JP2012222371A

JP2012222371A - ネットワーク管理装置及びネットワーク管理方法及びプログラム

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Publication number: JP2012222371A
Application number: JP2011082380A
Authority: JP
Inventors: Mitsunari Uozumi; 光成魚住; Toshihiro Ichihara; 利浩市原; Kazumasa Arai; 和昌荒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Information Systems Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Information Systems Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-04
Also published as: JP5645738B2

Abstract

【課題】簡易な手順にて、複数の階層からなるシステムの統合的な監視を行う。
【解決手段】隣接行列生成部５０３が、機器間の接続関係を解析するための階層モデルに含まれるレイヤごとに、各レイヤでの監視対象システムにおける機器間の接続関係が表される隣接行列を生成し、レイヤ間評価部５０４が、隣接行列生成部により生成された２つ以上のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、２つ以上のレイヤ間での接続関係の矛盾を抽出し、簡易な手順にて、複数の階層からなる監視対象システムの統合的な監視を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の機器が接続するネットワークにおける機器間の接続関係を解析するネットワーク管理技術に関する。

従来のネットワーク管理は、ネットワーク内の機器間の接続関係を隣接行列で表現することによって、工事の管理を行っていた（例えば、特許文献１）。
また、隣接行列によって、ネットワークの構成とトラフィックの設計を独立して行う方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
また、ＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークでは、ネットワークをリスト形式で表現し、アルゴリズムで径路等をたどる方法が一般的であった。

特開平２−０２７８５６号公報特開平７−０５８８３４号公報

従来のネットワーク管理は、単一の階層の状態のみ行列を適用しているため、複数階層のシステムでは統合的な管理ができないという課題があった。
また、ネットワークをリスト形式で表現する方法では、アルゴリズムが複雑になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決することを主な目的としており、簡易な手順にて、複数の階層からなるシステムの統合的な監視を行うことを主な目的とする。

本発明に係るネットワーク管理装置は、
機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
複数の機器が接続する管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係を解析するネットワーク管理装置であって、
前記階層モデルに含まれるレイヤごとに、各レイヤでの前記管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係が表される隣接行列を生成する隣接行列生成部と、
前記隣接行列生成部により生成された２つ以上のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、２つ以上のレイヤ間での接続関係の矛盾を抽出するレイヤ間評価部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、レイヤごとに機器間の接続関係が表される隣接行列を生成し、２つ以上のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、２つ以上のレイヤ間での接続関係の矛盾を抽出するため、簡易な手順にて、複数の階層からなるシステムの統合的な監視を行うことができる。

実施の形態１に係る多階層システム監視装置の構成例を示す図。実施の形態１に係る監視対象例を示す図。実施の形態１に係るグラフと行列化を説明する図。実施の形態２に係るＩＰネットワークへの適用例を示す図。実施の形態２に係る機器のグラフ化を説明する図。実施の形態２に係るループのある構成を示す図。実施の形態２に係るループの行列表現を示す図。実施の形態１に係るループ検出処理の例を示すフローチャート図。実施の形態１及び２に係る多階層システム監視装置のハードウェア構成例を示す図。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る多階層システム管理装置の監視対象と機能ブロック構成を示すシステム構成図である。

図１において、多階層システム監視装置４００は、監視対象システム（管理対象ネットワーク）の状態を表示する装置である。
多階層システム監視装置４００は、機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、複数の機器が接続する監視対象システムにおける機器間の接続関係を解析する。
多階層システム監視装置４００が、使用する階層モデルは、例えば、ＯＳＩ参照モデルである。
多階層システム監視装置４００は、ネットワーク管理装置の例に相当する。

階層１００、２１０、２２０、３１０、３２０は、階層モデルに含まれる複数の階層に対応しており、多階層システム監視装置４００が監視対象とする監視対象システム内の機器間の接続関係を階層ごとに表している。
なお、後述の構成情報収集部５０２が、各階層における機器間の接続関係を表す階層別接続関係情報を生成し、後述する隣接行列生成部５０３が、構成情報収集部５０２により生成された階層別接続関係情報に基づき、各階層の機器間の接続関係が表される隣接行列が生成する。
第一階層１００は、例えば、物理レイヤであり、第二階層２１０及び第二階層２２０は、例えば、論理レイヤであり、第三階層３１０及び第三階層３２０は、例えば、アプリケーションレイヤである。
図１では、第二階層２１０と第三階層３１０が対応関係にあり、第二階層２２０と第三階層３２０が対応関係にある。
なお、本明細書において、階層という語とレイヤという語は、同義である。
また、各階層の詳細については後述する。

障害検出装置４０１は、多階層システム監視装置４００外で監視対象システムの障害を検出する。

照会部５００は各階層１００、２１０、２２０、３１０、３２０を構成する機器や論理的なノードから状態を取得する。
照会部５００ａは第一階層１００に対応し、照会部５００ｂは第二階層２１０、２２０に対応し、照会部５００ｃは第三階層３１０、３２０に対応する。
なお、照会部５００ａ、照会部５００ｂ、照会部５００ｃを区別する必要がない場合は、まとめて照会部５００と表記する。

設計情報５０１は、各階層の設計上の構成を示すデータベースである。
設計情報５０１ａは第一階層１００に対応し、設計情報５０１ｂは第二階層２１０、２２０に対応し、設計情報５０１ｃは第三階層３１０、３２０に対応する。
なお、設計情報５０１ａ、設計情報５０１ｂ、設計情報５０１ｃを区別する必要がない場合は、まとめて設計情報５０１と表記する。

構成情報収集部５０２は、照会部５００、設計情報５０１から監視対象システムの構成情報を収集する。
そして、構成情報収集部５０２は、階層１００、２１０、２２０、３１０、３２０の各々における機器間の接続関係を表す階層別接続関係情報を生成する。
構成情報収集部５０２ａは第一階層１００に対応し、構成情報収集部５０２ｂは第二階層２１０、２２０に対応し、構成情報収集部５０２ｃは第三階層３１０、３２０に対応する。
なお、構成情報収集部５０２ａ、構成情報収集部５０２ｂ、構成情報収集部５０２ｃを区別する必要がない場合は、まとめて構成情報収集部５０２と表記する。

隣接行列生成部５０３は、構成情報収集部５０２で生成された階層別接続関係情報を元に演算のための隣接行列を生成する。
隣接行列生成部５０３ａは第一階層１００に対応し、隣接行列生成部５０３ｂは第二階層２１０、２２０に対応し、隣接行列生成部５０３ｃは第三階層３１０、３２０に対応する。
なお、隣接行列生成部５０３ａ、隣接行列生成部５０３ｂ、隣接行列生成部５０３ｃを区別する必要がない場合は、まとめて隣接行列生成部５０３と表記する。

レイヤ評価部５０４は、隣接行列生成部５０３が生成した隣接行列に対して演算を行い階層内の評価を行う。
レイヤ評価部５０４ａは第一階層１００に対応し、レイヤ評価部５０４ｂは第二階層２１０、２２０に対応し、レイヤ評価部５０４ｃは第三階層３１０、３２０に対応する。
なお、レイヤ評価部５０４ａ、レイヤ評価部５０４ｂ、レイヤ評価部５０４ｃを区別する必要がない場合は、まとめてレイヤ評価部５０４と表記する。

レイヤ間評価部５０５は各階層の複数の隣接行列生成部５０３の行列に対して演算を行って階層間の評価を行い、２つ以上の階層間での接続関係の矛盾を抽出する。
レイヤ間評価部５０５ａは第一階層１００と第二階層２１０、２２０との間の評価を行い、レイヤ間評価部５０５ｂは第二階層２１０、２２０と第三階層３１０、３２０との間の評価を行う。
なお、レイヤ間評価部５０５ａ、レイヤ間評価部５０５ｂを区別する必要がない場合は、まとめてレイヤ間評価部５０５と表記する。

可視化部５０６は、レイヤ評価部５０４、レイヤ間評価部５０５の評価結果を監視者などに表示する。
障害影響評価部５０７は、構成情報収集部５０２や障害検出装置４０１の検出した障害を評価し、レイヤ間評価部５０５に評価結果を伝える。

本実施の形態では、３つの階層を対象としているため、照会部５００、設計情報５０１、構成情報収集部５０２、隣接行列生成部５０３、レイヤ評価部５０４は、監視対象の３つの階層の各々に対応して存在し、また、レイヤ間評価部５０５も比較評価が必要な階層の組合せ数分存在しているが、４階層以上を対象にする場合には、４階層に対応させて各要素を増やす。

図２は、多階層システム監視装置４００が監視対象とする監視対象システムでの機器間の接続関係を階層モデルに従って階層ごとに示している。
なお、図１と同じ階層には同じ符号を付けている。

図２において、第一階層１００は物理的な機器の構成と接続の階層であり、機器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７は物理的な機器である。
第二階層２１０、２２０は、第一階層１００の一部を使った論理的な構成であり複数存在し、機器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７の一部に対応した論理的な機能単位２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２２１、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７から構成される。
第三階層３１０、３２０は、それぞれ第二階層２１０、２２０に対応したアプリケーション間の接続を示す階層であり、アプリケーションノード３１２、３１５、３１６、３１７、３２１、３２５、３２６、３２７から構成される。
第一階層１００は物理ネットワーク、第二階層２１０、２２０は物理ネットワークを仮想化した論理ネットワーク、第三階層３１０、３２０はアプリケーション間の接続に相当する。

図３は階層内の機器、機能、アプリケーションなどのノード接続のグラフ表現と行列化を説明する図である。
例えば、図３に示すように、ノード３００１、３００２、３００３が相互に接続されている場合、この状態は隣接行列３０１０で表される。
隣接行列３０１０は無向ベクトルの隣接行列である。
隣接行列３０１０において、１行目と１列目はノードＡ（３００１）に対応し、２行目と２列目はノードＢ（３００２）に対応し、３行目と３列目はノードＣ（３００３）に対応する。
隣接行列３０１０の１行目を参照すると、２列目と３列目の値が「１」であり、ノードＡ（３００１）が、ノードＢ（３００２）とノードＣ（３００３）とに接続していることが分かる。
隣接行列３０１０の２行目を参照すると、１列目と３列目の値が「１」であり、ノードＢ（３００２）が、ノードＡ（３００１）とノードＣ（３００３）とに接続していることが分かる。
隣接行列３０１０の３行目を参照すると、１列目と２列目の値が「１」であり、ノードＣ（３００３）が、ノードＡ（３００１）とノードＢ（３００２）とに接続していることが分かる。

次に動作について説明する。

照会部５００は、階層を構成するノードに対し、ノードの状態を照会する。
設計情報５０１にはシステム設計時のノードとノード間の接続関係が記述されている。
構成情報収集部５０２は照会部５００と設計情報５０１の情報から、ノード間の接続のリストである階層別接続関係情報を生成する。
例えば図３に示すようなノード３００１、３００２、３００３が相互に接続された構成であれば、それぞれのノードをＡ、Ｂ、Ｃとすると｛（Ａ，Ｂ，Ｃ），（Ｂ，Ｃ，Ａ），（Ｃ，Ａ，Ｂ）｝のような形となる。
隣接行列生成部５０３では、このリストを隣接行列に変換する。
上述の例では、接続が無向ベクトルの場合、図３の行列３０１０となる。
レイヤ評価部５０４ではこの行列に対し、評価を行う。
例えば、図３のグラフにおいて、ノード間の接続がＡからＢ、ＢからＣ、ＣからＡの有向ベクトルである場合は、接続のループの有無を行列のべき乗で確認する。
有向ベクトルの場合、行列は、以下のように表すことができる。

そして、レイヤ評価部５０４は、上記の有向ベクトル化された隣接行列のべき乗演算を行って、対象となる階層でのノード間の接続にループが存在しているか否かを判定する。
例えば、上記の隣接行列Ａの３乗を計算すると以下のようになる。

そして、上記Ａ^３の対角行列の値の和であるＴｒａｃｅをとると、以下のように、０よりも大きいので、ループが存在することが確認できる。
Ｔｒａｃｅ（Ａ^３）＝３＞０

なお、レイヤ評価部５０４によるループ検出処理（べき乗演算及びＴｒａｃｅ演算）は、例えば、図８に示す手順に従うものとする。
まず、レイヤ評価部５０４は、変数Ｎに最大辺数を設定し、変数ｎに初期値１を設定する（Ｓ８０１）。
次に、レイヤ評価部５０４は、対象行列のべき乗（ｎ乗）とＴＲＡＣＥを求める（Ｓ８０２）。
そして、Ｔｒａｃｅの結果が０より大きい場合は、ループがあることをレイヤ間評価部５０５に出力する（Ｓ８０４）。
ｎ＜Ｎであれば（Ｓ８０４でＮＯ）、レイヤ評価部５０４は、ｎの値を１つ増やし（Ｓ８０５）、ｎの値が最大辺数Ｎになるまで、同様の動作を繰り返す。

レイヤ間評価部５０５は、レイヤ間評価として、ループが有効に解消しているかを判断する。
物理階層である第一階層１００では、必然的に機器間にループは存在するものの、論理階層である第二階層２１０、２２０ではスパニングツリープロトコルによりループは解消されていなければならない。
このため、レイヤ間評価部５０５ａは、レイヤ評価部５０４ｂによる第二階層２１０、２２０の隣接行列についてのべき乗演算及びＴｒａｃｅ演算の結果を評価して、第二階層２１０、２２０においてループが解消しているかを判定する。
具体的には、レイヤ間評価部５０５ａは、第二階層２１０、２２０について、レイヤ評価部５０４ｂから、Ｔｒａｃｅ（Ａ^ｎ）＝０という演算結果を得た場合には、ループが解消していると判断し、可視化部５０６より監視者に対してループが解消していることを通知する。
一方、第二階層２１０、２２０について、レイヤ評価部５０４ｂから、Ｔｒａｃｅ（Ａ^ｎ）＞０という演算結果を得た場合には、ループが解消していないので、レイヤ間評価部５０５ａは、可視化部５０６より監視者に対してループが解消していないことを通知する。

また、レイヤ間評価部５０５は、幾つかの階層の行列を比較評価して、下位の階層に存在しない機器間の接続が上位の階層に存在していないことの確認を行う。

例えば、第一階層１００の隣接行列（無向ベクトル）が以下の隣接行列Ａであり、第二階層２２０の隣接行列（無向ベクトル）が以下の隣接行列Ｂであると仮定する。

この場合に、レイヤ間評価部５０５ａは、Ａ＝Ａ｜Ｂであることを演算にて確認して、第一階層の接続関係を超えた第二階層の接続がないことの確認を行うことができる。
なお、Ａ｜Ｂは、行列Ａと行列Ｂを構成するａ_ｉｊとｂ_ｉｊのＯＲをとることを意味する。

レイヤ間評価部５０５は、特定階層での機器間の接続に当該特定階層の下位の階層での機器間の接続を反映させることができる。

例えば、第三階層３２０では、第二階層２２０で中継しているノード２２３、２２４の情報は存在しないため、物理的な経路の特定が困難となっている。
ここで、第三階層３２０の隣接行列（無向ベクトル）が以下の隣接行列Ｃであるとする。

この場合に、レイヤ間評価部５０５ｂは、Ｄ＝Ｃ｜Ｂより、以下の行列Ｄを得て、下位層上の径路が特定できる。

なお、上述の「下位層上の径路が特定できる」とは、例えば、図２の第三階層３２０のノード３２１とノード３２５との接続は、第二階層２２０では、ノード２２１とノード２２３とノード２２５の経路になっていることが分かるという意味である。
また、Ｃ｜Ｂは、行列Ｃと行列Ｂを構成するＣ_ｉｊとｂ_ｉｊのＯＲをとることを意味する。

障害影響評価部５０７は、照会部５００の照会の過程で発生した欠測や、障害検出装置４０１からの通知によって、障害の発生している可能性のあるノードを抽出し、レイヤ間評価部５０５に反映する。
レイヤ間評価部５０５では、各レイヤについての隣接行列を解析し、障害が発生した可能性のあるノードと隣接するノードの抽出、階層間の影響範囲の抽出を行う。
例えば、図２の第一階層１００のノード１０４に障害の疑いがある場合は、隣接行列Ａより、隣接するノード１０１、１０２、１０５、１０６、１０７との接続に影響があることが判明する。
また、第二階層２２０の行列Ｂより、ノード２２１とノード２２７の径路に影響があることが判明する。

可視化部５０６は、レイヤ評価部５０４、レイヤ間評価部５０５の評価結果を監視者に表示するもので、図２のような構成と設定の矛盾点、障害箇所の表示を三次元表示などによっておこなう。

以上のように、各階層の接続を隣接行列に変換して保持するようにしているので、階層内の矛盾点の抽出や障害影響範囲の判定を簡単な行列演算ですることができる。
また、階層間の行列を比較することで、階層間の矛盾点の抽出、障害影響範囲の判定、上位階層の接続関係と実際の物理径路の関係の抽出を行うことができる。

以上、本実施の形態では、
複数の物理、論理階層からなる分散した機器間が相互に接続するシステムにおいて、各階層を隣接行列で表現し、階層内の矛盾、階層間の矛盾を行列演算にて抽出する多層型システム監視方式を説明した。

また、本実施の形態では、
複数の物理、論理階層からなる分散した機器間が相互に接続するシステムにおいて、各階層を隣接行列で表現し、障害検出時の影響範囲を、階層内の接続関係、階層間依存関係から抽出する多層型システム監視方式を説明した。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、汎用的な多階層システムに適用するようにしたものであるが、次にデータセンタ内のネットワークのようなＩＰネットワークに適用する場合の一例を示す。

図４は、このような場合の、システムの構成を示した構成図である。

図４において、階層１０００は物理ネットワーク、階層１２００はＳＴＰ（ＳｐａｎｎｉｎｇＴｒｅｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）によって径路が確定したＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、階層１３００は、ＩＰのルーティング径路を示す。

多階層システム監視装置４００の構成自体は、図１に示したものと同様であるが、図４では、本実施の形態に係る動作の説明に直接かかわらない要素の図示を省略している。
以下にて、図４に示す各要素を説明する。

設計情報５０１ａは、物理ネットワークの構成機器と物理的な接続関係を保持するデータベースである。

構成情報収集部５０２ａは、設計情報５０１ａの情報と物理機器の情報を収集する。
構成情報収集部５０２ｂは、ＶＬＡＮの径路を収集する。
構成情報収集部５０２ｃは、ＩＰのルーティングを行うルータの情報を収集する。

隣接行列生成部５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃは、収集した情報から構成を行列に変換する。

レイヤ評価部５０４ａ、５０４ｂは行列からループの存在の確認を行う。

レイヤ間評価部５０５ａは、物理ネットワークのループがＶＬＡＮで解消していることを評価する。
レイヤ間評価部５０５ｂは、ルータとルータ間の物理的な径路を階層の行列と照合して抽出する。

障害影響評価部５０７は、構成情報収集部５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃで検出したＴＲＡＰや欠測、外部からのＴＲＡＰ等を評価する。

図５は、ループ検出を行うためのネットワークの有向ベクトル化を行うための機器のグラフ化を示す図である。
図５（ａ）に示すように、中継機器のノード２０００は４つのポート２００１、２００２、２００３、２００３、２００４を持ち、それぞれのポートは外部からのパケットを受信するポート２０１１、２０１２、２０１３、２０１４と、外部へパケットを送信するポート２０２１、２０２２、２０２３、２０２４に分けて表現する。
尚、ここでは４つのポートを有する中継機器を例にするが、４以外のポート数であっても、入力ポート（例えば２０１１の１ｕ）とペアになる出力ポート（例えば２０２１の１ｕ）に接続がない構成であれば任意のポート数であってよい。このとき隣接行列の入力ポートに対してペアとなる出力ポートとの間の値は０となる。

図６は、ループのある機器構成を示す構成図である。
図６において、システムは１０台の中継機器のノード２０００と４台のホスト２１００からなる。
ここでは、図６の太線で示すように、４つの接続によりループが発生しているものとする。
つまり、ノードＡのポート（１）とノードＣのポート（１）との接続、ノードＡのポート（２）とノードＤのポート（１）との接続、ノードＣのポート（３）とノードＧのポート（１）との接続、ノードＤのポート（３）とノードＧのポート（２）との接続によりループが発生しているものとする。
レイヤ評価部５０４ａ、５０４ｂは、以下に説明するループ検出処理により、図６に示す接続関係においてループが存在することを検出する。
なお、図６に示すノードＡ〜ノードＪの１０台の中継機器ノードは、すべて図５に示したポートの構成を有するものとする。

図７は、図６の構成における行列上でのループ箇所を例示するものである。
図７では、作図上の理由から、ループに関係していない行列要素の図示を省略している。
図７において実線及び破線で示している解析は、本実施の形態に係る多階層システム監視装置４００で行うものではない。
なお、図７において、実線は接続を、破線は列から行への読み替え（隣接行列では、経路をたどるときに、例えば、ある経路が列Ｃ３ｄに至った場合、その先は、行Ｃ３ｄの列のうち、１となっているところを候補としてたどることになる）である。
図７では、Ａ１ｄ→Ｃ１ｕ→Ｃ３ｄ→Ｇ１ｕ→Ｇ２ｄ→Ｄ３ｕ→Ｄ１ｄ→Ａ２ｕ→Ａ１ｄと、たどることができる。
そして、ここから、機器を識別する記号だけを追うと、Ａ→Ｃ→Ｇ→Ｄ→Ａとなり、図６の実線の４辺の経路になる。
残り４辺は機器内のポート間の連携であり、以下に示す通りである。
Ｃ１ｕ→Ｃ３ｄ
Ｇ１ｕ→Ｇ２ｄ
Ｄ３ｕ→Ｄ１ｄ
Ａ２ｕ→Ａ１ｄ

次に動作について説明する。

構成情報収集部５０２ｃは、ＩＰのルーティング径路の階層１３００に対して各ルータのＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ情報の収集、ＰＩＮＧ、ＴｒａｃｅＲｏｕｔｅ等による死活、径路情報の収集を行う。
この情報によってルータ間の接続関係をグラフ化して、階層別接続関係情報を生成する。
隣接行列生成部５０３ｃでは、このグラフ（階層別接続関係情報）を隣接行列に変換する。
構成情報収集部５０２ｂは、ＶＬＡＮの階層１２００に対して各ノードのＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ情報の収集を行いＶＬＡＮの径路をグラフ化して、階層別接続関係情報を生成する。
隣接行列生成部５０３ｂは、このグラフ（階層別接続関係情報）を行列化して隣接行列を得る。
レイヤ評価部５０４ｂは、この行列を使ってループを検出するが、行列演算にて評価を行うために接続関係を有向ベクトルにする必要がある。
そのため、隣接行列生成部５０３ａ、５０３ｂは、各ノード２０００について図５に示すようなパケットの昇り方向（１ｕ、２ｕ等の受信用ポート）と下り方向（１ｄ、２ｄ等の送信用ポート）に分離したグラフに変換する。
ノード内のポート通しの接続は次の隣接行列で表すことができる。

この行列は、同一ポートの昇り（例えば１ｕ（２０１１））は、他の下りのポート（例えば２ｄ（２０２２）、３ｄ（２０２３）、４ｄ（２０２４））とは接続するが、自身の下りのポート（例えば１ｄ（２０２１））とは接続しないという制約を持つものである。
図６のような構成であれば、レイヤ評価部５０４ａ、５０４ｂは、図８のフローチャートに示すように、上記変換に従った行列Ａのべき乗演算を行い、対角行列の値の和であるＴｒａｃｅをとる。
そして、Ａ^８（ｎ＝８）のときに、Ａ^８の対角行列の値の和であるＴｒａｃｅをとると、以下の結果が得られて、ループが存在することが確認できる。
Ｔｒａｃｅ（Ａ^８）＝２５６＞０
この場合は、ノード内部の接続を含めて８パスからなるループが存在することが分かる。
上記の２５６はノードの各点を始点としたループ数であり、また昇り方向と下り方向が別々に数えられているため、ユニークはループ数は、その１／１６である。
ループは、行列上、図７のようにたどることができる。

実施の形態１で説明したように、物理階層である階層１０００では、必然的に機器間にループは存在するものの、ＶＬＡＮ階層である階層１２００ではスパニングツリープロトコルによりループは解消されていなければならない。
このため、レイヤ間評価部５０５ａは、レイヤ評価部５０４ｂによる階層１２００の隣接行列についてのべき乗演算及びＴｒａｃｅ演算の結果を評価して、階層１２００においてループが解消しているかを判定する。
具体的には、レイヤ間評価部５０５ａは、階層１２００について、レイヤ評価部５０４ｂから、Ｔｒａｃｅ（Ａ^ｎ）＝０という演算結果を得た場合には、ループが解消していると判断し、可視化部５０６（図４では不図示）より監視者に対してループが解消していることを通知する。
一方、階層１２００について、レイヤ評価部５０４ｂから、Ｔｒａｃｅ（Ａ^ｎ）＞０という演算結果を得た場合には、ループが解消していないので、レイヤ間評価部５０５ａは、可視化部５０６より監視者に対してループが解消していないことを通知する。

また、レイヤ間評価部５０５ｂは、階層１３００では捕捉できない物理的な径路との照合を階層１２００の行列と照合することで明らかにする。
この処理の詳細は、実施の形態１で説明した通りであり、階層１２００の隣接行列（無向ベクトル）と階層１３００の隣接行列（無向ベクトル）との間で、対応する要素同士のＯＲをとることにより実現できる。

また、障害影響評価部５０７は、各階層と外部から収集した欠測やＴＲＡＰをレイヤ間評価部５０５ｂの結果上に反映して評価する。

以上のように、データセンタネットワークなどにおいて必要な物理ネットワークからＩＰネットワークまで横断した監視が可能となる。

以上、本実施の形態では、
ルータ、スイッチなどから構成されたＩＰネットワークにおいて、物理接続、スパニングツリー管理・ＶＬＡＮ、ＩＰルーティングをそれぞれ隣接行列で表現し、階層内の矛盾、階層間の矛盾を行列演算にて抽出する多層型システム監視方式を説明した。

また、本実施の形態では、
ルータ、スイッチなどから構成されたＩＰネットワークにおいて、物理接続、スパニングツリー管理・ＶＬＡＮ、ＩＰルーティングをそれぞれ隣接行列で表現し、障害検出時の影響範囲を、階層内の接続関係、階層間依存関係から抽出する多層型システム監視方式を説明した。

また、本実施の形態では、
ネットワーク機器間の接続をネットワーク機器内も含めて有向ベクトル化した隣接行列で表現し、行列のべき乗にてループの有無を判定する多層型システム監視方式を説明した。

最後に、実施の形態１及び２に示した多階層システム監視装置４００のハードウェア構成例について説明する。
図９は、実施の形態１及び２に示す多階層システム監視装置４００のハードウェア資源の一例を示す図である。
なお、図９の構成は、あくまでも多階層システム監視装置４００のハードウェア構成の一例を示すものであり、多階層システム監視装置４００のハードウェア構成は図９に記載の構成に限らず、他の構成であってもよい。

図９において、多階層システム監視装置４００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。
ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介して、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）９１３、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）９１４、通信ボード９１５、表示装置９０１、キーボード９０２、マウス９０３、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
更に、ＣＰＵ９１１は、ＦＤＤ９０４（ＦｌｅｘｉｂｌｅＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、コンパクトディスク装置９０５（ＣＤＤ）、プリンタ装置９０６、スキャナ装置９０７と接続していてもよい。また、磁気ディスク装置９２０の代わりに、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）、光ディスク装置、メモリカード（登録商標）読み書き装置などの記憶装置でもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置の一例である。
実施の形態１及び２で説明した「設計情報５０１」は、ＲＡＭ９１４、磁気ディスク装置９２０等で保持されている。
通信ボード９１５、キーボード９０２、マウス９０３、スキャナ装置９０７、ＦＤＤ９０４などは、入力装置の一例である。
また、通信ボード９１５、表示装置９０１、プリンタ装置９０６などは、出力装置の一例である。

通信ボード９１５は、監視対象のネットワークに接続されている。
例えば、通信ボード９１５は、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、インターネット、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、ＳＡＮ（ストレージエリアネットワーク）などに接続されている。

磁気ディスク装置９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。
プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１がオペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２を利用しながら実行する。

また、ＲＡＭ９１４には、ＣＰＵ９１１に実行させるオペレーティングシステム９２１のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。
また、ＲＡＭ９１４には、ＣＰＵ９１１による処理に必要な各種データが格納される。

また、ＲＯＭ９１３には、ＢＩＯＳ（ＢａｓｉｃＩｎｐｕｔＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍ）プログラムが格納され、磁気ディスク装置９２０にはブートプログラムが格納されている。
多階層システム監視装置４００の起動時には、ＲＯＭ９１３のＢＩＯＳプログラム及び磁気ディスク装置９２０のブートプログラムが実行され、ＢＩＯＳプログラム及びブートプログラムによりオペレーティングシステム９２１が起動される。

上記プログラム群９２３には、実施の形態１及び２の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。

ファイル群９２４には、実施の形態１及び２の説明において、「〜の判断」、「〜の判定」、「〜の生成」、「〜の抽出」、「〜の演算」、「〜の変換」、「〜の反映」、「〜の設定」、「〜の確認」、「〜の評価」、「〜の選択」、「〜の入力」、「〜の出力」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。
「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。
ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出される。
そして、読み出された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。
抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。
また、実施の形態１及び２で説明しているフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示す。
データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、ＦＤＤ９０４のフレキシブルディスク、ＣＤＤ９０５のコンパクトディスク、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他光ディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記録される。
また、データや信号は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。

また、実施の形態１及び２の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。
すなわち、実施の形態１及び２で説明したフローチャートに示すステップ、手順、処理により、本発明に係る「ネットワーク管理方法」を実現することができる。
また、「〜部」として説明しているものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。
或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。
ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。
プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。
すなわち、プログラムは、実施の形態１及び２の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態１及び２の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

このように、実施の形態１及び２に示す多階層システム監視装置４００は、処理装置たるＣＰＵ、記憶装置たるメモリ、磁気ディスク等、入力装置たるキーボード、マウス、通信ボード等、出力装置たる表示装置、通信ボード等を備えるコンピュータである。
そして、上記したように「〜部」として示された機能をこれら処理装置、記憶装置、入力装置、出力装置を用いて実現するものである。

１００階層、２１０階層、２２０階層、３１０階層、３２０階層、４００多階層システム監視装置、４０１障害検出装置、５００照会部、５０１設計情報、５０２構成情報収集部、５０３隣接行列生成部、５０４レイヤ評価部、５０５レイヤ間評価部、５０６可視化部、５０７障害影響評価部、１０００階層、１２００階層、１３００階層。

Claims

機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
複数の機器が接続する管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係を解析するネットワーク管理装置であって、
前記階層モデルに含まれるレイヤごとに、各レイヤでの前記管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係が表される隣接行列を生成する隣接行列生成部と、
前記隣接行列生成部により生成された２つ以上のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、２つ以上のレイヤ間での接続関係の矛盾を抽出するレイヤ間評価部とを有することを特徴とするネットワーク管理装置。
前記レイヤ間評価部は、
特定レイヤについての隣接行列と、前記特定レイヤの上位のレイヤについての隣接行列とに対して行列演算を行い、
前記特定レイヤに存在しない機器間の接続が前記特定レイヤの上位のレイヤに存在しているか否かを判定して、前記特定レイヤと前記特定レイヤの上位のレイヤとの間での接続関係の矛盾を抽出することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク管理装置。
前記レイヤ間評価部は、
特定レイヤについての隣接行列と、前記特定レイヤの下位のレイヤについての隣接行列とに対して行列演算を行い、
前記特定レイヤでの機器間の接続に前記特定レイヤの下位のレイヤでの機器間の接続を反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載のネットワーク管理装置。
前記ネットワーク管理装置は、更に、
レイヤごとに、前記隣接行列生成部により生成された隣接行列に対して行列演算を行って、レイヤごとに、機器間の接続にループが存在しているか否かを判定するレイヤ評価部を有し、
前記レイヤ間評価部は、
特定レイヤについての前記レイヤ評価部によるループの有無の判定結果と、前記特定レイヤの上位のレイヤについての前記レイヤ評価部によるループの有無の判定結果とに基づき、前記特定レイヤで存在しているループが前記特定レイヤの上位のレイヤで解消されているか否かを判定することを特徴とする請求項１〜３に記載のネットワーク管理装置。
前記ネットワーク管理装置は、更に、
前記複数の機器のうち障害が発生している可能性のある機器を検出する障害影響評価部を有し、
前記レイヤ間評価部は、
前記隣接行列生成部により生成された各レイヤについての隣接行列を解析し、前記障害影響評価部により検出された機器における障害の影響を受ける機器を抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のネットワーク管理装置。
前記ネットワーク管理装置は、
ＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークを管理対象ネットワークとし、
前記隣接行列生成部は、
物理レイヤ、スパニングツリー管理レイヤ、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）管理レイヤ及びＩＰルーティングレイヤの各々に対して、隣接行列を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のネットワーク管理装置。
機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
各々が複数のポートを有する複数の中継機器が含まれ、前記複数の中継機器がポートによって接続される管理対象ネットワークにおける中継機器間の接続関係を解析するネットワーク管理装置であって、
前記階層モデルに含まれる特定レイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成する隣接行列生成部と、
前記隣接行列生成部により生成された前記特定レイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記特定レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定するレイヤ評価部とを有することを特徴とするネットワーク管理装置。
前記ネットワーク管理装置は、
各々が送信用ポートと受信用ポートとのペアを複数有する複数の中継機器が含まれ、異なる中継機器間での送信用ポートと受信用ポートとの接続により前記複数の中継機器が接続されるネットワークを管理対象ネットワークとし、
前記隣接行列生成部は、
前記特定レイヤでの中継機器における送信用ポートと受信用ポートとの間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク管理装置。
前記レイヤ評価部は、
前記隣接行列生成部により生成された前記特定レイヤについての隣接行列のべき乗演算を行って、前記特定レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定することを特徴とする請求項７又は８に記載のネットワーク管理装置。
前記隣接行列生成部は、
前記階層モデルに含まれる特定レイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成し、前記特定レイヤの上位のレイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成し、
前記レイヤ間評価部は、
前記特定レイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記特定レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定し、前記特定レイヤの上位のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記特定レイヤの上位のレイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定し、
前記ネットワーク管理装置は、更に、
前記特定レイヤについての前記レイヤ評価部によるループの有無の判定結果と、前記特定レイヤの上位のレイヤについての前記レイヤ評価部によるループの有無の判定結果とに基づき、前記特定レイヤで存在しているループが前記特定レイヤの上位のレイヤで解消されているか否かを判定するレイヤ間評価部を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のネットワーク管理装置。
前記ネットワーク管理装置は、
ＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークを管理対象ネットワークとし、
前記隣接行列生成部は、
物理レイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成し、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）管理レイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成し、
前記レイヤ間評価部は、
前記物理レイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記物理レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定し、前記ＶＬＡＮ管理レイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記ＶＬＡＮ管理レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定することを特徴とする請求項１０に記載のネットワーク管理装置。
機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
複数の機器が接続する管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係を解析するコンピュータが行うネットワーク管理方法であって、
前記コンピュータが、前記階層モデルに含まれるレイヤごとに、各レイヤでの前記管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係が表される隣接行列を生成する隣接行列生成ステップと、
前記コンピュータが、前記隣接行列生成ステップにより生成された２つ以上のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、２つ以上のレイヤ間での接続関係の矛盾を抽出するレイヤ間評価ステップとを有することを特徴とするネットワーク管理方法。
機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
各々が複数のポートを有する複数の中継機器が含まれ、前記複数の中継機器がポートによって接続される管理対象ネットワークにおける中継機器間の接続関係を解析するコンピュータが行うネットワーク管理方法であって、
前記コンピュータが、前記階層モデルに含まれる特定レイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成する隣接行列生成ステップと、
前記コンピュータが、前記隣接行列生成ステップにより生成された前記特定レイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記特定レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定するレイヤ評価ステップとを有することを特徴とするネットワーク管理方法。
機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
複数の機器が接続する管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係を解析するコンピュータに、
前記階層モデルに含まれるレイヤごとに、各レイヤでの前記管理対象ネットワークにおける機器間の接続関係が表される隣接行列を生成する隣接行列生成ステップと、
前記隣接行列生成ステップにより生成された２つ以上のレイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、２つ以上のレイヤ間での接続関係の矛盾を抽出するレイヤ間評価ステップとを実行させることを特徴とするプログラム。
機器間の接続関係を解析するための複数レイヤによる階層モデルを用いて、
各々が複数のポートを有する複数の中継機器が含まれ、前記複数の中継機器がポートによって接続される管理対象ネットワークにおける中継機器間の接続関係を解析するコンピュータに、
前記階層モデルに含まれる特定レイヤでの中継機器内のポート間の接続関係が表される有向ベクトル化された隣接行列を生成する隣接行列生成ステップと、
前記隣接行列生成ステップにより生成された前記特定レイヤについての隣接行列に対して行列演算を行って、前記特定レイヤでの中継機器間の接続にループが存在しているか否かを判定するレイヤ評価ステップとを実行させることを特徴とするプログラム。