JP2015136079A - 通信ノード装置及びネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークシステムで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化し、且つ下位ネットワークの追加を容易化する。
【解決手段】リング型のネットワークシステムS1を構成するための通信ノード装置3を、ネットワークシステムS1に属する２つのポート11のうち片方のポート11から監視フレーム100aを定期的に送信する制御フレーム送信モードと、当該２つのポート11のうち一方のポート11xを閉塞した状態において他方のポート11で監視フレーム100aが受信されたか否かを監視する制御フレーム受信モードと、当該２つのポート11のうち一方のポート11で受信した監視フレーム100aを他方のポート11に接続された他の通信ノード装置3へ中継する制御フレーム中継モードと、に切り替え可能な構成とする。
【選択図】図１

Description

本開示は、通信障害の検出及び補償機能を備えた通信ノード装置及びその通信ノード装置を複数接続してなるライン状のセグメントを有するリング型のネットワークシステムに関するものである。

従来から、ネットワークシステムの信頼性を向上させるために、複数のレイヤ２スイッチやレイヤ３スイッチなどの通信ノード装置を伝送ラインでリング状に相互接続することで、通信経路に冗長性を持たせたリング型のネットワークシステムが広く採用されている。このリング型のネットワークシステムにおいて、データが無限に循環するのを防止するための制御手法の１つにＩＥＥＥ８０２．１Ｄで標準化されたスパニングツリープロトコル（ＳＴＰ：Spanning Tree Protocol）が知られている。

ＳＴＰでは、リング状となっている通信経路に属する通信ノード装置の１つのポートを論理的に閉塞した状態として通常動作時は使用せず、通信経路に障害が発生したときに迂回経路として使用する。また、ＳＴＰでは、予め設定された通信ノード装置の優先度情報とパスコストの情報を含んだＢＰＤＵ（Bridge Protocol Data Unit）と呼ばれる制御フレームを、通信ノード装置間で定期的に交換することにより、通信経路の監視を行い、一定時間を経過してもＢＰＤＵフレームを受信しないポートは障害が発生したと判断し、通信経路を切り替える。このＳＴＰに関する技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１１−２１１４５４号公報

しかし、上記ＳＴＰによる障害発生時の通信経路の切り替えの手法は、タイマを使って段階的に通信経路を確定していくやり方であるため、経路障害が発生したときの通信経路の切り替えに比較的時間がかかってしまい、ネットワークシステムの規模によっては数十秒〜１分程度にも亘って通信が遮断される事象が生じる問題がある。この問題は、リング型のネットワークシステムに属する通信ノード装置の個数が多くなるほど顕著になり、障害発生から復旧されるまでの時間が長くなる。

また、ＳＴＰを適用したネットワークシステムに新たな下位ネットワークを追加しようとすると、ネットワークシステムの接続形態に合わせて上述した通信ノード装置の優先度情報やパスコストの情報を更新しなくてはならないし、各通信ノード装置の設定を変更する必要があるが、ＳＴＰは仕組みが複雑であるため、その設定作業も煩雑である。以上のことから、ＳＴＰは、画像処理システム及び機器制御システムなどのリアルタイム性が求められるシステムや大規模ネットワークには適さない。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ネットワークシステムで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化し、且つ下位ネットワークの追加を容易化することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、通信ノード装置をライン状に接続してなるセグメントにおいて一端に位置する通信ノード装置から送信されたフレームの伝送完遂を他端に位置する通信ノード装置で監視するようにした。

具体的には、本発明は、通信経路に冗長性を持たせたリング型のネットワークシステム及びこれを構成するための通信ノード装置を対象とし、以下の解決手段を講じたものである。

すなわち、本発明における第１の態様は、通信ノード装置であって、リング型のネットワークシステムに属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と伝送路を介して接続される２つのポートを備える。そして、本発明における第１の態様は、これら２つのポートのうち片方のポートから監視フレームを定期的に送信する制御フレーム送信モードと、当該２つのポートのうち一方のポートを閉塞した状態において他方のポートで前記監視フレームが受信されたか否かを監視し、その監視フレームを所定期間内に受信しない場合に、閉塞してあるポートを開放する制御フレーム受信モードと、当該２つのポートのうち一方のポートで受信した監視フレームを他方のポートに接続された他の通信ノード装置へ中継する制御フレーム中継モードと、を切り替え可能に有することを特徴とする。

この第１の態様では、監視フレームを定期的に送信する制御フレーム送信モードと、この監視フレームを中継する制御フレーム中継モードと、監視フレームの受信を監視する制御フレーム受信モードとの３つの制御モードを切り替え可能に有するようにしたので、本態様の通信ノード装置を伝送路を介してライン状に複数接続することで通信監視セグメントを構成し、この通信監視セグメントにおいて、一端に位置する通信ノード装置を制御フレーム送信モードに、他端に位置する通信ノード装置を制御フレーム受信モードに、そして、その他の通信ノード装置を制御フレーム中継モードにそれぞれ設定すれば、通信監視セグメントの通信経路に障害が生じても当該経路障害を補償することができる。

つまり、通信監視セグメントに経路障害が発生した場合、例えば制御フレーム送信モードや制御フレーム中継モードの通信ノード装置が故障したり伝送路が破損したりした場合には、制御フレーム受信モードの通信ノード装置で監視フレームの受信が途切れるので、制御フレーム受信モードの通信ノード装置におけるネットワークシステムに属する２つのポートのうち閉塞してあるポートが開放されて通信経路が通常経路から障害発生箇所を迂回する代替経路に切り替えられる。これによって、通信監視セグメントでの通信状態を保障することができる上に、ネットワークシステムで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化することができる。

また、上述した本態様の通信ノード装置で構成された通信監視セグメントは、他のセグメントやネットワークが正常に動作していれば当該通信監視セグメント内の通信経路を保障することができるので、既存のネットワークに対し下位ネットワークを構成するセグメントとして容易に追加することができる。これによって、ネットワークの拡張性が増し、複雑なネットワーク構成であっても簡単に構築することができる。

本態様の通信ノード装置は、制御フレーム中継モードの動作中において、ネットワークシステムに属する２つのポートのうちいずれか一方のポートがリンクダウンしたときに、他方のポートからリンクダウン通知フレームを送信するようになっていてもよい。この場合、当該通信ノード装置は、制御フレーム受信モードでの動作中において、監視フレームの受信を監視しているポートでリンクダウン通知フレームを受信したときに、閉塞状態にしていたポートを開放することが好ましい。

この構成によると、本態様の通信ノード装置で構成した通信監視セグメントにおいて、制御フレーム中継モードの通信ノード装置におけるポートがリンクダウンしたときに、通信経路を迅速に切り替えることが可能になる。

さらに、本態様の通信ノード装置は、制御フレーム中継モードの動作中において、ネットワークシステムに属する２つのポートのうちリンクダウンしたポートがリンクアップしたときに、他方のポートからリンクアップ通知フレームを送信するようになっていてもよい。この場合、当該通信ノード装置は、制御フレーム受信モードでの動作中において、監視フレームの受信を監視しているポートでリンクアップ通知フレームを受信したときに、開放したポートを再び閉塞することが好ましい。

この構成によると、本態様の通信ノード装置で構成した通信監視セグメントにおいて、制御フレーム中継モードの通信ノード装置におけるポートのリンクダウンに起因して代替経路に切り替えられた通信経路を、当該ポートのリンクアップ時に通常経路に迅速に切り替えて戻すことができる。

また、本発明における第２の態様は、複数の通信ノード装置をリング状に接続したリング型のネットワークシステムである。複数の通信ノード装置は、各々、ネットワークシステムに属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と伝送路を介して接続される２つのポートを備え、通信ノード装置を複数接続してなるライン状の通信監視セグメントを有する。通信監視セグメントは、ネットワークシステムに属する２つのポートのうち片方のポートから監視フレームを定期的に送信する第１通信ノード装置と、当該２つのポートのうち一方のポートを閉塞した状態において他方のポートで監視フレームが受信されたか否かを監視する第２通信ノード装置と、これら第１通信ノード装置と第２通信ノード装置との間に配置されて当該２つのポートのうち一方のポートで受信した監視フレームを他方のポートに接続された他の通信ノード装置へ中継する第３通信ノード装置と、で構成されている。そして、本態様は、第２通信ノード装置が、監視フレームを所定期間内に受信しない場合に、閉塞状態にしてあるポートを開放することを特徴とする。

この第２の態様では、監視フレームを送信する第１通信ノード装置と、監視フレームの受信を監視する第２通信ノード装置と、これら２つの通信ノード装置の間で監視フレームを中継する第３通信ノード装置とで通信監視セグメントを構成するようにしたので、この通信監視セグメントにおいて第１通信ノード装置や第３通信ノード装置が故障したり伝送路が破損したりすることによって通信経路に障害が発生した場合には、第２通信ノード装置での監視フレームの受信が途切れることから、第２通信ノード装置で閉塞されているポートが開放されて通信経路が通常経路から代替経路に切り替えられる。これによって、通信監視セグメントでの通信状態を保障することができる上に、ネットワークシステムで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化することができる。

また、本態様のネットワークシステムにおける通信監視セグメントは、そのセグメント内の通信経路を、同システムにおける他のセグメントが正常に動作していれば保障することができるので、既存のネットワークに対し下位ネットワークとして容易に追加することができる。これによって、ネットワークの拡張性が増し、複雑なネットワーク構成であっても本態様のネットワークシステムで簡単に構築することができる。

また、本発明における第３の態様は、複数の通信ノード装置をリング状に接続した上位リングと、複数の通信ノード装置をライン状に接続した下位セグメントと、を備えるマルチリング型のネットワークシステムである。このネットワークシステムでは、下位セグメントの両端に位置する通信ノード装置を上位リングの互いに異なる通信ノード装置に接続することで、上位リングのうち下位セグメントに接続された２つの通信ノード装置の間におけるライン状のセグメントと下位セグメントとで下位リングが構成されている。

本態様において、複数の通信ノード装置は、各々、自装置が構成する上位リング又は下位リングに属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と伝送路を介して接続される２つのポートを備える。下位セグメントは、これら２つのポートのうち片方のポートから監視フレームを定期的に送信する第１通信ノード装置と、当該２つのポートのうち一方のポートを閉塞した状態において他方のポートで監視フレームが受信されたか否かを監視する第２通信ノード装置と、これら第１通信ノード装置と第２通信ノード装置との間に配置されて当該２つのポートのうち一方のポートで受信した監視フレームを他方のポートに接続された他の通信ノード装置へ中継する第３通信ノード装置と、で構成されている。そして、本態様は、第２通信ノード装置が、監視フレームを所定期間内に受信しない場合に、閉塞状態にしてあるポートを開放することを特徴とする。

この第３の態様では、下位セグメントを、監視フレームを送信する第１通信ノード装置と、監視フレームの受信を監視する第２通信ノード装置と、これら２つの通信ノード装置の間で監視フレームを中継する第３通信ノード装置とで構成するようにしたので、上記第２の態様の通信監視セグメントと同様に、下位セグメントでの通信状態を保障することができる上に、ネットワークシステムにおける下位セグメントで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化することができる。

また、本態様のネットワークシステムにおける下位セグメントは、そのセグメント内の通信経路を、同システムにおける他のセグメントが正常に動作していれば保障することができるので、既存のネットワークに対し下位ネットワークとして容易に追加することができる。これによって、ネットワークの拡張性が増し、複雑なネットワーク構成であっても本態様のネットワークシステムで簡単に構築することができる。

上記第２又は第３の態様のネットワークシステムにおいて、第３通信ノード装置は、ネットワークシステムに属する２つのポートのうちいずれか一方のポートがリンクダウンしたときに、他方のポートからリンクダウン通知フレームを送信してもよい。この場合、第２通信ノード装置は、監視フレームの受信を監視しているポートでリンクダウン通知フレームを受信したときに、閉塞状態にしてあるポートを開放することが好ましい。

この構成によると、上記第２又は第３の態様のネットワークシステムの下位セグメントにおいて、第３通信ノード装置におけるポートがリンクダウンしたときに、通信経路を通常経路から代替経路に迅速に切り替えることが可能になる。

さらに、第３通信ノード装置は、ネットワークシステムに属する２つのポートのうちリンクダウンしたポートがリンクアップしたときに、他方のポートからリンクアップ通知フレームを送信するようになっていてもよい。この場合、第２通信ノード装置は、監視フレームの受信を監視しているポートでリンクアップ通知フレームを受信したときに、開放したポートを再び閉塞することが好ましい。

この構成によると、上記第２又は第３の態様のネットワークシステムの下位セグメントにおいて、第３通信ノード装置におけるポートのリンクダウンによる経路障害に起因して代替経路に切り替えられた通信経路を、当該ポートのリンクアップ時に通常経路に迅速に切り替えて戻すことができる。

本発明によれば、ネットワークシステムで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化し、且つ下位ネットワークの追加を容易化することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るネットワークシステムの構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る通信ノード装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施形態に係るループ制御フレームのフォーマットを例示する図である。 図４は、本発明の実施形態に係るネットワークシステムの通信監視セグメントで通信ケーブルの断線による経路障害が発生したときの様子を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係るネットワークシステムの通信監視セグメントで通信ケーブルの断線による経路障害が復旧したときの様子を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係るネットワークシステムの通信監視セグメントで通信ノード装置の故障による経路障害が発生したときの様子を示す図である。 図７は、本発明の実施形態の変形例に係るネットワークシステムの構成図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、或いはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

この実施形態では、本発明に係る通信ノード装置及びネットワークシステムについて、複数の通信ノード装置をリング状に接続した単一のリング型の接続形態を有するネットワークシステムを例に挙げて説明する。図１は、この実施形態に係るネットワークシステムＳ１の構成図である。

なお、図１中に示す通信ケーブル１０の両端の丸記号は、その通信ケーブル１０に接続されたポート１１とそのリンク状態を示している。白丸記号のポート１１はそのポート１１が開放状態にあることを示し、黒丸記号のポート１１はそのポート１１が閉塞状態にあることを示す。このことは、後に参照する図４〜図７においても同様である。

ネットワークシステムＳ１は、図１に示すように、通信ノード装置３ａ〜３ｄを複数（図１に示す例では４つ）接続してなるライン状の通信監視セグメント５と、この通信監視セグメント５の両端に位置する通信ノード装置３ａ，３ｄに接続された１つの通信ノード装置７からなる監視外セグメント９とで構成されている。通信監視セグメント５の各通信ノード装置３ａ〜３ｄは、例えばスイッチングハブとも呼ばれるレイヤ２スイッチである。また、監視外セグメント９の通信ノード装置７は、例えばレイヤ３スイッチである。

通信監視セグメント５の各通信ノード装置３ａ〜３ｄは当該セグメント５での通信経路の障害発生を検出する障害検出機能を備えているが、監視外セグメント９の通信ノード装置７はそのような障害検出機能を備えていない。これら通信監視セグメント５及び監視外セグメント９の各通信ノード装置３ａ〜３ｄ，７は、物理ポート１１を複数、例えば４〜８つ（通信監視セグメント５の通信ノード装置３について図２に示す例では４つ）有している。通信ノード装置３ａ〜３ｄ，７におけるこれら複数のポート１１のうち２つのポート１１は、ネットワークシステムＳ１の通信経路に属している。

ネットワークシステムＳ１内で隣り合う通信ノード装置３ａ〜３ｄ，７は、同システムＳ１に属するポート１１同士を伝送路としての通信ケーブル１０で繋ぐことにより接続されている。すなわち、通信ノード装置３ａ〜３ｄ，７における複数のポート１１のうちネットワークシステムＳ１に属する２つのポート１１は、同システムＳ１に属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と通信ケーブル１０を介して接続されている。

ネットワークシステムＳ１は、通信監視セグメント５の片方の端に位置する通信ノード装置３ｄにおいて監視外セグメント９の通信ノード装置７と接続されるポート１１をループ制御ポート１１ｘとして正常時は論理的に閉塞しておくことでループを防止し、通信経路の障害発生時には、そのループ制御ポート１１ｘを開放することにより通信経路を正常時の経路から障害発生箇所を迂回する代替経路に切り替えるループ制御を行い、これによって通信経路を保障し、経路障害に起因する通信遮断を解消するようになっている。

このようなネットワークシステムＳ１の冗長化構成は、通信監視セグメント５の障害検出機能と、通信監視セグメント５の両端の通信ノード装置３ａ，３ｄによる監視外セグメント９の通信ノード装置７とのリンク状態の監視とによって実現される。このネットワークシステムＳ１上では、通常経路においても代替経路においても一方向だけにデータ（フレーム）が流れるようになっている。

図２は、通信監視セグメント５の通信ノード装置３の構成を示すブロック図である。通信監視セグメント５の各通信ノード装置３ａ〜３ｄには、いずれも同じ構成の図２に示す通信ノード装置３が用いられている。この通信ノード装置３は、詳述しないが、ＳＴＰで利用されるＢＰＤＵを識別可能に構成されている。

また、通信ノード装置３は、ネットワークシステムＳ１に属する２つのポート１１のうち片方のポート１１から監視フレーム１００ａ（図３参照）を定期的に送信する制御フレーム送信モードと、当該２つのポート１１のうち一方のポート１１を閉塞した状態において他方のポート１１で監視フレーム１００ａなどのループ制御用フレーム１００の受信を監視する制御フレーム受信モードと、当該２つのポート１１のうち一方のポート１１で受信したループ制御用フレーム１００を他方のポート１１に接続された他の通信ノード装置３へ中継する制御フレーム中継モードと、の３つの制御モードを切り替え可能に有している。

通信監視セグメント５において、一端に位置する通信ノード装置３ａは、制御フレーム送信モードに設定された第１通信ノード装置である。また、通信監視セグメント５において、他端に位置する通信ノード装置３ｄは、制御フレーム受信モードに設定された第２通信ノード装置であり、ループ制御ポート１１ｘを有している。そして、通信監視セグメント５におけるその他の通信ノード装置３ｂ，３ｃは、制御フレーム中継モードに設定された第３通信ノード装置である。

通信ノード装置３は、図２に示すように、ポート１１の開閉状態を制御するポート制御部１３と、ポート１１のリンク状態を監視するリンク状態監視部１５と、ポート１１から受信したフレームについての中継先ポート１１のスイッチ処理を行うスイッチング処理部１７と、通信監視セグメント５での通信経路の障害を検出するための監視フレーム１００ａを生成しこれをスイッチング処理部１７を経由して予め設定された任意のポート１１から定期的に送信する監視フレーム送信部１９と、を備えている。監視フレーム送信部１９は、制御フレーム送信モードに設定された場合のみ、つまり本実施形態では第１通信ノード装置３ａだけで動作する。

さらに、通信ノード装置３は、スイッチング処理部１７を経由してループ制御用フレーム１００を受信する制御用フレーム受信部２１と、この制御用フレーム受信部２１から通知されたループ制御用フレーム１００に基づいて通信経路の障害発生を検出しこれに対処する障害検出処理部２３と、ループ制御用フレーム１００をスイッチング処理部１７を経由して予め設定した任意のポート１１から送信する制御用フレーム送信部２４と、を備えている。

リンク状態監視部１５は、各ポート１１がリンクアップしているのか又はリンクダウンしているのかを識別し、そのリンク状態の情報を障害検出処理部２３に通知する。スイッチング処理部１７は、ポート１１を介してフレームを受信すると、受信したフレームを解析し、当該フレームに含まれる送信元ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスの情報と送信先ＭＡＣアドレスの情報とを識別する。スイッチング処理部１７は、予め送信先アドレスとこれに対応するポートとを学習したアドレステーブルを有していて、そのアドレステーブルに基づき、フレームの中継内容、つまりユニキャスト、マルチキャスト、又はフラッディングを決定し、当該フレームを中継内容に応じたポート１１に送信する。

また、スイッチング処理部１７は、通信監視セグメント５に属するポート１１でループ制御用フレーム１００を受信すると、当該フレーム１００に含まれる後述のプロトコル識別フィールド１０４に基づき、このフレーム１００がループ制御用フレーム１００であることを識別して、制御用フレーム受信部２１に転送する。制御用フレーム受信部２１は、このループ制御用フレーム１００を一時的に保持し、その保持したフレーム１００を障害検出処理部２３に適宜受け渡すようになっている。

障害検出処理部２３は、制御用フレーム受信部２１から受け渡されたループ制御用フレーム１００に基づいて通信監視セグメント５における通信経路の障害を補償するためのループ制御動作を実行するループ制御部２５と、このループ制御部２５によるループ制御動作で特定のポート１１、つまりループ制御ポート１１ｘの開閉状態を制御する障害検出ポート制御部２７と、を備えている。

ループ制御部２５には、リンク状態監視部１５から各ポート１１のリンク状態の情報も受け渡される。障害検出処理部２３は、リンク状態監視部１５から受け渡されるポート１１のリンク状態の情報に基づき、通信監視セグメント５に属する下流側のポート１１のリンク状態が変化したことをループ制御部２５で検出したときに、そのリンク状態に応じたリンク状態通知フレーム１００ｂ，１００ｃを上流側のポート１１から送信するリンク状態通知部２９をさらに備えている。

リンク状態通知フレーム１００ｂ，１００ｃは、通信ノード装置３においてネットワークシステムＳ１に属するポート１１のリンク状態を通知するフレームであって、具体的には、ポート１１がリンクダウンしたことを通知するリンクダウン通知フレーム１００ｂと、ポート１１がリンクアップしたことを通知するリンクアップ通知フレーム１００ｃのうちいずれかのフレームである。ループ制御用フレーム１００は、このリンク状態通知フレーム１００ｂ，１００ｃと監視フレーム１００ａとのいずれかのフレームであって、他のフレームと区別されるものである。

ここで、ループ制御用フレーム１００の内容について説明する。図３は、ループ制御用フレーム１００のフォーマットを例示する図である。ループ制御用フレーム１００は、データ長が６４バイトのフレームであって、図３に示す各フィールド１０１〜１０７と、これらのフィールド１０１〜１０７の誤り検出を行うためのＦＣＳ（Frame Check Sequence）フィールド１０８とを含み、それ以外のフィールドにはパッディングデータが格納される。

送信先フィールド１０１はサイズが６バイトのフィールドであって、ここには送信先の機器の識別情報であるＭＡＣアドレスが設定される。監視フレーム１００ａでは、この送信先フィールド１０１にＢＰＤＵで用いられるマルチキャストアドレス（01-80-c2-00-00-00）が設定される。また、リンク状態通知フレームでも、同じくＢＰＤＵ用のマルチキャストアドレスが設定される。送信元フィールド１０２はサイズが６バイトのフィールドであって、ここには送信元の通信ノード装置３のＭＡＣアドレスが設定される。

長さフィールド１０３はサイズが２バイトのフィールドであって、ここにはループ制御用フレーム１００の有効データ長が設定される。プロトコル識別フィールド１０４はサイズが６バイトのフィールドであって、ここにはループ制御用フレーム１００であることを示す識別情報が設定される。例えば、ループ制御用フレーム１００のプロトコル識別フィールド１０４には「０ｘ０１」が設定され、その他のフレームのプロトコル識別フィールドには「０ｘ００」が設定される。

タイプフィールド１０５はサイズが１バイトのフィールドであって、ここにはループ制御用フレーム１００が監視フレーム１００ａであるか、リンク状態通知フレームのうちリンクダウン通知フレーム１００ｂであるか又はリンクアップ通知フレーム１００ｃであるかを示す識別情報が設定される。例えば、監視フレーム１００ａのタイプフィールド１０５には「０ｘ００」が設定され、リンクダウン通知フレーム１００ｂのタイプフィールド１０５には「０ｘ０１」が設定され、リンクアップ通知フレーム１００ｃのタイプフィールド１０５には「０ｘ１１」が設定される。

送信番号フィールド１０６はサイズが２バイトのフィールドであって、ここにはフレームを出力するポート番号が設定される。モード情報フィールド１０７はサイズが１バイトのフィールドであって、ここには送信元の通信ノード装置３に設定された制御モードの識別情報、つまり制御フレーム送信モードであるか、制御フレーム受信モードであるか、又は制御フレーム中継モードであるかを示す識別情報が設定される。

ループ制御部２５は、このようなループ制御用フレーム１００を受け取ると、設定された制御モードに応じた処理を行う。具体的には、通信ノード装置３が制御フレーム中継モードに設定されている場合、つまり第３通信ノード装置３ｂ，３ｃでは、ループ制御用フレーム１００を制御用フレーム送信部２４にそのまま転送し、スイッチング処理部１７を経由して下流側のポート１１に接続された通信ノード装置３へ中継する。また、通信ノード装置３が制御フレーム受信モードに設定されている場合、つまり第２通信ノード装置３ｄでは、ループ制御用フレーム１００に含まれるタイプフィールド１０５に基づき、そのループ制御用フレーム１００が監視フレーム１００ａであるか、リンクダウン通知フレーム１００ｂであるか又はリンクアップ通知フレーム１００ｃであるかを識別する。

このとき、受信したループ制御用フレーム１００が監視フレーム１００ａであって、同フレーム１００ａがネットワークシステムＳ１の起動又は前回の同フレーム１００ａ受信から所定期間内に受信されている場合には、通信監視セグメント５での通信経路は正常な状態にあると判定し、同フレーム１００ａを破棄する。

また、この監視フレーム１００ａがネットワークシステムＳ１の起動又は前回の同フレーム１００ａ受信から所定時間内に受信されない場合には、通信監視セグメント５内の通信経路に障害が発生したと判定し、そのことを障害検出ポート制御部２７に通知する。障害検出ポート制御部２７は、この通知に基づき、閉塞してあるループ制御ポート１１ｘをポート制御部１３に開放させる。これによって、ネットワークシステムＳ１における通信経路が通常経路から代替経路に切り替えられる。

通信監視セグメント５内の経路障害が復旧されると、第２通信ノード装置３ｄで監視フレーム１００ａが受信されるようになるので、ネットワークシステムＳ１の通信経路が代替経路に切り替えられた後において、第２通信ノード装置３ｄで受信したループ制御用フレーム１００が監視フレーム１００ａである場合には、ループ制御部２５は、通信経路の障害が復旧したことを障害検出ポート制御部２７に通知する。障害検出ポート制御部２７は、この通知に基づき、開放したループ制御ポート１１ｘをポート制御部１３に再び閉塞させる。これによって、ネットワークシステムＳ１の通信経路が代替経路から通常経路に切り替えられて正常時の状態に戻る。

また、第２通信ノード装置３ｄにおいて、受信したループ制御用フレーム１００がリンクダウン通知フレーム１００ｂである場合にも、ループ制御部２５は、通信監視セグメント５内の通信経路に障害が発生したと判定し、障害検出ポート制御部２７を通じてポート制御部１３にループ制御ポート１１ｘを開放させる。そのことで、ネットワークシステムＳ１の通信経路が通常経路から代替経路に切り替えられる。

その後において、第２通信ノード装置３ｄで受信したループ制御用フレーム１００がリンクアップ通知フレーム１００ｃである場合には、ループ制御部２５は、通信監視セグメント５における通信経路の障害が復旧したと判定し、開放したループ制御ポート１１ｘを障害検出ポート制御部２７を通じてポート制御部１３に再び閉塞させる。これによって、ネットワークシステムＳ１の通信経路が代替経路から通常経路に切り替えられて正常時の状態に戻る。

以下に、通信監視セグメント５での通信経路に障害が発生した場合についてのネットワークシステムＳ１の動作の一例を、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、通信監視セグメント５で通信ケーブル１０の断線による経路障害が発生したときの様子を示す図である。図５は、図４に示す通信ケーブル１０の断線による経路障害が復旧したときの様子を示す図である。図６は、通信監視セグメント５で第３通信ノード装置３ｂの故障による経路障害が発生したときの様子を示す図である。

ネットワークシステムＳ１において、通信監視セグメント５内の通信ケーブル１０、例えば図４に示すように、隣り合う第３通信ノード装置３ｂ，３ｃを接続する通信ケーブル１０が断線することによって経路障害が発生した場合には、この通信ケーブル１０で接続された２つの第３通信ノード装置３ｂ，３ｃの接続状態がリンクダウンし、第２通信ノード装置３ｄ寄りの第３通信ノード装置３ｃから第２通信ノード装置３ｄにリンクダウン通知フレーム１００ｂが送信される。第２通信ノード装置３ｄは、このリンクダウン通知フレーム１００ｂを受信すると、ループ制御ポート１１ｘを開放する。そのことで、ネットワークシステムＳ１の通信経路が通常経路から代替経路に切り替えられる。

その後、断線した通信ケーブル１０が正常なものに取り替えられて経路障害が復旧すると、図５に示すように、取り替えられた通信ケーブル１０で接続された２つの第３通信ノード装置３ｂ，３ｃの接続状態がリンクアップし、第２通信ノード装置３ｄ寄りの第３通信ノード装置３ｃから第２通信ノード装置３ｄにリンクアップ通知フレーム１００ｃが送信される。第２通信ノード装置３ｄは、このリンクアップ通知フレーム１００ｃを受信すると、開放したループ制御ポート１１ｘを再び閉塞する。これによって、ネットワークシステムＳ１の通信経路が代替経路から通常経路に切り替えられて戻る。

また、ネットワークシステムＳ１において、図６に示すように、通信監視セグメント５内の通信ノード装置３、例えば第１通信ノード装置３ａ寄りの第３通信ノード装置３ｂが故障し、ネットワークシステムＳ１に属する第３通信ノード装置３ｂのポート１１はリンクアップした状態にあるが第１通信ノード装置３ａから受信したフレームが全てエラーフレームとなるような経路障害が発生した場合には、第１通信ノード装置３ａから送信された監視フレーム１００ａもエラーフレームとなって第２通信ノード装置３ｄにまで伝送されない。この場合、第２通信ノード装置３ｄは、所定期間内に監視フレーム１００ａを受信しないことから、ループ制御ポート１１ｘを開放する。そのことで、ネットワークシステムＳ１の通信経路が通常経路から代替経路に切り替えられる。

その後、故障した第３通信ノード装置３ｂが正常なものに取り替えられて経路障害が復旧すると、図１に示すように、取り替えられた第３通信ノード装置３ｂが監視フレーム１００ａを正常に中継するようになるので、監視フレーム１００ａが第２通信ノード装置３ｄにまで伝送される。第２通信ノード装置３ｄは、この監視フレーム１００ａを受信すると、開放したループ制御ポート１１ｘを再び閉塞する。これによって、ネットワークシステムＳ１の通信経路が代替経路から通常経路に切り替えられて戻る。

このように、通信監視セグメント５は、第１通信ノード装置３ａから送信された監視フレーム１００ａの第２通信ノード装置３ｄまでの伝送完遂と各通信ノード装置３ａ〜３ｄ間のリンク状態とを監視することにより、当該セグメント５における通信経路の障害発生を検出する障害検出機能を実現し、通信監視セグメント５で経路障害が検出された場合に通信経路を代替経路に切り替えるようになっている。

また、通信監視セグメント５の両端の通信ノード装置３ａ，３ｄと監視外セグメント９の通信ノード装置７との間の通信経路の障害は、通信監視セグメント５の通信ノード装置３ａ，３ｄにおけるリンク状態監視部１５で監視外セグメント９の通信ノード装置７と接続されたポート１１のリンク状態を監視することにより検出される。第１通信ノード装置３ａ及び第２通信ノード装置３ｄのいずれかの通信ノード装置３では、監視外セグメント９の通信ノード装置３との接続状態がリンクダウンすると、そのことが当該通信ノード装置３のリンク状態監視部１５からループ制御部２５に通知される。第１通信ノード装置３ａ及び第２通信ノード装置３ｄのループ制御部２５は、その通知を受け取ると、通信監視セグメント５と監視外セグメント９との間の通信経路に障害が発生したと判定する。

特に、第１通信ノード装置３ａと監視外セグメント９の通信ノード装置７との接続状態がリンクダウンした場合、第１通信ノード装置３ａのループ制御部２５は、リンク状態通知部２９にリンクダウン通知フレーム１００ｂを第２通信ノード装置３ｄに向けて送信させる。このリンクダウン通知フレーム１００ｂを第２通信ノード装置３ｄが受信すると、第２通信ノード装置３ｄのループ制御部２５は、閉塞してあるループ制御ポート１１ｘをポート制御部１３に開放させる。そのことで、ネットワークシステムＳ１の通信経路が通常経路から代替経路に切り替えられる。

その後において、第１通信ノード装置３ａと監視外セグメント９の通信ノード装置７との接続状態がリンクアップした場合には、そのことが第１通信ノード装置３ａのリンク状態監視部１５からループ制御部２５に通知される。第１通信ノード装置３ａのループ制御部２５は、その通知を受け取ると、リンク状態通知部２９にリンクアップ通知フレーム１００ｃを第２通信ノード装置３ｄに向けて送信させる。このリンクアップ通知フレーム１００ｃを第２通信ノード装置３ｄが受信すると、第２通信ノード装置３ｄのループ制御部２５は、開放したループ制御ポート１１ｘをポート制御部１３に再び閉塞させる。これによって、ネットワークシステムＳ１の通信経路が代替経路から通常経路に切り替えられて正常時の状態に戻る。

−実施形態の効果−
この実施形態によると、通信監視セグメント５は勿論、監視外セグメント９をも含めたネットワークシステムＳ１全体での通信状態を保障することができ、その上、同システムＳ１で経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化することができる。

また、この実施形態のネットワークシステムＳ１における通信監視セグメント５は、そのセグメント５内の通信経路を、監視外セグメント９の通信ノード装置７が正常に動作していれば保障することができるので、監視外セグメント９の通信ノード装置７が製造元や仕様の異なる通信ノード装置であっても、その通信ノード装置７と容易に組み合わせることができるし、既存のネットワークに対し下位ネットワークとして容易に追加することができる。

−実施形態の変形例−
図７は、この変形例に係るネットワークシステムＳ２の構成図である。上記実施形態では、単一のリング型のネットワークシステムＳ１について説明したが、本変形例のネットワークシステムＳ２は、図７に示すように、複数のリングＲ１，Ｒ２，Ｒ３を有するマルチリング型のネットワークシステムである。このネットワークシステムＳ２は、複数の通信ノード装置７ａ〜７ｍをリング状に接続した上位リングＲ１と、各々複数の通信ノード装置３ａ〜３ｅをライン状に接続した第１下位セグメントＬ１及び第２下位セグメントＬ２と、を備えている。

第１下位セグメントＬ１の両端に位置する通信ノード装置３ａ，３ｅは、上位リングＲ１の互いに異なる通信ノード装置、例えば上位リングＲ１の通信経路上で１つの通信ノード装置７ｆを挟む通信ノード装置７ｅ，７ｇにそれぞれ接続されている。そして、上位リングＲ１のうちこの第１下位セグメントＬ１に接続された２つの通信ノード装置７ｅ，７ｇ及びその間の通信ノード装置７ｆからなるライン状のセグメントと第１下位セグメントＬ１とは、第１下位リングＲ２を構成している。

また、第２下位セグメントＬ２の両端に位置する通信ノード装置３ａ，３ｅは、上位リングＲ１の互いに異なる通信ノード装置、例えば上位リングＲ１の通信経路上で１つの通信ノード装置７ｉを挟む通信ノード装置７ｈ，７ｊにそれぞれ接続されている。そして、上位リングＲ１のうちこの第２下位セグメントＬ２に接続された２つの通信ノード装置７ｈ，７ｊ及びその間の通信ノード装置７ｉからなるライン状のセグメントと第２下位セグメントＬ２とは、第２下位リングＲ３を構成している。

上位リングＲ１は、同リングＲ１における通信経路の制御を唯一行うマスタ通信ノード装置７ａを有し、いわゆるリングプロトコルで冗長化構成が実現されている。

すなわち、マスタ通信ノード装置７ａは、上位リングＲ１に属する２つのポート１１のうち一方のポート１１をループ制御ポート１１ｘとして正常時は論理的に閉塞することでループを防止すると共に、上位リングＲ１に属する他方のポート１１から監視フレームを定期的に送信し、この監視フレームが自装置に戻ってきて受信されることを監視することで上位リングＲ１の通信経路の障害発生を検出するようになっている。そして、上位リングＲ１は、通信経路の障害発生がマスタ通信ノード装置７ａで検出されると、ループ制御ポート１１ｘを開放することで、上位リングＲ１の通信経路を通常経路から代替経路に切り替えるようになっている。

第１下位セグメントＬ１及び第２下位セグメントＬ２は共に、上記実施形態の通信監視セグメント５と同様な構成を有する。すなわち、これら２つの下位セグメントＬ１，Ｌ２の各通信ノード装置３ａ〜３ｅには、いずれも上記実施形態と同じ構成の図２に示す通信ノード装置３が用いられている。そして、各下位セグメントＬ１，Ｌ２において、一端に位置する通信ノード装置３ａは制御フレーム送信モードに設定された第１通信ノード装置であり、他端に位置する通信ノード装置３ｅは制御フレーム受信モードに設定された第２通信ノード装置であり、そして、その他の通信ノード装置３ｂ，３ｃ，３ｄは中継モードに設定された第３通信ノード装置である。

そして、第１下位リングＲ２は、第１下位セグメントＬ１の片方の端に位置する通信ノード装置３ｅにおいて上位リングＲ１の通信ノード装置７ｇと接続されるポート１１をループ制御ポート１１ｘとして正常時は論理的に閉塞状態にすることでループを防止し、通信経路の障害発生時には、そのループ制御ポート１１ｘを開放することにより通信経路を正常時の経路から代替経路に切り替えるループ制御を行い、これによって通信経路を保障し、経路障害に起因する通信遮断を解消するようになっている。

このような第１下位リングＲ２の冗長化構成は、上記実施形態の通信監視セグメント５で利用されるものと同様なループ制御用フレーム１００による下位セグメントＬ１での障害検出機能と、通信監視セグメント５の両端の通信ノード装置３ａ，３ｅによる上位リングＲ１の通信ノード装置７ｅ、７ｇとのリンク状態の監視とによって実現される。第２下位リングＲ３の冗長化構成は、上記第１下位リングＲ２の冗長化構成と同じである。

このような構成のマルチリング型のネットワークシステムＳ２であっても、ネットワークシステムＳ２全体での通信状態を保障することができる上に、同システムＳ２で経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化することができるし、上位リングＲ１に第１下位セグメントＬ１及び第２下位セグメントＬ２を継ぎ足すことで、各通信ノード装置７ａ〜７ｍ，３ａ〜３ｅに煩雑な設定作業を必要とせずに簡単に構築することができる。

なお、上記実施形態では、監視外セグメント９が１つの通信ノード装置７からなる構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、監視外セグメント９は、複数の通信ノード装置７を接続して構成されていてもよい。

また、上記実施形態の変形例では、３つのリングＲ１，Ｒ２，Ｒ３からなるマルチリング型のネットワークシステムＳ２を例に挙げて説明したが、これに限らず、マルチリング型のネットワークシステムＳ２に含まれるリング数は２つであっても４つ以上であってもよい。

以上説明したように、本発明は、通信ノード装置及びネットワークシステムについて有用であり、特に、ネットワークシステムで経路障害が発生したときの通信経路の切り替え動作を高速化し、且つ下位ネットワークの追加を容易化することが要望される通信ノード装置及びネットワークシステムに適している。

Ｌ１ 第１下位セグメント
Ｌ２ 第２下位セグメント
Ｒ１ 上位リング
Ｒ２ 第１下位リング
Ｒ３ 第２下位リング
Ｓ１，Ｓ２ ネットワークシステム
３，３ａ〜３ｅ 通信ノード装置
５ 通信監視セグメント
７，７ａ〜７ｍ 通信ノード装置
９ 監視外セグメント
１０ 通信ケーブル（伝送路）
１１ ポート
１１ｘ ループ制御ポート
１００ａ 監視フレーム
１００ｂ リンクダウン通知フレーム
１００ｃ リンクアップ通知フレーム

Claims (7)

1. リング型のネットワークシステムを構成するための通信ノード装置であって、
   前記ネットワークシステムに属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と伝送路を介して接続される２つのポートを備え、
   前記２つのポートのうち片方のポートから監視フレームを定期的に送信する制御フレーム送信モードと、
   前記２つのポートのうち一方のポートを閉塞した状態において他方のポートで前記監視フレームが受信されたか否かを監視し、該監視フレームを所定期間内に受信しない場合に、閉塞してある前記ポートを開放する制御フレーム受信モードと、
   前記２つのポートのうち一方のポートで受信した前記監視フレームを他方のポートに接続された他の通信ノード装置へ中継する制御フレーム中継モードと、を切り替え可能に有する
   ことを特徴とする通信ノード装置。
2. 請求項１に記載された通信ノード装置において、
   前記制御フレーム中継モードの動作中に、前記２つのポートのうちいずれか一方のポートがリンクダウンしたときには、他方のポートからリンクダウン通知フレームを送信し、
   前記制御フレーム受信モードでの動作中に、前記監視フレームの受信を監視しているポートで前記リンクダウン通知フレームを受信したときには、閉塞してある前記ポートを開放する
   ことを特徴とする通信ノード装置。
3. 請求項２に記載された通信ノード装置において、
   前記制御フレーム中継モードの動作中に、前記２つのポートのうちリンクダウンしたポートがリンクアップしたときには、他方のポートからリンクアップ通知フレームを送信し、
   前記制御フレーム受信モードでの動作中に、前記監視フレームの受信を監視しているポートで前記リンクアップ通知フレームを受信したときには、開放した前記ポートを再び閉塞する
   ことを特徴とする通信ノード装置。
4. 複数の通信ノード装置をリング状に接続したリング型のネットワークシステムであって、
   前記複数の通信ノード装置は、各々、前記ネットワークシステムに属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と伝送路を介して接続される２つのポートを備え、
   前記通信ノード装置を複数接続してなるライン状の通信監視セグメントを有し、
   前記通信監視セグメントは、前記２つのポートのうち片方のポートから監視フレームを定期的に送信する第１通信ノード装置と、前記２つのポートのうち一方のポートを閉塞した状態において他方のポートで前記監視フレームが受信されたか否かを監視する第２通信ノード装置と、これら第１通信ノード装置と第２通信ノード装置との間に配置されて前記２つのポートのうち一方のポートで受信した前記監視フレームを他方のポートに接続された他の通信ノード装置へ中継する第３通信ノード装置と、で構成され、
   前記第２通信ノード装置は、前記監視フレームを所定期間内に受信しない場合に、閉塞してある前記ポートを開放する
   ことを特徴とするネットワークシステム。
5. 複数の通信ノード装置をリング状に接続した上位リングと、複数の通信ノード装置をライン状に接続した下位セグメントと、を備え、
   前記下位セグメントの両端に位置する通信ノード装置を前記上位リングの互いに異なる通信ノード装置に接続することで、前記上位リングのうち前記下位セグメントに接続された２つの通信ノード装置を含むライン状のセグメントと前記下位セグメントとで下位リングが構成されたマルチリング型のネットワークシステムであって、
   前記複数の通信ノード装置は、各々、自装置が構成する前記上位リング又は下位リングに属する他の通信ノード装置のうち互いに異なる側に隣接する通信ノード装置と伝送路を介して接続される２つのポートを備え、
   前記下位セグメントは、前記２つのポートのうち片方のポートから監視フレームを定期的に送信する第１通信ノード装置と、前記２つのポートのうち一方のポートを閉塞した状態において他方のポートで前記監視フレームが受信されたか否かを監視する第２通信ノード装置と、これら第１通信ノード装置と第２通信ノード装置との間に配置されて前記２つのポートのうち一方のポートで受信した前記監視フレームを他方のポートに接続された他の通信ノード装置へ中継する第３通信ノード装置と、で構成され、
   前記第２通信ノード装置は、前記監視フレームを所定期間内に受信しない場合に、閉塞してあるポートを開放する
   ことを特徴とするネットワークシステム。
6. 請求項４又は５に記載されたネットワークシステムにおいて、
   前記第３通信ノード装置は、前記２つのポートのうちいずれか一方のポートがリンクダウンしたときに、他方のポートからリンクダウン通知フレームを送信し、
   前記第２通信ノード装置は、前記監視フレームの受信を監視しているポートで前記リンクダウン通知フレームを受信したときに、閉塞してある前記ポートを開放する
   ことを特徴とするネットワークシステム。
7. 請求項６に記載されたネットワークシステムにおいて、
   前記第３通信ノード装置は、前記２つのポートのうちリンクダウンしたポートがリンクアップしたときに、他方のポートからリンクアップ通知フレームを送信し、
   前記第２通信ノード装置は、前記監視フレームの受信を監視しているポートで前記リンクアップ通知フレームを受信したときに、開放した前記ポートを再び閉塞する
   ことを特徴とするネットワークシステム。
   

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