JP4252524B2

JP4252524B2 - 複数の論理通信路を用いたネットワークシステム

Info

Publication number: JP4252524B2
Application number: JP2004336186A
Authority: JP
Inventors: 存史松本; 弘高松岡; 智宏藤崎; 淳也加藤; 諭小野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006148566A

Description

本発明は、例えば比較的小規模なサイトが複数のＩＳＰ(Internet Service Provider)と契約することで上流ネットワークヘ到達するための複数経路を持ち、サイト内の各端末が各パケットの送信に用いる適切な上流経路と適切な始点アドレスを選択して通信を行うことで、より信頼性・安定性の高いネットワーク接続性を実現し、トラフィックの負荷分散をより安価に・簡便に実現するネットワークシステムに関する。

また複数ＩＳＰの利用時のみならず、ＶＰＮ(Virtual Private Network)などのトンネルを用いて論理的に複数の上流ネットワークへの接続性を持っている場合でも同様に本発明は利用可能である。

複数の上流ＩＳＰと接続された小規模なネットワーク（マルチホームネットワーク）では、端末はＩＳＰの数と同数以上のアドレスを所有する。始点アドレスはこれら複数のアドレスから選択されるが、従来この選択は使用者が特定の選択方針を指定しない限りは、１つのネットワークインターフェースに複数のアドレスが付与されている場合、その中で各通信毎に決まる終点アドレスと最長一致するアドレスが選択される。即ち始点アドレスの選択は出口ＩＳＰとは無関係に選択されるため、その結果出口となるＩＳＰと端末が選択する始点アドレスに不一致が生じる場合があり、その場合以下に記す問題が発生する。
１）ＩＳＰが自らがサイトに対して割当てたアドレスを始点アドレスとして持つ通信以外を受け付けない場合、他ＩＳＰの始点アドレスを持つ通信は外部に出て行く事ができない。
２）一方のＩＳＰが外部への到達性を持たない場合（以降、閉域ＩＳＰと呼ぶ）、閉域ＩＳＰの始点アドレスを持つ通信が他のＩＳＰを通して終点へ到達した後、終点から始点へ向けた戻りの通信に必要な経路情報が存在しないため、双方向の通信が確立できない。

以上の問題を解決するためには、始点アドレスに適した出口ＩＳＰを選択する方法、終点アドレスに応じて端末が始点アドレスを適正に選択する方法、及びその選択に必要な情報をＩＳＰから中継ノードを経て端末へと受け渡す方法が必要であった。特許文献１ではこれをグローバルレーティングテーブルに情報を記憶し、検索して適切な始点アドレスを計算する専用端末を設置することで解決する方法を提案しているが、導入が難しく小規模サイトには不向きであり、また実装も困難であった。

なお、非特許文献１にはインターネットプロトコルバージョン６のためのデフォルトアドレス選択技術（ＲＦＣ３４８４）が記載されており、また、非特許文献２にはルータが始点アドレスに基づいて経路を選択するソースベースルーティング技術が記載されている。

特許第３４６３６０７号公報 R. Draves、"Default Address Selection for Internet Protocol version 6(IPv6)"、ＲＦＣ３４８４、２００３年２月、[online]、［平成１６年１０月２５日検索］、インターネット＜http://www.ietf.org/rfc/rfc3484.txt＞ C. Huitema et al.、"Host-Centric IPv6 Multihoming"、２００４年２月１０日、[online]、［平成１６年１０月２５日検索］、インターネット＜http://www.potaroo.net/ietf/idref/draft-huitema-multi6-hosts/＞

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、通信毎に端末が終点アドレスに応じた始点アドレスを適正に選択する技術、パケット中継装置が適切な上流ネットワークにパケットを転送する技術、及びその選択に必要な情報をＩＳＰから中継ノード及び端末へ受け渡す技術を提供する事にある。

本発明は、サイトの出口ルータであるゲートウェイ機器と、前記ゲートウェイ機器と物理通信路を介して接続する端末と、を有するネットワークシステムであって、前記ゲートウェイ機器は、物理的または論理的リンクを用いて複数の上流ネットワークに接続する手段と、それぞれの上流ネットワークから伝達されたアドレスブロックに対応する該上流ネットワークとの通信路を特定する情報と前記端末との論理通信路を特定する情報の組を保持する手段と、パケットが送られてくる論理通信路と、前記上流ネットワークとの通信路を特定する情報と前記端末との論理通信路を特定する情報の組に基づいて、適切な上流ネットワークに該パケットを転送する手段と、を備え、上流ネットワークは、これが保持するアドレスブロック情報を前記ゲートウェイ機器装置に伝達する手段とを備え、前記端末は、前記アドレスブロックと該アドレスブロックに対応する前記論理通信路を特定する情報の組を保持する手段と、前記論理通信路を特定する情報に基づいて、前記ゲートウェイ機器との間に論理通信路を確立する手段と、パケットを送信する際に、送信先アドレスと、前記アドレスブロックと論理通信路を特定する情報の組に基づいて論理通信路を選択し、該論理通信路用の論理インターフェースに割り当てられたアドレスを送信元アドレスとして、該パケットを前記ゲートウェイ機器に送信する手段と、を備えることを特徴とする。また、前記ネットワークシステムにおいて、前記ゲートウェイ機器と前記端末の間の通信路において、論理通信路を確立するためのプロトコルを用いて複数の論理通信路を確立し、パケットに論理通信路識別のためのヘッダーを付けてゲートウェイ機器と端末の間でやりとりすることで、前記物理通信路を多重化し複数の論理通信路を確立・変更・消滅することを特徴とする。

本発明により、例えば比較的小規模なサイトが複数のＩＳＰと契約することで上流ネットワークへ到達するための複数経路を持ち、サイト内の各端末が各パケットの送信に用いる適切な上流経路と適切な始点アドレスを選択して通信を行うことで、より信頼性・安定性の高いネットワーク接続性を実現し、トラフィックの負荷分散をより安価に・簡便に実現することができる。

また複数ＩＳＰの利用時のみならず、ＶＰＮなどのトンネルを用いて論理的に複数の上流ネットワークへの接続性を持っている場合でも同様に本発明は利用可能である。

マルチホームネットワークにおける端末の始点アドレス選択の問題は、１つのネットワークインターフェースに対し、複数のアドレスを付与するということに起因していた。

そこで、端末において、１ネットワークインターフェースにつき１つのアドレスが付与されるように、１物理インターフェースに対して仮想的に複数の論理ネットワークインターフェースを構成する。この時、端末は複数の論理ネットワークインターフェースを持ち、複数の論理通信路（論理ネットワーク）に接続することになる。ここで形成される論理ネットワークは、ゲートウェイ機器と端末の間で実際にパケットを論理通信路ヘッダーを付与しカプセル化することで実現する方式である。

このようにして複数の論理ネットワークインターフェースを端末に設定し、それぞれのインターフェースにおいてアドレス割当てプロトコルなどを用いてアドレスを付与する。

ゲートウェイ機器から端末に対して、論理通信路を設定するための情報を送信し、これに基づいて端末は論理インターフェースを設定する。同時にゲートウェイ機器から端末に対して、各論理インターフェースから到達できるアドレスブロックを送信し、これを用いて終点アドレスに対して適切な出口インターフェースを決定でき、インターフェースが決まることで、始点アドレスを適切なものを一意に決定できる。

ゲートウェイ機器で行う処理としては、上流ＩＳＰからのアドレス情報・経路情報の収集、サイト内端末への経路情報の配布、サイト内の端末へのアドレスの付与、論理通信路に応じたパケットの上流ネットワークへの転送またはパケットの始点アドレスに応じた上流ネットワークへのパケット転送が挙げられる。

前述の通り、ゲートウェイ機器と端末の間で実際に複数の論理通信路を設定する場合は、ゲートウェイ機器は端末から送信されたパケットが通ってきた論理通信路に応じてそのパケットを転送する上流ＩＳＰを選択する。

ゲートウェイ機器と端末間の論理通信路の確立は手動設定または、専用プロトコルを用いた自動設定によって行う。専用プロトコルを用いる場合は、端末が繋いだリンクに対してブロードキャストを用いてゲートウェイ機器に論理通信路の確立を求めるパケットを送信し、論理通信路自動設定に対応したゲートウェイ機器はそれを受けて、論理通信路確立のために必要な情報を端末に与える。端末はその情報に基づいて１つまたは２個以上の論理インターフェースを設定する。

論理通信路確立プロトコルのパケットは論理インターフェースから入ってくることはなく、物理インターフェースから入って来たパケットは、論理通信路の識別子情報などのヘッダーを取り除き、論理インターフェースの入力パケットとして処理される。

サイト内にゲートウェイ機器以外にもルータが存在する場合、ルータはさらにその下流のリンクに対しても同様に論理通信路を用いた通信を提供することができる。

（実施例）
図１は本発明の実施例を示したものである。ゲートウェイ機器１０５は、ＩＳＰ１０１が属する上流ネットワークおよびＩＳＰ１０２が属する上流ネットワークと、ゲートウェイ機器１０５が属するネットワークを区切り、これらの間の中継を行うルータである。ゲートウェイ機器１０５はＩＳＰ１０１、ＩＳＰ１０２とはそれぞれプリフィックス情報伝達装置１０１１、プリフィックス情報伝達装置１０２１を介して接続している。すなわち、ゲートウェイ機器１０５はゲートウェイ機器１０５が属するサイトの出口ルータである。図１の実施例ではゲートウェイ機器１０５は２つの上流ネットワークに接続しているが、３以上の上流ネットワークに接続していてもよい。また、図１の実施例では１つの端末１０７しか図示されてないが、複数の端末が通信路１０２３に接続されていてもよい。通信路１０２３に１または複数のルータが存在していてもよい。

ゲートウェイ機器１０５は３つのネットワークインターフェース（ＩＦ１０８、ＩＦ１０９、ＩＦ１０１０）を持ち、それぞれＩＳＰ１０１、ＩＳＰ１０２、および端末１０７が存在するネットワーク（通信路１０２３）に接続されている。ＩＳＰ１０１はＩＰｖ６アドレス空間として２００１：ａａａａ：：／３２を持ち、同様にＩＳＰ１０２はアドレス空間２００１：ｂｂｂｂ：：／３２、２００１：ｃｃｃｃ：：／３２の２つを有している。それぞれのＩＳＰはゲートウェイ機器１０５に対して自身が保持する空間の中から、アドレスを割り当てる。

またＩＳＰの有するプリフィックス情報伝達装置はＩＳＰの有するアドレス空間をゲートウェイ機器に伝達する。本実施例においてＩＳＰ１０１のプリフィックス情報伝達装置１０１１は、アドレス空間２００１：ａａａａ：：／３２をゲートウェイ機器１０５に伝達し、同様にＩＳＰ１０２のプリフィックス情報伝達装置１０２１は、アドレス空間２００１：ｂｂｂｂ：：／３２、２００１：ｃｃｃｃ：：／３２をゲートウェイ機器１０５に伝達する。

なお、２００１：ａａａａ：：／３２のように連続したアドレスの集まりをアドレスブロックという。

ゲートウェイ機器１０５がそれぞれのＩＳＰに接続し通信路１０２１、通信路１０２２を確保したとき、ＩＳＰからＩＳＰの有するプリフィックス情報がゲートウェイ機器１０５に渡される。受け渡し手段としてＤＨＣＰ−ＰＤプロトコル(Dynamic Host Configuration Protocol - Prefix Delegation)やＰＰＰプロトコル(Point to Point Protocol)を用いることが可能である。なお、ＩＰｖ６ではアドレスはプリフィックスと呼ばれる部分とインターフェースＩＤと呼ばれる部分に分かれている。

ゲートウェイ機器１０５はＩＳＰから渡されたプリフィックス情報から、プリフィックスとそれに対応するインターフェースを記した表を構成する。このとき、ゲートウェイ機器１０５はひとつのプリフィックス（アドレスブロック）に対して一意な論理通信路番号を割り当てる。図２に示す表１はゲートウェイ機器１０５が構成する表の例であり、ＩＳＰから渡されたプリフィックスと、ＩＳＰとの通信路を特定するためのインターフェース名と、論理通信路番号の組が記述される表である。論理通信路番号は端末１０７とゲートウェイ機器１０５間の論理通信路を特定する情報である。表１の通信路を特定するためのインターフェース名の欄は一般的に上流ネットワークとの通信路を特定する情報の欄としてもよい。図２に示す表１の１行目は、ＩＳＰ１０１から渡されたプリフィックスが２００１：ａａａａ：：／３２であり、それに対応するインターフェース名がＩＦ１０８であり、論理通信路番号が２０８であることを表している。２行目、３行目はＩＳＰ１０２から渡された２つのプリフィックスとこれらに対応するインターフェース名と論理通信路番号である。ゲートウェイ機器１０５はこの表を内部の記憶装置に保持する。

図３はプリフィックス情報の授受までの動作の流れの例を示したものである。以下、図３の例に基づいて説明する。（１）ＩＳＰ１０１はゲートウェイ機器１０５のＩＦ１０８との間に通信路１０２１を確立する。（２）ＩＳＰ１０１のプリフィックス情報伝達装置１０１１がプリフィックス情報２００１：ａａａａ：：／３２をゲートウェイ機器１０５へ通知する。（３）ＩＳＰ１０２はゲートウェイ機器１０５のＩＦ１０９との間に通信路１０２２を確立する。（４）ＩＳＰ１０２のプリフィックス情報伝達装置１０２１がプリフィックス情報２００１：ｂｂｂｂ：：／３２と２００１：ｃｃｃｃ：：／３２をゲートウェイ機器１０５に通知する。（５）ゲートウェイ機器１０５は図２に示す表１を構成し、内部の記憶装置に保持する。本実施例で示した論理通信を実現するための手段としてＶＬＡＮ(Virtual LAN)やＬ２ＴＰ(Layer 2 Tunneling Protocol)などを用いることができる。

本実施例を具現化するための条件は、ひとつの物理的な通信路上に複数の論理通信を多重することができ、かつそれぞれの論理通信路が一意な番号を用いて識別することができることである。

図４にサイト出口にあるゲートウェイ機器１０５からサイト内の端末１０７に通信路の情報を伝達する様子を示す。図４の（６）に示すように、ゲートウェイ機器１０５は端末１０７に対して、物理通信路である通信路１０２３を介して図２に示す表１のプリフィックスと論理通信路番号の組を送信する。この情報の伝達にはルータ広告（ＲＡ）やＤＨＣＰ(Dynamic Host Configuration Protocol) などの通信手段を用いることが可能である。これを受信した端末１０７は図５に示す表２を内部の記憶装置に保持する。図５に示すように表２はプリフィックス（上流ネットワークから割り当てられたアドレスブロック）と論理通信路番号を組にした情報が記述される表である。

前述の情報を受信した端末１０７は１つのプリフィックスに対して、１つの論理通信路をゲートウェイ機器１０５との間に確立する。図６はゲートウェイ機器１０５と端末１０７の間に確立された論理通信路構成を示す図である。図６の例においては、端末１０７はゲートウェイ機器１０５の間に論理通信路２０８、２０９、２１０を確立する。確立が終了後、端末１０７は受信した３つのプリフィックス情報から３つのアドレス（２００１：ａａａａ：：１、２００１：ｂｂｂｂ：：１、２００１：ｃｃｃｃ：：１）を生成し、図６に示すようにそれぞれの論理通信路用通信インターフェース（論理インターフェース）ＩＦ３５０１、ＩＦ３５０２、ＩＦ３５０３に割り当てる。

端末１０７が、送信先アドレス２００１：ａａａａ：ｆｆｆｆ：：１（ＩＳＰ１０１、すなわち２００１：ａａａａ：：／３２に含まれる空間）へ向けてパケットを送信しようとした時、端末１０７が保持する表２（図５参照）の情報から論理通信路２０８の利用が選択される。このときパケットの送信元アドレス（始点アドレス）としてＩＦ３５０１に付与された２００１：ａａａａ：：１が選択される。同様に、端末１０７が、送信先アドレス２００１：ｂｂｂｂ：ｆｆｆｆ：：１（ＩＳＰ１０２、すなわち２００１：ｂｂｂｂ：：／３２に含まれる空間）へ向けてパケットを送信しようとした時は論理通信路２０９が選択され、この論理通信路２０９に向けて送信されたパケットは送信元アドレス（始点アドレス）として２００１：ｂｂｂｂ：：１が付与される。同様に端末１０７が、送信先アドレス２００１：ｃｃｃｃ：ｆｆｆｆ：：１（ＩＳＰ１０２、すなわち２００１：ｃｃｃｃ：：／３２に含まれる空間）へ向けてパケットを送信しようとした時は論理通信路２１０の利用が選択されこの論理通信路２１０に向けて送信されたパケットは送信元アドレスとして２００１：ｃｃｃｃ：：１が付与される。このように表２（図５参照）の情報と論理通信路を用いて、あて先に応じた適切な送信元アドレスの選択を行う。

次に端末１０７が論理通信路を通じて送信したパケットがゲートウェイ機器１０５に到着する。図７にゲートウェイ機器１０５におけるパケットの振り分けの様子を示す。ゲートウェイ機器１０５は表１（図２参照）の情報を保持しているため、論理通信路と物理ＩＦ（本実施例ではＩＦ１０８、ＩＦ１０９）の対応付けを行うことが出来る。論理通信路２０８から到着したパケットは、ＩＦ１０８へ向けて転送され、そのパケットは通信路１０２１を通じてＩＳＰ１０１が属する上流ネットワークに転送される。論理通信路２０９から到着したパケットは、ＩＦ１０９へ向けて転送され、そのパケットは通信路１０２２を通じてＩＳＰ１０２が属する上流ネットワークに転送される。同様に論理通信路２１０から到着したパケットは、ＩＦ１０９へ向けて転送され、そのパケットは通信路１０２２を通じてＩＳＰ１０２が属する上流ネットワークに転送される。

なお、ゲートウェイ機器１０５と端末１０７の間の論理通信路を用いたやりとりはパケットに論理通信路識別のためのヘッダーを付けて行う。

以上の方式によりＩＳＰ１０１、ＩＳＰ１０２のマルチホーム環境において、それぞれのＩＳＰからのプリフィックス情報の受信と、その対応関係を示す表（図２の表１）の作成を行い、その情報を端末へ通知しプリフィックスごとに論理通信路を確立することにより、最適なソースアドレスの選択と、複数ＩＳＰの効率的な使い分けを実現することが出来る。

以上のように、ゲートウェイ機器と端末間の通信路において、論理通信路を確立するためのプロトコルを用いて複数の論理通信路を確立し、パケットに論理通信路識別のためのヘッダーを付けてゲートウェイ機器と端末の間でやりとりすることで、物理通信路を多重化し複数の論理通信路を確立することができるが、同様にして、論理通信路を変更あるいは消滅することもできる。

また複数ＩＳＰの利用時のみならず、ＶＰＮなどのトンネルを用いて論理的に複数の上流ネットワークへの接続性を持っている場合でも同様である。

以上の実施例のゲートウェイ機器１０５、端末１０７、およびＩＳＰ１０１、１０２のプリフィックス情報伝達装置１０１１、１０２１はそれぞれの動作を行うための手段を有しており、そのような手段は記憶装置に記録されたプログラムをＣＰＵが実行することによって実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明が適用されるネットワークシステムの基本構成例を示す構成図である。ゲートウェイ機器が保持するプリフィックス情報、インターフェース名、論理通信路番号を示す表（表１）である。上流ＩＳＰからサイトへのプリフィックス情報の受け渡しの様子を示す図である。サイト出口にあるゲートウェイ機器からサイト内の端末に通信路の情報を伝達する様子を示す図である。端末が保持するプリフィックス情報、論理通信路番号を示す表（表２）である。ゲートウェイ機器と端末の間に確立された論理通信路構成を示す図である。ゲートウェイ機器におけるパケットの振り分けの様子を示す図である。

符号の説明

１０１、１０２…ＩＳＰ、１０２１、１０２２、１０２３…通信路、１０５ゲートウェイ機器、１０７…端末、１０８、１０９、１０１０…ネットワークインターフェース（ＩＦ）、２０８、２０９、２１０…論理通信路

Claims

サイトの出口ルータであるゲートウェイ機器と、前記ゲートウェイ機器と物理通信路を介して接続する端末と、を有するネットワークシステムであって、
前記ゲートウェイ機器は、
物理的または論理的リンクを用いて複数の上流ネットワークに接続する手段と、
それぞれの上流ネットワークから伝達されたアドレスブロックに対応する該上流ネットワークとの通信路を特定する情報と前記端末との論理通信路を特定する情報の組を保持する手段と、
パケットが送られてくる論理通信路と、前記上流ネットワークとの通信路を特定する情報と前記端末との論理通信路を特定する情報の組に基づいて、適切な上流ネットワークに該パケットを転送する手段と、
を備え、
上流ネットワークは、これが保持するアドレスブロック情報を前記ゲートウェイ機器装置に伝達する手段を備え、
前記端末は、
前記アドレスブロックと該アドレスブロックに対応する前記論理通信路を特定する情報の組を保持する手段と、
前記論理通信路を特定する情報に基づいて、前記ゲートウェイ機器との間に論理通信路を確立する手段と、
パケットを送信する際に、送信先アドレスと、前記アドレスブロックと論理通信路を特定する情報の組に基づいて論理通信路を選択し、該論理通信路用の論理インターフェースに割り当てられたアドレスを送信元アドレスとして、該パケットを前記ゲートウェイ機器に送信する手段と、
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、
前記ゲートウェイ機器と前記端末の間の通信路において、論理通信路を確立するためのプロトコルを用いて複数の論理通信路を確立し、パケットに論理通信路識別のためのヘッダーを付けてゲートウェイ機器と端末の間でやりとりすることで、前記物理通信路を多重化し複数の論理通信路を確立・変更・消滅することを特徴とするネットワークシステム。