JP4164704B2

JP4164704B2 - 冗長化プロトコルと擬似冗長構成手段を用いたネットワーク接続機器の切換方法とネットワークシステム

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Publication number: JP4164704B2
Application number: JP2006535119A
Authority: JP
Inventors: 哲郎今井; 壮一郎荒木; 智義菅原; 範人藤田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: CN100583818C; CA2564057A1; US7603480B2; JPWO2006030623A1; CA2564057C; CN1973499A; WO2006030623A1; US20080034112A1

Description

本発明は、IP (Internet Protocol) アドレスなどの接続先識別子宛にパケットなどの信号を送ることで通信を行う通信システムにおいて、ネットワークに接続された複数の機器の間で接続先識別子を付け替えることによって、それまで機器に接続していたユーザにとって、接続先を示す接続先識別子を変更することなく、実際の接続先機器を変更する接続先切換技術に属する。

ネットワーク機器は通常、IPアドレスなどの接続先識別子宛てにパケットなどの信号を送ることで通信を行っている。あるネットワークに接続された複数の機器の間で、一つの接続先識別子を付け替えることで、ある機器への信号が別の機器へ送られることになり、信号の送り手が接続先識別子を変更することなく、送り先の機器を変更することができる。このための技術を、以下、接続先切換技術と呼ぶ。

また、従来、ルータなどのネットワーク機器の故障が発生した際にも、処理を継続するための技術として、RFC2338として勧告されているVirtual Router Redundancy Protocol(以下、VRRP)や、HSRP(Hot Standby Router Protocol)、ESRP(Extreme Standby Router Protocol)などの冗長化プロトコルを用いた冗長化技術がある。

これは、同等の機能を持つ複数の機器をあらかじめ用意し、一つを稼動状態、その他の機器を待機状態とし、稼動状態にある機器が故障などの理由により運用できなくなったとき、待機状態にある機器がそれを検知し、自身の状態を待機状態から稼動状態へ自動的に切り換えることによって、運用の継続性を維持する、という技術である。

通常、VRRPなどの冗長化プロトコルでは、稼動状態となっている機器から、ハートビートと呼ばれる信号が待機状態となっている機器へ定期的に(VRRPのデフォルトの設定では1秒ごとに)送られ、稼動状態となっている機器が正常動作を行っていることを伝達する。待機状態となっている機器では、稼動状態となっている機器からのハートビートを待ち続け、ある程度ハートビートが連続して届かなかったときには、それまで稼動状態となっていた機器が正常動作をできなくなったと判断し、それまで待機状態であった自身の状態を稼動状態へと変更する。

ここで、待機状態の機器と稼動状態の機器とが入れ替わる際、同時に冗長構成をとった機器の間で共有している接続先識別子宛ての信号を受理する権限も機器間で入れ替わる。このことで、ユーザが常に同じ仮想接続先識別子に接続している状態を維持しながら、処理を行う機器の入れ替わりを実現している。

ここで、本発明に関連する技術について説明する。特許文献１には、WAN (Wide Area Network) の障害をネットワーク監視装置で監視し、障害が発生した時点でプライオリティ0のVRRPパケットを発行して、マスタを切り換える手法が開示されている。この手法は、外部からの指令により意図的なマスタ切り換えを行っているが、ルータ自身の障害によっても自動的な切り替えが行われてしまい、また、VRRPに障害発生時の機能を新たに追加するという形となっているためルータ自身に改造が必要となる。

特許文献２には、遠隔ミラーなどの手法を用いて通常の回線でのハートビートとは別の経路でハートビートを発行可能とすることでハートビートの冗長化を実現することが記載されている。特許文献３には、複数のルータ間通信のための冗長化代替ポートを備え、ルータに接続される回線の断線時に冗長化代替ポートを介した経路で広告パケットを転送することが記載されている。特許文献４には警報が出ていない時間にはスタンバイモードに移行してしまうシステムに対して、疑似警報器が警報信号を発行し続けることで、実際の警報が停止して後でも通常モードを維持させるようにすることが記載されている。

特開2003-258843号公報特開2002-312189号公報特開2003-051835号公報特開平10-214391号公報

ネットワークに接続された複数の機器の間で、ユーザが実際の接続先機器を変更する接続先切換技術においては、管理者の意図したタイミングで、ある接続先識別子宛ての信号を受理する権限を、ネットワークに接続された複数の機器間で動的に切り換える接続先切換技術を、機器に特別な改造を加えることなく実現することが望ましい。

また、冗長化プロトコルを用いて接続先切換を実現した際に起こる、意図しない自動的な切換の発生は、極力回避することが望ましい。

本発明では、接続先切換技術を実現するために、冗長化プロトコルを用いる。冗長化プロトコルは、稼動状態の機器と待機状態の機器とを入れ替える際に、共有していた接続先識別子宛ての信号を受理する権限を移し変えるため、接続先識別子の変更を実現することができる。また、標準化団体により標準として定められているために、あるいは良く知られているために多くの機器に既に実装済みであり、機器に新たな改造を加えることを必要としない。

また、本発明では、機器間が直接冗長化プロトコルによって通信を行うことで冗長構成をとるのではなく、機器の間に冗長化機器として振る舞う擬似冗長構成手段を配置し、切換対象機器と冗長構成をとる。その上で、管理者による意図的な切換時には、各機器における待機状態と稼動状態の切換を連動させて発生させることによって、仮想的に切換対象機器間で冗長構成をとっているように振る舞い、また、通常の冗長化プロトコルの機能で自動的な切換が生じるような状況が発生した場合には、待機状態と稼動状態の切換を連動させないことにより、意図しない自動的な接続先の切換の発生を回避する。

すなわち、本発明は、ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、各切換対象機器に対して少なくとも１つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行う複数の擬似冗長構成手段と、前記複数の擬似冗長構成手段に接続された連動制御手段とを有するネットワークシステムのネットワーク接続機器の切換方法であって、
前記複数の切換対象機器のうちの少なくとも一つの切換対象機器が待機状態にあってその状態を維持するときに、該少なくとも一つの切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は、待機状態にある該少なくとも一つの切換対象機器に対して待機状態を維持するための信号を発行し、
前記複数の切換対象機器の待機状態と稼働状態とを切り換えるときに、前記連動制御手段は、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに対して、待機状態と稼働状態との切換指示を送り、
前記切換指示を受けた、前記待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は前記待機状態にある切換対象機器に対して稼働状態への切換情報を送り、前記切換指示を受けた、前記稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は稼働状態にある切換対象機器に対して待機状態への切換情報を送ることを特徴とするネットワーク接続機器の切換方法である。

また本発明は、ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、各切換対象機器に対して少なくとも１つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行う複数の擬似冗長構成手段と、前記複数の擬似冗長構成手段に接続された連動制御手段とを有し、
前記疑似冗長構成手段は、接続された切換対象機器が待機状態にあって、その状態を維持するときに、該切換対象機器に対して、待機状態を維持するための信号を発行し、
前記連動制御手段は、切換対象機器の待機状態と稼働状態とを切り換えるときに、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに対して、待機状態と稼働状態との切換指示を送り、
前記切換指示を受けた、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は待機状態にある切換対象機器に対して稼働状態への切換情報を送り、前記切換指示を受けた、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は稼働状態にある切換対象機器に対して待機状態への切換情報を送ることを特徴とするネットワークシステムである。

また本発明は、ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、
各切換対象機器に対して少なくとも１つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行い、接続される切換対象機器が待機状態にあってその状態を維持するときに、該切換対象機器に対して待機状態を維持するための信号を発行する複数の擬似冗長構成手段と、
を備えたネットワークシステムに用いられ、前記複数の擬似冗長構成手段に接続される連動制御装置であって、
切換対象機器の待機状態と稼働状態との切換制御信号を受けたときに、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに対して、待機状態と稼働状態との切換指示を送る連動制御装置である。

また本発明は、ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、
各切換対象機器に対して少なくとも1つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行い、接続される切換対象機器が待機状態にあってその状態を維持するときに、該切換対象機器に対して待機状態を維持するための信号を発行する複数の擬似冗長構成手段と、
を備えたネットワークシステムに用いられ、前記複数の擬似冗長構成手段に接続される連動制御用コンピュータに、
前記切換対象機器の待機状態と稼働状態との切換制御信号を受けたときに、前記コンピュータの記憶部に記憶されている前記複数の切換対象機器と前記複数の疑似冗長構成手段に関する情報に基づいて、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに、待機状態と稼働状態との切換指示を送る処理を実行させるためのプログラムである。

接続先機器の切換を、機器の改造を行わずに、行うことができる。

その理由は、接続先切換技術として、既に多くの機器に実装済みである冗長化プロトコルを用いているためである。

また、連動制御手段と各擬似冗長構成手段とを接続する通信路に障害が発生しても、接続先機器が自動的に切り換わってしまうことがなくなる。

その理由は、各切換対象機器はそれぞれが対応する各擬似冗長構成手段と冗長構成をとっており、連動制御手段と各擬似冗長構成手段とを接続する通信路に障害が発生しても、各擬似冗長構成手段は通常時と同じ動作をし続けるからである。

本発明によるネットワーク接続機器の切換方法の動作を説明するための図である。切換前のネットワークシステムの構成を示す図である。切換後のネットワークシステムの構成を示す図である。本発明によるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。従来のネットワーク接続機器の切換方法を示す説明図である。本発明によるユーザ端末を含むネットワークシステムの構成を示す図である。本発明によるネットワークシステム及びネットワーク接続機器の切換方法の第１実施例を示す図である。ユーザがアプリケーションを利用するための接続図である。本発明による接続先切換制御のための接続図である。本発明によるネットワークシステムの通常時の動作を示す図である。接続先切換時の動作について説明する図である。接続先切換時の動作について説明する図である。接続先切換時の動作について説明する図である。本発明によるネットワークシステムの第２実施例を示す図である。本発明の第３の実施例のネットワークシステムを示すブロック図である。連動制御手段の機能を示すブロック図である。パーソナルコンピュータの概略的な構成を示す図である。連動制御手段の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

４０１連動制御手段
４０２疑似冗長構成手段
４０３疑似冗長構成手段
４０４切換対象機器
４０５切換対象機器
４０６専用ネットワーク
４０７ネットワーク
４０８ネットワーク
７０１連動制御手段
７０２疑似冗長構成手段
７０３疑似冗長構成手段
７０４ルータ
７０５ルータ
７０６制御用ネットワーク
７０７ハートビート用ＶＬＡＮ
７０８ハートビート用ＶＬＡＮ
７０９入力手段
７１０ユーザ用ＶＬＡＮ
７１１ユーザ端末
７１２ルータ
７１３接続先切換装置
７１４接続先切換装置
７１５メインサーバ
７１６バックアップサーバ
７１７連動制御装置

以下、図２および図３を参照して、本発明を実現するための構成の概要を示す。図２は切換前のネットワークシステムの構成を示し、図３は切換後のネットワークシステムの構成を示す。機器３０４と、機器３０３とは冗長構成を取っており、冗長化プロトコルによってどちらか片方が稼動状態(以下、マスタ)、もう一方が待機状態(以下、バックアップ)となっている。ここでは、機器３０４がマスタ、機器３０３がバックアップであるとする。

接続先切換手段３０２，３０８は、機器３０４と機器３０３に制御用のネットワーク３０５，３０６を通じて接続されている。接続先切換手段３０２，３０８は疑似冗長構成手段をそれぞれ備えている。制御用のネットワーク３０５，３０６は、機器３０４および機器３０３、そして機器３０４、機器３０３と通信を行うユーザの端末３０７とが接続されるネットワーク３０１とは、物理的あるいは論理的に別のネットワークとなっている。

本発明では、機器３０４と機器３０３が直接冗長化プロトコルによる通信を行うのではなく、その間に位置する接続先切換手段３０２，３０８が冗長化機器として振る舞い、機器３０４と接続先切換手段３０２、機器３０３と接続先切換手段３０８とが冗長構成を取る。そして機器３０４と接続先切換手段３０２との冗長構成におけるマスタの切換と、機器３０３と接続先切換手段３０８との冗長構成におけるマスタの切換を連動制御手段３０９により連動させることによって、擬似的に機器３０４と機器３０３とのマスタの切換を行う。マスタとバックアップの切換は、仮想接続先識別子Vへの信号を受理する権限を切り換えることであり、このことで、機器に接続して通信をしているユーザにとっては、常に同じ接続先識別子と通信をしながら、実際の接続先の変更を実施することができる。

また、このような接続形態にすることによって、一方の冗長構成で意図しないマスタの切換が発生した場合には、それをもう一方の冗長構成に反映させないことにより、意図しない接続先の切換の回避を実現する。

以下、意図しない自動的な接続先の切換の発生の動作について説明する。
冗長化プロトコルを用いた冗長化では、稼動状態となっている機器と、待機状態となっている機器との入れ換えの契機は、２つに分類することができる。すなわち、１）．稼動状態の機器が故障によりダウンし、自動的に待機状態の機器が稼動状態となる場合、２）．稼動状態の機器が管理者などの指示により意図的に待機状態へと移行し、待機状態の機器に稼動状態となる権限を委譲する場合、である。そのため、冗長化プロトコルを接続先切換技術として用いた場合には、なんらかの原因で待機状態の機器が稼動状態の機器のダウンを検知して、自動的に切り換わってしまうことがある。

例えば、図５に示すように、２台のルータで冗長構成を取り、冗長化プロトコルを用いた場合を考える。マスタルータ５０４のハートビートをバックアップルータ５０５に伝達するためのネットワーク５０３を専用に作ると、通常パケット転送用ネットワーク５０１とマスタルータ５０４には何の異常がなくユーザ端末５０２とマスタルータ５０４との間の通信にも異常がない場合でも、専用ネットワーク５０３に不具合が生じてハートビートが到達しなくなっただけで、バックアップルータ５０５はマスタルータ５０４に異常が発生したと判断し、自身の状態をマスタに切り換える。すなわち、共有していた仮想接続先識別子宛てのパケットを受理し始める。その結果、通常パケット転送用ネットワークにおいては、同じ接続先識別子が複数存在することになり、パケットの転送に混乱が生じる。

特に、２台の機器の物理的距離が遠距離であった場合のハートビートを転送するためのネットワークに障害が発生する確率は、近距離の場合のそれと比較して格段に高いため、この問題は深刻となる。障害に対する耐性を高めるために、ネットワークを冗長化することなども考えられるが、２台の機器間の距離が遠距離の場合、冗長化するネットワークの物理的規模も大きくなるため、多くの場合多大な金銭的コストがかかる。

したがって、接続先切換技術として用いる場合には、自動的な切換をできるだけ排除し、意図的な切換に特化する必要がある。したがって、標準である冗長化プロトコルを用いながらも、自動的な接続先切換を極力おこさないような仕組みが求められ、本発明では、上記のように、一方の冗長構成で意図しないマスタの切換が発生した場合には、それをもう一方の冗長構成に反映させないことにより、意図しない接続先の切換の回避を実現している。

本発明を実施するための最良の形態を、図４及び図６を参照して説明する。図４は本発明によるネットワークシステムの構成を示すブロック図、図６はユーザ端末を含むネットワークシステムを示す図である。ここでは、擬似冗長構成手段は直接切換対象機器と連動制御手段と接続されるものとして説明する。

切換対象機器４０４と切換対象機器４０５は、ユーザに対して何らかのサービスを提供するための機器である。切換対象機器４０４と切換対象機器４０５はそれぞれ、ネットワーク５０１経由でユーザ端末５０２に接続されており、ユーザ端末５０２は、接続先識別子Vを持つ機器と通信を行っている。切換対象機器４０４と切換対象機器４０５は、それぞれ冗長化プロトコルを実装しており、お互いに冗長構成を取っている。すなわち、自身の状態がマスタの時には、接続先識別子V宛ての信号を受理し、また、ハートビートを発行し続ける。バックアップのときには、マスタからのハートビートを待ち続け、一定時間ハートビートを受信できなかった場合には、自身の状態をマスタとする。

本実施形態では、切換対象機器４０４は擬似冗長構成手段４０２と、切換対象機器４０５は擬似冗長構成手段４０３と、それぞれユーザなどとのネットワーク５０１とは論理的あるいは物理的に別個のネットワーク４０７、４０８で接続されており、ハートビートなどの冗長化プロトコルによる信号はこのネットワーク４０７、４０８上で伝達される。すなわち、切換対象機器４０４と切換対象機器４０５は、お互いが直接的に冗長化プロトコルを通信しあうことはなく、それぞれの擬似冗長構成手段４０２、４０３とのみ冗長化プロトコルの通信を行う。

連動制御手段４０１は、擬似冗長構成手段４０４と擬似冗長構成手段４０３と、専用ネットワーク４０６で接続され、それぞれに対して接続先切換要求を送信する。連動制御手段には管理者が入力手段を用いて或いはシステム障害を検知した検知装置（入力手段となる）により切換制御信号が入力され、それに基づき接続先切換要求を送信する。

次に、本実施形態における動作について、説明する。ここでは、切換対象機器４０４がマスタ、切換対象機器４０５がバックアップである場合について説明するが、逆も同様の手順で動作する。

まず通常時には、切換対象機器４０４がマスタであり、冗長化プロトコルのハートビートを一定時間間隔(この時間間隔は冗長構成時にあらかじめ設定され、切換対象機器４０４、擬似冗長構成手段４０２は共にそれを知っているものとする)でネットワーク４０７を通じてバックアップの機器に対して送信する。この際具体的には、切換対象機器４０４は、バックアップの機器が擬似冗長構成手段４０２であると認識しており、擬似冗長構成手段４０２の固有接続先識別子Cに対してハートビートを送信する。

擬似冗長構成手段４０２では、切換対象機器４０４からハートビートを受け取っても、何もせず、それを破棄する。

一方で、擬似冗長構成手段４０３では、一定時間間隔(この時間間隔は冗長構成時にあらかじめ設定され、切換対象機器４０５、擬似冗長構成手段４０３は共にそれを知っているものとする)でハートビートをバックアップである切換対象機器４０５に対して、固有接続先識別子B宛てに発行する。

バックアップとなっている切換対象機器４０５では、マスタ(すなわち擬似冗長構成手段４０３)からのハートビートの到達を待っている。擬似冗長構成手段４０３からハートビートを受け取ると、マスタからハートビートが送られたものと認識し、タイムアウトのためのタイマを0に戻す。

このようにして、通常時では切換対象機器４０４はマスタ、切換対象機器４０５はバックアップが維持される。

次に接続先切換時の動作について、図１を用いて説明する。管理者は、不図示の入力手段を用いて連動制御手段４０１を操作し、接続先切換の実行の契機を与える。連動制御手段４０１は、ネットワーク４０６を経由して、擬似冗長構成手段（Ａ）４０２および擬似冗長構成手段（Ｂ）４０３に対して、接続先切換動作開始を指示する(ステップS101、S104)。

擬似冗長構成手段４０２では、接続先切換動作開始指示を受けると、ネットワーク407経由で冗長化プロトコルを用いて、切換対象機器（Ａ）４０４に対してバックアップへの移行を促すための情報を送る(ステップS102)。この情報は、冗長化プロトコルに依存する。例えばVRRPでは冗長構成を取る各機器に優先度が設定されており、切換対象機器４０４よりも優先度の高い機器からのハートビート(VRRPパケット)を受信すると、マスタであった機器は自身の状態をバックアップに切り換える。この動作を利用して、擬似冗長構成手段４０２が切換対象機器４０４よりも優先度の高い機器として振る舞い、優先度の高いVRRPパケットを発行する、などの方法を取る。

切換対象機器４０４では、バックアップへの移行を促すための情報を受けると、自身の状態をマスタからバックアップへ移行する(ステップS103)。

擬似冗長構成手段４０３では、接続先切換動作開始指示を受けると、ネットワーク４０８経由で冗長化プロトコルを用いて、切換対象機器（Ｂ）４０５に対してマスタへの移行を促すための情報を送る(ステップS105)。この情報は、冗長化プロトコルに依存する。例えばVRRPでは、優先度0のVRRPパケットを受信することで自身の状態をバックアップからマスタに切り換えることから、擬似冗長構成手段４０３は切換対象機器４０５に対して優先度=0のVRRPパケットを送信する。

切換対象機器４０５では、マスタへの移行を促すための情報を受けると、自身の状態をバックアップからマスタへと移行する(ステップS106)。

なお、切換対象機器４０４に関する処理であるステップS101、S102、S103(図1における「処理A」)と、切換対象機器４０５に関する処理であるステップS104、S105、S106(図1における「処理B」)に関しては、どちらが先に実行されても、あるいは並行して実行されても、かまわない。

以上のように動作することで、切換対象機器４０４と切換対象機器４０５は直接的にハートビートをやり取りすることはないが、意図的に切換を指示されたときには、冗長構成をとっているときと同様の動きをする。

次に、ハートビートを送受信するためのネットワーク、またマスタ自身において障害などが発生した場合に、どのように動作するかについて説明する。

はじめに、マスタとなっている機器に障害が発生した場合について説明する。以下の説明においても、切換対象機器４０４がマスタ、切換対象機器４０５がバックアップである状況を考える。この場合には、切換対象機器４０４に障害が発生した場合である。

この場合、切換対象機器４０４から擬似冗長構成手段４０２に対して一定時間間隔で送信されていたハートビートが停止するが、擬似冗長構成手段４０２は特に何もしない。また、切換対象機器４０５は擬似冗長構成手段４０３からハートビートを受信し続けるため、通常時と同じ行動を取り続け、意図しない切換の発生を回避することができる。

ネットワークの障害箇所は、本形態ではネットワーク４０６における障害と、ネットワーク４０７における障害と、ネットワーク４０８における障害とが考えられる。

まず、ネットワーク４０６に障害が発生した場合を考える。この場合には、連動制御手段４０１、擬似冗長構成手段４０２、擬似冗長構成手段４０３との間の通信が途絶えるので、マスタとバックアップの切換の契機がかからなくなるが、擬似冗長構成手段４０２と切換対象機器４０４、擬似冗長構成手段４０３と切換対象機器４０５との間の通信は確保されるため、ハートビートのやり取りに支障は生じない。したがって、図５を用いて説明したような、ハートビートを専用線などを用いて送受信していた場合に起こっていたような、意図しない接続先の切換の発生を回避することができる。

次に、ネットワーク４０７に障害が発生した場合を考える。この場合には、擬似冗長構成手段４０２とマスタとなっている切換対象機器４０４との通信が途絶え、擬似冗長構成手段４０２が切換対象機器４０４からのハートビートを受け取ることができなくなるが、擬似冗長構成手段４０２は特に何もしない。また、通常冗長化プロトコルでは、マスタ状態の機器以外の稼動状況は意識しないので、ネットワーク４０７の障害により、切換対象機器４０４がハートビートの送り先のダウンを検知したとしても、特に何もしない。また、ネットワーク４０８は正常であり、切換対象機器４０５はハートビートを受信し続けるため、通常時と同じ行動を取り続け、意図しない切換の発生を回避することができる。

最後に、ネットワーク４０８に障害が発生した場合を考える。この場合には、擬似冗長構成手段４０３とバックアップとなっている切換対象機器４０５との通信が途絶え、そのために一定時間後切換対象機器４０５はマスタの障害と判断し、自身の状態をマスタに変更する。したがって、意図しない切換が発生する。

以上のように、意図しない切換の問題が生じるのは、バックアップ側のネットワーク４０８に障害が発生した場合のみである。そのため、信頼性向上のための冗長化を施すのは、メインとバックアップが随時入れ替わることを考慮して、メイン側のネットワーク４０７と、バックアップ側のネットワーク４０８のみでよい。また、２つの機器間が遠距離であった場合には、ネットワークの物理的規模として、ネットワーク４０６を大きく、ネットワーク４０７とネットワーク４０８に関しては小さくすることで、冗長化のためのコストを小さくすることができる。

次に、本発明の実施例を図７を用いて説明する。

メインサイトとバックアップサイトに、それぞれメインサーバ７１５とバックアップサーバ７１６があり、各サーバ上でアプリケーションを稼動させることが可能である。メインサイトとバックアップサイトは遠隔地にある。ユーザ端末７１１は、メインサーバ７１５あるいはバックアップサーバ７１６と、各サイトのエッジルータ７０４、７０５を経由してTCPコネクションを確立することで、アプリケーションを利用することができる。

ルータ７０４およびルータ７０５には、それぞれ標準冗長化プロトコルであるVRRPが実装されている。それぞれのpriority値は100、ハートビート送信間隔はどちらも1秒であるとする。メインサーバ７１５とルータ７０４は切換対象機器を構成し、またバックアップサーバ７１６とルータ７０５も切換対象機器を構成する。

図８に、ユーザがアプリケーションを利用するための接続図を示す。

図９に、本発明による接続先切換制御のための接続図を示す。

本実施例では、入力手段７０９と連動制御手段７０１を連動制御装置７１７として実装し、また、擬似冗長構成手段７０２を接続先切換装置７１３に、擬似冗長構成手段７０３を接続先切換装置７１４に、それぞれ実装する。連動制御装置７１７は例えばパーソナルコンピュータで構成でき、入力手段は管理者が押すキーボード、ボタン、コンピュータのディスプレイ上ＧＵＩのボタン等の入力機器等がある。
接続先切換装置は擬似冗長構成手段のみで構成される場合や、後述する実施例２に示すように擬似冗長構成手段以外のＬ２ＳＷ等の部品とともに構成される場合がある。擬似冗長構成手段がハードウエアとして構成される場合には、単独の装置、または後述する実施例２に示すように、装置に組み込まれる回路やボードなどの部品で構成することができる。擬似冗長構成手段をソフトウエアで構成する場合には、既に図１−４及び図６を用いて説明した擬似冗長構成手段の機能を記述したプログラム（又はプログラムプロダクト）をＲＯＭ等のメモリに記憶し、このプログラムをＣＰＵと情報処理に必要なデータを保存する書き換え可能なメモリとを用いて実行することで実現することができる。

本実施例では、接続先切換装置７１３は、メインサーバ７１５が設置されている拠点であるメインサイト内に配置され、レイヤ２スイッチ（L2SW）および連動制御手段７０１とそれぞれ別の通信路で接続されている。L2SWは、やはりメインサイト内に設置され、図のようにルータ７０４と広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網との中間に位置している。

また同様に、本実施例では、接続先切換装置７１４は、バックアップサーバ７１６が設置されている拠点であるバックアップサイト内に配置され、L2SWおよび連動制御手段７０１とそれぞれ別の通信路で接続されている。L2SWは、やはりメインサイト内に設置され、図のようにルータ７０４と広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網との中間に位置している。

以下、通常時、接続先切換時、ネットワーク障害時の動作について、説明する。ここでは、メインサイトのルータ７０４がマスタ、バックアップサイトのルータ７０５がバックアップとして説明をするが、逆の場合も同様である。

まず、通常時の動作について、図１０を参照しながら、説明する。
通常時には、メインサーバ７１５が稼動状態であり、アプリケーションが稼動している。バックアップサーバ７１６は、待機状態であり、稼動状態にするためにはある程度の時間が必要である。ユーザはメインサーバ７１５の固定IPアドレスsとTCPコネクションを確立して通信を行い、アプリケーションを利用している。

ルータ７０４がマスタであるので、一定時間間隔(ここでは1秒間隔とする)でVRRPのハートビート(VRRPではpriorityの値が255をとるVRRPパケット)を、ハートビート用VLAN Aを通じて、接続先切換装置７１３に送信する。接続先切換装置７１３の擬似冗長構成手段７０２では、ハートビートを受信し、そのまま破棄する。なお、図１０のネットワークでは、ポートベースのVLANを用いてハートビート用VLAN ７０７およびハートビート用VLAN ７０８とユーザ用VLAN７１０を構成しており、そのために接続先切換装置７１３からのVRRPパケットは、ユーザサイトのルータ７１２、バックアップサイトのルータ７０５へも送信される可能性があるが、VRRPパケットには冗長構成をする機器の固定IPアドレスの組が記述されており(ここでは固定IPアドレスaと固定IPアドレスcが記載されている)、VRRPの仕様としてこのIPアドレスの組が自身の認識している組とは異なる場合、そのパケットは破棄されることになっているため、特に問題とはならない。

一方で、接続先切換装置７１４の擬似冗長構成手段７０３では、一定時間間隔(ここでは1秒間隔とするが、擬似冗長構成手段７０２とルータ７０４との間での冗長構成におけるハートビート間隔と同じである必要はない)で、ハートビート用VLAN７０８を通じて、VRRPのハートビート(VRRPではpriorityの値が255をとるVRRPパケット)をバックアップとなっているルータ７０５に送信する。

ルータ７０５では、接続先切換装置７１４からのハートビートを待ち続ける。ルータ７０５はカウントアップタイマーを持っており、ある時間(ハートビート間隔から一意に決定される時間)ハートビートが到達しなくなると、自身の状態をマスタとする。通常は、その時間以内に擬似冗長構成手段７０３からハートビートを受信し、タイマを0に戻す。

次に、接続先切換時の動作について説明する（図１１〜図１３）。

管理者は、ユーザの接続先サーバをメインサイトのメインサーバ７１５からバックアップサイトのバックアップサーバ７１６に切り換えたいときに、連動制御装置７１７の入力手段７０９を用いて、接続先切換の実行を連動制御手段７０１に指示する。連動制御手段７０１は、入力手段７０９からの指示を受けると、制御用ネットワーク７０６を経由して擬似冗長構成手段７０２および擬似冗長構成手段７０３に対して、接続先切換動作開始を指示する(図11及び図12の矢印)。

擬似冗長構成手段７０２では、接続先切換動作開始指示を受けると、ハートビート用VLAN ７０７を経由して、ルータ７０４に対してpriority値が254のVRRPパケットを送信する(このVRRPパケットは広域イーサ網側にも送信される可能性があるが、既に説明した通り、問題は起こらない)(図11の矢印)。

ルータ７０４では、擬似冗長構成手段７０２からpriority=254のVRRPパケットを受信すると、自身のpriority(=100)よりも大きなpriority値を持つルータが現れたと認識し、自身の状態をバックアップへ変更する。

一方、擬似冗長構成手段７０３では、接続先切換動作開始指示を受けると、ハートビート用VLAN ７０８を経由して、ルータ７０５に対してpriority値が0のVRRPパケットを送信する(図12の矢印)。priority値が0であるVRRPパケットをマスタが送信することは、マスタがマスタ権限を放棄することを意味する。

priority=0のVRRPパケットを受け取ったルータ７０５では、自身の状態をマスタとなり、仮想IPアドレス、仮想MACアドレス宛てのパケットを受理する権限を持つようになる。

なお、本実施例の構成では、パケットのあて先を高速に切り換えることができる。すなわち、ルータ７０５はマスタになると、冗長構成をとっている他のルータのMACアドレスを問い合わせるためのARPリクエストをイーサネット（登録商標）のブロードキャストで送信する(図13の矢印)。この際、source addressは仮想MACアドレス:mで送信する。このブロードキャストフレームは、ハートビート用ネットワークがポートベースVLANであるために、広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網側にも送信され、ユーザ用VLANを構成するL2SWにも送信される。このブロードキャストフレームを受け取ったL2SWは、仮想MACアドレス:mを持っているのがどちらのポートの先にいるのかを認識し、仮想MACアドレス:mに関するMACアドレステーブルの内容を書き換える。このことにより、仮想MACアドレスの持ち主がルータ７０４からルータ７０５へ移動したことが広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網にすばやく伝わり、ユーザマシン、またユーザサイトのルータR0にとっては、仮想IPアドレス:iと仮想MACアドレス:m宛のパケットについて、そのあて先を能動的に変更することなく、実際の行き先を高速に切り換えることができる。

ルータ７０５がマスタになると、メインサーバ７１５が所属するネットワークのネットワークアドレスと同じネットワークアドレスを持つネットワークがルータ７０５に接続され、そこにIPアドレスsを持つバックアップサーバ７１６が所属しているために、ユーザからIPアドレスs宛てに送られたパケットは、ルータ７０５を経由してバックアップサーバ７１６に到達するようになる。そのため、ルータ７０４がマスタ、ルータ７０５がバックアップであった状態にはメインサーバ７１５に到達していたIPアドレスs宛てのパケットは、ルータ７０４がバックアップ、ルータ７０５がマスタとなると、バックアップサーバ７１６に送られるようになる。したがって、ユーザにとっては、常に同じIPアドレスに接続しつつ、実際の接続先を、同一サブネットではない、メインサーバ７１５からバックアップサーバ７１６へと切り換えることができる。

次に、ネットワークにおいて障害が発生した際の挙動について記述する。障害の発生箇所は５つに分類できる。第1の障害箇所は広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網におけるユーザ用VLAN７１０、第２の障害箇所は接続先切換装置７１３とルータ７０４とを結ぶハートビート用ＶＬＡＮ７０７、第３の障害箇所は接続先切換装置７１４とルータ７０５とを結ぶハートビート用VLAN ７０８、第４の障害箇所は連動制御手段７０１と接続先切換装置７１３と接続先切換装置７１４とを結ぶ制御用ネットワーク７０６、第５の障害箇所はマスタであるルータ７０４の機器障害である。

以下、第1の障害箇所（ユーザ用VLAN７１０）において障害が発生した場合の挙動について説明する。

広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網におけるユーザ用VLAN７１０に障害が発生して通信不能となった場合、この場合ユーザがアプリケーションを利用することはできなくなるが、ルータ７０４と接続先切換装置７１３、ルータ７０５と接続先切換装置７１４との間の通信には支障はないため、ルータ７０４とルータ７０５との間でマスタが切り換わってしまうことはない。一方、もしユーザ用VLANと同じネットワークで、ルータ７０４とルータ７０５とが直接ハートビートを通信していた場合には、ここのネットワークに障害が発生すると、マスタ側のハートビートがバックアップ側に到達しなくなるため、自動的にマスタが切り換わってしまうことになる。

そのほかの第２から第５障害箇所については、既に実施の形態において説明した通りである。すなわち、第２の障害箇所（ハートビート用ＶＬＡＮ７０７）又は第５の障害箇所（ルータ７０４）で障害が発生すると、接続先切換装置７１３とルータ７０４との通信が途絶え、接続先切換装置７１３の擬似冗長構成手段７０２がルータ７０４からのハートビートを受け取ることができなくなるが、擬似冗長構成手段４０２は特に何もせず、ハートビート用VLAN ７０８は正常であり、ルータ７０５はハートビートを受信し続けるため、ルータ７０４とルータ７０５との間でマスタが切り換わってしまうことはない。

第４の障害箇所（制御用ネットワーク７０６）で障害が生じても、ハートビート用VLAN ４０７，７０８が正常なので、ルータ７０４とルータ７０５との間でマスタが切り換わってしまうことはない。

一方、第３の障害箇所（ハートビート用VLAN ７０８）で障害が生じた場合は、ルータ７０５が接続先切換装置７１４の擬似冗長構成手段７０３からハートビートを受け取ることができなくなり、ルータ７０５はマスタに切り換わる。

以上のように、従来方式と同様の問題が生じるのは、バックアップ側のハートビート用VLAN ７０８に障害が発生した場合のみである。そのため、信頼性向上のための冗長化を施すのは、メインとバックアップが随時入れ替わることを考慮して、メイン側のハートビート用ＶＬＡＮ７０７と、バックアップ側のハートビート用VLAN ７０８のみでよい。

この実施例では、第２と第３の障害箇所は、それぞれメインサイト内、バックアップサイト内であり、冗長化などの障害に対する耐性を高めるための技術が比較的低コストで実現できる。

また本実施例では、入力手段は管理者の意図に基づく入力機器として説明したが、入力手段をルータやメインサーバの障害を検出する検知装置として構成し、連動制御手段をその検知装置により障害が検出され検出信号を受信したときに疑似冗長構成手段に接続先切換動作開始指示を送る装置として構成することができる。例えば、入力手段をルータの障害を検出する検知装置として構成した場合、連動制御手段は検知装置により検出されるルータの障害の場合にのみ接続先切換動作開始を指示し、メインサーバと接続されるユーザ用VLAN、メイン側のハートビート用ＶＬＡＮの障害、又は制御用ネットワークの障害では接続先切換動作開始が指示されないので、意図しない自動的な切換の発生を回避することが可能となる。

入力手段は連動制御手段と一体化されていてもよいし（例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）上のボタンとして入力手段を構成し、ＰＣ上のプログラムとして連動制御手段を構成することができる。）、別に配置されていてもよい。例えば、入力手段がルータの障害を検出して連動制御手段へ検出信号を送る検知装置の場合には入力手段はマスタとバックアップとの切換を考慮してメインサイトとバックアップサイトに設けられる場合がある。

図１６は連動制御手段の機能を示すブロック図、図１８はその動作を示すフローチャートである。記憶部１００２には接続される疑似冗長構成手段１２００、１３００の疑似冗長構成手段番号、その疑似冗長構成手段１２００、１３００に接続されるメインサーバ７１５、バックアップサーバ７１６の番号（切換対象機器番号）、メインサーバ７１５、バックアップサーバ７１６がそれぞれ稼働状態、待機状態にあることが状態表示として記憶されている。かかる情報は各疑似冗長構成手段から疑似冗長構成手段制御部１００４に対して送られ、連動制御部１００１により記憶部１００２に記憶される。そして、状態の移行（例えば待機状態から稼動状態への移行）があるときは状態表示が更新される。
入力手段制御部１００３は入力手段１１００から切換対象機器の切換要求（切換制御信号）を受けた場合に（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）、切換要求を連動制御部１００１に出力する。連動制御部１００１は記憶部１００２にアクセスして、疑似冗長構成手段を介して接続される切換対象機器の状態が稼働状態にあり、他の切換対象機器が待機状態にあるかどうかを確認し（ステップＳ２０３）、連動制御部１００１は疑似冗長構成手段制御部１００４を介して、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段１２００と、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段１３００とに対して切換指示を送る（ステップＳ２０４）。このような動作は後述するようにプログラムに記述して実行することができる。

本実施例では、メインサーバ７１５に接続される疑似冗長構成手段７０２と、バックアップサーバ７１６に接続される疑似冗長構成手段７０３に対して、一つの連動制御手段７０１を設けた例を説明したが、３以上の疑似冗長構成手段に対して１つの連動制御手段で連動制御を行うことも可能である。例えば、複数のメインサーバと複数のバックアップサーバとに対して、それぞれ連動制御手段が設けられる場合、連動制御手段に接続される全ての疑似冗長構成手段の番号と、各疑似冗長構成手段に接続されるサーバの番号とそのサーバの状態（メインサーバかバックアップサーバか）と、を記憶部１００２に記憶しておけば、切換要求のあったサーバの状態を確認するとともに、稼働状態に移行させるサーバを待機状態にある複数のサーバから選択し、切換要求のあったサーバに接続される疑似冗長構成手段と、稼働状態に移行させる選択されたサーバに接続される疑似冗長構成手段とを特定して、これらの疑似冗長構成手段に切換指示を送ることができ、連動制御動作を実現できる。なお、連動制御手段により制御される疑似冗長構成手段が２つであり、かかる２つの疑似冗長構成手段に接続されるサーバの一方がメインサーバで、他方がバックアップサーバであることが確実であれば、記憶部１００２は設けなくてもよく、連動制御部１００１は入力手段から切換要求が在った場合、疑似冗長構成手段１２００、１３００に切換指示を送る制御を行うのみでよい。

本実施例では連動制御手段の制御部１００１、１００３、１００４はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）上のプログラム（又はプログラムプロダクト）として実装され、図１８に示すような動作を実行する。例えば図１７に示すように、当該プログラムをハードディスク等のディスク装置３００４に記憶させ、ＤＲＡＭ等のメモリ３００３に切換対象機器番号、状態表示、疑似冗長構成手段番号等の情報を記憶させ、ＣＰＵ３００６によりプログラムが実行される。キーボード３００１は入力手段となる。ＣＲＴや液晶表示装置からなるディスプレイ（図ではＣＲＴとして表示されている）３００２は情報処理状況やサーバの切換結果等を表示するものである。３００５はデータバス等のバスを示す。なお、連動制御手段の機能はソフトウェアで実現しても、ハードウェア構成で実現してもよい。

本実施例において、ユーザが広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網経由で接続するサーバの切換を、接続先のIPアドレスの変更なしに行うことを目的として、遠隔地にある2つのルータ間で接続先を変更するために冗長化プロトコルとしてVRRPを用いた場合には、結果としてユーザからのパケットの行き先が切換先にすばやく切り換わる。その理由は、VRRPではある機器がマスタになった直後に他の冗長機器のMACアドレスを尋ねるためのARPリクエストをブロードキャストするが、そのARPリクエストが広域イーサネット（登録商標）網等の広域ネットワーク網にまでブロードキャストされることによって、マスタの機器の接続先識別子である仮想IPアドレスと仮想MACアドレスの組の位置の変更が広域イーサ網側に高速に反映されるためである。

次に、本発明の第２の実施例について、図１４を用いて説明する。図１４の構成は、図7における擬似冗長構成手段７０２とメインサイトのL2SWを、接続先切換装置1401として、また同様に図７における擬似冗長構成手段７０３とバックアップサイトのL2SWを、接続先切換装置1402として、組み込んだ例である。機能に関しては実施例1と同様である。

上述した本発明の第１及び第２の実施例では、メインサイトとバックアップサイトの切換対象機器に対してそれぞれ１つの疑似冗長構成手段を設けた例を示したが、一つの切換対象機器に対して複数の疑似冗長構成手段が接続される場合もある。

図１５は本発明の第３の実施例のネットワークシステムを示すブロック図であり、二つのメインサーバのバックアップを一つのバックサーバで行う場合を示している。この場合、バックアップサーバ７１６に対して疑似冗長構成手段７０３と疑似冗長構成手段８０３が設けられている。

図１５において、第１のメインサイト及び連動制御手段７１７は図１に示した構成部材と同じである。第２のメインサイトにはメインサーバ８１５、ルータ８０４、レイヤ２スイッチ（L2SW）、疑似冗長構成手段８０２を含む接続先切換装置８１３が設けられており、疑似冗長構成手段８０２には、入力手段８０９、連動制御手段８０１からなる連動制御装置が接続されている。バックアップサイトには疑似冗長構成手段８０３を含む接続先切換装置８１４が設けられ、レイヤ２スイッチ（L2SW）と接続されている。

Claims

ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、各切換対象機器に対して少なくとも１つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行う複数の擬似冗長構成手段と、前記複数の擬似冗長構成手段に接続された連動制御手段とを有するネットワークシステムのネットワーク接続機器の切換方法であって、
前記複数の切換対象機器のうちの少なくとも一つの切換対象機器が待機状態にあってその状態を維持するときに、該少なくとも一つの切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は、待機状態にある該少なくとも一つの切換対象機器に対して待機状態を維持するための信号を発行し、
前記複数の切換対象機器の待機状態と稼働状態とを切り換えるときに、前記連動制御手段は、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに対して、待機状態と稼働状態との切換指示を送り、
前記切換指示を受けた、前記待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は、前記待機状態にある切換対象機器に対して稼働状態への切換情報を送り、前記切換指示を受けた、前記稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は、稼働状態にある切換対象機器に対して待機状態への切換情報を送ることを特徴とするネットワーク接続機器の切換方法。
前記切換対象機器はルータを含み、該ルータと前記疑似冗長構成手段との間で冗長化プロトコルによる通信を行うことを特徴とする請求項１記載のネットワーク接続機器の切換方法。
ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、各切換対象機器に対して少なくとも１つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行う複数の擬似冗長構成手段と、前記複数の擬似冗長構成手段に接続された連動制御手段とを有し、
前記疑似冗長構成手段は、接続された切換対象機器が待機状態にあって、その状態を維持するときに、該切換対象機器に対して、待機状態を維持するための信号を発行し、
前記連動制御手段は、切換対象機器の待機状態と稼働状態とを切り換えるときに、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに対して、待機状態と稼働状態との切換指示を送り、
前記切換指示を受けた、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は、待機状態にある切換対象機器に対して稼働状態への切換情報を送り、前記切換指示を受けた、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段は、稼働状態にある切換対象機器に対して待機状態への切換情報を送ることを特徴とするネットワークシステム。
請求項３に記載のネットワークシステムにおいて、前記切換対象機器はルータを含み、該ルータと前記疑似冗長構成手段との間で冗長化プロトコルによる通信を行うことを特徴とする請求項３記載のネットワークシステム。
ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、
各切換対象機器に対して少なくとも１つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行い、接続される切換対象機器が待機状態にあってその状態を維持するときに、該切換対象機器に対して待機状態を維持するための信号を発行する複数の擬似冗長構成手段と、
を備えたネットワークシステムに用いられ、前記複数の擬似冗長構成手段に接続される連動制御装置であって、
切換対象機器の待機状態と稼働状態との切換制御信号を受けたときに、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに対して、待機状態と稼働状態との切換指示を送る連動制御装置。
ネットワークで接続された複数の切換対象機器と、
各切換対象機器に対して少なくとも1つ接続され、各切換対象機器との間でそれぞれ冗長化プロトコルによる通信を行い、接続される切換対象機器が待機状態にあってその状態を維持するときに、該切換対象機器に対して待機状態を維持するための信号を発行する複数の擬似冗長構成手段と、
を備えたネットワークシステムに用いられ、前記複数の擬似冗長構成手段に接続される連動制御用コンピュータに、
前記切換対象機器の待機状態と稼働状態との切換制御信号を受けたときに、前記コンピュータの記憶部に記憶されている前記複数の切換対象機器と前記複数の疑似冗長構成手段に関する情報に基づいて、待機状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段と、稼働状態にある切換対象機器に接続された疑似冗長構成手段とに、待機状態と稼働状態との切換指示を送る処理を実行させるためのプログラム。