JP4258016B2 - ネットワーク構成制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワーク構成制御システムに係り、特に、ネットワークを冗長化し情報処理装置のアドレスを仮想化する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ネットワークのデータリンク層には、イーサネットが使用され、その上位プロトコルであるネットワーク層には、インターネットプロトコルＩＰ(Internet Protocol)が用いられ、さらに上位のプロトコルであるトランスポート層には、ＴＣＰ(Transmission Control Protocol)またはＵＤＰ(User Datagram Protocol)が多く使用されている。
【０００３】
一般に、これらプロトコルは、ネットワーク層とトランスポート層とを連結した名称としてＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰとよばれている。
【０００４】
ＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰを使用するネットワークでは、ネットワーク上の情報処理装置(ホストコンピュータや制御装置など)をＩＰアドレスとよばれる識別情報を用いて特定する。ＩＰアドレスは、ネットワークが違えば、同じホストであっても別なＩＰアドレスとなる。
【０００５】
ネットワーク上の２つのホスト間でネットワークを介して通信する場合、アプリケーションプログラムの通信属性として、ＩＰアドレスを指定し、通信相手を特定している。
【０００６】
従来の情報制御システムの分野では、信頼性や性能の面から、制御システム向けに特化したネットワークを使用しいた。
【０００７】
最近では、この情報制御システムの分野でも、物理媒体としてイーサネットを使用し、プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰを使用することが多くなっている。
【０００８】
標準化されたプロトコルであるＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰのプロトコルを採用することは、ネットワークを利用する市販アプリケーションを動作させる上でも有効である。
【０００９】
しかし、情報制御システムのように信頼性が求められる利用分野では、ネットワークの故障や障害を原因とするシステム停止を避ける必要がある。
【００１０】
物理媒体であるイーサネット自体も、ネットワークインタフェースである通常のハードウェアも、二重化機能を備えていない。
【００１１】
また、その上位プロトコルであるＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰも、二重化構成をサポートしていない。
【００１２】
ネットワークの信頼性を高めるには、ＰＣやサーバなどのコンピュータにネットワークインタフェースを２つ装備しネットワークを二重化したシステム構成にすることが必要となっている。
【００１３】
上記のように、ネットワーク構成を二重化した場合、ネットワークが２つ存在することになり、ＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰでの通信相手の識別に使用するＩＰアドレスが同一のホストに対して２つ付与されることとなる。
２つのネットワークを切り替えて使用するには、アプリケーションプログラムがそれぞれのネットワーク状態(正常か異常か)を把握し、正常なネットワーク上の通信相手となるホストのＩＰアドレスを使用して通信する必要がある。
【００１４】
しかし、アプリケーションプログラムでネットワークの状態を自ら管理し、正常な方のネットワークのＩＰアドレスを指定して通信することは、プログラム作成の負担となる。
【００１５】
また、既存アプリケーションプログラムや市販アプリケーションプログラムなどの二重化構成に対応していないソフトウェアは、利用できないことになる。
【００１６】
そこで、ＩＰアドレスを１つにするために、イーサネットなどの物理層は、二重化構成であっても、二重化構成を隠蔽し、論理的には１つのネットワークとして利用できるようにする技術が開発されている。
【００１７】
例えば、イーサネットなどの物理層，データリンク層に相当するネットワークインタフェース，オペレーティングシステム上の機能であるドライバソフトウェア，オペレーティングシステムのいずれかに、２つあるネットワークインタフェースを論理的に１つに見せるような仕組みを実装する技術が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【００１８】
昨今の情報制御システムにおいては、製造コストを抑えるために、パーソナルコンピュータなどの市販されている一般的なハードウェアを使用するケースが増えている。また、ネットワークインタフェースハードウェアやオペレーティングシステムが頻繁にバージョンアップされるため、特別なハードウェアやオペレーティングシステムに依存せずに、二重化構成を隠蔽し、論理的には１つのネットワークとして利用できるようにする技術が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１０−２９０２４２号公報
(明細書第４，５頁、図１〜図４)
【特許文献２】
特開２００２−１５８７３８号公報
(明細書第４〜６頁、図１〜図４)
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１によれば、オペレーティングシステムの基本的な機能であるＡＲＰに実装すると、アプリケーションプログラムに全く影響を与えずに、二重化ネットワークを構成できる。
【００２１】
しかし、この技術では、市販の一般的なオペレーティングシステムやハードウェアの構成では、実現が困難である。
【００２２】
特許文献２によれば、二重化されたネットワークの構成制御は、一応可能である。この手段をハードウェアとして実装する場合、アプリケーションプログラムには影響しない。
【００２３】
しかし、ソフトウェアとして実装する場合、アプリケーションプログラムは、現在利用できるネットワークを意識する処理が必要となる。
【００２４】
さらに、システムの高信頼化という観点では、主にサーバ機能を有するホストを二重化した場合のＩＰアドレスを共有する課題がある。本来、ＩＰアドレスは、二重化したホストのそれぞれにＩＰアドレスが割り当てられている。
【００２５】
しかし、二重化したホストは、一般的にクラスタシステムとよばれ、実際のホストは２台であっても、論理的には１台に見えることが要件となる。これについては、クラスタシステムをサポートする多くのソフトウェアにおいて、ＩＰアドレスを仮想化する機能を実現されている。
【００２６】
ところが、クライアントからの経路の健全性検証も含めて、仮想ＩＰアドレス機能を実現するものは、見当たらない。
【００２７】
本発明の目的は、特別なハードウェアやオペレーティングシステム用のドライバソフトウェアを必要とせずに、二重化構成を隠蔽し論理的には１つのネットワークとして利用できるようにするネットワーク構成制御システムを提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多重化されたネットワークにそれぞれ対応する複数のネットワークインターフェースを有する複数の情報処理装置が、それぞれ多重化されたネットワークに対して複数のネットワークインターフェースを介して接続された情報制御システムの通信経路を確立するネットワーク構成制御システムに関するものである。上記目的を達成するために、各情報処理装置には、仮想ネットワークインターフェースに割り当てられた１の仮想ＩＰアドレスが設定されている。また、各情報処理装置は、他の情報処理装置の仮想ＩＰアドレスと、この他の情報処理装置の仮想ＩＰアドレスに対応し、他の情報制御装置の各ネットワークインターフェースに割り当てられたＩＰアドレスのうちいずれを経由して他の情報制御装置に通信するかを表す１の経由ＩＰアドレスとを含む経路情報テーブルを有している。各情報処理装置は、自らの仮想ＩＰアドレス及び自らの各ネットワークインターフェースのＩＰアドレスを含むアドレス情報を、多重化されたネットワークのそれぞれを介して周期的に同報通信により他の情報処理装置に送信する。一方、他の情報処理装置は、受信したアドレス情報の仮想ＩＰアドレスに対応するアドレス情報管理テーブルに受信した各ネットワークインターフェースのＩＰアドレスを格納するとともに、アドレス情報がいずれのネットワークから受信されたかに応じて各ネットワークインターフェースに対応するネットワーク生存カウンタをリセットする。そして、このアドレス情報管理テーブルに基づいて経路情報テーブルの経由ＩＰアドレスを設定する。
【００２９】
より具体的には、他の情報処理装置は、周期的にアドレス情報管理テーブルのネットワーク生存カウンタを参照して、健全なネットワーク生存カウンタに対応するネットワークインターフェースのＩＰアドレスを経路情報テーブルの経由ＩＰアドレスに設定する。
【００３０】
また、各情報処理装置を、自らの不具合に応じてアドレス情報の送出を停止する手段を備えて構成することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図９を参照して、本発明によるネットワーク構成制御システムの実施形態を説明する。
【００３６】
図１は、本発明によるネットワーク構成制御システムの実施形態の構成を示すブロック図である。
【００３７】
本実施形態のネットワーク構成制御システムにおいては、ホスト３Ａ〜３Ｅが、二重化されたネットワーク１，２を介して接続されている。
【００３８】
ホスト３Ａ〜３Ｅの通信アプリケーション１２は、オペレーティングシステム１１がサポートしているＴＣＰ・ＵＤＰ８のプロトコルを使用し通信している。ＴＣＰ・ＵＤＰ８の下位層としては、ＩＰ(Internet Protocol)７があり、実際は、ハードウェア１０として実装されるネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂを介して通信している。
【００３９】
ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂを動作させるために、オペレーティングシステム１１の拡張機能として、通常、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂの開発元から提供されるドライバソフトウェア５Ａ，５Ｂが必要である。
【００４０】
本発明では、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂおよびドライバソフトウェア５Ａ，５Ｂのいずれにも、一般に販売されているものを使用している。
【００４１】
また、オペレーティングシステム１１としては、マイクロソフト社のWindows 2000／Windows XP／Windows NT Ver.4.0やLinuxなど、同報通信機能としてＩＰマルチキャスト通信かブロードキャスト通信機能をサポートし、仮想ネットワークインタフェース６を有するものであれば、本発明を適用できる。
【００４２】
仮想ネットワークインタフェース６は、Windowsオペレーティングシステムであれば、Loopbackとよばれるインタフェースを使用し、Linuxオペレーティングシステムであれば、ダミーとよばれるインタフェースを使用する。
【００４３】
なお、その他の多くのオペレーティングシステムにおいては、ループバックインタフェースが実装されているので、これを仮想ネットワークインタフェース６として使用できる。
【００４４】
以上の構成に、ネットワーク構成制御部１３として、アドレス情報送信手段１４と、アドレス情報受信手段１５と、経路監視切替手段１６と、アドレス情報テーブル１７とを備えると、二重化ネットワークを意識しない通信が可能となる。
【００４５】
図２は、ホスト３Ａとホスト３Ｂとが二重化されたネットワーク１，２を介して通信する場合の系統構成を示すブロック図である。
【００４６】
ＴＣＰ，ＵＤＰなどのＩＰプロトコル７を使って通信するアプリケーション１２が、ホスト３Ａとホスト３Ｂのそれぞれに配置されて通信する場合は、ホスト３Ａ，３Ｂそれぞれにおいて、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂのそれぞれに、ＩＰアドレス２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂを割り当てなければならない。
【００４７】
この状態で、ホスト３Ａのアプリケーション１２がホスト３Ｂ上のアプリケーション１２と通信する場合、ホスト３Ａのアプリケーション１２がホスト３Ｂ上のＩＰアドレス２１Ｂ，２２Ｂのいずれかを通信属性として指定し、通信することになる。
【００４８】
しかし、それでは、アプリケーション１２自体が経路の状態を管理し、状態に応じて経路を切り替える必要があるため、負担が大きい。
【００４９】
そこで、本発明においては、オペレーティングシステム１１が有している仮想ネットワークインタフェース６に割り当てられたＩＰアドレス２０Ａ，２０Ｂを使用し、ＩＰアドレスを論理的に１つに見せかける。
【００５０】
このとき、仮想ネットワークインタフェースは、ネットワーク１，２に接続されていないので、実際に通信するには、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂのいずれかを経由して通信することを経路情報テーブル９に設定する。
【００５１】
例えば、宛先アドレスＢへの経由アドレスが、ホスト３Ａの経路情報テーブル９にアドレスＢ１と設定情報として設定されている場合、ホスト３Ａのアプリケーション１２がアドレスＢと通信すると、ホスト３Ａは、ネットワーク１を介してホスト３Ｂにパケットを送る。
【００５２】
したがって、この経路テーブルを動的にかつ適切に設定すると、ＩＰアドレスを１つに見せながら、二重化ネットワークの構成を制御できる。
【００５３】
図３は、本発明によるネットワーク構成制御部１３の内部構成を示すブロック図である。
【００５４】
ネットワーク構成制御部１３は、アドレス情報送信手段１４と、アドレス情報受信手段１５と、経路監視切替手段１６と、アドレス情報テーブル１７とからなる。
【００５５】
アドレス情報送信手段１４は、仮想インタフェースのＩＰアドレス情報をネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂを介して、他の全てのホストに同報通信する。同報通信を使用するのは、ホストが比較的多数あっても一回の送信で全てのホストに情報を送達するためである。
【００５６】
アドレス情報受信手段１５は、他のホストから送られてくるアドレス情報を受信し、アドレス情報テーブル１７に設定する。
【００５７】
経路監視切替手段１６は、アドレス情報テーブル１７の状態を監視し、経路の異常が検出された場合、正常な経路に切り替わるように、経路情報テーブル９に経路の情報を設定する。
【００５８】
図４は、本発明のネットワーク構成制御システムによるネットワークの論理的な接続構成を示すブロック図である。
【００５９】
ホスト３Ａ上のアプリケーション１２がホスト３Ｂ上のアプリケーション１２と通信する場合、ホスト３Ａとホスト３Ｂとが、あたかもルータ４１Ａ，４２Ａ，４１Ｂ，４２Ｂにより接続されているような論理的接続を実現する。
【００６０】
各ホスト３Ａ，３Ｂは、経路情報テーブル９Ａ，９Ｂに適切な経路を設定し、二重化された経路を制御する。
【００６１】
図５は、アドレス情報送信手段１４におけるアドレス情報送信手順を示すフローチャートである。
【００６２】
図６は、アドレス情報送信手段１４とアドレス情報受信手段１５との間でやりとりされるアドレス情報の電文形式の一例を示す図である。
【００６３】
アドレス情報送信手順は、周期的に実行される(５０)。周期は、ユーザがパラメータとして設定する。その値は、通常数秒である。この周期が短ければ、通信量は増加するけれども、短時間で異常を検出できる。
【００６４】
まず、予め設定された自ホストの状態情報(現用系か待機系か)を取得する(５５)。
【００６５】
もし、自ホストが待機系である場合、何もせずに終了する(５６)。自ホストが待機系か否かは、ユーザのプログラムなどにより予めテーブルなどに設定してあり、アドレス情報送信手段１４がその内容を読む。
【００６６】
自ホストの状態が現用系であった場合、ホストの仮想インタフェースに割り当てられた仮想アドレスとそのサブネットマスクとを取得し、図６のアドレス情報電文に設定する(５１)。
【００６７】
次に、ネットワーク１，ネットワーク２それぞれに接続されたネットワークインタフェースのアドレスを取得し、図６のアドレス情報電文に設定する(５２)。
【００６８】
手順５１，５２で設定したアドレス情報電文をネットワーク１とネットワーク２とにそれぞれマルチキャスト送信する(５３)(５４)。
【００６９】
なお、アドレス情報電文の通信は、マルチキャスト通信だけでなく、ブロードキャスト通信による同報通信でも可能である。
【００７０】
図７は、アドレス情報受信手段１５におけるアドレス情報受信手順を示すフローチャートである。
【００７１】
図８は、アドレス情報管理テーブル１７の内容を示す図である。
【００７２】
まず、アドレス情報受信手段１５では、アドレス情報電文を受信するために、ネットワーク１とネットワーク２に接続されたネットワークインタフェースからマルチキャスト受信を開始する(６１)。
【００７３】
ネットワークからの電文受信を待ち(６２)、電文が受信された場合、送信元アドレスと受信されたアドレス情報電文に格納された仮想アドレス，サブネットマスク，ネットワーク１のインタフェースアドレス，ネットワーク２のインタフェースアドレスを取得する(６３)。
【００７４】
送信元アドレスのアドレスにより、いずれのネットワークから受信されたかを特定する。
【００７５】
次に、仮想アドレスをキーにして、図８のアドレス情報管理テーブルを検索し(６４)、もしテーブルに該当のエントリが無ければ(６５)、新規エントリを追加し、仮想アドレス、サブネットマスクを設定し(６６)、ネットワーク１のゲートウェイアドレスおよびネットワーク２のゲートウェイアドレスにネットワーク１のインタフェースアドレスとネットワーク２のインタフェースアドレスを格納する(６７)。
【００７６】
当該エントリの送信元のインタフェースに該当するゲートウェイアドレスのネットワークの生存カウンタをリセットする(６８)。
【００７７】
なお、リセットする値は、ユーザ設定により任意に変更できる。また、本発明で、生存カウンタとは、その経路が生きているか否かすなわち有効なネットワーク経路として機能しているか否かを判断するためのカウンタを意味する。
【００７８】
図９は、経路監視切替手段１６における経路監視切り替え手順を示すフローチャートである。
【００７９】
本手順は、周期的に起動される(７０)。起動周期は、ユーザ設定項目であり、アドレス情報受信手段の手順６８でリセットされる生存カウンタとの関係で決める必要がある。
【００８０】
もし、生存カウンタのリセットした値が３であり、本手順が１秒周期である場合、経路の異常検出には、３秒かかる。
【００８１】
この周期が短すぎるかリセットの値が小さいと、障害として誤検知する可能性が高まる。逆に、この周期が長すぎるかリセットの値が大きい場合、障害を検出するのに時間がかかる。
【００８２】
周期起動された時に、まず、アドレス情報管理テーブルの生存カウンタの値をいずれのネットワークについても１つ減らす(７１)。
【００８３】
減らした結果、ネットワーク１とネットワーク２との生存カウンタがともに０以下となった場合(７２)、当該仮想アドレスのいずれの経路も障害状態にあるため、経路情報テーブルから当該仮想アドレスへの経路情報を削除する(７３)。
【００８４】
もし、ネットワーク１の生存カウンタが０より大きい値である場合(７４)、ネットワーク１が健全であると判断できるので、経路情報テーブルに当該仮想アドレスへの経由アドレスとしてネットワーク１のゲートウェイアドレスを設定する(７５)。
【００８５】
もし、ネットワーク１の生存カウンタが０より大きい値でない場合(７４)、ネットワーク２の生存カウンタが０より大きい値であり、ネットワーク２が健全であると判断できるので、経路情報テーブルに当該仮想アドレスへの経由アドレスとしてネットワーク２のゲートウェイアドレスを設定する(７６)。
【００８６】
なお、経路情報テーブルの設定，削除には、オペレーティングシステム１１に提供されている route コマンドを使用する。
【００８７】
なお、各情報処理装置は、自らの不具合に応じてアドレス情報の送出を停止する手段を備えることもできる。その場合、各情報処理装置は、アドレス情報の欠損により、通信経路の障害のみならず、他の情報処理装置の障害を検出し、正常な通信経路に切り替える経路監視切替手段を備えることになる。
【００８８】
以上の実施形態は、ネットワークがネットワーク１，２により多重化された例であったが、本発明は、アドレス情報管理テーブルで各経路を区別できればよいので、ネットワークが多重化された場合のみならず、例えば、図１において、ネットワークは単一とし、ホスト３Ｂと３Ｃとを対とし、また、３Ｄと３Ｅとを対とし、ホスト側を多重化した実施形態や、ネットワークもホストも多重化した実施形態にも適用できることは、明らかであろう。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、冗長化構成をサポートするためのネットワークインタフェースやオペレーティングシステムのドライバソフトウェアなどの特殊なハードウェアやソフトウェアを必要とせずに、また、アプリケーションの通信インタフェースやＩＰアドレスなどの通信属性を変更することなく、高信頼ネットワークシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるネットワーク構成制御システムの実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ホスト３Ａとホスト３Ｂとが二重化されたネットワーク１，２を介して通信する場合の系統構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるネットワーク構成制御部１３の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明のネットワーク構成制御システムによるネットワークの論理的な接続構成を示すブロック図である。
【図５】アドレス情報送信手段１４におけるアドレス情報送信手順を示すフローチャートである。
【図６】アドレス情報送信手段１４とアドレス情報受信手段１５との間でやりとりされるアドレス情報の電文形式の一例を示す図である。
【図７】アドレス情報受信手段１５におけるアドレス情報受信手順を示すフローチャートである。
【図８】アドレス情報管理テーブル１７の内容を示す図である。
【図９】経路監視切替手段１６における経路監視切り替え手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ネットワーク
２ ネットワーク
３ ホスト
４ ネットワークインタフェース
５ ドライバソフトウェア
６ 仮想ネットワークインタフェース
７ ＩＰ(Internet Protocol)
８ ＴＣＰ(Transmission Control Protocol)
またはＵＤＰ(User Datagram Protocol)
９ 経路情報テーブル
１０ ハードウェア
１１ オペレーティングシステムＯＳ
１２ アプリケーションプログラム
１３ ネットワーク構成制御部
１４ アドレス情報送信手段
１５ アドレス情報受信手段
１６ 経路監視切替手段
１７ アドレス情報管理テーブル
２０ 仮想ネットワークインタフェースのＩＰアドレス
２１ 仮想ネットワークインタフェースのＩＰアドレス
２２ ネットワークインタフェースのＩＰアドレス
４０ 仮想ホスト
４１ 仮想ルータ
４２ 仮想ルータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワーク構成制御システムに係り、特に、ネットワークを冗長化し情報処理装置のアドレスを仮想化する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ネットワークのデータリンク層には、イーサネットが使用され、その上位プロトコルであるネットワーク層には、インターネットプロトコルＩＰ(Internet Protocol)が用いられ、さらに上位のプロトコルであるトランスポート層には、ＴＣＰ(Transmission Control Protocol)またはＵＤＰ(User Datagram Protocol)が多く使用されている。
【０００３】
一般に、これらプロトコルは、ネットワーク層とトランスポート層とを連結した名称としてＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰとよばれている。
【０００４】
ＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰを使用するネットワークでは、ネットワーク上の情報処理装置(ホストコンピュータや制御装置など)をＩＰアドレスとよばれる識別情報を用いて特定する。ＩＰアドレスは、ネットワークが違えば、同じホストであっても別なＩＰアドレスとなる。
【０００５】
ネットワーク上の２つのホスト間でネットワークを介して通信する場合、アプリケーションプログラムの通信属性として、ＩＰアドレスを指定し、通信相手を特定している。
【０００６】
従来の情報制御システムの分野では、信頼性や性能の面から、制御システム向けに特化したネットワークを使用しいた。
【０００７】
最近では、この情報制御システムの分野でも、物理媒体としてイーサネットを使用し、プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰを使用することが多くなっている。
【０００８】
標準化されたプロトコルであるＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰのプロトコルを採用することは、ネットワークを利用する市販アプリケーションを動作させる上でも有効である。
【０００９】
しかし、情報制御システムのように信頼性が求められる利用分野では、ネットワークの故障や障害を原因とするシステム停止を避ける必要がある。
【００１０】
物理媒体であるイーサネット自体も、ネットワークインタフェースである通常のハードウェアも、二重化機能を備えていない。
【００１１】
また、その上位プロトコルであるＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰも、二重化構成をサポートしていない。
【００１２】
ネットワークの信頼性を高めるには、ＰＣやサーバなどのコンピュータにネットワークインタフェースを２つ装備しネットワークを二重化したシステム構成にすることが必要となっている。
【００１３】
上記のように、ネットワーク構成を二重化した場合、ネットワークが２つ存在することになり、ＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ／ＩＰでの通信相手の識別に使用するＩＰアドレスが同一のホストに対して２つ付与されることとなる。
２つのネットワークを切り替えて使用するには、アプリケーションプログラムがそれぞれのネットワーク状態(正常か異常か)を把握し、正常なネットワーク上の通信相手となるホストのＩＰアドレスを使用して通信する必要がある。
【００１４】
しかし、アプリケーションプログラムでネットワークの状態を自ら管理し、正常な方のネットワークのＩＰアドレスを指定して通信することは、プログラム作成の負担となる。
【００１５】
また、既存アプリケーションプログラムや市販アプリケーションプログラムなどの二重化構成に対応していないソフトウェアは、利用できないことになる。
【００１６】
そこで、ＩＰアドレスを１つにするために、イーサネットなどの物理層は、二重化構成であっても、二重化構成を隠蔽し、論理的には１つのネットワークとして利用できるようにする技術が開発されている。
【００１７】
例えば、イーサネットなどの物理層，データリンク層に相当するネットワークインタフェース，オペレーティングシステム上の機能であるドライバソフトウェア，オペレーティングシステムのいずれかに、２つあるネットワークインタフェースを論理的に１つに見せるような仕組みを実装する技術が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【００１８】
昨今の情報制御システムにおいては、製造コストを抑えるために、パーソナルコンピュータなどの市販されている一般的なハードウェアを使用するケースが増えている。また、ネットワークインタフェースハードウェアやオペレーティングシステムが頻繁にバージョンアップされるため、特別なハードウェアやオペレーティングシステムに依存せずに、二重化構成を隠蔽し、論理的には１つのネットワークとして利用できるようにする技術が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１０−２９０２４２号公報
(明細書第４，５頁、図１〜図４)
【特許文献２】
特開２００２−１５８７３８号公報
(明細書第４〜６頁、図１〜図４)
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１によれば、オペレーティングシステムの基本的な機能であるＡＲＰに実装すると、アプリケーションプログラムに全く影響を与えずに、二重化ネットワークを構成できる。
【００２１】
しかし、この技術では、市販の一般的なオペレーティングシステムやハードウェアの構成では、実現が困難である。
【００２２】
特許文献２によれば、二重化されたネットワークの構成制御は、一応可能である。この手段をハードウェアとして実装する場合、アプリケーションプログラムには影響しない。
【００２３】
しかし、ソフトウェアとして実装する場合、アプリケーションプログラムは、現在利用できるネットワークを意識する処理が必要となる。
【００２４】
さらに、システムの高信頼化という観点では、主にサーバ機能を有するホストを二重化した場合のＩＰアドレスを共有する課題がある。本来、ＩＰアドレスは、二重化したホストのそれぞれにＩＰアドレスが割り当てられている。
【００２５】
しかし、二重化したホストは、一般的にクラスタシステムとよばれ、実際のホストは２台であっても、論理的には１台に見えることが要件となる。これについては、クラスタシステムをサポートする多くのソフトウェアにおいて、ＩＰアドレスを仮想化する機能を実現されている。
【００２６】
ところが、クライアントからの経路の健全性検証も含めて、仮想ＩＰアドレス機能を実現するものは、見当たらない。
【００２７】
本発明の目的は、特別なハードウェアやオペレーティングシステム用のドライバソフトウェアを必要とせずに、二重化構成を隠蔽し論理的には１つのネットワークとして利用できるようにするネットワーク構成制御システムを提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多重化されたネットワークにそれぞれ対応する複数のネットワークインターフェースを有する複数の情報処理装置が、それぞれ多重化されたネットワークに対して複数のネットワークインターフェースを介して接続された情報制御システムの通信経路を確立するネットワーク構成制御システムに関するものである。上記目的を達成するために、各情報処理装置には、仮想ネットワークインターフェースに割り当てられた１の仮想ＩＰアドレスが設定されている。また、各情報処理装置は、他の情報処理装置の仮想ＩＰアドレスと、この他の情報処理装置の仮想ＩＰアドレスに対応し、他の情報制御装置の各ネットワークインターフェースに割り当てられたＩＰアドレスのうちいずれを経由して他の情報制御装置に通信するかを表す１の経由ＩＰアドレスとを含む経路情報テーブルを有している。各情報処理装置は、自らの仮想ＩＰアドレス及び自らの各ネットワークインターフェースのＩＰアドレスを含むアドレス情報を、多重化されたネットワークのそれぞれを介して周期的に同報通信により他の情報処理装置に送信する。一方、他の情報処理装置は、受信したアドレス情報の仮想ＩＰアドレスに対応するアドレス情報管理テーブルに受信した各ネットワークインターフェースのＩＰアドレスを格納するとともに、アドレス情報がいずれのネットワークから受信されたかに応じて各ネットワークインターフェースに対応するネットワーク生存カウンタをリセットする。そして、このアドレス情報管理テーブルに基づいて経路情報テーブルの経由ＩＰアドレスを設定する。
【００２９】
より具体的には、他の情報処理装置は、周期的にアドレス情報管理テーブルのネットワーク生存カウンタを参照して、健全なネットワーク生存カウンタに対応するネットワークインターフェースのＩＰアドレスを経路情報テーブルの経由ＩＰアドレスに設定する。
【００３０】
また、各情報処理装置を、自らの不具合に応じてアドレス情報の送出を停止する手段を備えて構成することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図９を参照して、本発明によるネットワーク構成制御システムの実施形態を説明する。
【００３６】
図１は、本発明によるネットワーク構成制御システムの実施形態の構成を示すブロック図である。
【００３７】
本実施形態のネットワーク構成制御システムにおいては、ホスト３Ａ〜３Ｅが、二重化されたネットワーク１，２を介して接続されている。
【００３８】
ホスト３Ａ〜３Ｅの通信アプリケーション１２は、オペレーティングシステム１１がサポートしているＴＣＰ・ＵＤＰ８のプロトコルを使用し通信している。ＴＣＰ・ＵＤＰ８の下位層としては、ＩＰ(Internet Protocol)７があり、実際は、ハードウェア１０として実装されるネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂを介して通信している。
【００３９】
ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂを動作させるために、オペレーティングシステム１１の拡張機能として、通常、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂの開発元から提供されるドライバソフトウェア５Ａ，５Ｂが必要である。
【００４０】
本発明では、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂおよびドライバソフトウェア５Ａ，５Ｂのいずれにも、一般に販売されているものを使用している。
【００４１】
また、オペレーティングシステム１１としては、マイクロソフト社のWindows 2000／Windows XP／Windows NT Ver.4.0やLinuxなど、同報通信機能としてＩＰマルチキャスト通信かブロードキャスト通信機能をサポートし、仮想ネットワークインタフェース６を有するものであれば、本発明を適用できる。
【００４２】
仮想ネットワークインタフェース６は、Windowsオペレーティングシステムであれば、Loopbackとよばれるインタフェースを使用し、Linuxオペレーティングシステムであれば、ダミーとよばれるインタフェースを使用する。
【００４３】
なお、その他の多くのオペレーティングシステムにおいては、ループバックインタフェースが実装されているので、これを仮想ネットワークインタフェース６として使用できる。
【００４４】
以上の構成に、ネットワーク構成制御部１３として、アドレス情報送信手段１４と、アドレス情報受信手段１５と、経路監視切替手段１６と、アドレス情報テーブル１７とを備えると、二重化ネットワークを意識しない通信が可能となる。
【００４５】
図２は、ホスト３Ａとホスト３Ｂとが二重化されたネットワーク１，２を介して通信する場合の系統構成を示すブロック図である。
【００４６】
ＴＣＰ，ＵＤＰなどのＩＰプロトコル７を使って通信するアプリケーション１２が、ホスト３Ａとホスト３Ｂのそれぞれに配置されて通信する場合は、ホスト３Ａ，３Ｂそれぞれにおいて、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂのそれぞれに、ＩＰアドレス２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂを割り当てなければならない。
【００４７】
この状態で、ホスト３Ａのアプリケーション１２がホスト３Ｂ上のアプリケーション１２と通信する場合、ホスト３Ａのアプリケーション１２がホスト３Ｂ上のＩＰアドレス２１Ｂ，２２Ｂのいずれかを通信属性として指定し、通信することになる。
【００４８】
しかし、それでは、アプリケーション１２自体が経路の状態を管理し、状態に応じて経路を切り替える必要があるため、負担が大きい。
【００４９】
そこで、本発明においては、オペレーティングシステム１１が有している仮想ネットワークインタフェース６に割り当てられたＩＰアドレス２０Ａ，２０Ｂを使用し、ＩＰアドレスを論理的に１つに見せかける。
【００５０】
このとき、仮想ネットワークインタフェースは、ネットワーク１，２に接続されていないので、実際に通信するには、ネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂのいずれかを経由して通信することを経路情報テーブル９に設定する。
【００５１】
例えば、宛先アドレスＢへの経由アドレスが、ホスト３Ａの経路情報テーブル９にアドレスＢ１と設定情報として設定されている場合、ホスト３Ａのアプリケーション１２がアドレスＢと通信すると、ホスト３Ａは、ネットワーク１を介してホスト３Ｂにパケットを送る。
【００５２】
したがって、この経路テーブルを動的にかつ適切に設定すると、ＩＰアドレスを１つに見せながら、二重化ネットワークの構成を制御できる。
【００５３】
図３は、本発明によるネットワーク構成制御部１３の内部構成を示すブロック図である。
【００５４】
ネットワーク構成制御部１３は、アドレス情報送信手段１４と、アドレス情報受信手段１５と、経路監視切替手段１６と、アドレス情報テーブル１７とからなる。
【００５５】
アドレス情報送信手段１４は、仮想インタフェースのＩＰアドレス情報をネットワークインタフェース４Ａ，４Ｂを介して、他の全てのホストに同報通信する。同報通信を使用するのは、ホストが比較的多数あっても一回の送信で全てのホストに情報を送達するためである。
【００５６】
アドレス情報受信手段１５は、他のホストから送られてくるアドレス情報を受信し、アドレス情報テーブル１７に設定する。
【００５７】
経路監視切替手段１６は、アドレス情報テーブル１７の状態を監視し、経路の異常が検出された場合、正常な経路に切り替わるように、経路情報テーブル９に経路の情報を設定する。
【００５８】
図４は、本発明のネットワーク構成制御システムによるネットワークの論理的な接続構成を示すブロック図である。
【００５９】
ホスト３Ａ上のアプリケーション１２がホスト３Ｂ上のアプリケーション１２と通信する場合、ホスト３Ａとホスト３Ｂとが、あたかもルータ４１Ａ，４２Ａ，４１Ｂ，４２Ｂにより接続されているような論理的接続を実現する。
【００６０】
各ホスト３Ａ，３Ｂは、経路情報テーブル９Ａ，９Ｂに適切な経路を設定し、二重化された経路を制御する。
【００６１】
図５は、アドレス情報送信手段１４におけるアドレス情報送信手順を示すフローチャートである。
【００６２】
図６は、アドレス情報送信手段１４とアドレス情報受信手段１５との間でやりとりされるアドレス情報の電文形式の一例を示す図である。
【００６３】
アドレス情報送信手順は、周期的に実行される(５０)。周期は、ユーザがパラメータとして設定する。その値は、通常数秒である。この周期が短ければ、通信量は増加するけれども、短時間で異常を検出できる。
【００６４】
まず、予め設定された自ホストの状態情報(現用系か待機系か)を取得する(５５)。
【００６５】
もし、自ホストが待機系である場合、何もせずに終了する(５６)。自ホストが待機系か否かは、ユーザのプログラムなどにより予めテーブルなどに設定してあり、アドレス情報送信手段１４がその内容を読む。
【００６６】
自ホストの状態が現用系であった場合、ホストの仮想インタフェースに割り当てられた仮想アドレスとそのサブネットマスクとを取得し、図６のアドレス情報電文に設定する(５１)。
【００６７】
次に、ネットワーク１，ネットワーク２それぞれに接続されたネットワークインタフェースのアドレスを取得し、図６のアドレス情報電文に設定する(５２)。
【００６８】
手順５１，５２で設定したアドレス情報電文をネットワーク１とネットワーク２とにそれぞれマルチキャスト送信する(５３)(５４)。
【００６９】
なお、アドレス情報電文の通信は、マルチキャスト通信だけでなく、ブロードキャスト通信による同報通信でも可能である。
【００７０】
図７は、アドレス情報受信手段１５におけるアドレス情報受信手順を示すフローチャートである。
【００７１】
図８は、アドレス情報管理テーブル１７の内容を示す図である。
【００７２】
まず、アドレス情報受信手段１５では、アドレス情報電文を受信するために、ネットワーク１とネットワーク２に接続されたネットワークインタフェースからマルチキャスト受信を開始する(６１)。
【００７３】
ネットワークからの電文受信を待ち(６２)、電文が受信された場合、送信元アドレスと受信されたアドレス情報電文に格納された仮想アドレス，サブネットマスク，ネットワーク１のインタフェースアドレス，ネットワーク２のインタフェースアドレスを取得する(６３)。
【００７４】
送信元アドレスのアドレスにより、いずれのネットワークから受信されたかを特定する。
【００７５】
次に、仮想アドレスをキーにして、図８のアドレス情報管理テーブルを検索し(６４)、もしテーブルに該当のエントリが無ければ(６５)、新規エントリを追加し、仮想アドレス、サブネットマスクを設定し(６６)、ネットワーク１のゲートウェイアドレスおよびネットワーク２のゲートウェイアドレスにネットワーク１のインタフェースアドレスとネットワーク２のインタフェースアドレスを格納する(６７)。
【００７６】
当該エントリの送信元のインタフェースに該当するゲートウェイアドレスのネットワークの生存カウンタをリセットする(６８)。
【００７７】
なお、リセットする値は、ユーザ設定により任意に変更できる。また、本発明で、生存カウンタとは、その経路が生きているか否かすなわち有効なネットワーク経路として機能しているか否かを判断するためのカウンタを意味する。
【００７８】
図９は、経路監視切替手段１６における経路監視切り替え手順を示すフローチャートである。
【００７９】
本手順は、周期的に起動される(７０)。起動周期は、ユーザ設定項目であり、アドレス情報受信手段の手順６８でリセットされる生存カウンタとの関係で決める必要がある。
【００８０】
もし、生存カウンタのリセットした値が３であり、本手順が１秒周期である場合、経路の異常検出には、３秒かかる。
【００８１】
この周期が短すぎるかリセットの値が小さいと、障害として誤検知する可能性が高まる。逆に、この周期が長すぎるかリセットの値が大きい場合、障害を検出するのに時間がかかる。
【００８２】
周期起動された時に、まず、アドレス情報管理テーブルの生存カウンタの値をいずれのネットワークについても１つ減らす(７１)。
【００８３】
減らした結果、ネットワーク１とネットワーク２との生存カウンタがともに０以下となった場合(７２)、当該仮想アドレスのいずれの経路も障害状態にあるため、経路情報テーブルから当該仮想アドレスへの経路情報を削除する(７３)。
【００８４】
もし、ネットワーク１の生存カウンタが０より大きい値である場合(７４)、ネットワーク１が健全であると判断できるので、経路情報テーブルに当該仮想アドレスへの経由アドレスとしてネットワーク１のゲートウェイアドレスを設定する(７５)。
【００８５】
もし、ネットワーク１の生存カウンタが０より大きい値でない場合(７４)、ネットワーク２の生存カウンタが０より大きい値であり、ネットワーク２が健全であると判断できるので、経路情報テーブルに当該仮想アドレスへの経由アドレスとしてネットワーク２のゲートウェイアドレスを設定する(７６)。
【００８６】
なお、経路情報テーブルの設定，削除には、オペレーティングシステム１１に提供されている route コマンドを使用する。
【００８７】
なお、各情報処理装置は、自らの不具合に応じてアドレス情報の送出を停止する手段を備えることもできる。その場合、各情報処理装置は、アドレス情報の欠損により、通信経路の障害のみならず、他の情報処理装置の障害を検出し、正常な通信経路に切り替える経路監視切替手段を備えることになる。
【００８８】
以上の実施形態は、ネットワークがネットワーク１，２により多重化された例であったが、本発明は、アドレス情報管理テーブルで各経路を区別できればよいので、ネットワークが多重化された場合のみならず、例えば、図１において、ネットワークは単一とし、ホスト３Ｂと３Ｃとを対とし、また、３Ｄと３Ｅとを対とし、ホスト側を多重化した実施形態や、ネットワークもホストも多重化した実施形態にも適用できることは、明らかであろう。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、冗長化構成をサポートするためのネットワークインタフェースやオペレーティングシステムのドライバソフトウェアなどの特殊なハードウェアやソフトウェアを必要とせずに、また、アプリケーションの通信インタフェースやＩＰアドレスなどの通信属性を変更することなく、高信頼ネットワークシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるネットワーク構成制御システムの実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ホスト３Ａとホスト３Ｂとが二重化されたネットワーク１，２を介して通信する場合の系統構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるネットワーク構成制御部１３の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明のネットワーク構成制御システムによるネットワークの論理的な接続構成を示すブロック図である。
【図５】アドレス情報送信手段１４におけるアドレス情報送信手順を示すフローチャートである。
【図６】アドレス情報送信手段１４とアドレス情報受信手段１５との間でやりとりされるアドレス情報の電文形式の一例を示す図である。
【図７】アドレス情報受信手段１５におけるアドレス情報受信手順を示すフローチャートである。
【図８】アドレス情報管理テーブル１７の内容を示す図である。
【図９】経路監視切替手段１６における経路監視切り替え手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ネットワーク
２ ネットワーク
３ ホスト
４ ネットワークインタフェース
５ ドライバソフトウェア
６ 仮想ネットワークインタフェース
７ ＩＰ(Internet Protocol)
８ ＴＣＰ(Transmission Control Protocol)
またはＵＤＰ(User Datagram Protocol)
９ 経路情報テーブル
１０ ハードウェア
１１ オペレーティングシステムＯＳ
１２ アプリケーションプログラム
１３ ネットワーク構成制御部
１４ アドレス情報送信手段
１５ アドレス情報受信手段
１６ 経路監視切替手段
１７ アドレス情報管理テーブル
２０ 仮想ネットワークインタフェースのＩＰアドレス
２１ 仮想ネットワークインタフェースのＩＰアドレス
２２ ネットワークインタフェースのＩＰアドレス
４０ 仮想ホスト
４１ 仮想ルータ
４２ 仮想ルータ
Claims (3)
- 多重化されたネットワークにそれぞれ対応する複数のネットワークインターフェースを有する複数の情報処理装置が、それぞれ前記多重化されたネットワークに対して前記複数のネットワークインターフェースを介して接続された情報制御システムの通信経路を確立するネットワーク構成制御システムにおいて、
前記各情報処理装置には、仮想ネットワークインターフェースに割り当てられた１の仮想ＩＰアドレスが設定されており、
前記各情報処理装置は、他の情報処理装置の前記仮想ＩＰアドレスと、該他の情報処理装置の仮想ＩＰアドレスに対応し、前記他の情報制御装置の各ネットワークインターフェースに割り当てられたＩＰアドレスのうちいずれを経由して前記他の情報制御装置に通信するかを表す１の経由ＩＰアドレスとを含む経路情報テーブルを有しており、
前記各情報処理装置は、自らの前記仮想ＩＰアドレス及び自らの前記各ネットワークインターフェースのＩＰアドレスを含むアドレス情報を、前記多重化されたネットワークのそれぞれを介して周期的に同報通信により他の情報処理装置に送信し、
前記他の情報処理装置は、受信した前記アドレス情報の前記仮想ＩＰアドレスに対応するアドレス情報管理テーブルに受信した各ネットワークインターフェースのＩＰアドレスを格納するとともに、前記アドレス情報がいずれのネットワークから受信されたかに応じて前記各ネットワークインターフェースに対応するネットワーク生存カウンタをリセットし、
前記アドレス情報管理テーブルに基づいて前記経路情報テーブルの前記経由ＩＰアドレスを設定することを特徴とするネットワーク構成制御システム。 - 請求項１に記載のネットワーク構成制御システムにおいて、
前記他の情報処理装置は、周期的に前記アドレス情報管理テーブルのネットワーク生存カウンタを参照して、健全なネットワーク生存カウンタに対応するネットワークインターフェースのＩＰアドレスを前記経路情報テーブルの前記経由ＩＰアドレスに設定することを特徴とするネットワーク構成制御システム。 - 請求項２に記載のネットワーク構成制御システムにおいて、
前記各情報処理装置は、自らの不具合に応じて前記アドレス情報の送出を停止する手段を備えることを特徴とするネットワーク構成制御システム。
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