JP4451396B2 - 冗長化ｉｐ通信装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信経路や装置の故障などに対して、高信頼なＩＰ通信を行うための系切替方式およびそれを搭載したシステムに関する。

インターネットの普及を契機に、ＩＰ通信の利用が急激に増加している。ＩＰ通信の利用シーンは現在、ＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）のようなリアルタイム性を必要としない通信形態のみならず、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）のような高いリアルタイム性が求められる通信形態に至っている。

いずれの通信形態においても、高信頼な通信を実現するには、網や各種ＩＰ通信装置の冗長化を図る必要がある。冗長化の実現方法としては、図２に示すように、特にＩＰ通信のエンドポイントとなるＩＰ通信装置１００が現用系２００および予備系３００の２つ系を備え、現用系２００に故障が発生したときに即座に予備系３００に切り替える二重化系切替方式を採用するのが主流である。

ＶｏＩＰのようなリアルタイム性が求められる通信形態の場合、通信データの再送は意味をもたない動作となるため、現用系２００に不具合が生じた際の系切替は、通信を切断することなく、かつ、現用系２００から予備系３００への切り替えの際における瞬断時間を極力短くする工夫が必要である。

通信を切断することなく瞬断時間を短くする従来技術として、例えば特許文献１がある。この特許文献１によれば、図２に示すように、ＩＰ通信装置１００において、現用系２００（特許文献１では運用系と記述されている。）から予備系３００（特許文献１では待機系と記述されている。）に切り替える際、現用系２００が収容する物理回線８の物理ポートに付与された現用系ＩＰアドレス１７を、予備系３００が収容する物理回線９の物理ポートが引継ぐ。これによって、ＩＰ通信装置１００と対向ＩＰ通信装置２２との間で、ＩＰ通信（例えばＶｏＩＰ通信）が行われているとき、ＩＰ通信装置１００が現用系２００から予備系３００に切り替わっても、ＩＰアドレスは替わらない。したがって、対向ＩＰ通信装置２２は、ＩＰ通信装置１００の同じＩＰアドレスを用いて通信を行うことができるため、ＩＰ通信装置１００との間で通信を維持することができる。

次に、瞬断時間を短くする他の従来技術について、以下に説明する。ＩＰ通信装置１００の物理回線８および９の物理ポートにそれぞれ付与されているレイヤ２のアドレスであるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｃｃｅｓｓ）アドレスは、一般に異なっている。ルータ４または５とＩＰ通信装置１００とは、同一のセグメント２３として接続されており、ルータ４または５は、ＩＰ通信装置１００のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスとの間の対応を管理し、ＭＡＣアドレスを用いてＩＰ通信装置１００へＩＰパケットを転送する。したがって、ＩＰ通信装置１００に系切り替えが起こると、現用系２００および予備系３００はＩＰアドレスが同じであってもＭＡＣアドレスが異なるため、ルータ４または５から送出されるＩＰパケットを、予備系３００へ正しく転送することができなくなる。これを回避するため、ＩＰ通信装置１００は、系切替を行う際ＧＡＲＰ（Ｇｒａｔｕｉｔｏｕｓ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を送出し、自分のＭＡＣアドレスが予備系３００のＭＡＣアドレスに変わったことをルータ４または５へ伝える。これにより、ルータ４または５は、ＩＰ通信装置１００のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスとの間の対応を更新し、ＩＰ通信装置１００の予備系３００へ向けてＩＰパケットを転送することができる。したがって、瞬断時間は、ＩＰ通信装置１００とルータ４または５との間のＧＡＲＰ送受時間程度で済む。

なお、瞬断時間を短くするもう１つの従来技術として、特許文献１に示されるように、系切り替えの際、現用系ＩＰアドレス１７と同時に、物理回線８の物理ポートに付与されるＭＡＣアドレスも予備系３００が引継ぐ方法もある。この方法では、ＧＡＲＰの送出が不要となり、瞬断時間をさらに短くすることも可能となる。しかし、実際のところ、前述の方法のＧＡＲＰ送受時間は、現用系２００から予備系３００へのＩＰアドレスの引継ぎ処理時間と同等であり、両方法の瞬断時間に大きな開きはない。

特開２００５−０５７４６１号公報

前記の従来技術では、ＩＰ通信装置１００とルータ４または５との間のＩＰパケットの転送（ルーティング）は、静的ルーティングであり、ＩＰ通信装置１００やルータ４または５のシステム導入時に、保守者がルーティング情報の設定を手動で行う必要がある。これは特に、ネットワークの規模が大きくなるに従って、保守者の設定負担を増やし、初期導入に費やす時間が長くなるという問題がある。

そこで、本発明は、通信経路や装置の故障などに対して、高信頼なＩＰ通信を提供するためのＩＰ通信装置の二重化系切替方式において、システムの初期導入時にて、保守者の設定負担の削減を可能とするものである。

本発明は、従来技術である動的ルーティングを実現するＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）などのルーティングプロトコルを活用し、以下に説明する手段により、前記課題を解決する。図１を用いて、本発明の手段を説明する。なお、図１は、本発明の二重化方式を説明するためのシステム構成図であるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。

通常、ルーティングプロトコルをサポートする装置はルータ４および５のみであるが、本手段では、ルータではないＩＰ通信装置１もルーティングプロトコルをサポートし、ＩＰ通信装置１とルータ４または５との間で、通常のルータ間のやりとりと同様に、互いの経路情報のやりとりを行う。このため、ＩＰ通信装置１の現用系２および予備系３の物理ポートのそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレス１７および予備系ＩＰアドレス１８を付与する（手段１）。これにより、ルータ４または５に対して、ＩＰ通信装置１が２つの物理ポートを有する隣接ルータであるように見せることができる。

また、通常のルーティングプロトコルには、経路の故障などの異常が発生したときに、それを検出したルータが、即座に接続対向のルータに新たな経路情報を伝える機能がある。本手段もそれを活用し、例えば、現用系２が繋がる物理回線８が切断したり、現用系２が故障した場合には、予備系３を通じて、予備系３が新たな転送経路になることをルータ４または５に伝える（手段２）。なお、切替時間は、ＩＰ通信装置１とルータ４または５との間の経路情報の送受時間程度で済み、従来技術と同等となる。

一方、ＩＰ通信装置１と対向ＩＰ通信装置２２との間でＩＰ通信が行われているとき、ＩＰ通信装置１が現用系２から予備系３に切り替わってもＩＰ通信を維持するためには、前記のとおり、対向ＩＰ通信装置２２に対して、ＩＰ通信装置１の通信用のＩＰアドレスが同じに見えるようにしなければならない。しかし、本構成では、現用系２および予備系３の物理ポートに異なるＩＰアドレスを付与するため（手段１）、両系の物理ポートにおけるＩＰアドレスが異なる。このため、前記手段のみではＩＰ通信を維持することができない。

そこで、本発明では、ＩＰ通信装置１と対向ＩＰ通信装置２２との間のＩＰ通信用に用いるＩＰ通信装置１のＩＰアドレスとして、内部ＩＰアドレス２１を導入する。現用系２から予備系３への系切り替えが起こり、ＩＰ通信装置１の予備系３からＩＰパケットが送出されるようになっても、この内部ＩＰアドレス２１を、対向ＩＰ通信装置２２との間で通信するＩＰパケットのアドレスとして用いる（手段３）。これによって、ＩＰ通信装置１と対向ＩＰ通信装置２２との間で、ＩＰ通信を維持することができる。

以上のように、本発明は、ＩＰ通信システム１における現用系２から予備系３への切替において、動的ルーティングを活用し、対向ルータに対し系切替を通知することと、系切替が起こっても対向ＩＰ通信装置２２との間でＩＰ通信を維持することとを両立させ、かつ、導入時の保守者の設定負担を削減するために、以下の手段が本発明の特徴になっている。

すなわち、本発明による冗長化ＩＰ通信装置は、現用系２および予備系３の物理ポートにそれぞれ別のＩＰアドレス１７および１８を付与し（手段１）、現用系２から予備系３への系切替が起きた際、予備系３が新たな転送経路になることをルータ４または５に伝える（手段２）とともに、新たに内部ＩＰアドレス２１を用い、系切り替えが起きても対向ＩＰ通信装置２２に対して同じＩＰアドレスであるように見せ（手段３）、対向ＩＰ通信装置２２との間でＩＰ通信を維持する。

以上、本発明を冗長化ＩＰ通信装置として説明したが、本発明には、前記冗長化ＩＰ通信装置が実質的に実現する冗長化ＩＰ通信方法も含まれる。

本発明は、冗長化ＩＰ通信装置における現用系から予備系への切り替えに対し、動的ルーティングを活用することを可能とするものである。すなわち、本発明によれば、動的ルーティングの利点である、導入時の保守者の設定負担を削減すること効果を奏する。これは特に、大規模ネットワーク環境下で運用する場合に効果を発揮する。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔実施例〕
図１は、本発明の二重化方式を説明するためのシステム構成図である。図１は、冗長化を実現するＩＰ通信装置の実施例を示している。

このシステムは、ＩＰ通信装置１、スイッチ６，７、ルータ４，５、ＩＰ中継網１６、および対向ＩＰ通信装置２２により構成され、ＩＰ中継網１６を経由してＩＰ通信装置１と対向ＩＰ通信装置２２との間でＩＰ通信、すなわち、ＩＰパケットのやりとりを行うものとする。ＩＰ通信装置１は、冗長化構成を有しており、現用系２および予備系３の２つの系を備えている。ＩＰ通信装置１は、通常、現用系２を用いて動作しており、対向ＩＰ通信装置２２との間で、現用系２に有した内部ＩＰアドレス２１を用いてＩＰ通信を行う。現用系２が繋がる物理回線８が切断したり、現用系２が故障したりなど、運用系２に不具合が生じた場合、ＩＰ通信装置１の図示しない制御手段は、対向ＩＰ通信装置２２との間のＩＰ通信の動作を行う系を、現用系２から予備系３へ即座に切り替え、以後、予備系３を通じて、対向ＩＰ通信装置２２との間で、同一の内部ＩＰアドレス２１を用いてＩＰ通信を行う。この切り替えの際に、予備系３は、内部ＩＰアドレス２１を現用系２または制御手段から入力するなどして、当該アドレスを引き継ぐ。

スイッチ６，７およびルータ４，５も、それぞれ２台により、ＩＰ通信装置１とＩＰ中継網１６との間で冗長的にネットワークを構成する。ＩＰ通信装置１の現用系２およびスイッチ６は物理回線８により、ＩＰ通信装置１の予備系３およびスイッチ７は物理回線９によりそれぞれ接続される。また、スイッチ６および７は物理回線１４により、スイッチ６およびルータ４は物理回線１０により、スイッチ７およびルータ５は物理回線１１により、ルータ４およびＩＰ中継網１６は物理回線１２により、ルータ５およびＩＰ中継網１６は物理回線１３により、ルータ４および５は物理回線１５によりそれぞれ接続される。

なお、ルータおよびスイッチの台数は、図１に示した実施例のようにそれぞれ２台である必要はなく、３台以上でもよいし、１台でもよい。これらの台数は、冗長性の度合いと装置コストのバランスにより決められる。

ＩＰ通信装置１の図示しない制御手段は、現用系２および予備系３の物理ポートのそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレス１７および予備系ＩＰアドレス１８を付与する。これにより、ルータ４および５に対して、ＩＰ通信装置１を２つの物理ポートを有するそれぞれの隣接ルータのように見せることができる。

ＩＰ通信装置１、ルータ４および５は、ルーティングプロトコルをサポートしており、現用系２、予備系３、ルータ４および５との間で、通常のルータ間のやりとりと同様に、互いの経路情報の送受信を行う。経路の故障などによる不具合が発生したときは、それを検出した現用系２、予備系３、ルータ４または５が、接続対向に対して、新たな経路情報を伝える。例えば、ＩＰ通信装置の図示しない制御手段は、現用系２が繋がる物理回線８の切断や現用系２の故障など、現用系２の不具合を検出した場合、予備系３を通じて、予備系３が新たな転送経路になることをルータ４および５へ伝える。これにより、例えば、ＩＰ通信装置１と対向ＩＰ通信装置２２との間のＩＰ通信経路が、現用系２→物理回線８→スイッチ６→物理回線１０→ルータ４→物理回線１２→ＩＰ中継網１６→対向ＩＰ通信装置２２のときに、現用系２が故障した場合、新たなＩＰ通信経路は、予備系３→物理回線９→スイッチ７→物理回線１４→スイッチ６→物理回線１０→ルータ４→物理回線１２→ＩＰ中継網１６→対向ＩＰ通信装置２２となる。

ＩＰ通信装置１は、対向ＩＰ通信装置２２との間のＩＰ通信用に用いるＩＰアドレスとして、内部ＩＰアドレス２１を有する。内部ＩＰアドレス２１は、前記のような系切り替えが起こり、ＩＰ通信装置１の予備系３からパケットを送出するようになった場合にも、対向ＩＰ通信装置２２との間で通信するためのＩＰパケットに付与するＩＰアドレスとして使用する。これによって、系切り替えが起きても、ＩＰ通信装置１は対向ＩＰ通信装置２２との間のＩＰ通信を維持することができる。

図３は、図１に示したＩＰ通信装置１による系切替処理を示すフローチャート図である。図１に示したシステム構成において、ＩＰ通信装置１の図示しない制御手段は、現用系２および予備系３の物理ポートのそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレス１７および予備系ＩＰアドレス１８を付与する（ステップＳ１）。そして、ＩＰ通信装置１の現用系２および予備系３は、ルーティングプロトコルにより、ルータ４および５との間で、通常のルータ間のやりとりと同様に、互いの経路情報の送受信を行う（ステップＳ２）。

ＩＰ通信装置１の現用系２は、内部ＩＰアドレスを用いて、対向ＩＰ通信装置２２との間でＩＰパケットの通信を行う（ステップＳ３）。また、現用系２が繋がる物理回線８の切断や現用系２の故障など、現用系２に不具合が発生すると（ステップＳ４）、ルーティングプロトコルにより、予備系３を通じて、予備系３が新たな転送経路になることをルータ４および５へ伝える（ステップＳ５）。そして、ＩＰ通信装置１の予備系３は、前記同一の内部ＩＰアドレスを用いて、対向ＩＰ通信装置２２との間でＩＰパケットの通信を行う（ステップＳ６）。

〔応用例１〕
次に、図１に示した実施例における応用的な使い方について説明する。
図４は、ＩＰ通信装置が電話加入者を収容する例である。このＩＰ通信装置１−１は、電話加入者２４〜２６を収容して成り、その他の構成は図１に示したものと同様である。電話加入者２４〜２６がそれぞれ電話通信をする場合、ＩＰ通信装置１−１の現用系２が、ＩＰパケット化（ＶｏＩＰ通信）を行い、対向通信相手との間で電話通信を行う。前記のような系切り替えが起きた場合、予備系３は、図示しない制御手段からの指令により、電話加入者２４〜２６の各電話通信のＩＰパケット化処理および内部ＩＰアドレス２１を引き継ぐ。これにより、結果として、前記のようにＩＰ通信を維持することができる。

〔応用例２〕
図５は、ＩＰ通信装置が複数の現用系を有する例である。このＩＰ通信装置１−２は、複数の現用系２，２７および単数の予備系３を備えており、現用系２はＩＰ内部アドレス２１を、現用系２７は内部ＩＰアドレス２８をそれぞれ有している。また、現用系２７は電話加入者２４，２５を収容し、現用系２は電話加入者２６を収容し、電話加入者２４〜２６は電話通信を行うものとする。電話加入者２４，２６がそれぞれ電話通信を行う場合は、現用系２７がＩＰパケット化を行い、電話加入者２６が電話通信を行う場合は現用系２がＩＰパケット化を行い、各電話加入者２４〜２６は対向通信相手との間でそれぞれ電話通信を行う。その他の構成は図４に示したものと同様である。

例えば、現用系２が繋がる物理回線８が切断したり、現用系２が故障したりなど、現用系２に不具合が生じた場合、予備系３は、図示しない制御手段からの指令により、現用系２に収容される電話加入者２６のＩＰパケット化処理および内部ＩＰアドレス２１を引き継ぐ。これにより、結果として、前記のようにＩＰ通信を維持することができる。なお、物理回線８の切断や現用系２の故障などに影響のない現用系２７は、そのまま継続してＩＰパケット化処理を行う。

以上のように、本発明の実施例によれば、ＩＰ通信装置１の現用系２および予備系３の物理ポートのそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレス１７および予備系ＩＰアドレス１８を付与し、現用系２が繋がる物理回線８の切断などが発生した場合には、ルーティングプロトコルにより、予備系３を通じて、予備系３が新たな転送経路になることをルータ４または５へ伝え、そして、予備系３からＩＰパケットの送出されるようになっても、現用系２が用いていた同一の内部ＩＰアドレス２１を用いて対向ＩＰ通信装置２２との間で通信を行うようにした。これにより、ＩＰ通信装置１，１−１，１−２、ルータ４，５との間のＩＰパケットの転送は、静的ルーティングではなく動的ルーティングにより実現することができる。一般に、静的ルーティングの場合は、システム導入時に保守者が、静的ルーティングを実現するための複雑な情報を手動により設定する必要がある。これに対し、本発明のような動的ルーティングの場合は、静的ルーティングのような複雑な情報の設定は必要ない。したがって、本発明によれば、システム導入時において、保守者は、ルーティング情報の設定負担を削減することができる。

インターネットおよびブローバンド通信を核とした情報通信産業は拡大の一途にあるが、その流れの一つとしてＶｏＩＰ技術の普及がある。今後は、ＶｏＩＰ技術を用いた網が既存電話網に置き換わる形態が主流になるものと考えられる。そのため、ＶｏＩＰ通信に対し、通信経路や装置の故障などに対して高信頼性が求められるのは必至となる。また、網の規模が大きいことが想定されることから、初期導入時の設定負担を削減できる本発明の産業上の利用可能性は高い。

本発明の二重化方式を説明するためのシステム構成図である。 従来の二重化方式を説明するためのシステム構成図である。 図１のＩＰ通信装置による系切替処理を示すフローチャート図である。 ＩＰ通信装置が電話加入者を収容する場合のシステム構成図である。 ＩＰ通信装置が複数の現用系を有する場合のシステム構成図である。

符号の説明

１、１−１、１−２、１００ ＩＰ通信装置
２、２７、２００ 現用系
３、３００ 予備系
４、５ ルータ
６、７、２９ スイッチ
８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、３０、３２ 物理回線
１６ ＩＰ中継網
１７、３１ 現用系ＩＰアドレス
１８ 予備系ＩＰアドレス
１９、２０ ルータＩＰアドレス
２１、２８ 内部ＩＰアドレス
２２ 対向ＩＰ通信装置
２３ セグメント
２４、２５、２６ 電話加入者

Claims (4)

1. 現用系および予備系の２つの系を備え、現用系に不具合が生じたときに現用系から予備系に切り替えるＩＰ通信装置であって、
   前記現用系および予備系の物理回線のそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを付与する手段と、
   接続する対向ルータとの間で、前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを用いて経路情報を送受信する手段と、
   前記現用系に不具合が生じたときに、現用系から予備系に切り替えるとともに、該予備系を通じて、予備系が新たな転送経路になることを示す経路情報を前記対向ルータへ送信する手段と、
   当該ＩＰ通信装置と対向ＩＰ通信装置との間で通信する際のＩＰアドレスとして、前記現用系から予備系に切り替わった場合のために前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスとは別の内部ＩＰアドレスが予め規定されており、前記現用系から予備系に切り替わった場合に、内部ＩＰアドレスを用いて前記予備系を介して前記対向ＩＰ通信装置との通信を行う手段とを具備することを特徴とする冗長化ＩＰ通信装置。
2. 複数の現用系と単数の予備系とを備え、現用系に不具合が生じたときに予備系に切り替えるＩＰ通信装置であって、
   前記複数の現用系および単数の予備系の物理回線のそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを付与する手段と、
   接続する対向ルータとの間で、前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを用いて経路情報を送受信する手段と、
   前記複数の現用系のうちのいずれかの現用系に不具合が生じたときに、該現用系から予備系に切り替えるとともに、該予備系を通じて、予備系が該現用系に代わって新たな転送経路になることを示す経路情報を前記対向ルータへ送信する手段と、
   当該ＩＰ通信装置と対向ＩＰ通信装置との間で通信する際のＩＰアドレスとして、前記現用系から予備系に切り替わった場合のために前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスとは別の内部ＩＰアドレスが予め規定されており、前記現用系から予備系に切り替わった場合に、内部ＩＰアドレスを用いて前記予備系を介して前記対向ＩＰ通信装置との通信を行う手段とを具備することを特徴とする冗長化ＩＰ通信装置。
3. 現用系および予備系の２つの系を備えたＩＰ通信装置により、現用系に不具合が生じたときに現用系から予備系に切り替えるＩＰ通信方法であって、
   前記現用系および予備系の物理回線のそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを付与し、
   接続する対向ルータとの間で、前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを用いて経路情報を送受信し、
   当該ＩＰ通信装置と対向ＩＰ通信装置との間で通信する際のＩＰアドレスとして、前記現用系から予備系に切り替わった場合のために前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスとは別の内部ＩＰアドレスが予め規定されており、
   前記内部ＩＰアドレスを用いて、現用系と対向ＩＰ通信装置との間で通信を行い、
   現用系に不具合が生じたときに、現用系から予備系に切り替え、
   該切り替えの際に、予備系を通じて、予備系が新たな転送経路になることを示す経路情報を前記対向ルータへ送信し、
   前記内部ＩＰアドレスを用いて、前記予備系を介して対向ＩＰ通信装置との通信を行うことを特徴とする冗長化ＩＰ通信方法。
4. 複数の現用系および単数の予備系を備えたＩＰ通信装置により、現用系に不具合が生じたときに現用系から予備系に切り替えるＩＰ通信方法であって、
   前記複数の現用系および単数の予備系の物理回線のそれぞれに、異なる値の現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを付与し、
   接続する対向ルータとの間で、前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスを用いて経路情報を送受信し、
   当該ＩＰ通信装置と対向ＩＰ通信装置との間で通信する際のＩＰアドレスとして、前記現用系から予備系に切り替わった場合のために前記現用系ＩＰアドレスおよび予備系ＩＰアドレスとは別の内部ＩＰアドレスが予め規定されており、
   前記内部ＩＰアドレスを用いて、現用系と対向ＩＰ通信装置との間で通信を行い、
   前記複数の現用系のうちのいずれかの現用系に不具合が生じたときに、該現用系から予備系に切り替え、
   該切り替えの際に、予備系を通じて、予備系が該現用系に代わって新たな転送経路になることを示す経路情報を前記対向ルータへ送信し、
   前記内部ＩＰアドレスを用いて、前記予備系を介して対向ＩＰ通信装置との通信を行うことを特徴とする冗長化ＩＰ通信方法。

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