された前記制御フレームを検出する検出工程と、
   前記検出工程により検出された前記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント工程と、
   前記カウント工程によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出工程と、を備えたことを特徴とする通信制御方法。
8. 前記スイッチ装置は、送信する制御フレームの設定情報を格納する設定情報格納手段を備え、
   前記検出工程では、受信されたフレームにおける予め定められた設定情報が前記設定情報格納手段に格納された対応する設定情報と一致した場合に、前記制御フレームを受信したと検出することを特徴とする請求項７記載の通信制御方法。
9. 前記カウント工程によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、前記設定情報格納手段に格納された設定情報に基づいてループ発生時刻を算出する発生時刻算出工程を備え、
   前記送出工程により送出される前記通知情報は、ループ発生の旨と、前記発生時刻算出工程により算出された発生時刻情報とを含むことを特徴とする請求項８記載の通信制御方法。
10. 前記検出工程により同一の前記制御フレームが連続して受信された場合、前記スイッチ装置による前記制御フレームの送信周期を、通常より短い予め定められた時間に変更する周期変更工程を備えたことを特徴とする請求項８または９記載の通信制御方法。
11. 前記リングネットワークは、ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector） G.8032に規定されたプロトコルで動作し、
    前記制御フレームは、該ITU-T G.8032に規定されたRing-APS制御フレームであることを特徴とする請求項７から１０の何れか１項に記載の通信制御方法。
12. 周期的に制御フレームを送信するリングネットワークに用いられるスイッチ装置のプログラムであって、
    受信された前記制御フレームを検出する検出処理と、
    前記検出処理により検出された前記制御フレーム数を、予め定められた時間までカウントするカウント処理と、
    前記カウント処理によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、ループ発生を通知する通知情報を送出する送出処理と、を前記スイッチ装置のコンピュータに実行させることを特徴とするスイッチ装置のプログラム。
13. 前記制御フレームを送信する制御フレーム送信処理を、前記スイッチ装置のコンピュータに実行させ、
    前記スイッチ装置は、前記制御フレーム送信処理により送信する制御フレームの設定情報を格納する設定情報格納手段を備え、
    前記検出処理では、受信されたフレームにおける予め定められた設定情報が前記設定情報格納手段に格納された対応する設定情報と一致した場合に、前記制御フレームを受信したと検出することを特徴とする請求項１２記載のスイッチ装置のプログラム。
14. 前記カウント処理によるカウント値が予め定められた閾値を超えた場合、前記設定情報格納手段に格納された設定情報に基づいてループ発生時刻を算出する発生時刻算出処理を前記スイッチ装置のコンピュータに実行させ、
    前記送出処理により送出される前記通知情報は、ループ発生の旨と、前記発生時刻算出処理により算出された発生時刻情報とを含むことを特徴とする請求項１３記載のスイッチ装置のプログラム。
15. 前記検出処理により同一の前記制御フレームが連続して受信された場合、前記制御フレーム送信処理による前記制御フレームの送信周期を、通常より短い予め定められた時間に変更させる周期変更処理を前記スイッチ装置のコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１３または１４記載のスイッチ装置のプログラム。
16. 前記リングネットワークは、ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector） G.8032に規定されたプロトコルで動作し、
    前記制御フレームは、該ITU-T G.8032に規定されたRing-APS制御フレームであることを特徴とする請求項１２から１５の何れか１項に記載のスイッチ装置のプログラム。

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