JP2015171055A

JP2015171055A - ネットワークシステム

Info

Publication number: JP2015171055A
Application number: JP2014045843A
Authority: JP
Inventors: 真一郎谷村; Shinichiro Tanimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-28

Abstract

【課題】可用性の高い冗長構成を備えるネットワークシステムが望まれている。【解決手段】有線ネットワークを構成する有線ネットワーク装置と、無線ネットワークを構成する無線ネットワーク装置と、有線ネットワーク装置または無線ネットワーク装置を介して、対抗する通信装置との間に、通信経路を構成する通信装置と、を備え、通信装置は、対向する通信装置との間に、有線ネットワークを用いた通信経路を構成している場合に、有線ネットワークの正常性を、繰り返し確認する機能と、有線ネットワークが正常でない、と判断した場合は、無線ネットワーク装置を介して、無線ネットワークの正常性を確認する機能と、無線ネットワークが正常と判断すると、無線ネットワークを用いた通信経路に切り替える機能と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、冗長構成をとるネットワークシステムに関する。

一般的に有線ネットワークの可用性向上のため、主回線、副回線を備える冗長構成を構築する場合、副回線として同様に有線ネットワークを設ける。なぜなら、それぞれの回線ごとに給電経路を分離し、UPS(無停電電源装置)を接続することで、同時にダウンするリスクを回避でき、冗長手段として最適であると考えられるためである。

しかし、この方法では、震災やケーブル劣化よる物理的なケーブル断線のリスクが避けられない。

この問題に対して、特許文献１では、有線LANおよび無線LANの通信機能を排他的に切り替えて使用できる通信装置の制御方法を提案している。

特開２０１３−１４１１７０号公報

しかしながら、特許文献１では、有線LANと無線LANの両機能を同一筐体に有する通信装置を用いているため、通信装置に電源断が発生した場合、有線LANだけでなく無線LANも通信断が発生するという課題がある。

したがって、より可用性の高い冗長構成を備えるネットワークシステムが望まれている。

上記課題を解決するため、本発明は、有線LAN機能を持つ装置と、無線LAN機能を持つ装置と、を組み合わせ、有線LANを主回線に、無線LANを副回線に用いて、通信経路を構成するネットワークシステムを提供する。これにより、災害によるケーブル断線等が発生した場合には、無線LANを利用する系に切り替えて、通信経路を構成することで通信断を防ぐことが可能となり、可用性が向上する。

また、主回線の両端をルータで接続し、ルータ同士で生死確認パケットを繰り返し送受信し、回線の正常性の有無、例えば、接続か断線か、を確認する機能を設けることを特徴とする。

また、ルータは、上記機能により主回線が断線したことを確認すると、主回線側の機能を停止し、通信経路を副回線側に切り替える機能を設けることを特徴とする。こうすることで、通信の長時間停止を回避する。

主回線のケーブル断線が修復され、主回線で生死確認パケットの送受信が正常に行われるようになると、ルータは主回線が復旧したと判断し、主回線側の機能を再起動し、通信経路を副回線から主回線に切り替える機能を設けることを特徴とする。

上記態様により、高速かつ安定した通信を確保できる有線のメリットと、災害によるケーブル断線、ケーブル劣化のリスクを回避できる無線のメリットを兼ね備える、可用性の高いネットワークシステムが提供できる。

また、副回線により通信が継続されるため、本発明のネットワークシステムを用いたサービスの利用者は、通信断の影響を受けることなく継続してサービスを享受できる。

さらに、副回線により通信が継続されるため、主回線復旧のためのシステム運用保守員の手配までの時間に余裕が出来る。

本発明により、可用性の高いネットワークシステムの提供が可能になる。

冗長ネットワークのブロック構成を例示する図正常性確認と主回線と副回線の切替えシーケンスを例示する図正常時の状態確認フローチャートを例示する図主回線復旧シーケンスを例示する図主回線復旧フローチャートを例示する図ルータのブロック構成を例示する図 ICMPパケットメッセージフォーマットを例示する図ルーティングテーブルの構成を例示する図

図１は、本実施例におけるネットワークシステムのブロック構成図である。

このシステムは、ルータA(0101)とルータB(0102)と、有線LAN機能を持つ装置、すなわち、LANスイッチA(0103)とLANスイッチB(0104)と、無線LAN機能を持つ装置、すなわち、無線機A(0105)と無線機B(0106)と、端末A(0107)と端末B(0108)と、を含んで構成されている。

LANスイッチA(0103)とLANスイッチB(0104)は、有線ネットワークを構築するものである。無線機A(0105)と無線機B(0106)は無線ネットワークを構築するものである。ルータA(0101)とルータB(0102)は、LANスイッチを介して有線ネットワークに接続し、無線機を介して無線ネットワークに接続し、いずれかのネットワークを選択して通信経路を構成し、IPパケットを送受信する。端末A(0107)と端末B(0108)は、本ネットワークシステムを利用して提供されるアプリケーションを利用する。

ルータA(0101)のポート0(0201)はLANスイッチA(0103)と接続され、ルータB(0102)のポート0(0202)はLANスイッチB(0104)と接続され、ルータA(0101)のポート1(0205)は無線機A(0105)と接続され、ルータB(0102)のポート1(0206)は無線機B(0106)と接続されている。

ルータA(0101)のポート0(0201)は、主回線を通じてルータB(0102)のポート0(0202)と、ルータA(0101)のポート1(0205)は、副回線を通じてルータB(0102)のポート1(0206)と通信できるネットワーク構成となっている。

ルータA(0101)のポート0(0201)とルータB(0102)のポート0(0202)は開放されており、通信経路が構成され、端末A(0107)と端末B(0108)の業務通信が可能となっている。また、ルータA(0101)のポート1(0205)とルータB(0102)のポート1(0206)は、通常は、業務通信以外の、回線の接続、または、断線などに用いる生死確認パケット(0207)等の通信制御パケットは送受信する（開放されている）が、通信経路を構成せず、業務通信用のパケットは、通さない（閉塞している）。

図２は、図１のシステムにおいて、ネットワークの正常性確認と、主回線と副回線の切り替えを表すシーケンス図である。

ルータA(0101)とルータB(0102)は、両ルータのポート0を利用して生死確認パケットを送信する(0203)。この生死確認を、繰り返し、例えば定期的に行うことで、通信の正常性、例えば、断線していないか、などのネットワークの状態、を継続して確認する。

図３は正常性確認(0203)のフローチャートである。ルータA(0101)は、ポート0(0201)から、主回線側のネットワークへ生死確認パケットを送信する(0301)。その後、ルータB(0102)より正常を示す応答パケットを受信すると(0302でYes)、所定時間待機し、ステップ301を実行する。これを繰り返すことで、正常性を確認する。また、ルータA(0101)へ正常を示す応答が無い場合(0302でNo)、ルータA(0101)は副回線へ切り替える(0303)。副回線への切り替えについては、後述する。

なお、図２の生死確認(0203)や、切り替え(0207)で利用する生死確認パケットと応答パケットは、例えば、ICMPプロトコルを利用して確認する。図７に、ICMPパケットのメッセージフォーマットを示す。ICMPは、Type(0701)、Code(0702)、Check Sum(0703)のフィールドを持つ。Type(0701)は、確認時はエコー要求の8が入り、応答時はエコー応答の0が入る。Code(0702)は拡張領域であり、今回は使用しない。Check Sum(0703)は、ICMPフレーム部のチェックサムとなる。

副回線への切り替えについて説明する。

図２において、一定期間生死確認パケットの要求に対する応答が無い場合(0204)、ルータA(0101)は主回線が断線などにより切断されたと判断し、副回線側への通信経路の切り替えシーケンス(0207〜)へ移行する。

まず、ルータA(0101)はルータA(0101)のポート1(0205)から、ルータB(0102)のポート1(0206)を経由してルータB(0102)へ生死確認パケットを送信する。

ルータB(0102)は生死確認パケットを受信すると、応答パケットをルータB(0102)のポート1(0206)からルータA(0101)のポート1(0205)を経由してルータA(0101)へ送信する(0207)。

ルータA(0101)は応答パケットを受信すると、ルータA(0101)のポート0を、通信制御パケット以外のパケットに対して閉塞し(0208)、ルータA(0101)ポート1を通信制御パケット以外のパケットに対しても開放する(0210)。また、ルータB(0102)は、応答パケットに対して、ルータA(0101)からの切替確認パケット(図示していない)を受信すると、ルータB(0102)ポート0を、通信制御パケット以外のパケットに対して閉塞し(0209)、ルータB(0102)ポート1を通信制御パケット以外のパケットに対して開放する(0211)。

このようにして、ルータA(0101)、B(0102)の主回線側のポート0(0201)、(0202)を通信制御パケット以外のパケットに対して閉塞し、副回線側のポート1(0205)、(0206)を通信制御パケット以外のパケットに対して開放することで、副回線を使った通信経路を構成し、通信制御パケット以外のパケットも通信を可能にする(0212)。

図４は、副回線を使用時に主回線が復旧した場合の切り替えを表すシーケンス図である。

ルータA(0101)はルータA(0101)ポート0(0201)からルータB(0102)ポート0(0202)へ、主回線が復旧しているか確認する生死確認パケット(0401)を、繰り返し、例えば定期的に送信する。

主回線が復旧している場合、上記生死確認パケット(0401)はルータB(0102)ポート0(0202)を経由して、ルータB(0102)へ到達する。ルータB(0102)はこれを受けて、ルータB(0102)ポート0(0202)からルータA(0101)ポート0(0201)を経由して、ルータA(0101)へ応答パケットを送信する(0402)。

ルータA(0101)は上記シーケンス(0402)により、応答パケットを正常に受信すると、自身の復旧機能のON/OFFを確認し、ONの場合はルータA(0101)ポート1(0205)を閉塞する(0403)。ルータB(0102)も同様に、応答パケットに対して、ルータA(0101)からの切替確認パケット(図示していない)を受信すると、ルータB(0102)ポート1(0206)を閉塞する(0404)。

ルータA(0101)はルータA(0101)ポート0を開放(0405)し、ルータB(0102)はルータB(0102)ポート0を開放(0406)する。その後、主回線側に通信経路を構成し、通信を開始(0407)する。

図５は、復旧機能のフローチャートである。ルータA(0101)は生死確認パケットをルータB(0102)へ送信(0501)し、ルータB(0102)からルータA(0101)に応答パケットの返信があった場合(0502でYes)、両ルータ共に復旧機能がONになっているか、副回線を用いて確認(0503)し、主回線へ切り替える(0504)。

図６は、ルータA(0101)とルータB(0102)のアーキテクチャのブロック図である。ルータA(0101)は、ポート0(0201)と、ポート1(0205)と、ポート2(0601)と、ルータ内部でパケットを橋渡しするスイッチングインタフェース(0602)と、コンソールポート(0604)と、ルーティングエンジン(0603)と、を含んでおり、ポート0(0201)はLANスイッチA(0103)、ポート1(0205)は無線機A(0105)、ポート2(0601)は端末A(0107)に接続される。

ルーティングエンジン(0603)はルータ機能全体を司っており、ルーティングや正常性確認の判断や復旧機能のON/OFFの設定を受け付ける。復旧機能がONの場合、自身の持つルーティングテーブルの優先度が高いルートが復旧した際に、低い優先度のルートのポート(0205)を閉塞して、高いルートのポート(0201)を開放する。

コンソールポート(0604)に端末を接続し、端末からルーティングエンジンにアクセスすることで、ルータの復旧機能ON/OFFや、ルーティング設定を変更することが可能になる。

有線ネットワークと無線ネットワークの排他制御方法として、ルータA(0101)とルータB(0102)に予めスタティックルーティングを設定することで、一つの通信が有線ネットワークと無線ネットワーク両方に流れることを防ぐ。スタティックルーティングは、復旧機能のON/OFFと同様に、ルータのコンソールポート(0604)に端末を接続し、端末からルーティングエンジンへアクセスすることで設定できる。

図８は、ルータA(0101)が保持するルーティングテーブル図の例である。ルーティングテーブルは、宛先ルート(0801)、優先度(0802)、ネクストホップ(0803)、出力インタフェース(0804)の項目を持つ。

ルータA(0101)は何らかのパケットを受信すると、受信したパケットの宛先IPアドレスと、ルーティングテーブルの宛先ルート(0801)を確認し、該当するテーブルを探す。そして、該当するテーブルの中から最も優先度(0802)の高いテーブルを選択し、次に転送する出力インタフェース(0804)を決定する。この例では、端末B向けテーブルが2つあるため、端末B向けには優先度の高い1行目を選択し、ポート0へ出力する。また、ポート0が閉塞されている場合、1行目の通信は不可能であるため、次に優先度の高いテーブルを選択して通信する。このように優先度付きルートを記憶させることで、排他制御が実現する。

なお、本実施例においては、回線の切り替え時は通信の瞬断が発生する場合がある。このため、主回線が復旧したら必ず切り替える、という運用が好ましくない場合も考えられるから、上記回線の切り替え機能は、ユーザの任意で有効、無効の選択が可能であってもよい。

さらに、LANスイッチと無線機、それぞれの装置の電源供給経路を分離することで、さらに可用性が向上する。

また、ルータA(0101)、B(0102)の無線LAN機能と、無線機A(0105)、無線機B(0102)、には汎用機器が利用できる。例えば、屋内通信を目的とした802.11bや、屋外の長距離通信を目的とした802.11jなど、様々な無線LAN装置が選択可能となる。これにより、ネットワークシステムの用途に応じたネットワークを構築可能になる。

0101：主回線と副回線を接続するルータA(0101)
0102：主回線と副回線を接続するルータB(0102)
0103：有線ネットワークを構成する主回線
0105：無線ネットワークを構成する副回線
0107：本システムを利用するアプリケーション端末
0201：ルータA(0101)と有線ネットワーク（主回線）を接続するポート0
0202：ルータB(0102)と有線ネットワーク（主回線）を接続するポート0
0203：主回線の通信の正常性を確認するシーケンス
0205：ルータA(0101)と無線ネットワーク（副回線）を接続するポート1
0206：ルータB(0102)と無線ネットワーク（副回線）を接続するポート1
0207：副回線の通信の正常性を確認するシーケンス
0603：ルータの機能を司るルーティングエンジン

Claims

有線ネットワークを構成する有線ネットワーク装置と、
無線ネットワークを構成する無線ネットワーク装置と、
前記有線ネットワーク装置または前記無線ネットワーク装置を介して、対抗する通信装置との間に、通信経路を構成する通信装置と、を備え、
前記通信装置は、
前記対向する通信装置との間に、前記有線ネットワークを用いた通信経路を構成している場合に、前記有線ネットワークの正常性を、繰り返し確認する機能と、
前記有線ネットワークが正常でない、と判断した場合は、前記無線ネットワーク装置を介して、前記無線ネットワークの正常性を確認する機能と、
前記無線ネットワークが正常と判断すると、前記無線ネットワークを用いた通信経路に切り替える機能と、を備える
ことを特徴とするネットワークシステム。
請求項１に記載のネットワークシステムにおいて、
前記通信装置は、
前記対向する通信装置へ、生死確認パケットを、繰り返し、送信し、応答パケットの受信の有無により、前記有線ネットワーク、または、前記無線ネットワークの、正常性を確認する機能を備える
ことを特徴とするネットワークシステム。
請求項２に記載のネットワークシステムにおいて、
前記通信装置の前記正常性を確認する機能は、前記有線ネットワークを介して、前記対向する通信装置との間で、送信した前記生死確認パケットに対する応答パケットを受信できなかった場合、前記有線ネットワークが切断された、と判断する
ことを特徴とするネットワークシステム。
請求項２に記載のネットワークシステムにおいて、
前記通信装置の前記正常性を確認する機能は、
前記無線ネットワークを用いて通信経路を構成している場合に、
前記有線ネットワーク装置を介して前記生死確認パケットを送信し、
前記対抗する通信装置からの前記応答パケットの受信の有無を繰り返し確認し、前記有線ネットワークの正常性を確認する
ことを特徴とするネットワークシステム。
請求項４に記載のネットワークシステムにおいて、
前記通信装置は、
前記正常性を確認する機能が、前記無線ネットワークを用いて通信経路を構成している場合に、前記有線ネットワーク装置を介した前記応答パケットの受信により、前記有線ネットワークの正常性を確認した場合に、前記有線ネットワークが復旧したと判断し、
前記無線ネットワークを用いた通信経路から、前記有線ネットワークを用いた通信経路へ切り替える機能と、を備える
ことを特徴とするネットワークシステム。
請求項１から５のいずれか一に記載のネットワークシステムにおいて、
前記通信装置は、前記有線ネットワークから前記無線ネットワークへの切り替えの機能の有効、無効を選択する機能を備える
ことを特徴とするネットワークシステム。