JP2012124775A

JP2012124775A - レイヤ２スイッチ

Info

Publication number: JP2012124775A
Application number: JP2010274881A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ogawa; 裕二小川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-28

Abstract

【課題】ＭＳＴＰが動作するレイヤ２スイッチにおいて効率的なトラヒック分散を可能とし、適切な帯域速度の設定を可能とするレイヤ２スイッチを得ること。
【解決手段】複数のＶＬＡＮをグループとしたＭＳＴＩに関する情報を保持するグループテーブル１１８と、集約モードの有効および無効を管理する集約モード制御部１２０と、集約モードにて集約させたレイヤ２経路で共通して使用するＭＳＴＩを共通グループとして管理する共通グループ管理部１１５と、ポートにおけるトラヒック量を監視して、帯域速度の設定を変更するＰＨＹ制御部１１６と、共通グループに関する情報を保持し、トラヒック量に応じて、共通グループのレイヤ２経路とＶＬＡＮとを再構築する共通グループテーブル１１７と、集約モード制御部１２０からの指示に応じて、グループテーブル１１８と共通グループテーブル１１７とを切り替えるテーブル切り替え部１２１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レイヤ２スイッチに関するものであって、特に、ＭＳＴＰ（Multiple Spanning Tree Protocol）を実装したレイヤ２スイッチにおけるトラヒックの分散および帯域速度の設定に関するものである。

電力、交通等の分野の私設ネットワークでは、ＭＳＴＰを実装するレイヤ２スイッチが増加している。ＭＳＴＰは、レイヤ２経路を冗長化し、かつループを防止するためのプロトコルである。複数のＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）を束ねたグループであるＭＳＴＩ（Multiple Spanning Tree Instance）ごとにスパニングツリーと呼ばれるレイヤ２経路を形成することで、ネットワーク負荷を分散させることが可能である。

"IEEE Standards 802.1s" 2002

しかし、従来の技術によれば、流れるトラヒックが少ないレイヤ２経路に対して、設定されている帯域速度が過大となる場合があることが課題となる。例えば、帯域速度の規定値が１Ｇｂｐｓで、帯域速度の設定を１０Ｍｂｐｓ、１００Ｍｂｐｓ、１Ｇｂｐｓに変更可能なインタフェースを持つレイヤ２スイッチでネットワークが構成されるとする。各レイヤ２スイッチにおいてＭＳＴＰを動作させ、ＶＬＡＮ１００〜１９９をＭＳＴＩ＝１、ＶＬＡＮ２００〜２９９をＭＳＴＩ＝２に割り当てたとする。ＶＬＡＮ１００〜１９９のトラヒックＡはＭＳＴＩ＝１のレイヤ２経路を通過する。ＶＬＡＮ２００〜２９９のトラヒックＢはＭＳＴＩ＝２のレイヤ２経路を通過する。例えばトラヒックＡが５Ｍｂｐｓ程度の場合でもトラヒックＡが通過するインタフェースの帯域速度は１Ｇｂｐｓに設定されたままとなることで、トラヒック量に対して帯域速度が過分となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＭＳＴＰが動作するレイヤ２スイッチにおいてトラヒックの効率的な分散を可能とし、適切な帯域速度の設定を可能とするレイヤ２スイッチを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のＶＬＡＮをグループとしたＭＳＴＩに関する情報を保持するグループテーブルと、前記ＭＳＴＩ毎のレイヤ２経路を集約させる集約モードの有効および無効を管理する集約モード制御部と、前記集約モードにて集約させた前記レイヤ２経路で共通して使用する前記ＭＳＴＩを共通グループとして管理する共通グループ管理部と、ポートにおけるトラヒック量を監視して、帯域速度の設定を変更するポート制御部と、前記共通グループに関する情報を保持し、前記トラヒック量に応じて、前記共通グループの前記レイヤ２経路と前記ＶＬＡＮとを再構築する共通グループテーブルと、前記集約モード制御部からの指示に応じて、前記グループテーブルと前記共通グループテーブルとを切り替えるテーブル切り替え部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、トラヒックの効率的な分散および適切な帯域速度の設定、省エネルギー化が可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるレイヤ２スイッチの機能ブロック図である。図２は、レイヤ２経路を集約する手順を説明するフローチャートである。図３は、集約モードが無効であるときのネットワークの状態を示す図である。図４は、集約モードが有効であるときのネットワークの状態を示す図である。

以下に、本発明にかかるレイヤ２スイッチの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるレイヤ２スイッチの機能ブロック図である。レイヤ２スイッチは、ＰＨＹ（PHYsical layer）１１１、レイヤ２中継１１２、ＶＬＡＮ１１３、ＭＳＴＰ１１４、共通グループ管理部１１５、ＰＨＹ制御部（ポート制御部）１１６および集約モード制御部１２０を有する。

ＰＨＹ１１１は、ＯＳＩ参照モデルの物理層でのアクセスを実行するインタフェースであって、フレームを送受信する。レイヤ２中継１１２は、受信したフレームの宛先ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスとＶＬＡＮとにより、転送先となるＰＨＹを決定し、フレームを送信する。ＶＬＡＮ１１３は、ＶＬＡＮ＿ＩＤおよびメンバポートを管理する。ＭＳＴＰ１１４は、レイヤ２経路を冗長化し、かつループを防止するプロトコルである。

集約モード制御部１２０は、レイヤ２経路を集約させる集約モードの有効および無効を管理する。共通グループ管理部１１５は、集約モードにて集約させたレイヤ２経路で共通して使用するＭＳＴＩを共通グループとして管理する。ＰＨＹ制御部１１６は、ＰＨＹ１１１におけるトラヒック量を監視して、帯域速度の設定を変更する。

ＭＳＴＰ１１４は、ポート状態管理部１２２、高速状態遷移部１２３、グループテーブル１１８、共通グループテーブル１１７およびテーブル切り替え部１２１を有する。ポート状態管理部１２２は、DesignatedやRoot等のポートロールと、ForwardingやBlocking等のポート状態とを管理する。高速状態遷移部１２３は、ProposalおよびAgreementによりポート状態を高速に遷移させるための機能を備える。

グループテーブル１１８は、ＭＳＴＩに関する情報を保持する。共通グループテーブル１１７は、共通グループの情報を保持し、トラヒック量に応じて、共通グループのレイヤ２経路とＶＬＡＮとを再構築する。テーブル切り替え部１２１は、集約モード制御部１２０からの指示に応じて、グループテーブル１１８と共通グループテーブル１１７とを切り替える。なお、ポート状態管理部１２２、高速状態遷移部１２３およびグループテーブル１１８は、IEEE Std 802.1s（非特許文献１参照）に存在する機能ブロックである。

次に、集約モードが無効であるときの動作を説明する。共通グループ管理部１１５は、集約モードで使用する共通グループ値を共通グループテーブル１１７に通知する。値「０」はＭＳＴＰのＣＩＳＴ（Common and Internal Spanning Tree）で使用されているため、正数を規定値とする。なお、共通グループ値は、ユーザによって正数に変更可能である。

共通グループテーブル１１７は、共通グループ管理部１１５で設定された共通グループ値を検索キーとして、「MSTI Flags」、「MSTI Regional Root Identifier」、「MSTI Internal Root Path Cost」、「MSTI Bridge Priority」、「MSTI Port Priority」、「MSTI Remaining Hops」をエントリデータとして、エントリを登録する。

「MSTI Flags」は、ポート状態の遷移に使用するProposalおよびAgreement、ポートロールの状態、トポロジ変化の通知等を示すフラグである。「MSTI Regional Root Identifier」は、リージョン内のルートブリッジ識別子を示す値である。「MSTI Internal Root Path Cost」は、リージョン内のルートブリッジまでのパスコストを示す値である。「MSTI Bridge Priority」は、ブリッジ識別子である。「MSTI Port Priority」は、ポート優先度を示す値である。「MSTI Remaining Hops」は、ＢＰＤＵ（Bridge Protocol Date Unit）を伝播する残りのホップカウント数を示す値である。エントリデータの各値は、ＭＳＴＰで新たにＭＳＴＩが設定されたときに使用される規定値を使用する。

共通グループテーブル１１７に設定されたＭＳＴＩは、ＭＳＴＰ１１４において、IEEE Std 802.1sに適合するＭＳＴＩの一つとして扱われる。すなわち、共通グループテーブル１１７に設定されたＭＳＴＩは、IEEE Std 802.1sに準拠した動作でＢＰＤＵのフレームに格納されて、他のレイヤ２スイッチに送信される。

また、ポート状態管理部１２２および高速状態遷移部１２３は、他のレイヤ２スイッチから受信したＢＰＤＵに含まれるＭＳＴＩを基に、ＭＳＴＩのスパニングツリーを形成する。共通グループテーブル１１７は、スパニングツリーの形成により更新されたMSTI Flags等の各値をエントリデータに反映する。ポート状態管理部１２２は、ポートロールとポート状態とを保持している。

共通グループ値以外のＭＳＴＩの情報は、グループテーブル１１８に格納されている。ＭＳＴＰ１１４は、共通グループテーブル１１７の動作と同様に、ＭＳＴＩのスパニングツリーを形成して、グループテーブル１１８にＭＳＴＩの情報を反映する。

以上の動作により、集約モードが無効であるとき、レイヤ２スイッチは、共通グループを含む各ＭＳＴＩでレイヤ２経路を形成し、その情報を保持した状態となる。なお、ＰＨＹ制御部１１６は、ＰＨＹ１１１におけるトラヒック量を常時測定し、測定によって得た情報を保持している。

次に、集約モードを有効にする場合の動作を説明する。図２は、レイヤ２経路を集約する手順を説明するフローチャートである。集約モードを有効とすることをユーザ１１９が指示すると、集約モード制御部１２０は、テーブル切り替え部１２１へテーブルの切り替えを指示する（ステップＳ１）。

テーブル切り替え部１２１は、グループテーブル１１８で管理しているＭＳＴＩのポート状態を、ポート状態管理部１２２から取得する。テーブル切り替え部１２１は、Forwarding状態のポートにおけるトラヒック量をＰＨＹ制御部１１６から取得し、トラヒック量の合計値を算出する。Forwarding状態は、ＭＳＴＰ１１４においてトラヒックの送受信が可能な、通常の転送状態を示す。

テーブル切り替え部１２１は、Forwarding状態のポートにつき設定可能な帯域速度の最大値（最大帯域速度）をＰＨＹ制御部１１６から取得する。例えば、帯域速度の設定を１０Ｍｂｐｓ、１００Ｍｂｐｓ、１Ｇｂｐｓに変更可能なインタフェースであれば、最大帯域速度は１Ｇｂｐｓとなる。テーブル切り替え部１２１は、算出した合計値と最大帯域速度とを、以下の条件式（１）により比較する（ステップＳ２）。
トラヒック量の合計値≦最大帯域速度（１）

条件式（１）が成立しない場合（ステップＳ２、Ｎｏ）、集約モード制御部１２０は集約モードを無効のままとし、レイヤ２経路の集約のための処理を終了する。条件式（１）が成立する場合（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、集約モード制御部１２０は、集約モードを有効と設定する（ステップＳ３）。

テーブル切り替え部１２１は、グループテーブル１１８から共通グループテーブル１１７へと、使用するテーブルを切り替える（ステップＳ４）。テーブル切り替え部１２１は、共通グループテーブル１１７に設定されたＭＳＴＩの情報を基に、各ポートのポートロールおよびポート状態の情報を、ポート状態管理部１２２から取得する。

共通グループテーブル１１７では、集約モードでのＶＬＡＮの接続性を確保する必要がある。ここで、集約モードにてＶＬＡＮの接続性を確保するための、ＶＬＡＮメンバの再構成の必要性について説明する。図３は、集約モードが無効であるときのネットワークの状態を示す図である。図４は、集約モードが有効であるときのネットワークの状態を示す図である。ここでは、ＭＳＴＰが動作する３つのレイヤ２スイッチ１３１、１３２、１３３から構成されるネットワークでの集約の場合を例とする。

図３に示す場合において、レイヤ２スイッチ１３１に接続されたレイヤ２スイッチ１３３のポート＃１は、ＶＬＡＮ２００（ＶＬＡＮ＿ＩＤ＝２００）のメンバであるとする。ＭＳＴＩ＝１である場合、ポート＃１はＶＬＡＮ１００（ＶＬＡＮ＿ＩＤ＝１００）のメンバではないため、ＭＳＴＰの情報を保持していない。一方、ＭＳＴＩ＝２の場合、ポート＃１は、ポートロールがRoot、ポート状態がForwarding状態である。

共通グループ値をＭＳＴＩ＝３として集約モードを有効にし、各レイヤ２スイッチ１３１、１３２、１３３が図４に示す状態になったとする。ポート＃１をＶＬＡＮ１００のメンバにしないものとしてＭＳＴＩ＝３、ＶＬＡＮ１００に着目すると、レイヤ２スイッチ１３３のポート＃１はＶＬＡＮ１００のメンバではないため、レイヤ２フレームの受信が不能となる。

レイヤ２スイッチ１３３のポート＃２は、ポート状態がBlocking状態であるため、レイヤ２フレームの受信が不能となる。集約モードを有効にした場合でもレイヤ２スイッチ１３３でレイヤ２フレームを受信可能とするには、ポート＃１をＶＬＡＮ１００のメンバとする必要がある。

共通グループテーブル１１７は、グループテーブル１１８に設定されたＭＳＴＩの情報を基に、ＶＬＡＮ１１３からＶＬＡＮメンバを取得し、その論理和（ＯＲ）を求める。共通グループテーブル１１７は、グループテーブル１１８で使用されているＭＳＴＩとマッピングされているＶＬＡＮ＿ＩＤに所属するＶＬＡＮメンバを取得する。共通グループテーブル１１７は、ＯＲを求めた結果のＶＬＡＮメンバを各ＶＬＡＮ＿ＩＤのＶＬＡＮメンバに設定することで、ＶＬＡＮメンバを再構成する（ステップＳ５）。これにより、共通グループテーブル１１７は、集約モードでのＶＬＡＮの接続性を確保する。テーブル切り替え部１２１は、テーブルの切り替えの完了をＰＨＹ制御部１１６へ通知する。

ＰＨＹ制御部１１６は、テーブル切り替え部１２１からの通知に応じて、帯域速度の設定を変更する。ＰＨＹ制御部１１６は、共通グループにおけるBlocking状態のポートに対応するＰＨＹ１１１に対して、最も低速な帯域速度を設定する（ステップＳ６）。これにより、レイヤ２スイッチは、レイヤ２経路の集約のための処理を終了する。

このように、レイヤ２スイッチは、予め共通グループとそのレイヤ２経路とを共通グループテーブル１１７に格納しておくことで、集約モードが有効であるときに、レイヤ２経路を再計算すること無く、テーブル切り替えとＶＬＡＮメンバの再構成とを実施する。レイヤ２スイッチは、トラヒック量に基づいてレイヤ２経路を集約することでトラヒックの効率的な分散を行い、適切な帯域速度を設定することが可能となる。

さらに、レイヤ２スイッチは、適切な帯域速度を設定することで、ＰＨＹ１１１の消費電力を抑制させ、省エネルギー化が可能となる。

以上のように、本発明にかかるレイヤ２スイッチは、ＭＳＴＰを実装して、効率的なトラヒックの分散、および適切な帯域速度の設定を可能とするものとして有用である。

１１１ＰＨＹ
１１２レイヤ２中継
１１３ＶＬＡＮ
１１４ＭＳＴＰ
１１５共通グループ管理部
１１６ＰＨＹ制御部
１１７共通グループテーブル
１１８グループテーブル
１２０集約モード制御部
１２１テーブル切り替え部
１２２ポート状態管理部
１２３高速状態遷移部
１３１、１３２、１３３レイヤ２スイッチ

Claims

複数のＶＬＡＮをグループとしたＭＳＴＩ（Multiple Spanning Tree Instance）に関する情報を保持するグループテーブルと、
前記ＭＳＴＩ毎のレイヤ２経路を集約させる集約モードの有効および無効を管理する集約モード制御部と、
前記集約モードにて集約させた前記レイヤ２経路で共通して使用する前記ＭＳＴＩを共通グループとして管理する共通グループ管理部と、
ポートにおけるトラヒック量を監視して、帯域速度の設定を変更するポート制御部と、
前記共通グループに関する情報を保持し、前記トラヒック量に応じて、前記共通グループの前記レイヤ２経路と前記ＶＬＡＮとを再構築する共通グループテーブルと、
前記集約モード制御部からの指示に応じて、前記グループテーブルと前記共通グループテーブルとを切り替えるテーブル切り替え部と、
を有することを特徴とするレイヤ２スイッチ。
前記ポート制御部は、前記テーブル切り替え部における前記グループテーブルから前記共通グループテーブルへの切り替えに応じて、前記帯域速度の設定を変更することを特徴とする請求項１に記載のレイヤ２スイッチ。
前記集約モード制御部は、前記トラヒック量の合計値が前記帯域速度の最大値以下である場合に、前記集約モードを有効とすることを特徴とする請求項１または２に記載のレイヤ２スイッチ。