JP4612289B2

JP4612289B2 - 冗長構成制御方法およびブリッジ装置

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Publication number: JP4612289B2
Application number: JP2003281739A
Authority: JP
Inventors: 史和金原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP2005051532A

Description

本発明は、通信障害に対処するための冗長構成を有するブリッジ装置を含むネットワークにおいて当該冗長構成を制御する方法に関し、特に、その制御プロトコルにスパニングツリープロトコルを用いる冗長構成制御方法に関する。

従来、ＬＡＮに関し標準化規定を行うＩＥＥＥ８０２．１により、Ethernet（登録商標）のようなネットワークにおけるＭＡＣ（Media Access Control）フレームの転送方式が規定されている。この転送方式における冗長構成を構築するプロトコルとして、スパニングツリープロトコル（以下、「ＳＴＰ」（Spanning Tree Protocol）と称す。）、及び、これを拡張したＲＳＴＰ（Rapid STP）がある。ＳＴＰは、上記の転送方式に用いるＭＡＣブリッジ装置で構成されるネットワーク上でツリートポロジーを形成し、回線障害または装置障害発生時にネットワークの経路の復旧または迂回経路の確立を行うためのプロトコルである。ＲＳＴＰは、ＳＴＰに基づき、より高速な復旧動作を図るものである。

図５（ａ）を用いてＲＳＴＰの原理を概説すると、まず、ＭＡＣブリッジ装置１〜６のそれぞれに、ツリートポロジーにおける優先度を示すブリッジ識別子が一意的に設定されると共に、各装置間のリンク回線に、当該回線の転送負荷を示すパスコストが設定される。図示の例では、装置１にブリッジ識別子「Ａ」が設定され、この装置１と隣接の装置２との間のパスコストには「１」が設定されている。

各ＭＡＣブリッジ装置同士が接続及び起動すると、各装置１〜６は、自己に隣接するＭＡＣブリッジ装置に対して、ＲＳＴＰにおける制御用のＭＡＣフレームであるＢＰＤＵ（Bridge Protocol Data Unit）を送信する。このＢＰＤＵには、当該ＢＰＤＵを送信したブリッジ装置のブリッジ識別子と伝送路のパスコストとが含まれる。各ＭＡＣブリッジ装置は、受信したＢＰＤＵ内のブリッジ識別子と、自己のそれとを比較して、ネットワーク内で最も優先度の高いブリッジ識別子を持つＭＡＣブリッジ装置を検出する。そして、この装置を、ツリートポロジーの最上位層に対応するルートブリッジと定める。図示の例では、ブリッジ識別子「Ａ」の装置１がルートブリッジに設定される。

さらに、各ＭＡＣブリッジ装置は、受信したＢＰＤＵ内のパスコストを用いて、ルートブリッジへの経路に関し最も低いコストの経路を選定し、当該経路に使用する回線ポートを決定する。この回線ポートをRootポートとし、図５（ａ）では、○印で示されている。また、各装置においてRootポートに対向した、●印で示す回線ポートをDesignatedポートと呼び、RootポートおよびDesignatedポート以外の、△印で示す回線ポートをAlternateポートと呼ぶ。ＢＰＤＵ以外の通信トラヒックは、RootポートおよびDesignatedポート間を流れる。これにより、ツリートポロジーが形成され、ネットワークの経路にループが生じることを防止できる。

ＢＰＤＵは、ネットワークの通信確立後にルートブリッジから定期的に送信され、各装置が上記のツリートポロジーに基づき正常に稼働していれば、このＢＰＤＵが、Alternateポートを含む全てのポートを経由して各装置に伝搬される。また、各装置は、定期間隔で送信されるはずのＢＰＤＵが到達しなくなることにより、回線障害や装置障害が発生したことを検知する。このとき、ＲＳＴＰに基づく手順では、各装置にてRootポートとAlternateポートとを切り替えることにより、数十ｍｓｅｃ〜数秒程度の短い時間で迂回経路を高速に復旧することが知られている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の装置２に障害が発生し、この装置２に接続される装置４および装置５のポートが切り替わった例である。以後、ルートブリッジへの経路は装置３を経由して確保される。このようなＢＰＤＵを用いたＳＴＰに関する技術は、例えば後述の特許文献１に開示されている。

ところで、近年、複数のＬＡＮを中継装置を介し接続してＷＡＮ（Wide Area Network）に拡張し、ＷＡＮ内でＭＡＣフレームを転送する需要が拡大している。一般的に、その中継装置には、回線ポートを持つパッケージが挿し込まれており、信頼性を高めるための冗長構成として、現用系および予備系の二重化構成を成すパッケージが装備されている。そして、現用系に障害が発生した場合は、他方の予備系に切り替わり、この予備系を介してＬＡＮとＷＡＮの通信が可能になる。このような二重化構成を持つ中継装置に関する技術として、例えば後述の特許文献２に記載されたものがある。
特開平１０−３３６２２６号公報特開平１０−０６５７２５号公報

しかしながら、上述のような中継装置を介してＷＡＮに接続されるＬＡＮに、ＲＳＴＰを適用しようとする場合は、次のような不都合がある。図６に示すように、中継装置１に接続される例えば装置２のような、冗長構成を持たないＭＡＣブリッジ装置をルートブリッジに設定した場合、この装置に障害が発生すると、新たなルートブリッジの決定に伴い、ＬＡＮ内のツリートポロジーを再構築する必要がある。このとき、一般的には数十秒もの長い復旧時間を要するとされている。よって、高速復旧が困難になることから、ＷＡＮに対する通信が遅延するという不都合がある。

また、中継装置の現用系パッケージをルートブリッジとして運用する場合、他方の予備系は、待機状態にあることからＢＰＤＵを取り扱うことができず、ツリートポロジーに参加できない。仮に、それを可能に調整したとしても、図７に示すように、ルートブリッジとなる現用系に障害が発生すると、他方の予備系に切り替わる際、上述と同様に、トポロジーの再構築に時間が掛かるため高速復旧が困難となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、冗長構成を持つＬＡＮにおけるルートブリッジ障害時の復旧を円滑に行う冗長構成制御方法および該方法を実施するためのブリッジ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冗長構成制御方法は、現用系機構および予備系機構からなる冗長構成を有する所定のブリッジ装置を含む複数のブリッジ装置間でＭＡＣ（Media Access Control）フレームを伝送するネットワークにおいて、前記所定のブリッジ装置の冗長構成を制御する方法であって、前記所定のブリッジ装置は、スパニングツリープロトコルに基づきＭＡＣフレームの伝送パスを監視するための第１の制御フレームおよび第２の制御フレームに対し、当該各制御フレームを送信したブリッジ装置を識別するためのブリッジ識別子としてツリートポロジーの最上位層に対応する同一の値を設定すると共に、伝送パスの伝送負荷を示すパスコストについて前記第２の制御フレームの値を前記第１の制御フレームの値よりも高く設定し、前記現用系機構から前記第１の制御フレームを送出し、前記予備系機構から前記第２の制御フレームを送出することを特徴とする。

また、本発明に係るブリッジ装置は、ＭＡＣ（Media Access Control）フレームを伝送するネットワークに含まれ、且つ、現用系機構および予備系機構からなる冗長構成を有するブリッジ装置であって、前記現用系機構および予備系機構のそれぞれは、スパニングツリープロトコルに基づきＭＡＣフレームの伝送パスを監視するための制御フレームを形成する制御フレーム形成部と、制御フレームを送信したブリッジ装置を識別するためのブリッジ識別子、および、伝送パスの伝送負荷を示すパスコストに関し、前記制御フレーム形成部で形成する制御フレームに設定すべき値を保持する制御情報保持部とを備え、前記予備系機構の制御情報保持部は、前記ブリッジ識別子の値として、前記現用系機構で保持される値と同一であり且つツリートポロジーの最上位層に対応する値を保持し、前記パスコストの値として、前記現用系機構で保持される値よりも高い値を保持することを特徴とする。

本発明によれば、冗長構成を有するブリッジ装置が、第１及び第２の制御フレームにおけるブリッジ識別子およびパスコストに上述の所定の値を設定して、それぞれを現用系機構および予備系機構から送出することから、ツリートポロジーの最上位層に対応するルートブリッジをネットワーク上に実在させることなく当該ツリートポロジーを構築することができる。

これにより、予備系機構もツリートポロジーに取り込まれることから、冗長構成を有するネットワークでもスパニングツリープロトコルを利用することができる。また、ルートブリッジが実在しないことから、当該ルートブリッジの障害発生に起因した通信の遅延を回避できる。

［実施例］
図１は、本発明の実施例を説明するための説明図である。図１に示すように、ＬＡＮ１００は、ＭＡＣフレームの転送機能を有するＭＡＣブリッジ装置１０〜４０を備える。ＭＡＣブリッジ装置１０〜４０は、ＩＥＥＥ８０２．１で規定される従来知られたＲＳＴＰに基づき動作する機能を有する。

ＭＡＣブリッジ装置１０は、ＷＡＮ２００に対する中継装置として設けられており、ＬＡＮ１００のリンク回線を介してＭＡＣブリッジ装置２０および３０に接続されている。また、ＭＡＣブリッジ装置２０および３０には、ＭＡＣブリッジ装置４０が接続されている。各ＭＡＣブリッジ装置１０〜４０には、従来と同様に、ＲＳＴＰに準じたツリートポロジー上で各装置を一意的に識別するブリッジ識別子が割り当てられており、各装置間のリンク回線には、伝送容量のような伝送負荷を示すパスコストが適宜設定されている。

中継装置となるＭＡＣブリッジ装置１０は、冗長構成としてのパッケージ二重化構成、すなわち、現用系パッケージ（ＰＫＧ−Ｗ）である現用系１０ａと、予備系パッケージ（ＰＫＧ−Ｐ）である予備系１０ｂとを有する。ＭＡＣブリッジ装置１０では、ＬＡＮ１００およびＷＡＮ２００からのＭＡＣフレームに対し、現用系１０ａが従来と同様なスイッチ処理を行い、この現用系１０ａに障害が発生したとき、予備系１０ｂが従来のパッケージ二重化構成の手順と同様な手順により、現用系１０ａの代替えとして切り替わる。

図２は、現用系１０ａおよび予備系１０ｂの機能的な構成を示すブロック図である。現用系１０ａおよび予備系１０ｂは、互いに同一の構成を成し、図２に示すように、ＷＡＮ２００に対する中継手段としてのパケットスイッチ部１１、中継回線送信部１２および中継回線受信部１３とを備える。また、ＬＡＮ１００側の入力信号からＭＡＣフレームを抽出する回線受信部１４と、この回線受信部１４で受信したＭＡＣフレームからＲＳＴＰの制御フレームであるＢＰＤＵを抽出するＢＰＤＵ抽出部１５と、ＲＳＴＰに基づきＢＰＤＵに関する処理を行うＲＳＴＰ処理部１６とを備える。このＲＳＴＰ処理部１６は、新たなＢＰＤＵを形成する制御フレーム形成部としての機能も果たす。

ＢＰＤＵ抽出部１５は、回線受信部１１から供給されるＭＡＣフレームのヘッダ情報を検査し、その結果、当該フレームがＢＰＤＵである場合、これをＲＳＴＰ処理部１３に出力し、ＢＰＤＵ以外の場合はパケットスイッチ部７０７に出力する。パケットスイッチ部７０７は、受け取ったＭＡＣフレームの宛先アドレスに従って出力回線を決定し、ＬＡＮ１００またはＷＡＮ２００に当該ＭＡＣフレームを転送するよう動作する。

また、図２に示すように、現用系１０ａおよび予備系１０ｂは、ＲＳＴＰ処理部１６で形成する新たなＢＰＤＵに設定すべき値を保持する制御情報保持部となる仮想ルートブリッジ情報部１７と、ＲＳＴＰ処理部１３にて形成されたＢＰＤＵをＬＡＮ１００に送出するためのＢＰＤＵ挿入部１８と、送出すべきＢＰＤＵとなるＭＡＣフレームや、その他のＭＡＣフレームをＬＡＮ１００側への出力信号に変換する回線送信部１９とを備える。

現用系１０ａおよび予備系１０ｂの各仮想ルートブリッジ情報部１７には、ＢＰＤＵに設定すべきブリッジ識別子およびパスコストの各値が保持されている。ＢＰＤＵのブリッジ識別子は、従来と同様に、当該ＢＰＤＵを送信した装置を識別するために付与されるが、このブリッジ識別子に関し、本実施例では、現用系１０ａおよび予備系１０ｂの双方の仮想ルートブリッジ情報部１７に、ツリートポロジーの最上位層に対応する同一の値を格納する。また、パスコストに関しては、「０」以外の任意の値を用いることができるが、予備系１０ｂの仮想ルートブリッジ情報部１７には、現用系１０ａのものよりも高い値を格納する。

ＢＰＤＵの値に関する上述の設定は、ＭＡＣブリッジ装置１０内に仮想的なルートブリッジを形成するためのものである。仮想的なルートブリッジとは、概念上のものであって、ハードウエアとしては実存しない。すなわち、ＭＡＣブリッジ装置１０の現用系１０ａおよび予備系１０ｂに、図１に破線で示すような仮想ルートブリッジ１０ｃが接続されていると仮定し、この仮想ルートブリッジ１０ｃをＬＡＮ１００のルートブリッジとして取り扱う。

その際、仮想ルートブリッジ１０ｃには、ブリッジ識別子と、現用系１０ａおよび予備系１０ｂに対するパスコストとを予め設定しておく。例えば、ＬＡＮ１００において、ツリートポロジーの最上位層に対応するブリッジ識別子を「Ａ」とするとき、この「Ａ」を仮想ルートブリッジ１０ｃに割り当て、実存する現用系１０ａおよび予備系１０ｂには、例えば「Ｂ」および「Ｃ」のような、「Ａ」よりも優先度が低い、他の値を割り当てる。そして、上述した現用系１０ａおよび予備系１０ｂの各仮想ルートブリッジ情報部１７に、同一の「Ａ」を格納する。

また、仮想ルートブリッジ１０ｃおよび現用系１０ａ間の仮想的なパスコスト「Ｍ」と、他方の予備系１０ｂとの間のパスコスト「Ｎ」とを設定する。このとき、予備系１０ｂとのパスコスト「Ｎ」を、現用系１０ａとの「Ｍ」よりも高く設定する（Ｎ＞Ｍ≠０）。この設定は、パスコスト値が低いほど、転送負荷が小さくなることを前提としたものであり、「Ｍ」および「Ｎ」間に上記のような差異を設けることにより、伝送ルートの決定時、パスコストが低い現用系１０ａを経由する伝送路が優先的に採用される。このように設定された仮想的なパスコストに関し、現用系１０ａの仮想ルートブリッジ情報部１７に「Ｍ」を格納し、他方の予備系１０ｂに「Ｎ」を格納する。

現用系１０ａおよび予備系１０ｂの各ＲＳＴＰ処理部１６は、上記設定によるブリッジ識別子およびパスコストの値をそれぞれの仮想ルートブリッジ情報部１７から取得し、取得した値を用いてＢＰＤＵを形成する。上述の例を用いると、現用系１０ａで形成される第１の制御フレームとなるＢＰＤＵには、ブリッジ識別子「Ａ」およびパスコスト「Ｍ」が設定され、他方の予備系１０ｂで形成される第２の制御フレームとなるＢＰＤＵには、ブリッジ識別子「Ａ」およびパスコスト「Ｎ」が設定される。

このようにして形成された各ＢＰＤＵは、ＢＰＤＵ挿入部１８および回線送信部１９を介して、現用系１０ａおよび予備系１０ｂのそれぞれから独立的にＬＡＮ１００へ送出される。これにより、ＬＡＮ１００では、仮想ルートブリッジ１０ｃを最上位層としたツリートポロジーが構築されることから、予備系１０ｂがツリートポロジーに参加できないという従来の問題が解消される。

また、図３（ａ）に示すように、ツリートポロジーの構築後に現用系１０ａに障害が発生したとき、同図（ｂ）に示すように、予備系１０ｂへの切り替わりと共に、各装置２０〜４０の回線ポートが切り替わることで、既存のツリートポロジー、すなわち仮想ルートブリッジ１０ｃを最上位層としたツリートポロジーに基づき、主信号の新たな伝送ルートが形成される。

以上説明したように、本実施例では、ＭＡＣブリッジ装置１０の現用系１０ａおよび予備系１０ｂに仮想ルートブリッジ１０ｃの設定を行うことにより、これらの現用系１０ａおよび予備系１０ｂが、あたかも実存のルートブリッジに接続されているかのように振る舞う。よって、ルートブリッジが実存しないＬＡＮ１００では、ルートブリッジに障害が起こるという事態は発生せず、また、実存の現用系１０ａに障害が発生しても、ツリートポロジーを再構築する必要はないことから、円滑に伝送ルートを切り替えることができ、ＷＡＮ２００との通信遅延を回避できる。

上記の実施例では、ＭＡＣブリッジ装置１０に、ＭＡＣブリッジ装置２０および３０といった２つの装置が接続される例を説明したが、接続形態はこの例に限らず、適宜設定することができる。例えば、図４に示すように、現用系１０ａおよび予備系１０ｂの回線ポート数をそれぞれ４つとし、これらのポートに４つのＭＡＣブリッジ装置５０〜８０が接続されるような場合も、本発明を適用することができる。

また、本発明のブリッジ装置は、上記の実施例のように、中継装置となるＭＡＣブリッジ装置に限らない。パッケージ二重化構成を持つ装置であれば、ＬＡＮを構成する他のＭＡＣブリッジ装置を適用することができる。

上記実施例では、冗長構成を制御するプロトコルとしてＲＳＴＰを採用したが、これに代えて、ＳＴＰを適用しても本発明を実施することができる。

本発明に係る冗長構成制御方法の実施例を説明するための説明図である。本発明による実施例のパッケージの機能構成を示すブロック図である。本発明による実施例の手順を説明するための説明図である。本発明による他の実施例を説明するための説明図である。従来の冗長構成制御方法を説明するための説明図（その１）である。従来の冗長構成制御方法を説明するための説明図（その２）である。従来の冗長構成制御方法を説明するための説明図（その３）である。

符号の説明

１００ＬＡＮ
２００ＷＡＮ
１０〜４０ＭＡＣブリッジ装置
１０ａ現用系
１０ｂ予備系
１０ｃ仮想ルートブリッジ

Claims

現用系機構および予備系機構からなる冗長構成を有する所定のブリッジ装置を含む複数のブリッジ装置間でＭＡＣ（Media Access Control）フレームを伝送するネットワークにおいて前記冗長構成を制御する方法であって、
前記所定のブリッジ装置は、スパニングツリープロトコルに基づきＭＡＣフレームの伝送パスを監視するための第１の制御フレームおよび第２の制御フレームに対し、当該各制御フレームを送信したブリッジ装置を識別するためのブリッジ識別子としてツリートポロジーの最上位層に対応する同一の値を設定すると共に、伝送パスの伝送負荷を示すパスコストについて前記第２の制御フレームの値を前記第１の制御フレームの値よりも高く設定し、前記現用系機構から前記第１の制御フレームを送出し、前記予備系機構から前記第２の制御フレームを送出することを特徴とする冗長構成制御方法。
前記所定のブリッジ装置を介して前記ネットワークを他のネットワークに接続することを特徴とする請求項１記載の冗長構成制御方法。
前記ネットワークにＲＳＴＰ（Rapid Spanning Tree Protocol）を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の冗長構成制御方法。
ＭＡＣ（Media Access Control）フレームを伝送するネットワークに含まれ、且つ、現用系機構および予備系機構からなる冗長構成を有するブリッジ装置であって、
前記現用系機構および予備系機構のそれぞれは、
スパニングツリープロトコルに基づきＭＡＣフレームの伝送パスを監視するための制御フレームを形成する制御フレーム形成部と、
制御フレームを送信したブリッジ装置を識別するためのブリッジ識別子、および、伝送パスの伝送負荷を示すパスコストに関し、前記制御フレーム形成部で形成する制御フレームに設定すべき値を保持する制御情報保持部とを備え、
前記予備系機構の制御情報保持部は、前記ブリッジ識別子の値として、前記現用系機構で保持される値と同一であり且つツリートポロジーの最上位層に対応する値を保持し、前記パスコストの値として、前記現用系機構で保持される値よりも高い値を保持することを特徴とするブリッジ装置。
前記現用系機構および予備系機構のそれぞれは、さらに、前記ネットワークを他のネットワークと通信可能に接続する中継手段を備えることを特徴とする請求項４記載のブリッジ装置。
前記ネットワークにＲＳＴＰ（Rapid Spanning Tree Protocol）を用いることを特徴とする請求項４又は５記載のブリッジ装置。