JP4183871B2 - 負荷分散方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷分散方法及び装置に係り、特に、ネットワークの高信頼化を達成することができる負荷分散方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ネットワークにおいて端末側に何も新たな機能を要求せずにスイッチング処理装置の障害時切替を実現する方法がある。例えば、仮想ＩＰアドレスを用いるホットスタンバイプロトコルとしてＶＲＲＰ(Virtual Router Redundancy Protocol)がある。ＶＲＲＰに関する説明は、”文献：[Internet-Draft] Virtual Router Redundancy Protocol. 著者：S.Knight他 発行：IETF”などにある。
【０００３】
以下、このホットスタンバイプロトコルについて説明する。
ネットワーク内にパケット中継の機能を持つ装置Ａ，Ｂがあり、装置Ａが現用系，装置Ｂが待機系（予備系）の役割を持つとする。このとき、待機系の装置Ｂは、ホットスタンバイの状態にある。また、装置Ａ及びＢに対応する仮想の物理アドレスおよびＩＰアドレスが設定されており、ネットワーク内の端末がパケットをネットワークに送り出すとき仮想アドレスを宛先にするように設定されているとする。そして、宛先が仮想アドレスになっているパケットを通常、現用系である装置Ａが受信して中継処理を行う。
【０００４】
装置Ａ、Ｂは定期的にパケットの送受信を行うことで相互に監視する。一定の時間、装置Ａからパケットが送信されなかったとき、装置Ｂは装置Ａに障害が起きたと判断して装置Ａが行っていたパケット中継処理を引き継ぐ。このとき端末は、装置Ｂがパケット中継処理を引き継いだことを意識せずに通信を続けられる。
【０００５】
以上説明したような従来のホットスタンバイプロトコルでは、通常パケット中継処理を行う装置（子の例では、装置Ａ）および障害時パケット中継処理を引き継ぐ装置（この例では、装置Ｂ）は、固定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法においては、次のような解決すべき課題がある。
すなわち、ネットワークの各セグメントのトラフィックが固定的にスイッチング処理装置に割り振られているため、スイッチング処理装置間で著しく負荷に相違が生じる場合があった。さらに、複数のパケット中継装置を通じて広域ネットワークにトラフィックを送り出す場合、固定的な割り振りが設定されているため、回線間で負荷に相違が生じるという場合もあった。さらにまた、スイッチング処理装置に障害が起きたときに他のスイッチング処理装置がパケット中継処理を引き継ぐ場合、引き継いだ方のスイッチング処理装置にトラフィックが集中するということもあった。
【０００７】
本発明の目的のひとつは、以上の点に鑑み、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てられるような中継装置及び負荷分散方法を提供することである。本発明は、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとを備え、ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって広域ネットワークに接続するネットワークにおいて、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てることを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、複数のパケット中継装置を通じてネットワーク（特に、広域ネットワーク）にトラフィックを送り出す場合に、回線間で負荷を均等にすること又は平準化することにある。また、本発明の他の目的は、一部のスイッチング処理装置に障害が発生した場合に特定のスイッチング処理装置にトラフィックが集中することを防ぐことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴のひとつとしては、仮想アドレスを宛先として端末から送信されたパケットをスイッチング処理装置間で分担する条件を動的に変更することで負荷を分散させるようにした。また、本発明の他の特徴としては、広域ネットワークへの回線が複数あるときに、各回線のトラフィック量を測定し、その統計情報をスイッチング処理装置間でトラフィックを分担する条件に反映させることで各回線への流入トラフィックを平準化するようにした。また、本発明のその他の特徴としては、障害を起こしたスイッチング処理装置引き継ぐプライオリティを設定するときに最も中継トラフィックが少ないスイッチング処理装置のプライオリティを高くすることにより１つのスイッチング処理装置にトラフィックが集中することを防ぐようにした。
【００１０】
本発明は、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとから成り、該ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって該広域ネットワークに接続し、該ローカルネットワークの各セグメントに複数のスイッチング処理装置と複数の端末がつながる形態をもつネットワークにおいて、
該ローカルネットワークから該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させる負荷分散方式であって、
該スイッチング処理装置内にパケットの選別を行うためのフィルタリング条件を変化させるフィルタリング条件設定部を設け、
該ローカルネットワークの各セグメントに属する複数のスイッチング処理装置に対する中継トラフィックの割当を自由に設定し、該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることをひとつの特徴とする負荷分散方式を提供する。
【００１１】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該パケット中継装置内に該広域ネットワークへのトラフィック量を測定するトラフィック測定部と測定結果を該スイッチング処理装置に通知するトラフィック統計処理部を設け、さらに該スイッチング処理装置内にパケット中継装置からのトラフィック測定結果を受け取るトラフィック統計処理部を設け、
該トラフィック測定部の情報に基づいて動的にスイッチング処理装置の該フィルタリング条件設定部によってフィルタリング条件を変化させ、常に該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内に端末アドレス・データベースとそれを管理する端末アドレス管理部とを設け、
該フィルタリング条件設定部にパケットの送信元アドレスに基づいてフィルタリング条件を設定させ、端末アドレス・データベースにあるアドレスを送信元アドレスに持つパケットのみを中継処理させることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内にネットワークセグメントに属する端末ごとにトラフィックを測定し統計情報を該端末アドレス・データベースに付随して保存するトラフィック測定部を設け、
該スイッチング処理装置の端末アドレス設定部に、該スイッチング処理装置と同じネットワークセグメントに属するスイッチング処理装置と交渉させ、該端末アドレス・データベースにあるエントリを端末ごとのトラフィック情報に基づいてやり取りさせることにより該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内に切替通知部を設け、
該パケット中継装置内に切替検出部およびシェーピング処理部を設け、
該スイッチング処理装置が他の障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだときにそのことを該切替検出部に対して該切替通知部に通知させ、
該切替検出部にシェーピング処理部を起動させ、シェーピング処理部が重要トラフィックを該広域ネットワークへ接続する回線へ優先的に送出することにより、重要トラフィックを保護することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内に障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継ぐ優先度を定めるプライオリティ設定部を設け、
該パケット中継装置内のトラフィック測定部が測定し通知してきたトラフィック量に基づいて、該プライオリティ設定部に最もトラフィック量が少ない順にプライオリティが高くなるように動的にプライオリティを設定させ、障害時特定のスイッチング処理装置に不可が集中することを防ぐことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
障害を起こしたスイッチング処理装置が復帰した場合に、引き継いでいたトラフィックを戻すときに、
該スイッチング処理装置のフィルタリング設定部が、該パケット中継装置内のトラフィック測定部が測定し通知してきたトラフィック量に基づいてトラフィックを戻すことにより、該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとから成り、該ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって該広域ネットワークに接続し、該ローカルネットワークの各セグメントに複数のスイッチング処理装置と複数の端末がつながる形態をもつネットワークにおいて、
該ローカルネットワークから該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを他の特徴とするプログラムを記録した記憶媒体を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による機能を付加したスイッチング処理装置の構成を示すブロック図である。まず最初に、本発明による機能を付加したスイッチング処理装置の構成を、図１を用いて説明する。
スイッチング処理装置(10)は、リンク制御部０(110)〜３(113)、ネットワーク処理部(12)、端末アドレステーブル(13)、ルーティング処理部(14)を備える。
【００１９】
リンク制御部０(110)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント０(100)を接続する。リンク制御部１(111)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント１(101)を接続する。リンク制御部２(112)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント２(102)を接続する。リンク制御部３(113)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント３(103)を接続する。リンク制御部０(110)とリンク制御部１(11)とリンク制御部２(112)とリンク制御部３(113)は、ＯＳＩモデルの物理層およびデータリンク層に相当する階層についてパケットの送受信処理を行う。
【００２０】
ネットワーク処理部(12)は、リンク制御部０(110)とリンク制御部１(11)とリンク制御部２(112)とリンク制御部３(113)の上位にあって、ＯＳＩモデルのネットワーク層に相当する階層についてパケットの送受信処理を行う。ネットワーク処理部(12)は、トラフィック測定部(121)、ホットスタンバイ機能処理部(122)、フィルタリング処理部(123)、パケット中継処理部(124)、フィルタリング条件設定部(125)、プライオリティ設定部(126)、切替通知部(127)、端末アドレステーブル管理部(128)、トラフィック統計処理部(129)を備える。これらの中で、特に、トラフィック測定部(121)、フィルタリング条件設定部(125)、プライオリティ設定部(126)、切替通知部(127)、端末アドレステーブル管理部(128)、トラフィック統計処理部(129)等は、この発明において新たに設けたモジュールである。
【００２１】
トラフィック測定部(121)は、リンク制御部１(11)とリンク制御部２(112)とリンク制御部３(113)とが受信処理したパケットから成るトラフィックの量を測定する。その際、パケットの送信元ごとにトラフィックの量を測定する機能も持たせる。ホットスタンバイ機能処理部(122)は、ネットワークセグメント１(101)に接続する他のスイッチング処理装置が正常に動作しているか定期的にチェックし、障害を起こしたスイッチング処理装置を検出したときには、そのスイッチング処理装置が行っていたパケット中継処理を引き継ぐ処理を行う。ここで、ホットスタンバイ機能処理部(122)は、ネットワークセグメント２(102)およびネットワークセグメント３(103)等に接続する他のスイッチング処理装置に対しても同様の処理を行う。フィルタリング処理部(123)は、フィルタリング条件に適合するパケットをパケット中継処理部(124)に渡し、フィルタリング条件に適合しないパケットを廃棄する。パケット中継処理部(124)は、フィルタリング処理部(123)からパケットを受け取り、パケットのネットワーク層の宛先アドレスを参照し、その宛先アドレスについて送出するべきネットワークセグメントについてルーティング処理部(14)に問い合わせる。さらにパケット中継処理部(124)は、ルーティング処理部(14)からの返答に応じてリンク制御部０(110)、リンク制御部１(11)、リンク制御部２(112)、リンク制御部３(113)のどれかにパケットを引き渡す。
【００２２】
フィルタリング条件設定部(125)は、ネットワークセグメント１(101)とネットワークセグメント２(102)とネットワークセグメント３(103)等に接続する他のスイッチング処理装置と連携して、フィルタリング条件を変化させる処理を行う。プライオリティ設定部(126)は、パケットの送受信アドレスや内容に従ってパケットにプライオリティを設定する。プライオリティの情報をパケットに入れる方法には、ＩＰパケット内のフィールドの一部を利用するなど既知の方法がある。切替通知部(127)は、障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだときに、そのことをネットワークセグメント０(100)に属するネットワーク機器に通知する処理を行う。端末アドレステーブル管理部(128)は、端末アドレステーブル(13)のエントリを管理する。ここで、端末アドレステーブル(13)は、フィルタリング処理部(123)がパケットの送信元アドレスに基づくフィルタリング条件でパケットを選別している場合に、そのフィルタリング条件に適合するアドレスのみをエントリに持つデータベースである。トラフィック統計処理部(129)は、ネットワークセグメント０(100)に属するネットワーク機器からのトラフィック量に関するデータを受け取り保存する。ルーティング処理部(14)は、経路情報の保存や更新を行い、パケット中継処理部(124)から送信先アドレスに関する経路の問い合わせがあったときには返答する。統計データ記録部(15)は、パケット中継装置から送られてくるトラフィック量に関するデータを蓄積し、それらデータの統計処理結果の値も記録する。
【００２３】
なお、図１では、リンク制御部およびネットワークセグメントが４つあるように表現しているが２つ以上であれば総数はいくつでもかまわない。
図２に、本発明に係るパケット中継装置の構成図を示す。
次に、本発明による機能を付加したパケット中継装置の構成を、図２を用いて説明する。
パケット中継装置(30)は、リンク制御部０(31)、１０(310)、ネットワーク処理部(32)、ルーティング処理部(33)、トラフィック測定部(34)、シェーピング処理部(35)を備える。リンク制御部０(31)は、パケット中継装置(30)とネットワークセグメント０(301)を接続する。リンク制御部１０(310)は、パケット中継装置(30)とネットワークセグメント１０(300)を接続する。ネットワーク処理部(32)は、リンク制御部０(31)とリンク制御部１０(310)の上位にあって、ネットワーク層におけるパケットの送受信処理を行う。ネットワーク処理部(32)は、パケット中継処理部(321)、ＱｏＳ処理部(322)、トラフィック統計処理部(323)、切替検出部(324)を備える。
【００２４】
パケット中継処理部(321)は、リンク制御部０(31)からパケットを受け取り、パケットのネットワーク層の宛先アドレスを参照し、その宛先アドレスについて送出するべきネットワークセグメントについてルーティング処理部(33)に問い合わせる。さらに、パケット中継処理部(321)は、ルーティング処理部(33)からの返答に応じてリンク制御部０(31)かシェーピング処理部(35)かのいずれかにパケットを引き渡す。ＱｏＳ処理部(322)は、パケットの内容を見てパケットの重要度に段階を付け、そのデータをシェーピング処理部(35)に通知する。
【００２５】
トラフィック測定部(34)は、パケット中継処理部(321)がシェーピング処理部(35)に引き渡すトラフィックの量を測定し、その値をシェーピング処理部(35)に通知する。シェーピング処理部(35)は、トラフィック測定部(34)から受け取った値がネットワークセグメント１０(300)に接続する回線の容量よりも大きいときは、ＱｏＳ処理部(322)から受け取ったデータに基づき優先度の高いパケットを優先的にリンク制御部１０(310)に渡す。トラフィック測定結果通知部(323)は、トラフィック測定部(34)が測定したトラフィックの量をネットワークセグメント０(301)に属するスイッチング処理装置に通知する処理を行う。切替検出部(324)は、ネットワークセグメント０(301)に属するスイッチング処理装置が他の障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだことを検出する。アドレス変換部(325)は、ローカルネットワークから広域ネットワークにパケットを中継するとき、パケットの送信元アドレスをローカルネットワーク用のアドレスから広域ネットワーク用のアドレスに変換する。逆に、広域ネットワークからローカルネットワークにパケットを中継するとき、パケットの宛先アドレスを広域ネットワーク用のアドレスからローカルネットワーク用のアドレスに変換する。
【００２６】
図２では、リンク制御部およびネットワークセグメントが２つあるように表現しているが２つ以上であれば総数はいくつでもかまわない。
【００２７】
図３に、本発明の適用されるネットワークの構成図を示す。
そして次に、本発明のスイッチング処理装置（中継装置）を、複数のネットワークセグメントと広域ネットワークからなるネットワークに適用した場合の実施の形態を図３を用いて説明する。
【００２８】
図３において、スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)は、図１で示す構成を持つパケット処理装置であり、ＯＳＩモデルのネットワーク層のアドレスを見てパケットを中継する機能を持つ。パケット中継装置１(221)、パケット中継装置２(222)、パケット中継装置３(223)は、図２で示す構成を持つパケット処理装置であり、ＯＳＩモデルのネットワーク層のアドレスを見てパケットを中継する機能に加えて広域ネットワークにパケットを中継する機能も持つ。ローカルネットワーク(20)は、複数のネットワークセグメント(ネットワークセグメント１(201)、ネットワークセグメント２(202)、ネットワークセグメント３(203))に分かれる。ネットワークセグメント１(201)に属する端末１(231)、端末２(232)、端末３(233)、端末４(234)が送信するパケットは、スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)の全てが受信可能であると仮定する。ネットワークセグメント２(202)とネットワークセグメント３(203))についても同様の条件を仮定する。
【００２９】
ここで、スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)のそれぞれについて、ネットワークセグメント１に接続するインタフェースは本来のアドレス以外に仮想物理アドレス１、仮想ネットワーク層アドレス１を持つとする。また、宛先アドレス、送信元アドレス等のパケット内容によるフィルタリング条件をそれぞれのスイッチング処理装置に設定し、全てのパケットがこれらフィルタリング条件の内、必ずどれか１つのみに適合するようにする。スイッチング処理装置に設定するフィルタリング条件については、例えば、パケットのネットワーク層の送信元アドレスに基づいて決める方法がある。この場合、送信元アドレスを個別に設定する方法や送信元アドレスの奇数・偶数の違いにより設定する方法などがある。また、フィルタリング条件についてパケットのトランスポート層の内容に基づいて決める方法もある。
【００３０】
以上の条件において、宛先の物理アドレスが仮想物理アドレス１であるパケットを端末１(231)がネットワークセグメント１(201)に送出したとき、そのパケットの内容がスイッチング処理装置１(211)の持つフィルタリング条件のみに適合するとする。このとき、スイッチング処理装置１(211)は、ネットワークセグメント１(201)以外のネットワークセグメント２(202)、３(203)かパケット中継装置１(221)に、パケットを中継する。他のスイッチング処理装置２(212)、３(213)は、パケットの中継処理を行わない。また、図３において、従来技術を用いて、端末ごとのトラフィックを送受信共に見る機能をパケット中継装置に対して付与することが可能である。
【００３１】
例えば、パケット中継装置のアドレス変換部(325)によって中継パケットの送信元アドレスをローカルネットワーク用のアドレスから広域ネットワーク用のアドレスに変換すれば、パケット中継装置は、端末ごとのトラフィックを送受信共に見ることができる。
【００３２】
以下、スイッチング処理装置間の連携により広域回線にかかる負荷を分散させる方法を説明する。
パケット中継装置１(221)は、広域回線１(2001)を通して広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量をトラフィック測定部(34)により測定し、そのデータをトラフィック測定結果通知部(323)により定期的にスイッチング処理装置１(211)に通知する。この際、端末ごとのトラフィックも同時に測定し、スイッチング処理装置１(211)に通知する。同様に、パケット中継装置２(222)は、広域回線２(2002)を通して広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量を測定し、そのデータを定期的にスイッチング処理装置２(212)に通知する。同様に、パケット中継装置３(223)は、広域回線３(2003)を通して広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量を測定し、そのデータを定期的にスイッチング処理装置３(213)に通知する。
【００３３】
スイッチング処理装置１(211)は、パケット中継装置１(221)から受けた広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量のデータを統計データ記録部(15)に保存する。同様に、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)もパケット中継装置２(222)、３(223)から受けたデータをそれぞれ保存する。
【００３４】
スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)は、パケット中継装置１(221)、２(222)、３(223)から受けた広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量のデータをトラフィック統計処理部(129)によって定期的に互いに交換し、他のスイッチング処理装置２(212)、３(213)から受け取ったデータを統計データ記録部(15)に保存する。この際、ネットワークセグメント１、２、３又は装置間を接続する他の線等を適宜用いることができる。このとき、スイッチング処理装置１(211)は、パケット中継装置１(221)から受け取ったデータと他のスイッチング処理装置から受け取ったデータとの平均をトラフィック統計処理部(129)により計算し、その値を統計データ記録部(15)に保存する。またさらに、スイッチング処理装置１(211)、２(212)、３(213)は、広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量のデータをもとに各広域回線への負荷を計算し、統計データ記録部(15)に保存する。ここで、広域回線へ負荷は、広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィック量の回線容量に対する割合や、広域回線の未使用分の容量などにより計算する。
【００３５】
次に、スイッチング処理装置１(211)は、各広域回線への負荷が均等になるように他のスイッチング処理装置２(212)、３(213)と連携を取りながらフィルタリング条件設定部(125)によってフィルタリング条件を変化させる。
ここでフィルタリング条件を変化させる方法については、例えば、それぞれのスイッチング処理装置が中継を担当するパケットの送信元アドレスを指定することによってフィルタリング条件を決めている場合について、以下のフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００３６】
図５に、本発明に係るスイッチング処理装置の負荷分散処理を示すフローチャートを示す。図５は、スイッチング処理装置１(211)の動作を示す。他のスイッチング処理装置でも動作のアルゴリズムは同様である。ここでは、スイッチング処理装置は、スイッチング処理装置の端末アドレステーブル(13)で指定されているアドレスを送信元アドレスに持つパケットのみをフィルタリング処理部(123)によって通し、他のパケットを廃棄するものとする。しかし、通さないものを指定する方法でもかまわない。
【００３７】
まず、タイマ(120)が定期的にフィルタリング条件設定部(125)を起動する(ステップ５１)。次に、起動したフィルタリング条件設定部(125)は、統計データ記録部(15)に格納されている各広域回線の負荷に関するデータを取り出し、それらを比較する(ステップ５２)。もし、広域回線１(2001)の負荷が最大でない場合はそのまま終了する(ステップ５３)。一方、広域回線１(2001)の負荷が最大である場合については、フィルタリング条件設定部(125)は、端末アドレステーブル(13)から広域回線の負荷が最小であるスイッチング処理装置２(212)又は３(213)の端末アドレステーブル(13)に移すエントリを決定する。その際、統計データ記録部(15)に格納されている端末ごとの広域ネットワーク(200)へのトラフィック量のデータに基づき、広域回線１(2001)の負荷とエントリを移す先の広域回線の負荷が均衡するようにエントリを決める。移すエントリは複数でもかまわない(ステップ５４)。次に、フィルタリング条件設定部(125)の決定を受け、端末アドレステーブル管理部(128)は、広域回線の負荷が最小であるスイッチング処理装置２(212)又は３(213)に移すエントリを通知する。通知を受けた側のスイッチング処理装置２(212)又は３(213)は、指定されたエントリを端末アドレステーブル(13)に付け加える(ステップ５５)。最後に、端末アドレステーブル管理部(128)は、端末アドレステーブル(13)から他に移すエントリを消去する(ステップ５６)。
【００３８】
つぎに、上記ステップ５５、ステップ５６の具体例として、スイッチング処理装置１(211)からスイッチング処理装置２(212)に端末アドレステーブル(13)のエントリを渡す場合を示す。図４は、本発明に係るスイッチング処理装置内の端末アドレステーブルの構成を示す図である。図４の例では、広域回線１(2001)の負荷が最大の場合であり、スイッチング処理装置１(211)の端末アドレステーブル(13)からスイッチング処理装置２(212)の端末アドレステーブルに端末２のアドレスを移すことにより広域回線１(2001)と広域回線２(2002)の負荷を均衡させている。
【００３９】
以上で説明した図５のフローチャートの処理の流れがタイマ(120)によって各スイッチング処理装置で適宜繰返されることにより、各広域回線への負荷が均衡する。
以上で説明した方法では、定期的な広域回線のトラフィック監視に基づいてフィルタリング条件を変化させたが、パケット中継装置において広域ネットワーク(200)に中継するトラフィックの量が広域回線の容量を超えたときをきっかけにする方法もある。この場合は、予め閾値を設定しておき、トラフィックの量をこの閾値と比較して、端末テーブル(13)を変更する処理を上述のように行えばよい。
【００４０】
また、上記ではフィルタリング処理部(123)をネットワーク処理部(12)の中に設け、ネットワーク層のアドレスによりフィルタリングを行ったが、フィルタリング処理部をリンク制御部内に設け、物理層のアドレスによってフィルタリングを行う方法もある。その場合、端末アドレステーブル(13)で指定するエントリは端末の物理層のアドレスとなる。
【００４１】
以上、図３のような構成を持つネットワークにおいて複数の広域回線にかかる負荷を平準化させれば、複数のパケット中継装置にかかる負荷を平準化させる効果も持つ。また、広域ネットワークに接続するための広域回線は一般的に通信事業者が提供するもので高価であり、回線容量に応じて価格も高くなるため、広域回線の必要容量を少なくさせる負荷の平準化はコストを削減する効果がある。また、以上で述べた方法では広域回線にかかる負荷を平準化させることを目的としたが、スイッチング処理装置からパケット中継装置へのトラフィックを監視することによりスイッチング処理装置にかかる負荷を分散させる方法もある。
【００４２】
図３において、パケット中継装置がスイッチング処理装置と別にあるのは論理的な構成であり、同等の機能がスイッチング処理装置内に含まれていてもかまわない。また、図３ではパケット中継装置は３つあるが、図３とは別にパケット中継装置が１つまたは２つの場合もある。その際、１つのパケット中継装置が複数のスイッチング処理装置に接続する。また、図３において、各スイッチング処理装置に対して広域ネットワーク(200)へ接続する回線が物理的に個別にあるように表現しているが、上記のように複数のスイッチング処理装置が１つのパケット中継装置に接続しているときは広域ネットワーク(200)へ接続する回線が物理的には１本でもかまわない。その際、回線を論理的に複数のチャンネルに分割し、異なるスイッチング処理装置からのトラフィックを異なるチャンネルに送信する方法もある。またさらに、図３において、ネットワークセグメントは物理的に分離されているが論理的な分割でもかまわない。
【００４３】
次に、図３の構成を持つネットワークにおいて、スイッチング処理装置の１つに障害が起きたときに、特定の広域回線にトラフィックが集中することを防ぐ方法を説明する。
【００４４】
図６に、本発明に係るスイッチング処理装置の障害時引継ぎ動作を示すフローチャートを示す。図６は、一例として、スイッチング処理装置２(212)に障害が起きた場合の、スイッチング処理装置１(211)の動作を示したものである。スイッチング処理装置は、ホットスタンバイ機能処理部(122)により定期的にハートビート等を行うことによって相互に監視し、他のスイッチング処理装置の障害を検出する。また、ハートビートを行う際に他のスイッチング処理装置とやり取りするパケットの中に端末アドレステーブルに含まれるエントリの情報を含めことにより、スイッチング処理装置は、他のスイッチング処理装置の端末アドレステーブルに関する情報を得る。
【００４５】
まず、スイッチング処理装置１(211)は、ホットスタンバイ機能処理部(122)によりスイッチング処理装置２(212)の障害を検出する(ステップ６１)。次に、スイッチング処理装置１(211)は、統計データ記録部(15)に格納されているデータを参照し、広域回線２(2002)を除く広域回線の中で広域回線１(2001)の負荷が最小かどうかを判別する。広域回線１(2001)の負荷が最小でない場合はそのまま終了する(ステップ６２)。一方、広域回線１(2001)の負荷が最小の場合については、スイッチング処理装置１(211)は、スイッチング処理装置２(212)の端末アドレステーブルにあるエントリを自らの端末アドレステーブルに付け加える。すなわち、スイッチング処理装置１(211)は、スイッチング処理装置２(212)が担当していたパケットの中継処理を引き継ぐ(ステップ６３)。最後に、スイッチング処理装置１(211)は、他のスイッチング処理装置が担当していたパケットの中継処理を引き継いだことを切替通知部(127)によってパケット中継装置１(221)に通知する(ステップ６４)。以上の、広域回線の負荷に応じて引継ぎのプライオリティを付ける方法は、トラフィックの集中による回線障害および装置障害を防ぎ、一時的に広域回線への負荷が増大することによるパケットロスの量を減らす効果を持つ。
【００４６】
スイッチング処理装置１(211)から通知を受けたパケット中継装置１(221)は、図２に示す切替検出部(324)によってスイッチング処理装置１(211)が障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだことを検出する。このとき、パケット中継装置１(221)内の切替検出部(324)は、図２に示すシェーピング処理部(35)を起動する。パケット中継装置１(221)内のシェーピング処理部は、あらかじめスイッチング処理装置１(211)内のプライオリティ設定部(126)により付与されたパケットのプライオリティを見て、プライオリティの高いパケットを優先的に広域ネットワーク(200)へ送出する。
【００４７】
以上のシェーピング処理により、スイッチング処理装置の１つに障害が起き、他のスイッチング処理装置がそのパケット中継処理を引き継いだときに重要トラフィックを保護するこどができる。
次に、障害を起こしたスイッチング処理装置が回復し、他のスイッチング処理装置からパケットの中継処理を戻すときに、全ての広域ネットワーク(200)の広域回線にかかる負荷を平準化させる方法を説明する。
【００４８】
ここで、障害を起こした後回復したスイッチング処理装置は、スイッチング処理装置１(211)であると仮定する。まず、スイッチング処理装置１(211)は、回復したとき他のスイッチング処理装置２(212)又は３(213)から広域広域ネットワーク(200)の広域回線のトラフィック量に関する情報を受け取る。次に、スイッチング処理装置１(211)は、広域回線の負荷が最大のスイッチング処理装置２(212)又は３(213) からパケット中継処理の一部を引き継ぐ。パケット中継処理の一部を引き継ぐ方法には、例えば、広域回線の負荷が最大のスイッチング処理装置の端末アドレステーブルのエントリの一部をスイッチング処理装置１(211)の端末アドレステーブルに移し、両方の広域回線への負荷を均衡させる方法がある。
【００４９】
本発明を実現するためのプログラムは、ＦＤやＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体により提供することができる。このプログラムをスイッチング処理装置およびパケット中継装置にインストールする方法として、記録媒体に格納された上記プログラムを、記憶媒体の読み取り装置を用いることによりスイッチング処理装置およびパケット中継装置のハードディスク等の記憶媒体にコピーすることができる。あるいはまた、ネットワークに接続された情報処理装置の記憶媒体に上記プログラムが格納されている場合、ネットワークを通してスイッチング処理装置およびパケット中継装置のハードディスク等の記憶媒体に上記プログラムをコピーすることもできる。
【００５０】
なお、負荷が最大の装置から、又は、負荷が最小の装置へ分担を引き継ぐようにした例を説明したが、これに限らず、予め決められた閾値以下の装置又は自装置の負荷より小さい負荷の他装置等へ適宜引き継ぐようにしてもよい。また、スイッチング処理装置又はパケット中継装置がネットワークへ中継するトラフィック量・負荷、また、送信元アドレス毎・端末毎のネットワークへ中継するトラフィック量・負荷は、統計データ記録部の他に、端末アドレステーブル又は適宜の記憶部に適宜記憶しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てられるような中継装置及び負荷分散方法を提供することができる。本発明によると、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとを備え、ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって広域ネットワークに接続するネットワークにおいて、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てることができる。
【００５２】
また、本発明によると、複数のパケット中継装置を通じてネットワーク（特に、広域ネットワーク）にトラフィックを送り出す場合に、回線間で負荷を均等にすること又は平準化することができる。また、本発明によると、一部のスイッチング処理装置に障害が発生した場合に特定のスイッチング処理装置にトラフィックが集中することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング処理装置の構成図。
【図２】本発明に係るパケット中継装置の構成図。
【図３】本発明の適用されるネットワークの構成図。
【図４】本発明に係るスイッチング処理装置内の端末アドレステーブルの構成を示す図。
【図５】本発明に係るスイッチング処理装置の負荷分散処理を示すフローチャート。
【図６】本発明に係るスイッチング処理装置の障害時引継ぎ動作を示すフローチャート。
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷分散方法及び装置に係り、特に、ネットワークの高信頼化を達成することができる負荷分散方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ネットワークにおいて端末側に何も新たな機能を要求せずにスイッチング処理装置の障害時切替を実現する方法がある。例えば、仮想ＩＰアドレスを用いるホットスタンバイプロトコルとしてＶＲＲＰ(Virtual Router Redundancy Protocol)がある。ＶＲＲＰに関する説明は、”文献：[Internet-Draft] Virtual Router Redundancy Protocol. 著者：S.Knight他 発行：IETF”などにある。
【０００３】
以下、このホットスタンバイプロトコルについて説明する。
ネットワーク内にパケット中継の機能を持つ装置Ａ，Ｂがあり、装置Ａが現用系，装置Ｂが待機系（予備系）の役割を持つとする。このとき、待機系の装置Ｂは、ホットスタンバイの状態にある。また、装置Ａ及びＢに対応する仮想の物理アドレスおよびＩＰアドレスが設定されており、ネットワーク内の端末がパケットをネットワークに送り出すとき仮想アドレスを宛先にするように設定されているとする。そして、宛先が仮想アドレスになっているパケットを通常、現用系である装置Ａが受信して中継処理を行う。
【０００４】
装置Ａ、Ｂは定期的にパケットの送受信を行うことで相互に監視する。一定の時間、装置Ａからパケットが送信されなかったとき、装置Ｂは装置Ａに障害が起きたと判断して装置Ａが行っていたパケット中継処理を引き継ぐ。このとき端末は、装置Ｂがパケット中継処理を引き継いだことを意識せずに通信を続けられる。
【０００５】
以上説明したような従来のホットスタンバイプロトコルでは、通常パケット中継処理を行う装置（子の例では、装置Ａ）および障害時パケット中継処理を引き継ぐ装置（この例では、装置Ｂ）は、固定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法においては、次のような解決すべき課題がある。
すなわち、ネットワークの各セグメントのトラフィックが固定的にスイッチング処理装置に割り振られているため、スイッチング処理装置間で著しく負荷に相違が生じる場合があった。さらに、複数のパケット中継装置を通じて広域ネットワークにトラフィックを送り出す場合、固定的な割り振りが設定されているため、回線間で負荷に相違が生じるという場合もあった。さらにまた、スイッチング処理装置に障害が起きたときに他のスイッチング処理装置がパケット中継処理を引き継ぐ場合、引き継いだ方のスイッチング処理装置にトラフィックが集中するということもあった。
【０００７】
本発明の目的のひとつは、以上の点に鑑み、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てられるような中継装置及び負荷分散方法を提供することである。本発明は、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとを備え、ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって広域ネットワークに接続するネットワークにおいて、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てることを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、複数のパケット中継装置を通じてネットワーク（特に、広域ネットワーク）にトラフィックを送り出す場合に、回線間で負荷を均等にすること又は平準化することにある。また、本発明の他の目的は、一部のスイッチング処理装置に障害が発生した場合に特定のスイッチング処理装置にトラフィックが集中することを防ぐことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴のひとつとしては、仮想アドレスを宛先として端末から送信されたパケットをスイッチング処理装置間で分担する条件を動的に変更することで負荷を分散させるようにした。また、本発明の他の特徴としては、広域ネットワークへの回線が複数あるときに、各回線のトラフィック量を測定し、その統計情報をスイッチング処理装置間でトラフィックを分担する条件に反映させることで各回線への流入トラフィックを平準化するようにした。また、本発明のその他の特徴としては、障害を起こしたスイッチング処理装置引き継ぐプライオリティを設定するときに最も中継トラフィックが少ないスイッチング処理装置のプライオリティを高くすることにより１つのスイッチング処理装置にトラフィックが集中することを防ぐようにした。
【００１０】
本発明は、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとから成り、該ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって該広域ネットワークに接続し、該ローカルネットワークの各セグメントに複数のスイッチング処理装置と複数の端末がつながる形態をもつネットワークにおいて、
該ローカルネットワークから該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させる負荷分散方式であって、
該スイッチング処理装置内にパケットの選別を行うためのフィルタリング条件を変化させるフィルタリング条件設定部を設け、
該ローカルネットワークの各セグメントに属する複数のスイッチング処理装置に対する中継トラフィックの割当を自由に設定し、該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることをひとつの特徴とする負荷分散方式を提供する。
【００１１】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該パケット中継装置内に該広域ネットワークへのトラフィック量を測定するトラフィック測定部と測定結果を該スイッチング処理装置に通知するトラフィック統計処理部を設け、さらに該スイッチング処理装置内にパケット中継装置からのトラフィック測定結果を受け取るトラフィック統計処理部を設け、
該トラフィック測定部の情報に基づいて動的にスイッチング処理装置の該フィルタリング条件設定部によってフィルタリング条件を変化させ、常に該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内に端末アドレス・データベースとそれを管理する端末アドレス管理部とを設け、
該フィルタリング条件設定部にパケットの送信元アドレスに基づいてフィルタリング条件を設定させ、端末アドレス・データベースにあるアドレスを送信元アドレスに持つパケットのみを中継処理させることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内にネットワークセグメントに属する端末ごとにトラフィックを測定し統計情報を該端末アドレス・データベースに付随して保存するトラフィック測定部を設け、
該スイッチング処理装置の端末アドレス設定部に、該スイッチング処理装置と同じネットワークセグメントに属するスイッチング処理装置と交渉させ、該端末アドレス・データベースにあるエントリを端末ごとのトラフィック情報に基づいてやり取りさせることにより該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内に切替通知部を設け、
該パケット中継装置内に切替検出部およびシェーピング処理部を設け、
該スイッチング処理装置が他の障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだときにそのことを該切替検出部に対して該切替通知部に通知させ、
該切替検出部にシェーピング処理部を起動させ、シェーピング処理部が重要トラフィックを該広域ネットワークへ接続する回線へ優先的に送出することにより、重要トラフィックを保護することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
該スイッチング処理装置内に障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継ぐ優先度を定めるプライオリティ設定部を設け、
該パケット中継装置内のトラフィック測定部が測定し通知してきたトラフィック量に基づいて、該プライオリティ設定部に最もトラフィック量が少ない順にプライオリティが高くなるように動的にプライオリティを設定させ、障害時特定のスイッチング処理装置に不可が集中することを防ぐことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の負荷分散方式において、例えば、
障害を起こしたスイッチング処理装置が復帰した場合に、引き継いでいたトラフィックを戻すときに、
該スイッチング処理装置のフィルタリング設定部が、該パケット中継装置内のトラフィック測定部が測定し通知してきたトラフィック量に基づいてトラフィックを戻すことにより、該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとから成り、該ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって該広域ネットワークに接続し、該ローカルネットワークの各セグメントに複数のスイッチング処理装置と複数の端末がつながる形態をもつネットワークにおいて、
該ローカルネットワークから該広域ネットワークへのトラフィックを複数の回線に均等に配分させることを他の特徴とするプログラムを記録した記憶媒体を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による機能を付加したスイッチング処理装置の構成を示すブロック図である。まず最初に、本発明による機能を付加したスイッチング処理装置の構成を、図１を用いて説明する。
スイッチング処理装置(10)は、リンク制御部０(110)〜３(113)、ネットワーク処理部(12)、端末アドレステーブル(13)、ルーティング処理部(14)を備える。
【００１９】
リンク制御部０(110)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント０(100)を接続する。リンク制御部１(111)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント１(101)を接続する。リンク制御部２(112)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント２(102)を接続する。リンク制御部３(113)は、スイッチング処理装置(10)とネットワークセグメント３(103)を接続する。リンク制御部０(110)とリンク制御部１(11)とリンク制御部２(112)とリンク制御部３(113)は、ＯＳＩモデルの物理層およびデータリンク層に相当する階層についてパケットの送受信処理を行う。
【００２０】
ネットワーク処理部(12)は、リンク制御部０(110)とリンク制御部１(11)とリンク制御部２(112)とリンク制御部３(113)の上位にあって、ＯＳＩモデルのネットワーク層に相当する階層についてパケットの送受信処理を行う。ネットワーク処理部(12)は、トラフィック測定部(121)、ホットスタンバイ機能処理部(122)、フィルタリング処理部(123)、パケット中継処理部(124)、フィルタリング条件設定部(125)、プライオリティ設定部(126)、切替通知部(127)、端末アドレステーブル管理部(128)、トラフィック統計処理部(129)を備える。これらの中で、特に、トラフィック測定部(121)、フィルタリング条件設定部(125)、プライオリティ設定部(126)、切替通知部(127)、端末アドレステーブル管理部(128)、トラフィック統計処理部(129)等は、この発明において新たに設けたモジュールである。
【００２１】
トラフィック測定部(121)は、リンク制御部１(11)とリンク制御部２(112)とリンク制御部３(113)とが受信処理したパケットから成るトラフィックの量を測定する。その際、パケットの送信元ごとにトラフィックの量を測定する機能も持たせる。ホットスタンバイ機能処理部(122)は、ネットワークセグメント１(101)に接続する他のスイッチング処理装置が正常に動作しているか定期的にチェックし、障害を起こしたスイッチング処理装置を検出したときには、そのスイッチング処理装置が行っていたパケット中継処理を引き継ぐ処理を行う。ここで、ホットスタンバイ機能処理部(122)は、ネットワークセグメント２(102)およびネットワークセグメント３(103)等に接続する他のスイッチング処理装置に対しても同様の処理を行う。フィルタリング処理部(123)は、フィルタリング条件に適合するパケットをパケット中継処理部(124)に渡し、フィルタリング条件に適合しないパケットを廃棄する。パケット中継処理部(124)は、フィルタリング処理部(123)からパケットを受け取り、パケットのネットワーク層の宛先アドレスを参照し、その宛先アドレスについて送出するべきネットワークセグメントについてルーティング処理部(14)に問い合わせる。さらにパケット中継処理部(124)は、ルーティング処理部(14)からの返答に応じてリンク制御部０(110)、リンク制御部１(11)、リンク制御部２(112)、リンク制御部３(113)のどれかにパケットを引き渡す。
【００２２】
フィルタリング条件設定部(125)は、ネットワークセグメント１(101)とネットワークセグメント２(102)とネットワークセグメント３(103)等に接続する他のスイッチング処理装置と連携して、フィルタリング条件を変化させる処理を行う。プライオリティ設定部(126)は、パケットの送受信アドレスや内容に従ってパケットにプライオリティを設定する。プライオリティの情報をパケットに入れる方法には、ＩＰパケット内のフィールドの一部を利用するなど既知の方法がある。切替通知部(127)は、障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだときに、そのことをネットワークセグメント０(100)に属するネットワーク機器に通知する処理を行う。端末アドレステーブル管理部(128)は、端末アドレステーブル(13)のエントリを管理する。ここで、端末アドレステーブル(13)は、フィルタリング処理部(123)がパケットの送信元アドレスに基づくフィルタリング条件でパケットを選別している場合に、そのフィルタリング条件に適合するアドレスのみをエントリに持つデータベースである。トラフィック統計処理部(129)は、ネットワークセグメント０(100)に属するネットワーク機器からのトラフィック量に関するデータを受け取り保存する。ルーティング処理部(14)は、経路情報の保存や更新を行い、パケット中継処理部(124)から送信先アドレスに関する経路の問い合わせがあったときには返答する。統計データ記録部(15)は、パケット中継装置から送られてくるトラフィック量に関するデータを蓄積し、それらデータの統計処理結果の値も記録する。
【００２３】
なお、図１では、リンク制御部およびネットワークセグメントが４つあるように表現しているが２つ以上であれば総数はいくつでもかまわない。
図２に、本発明に係るパケット中継装置の構成図を示す。
次に、本発明による機能を付加したパケット中継装置の構成を、図２を用いて説明する。
パケット中継装置(30)は、リンク制御部０(31)、１０(310)、ネットワーク処理部(32)、ルーティング処理部(33)、トラフィック測定部(34)、シェーピング処理部(35)を備える。リンク制御部０(31)は、パケット中継装置(30)とネットワークセグメント０(301)を接続する。リンク制御部１０(310)は、パケット中継装置(30)とネットワークセグメント１０(300)を接続する。ネットワーク処理部(32)は、リンク制御部０(31)とリンク制御部１０(310)の上位にあって、ネットワーク層におけるパケットの送受信処理を行う。ネットワーク処理部(32)は、パケット中継処理部(321)、ＱｏＳ処理部(322)、トラフィック統計処理部(323)、切替検出部(324)を備える。
【００２４】
パケット中継処理部(321)は、リンク制御部０(31)からパケットを受け取り、パケットのネットワーク層の宛先アドレスを参照し、その宛先アドレスについて送出するべきネットワークセグメントについてルーティング処理部(33)に問い合わせる。さらに、パケット中継処理部(321)は、ルーティング処理部(33)からの返答に応じてリンク制御部０(31)かシェーピング処理部(35)かのいずれかにパケットを引き渡す。ＱｏＳ処理部(322)は、パケットの内容を見てパケットの重要度に段階を付け、そのデータをシェーピング処理部(35)に通知する。
【００２５】
トラフィック測定部(34)は、パケット中継処理部(321)がシェーピング処理部(35)に引き渡すトラフィックの量を測定し、その値をシェーピング処理部(35)に通知する。シェーピング処理部(35)は、トラフィック測定部(34)から受け取った値がネットワークセグメント１０(300)に接続する回線の容量よりも大きいときは、ＱｏＳ処理部(322)から受け取ったデータに基づき優先度の高いパケットを優先的にリンク制御部１０(310)に渡す。トラフィック測定結果通知部(323)は、トラフィック測定部(34)が測定したトラフィックの量をネットワークセグメント０(301)に属するスイッチング処理装置に通知する処理を行う。切替検出部(324)は、ネットワークセグメント０(301)に属するスイッチング処理装置が他の障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだことを検出する。アドレス変換部(325)は、ローカルネットワークから広域ネットワークにパケットを中継するとき、パケットの送信元アドレスをローカルネットワーク用のアドレスから広域ネットワーク用のアドレスに変換する。逆に、広域ネットワークからローカルネットワークにパケットを中継するとき、パケットの宛先アドレスを広域ネットワーク用のアドレスからローカルネットワーク用のアドレスに変換する。
【００２６】
図２では、リンク制御部およびネットワークセグメントが２つあるように表現しているが２つ以上であれば総数はいくつでもかまわない。
【００２７】
図３に、本発明の適用されるネットワークの構成図を示す。
そして次に、本発明のスイッチング処理装置（中継装置）を、複数のネットワークセグメントと広域ネットワークからなるネットワークに適用した場合の実施の形態を図３を用いて説明する。
【００２８】
図３において、スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)は、図１で示す構成を持つパケット処理装置であり、ＯＳＩモデルのネットワーク層のアドレスを見てパケットを中継する機能を持つ。パケット中継装置１(221)、パケット中継装置２(222)、パケット中継装置３(223)は、図２で示す構成を持つパケット処理装置であり、ＯＳＩモデルのネットワーク層のアドレスを見てパケットを中継する機能に加えて広域ネットワークにパケットを中継する機能も持つ。ローカルネットワーク(20)は、複数のネットワークセグメント(ネットワークセグメント１(201)、ネットワークセグメント２(202)、ネットワークセグメント３(203))に分かれる。ネットワークセグメント１(201)に属する端末１(231)、端末２(232)、端末３(233)、端末４(234)が送信するパケットは、スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)の全てが受信可能であると仮定する。ネットワークセグメント２(202)とネットワークセグメント３(203))についても同様の条件を仮定する。
【００２９】
ここで、スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)のそれぞれについて、ネットワークセグメント１に接続するインタフェースは本来のアドレス以外に仮想物理アドレス１、仮想ネットワーク層アドレス１を持つとする。また、宛先アドレス、送信元アドレス等のパケット内容によるフィルタリング条件をそれぞれのスイッチング処理装置に設定し、全てのパケットがこれらフィルタリング条件の内、必ずどれか１つのみに適合するようにする。スイッチング処理装置に設定するフィルタリング条件については、例えば、パケットのネットワーク層の送信元アドレスに基づいて決める方法がある。この場合、送信元アドレスを個別に設定する方法や送信元アドレスの奇数・偶数の違いにより設定する方法などがある。また、フィルタリング条件についてパケットのトランスポート層の内容に基づいて決める方法もある。
【００３０】
以上の条件において、宛先の物理アドレスが仮想物理アドレス１であるパケットを端末１(231)がネットワークセグメント１(201)に送出したとき、そのパケットの内容がスイッチング処理装置１(211)の持つフィルタリング条件のみに適合するとする。このとき、スイッチング処理装置１(211)は、ネットワークセグメント１(201)以外のネットワークセグメント２(202)、３(203)かパケット中継装置１(221)に、パケットを中継する。他のスイッチング処理装置２(212)、３(213)は、パケットの中継処理を行わない。また、図３において、従来技術を用いて、端末ごとのトラフィックを送受信共に見る機能をパケット中継装置に対して付与することが可能である。
【００３１】
例えば、パケット中継装置のアドレス変換部(325)によって中継パケットの送信元アドレスをローカルネットワーク用のアドレスから広域ネットワーク用のアドレスに変換すれば、パケット中継装置は、端末ごとのトラフィックを送受信共に見ることができる。
【００３２】
以下、スイッチング処理装置間の連携により広域回線にかかる負荷を分散させる方法を説明する。
パケット中継装置１(221)は、広域回線１(2001)を通して広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量をトラフィック測定部(34)により測定し、そのデータをトラフィック測定結果通知部(323)により定期的にスイッチング処理装置１(211)に通知する。この際、端末ごとのトラフィックも同時に測定し、スイッチング処理装置１(211)に通知する。同様に、パケット中継装置２(222)は、広域回線２(2002)を通して広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量を測定し、そのデータを定期的にスイッチング処理装置２(212)に通知する。同様に、パケット中継装置３(223)は、広域回線３(2003)を通して広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量を測定し、そのデータを定期的にスイッチング処理装置３(213)に通知する。
【００３３】
スイッチング処理装置１(211)は、パケット中継装置１(221)から受けた広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量のデータを統計データ記録部(15)に保存する。同様に、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)もパケット中継装置２(222)、３(223)から受けたデータをそれぞれ保存する。
【００３４】
スイッチング処理装置１(211)、スイッチング処理装置２(212)、スイッチング処理装置３(213)は、パケット中継装置１(221)、２(222)、３(223)から受けた広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量のデータをトラフィック統計処理部(129)によって定期的に互いに交換し、他のスイッチング処理装置２(212)、３(213)から受け取ったデータを統計データ記録部(15)に保存する。この際、ネットワークセグメント１、２、３又は装置間を接続する他の線等を適宜用いることができる。このとき、スイッチング処理装置１(211)は、パケット中継装置１(221)から受け取ったデータと他のスイッチング処理装置から受け取ったデータとの平均をトラフィック統計処理部(129)により計算し、その値を統計データ記録部(15)に保存する。またさらに、スイッチング処理装置１(211)、２(212)、３(213)は、広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィックの量のデータをもとに各広域回線への負荷を計算し、統計データ記録部(15)に保存する。ここで、広域回線へ負荷は、広域ネットワーク(200)へ中継するトラフィック量の回線容量に対する割合や、広域回線の未使用分の容量などにより計算する。
【００３５】
次に、スイッチング処理装置１(211)は、各広域回線への負荷が均等になるように他のスイッチング処理装置２(212)、３(213)と連携を取りながらフィルタリング条件設定部(125)によってフィルタリング条件を変化させる。
ここでフィルタリング条件を変化させる方法については、例えば、それぞれのスイッチング処理装置が中継を担当するパケットの送信元アドレスを指定することによってフィルタリング条件を決めている場合について、以下のフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００３６】
図５に、本発明に係るスイッチング処理装置の負荷分散処理を示すフローチャートを示す。図５は、スイッチング処理装置１(211)の動作を示す。他のスイッチング処理装置でも動作のアルゴリズムは同様である。ここでは、スイッチング処理装置は、スイッチング処理装置の端末アドレステーブル(13)で指定されているアドレスを送信元アドレスに持つパケットのみをフィルタリング処理部(123)によって通し、他のパケットを廃棄するものとする。しかし、通さないものを指定する方法でもかまわない。
【００３７】
まず、タイマ(120)が定期的にフィルタリング条件設定部(125)を起動する(ステップ５１)。次に、起動したフィルタリング条件設定部(125)は、統計データ記録部(15)に格納されている各広域回線の負荷に関するデータを取り出し、それらを比較する(ステップ５２)。もし、広域回線１(2001)の負荷が最大でない場合はそのまま終了する(ステップ５３)。一方、広域回線１(2001)の負荷が最大である場合については、フィルタリング条件設定部(125)は、端末アドレステーブル(13)から広域回線の負荷が最小であるスイッチング処理装置２(212)又は３(213)の端末アドレステーブル(13)に移すエントリを決定する。その際、統計データ記録部(15)に格納されている端末ごとの広域ネットワーク(200)へのトラフィック量のデータに基づき、広域回線１(2001)の負荷とエントリを移す先の広域回線の負荷が均衡するようにエントリを決める。移すエントリは複数でもかまわない(ステップ５４)。次に、フィルタリング条件設定部(125)の決定を受け、端末アドレステーブル管理部(128)は、広域回線の負荷が最小であるスイッチング処理装置２(212)又は３(213)に移すエントリを通知する。通知を受けた側のスイッチング処理装置２(212)又は３(213)は、指定されたエントリを端末アドレステーブル(13)に付け加える(ステップ５５)。最後に、端末アドレステーブル管理部(128)は、端末アドレステーブル(13)から他に移すエントリを消去する(ステップ５６)。
【００３８】
つぎに、上記ステップ５５、ステップ５６の具体例として、スイッチング処理装置１(211)からスイッチング処理装置２(212)に端末アドレステーブル(13)のエントリを渡す場合を示す。図４は、本発明に係るスイッチング処理装置内の端末アドレステーブルの構成を示す図である。図４の例では、広域回線１(2001)の負荷が最大の場合であり、スイッチング処理装置１(211)の端末アドレステーブル(13)からスイッチング処理装置２(212)の端末アドレステーブルに端末２のアドレスを移すことにより広域回線１(2001)と広域回線２(2002)の負荷を均衡させている。
【００３９】
以上で説明した図５のフローチャートの処理の流れがタイマ(120)によって各スイッチング処理装置で適宜繰返されることにより、各広域回線への負荷が均衡する。
以上で説明した方法では、定期的な広域回線のトラフィック監視に基づいてフィルタリング条件を変化させたが、パケット中継装置において広域ネットワーク(200)に中継するトラフィックの量が広域回線の容量を超えたときをきっかけにする方法もある。この場合は、予め閾値を設定しておき、トラフィックの量をこの閾値と比較して、端末テーブル(13)を変更する処理を上述のように行えばよい。
【００４０】
また、上記ではフィルタリング処理部(123)をネットワーク処理部(12)の中に設け、ネットワーク層のアドレスによりフィルタリングを行ったが、フィルタリング処理部をリンク制御部内に設け、物理層のアドレスによってフィルタリングを行う方法もある。その場合、端末アドレステーブル(13)で指定するエントリは端末の物理層のアドレスとなる。
【００４１】
以上、図３のような構成を持つネットワークにおいて複数の広域回線にかかる負荷を平準化させれば、複数のパケット中継装置にかかる負荷を平準化させる効果も持つ。また、広域ネットワークに接続するための広域回線は一般的に通信事業者が提供するもので高価であり、回線容量に応じて価格も高くなるため、広域回線の必要容量を少なくさせる負荷の平準化はコストを削減する効果がある。また、以上で述べた方法では広域回線にかかる負荷を平準化させることを目的としたが、スイッチング処理装置からパケット中継装置へのトラフィックを監視することによりスイッチング処理装置にかかる負荷を分散させる方法もある。
【００４２】
図３において、パケット中継装置がスイッチング処理装置と別にあるのは論理的な構成であり、同等の機能がスイッチング処理装置内に含まれていてもかまわない。また、図３ではパケット中継装置は３つあるが、図３とは別にパケット中継装置が１つまたは２つの場合もある。その際、１つのパケット中継装置が複数のスイッチング処理装置に接続する。また、図３において、各スイッチング処理装置に対して広域ネットワーク(200)へ接続する回線が物理的に個別にあるように表現しているが、上記のように複数のスイッチング処理装置が１つのパケット中継装置に接続しているときは広域ネットワーク(200)へ接続する回線が物理的には１本でもかまわない。その際、回線を論理的に複数のチャンネルに分割し、異なるスイッチング処理装置からのトラフィックを異なるチャンネルに送信する方法もある。またさらに、図３において、ネットワークセグメントは物理的に分離されているが論理的な分割でもかまわない。
【００４３】
次に、図３の構成を持つネットワークにおいて、スイッチング処理装置の１つに障害が起きたときに、特定の広域回線にトラフィックが集中することを防ぐ方法を説明する。
【００４４】
図６に、本発明に係るスイッチング処理装置の障害時引継ぎ動作を示すフローチャートを示す。図６は、一例として、スイッチング処理装置２(212)に障害が起きた場合の、スイッチング処理装置１(211)の動作を示したものである。スイッチング処理装置は、ホットスタンバイ機能処理部(122)により定期的にハートビート等を行うことによって相互に監視し、他のスイッチング処理装置の障害を検出する。また、ハートビートを行う際に他のスイッチング処理装置とやり取りするパケットの中に端末アドレステーブルに含まれるエントリの情報を含めことにより、スイッチング処理装置は、他のスイッチング処理装置の端末アドレステーブルに関する情報を得る。
【００４５】
まず、スイッチング処理装置１(211)は、ホットスタンバイ機能処理部(122)によりスイッチング処理装置２(212)の障害を検出する(ステップ６１)。次に、スイッチング処理装置１(211)は、統計データ記録部(15)に格納されているデータを参照し、広域回線２(2002)を除く広域回線の中で広域回線１(2001)の負荷が最小かどうかを判別する。広域回線１(2001)の負荷が最小でない場合はそのまま終了する(ステップ６２)。一方、広域回線１(2001)の負荷が最小の場合については、スイッチング処理装置１(211)は、スイッチング処理装置２(212)の端末アドレステーブルにあるエントリを自らの端末アドレステーブルに付け加える。すなわち、スイッチング処理装置１(211)は、スイッチング処理装置２(212)が担当していたパケットの中継処理を引き継ぐ(ステップ６３)。最後に、スイッチング処理装置１(211)は、他のスイッチング処理装置が担当していたパケットの中継処理を引き継いだことを切替通知部(127)によってパケット中継装置１(221)に通知する(ステップ６４)。以上の、広域回線の負荷に応じて引継ぎのプライオリティを付ける方法は、トラフィックの集中による回線障害および装置障害を防ぎ、一時的に広域回線への負荷が増大することによるパケットロスの量を減らす効果を持つ。
【００４６】
スイッチング処理装置１(211)から通知を受けたパケット中継装置１(221)は、図２に示す切替検出部(324)によってスイッチング処理装置１(211)が障害を起こしたスイッチング処理装置を引き継いだことを検出する。このとき、パケット中継装置１(221)内の切替検出部(324)は、図２に示すシェーピング処理部(35)を起動する。パケット中継装置１(221)内のシェーピング処理部は、あらかじめスイッチング処理装置１(211)内のプライオリティ設定部(126)により付与されたパケットのプライオリティを見て、プライオリティの高いパケットを優先的に広域ネットワーク(200)へ送出する。
【００４７】
以上のシェーピング処理により、スイッチング処理装置の１つに障害が起き、他のスイッチング処理装置がそのパケット中継処理を引き継いだときに重要トラフィックを保護するこどができる。
次に、障害を起こしたスイッチング処理装置が回復し、他のスイッチング処理装置からパケットの中継処理を戻すときに、全ての広域ネットワーク(200)の広域回線にかかる負荷を平準化させる方法を説明する。
【００４８】
ここで、障害を起こした後回復したスイッチング処理装置は、スイッチング処理装置１(211)であると仮定する。まず、スイッチング処理装置１(211)は、回復したとき他のスイッチング処理装置２(212)又は３(213)から広域広域ネットワーク(200)の広域回線のトラフィック量に関する情報を受け取る。次に、スイッチング処理装置１(211)は、広域回線の負荷が最大のスイッチング処理装置２(212)又は３(213) からパケット中継処理の一部を引き継ぐ。パケット中継処理の一部を引き継ぐ方法には、例えば、広域回線の負荷が最大のスイッチング処理装置の端末アドレステーブルのエントリの一部をスイッチング処理装置１(211)の端末アドレステーブルに移し、両方の広域回線への負荷を均衡させる方法がある。
【００４９】
本発明を実現するためのプログラムは、ＦＤやＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体により提供することができる。このプログラムをスイッチング処理装置およびパケット中継装置にインストールする方法として、記録媒体に格納された上記プログラムを、記憶媒体の読み取り装置を用いることによりスイッチング処理装置およびパケット中継装置のハードディスク等の記憶媒体にコピーすることができる。あるいはまた、ネットワークに接続された情報処理装置の記憶媒体に上記プログラムが格納されている場合、ネットワークを通してスイッチング処理装置およびパケット中継装置のハードディスク等の記憶媒体に上記プログラムをコピーすることもできる。
【００５０】
なお、負荷が最大の装置から、又は、負荷が最小の装置へ分担を引き継ぐようにした例を説明したが、これに限らず、予め決められた閾値以下の装置又は自装置の負荷より小さい負荷の他装置等へ適宜引き継ぐようにしてもよい。また、スイッチング処理装置又はパケット中継装置がネットワークへ中継するトラフィック量・負荷、また、送信元アドレス毎・端末毎のネットワークへ中継するトラフィック量・負荷は、統計データ記録部の他に、端末アドレステーブル又は適宜の記憶部に適宜記憶しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てられるような中継装置及び負荷分散方法を提供することができる。本発明によると、例えば、広域ネットワークと複数のセグメントに分かれるローカルネットワークとを備え、ローカルネットワークが複数のパケット中継装置と回線とによって広域ネットワークに接続するネットワークにおいて、稼動している全てのスイッチング処理装置にトラフィックを均等に割り当てることができる。
【００５２】
また、本発明によると、複数のパケット中継装置を通じてネットワーク（特に、広域ネットワーク）にトラフィックを送り出す場合に、回線間で負荷を均等にすること又は平準化することができる。また、本発明によると、一部のスイッチング処理装置に障害が発生した場合に特定のスイッチング処理装置にトラフィックが集中することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング処理装置の構成図。
【図２】本発明に係るパケット中継装置の構成図。
【図３】本発明の適用されるネットワークの構成図。
【図４】本発明に係るスイッチング処理装置内の端末アドレステーブルの構成を示す図。
【図５】本発明に係るスイッチング処理装置の負荷分散処理を示すフローチャート。
【図６】本発明に係るスイッチング処理装置の障害時引継ぎ動作を示すフローチャート。
Claims (3)
- ネットワークと、端末が接続された複数のセグメントとの間でデータを中継するための負荷分散方法であって、
ネットワークへ中継する送信元アドレスを端末アドレステーブルに記録するステップと、
ネットワークへ中継する負荷を測定し、装置間で負荷データを交換するステップと、
自装置がネットワークへ中継する負荷が最も多い又は比較的多い場合、負荷が最小又は比較的小さい他装置を選択し、送信元アドレス毎のネットワークへ中継する負荷に基づき選択された送信元アドレスを前記端末アドレステーブルからはずすステップと、
前記端末アドレステーブルからはずした送信元アドレスを、選択された該他装置に通知するステップと、
通知を受けた前記他装置は、通知された送信元アドレスを自らの端末アドレステーブルに記録するステップと
を含む負荷分散方法。 - 他装置の障害を検出した場合、
自装置の負荷が最小又は比較的小さいかを判断するステップと、
自装置の負荷が最小又は比較的小さい場合、該他装置のエントリを引き継ぐステップと
をさらに含む請求項１に記載の負荷分散方法。 - ネットワークへ中継する負荷を測定する測定部と、
前記測定部により測定された負荷データを、他装置と相互に交換する統計処理部と、
前記統計処理部により他装置から受け取った負荷データ及び端末ごとのネットワークへ中継する負荷データを記録するデータ記録部と、
中継する送信元アドレスをエントリとして記録する端末アドレステーブルと、
前記データ記録部に記録された負荷データに基づき、自装置の負荷が最大又は比較的大きい場合、負荷の最小又は比較的小さい他装置に移すエントリを決定する条件設定部と、
前記条件設定部により決定されたエントリを、該エントリを移す他装置に通知して前記端末アドレステーブルから消去する端末アドレステーブル管理部と
を備えた負荷分散装置。
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