JP2011120083A - マルチホーム接続環境における経路切替方法、ルータ及びプログラム - Google Patents

マルチホーム接続環境における経路切替方法、ルータ及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】マルチホーム接続のための機能をルータのみに実装することによって、極めて低コストで、マルチホーム接続環境における経路切替方法等を提供する。
【解決手段】マルチホームルータは、第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークと、ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する経路制御手段と、第1のアクセスネットワークから取得した第1のアドレス群と、第2のアクセスネットワークから取得した第2のアドレス群とを保持するアドレスプール手段と、前記アクセスネットワークを切り替える際に、前記ローカルネットワークに接続された前記ホスト端末へ、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)における再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する再設定送信手段とを有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、複数のアクセスネットワークに接続するマルチホーム接続環境について、アクセスネットワークの経路を切り替える技術に関する。
インターネットプロトコルとして、一般的に、IPv4(Internet Protocol Version 4)が用いられている。しかしながら、32ビットのアドレス空間を有するIPv4には、アドレス資源の枯渇という問題がある。この問題を解決するために、NAT(Network Address Translation)機能を備えたブロードバンドルータがある。NATとは、LAN(Local Area Network)で使用する複数のプライベート・アドレスと、WAN(Wide Area Network)で使用する1つのグローバル・アドレスとを変換する技術である。LANに接続されるブロードバンド・ルータにNAT機能を搭載するだけで、IPv4のアドレスの消費量を少なからず抑えることができる。
また、インターネットサービスプロバイダ(Internet Service Provider、以下「ISP」という)のアクセスネットワークに、大容量NAT装置を備える「キャリアグレードNAT」という技術もある。この技術によれば、ISPが、一部のグローバル・アドレスと、顧客に割り当てるプライベート・アドレスと変換する。しかしながら、NAT装置は、10Gビット/秒程度の高速なネットワークに備える必要があり、高速性が極めて必要となる。
これに対して、以前から、128ビットのアドレス空間を有するIPv6(Internet Protocol Version 6)がある。近年、IPv4のアドレス資源の枯渇問題から、IPv6を用いた接続サービスが急速に普及しつつある。IPv6によれば、NATを必要とすることなく、インターネットに対するグローバル・アドレスを、LANに接続された各ホスト端末に割り当てることができる。
また、インターネットに対する接続サービスにおける耐故障性を高めるために、複数のアクセスネットワークに接続する「マルチホーム接続」という技術がある。マルチホーム接続とは、LANに接続されたブロードバンド・ルータを、2つ以上のISPのアクセスネットワークに接続する技術である。この技術によれば、一方のアクセスネットワークの故障に対して、他方のアクセスネットワークへ切り替えることができ、ネットワークの耐故障性を高めることができる。このルータは、少なくとも2つのWANインタフェース部と、少なくとも1つのLANインタフェース部とを有する。
IPv6によれば、複数のISPで使用可能であって、ISPに非依存なPIアドレス(Provider Independent Address)がある。これによって、複数のアクセスネットワークに、1つのPIアドレスでアクセスすることができ、マルチホーム接続を実現することができる。しかしながら、PIアドレスを運用するためには、経路制御のためのBGP(Border Gateway Protocol)のAS(Autonomous System)番号も管理する必要があり、極めて高いコストを要する。そのために、マルチホーム接続を実現するには、一般的に、LANに接続されたホスト端末が、ISP毎に、IPアドレスを取得する必要がある。ホスト端末は、アクセスネットワークを切り替える毎に、そのIPv6アドレスを切り替える必要がある。
従来、マルチホーム接続のためのマルチホーミング接続装置の技術がある(例えば特許文献1参照)。この技術によれば、マルチホーミング接続装置は、アクセスネットワーク毎に割り当てられたIPv6アドレスを、ポリシテーブルとしてホスト端末へ予め配布する。そして、アクセスネットワークとホームネットワークとの間に設置されたルータは、アクセスネットワークの回線品質状態に基づいた制御メッセージを、ホスト端末へ送信する。ホスト端末は、送信元アドレスとして、ポリシテーブルに含まれるIPv6アドレスを切り替えることによって、マルチホーミング接続装置を介して、異なるアクセスネットワークへIPv6パケットを送信することができる。
特開2004−274129号公報
しかしながら、特許文献1に記載された技術によれば、ホスト端末は、マルチホーミング接続装置から配布されたポリシテーブルを保持する必要がある。また、ホスト端末は、そのポリシテーブルに含まれるISPから割り当てられたIPv6アドレスを、ルータからの制御メッセージによって切り替える必要がある。ホスト端末が、このような制御を実行するには、種々のOS(Operating System)に対応したアプリケーションソフトウェアをインストールする必要がある。また、ホームネットワーク内に多数のホスト端末が存在する場合、ホスト端末によってマルチホーミングの接続制御を実現する場合、その維持・管理のためのコストが増加することとなる。更に、アクセスネットワークとホームネットワークとの間に接続されるルータも、マルチホーム接続の切り替えのための経路テーブル(ラベル)に基づくプロトコルを実装する必要があり、更にコストを増加させる要因となる。即ち、この技術によれば、マルチホーミング接続装置と、ホスト端末と、ルータとにおけるクライアント側の全ての装置に、新しい機能を実装する必要があった。
そこで、本発明は、マルチホーム接続のための機能をルータのみに実装することによって、極めて低コストで、マルチホーム接続環境における経路切替方法、ルータ及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明によれば、第1のアクセスネットワークに接続する第1のWANインタフェースと、第2のアクセスネットワークに接続する第2のWANインタフェースと、複数のホスト端末が接続されたローカルネットワークに接続するLANインタフェースとを有するマルチホーム用のルータにおいて、
第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークと、ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する経路制御手段と、
第1のアクセスネットワークから取得した第1のアドレス群と、第2のアクセスネットワークから取得した第2のアドレス群とを保持するアドレスプール手段と、
アクセスネットワークを切り替える際に、ローカルネットワークに接続されたホスト端末へ、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)における再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する再設定送信手段と
を有することを特徴とする。
本発明のルータにおける他の実施形態によれば、
ホスト端末からLANインタフェースを介して、要求(REQUEST)メッセージを受信する要求受信手段と、
ホスト端末へLANインタフェースを介して、アドレスプール手段に記憶された切替先となるアクセスネットワークから取得したアドレスを含む応答(REPLY)メッセージを返信する応答送信手段とを有し、
経路制御手段は、切替先のアドレスを確定することも好ましい。
本発明のルータにおける他の実施形態によれば、
経路制御手段におけるプロトコルは、BGP(Border Gateway Protocol)であり、
複数のアクセスネットワークにおけるdefault-routeは、LP(Local-Preference)値によって決定されており、
アクセスネットワーク毎のLP値の中で、最大のLP値のアクセスネットワークの変更を検出し、再設定送信手段へ指示する切替トリガ検出手段を更に有することも好ましい。
本発明のルータにおける他の実施形態によれば、
経路制御手段は、複数のアクセスネットワークについて物理的又はプロトコル的な通信品質状態を検出しており、
経路制御手段の通信品質状態によって障害の発生を検出し、再設定送信手段へ指示する切替トリガ検出手段を更に有することも好ましい。
本発明のルータにおける他の実施形態によれば、
アドレスは、IPv6アドレスであって、アクセスネットワークを運用するインターネットサービスプロバイダ設備から割り当てられたものであり、
経路制御手段は、IPv6パケットの経路を制御することも好ましい。
本発明によれば、第1のアクセスネットワークに接続する第1のWANインタフェースと、第2のアクセスネットワークに接続する第2のWANインタフェースと、複数のホスト端末が接続されたローカルネットワークに接続するLANインタフェースとを有するマルチホーム用のルータに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークと、ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する経路制御手段と、
第1のアクセスネットワークから取得した第1のアドレス群と、第2のアクセスネットワークから取得した第2のアドレス群とを保持するアドレスプール手段と、
アクセスネットワークを切り替える際に、ローカルネットワークに接続されたホスト端末へ、DHCPにおける再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する再設定送信手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
本発明によれば、第1のアクセスネットワークと、第2のアクセスネットワークと、ローカルネットワークと、当該ローカルネットワークに接続されるホスト端末と、複数のアクセスネットワーク及びローカルネットワークに相互接続されるルータとを有するシステムにおけるマルチホーム接続方法において、
ルータが、第1のアクセスネットワークから第1のアドレス群を取得すると共に、第2のアクセスネットワークから第2のアドレス群を取得する第1のステップと、
ルータが、第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークのいずれか一方と、ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する第2のステップと、
ルータが、アクセスネットワークを切り替える際に、ローカルネットワークに接続されたホスト端末へ、DHCPにおける再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する第3のステップと
を有することを特徴とする。
本発明のマルチホーム接続環境における経路切替方法、ルータ及びプログラムによれば、既存のホスト端末を用いて、マルチホーム接続のための機能をルータのみに実装することによって、極めて低コストでマルチホーム接続を提供する。
本発明におけるシステム構成図である。 本発明におけるシーケンス図である。 本発明におけるルータの機能構成図である。 本発明におけるアクセスネットワークの切り替えを表す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明におけるシステム構成図である。
図1よれば、マルチホームルータ1は、第1のアクセスネットワーク3A及び第2のアクセスネットワーク3Bと、LAN5との間に、相互接続されている。LAN5には、複数のホスト端末2が接続されている。ホスト端末2は、マルチホームルータ1を介して、第1のアクセスネットワーク3A又は第2のアクセスネットワーク3Bのいずれか一方を経由して、インターネット4に接続する。
アクセスネットワーク毎に、通信事業者のISPによって運用管理されている。また、アクセスネットワークは、アドレス管理装置を備えており、当該アクセスネットワークに接続可能なアドレスを、各ホスト端末へ割り当てることができる。ここで、アドレスは、IPv6アドレスであって、アドレス管理装置は、インターネット上で唯一のIPv6アドレスの群を管理する。
本発明によれば、マルチホームルータ1は、DHCPv6サーバ機能を有し、ホスト端末2は、DHCPv6クライアント機能を有する。DHCPとは、インターネットに一時的に接続するホスト端末に、IPアドレス等の接続設定情報を自動的に割り当てるプロトコルをいう。ユーザは、ネットワーク設定を手動で設定する必要がなく、ネットワーク管理者は、複数のホスト端末のネットワーク設定を一元的に容易に管理することができる。DHCPサーバ機能は、インターネットへ接続するホスト端末に対してIPアドレスを割り当てると共に、インターネットへの接続を切断したホスト端末に割り当てられていたIPアドレスを回収する。
図2は、本発明におけるシーケンス図である。
(S200)最初に、マルチホームルータ1は、アクセスネットワークAから第1のアドレス群を取得すると共に、アクセスネットワークBから第2のアドレス群を取得する。マルチホームルータ1は、これらアドレス群をアクセスネットワーク毎に保持する。
(S201)マルチホームルータ1は、アクセスネットワークA及びアクセスネットワークBに接続している。マルチホームルータ1は、最初に、アクセスネットワークAを介してインターネットに通信しているとする。アクセスネットワークBは、アクセスネットワークAに対する予備回線として維持されている。
(S202)ここで、アクセスネットワークAからアクセスネットワークBへ切り替えるべくトリガが発生したとする。具体的な切替条件については、図4によって後述する。
(S203)マルチホームルータ1は、LANに接続された全てのホスト端末2へ、再設定(DHCPv6-RECONFIGURE)メッセージを送信する。DHCPv6-RECONFIGUREはmsg-type=10であって、DHCPサーバが、DHCPクライアントへ、新規設定パラメータ又は更新パラメータがあることを通知するメッセージである。
(S204)再設定メッセージを受信した全てのホスト端末2は、要求(DHCPv6-REQUEST)メッセージを、マルチホームルータ1へ送信する。DHCPv6-REQUESTはmsg=3であって、DHCPクライアントが、DHCPサーバへ、IPアドレスを含む接続設定パラメータを要求するメッセージである。
(S205)要求メッセージを受信したマルチホームルータ1は、切替先となるアクセスネットワークから取得されたアドレスを、アドレスプール部から取得する。図2によれば、例えばアクセスネットワークAからアクセスネットワークBへ切り替える場合、アクセスネットワークBのアドレスを、アドレスプール部から取得する。そして、そのアドレスを含む応答(DHCPv6-REPLY)メッセージが、ホスト端末2へ送信される。
(S206)応答メッセージを受信したホスト端末2は、そのメッセージに含まれるアドレスを取得し、自らのアドレスとして用いる。そして、ホスト端末2は、確認(DHCPv6-CONFIRM)メッセージをマルチホームルータ1へ送信する。DHCPv6-CONFIRMはmsg=4であって、DHCPクライアントが、DHCPサーバへ、割り当てられたIPアドレスが適切であることを通知するためのメッセージである。
(S207)これによって、マルチホームルータ1は、アクセスネットワークBを介してインターネットに接続することができる。
図3は、本発明におけるルータの機能構成図である。
図3によれば、マルチホームルータ1は、第1のWANインタフェース部101と、第2のWANインタフェース部102と、LANインタフェース部103とを有する。第1のWANインタフェース部101は、第1のISPにおける第1のアクセスネットワークAに接続する。また、第2のWANインタフェース部102は、第2のISPにおける第2のアクセスネットワークBに接続する。更に、LANインタフェース部103は、複数のホスト端末が接続するホームネットワークに接続する。
また、マルチホームルータ1は、経路制御部111と、アドレスプール部112と、切替トリガ検出部113と、DHCPサーバ機能部114とを有する。これら機能構成部は、ルータに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。
経路制御部111は、第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークと、ローカルネットワークとの間で、IPv6パケットの経路を制御する。ルータにおける既存の経路制御を実行する。
アドレスプール部112は、第1のアクセスネットワークから取得した第1のアドレス群と、第2のアクセスネットワークから取得した第2のアドレス群とを保持する。
切替トリガ検出部113は、アクセスネットワークの切り替えトリガを検出し、アクセスネットワークを切り替える旨を、DHCPサーバ機能部114の再設定送信部1141へ指示する。具体的な切替条件については、図4によって後述する。
DHCPサーバ機能部114は、再設定送信部1141と、要求受信部1142と、応答送信部1143とを有する。
再設定送信部1141は、アクセスネットワークを切り替える際に、LANインタフェース部103を介してホスト端末2へ、DHCPにおける再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する。
要求受信部1142は、ホスト端末2からLANインタフェース部103を介して、要求(REQUEST)メッセージを受信する。
応答送信部1143は、LANインタフェース部103を介してホスト端末2へ、アドレスプール部112に記憶された切替先となるアクセスネットワークから取得したアドレスを含む応答(REPLY)メッセージを返信する。
図4は、本発明におけるアクセスネットワークの切り替えを表す説明図である。
マルチホームルータ1の切替トリガ検出部113が、アクセスネットワークの切り替えのタイミングを検出する。経路制御部111におけるプロトコルは、例えばBGP(Border Gateway Protocol)である。BGPは、インターネット上で組織間の経路情報を交換する経路制御プロトコルである。BGPでは、経路を制御する組織毎に、インターネット上で唯一のAS(Autonomous System)番号が割り当てられる。
BGPでは、一般に、複数の相手方ルータに対する経路について、選択されたいずれか1つの経路を、default-routeとして表す。default-routeは、LP(Local-Preference)値によって決定される。複数のアクセスネットワークに接続されているマルチホームルータは、アクセスネットワーク毎にLP値を保持する。例えば、アクセスネットワークAのLP値=100であり、アクセスネットワークBのLP値=90である場合、アクセスネットワークAが選択される。また、3つ以上のアクセスネットワークに接続している場合、これらLP値の中で、最大のLP値のアクセスネットワークが選択される。
切替トリガ検出部113は、アクセスネットワーク毎のLP値の中で、最大のLP値が変更された場合、その変更を検出し、DHCPサーバ機能部114の再設定送信部1141へ指示する。これによって、最大のLP値のアクセスネットワークが選択される。
また、切替トリガ検出部113は、複数のアクセスネットワークについて物理的又はプロトコル的な通信品質状態を検出するものであってもよい。これによって、BGPのLP値を用いても又は用いていなくても、通信品質状態が劣化したアクセスネットワークを切り替えることができる。尚、BGPのLP値を用いていない場合、default-routeの優先順位のメトリック値を、予め設定しておく必要がある。
例えば、BGPを用いていない場合、アクセスネットワークの故障検出として、物理的なインタフェース断、又は、PPP(Point to Point Protocol)プロトコルの切断を検出するものであってもよい。更に、ICMP(Internet Control Message Protocol)をもちいたものであってもよい。ICMPとは、IPのエラーメッセージや制御メッセージを転送するプロトコルであって、TCP/IPで接続された装置間の状態を確認するために用いられる。ネットワーク診断には、pingが用いられる。
以上、詳細に説明したように、本発明のマルチホーム接続環境における経路切替方法、ルータ及びプログラムによれば、既存のホスト端末を用いて、マルチホーム接続のための機能をルータのみに実装することによって、極めて低コストでマルチホーム接続を提供することができる。マルチホーム接続環境は、アクセスネットワークにおける耐故障性を高めることができる。
本発明によれば、複数のWANと少なくとも1つのLANとの間に接続されるルータにおける一部の機能のみを更新することによって、ホスト端末は、既存の機能のままであって、ソフトウエアの変更及び追加インストールが不要となる。また、マルチホームルータがアクセスネットワークの通信品質状態を監視することによって、マルチホームルータが、アクセスネットワークを自らの判断で切り替えることができる。
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
1 マルチホームルータ
101 第1のWANインタフェース部
102 第2のWANインタフェース部
103 LANインタフェース部
111 経路制御部
112 アドレスプール部
113 切替トリガ検出部
114 DHCPサーバ機能部
1141 再設定送信部
1142 要求受信部
1143 応答送信部
2 ホスト端末
3A アクセスネットワークA、第1のアクセスネットワーク
3B アクセスネットワークB、第2のアクセスネットワーク
4 インターネット

Claims (7)

  1. 第1のアクセスネットワークに接続する第1のWAN(Wide Area Network)インタフェースと、第2のアクセスネットワークに接続する第2のWANインタフェースと、複数のホスト端末が接続されたローカルネットワークに接続するLAN(Local Area Network)インタフェースとを有するマルチホーム用のルータにおいて、
    第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークと、前記ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する経路制御手段と、
    第1のアクセスネットワークから取得した第1のアドレス群と、第2のアクセスネットワークから取得した第2のアドレス群とを保持するアドレスプール手段と、
    前記アクセスネットワークを切り替える際に、前記ローカルネットワークに接続された前記ホスト端末へ、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)における再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する再設定送信手段と
    を有することを特徴とするルータ。
  2. 前記ホスト端末から前記LANインタフェースを介して、要求(REQUEST)メッセージを受信する要求受信手段と、
    前記ホスト端末へ前記LANインタフェースを介して、前記アドレスプール手段に記憶された切替先となるアクセスネットワークから取得したアドレスを含む応答(REPLY)メッセージを返信する応答送信手段と
    を有し、
    前記経路制御手段は、切替先のアドレスを確定することを特徴とする請求項1に記載のルータ。
  3. 前記経路制御手段におけるプロトコルは、BGP(Border Gateway Protocol)であり、
    複数のアクセスネットワークにおけるdefault-routeは、LP(Local-Preference)値によって決定されており、
    前記アクセスネットワーク毎のLP値の中で、最大のLP値のアクセスネットワークの変更を検出し、前記再設定送信手段へ指示する切替トリガ検出手段を更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載のルータ。
  4. 前記経路制御手段は、複数のアクセスネットワークについて物理的又はプロトコル的な通信品質状態を検出しており、
    前記経路制御手段の前記通信品質状態によって障害の発生を検出し、前記再設定送信手段へ指示する切替トリガ検出手段を更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載のルータ。
  5. 前記アドレスは、IPv6アドレスであって、前記アクセスネットワークを運用するインターネットサービスプロバイダ設備から割り当てられたものであり、
    前記経路制御手段は、IPv6パケットの経路を制御する
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のルータ。
  6. 第1のアクセスネットワークに接続する第1のWANインタフェースと、第2のアクセスネットワークに接続する第2のWANインタフェースと、複数のホスト端末が接続されたローカルネットワークに接続するLANインタフェースとを有するマルチホーム用のルータに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
    第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークと、前記ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する経路制御手段と、
    第1のアクセスネットワークから取得した第1のアドレス群と、第2のアクセスネットワークから取得した第2のアドレス群とを保持するアドレスプール手段と、
    前記アクセスネットワークを切り替える際に、前記ローカルネットワークに接続された前記ホスト端末へ、DHCPにおける再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する再設定送信手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とするルータ用のプログラム。
  7. 第1のアクセスネットワークと、第2のアクセスネットワークと、ローカルネットワークと、当該ローカルネットワークに接続されるホスト端末と、複数のアクセスネットワーク及び前記ローカルネットワークに相互接続されるルータとを有するシステムにおけるマルチホーム接続方法において、
    前記ルータが、第1のアクセスネットワークから第1のアドレス群を取得すると共に、第2のアクセスネットワークから第2のアドレス群を取得する第1のステップと、
    前記ルータが、第1のアクセスネットワーク又は第2のアクセスネットワークのいずれか一方と、前記ローカルネットワークとの間で、データパケットの経路を制御する第2のステップと、
    前記ルータが、前記アクセスネットワークを切り替える際に、前記ローカルネットワークに接続された前記ホスト端末へ、DHCPにおける再設定(RECONFIGURE)メッセージを送信する第3のステップと
    を有することを特徴とするマルチホーム接続方法。
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