JP2012169951A - ネットワーク接続装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ネットワーク接続装置1は、下位レイヤトポロジ情報を取得する下位レイヤトポロジ情報取得手段13と、上位レイヤトポロジ情報を取得する上位レイヤトポロジ情報取得手段12と、下位レイヤトポロジ情報と上位レイヤトポロジ情報を比較するトポロジ情報比較手段14と、トポロジ情報比較手段14のトポロジ情報比較の結果に基づいて故障箇所を推定する故障箇所推定手段15とを備える。
【選択図】図1
Description
また、下位レイヤの情報を利用して上位レイヤの制御を行なうネットワーク管理システムも提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1のネットワーク管理システムでは、下位レイヤ回線の故障又は性能劣化をイベントとして検出し、イベントによって影響を受ける上位レイヤ回線を抽出し、上位レイヤ回線に関する制御を行なっている。
例えば、下位レイヤ回線は正常で自装置内の受信処理部に部分的な故障が発生したとき、下位レイヤ回線異常のイベントが発行されないため、上位プロトコルでは異常を検出できない。
また、あるネットワークに複数のルータが接続され、それぞれのルータが当該ネットワークへの経路を外部に広告しているとき、あるルータで部分的な故障が発生すると、当該ルータは異常を検出できず、前記経路の広告を継続する。当該ルータをNext Hopとして選択している他ルータは、当該広告を受信し続けていることから当該ルータに向けてデータを送り続けるため、通信が行えなくなる問題があった。
実施の形態1は、自装置内の部分的な故障を検出し、故障箇所を推定できるとともに、更に故障箇所に応じた復旧処理を行なえるネットワーク接続装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態1について、図1から図10に基づいて説明する。図1はネットワーク接続装置のシステム構成図、図2は図1のネットワーク接続装置を使用するネットワーク全体のシステム構成図、図3は状態遷移図、図4、5はトポロジ情報テーブル、図6は機能故障説明図、図7はトポロジ情報テーブル、図8は機能故障説明図、図9、10はトポロジ情報テーブルである。
図1は、本発明の実施の形態1に係るネットワーク接続装置1のシステム構成を表したものである。ネットワーク接続装置1は、大きく分けてネットワーク制御部および故障検出部の2つの主要部から構成される。
レイヤ3制御部2は、レイヤ2制御部3、4に接続され、それぞれの間でレイヤ3インタフェースを持つ。また、レイヤ3制御部2は、レイヤ3プロトコルにより得たレイヤ3トポロジ情報を格納するレイヤ3トポロジデータベース8を備える。
レイヤ2制御部3は、レイヤ1制御部5に接続され、バス型のネットワーク10を構成している。
レイヤ2制御部4は、レイヤ1制御部6およびレイヤ1制御部7に接続され、両系を使用したリング状のネットワーク11を構成している。
また、レイヤ2制御部4は、レイヤ2プロトコルにより得たレイヤ2トポロジ情報を格納するレイヤ2トポロジデータベース9を備える。
上位レイヤトポロジ情報取得手段12は、レイヤ3制御部3に接続され、レイヤ3トポロジデータベース8から上位レイヤトポロジ情報であるレイヤ3トポロジ情報を取得する。
下位レイヤトポロジ情報取得手段13は、レイヤ2制御部4に接続され、レイヤ2トポロジデータベース9から下位レイヤトポロジ情報であるレイヤ2トポロジ情報を取得する。
トポロジ情報比較手段14は、上位レイヤトポロジ情報取得手段12および下位レイヤトポロジ情報取得手段13に接続され、各々のトポロジ情報を取得して、トポロジ情報の比較を実施する。
故障箇所推定手段15は、トポロジ情報比較手段14に接続され、トポロジ情報比較手段14による比較の結果を取得し、この情報から故障箇所の推定を実施する。
復旧処理手段16は、故障箇所推定手段15に接続され、推定された故障箇所に応じた復旧処理を実施する。
リングノード21〜24は、幹線ネットワーク20でリング状に接続されている。各リングノード21〜24は、先に図1で説明したネットワーク接続装置1のシステム構成を備えている。
リングノード21、22は、支線ネットワーク30に接続され、この支線ネットワーク30は、ルータ25、26に接続され、ルータ25経由で、例えば他の支線ネットワーク32に接続されている。
また、リングノード23、24は、支線ネットワーク31に接続され、この支線ネットワーク31は、ルータ27、28に接続され、ルータ27経由で、例えば他の支線ネットワーク33に接続されている。
また、図1のシステム構成を有するリングノード21から見て、リングノード22〜24は隣接ノード(隣接装置)である。
本実施の形態1では、上位レイヤのルーティングプロトコルとしてOSPF(Open Shortest Path First)を用いて、下位レイヤプロトコルとしてRPR(Resilient Packet Ring)を用いた例を想定して説明する。
隣接ルータとの接続関係は、LSA(Link State Advertisement)としてネットワーク上に広告され、各ルータがLSAをデータベース(LSDB:Link State DataBase)として保持し、LSDBをもとにルーティングテーブルを構築する。
RPRでは、各ノードをリング状に接続し、各ノードがそれぞれの物理アドレスを定期的にネットワーク上に広告し、各リングノードはそれらの広告情報を収集してノードの並び順情報を取得する。このノードの並び順情報はトポロジマップと呼ばれ、ネットワーク上の全ノードを認識可能である。
レイヤ1物理層は、インタフェース毎に終端し、いずれかのレイヤ2データリンク層に接続する。図1に示したネットワーク接続装置1の物理層インタフェースは3つあり、そのうちレイヤ1制御部5は10/100/1000BASE−Tを構成するインタフェースであり、レイヤ1制御部6、7はリングネットワークを構成するインタフェースであるとする。
レイヤ2データリンク層は、1つまたは複数の物理層に接続し、レイヤ2ネットワークで接続されたノードのトポロジ管理を行う。
図1において、レイヤ2制御部3は1つの物理層インタフェースに接続し、ネットワーク10上で10/100/1000BASE−T Ethernet(登録商標)機能を持つ。
レイヤ2制御部4は、2系統の物理層インタフェース、レイヤ1制御部6、レイヤ1制御部7に接続し、RPR機能を有している。
トポロジ情報を管理しない10/100/1000BASE−T Ethernet(登録商標)機能を有するレイヤ2制御部3は、本発明の適用対象外である。しかし、レイヤ2制御部3についても、RPRあるいはトポロジ情報を管理可能なSRP(Spatial Reuse Protocol)などのプロトコルを使用すれば、本発明を適用することができる。
したがって、以下の機能、動作説明では、レイヤ3制御部2およびレイヤ2制御部4を対象とする。
ネットワーク接続装置1では、レイヤ3ルーティングプロトコルとしてOSPFを用い、各レイヤ2制御部に接続している。
また、自ノードの送信するHelloパケットに、自ノードの認識するOSPFネイバのリストを格納する。
図3において、初期状態は「Down」であり、イベントHello Receivedは、隣接ルータからOSPF Helloパケットを受信した場合に発生するイベントである。イベント2−Way Receivedは、隣接ルータから自ルータの情報を含むOSPF Helloパケットを受信した場合に発生するイベントである。イベント1−Way Recivedは、隣接ルータから自ルータの情報を含まないOSPF Helloパケットを受信した場合に発生するイベントである。
ExStartとなったOSPFネイバとは、データベース交換プロセスを行ない、トポロジデータベースを共有して「Full」状態となり、トポロジデータベースを基にルーティングテーブル計算を実施する。
幹線ネットワーク20上で動作しているOSPF Helloプロトコルでは、リングノード22、23、24からのOSPF Helloパケットを受信しており、それぞれのリングノードについて、図3に示したHelloプロトコル状態遷移を管理している。
その結果を幹線ネットワーク20についてまとめた情報を図5のトポロジ情報テーブルに示す。
図5は、幹線ネットワーク20で受信したOSPF Helloパケットに含まれる情報から得たネットワーク構成を含んでおり、幹線ネットワーク20ではリングノード22、23、24を検出し、それらをOSPFネイバとして認識し、IPアドレスを登録している。また各OSPFネイバのネイバ状態を保持しており、HelloプロトコルシーケンスおよびDB交換プロセスを終えた後は、図3の状態遷移図において「Full」または「2−Way」状態となっている。
図2においても、支線ネットワーク30と幹線ネットワーク20を接続するリングノード21およびリングノード22はそれぞれ、支線ネットワークに対して、デフォルトルート情報を広告しているものとする。
支線ネットワーク内にあり、それらの広告を受けたルータ25およびルータ26は、それぞれの広告内容で示されたメトリック情報などを基に、デフォルトルートへのNext Hopを選定する。
ルータ25は、ルーティングテーブルにNext Hopをリングノード21としてデフォルトルートを登録する。ルータ25は、パケットを中継する際、中継パケットの宛先IPアドレスがルーティングテーブルで他にマッチするエントリがないときは、デフォルトルート設定情報に従って、Next Hopであるリングノード21にパケットを転送する。
インタフェーストラッキングでは、幹線ネットワーク20へ接続するレイヤ1制御部6またはレイヤ1制御部7のいずれかでリンクアップを検出していれば、支線ネットワーク30へ集約ルート情報の広告を行ない、レイヤ1制御部6およびレイヤ1制御部7の双方でリンクダウンを検出していれば、RPRインタフェースがダウンしているものとみなして、支線ネットワーク30へ集約ルート情報の広告を行なわない。
ネットワークシステムは、端末、ネットワーク接続装置、ケーブル等多くの装置、部品で構成されており、様々な箇所での故障が考えられる。
ケーブル断線、停電や装置故障による装置停止などが発生した場合には、下位レイヤでのリンク断検出や上位レイヤでの隣接装置周期確認タイムアウトなどで故障を検出し、ルーティングプロトコルにより代替経路への動的な切替えが行なわれ、通信の復旧が行なわれる。
しかし、装置内の部分的故障が発生した場合には、通信の復旧が行なわれず、端末間の通信が不能となる場合がある。
例えば、図2のリングノード21において、図6の機能故障説明図のように、データリンク層のレイヤ2制御部4とネットワーク層のレイヤ3制御部2を接続するレイヤ3インタフェースを構成するH/WまたはS/Wにおいて送信機能の故障が発生した場合を想定する。
しかし、レイヤ2ネットワークでは装置間の通信に支障はなく、正常動作が可能である。そのため、RPRのトポロジ管理も正常に動作し、幹線ネットワーク20に接続されたリングノード22〜24の情報を得て、図4のトポロジ情報テーブルに示すようなRPRトポロジマップを構築している。
一方、レイヤ3のOSPFでは、自ノードのOSPF機能が送信するHelloパケットが幹線ネットワーク20上に送信されず、リングノード22〜24ではリングノード21のHelloを受信しないため、やがてリングノード22〜24の送信するHelloパケット上にリングノード21の情報が現れなくなる。
この内容は、レイヤ3トポロジ情報としてレイヤ3トポロジデータベース8に格納される。
その広告を受信しているルータ25、26では、リングノード21をNext Hopとして認識し続けており、リングノード21に向けて中継パケットを送り続けるため、パケットは廃棄され、通信を行なうことができなくなる。
ここで故障箇所推定にあたっては、自ノード以外に複数のリングノードが存在することを条件とすることで、隣接装置の受信機能故障による誤推定の可能性を低減できる。
そのため、当該インタフェースを監視するインタフェーストラッキング機能により、リングノード21は当該インタフェースに接続するネットワークの広告を停止する。ルータ25および26は、代替経路にリングノード22を新たなNext Hopとして選択し、経路迂回を行なうことが可能となり、通信を継続することができる。
OSPFにおいては、ルータ25、26はNext Hopの消失により代替ルータとしてリングノード22を新たなNext Hopに選択し、経路迂回を行なうことが可能となり、通信を継続することができる。
OSPFにおいては、ルータ25、26はNext Hopの消失により代替ルータとしてリングノード22を新たなNext Hopに選択し、経路迂回を行なうことが可能となり、装置再起動中も通信を継続することができる。
例えば、図2のリングノード21において、図8の機能故障説明図のようにデータリンク層のレイヤ2制御部4とネットワーク層のレイヤ3制御部2を接続するレイヤ3インタフェースを構成するH/WまたはS/Wにおいて受信機能の故障が発生した場合を想定する。
それまでリングノード22〜24からOSPF Helloパケットを受信し、隣接ノード毎にネイバ状態管理を行っているとき、レイヤ3制御部2にOSPF Helloパケットが一定時間到着しなければ、図3の状態遷移図のInactivity Timer イベントが発生する。
あるいは、隣接ノードからのHelloを受信する以前からリングノード21における受信機能の故障が発生していた場合は、隣接状態管理の対象にも登録されず、自装置の持つ幹線ネットワーク20のトポロジ情報には隣接ノードは現れない。その場合のレイヤ3トポロジデータベース8の内容は、図10のトポロジ情報テーブルのようになる。
このとき、リングノード21では、RPRインタフェースはリンクアップしており正常と認識しているので、幹線ネットワーク20への経路情報や、デフォルトルート情報等を支線ネットワーク30側に広告し続けている。
この広告を受信しているルータ25、26では、リングノード21をNext Hopとして認識し続けており、リングノード21に向けて中継パケットを送信し続ける。しかし、リングノード21では、レイヤ3制御部2においてパケット受信が行なえないため、ARPプロトコルシーケンスを完了できず、パケットの中継が行なえなくなる。
レイヤ3トポロジで隣接ノードが存在しない、すなわち、ネイバ状態情報なし、または全てのネイバ状態が「Down」であることをもって、自装置のインタフェース受信機能の故障と推定する。
ここで故障箇所推定にあたっては、自ノード以外に複数のリングノードが存在することを条件とすることで、隣接装置の送信機能故障によりOSPF Helloが送信されない場合に自装置の受信機能故障と誤推定することを抑止できる。
そのため、当該インタフェースを監視するインタフェーストラッキング機能により、リングノード21は、当該インタフェースに接続するネットワークの広告を停止する。ルータ25および26は、代替経路にリングノード22を新たなNext Hopとして選択し、経路迂回を行なうことが可能となり、通信を継続することができる。
OSPFにおいては、ルータ25、26はNext Hopの消失により代替ルータとしてリングノード22を新たなNext Hopに選択し、経路迂回を行なうことが可能となり、通信を継続することができる。
OSPFにおいては、ルータ25、26はNext Hopの消失により代替ルータとしてリングノード22を新たなNext Hopに選択し、経路迂回を行なうことが可能となり、装置再起動中も通信を継続することができる。
実施の形態2は、実施の形態1のネットワーク接続装置1に対して、トポロジ管理が可能なRPRインタフェースを複数有するネットワーク接続装置に関するものである。
本願発明の実施の形態2について、図11のネットワーク接続装置51に係るシステム構成図に基づいて説明する。図11において、図1と同一あるいは相当部分には、同一符号を付している。
レイヤ2制御部54は、レイヤ1制御部56およびレイヤ1制御部57に接続され、両系を使用したリング状のネットワーク61を構成している。また、レイヤ2制御部54は、レイヤ2プロトコルにより得たレイヤ2トポロジ情報を格納するレイヤ2トポロジデータベース59を備える。
下位レイヤトポロジ情報取得手段63は、レイヤ2制御部54に接続され、レイヤ2制御部54がレイヤ2プロトコルにより得たレイヤ2トポロジ情報を取得する。
トポロジ情報比較手段64は、上位レイヤトポロジ情報取得手段12および下位レイヤトポロジ情報取得手段63に接続され、各々のトポロジ情報を取得して、トポロジ情報の比較を実施する。
故障箇所推定手段15は、トポロジ情報比較手段14およびトポロジ情報比較手段64に接続され、トポロジ情報比較手段14およびトポロジ情報比較手段64が実施したトポロジ情報の比較結果を取得し、故障箇所の推定を実施する。
復旧処理手段16は、故障箇所推定手段15に接続され、推定された故障箇所に応じた復旧処理を実施する。
一方、ネットワーク61に接続されたレイヤ2制御部54に関する情報が正常であり、故障が検出されない場合を想定する。
この場合、故障箇所推定手段15は、ネットワーク11に接続するインタフェースは送信機能故障が発生しているが、ネットワーク61に接続するインタフェースは正常であることをもって、部分故障であると推定し、この結果を復旧処理手段16に伝達する。
復旧処理手段16は、部分故障であるとの推定結果を取得して、故障箇所に係わるレイヤ1制御部6および7のリンクを無効化する。
復旧処理手段16は、装置の共通部故障が発生しているとの推定結果を取得して、全ポートを閉塞し、一切のパケット送受信を停止して縮退動作に入る。これにより、隣接ノードは、リングノード21の消失を検知し、経路の再構成動作を行なう。
OSPFにおいては、Next Hopの消失により、代替ルータとして新たなNext Hopを選択することが可能となり、経路迂回を行なうことで通信を継続することができる。
特にS/Wの問題で部分的な故障が発生した場合は、装置再起動により回復する場合も多いため、本装置再起動により、部分的な故障が回復することが期待できる。
3,4,54 レイヤ2制御部、5,6,7,56,57 レイヤ1制御部、
8 レイヤ3トポロジデータベース、9,59 レイヤ2トポロジデータベース、
10,11,61 ネットワーク、12 上位レイヤトポロジ情報取得手段、
13,63 下位レイヤトポロジ情報取得手段、14,64 トポロジ情報比較手段、
15 故障箇所推定手段、16 復旧処理手段、20 幹線ネットワーク、
21,22,23,24 リングノード、25,26,27,28 ルータ、
30,31,32,33 支線ネットワーク。
Claims (5)
- 階層型ネットワークに適用するネットワーク接続装置において、下位レイヤトポロジ情報を取得する下位レイヤトポロジ情報取得手段と、上位レイヤトポロジ情報を取得する上位レイヤトポロジ情報取得手段と、前記下位レイヤトポロジ情報と前記上位レイヤトポロジ情報を比較するトポロジ情報比較手段と、前記トポロジ情報比較手段のトポロジ情報比較の結果に基づいて故障箇所を推定する故障箇所推定手段とを備えるネットワーク接続装置。
- 前記故障箇所推定手段が行った故障箇所推定結果に基づいて、復旧処理を行う復旧処理手段をさらに備えた請求項1記載のネットワーク接続装置。
- 前記下位レイヤトポロジ情報取得手段は、レイヤ2ネットワークの隣接装置MACアドレスからなるレイヤ2トポロジ情報を取得し、
前記上位レイヤトポロジ情報取得手段は、レイヤ3ネットワークの隣接装置IPアドレスおよび隣接装置から受信した隣接装置情報からなるレイヤ3トポロジ情報を取得し、
前記トポロジ情報比較手段は、前記レイヤ2トポロジ情報から得られる装置数と、
前記レイヤ3トポロジ情報から得られる隣接装置情報に含まれる自装置情報を比較し、
前記故障箇所推定手段は、ネットワーク上に複数の隣接装置が存在し、かつ隣接装置からの隣接装置情報に自装置情報が含まれない場合は、自装置のインタフェース送信機能の故障であると推定する請求項1または請求項2記載のネットワーク接続装置。 - 前記下位レイヤトポロジ情報取得手段は、レイヤ2ネットワークの隣接装置MACアドレスからなるレイヤ2トポロジ情報を取得し、
前記上位レイヤトポロジ情報取得手段は、レイヤ3ネットワークの隣接装置IPアドレスからなるレイヤ3トポロジ情報を取得し、
前記トポロジ情報比較手段は、前記レイヤ2トポロジ情報から得られる装置数と、
前記レイヤ3トポロジ情報から得られる隣接装置情報を比較し、
前記故障箇所推定手段は、前記レイヤ2トポロジ情報に隣接装置が複数存在するにもかかわらず、前記レイヤ3トポロジ情報に隣接装置が存在しない場合は、自装置のインタフェース受信機能の故障であると推定する請求項1または請求項2記載のネットワーク接続装置。 - 前記故障個所推定手段が、インタフェース送信機能または受信機能の故障を推定したとき、前記復旧処理手段は、推定された故障箇所に応じて、当該のインタフェース機能を無効化する、または全ポートを閉塞する、またはネットワーク接続装置を再起動する処理の内いずれかの復旧処理を行う請求項2ないし4のいずれか1項に記載のネットワーク接続装置。
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