JP4802788B2 - ネットワークの通信経路制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＳＴＰ（ラピッド・スパニング・ツリー・プロトコル）を利用してネットーク間を接続するブリッジの有無を検出し、ネットワークの通信経路を制御する方法に関する。

図７にネットワーク構成例を示すように、各ＬＡＮ−１〜ＬＡＮ−５間に設けられるブリッジは、ＬＡＮ間のパケット通信に衝突を制限してネットワークを効率化するものであり、受信したパケットの宛先とＭＡＣアドレスを登録されたアドレステーブルと照合し、該当する端末が存在しているポートにパケットを中継／転送し、受信したポートと同じポートに宛先の端末があればパケットを破棄することで、セグメントに不要なパケットが中継されるのを阻止するという機能をもつ。

ＳＴＰ（スパニング・ツリー・プロトコル）は、ループ通信経路を形成できるネットワーク構成において、ブリッジ間でＢＰＤＵ（ブリッジ・プロトコル・データ・ユニット）と呼ばれる制御情報をやり取りし、通常時に使う通信経路を１つ設定し、それ以外の通信経路は障害発生時の迂回経路として設定する機能を有する（例えば、特許文献１参照）。このＳＴＰによる経路設定においては、経路に障害が発生して経路を切り替えるとき、制御情報がネットワーク全体に行き渡ることが必要なため、数十秒以上の時間が必要になる。

この課題を解決するＲＳＴＰでは、ポートを上流に向かうものと下流に向かうものに分け、ＳＴＰよりも詳細な制御情報を交換し合うことで、経路の切り替え時間を数秒程度に削減することができる。
特開２００４−２０１１４０号公報

前記のように、ＲＳＴＰは、従来のＳＴＰに比べ、トポロジをより速く収束させる仕組みを持っている（高速コンバージェンス）。このＲＳＴＰ高速コンバージェンスが適用されるためには、そのポートがエッジポートまたはルートポートである場合を除いて、ポイント・ツー・ポイント接続でなければならない。

ポイント・ツー・ポイント接続の設定として以下の３種類が定義されている（例えば、ＩＥＥＥ８０２.１ｗ参照）。

・ＦｏｒｃｅＴｒｕｅ：このポートをポイント・ツー・ポイント接続ポートとみなす。

・ＦｏｒｃｅＦａｌｓｅ：このポートをポイント・ツー・ポイント接続ポートとみなさない。

・Ａｕｔｏ：ポイント・ツー・ポイント接続であるかどうかを自動的に判定する。

上記のＦｏｒｃｅＴｒｕｅに設定されたポートは、ポイント・ツー・ポイント接続ポートと見なされ、ＲＳＴＰ高速コンバージェンスが適用される。しかし、これはあくまでも設定であり、実際の接続をポイント・ツー・ポイントにするのはユーザ側の責任となる。もしも、実際の接続がポイント・ツー・ポイントではないのに、設定上ではポイント・ツー・ポイント接続となっている場合には、データループによるネットワークダウンを招く恐れがある。

一方、ＦｏｒｃｅＦａｌｓｅに設定されたポートはポイント・ツー・ポイント接続ポートとは見なされないため、ＲＳＴＰ高速コンバージェンスは適用されない。仮に、そのポートが物理接続上はポイント・ツー・ポイントであったしても、ＲＳＴＰ高速コンバージェンスの恩恵を受けることができず、そのパフォーマンスはＳＴＰ相当となる。

このように、ＦｏｒｃｅＴｒｕｅ，ＦｏｒｃｅＦａｌｓｅは固定設定であり運用上の利便性に欠けるため、一般的には３つ目のＡｕｔｏ設定が選ばれると予想される。Ａｕｔｏに設定されたポートではポイント・ツー・ポイントであるかどうかが自動的に判定されるため、設定の手間が軽減されるだけでなく、設定ミスによるネットワークダウンの防止が期待できる。

しかし、この自動判定は、そのポートが全二重であるかどうかという、単純な根拠に基づいている。すなわち、全二重ならばポイント・ツー・ポイント接続と見なされ、半二重ならばポイント・ツー・ポイント接続とは見なされない。この判定方法では、そのリンクが本当に論理的にポイント・ツー・ポイント接続であるかどうかわからない。たとえば、全二重をサポートするダムハブを介して３つのブリッジを接続した場合、それらのポートの接続は論理的にはポイント・ツー・ポイントではないのに、自動判定ではポイント・ツー・ポイントと判定されてしまう。また逆に、論理的にポイント・ツー・ポイント接続のポートの伝送モードがたまたま半二重であった場合でも、自動判定ではポイント・ツー・ポイントではないと判定されてしまう。

このように、ポートが全二重（デュプレクスモード）であるか否かだけでポイント・ツー・ポイント接続の判定を行なうのでは、その正確な判定ができないという問題がある。

本発明の目的は、ＲＳＴＰのトポロジを変更することなく、ポートのポイント・ツー・ポイント接続を確実に判定して通信経路の高速切り替えを可能にしたネットワークの通信経路制御方法を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、ＢＰＤＵの送信元ＭＡＣアドレスによって、ＬＡＮ上に複数のブリッジが存在するかどうか（ポイント・ツー・ポイント接続かどうか）を判定すること、ＢＰＤＵエコーリクエスト機構を追加してポイント・ツー・ポイント接続の判定をすること、ポイント・ツー・ポイント接続の判定にタイマ期限を設定することとしたもので、以下の方法を特徴とする。

（１）ＬＡＮに接続されたブリッジ間で制御情報（ＢＰＤＵ）をやり取りしてブリッジの存在を検出し、ＲＳＴＰによってポイント・ツー・ポイント接続にあることを条件にブリッジを介したＬＡＮ間の通信経路を制御するネットワークの通信経路制御方法であって、
前記ブリッジの各ポートは、
ＭＡＣアドレスを記録する変数Ｍとポイント・ツー・ポイント接続の判定結果Ｐを記録／更新できる手段を設け、
前記変数Ｍに何も記録されていないときは当該ポートがデュプレクスモードであるか否かによってポイント・ツー・ポイント接続か否かを判定する手順と、
プロポーザルフラグをセットした前記ＢＰＤＵを送信してそのアグリーメントを待ち、該アグリーメントの送信元ＭＡＣアドレスが前記変数Ｍに記録されたポートと同じであるときは該当ポートをポイント・ツー・ポイント接続と判定し、異なるときはポイント・ツー・ポイント接続でないと判定する手順とを備えたことを特徴とする。

（２）前記ブリッジの各ポートは、ＬＡＮに新規に接続されたときに、エコーリクエストフラグをセットした前記ＢＰＤＵを送信する手順を有し、
前記ＢＰＤＵを受信した側のブリッジは該エコーリクエストフラグがセットされているときはかならず前記ＢＰＤＵを返信する手順を有し、
前記エコーリクエスト付きのＢＰＤＵの送信側ブリッジは前記返信されたＢＰＤＵのＭＡＣアドレスが前記変数Ｍに記録されたポートと同じであるときは該当ポートをポイント・ツー・ポイント接続と判定し、異なるときはポイント・ツー・ポイント接続でないと判定する手順とを備えたことを特徴とする。

（３）前記ブリッジの各ポートは、前記ＢＰＤＵのＭＡＣアドレスの記録にタイマをセットし、このタイマがタイムアップするまでは前記判定結果Ｐを有効とし、該タイマがタイムアップしたときに該判定結果Ｐは初期値（Ｉｎｖａｌｉｄ）に戻す手順を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、ＢＰＤＵのＭＡＣアドレスをチェックすることにより、ポイント・ツー・ポイント設定がＡｕｔｏの場合にポートのデュプレクスモードだけで判定するよりも正確にポイント・ツー・ポイント接続を判定することができる。

また、従来のＲＳＴＰではトポロジ収束時には代表ブリッジのＢＰＤＵしか検出できないが、本発明によれば、エコーリクエストを追加することにより、後からＬＡＮに参加したブリッジでもポイント・ツー・ポイントを正確に判定できる。

また、ブリッジをＬＡＮから切り離したとき、特別な離脱手続きをしなくても、タイマ機構によりポイント・ツー・ポイント判定を適切に更新できる。

（実施形態１）ＢＰＤＵのＭＡＣアドレスの監視
本実施形態は、ポイント・ツー・ポイント接続の判定をデュプレクスモードだけではなく、受信したＢＰＤＵの送信元ＭＡＣアドレスによって判断する。

本実施形態におけるブリッジの各ポートは、ＭＡＣアドレスを記録する変数Ｍとポイント・ツー・ポイント接続の判定結果Ｐをそれぞれ記録／更新できるようにしておく。初期値は、Ｍ＝０、Ｐ＝Ｉｎｖａｌｉｄとする。Ｍが０の場合にはＭＡＣアドレスが登録されていないことを示す。

各ポートはＢＰＤＵを受信したら以下の手続きによってＭとＰを更新する。

・Ｍ＝０であった場合には、受信したＢＰＤＵの送信元ＭＡＣアドレスをＭに代入し、ＰをＴｒｕｅとする。

・Ｍ≠０であった場合には、Ｍに記録するＭＡＣアドレスと受信したＢＰＤＵの送信元ＭＡＣアドレスを比較し、一致しなかったときにＭに受信したＢＰＤＵの送信元ＭＡＣアドレスを代入し、ＰをＦａｌｓｅとする。

そのポートがポイント・ツー・ポイント接続であるかどうかの判定基準を以下に示す。

・Ｐ＝Ｉｎｖａｌｉｄ：デュプレクスモードによってポイント・ツー・ポイント接続の真偽を判定する。

・Ｐ＝Ｔｒｕｅ：そのポートをポイント・ツー・ポイント接続とみなす。

・Ｐ＝Ｆａｌｓｅ：そのポートをポイント・ツー・ポイント接続とはみなさない。

以下のトポロジを例にした動作イメージを図１に示す。図中、「■」印は注目するＲＳＴＰブリッジで、「□」印は他のＲＳＴＰブリッジを指す。「？」印はそこにブリッジがいるのかどうかわからない状態を示している。「△」印はＢＰＤＵを示す。

同図において、（ａ）の段階では、■印のＲＳＴＰブリッジは該当ポートのポイント・ツー・ポイント接続はデュプレクスモードによって判定する。（ｂ）の段階では、プロポーザルフラグをセットしたＲＳＴ−ＢＰＤＵ（▼印）を送信し、アグリーメントが返ってくるのを待つ。（ｃ）の段階では、仮に送信元ＭＡＣアドレスがＡであるＢＰＤＵ（△印）を受信したら、該当ポートはポイント・ツー・ポイント接続と判定される。（ｄ）では、送信元ＭＡＣアドレスがＢであるＢＰＤＵを受信したら、該当ポートはポイント・ツー・ポイント接続ではないと判定される。

このような手順により、既存のＲＳＴＰをプロトコル的に変更することなく、ポイント・ツー・ポイント接続の判定を得ることができる。

（実施形態２）ＢＰＤＵエコーリクエスト
上記の実施形態１の方法は、既存のＲＳＴＰをプロトコル的に変更することなく適用できる。しかし、ＲＳＴＰでは、あるＬＡＮ上で発言権を常に持っているのは代表ブリッジ（Designated Bridge）だけなので、そのＬＡＮ上のＢＰＤＵをヒアリングするだけでは、黙り込んでいる別のブリッジの存在を検出できない。

なお、あるＬＡＮ上で代表ブリッジ以外のブリッジが発言を許されるのは、プロポーザルに対してアグリーメントを返す場合、または、トポロジ変更の通知を行なう場合に限られる。

そこで、本実施形態では、ＢＰＤＵの送信を要求するために「ＢＰＤＵエコーリクエストフラグ」をＢＰＤＵに追加する。各ポートは、ＭＡＣアドレスの検出工程に着手するにあたり、まずＢＰＤＵエコーリクエストフラグをセットしたＲＳＴ−ＢＰＤＵを送信する。

ＢＰＤＵを受信した側のブリッジは、通常のＲＳＴＰアルゴリズムに従ってこれを処理するが、このとき、エコーリクエストフラグを参照し、これがセットされているときはかならずＲＳＴ−ＢＰＤＵを返信するようにする。エコーリクエストの送信側は実施形態１の手続きに従ってＭＡＣアドレスを回収し、ポイント・ツー・ポイント接続の真偽を判定する。

図２に本実施形態における動作イメージを示す。ここでは、ブリッジＡ，Ｂが接続されたＬＡＮに新たなブリッジ（■印）が参加するケースについて説明する。仮に、ブリッジＡがこのＬＡＮの代表ブリッジであり、トポロジ的に収束した状態であるとき、このＬＡＮ上ではブリッジＡが送信したＢＰＤＵだけが観測される。したがって、実施形態１をそのまま適用すると、ブリッジ（■印）は該当ポートをポイント・ツー・ポイント接続と勘違いしてしまう。図２において、△印はＢＰＤＵを示す。下線付き▲印はＢＰＤＵエコーリクエストがセットされていることを示す。

図２において、（ａ）では収束したＬＡＮ−１に新規ブリッジ（■印）をＬＡＮ−１に接続した状態を示す。（ｂ）の段階では、少なくとも、代表ブリッジＡから定期的に送信されるＢＰＤＵにより、新規ブリッジはブリッジＡの存在を検出する。つまり、新規ブリッジは何もしなくてもブリッジＡのＢＰＤＵを検出できる。ブリッジＢは沈黙を守っている。（ｃ）の段階では、新規ブリッジは他におとなしくしているブリッジがいないかどうか確かめるために、エコーリクエスト付きＢＰＤＵをＬＡＮ−１に送信する。（ｄ）の段階では、ブリッジＢはエコーリクエスト付きのＢＰＤＵを検出し、この応答としてＢＰＤＵを送信する。ブリッジＡも同様に応答する。（ｅ）の段階では、新規ブリッジはブリッジＢからのＢＰＤＵを受信することにより、ブリッジＢの存在を認識する。

このような手順により、該当ポートはポイント・ツー・ポイント接続でないと判定することができる。

（実施形態３）ブリッジ検出タイマ
実施形態１、実施形態２の方法により、ＬＡＮにブリッジが３台以上接続されたとき、ポイント・ツー・ポイント接続ではないと判定することができる。しかしこれとは逆に、３台以上のブリッジが接続されたＬＡＮからブリッジがいなくなって、ポイント・ツー・ポイント接続となったときに、これを検出することができない。

そこで、本実施形態では、ＭＡＣアドレスエントリに期限を設けることにする。この期限を管理するために、ブリッジ検出タイマＴをポートごとに実装する。

実施形態１と同様に、各ポートはＢＰＤＵのＭＡＣアドレスを記録するが、このときにタイマＴをセットする。タイマＴがタイムアップするまでは、ポイント・ツー・ポイント判定結果Ｐは有効とする。タイマＴがタイムアップしたら、ポイント・ツー・ポイント判定結果Ｐは初期値（Ｉｎｖａｌｉｄ）に戻され、実施形態２の手順により、そのＬＡＮ上のブリッジを再び検索する。

ブリッジ検出タイマの更新条件は以下の通りとする。

・ポイント・ツー・ポイント接続判定がＴｒｕｅの場合、プロポーザルフラグまたはエコーリクエストフラグがセットされたＲＳＴ−ＢＰＤＵを送受信したときを更新条件とする。

・ポイント・ツー・ポイント判定がＦａｌｓｅの場合、プロポーザルフラグまたはエコーリクエストフラグがセットされたＲＳＴ−ＢＰＤＵを送受信した後に、ポイント・ツー・ポイント判定がＦａｌｓｅに更新されたときを更新条件とする。

以下、ブリッジの接続台数別に動作例を説明する。

（１）ブリッジが１台接続された場合
図３はＬＡＮ−１上にブリッジ１台のみが接続された場合を示す。同図において、（ａ）では、ＬＡＮ−１にはブリッジ（■印）だけが接続されている。この段階では、該当ポートのポイント・ツー・ポイント接続はデュプレクスモードによって判定する。（ｂ）ではタイマＴはダウンカウントを開始する。（ｃ）ではタイマＴがタイムアップしたとする。（ｄ）ではタイマＴのタイムアップによって、ポイント・ツー・ポイント判定を初期化し（ただし、元から初期値なので変化なし）、タイマＴを再セットする。

このような手順により、他にブリッジが参加して来ないときは上記の繰り返しで、ブリッジ（■印）はＰ＝Ｉｎｖａｌｉｄが維持され、ポイント・ツー・ポイント接続でないとした判定を得ることができる。

（２）ブリッジが２台接続になった場合
図４はＬＡＮ−１上にブリッジが２台接続された場合を示す。同図において、（ａ）では、図３の状態から、ＬＡＮ−１にブリッジＡが参加し、エコーリクエスト付きＲＳＴ−ＢＰＤＵを送信した状態を示す。（ｂ）の段階では、ハンドシェイクの結果、仮にブリッジＡがＬＡＮ−１の代表ブリッジになったとする。このとき、ブリッジ（■印）は、ポイント・ツー・ポイント接続判定Ｐを更新し、タイマＴをセットする。また、ブリッジ（■印）はエコーリクエストを返信する。（ｃ）では、ブリッジＡのポイント・ツー・ポイント接続判定結果が更新される。（ｄ）では、ＬＡＮ−１の代表であるブリッジＡはタイマＴの残りが少なくなってきたら、早めにエコーリクエスト付きのＲＳＴ−ＢＰＤＵをＬＡＮ−１に送信し、ポイント・ツー・ポイント判定を更新する。（ｅ）では、ブリッジ（■印）のポイント・ツー・ポイント判定も更新される。

このような手順により、他にブリッジが参加して来ないときは上記の（ｄ）と（ｅ）の繰り返しで、Ｐ＝Ｔｒｕｅが維持される。

（３）ブリッジが３台接続になった場合
図５はＬＡＮ−１上にブリッジが３台まで接続された場合を示す。同図において、（ａ）では、図４の状態から、ＬＡＮ−１にブリッジＢが参加し、エコーリクエスト付きＲＳＴ−ＢＰＤＵを送信した状態を示す。（ｂ）の段階では、ブリッジＡとブリッジ（■印）はポイント・ツー・ポイント判定を更新し、エコーリクエストに対してリプライした状態を示す。（ｃ）では、ブリッジＢのポイント・ツー・ポイント判定が更に更新された状態を示す。（ｄ）では、代表ブリッジＡはタイマＴの残りが少なくなってきたら、早めにエコーリクエスト付きのＲＳＴ−ＢＰＤＵをＬＡＮ−１に送信し、ポイント・ツー・ポイント判定を更新しようとする。（ｅ）の段階では、ブリッジＢとブリッジ（■印）はエコーリクエストに対してリプライを返す。（ｆ）では、これらのリプライによって、各ブリッジのポイント・ツー・ポイント判定が更新される。

このような手順により、（ｄ）〜（ｆ）の繰り返しで、Ｐ＝Ｆａｌｓｅが維持される。

（４）ブリッジが３台から２台に減った場合
図６はＬＡＮ−１上のブリッジが３台から２台まで減った場合を示す。同図において、（ａ）では図５の状態で、ＬＡＮ−１からブリッジＢが離脱した状態を示す。（ｂ）では、代表ブリッジＡはタイマＴの残りが少なくなってきたら、早めにエコーリクエスト付きのＲＳＴ−ＢＰＤＵをＬＡＮ−１に送信し、ポイント・ツー・ポイント判定を更新しようとする。（ｃ）では、ブリッジ（■印）だけがエコーリクエストに対してリプライを返す。（ｄ）では、ブリッジ（■印）はブリッジＡしか検出しないため、ポイント・ツー・ポイント判定がＦａｌｓｅに更新されることはなく、やがてタイムアウトし、Ｉｎｖａｌｉｄに戻る。このとき、ブリッジＡはＭ＝Ｂだったため、ポイント・ツー・ポイント判定はＦａｌｓｅに更新されたが、次の更新機会でＴｒｕｅに戻る。

その後、ブリッジ（■印）は実施形態２で述べた方法でＬＡＮ−１上のブリッジを再検索し、ポイント・ツー・ポイント判定がＴｒｕｅとなる。ブリッジＡはすでにＭ＝Ａとなっているため、ポイント・ツー・ポイント判定がこれ以上Ｆａｌｓｅに更新されることがない。やがてタイマＴがタイムアウトすることでポイント・ツー・ポイント判定はＩｎｖａｌｉｄに戻り、やはり実施形態２の手順でＬＡＮ−１上のブリッジを再検索し、最終的には同判定はＴｒｕｅに落ち着く。

本発明の実施形態１を説明するための動作イメージ。 本発明の実施形態２を説明するための動作イメージ。 本発明の実施形態３を説明するための動作イメージ（ブリッジ１台のみ）。 本発明の実施形態３を説明するための動作イメージ（ブリッジ２台）。 本発明の実施形態３を説明するための動作イメージ（ブリッジ３台）。 本発明の実施形態３を説明するための動作イメージ（ブリッジ３台→２台）。 ブリッジによるネットワーク構成例。

Claims (3)

1. ＬＡＮに接続されたブリッジ間で制御情報（ＢＰＤＵ）をやり取りしてブリッジの存在を検出し、ＲＳＴＰによってポイント・ツー・ポイント接続にあることを条件にブリッジを介したＬＡＮ間の通信経路を制御するネットワークの通信経路制御方法であって、
   前記ブリッジの各ポートは、
   ＭＡＣアドレスを記録する変数Ｍとポイント・ツー・ポイント接続の判定結果Ｐを記録／更新できる手段を設け、
   前記変数Ｍに何も記録されていないときは当該ポートがデュプレクスモードであるか否かによってポイント・ツー・ポイント接続か否かを判定する手順と、
   プロポーザルフラグをセットした前記ＢＰＤＵを送信してそのアグリーメントを待ち、該アグリーメントの送信元ＭＡＣアドレスが前記変数Ｍに記録されたポートと同じであるときは該当ポートをポイント・ツー・ポイント接続と判定し、異なるときはポイント・ツー・ポイント接続でないと判定する手順とを備えたことを特徴とするネットワークの通信経路制御方法。
2. 前記ブリッジの各ポートは、ＬＡＮに新規に接続されたときに、エコーリクエストフラグをセットした前記ＢＰＤＵを送信する手順を有し、
   前記ＢＰＤＵを受信した側のブリッジは該エコーリクエストフラグがセットされているときはかならず前記ＢＰＤＵを返信する手順を有し、
   前記エコーリクエスト付きのＢＰＤＵの送信側ブリッジは前記返信されたＢＰＤＵのＭＡＣアドレスが前記変数Ｍに記録されたポートと同じであるときは該当ポートをポイント・ツー・ポイント接続と判定し、異なるときはポイント・ツー・ポイント接続でないと判定する手順とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のネットワークの通信経路制御方法。
3. 前記ブリッジの各ポートは、前記ＢＰＤＵのＭＡＣアドレスの記録にタイマをセットし、このタイマがタイムアップするまでは前記判定結果Ｐを有効とし、該タイマがタイムアップしたときに該判定結果Ｐは初期値（Ｉｎｖａｌｉｄ）に戻す手順を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のネットワークの通信経路制御方法。
   
   

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