JP4974294B2 - ループトポロジ予測回避方法、管理装置、通信装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークに誤って構成されたであろうループトポロジを予測し且つ回避するループトポロジ予測回避方法、管理装置、通信装置及びプログラムに関する。

近年、ＦＴＴＨ(Fiber To The Home)技術や他の高速アクセスライン技術によって、アクセスネットワークの通信速度が増大するに伴って、コアネットワークやメトロネットワークも含めた通信ネットワークの大容量化が必要となっている。また、ネットワーク全体の通信速度の向上と共に、レイヤ２スイッチのような通信装置の処理容量の増大も必要となっている。

ＬＡＮ(Local Area Network)内のネットワーク接続技術として開発されたイーサネット（登録商標）技術は、現在のところ、サービス事業者と加入者間の接続用途や、サービス事業者が構築するメトロエリアネットワーク内での使用が普及し始めている。このように広域にイーサネットを展開すると、サービス事業者は、加入者に対して常に安定したサービスを提供するために、ＬＡＮではあまり問題にならなかった、運用・保守・管理（ＯＡＭ：Operation Administration and Maintenance）を考慮する必要がある。従来、レイヤ３技術を用いて広域に展開したイーサネットネットワークのＯＡＭを実施していたが、より詳細なＯＡＭを実施するためにはレイヤ２でのＯＡＭ技術が望ましい。そのため、現在、ＩＴＵ−Ｔ Ｙ．１７３１ではイーサネットネットワーク内でのＯＡＭ手法が規定され、又ＩＥＥＥ８０２．１ａｇやＩＥＥＥ８０２．１Ｑａｗによって、イーサネットＯＡＭフレームや手法の規定が進んでいる。

イーサネットＯＡＭフレームは、到達性管理や、エラー通知、リンク（回線）パフォーマンスモニタ等の機能やその情報を伝達する機能を有するフレームである。イーサネットＯＡＭフレームは、宛先ＭＡＣ(Media Access Control)アドレスと、送信元ＭＡＣアドレスと、Ethernet OAM TLV(Type, Length, and Value)と、ＦＣＳ(Frame Check Sequence)とを含む。ＭＡＣアドレスは、運用保守管理対象となるレイヤ２ネットワーク装置固有の、又はネットワークインターフェイスカードに固有の、４８ビットの識別番号である。Ethernet OAM TLVは、例えば、制御情報（要求／応答）、ステータス（送信元シャーシＩＤ、管理アドレス、ポート状態、入出力ポートの応答動作情報等）等を含む。

瀬戸 康一郎、「８０２．１／８０２．３の標準化動向（３）」、 [online]、２００６年９月２５日、ＷＢＢフォーラム、[平成１９年７月２１日検索]、インターネット＜URL:http://wbb.forum.impressrd.jp/report/20060922/280?page=0%2C0＞ 「イーサネットＯＡＭ技術の概要」、[online]、ＫＤＤＩ研究所、光ネットワークアークテクチャーグループ、[平成１９年７月２１日検索]、インターネット＜URL:http://www.bugest.net/irs/docs_20070309/yoshiki-etherOAM.pdf＞ ITU-T recommendation Y.1731, "OAMfunctions and mechanisms for Ethernet based networks".、[online]、［平成１９年１１月１７日検索］、インターネット＜http://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?lang=e&id=T-REC-Y.1731-200605-I!!PDF-E&type=items＞ IEEEP802.1ag Draft standard, "Connectivity FaultManagement", Draft 8.1.、[online]、［平成１９年１１月１７日検索］、インターネット＜http://www.ieee802.org/1/files/private/ag-drafts/d8/802-1ag-d8-1.pdf＞

レイヤ２ネットワークは、基本的に階層ツリー状トポロジで構成される。従って、レイヤ２ネットワーク内に誤ってループトポロジを構成してしまった場合、ブロードキャストフレーム、マルチキャストフレーム、又は、学習されていない宛先を持つユニキャストフレームは、そのループトポロジの中を廃棄されることなく回り続けることとなる。

このように、ループトポロジの中を回り続けるフレームは、帯域を埋め尽くすまで転送され、ネットワーク内のＬ２スイッチではループによるアドレス情報の誤学習を発生させ、それにより通信ができなくなる。また、ループによるアドレス情報の書き換えが頻繁に発生することから、装置によっては転送能力が著しく低下する可能性がある。更に、ブロードキャストフレームは、同じブロードキャストドメイン全てのＬ２スイッチで受信処理をしなければならず、当該装置の処理負荷が増大する。更に、ブロードキャストフレームがループ内で一度送信されると、通常とは桁違いの数のブロードキャストフレームを受信・廃棄処理しなければならない。そのため、当該装置がどこか別の装置と通信をしていなくても、ネットワークに接続しているだけで、使用不能な状態になる可能性もあり、最終的に通常の通信ができなくなる恐れがある。

ユーザが比較的自由にネットワークを構築することができるイーサネットの場合、ネットワークにループトポロジが構成される可能性も高く、ＷＡＮに拡張した広域イーサネットサービスを実現する上での弱点となっていた。従って、遠隔に位置する管理装置が、迅速に、ループトポロジの箇所を検出し、且つ、そのループトポロジを回避する必要がある。

しかしながら、ループトポロジの中を回り続けるフレームによって帯域が埋め尽くされた場合、たとえループトポロジを検出できたとしても、遠隔の管理装置が、そのループトポロジを回避するように制御することは極めて難しい。即ち、管理装置が、制御ネットワーク（例えばＳＮＭＰベースのＬ３ネットワーク）を介して当該Ｌ２スイッチへポート閉塞の指示パケットを送信したとしても、又は、データネットワーク（イーサネットネットワーク）を介してポート閉塞のためのイーサネットフレームを送信したとしても、受動的に当該Ｌ２スイッチがポートを閉塞できる可能性は、極めて低い。

また、ポート閉塞のためのイーサネットＯＡＭフレームがそのＬ２スイッチに到達したとしても、閉塞するポートによっては、ループトポロジの影響を全く受けていない他の通信装置又は端末に、帯域圧迫の影響を与える恐れもある。即ち、あるポートの閉塞によって、ネットワークトポロジが変化し、それによって、特定のリンクにフレームが集中して流れ、輻輳を生じさせる恐れもある。

そこで、本発明は、遠隔に位置する管理装置からの制御に基づいて、ネットワーク障害の初期段階で、通信装置が、能動的にループトポロジを回避するように動作するループトポロジ予測回避方法、管理装置、通信装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する複数の通信装置と、該通信装置が接続されたネットワークにおけるループトポロジの発生を予測する管理装置とを有するシステムにおけるループトポロジ予測回避方法であって、
通信装置が、現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）し、
管理装置が、通信装置のポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する第１のステップと、
通信装置が、疎通確認メッセージに含まれるポート閉塞順位を記憶する第２のステップと、
通信装置が、疎通確認メッセージをその周期間隔で受信できなかった際に、第１の所定時間の間、疎通確認メッセージが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定する第３のステップと、
通信装置が、ループトポロジ障害が発生したと判定した場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞する第４のステップと
を有し、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、第１のステップから第４のステップまでを繰り返すことを特徴とする。

本発明のループトポロジ予測回避方法における他の実施形態によれば、第４のステップについて、通信装置が、ループトポロジ障害が発生したと判定した場合、現閉塞ポート順位Ｋの先の順位Ｋ−１と一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートの閉塞を開放することも好ましい。

本発明のループトポロジ予測回避方法における他の実施形態によれば、疎通確認メッセージは、運用保守管理フレームであるイーサネットＯＡＭフレームにおけるＥＴＨ−ＣＣＭ(ETHernet Continuity Check Message)であり、該ＥＴＨ−ＣＣＭには、周期及びフレーム順序の情報が含まれていることも好ましい。

本発明のループトポロジ予測回避方法における他の実施形態によれば、第１のステップの前段階で、
管理装置が、ネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数の通信装置からなるグループを導出するステップと、
管理装置が、通信装置のポート毎に、ネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生の危険指数を導出するステップと、
管理装置が、グループ毎に、そのグループに含まれる複数の通信装置の複数のポートの中で、最も危険指数が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定するステップと
を有することも好ましい。

本発明のループトポロジ予測回避方法における他の実施形態によれば、
通信装置が、疎通確認メッセージの受信履歴情報を、管理装置へ送信するステップと、
管理装置が、通信装置から受信した受信履歴情報に基づいて、通信装置のポート毎の危険指数を更新するステップと
を更に有することも好ましい。

本発明によれば、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置と通信可能であって、ループトポロジの発生を予測する管理装置において、
ネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数の通信装置からなるグループを導出する危険グループ導出手段と、
通信装置のポート毎に、ネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生の危険指数を導出する危険指数導出手段と、
グループ毎に、そのグループに含まれる複数の通信装置の複数のポートの中で、最も危険指数が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定するポート閉塞順位決定手段と、
通信装置のポート毎に、ポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する疎通確認メッセージ送信手段と
を有することを特徴とする。

本発明の管理装置における他の実施形態によれば、通信装置から、疎通確認メッセージの受信履歴情報を含む保守管理フレームを受信する保守管理フレーム受信手段を更に有し、危険指数導出手段は、受信履歴情報に基づいて、通信装置のポート毎の危険指数を更新することも好ましい。

本発明の管理装置における他の実施形態によれば、疎通確認メッセージは、運用保守管理フレームであるイーサネットＯＡＭフレームにおけるＥＴＨ−ＣＣＭであり、該ＥＴＨ−ＣＣＭには、周期及びフレーム順序の情報が含まれていることも好ましい。

本発明の管理装置における他の実施形態によれば、前述した管理装置と通信可能であって、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置において、
管理装置から、当該通信装置のポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に受信する疎通確認メッセージ受信手段と、
疎通確認メッセージに含まれるポート閉塞順位をポート毎に記憶する閉塞順位記憶手段と、
疎通確認メッセージをその周期間隔で受信できなかった際に、第１の所定時間の間、疎通確認メッセージが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定するループトポロジ判定手段と、
現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）した上で、ループトポロジ障害が発生したと判定された場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞するポート閉塞／開放手段と、
ポート閉塞／開放手段の実行毎に、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、ループトポロジ判定手段及びポート閉塞／開放手段を繰り返すように制御するポート閉塞／開放制御手段と
を有することを特徴とする。

本発明の通信装置における他の実施形態によれば、ポート閉塞／開放手段は、ループトポロジ障害が発生したと判定された場合、現閉塞ポート順位Ｋの先の順位Ｋ−１と一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートの閉塞を開放することも好ましい。

本発明によれば、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置と通信可能であって、ループトポロジの発生を予測する管理装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
ネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数の通信装置からなるグループを導出する危険グループ導出手段と、
通信装置のポート毎に、ネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生の危険指数を導出する危険指数導出手段と、
グループ毎に、そのグループに含まれる複数の通信装置の複数のポートの中で、最も危険指数が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定するポート閉塞順位決定手段と、
通信装置のポート毎に、ポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する疎通確認メッセージ送信手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、前述した管理装置と通信可能であって、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
管理装置から、当該通信装置のポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に受信する疎通確認メッセージ受信手段と、
疎通確認メッセージに含まれるポート閉塞順位をポート毎に記憶する閉塞順位記憶手段と、
疎通確認メッセージをその周期間隔で受信できなかった際に、第１の所定時間の間、疎通確認メッセージが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定するループトポロジ判定手段と、
現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）した上で、ループトポロジ障害が発生したと判定された場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞するポート閉塞／開放手段と、
ポート閉塞／開放手段の実行毎に、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、ループトポロジ判定手段及びポート閉塞／開放手段を繰り返すように制御するポート閉塞／開放制御手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明のループトポロジ予測回避方法、管理装置、通信装置及びプログラムによれば、ネットワーク障害の初期段階で、通信装置が、能動的にループトポロジを回避するように動作することができる。即ち、本発明によれば、通信装置は、ループトポロジが誤って構成されたと判定した際に、管理装置から受信したポート閉塞順位に応じて、逐次、ポートを閉塞する。これにより、ループトポロジによって通信が不可能となる前に、ループトポロジを回避することができる。尚、このポート閉塞順位は、管理装置が、通信装置のポート毎に、ループトポロジの発生の可能性の高い箇所を予測して決定する。従って、ループトポロジの発生の可能性の高い箇所から順に、ポートを閉塞することができ、ループトポロジの構成に影響を与えるポートを、早急に閉塞することができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、レイヤ２ネットワークのシステム構成図である。

図１によれば、多数のＬ２スイッチ（レイヤ２スイッチ、通信装置、以下では単に「ＳＷ」と表す）１が、階層ツリー状で接続されている。また、このネットワークには、管理装置２が接続されている。

最初に、本発明を実現するために、以下の２つの値を定義する。
（１）ループ発生危険グループ（ＬＲＧ：Loop Risk Group）
（２）ループ発生危険指数（ＬＤ：Loop Degree）

［ループ発生危険グループ（ＬＲＧ：Loop Risk Group）］
ＬＲＧは、ループトポロジが発生する危険性のあるＬ２スイッチのグループ（組合せ）単位を表し、それらスイッチ同士の誤った接続によって、ループトポロジを構成してしまうグループである。

ＬＲＧは、例えば、少なくとも以下の単位となる。
（１）レイヤ２ブロードキャストドメイン毎のブリッジの組合せ単位（ブロードキャストフレームが到達する範囲）
（２）ＶＬＡＮ(Virtual LAN)毎のブリッジの組合せ単位（異なるＶＬＡＮは、異なるＬＲＧに属する）
（３）あるサービスに特化したブリッジの組合せ単位

図１によれば、例えば５個のＬＲＧが表されている。ここでは、分岐点となる上位層のスイッチを基準として、下位層の複数のスイッチの間でループトポロジが構成されると考える。
ＬＲＧ１：ＳＷ３、ＳＷ５〜ＳＷ８
ＬＲＧ２：ＳＷ４、ＳＷ９〜ＳＷ１８
└ＬＲＧ３：ＳＷ９、ＳＷ１１〜ＳＷ１４
└ＬＲＧ４：ＳＷ１０、ＳＷ１５〜ＳＷ１８
└ＬＲＧ５：ＳＷ１２〜ＳＷ１４

例えば、ＳＷ１７とＳＷ１８との間が、誤って接続されたとする。このとき、ＳＷ１７及びＳＷ１８を含むＬＲＧ４（ＳＷ１０及びＳＷ１５〜ＳＷ１８）のグループで、ループトポロジが構成される。即ち、ＳＷ１０及びＳＷ１５〜ＳＷ１８について、ループトポロジを構成しているいずれかのポートを閉塞することによって、ループトポロジは解消される。

［ループ発生危険指数（ＬＤ：Loop Degree）］
ＬＤ値は、ループトポロジが発生する危険指数（自然数）を表し、大きい数になるほど、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

図２は、Ｌ２スイッチの配置図である。

ＬＤ値は、例えば以下の（要素１）〜（要素９）によって決定される。要素毎に、重み指数w()が予め設定されている。また、各Ｌ２スイッチは、これら要素毎に、現在の状態値を有する。ＬＤ値は、状態値に重み指数w()を乗算し、その乗算された値を加算した累積値である。

（要素１）スイッチ（通信装置）が有するリンク数： 重み指数ｗ(4)
スイッチが有するポート数： 重み指数w(5)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋リンク数×ｗ(4)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋ポート数×ｗ(5)
リンク数が多いスイッチであるほど、及び、ポート数が多いスイッチであるほど、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

（要素２）ループ回避プロトコルが適用されている場合
閉塞ポートを有する場合： 重み指数ｗ(5)
閉塞ポートを有さない場合： 重み指数ｗ(4)
リンクアグリゲーションが構成されている場合： 重み指数ｗ(5)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋ｗ()
ループ回避プロトコルによって閉塞ポートを既に構成しているスイッチであるほど、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。また、リンクアグリゲーションを構成しているスイッチであるほど、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

更に、以下のような他の要素を、ＬＤ値に更に累積することも好ましい。

（要素３）スイッチがラックに設置されている場合： 重み指数w(100)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋隣接スイッチ数×ｗ(100)
ラックには複数のスイッチが設置されているので、隣接スイッチとの間で、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

（要素４）同一ビル内で他のフロア（階）に他のスイッチが設置されている場合：
重み指数w(20)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋同一フロア内スイッチ数×ｗ(20)
スイッチは、同一フロア内で接続される場合と、異なるフロアに渡って接続される場合とがある。このとき、同一フロア内で接続される場合の方が、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

（要素５）同一のレイヤ２ドメインに他のスイッチが設置されている場合：
重み指数w(50)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋同一ドメイン内スイッチ数×ｗ(50)
同一のレイヤ２ドメインにおける他のスイッチとの間で、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

（要素６）スイッチ自体が冗長構成されている場合：重み指数w(5)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋冗長数×ｗ(5)
スイッチ自体が冗長構成されている場合、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は少し高いと判定する。

（要素７）加入者網エッジルータが、レイヤ３で終端していない場合：重み指数w(500)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋ｗ(500)
加入者網エッジルータがレイヤ３で終端していないために、加入者設定によって誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

（要素８）スイッチが、有人局舎に配置されている場合：重み指数w(100)
ＬＤ値＝ＬＤ値＋ｗ(100)
スイッチは、有人フロアに配置される場合と、無人フロアに配置される場合とがある。このとき、有人フロアに配置される場合の方が、人の操作によってスイッチ間が誤って接続され、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

（要素９）そのポートが、過去にループトポロジを構成し、閉塞されたことがある場合：
重み指数w(300)
そのポートが、過去にループトポロジを構成し、閉塞されたことがある場合、再度、誤ってループトポロジを構成してしまう可能性は高いと判定する。

前述したように、Ｌ２スイッチのポート毎に、ＬＤ値の累積値が算出される。図２によれば、ラックに設置されたＬ２スイッチＡは、例えば以下のようなＬＤ値になる。
Ｌ２スイッチＡのＬＤ値＝ リンク数×w(4)
＋ポート数×w(5)
＋w(4) ［閉塞ポートを有さない］
＋隣接スイッチ数×w(100) ［ラック配置］
＋同一フロア内スイッチ数×w(20)
＋同一ドメイン内スイッチ数×w(50)
＋w(100) ［有人局舎］

図３は、本発明における管理装置及びＬ２スイッチの機能構成図である。

本発明によれば、Ｌ２スイッチが、自動的にループトポロジの発生を検出する。ループトポロジの発生を検出した複数のＬ２スイッチは、能動的に、１つずつのポートの閉塞／開放を、ループトポロジが解消するまで繰り返す。

図３によれば、５個のＳＷ１０及びＳＷ１５〜ＳＷ１８によって、ループトポロジが構成されている。ループトポロジの発生を検出した複数のＬ２スイッチの中で、最初に、ＳＷ１５の○１ポートを閉塞する。そして、所定時間、ループトポロジが回避されたか否かを判定する。更に、ループトポロジの発生を検出した場合、ＳＷ１５の○１ポートを開放し、次に、ＳＷ１６の○２ポートを閉塞する。そして、所定時間、ループトポロジが回避されたか否かを判定する。更に、ループトポロジの発生を検出した場合、ＳＷ１６の○２ポートを開放し、次に、ＳＷ１５の○３のポートを閉塞する。

管理装置２は、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継するＬ２スイッチ１と通信可能であって、ループトポロジの発生を予測する。図３によれば、管理装置２は、ネットワークトポロジ蓄積部２０１と、危険グループ導出部２０２と、危険指数導出部２０３と、ポート閉塞順位決定部２０４と、危険指数記憶部２０５と、疎通確認メッセージ送信部２０６と、保守管理フレーム受信部２０７とを有する。これら機能構成部は、管理装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによっても実現できる。

ネットワークトポロジ蓄積部２０１は、Ｌ２スイッチの接続状態だけでなく、図２（前述した要素１〜９）に表されたようなＬ２スイッチの配置情報も蓄積する。

危険グループ導出部２０２は、ネットワークトポロジ蓄積部２０１に蓄積されたネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数のＬ２スイッチからなるグループ（ＬＲＧ）を導出する。ＬＲＧは、前述したように分岐点となるＬ２スイッチを基準に構成される。

危険指数導出部２０３は、Ｌ２スイッチのポート毎に、ネットワークトポロジ蓄積部２０１に蓄積されたネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生のＬＤ値（危険指数）を導出する。ＬＤ値は、前述したようにＬ２スイッチのポート毎の配置状況に基づく累積値である。また、このＬＤ値は、Ｌ２スイッチから受信した、保守管理フレームに含まれる受信履歴情報に基づいて更新される。例えば、過去に誤ってループトポロジが発生したポートについては、ＬＤ値が、増分される。

ポート閉塞順位決定部２０４は、ＬＲＧ毎に、そのグループに含まれる複数のＬ２スイッチの複数のポートの中で、最もＬＤ値が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定する。決定されたポート閉塞順位は、危険指数記憶部２０５へ出力される。

危険指数記憶部２０５は、ＬＲＧ毎に、そのＬ２スイッチ１のポート毎におけるＬＤ値及びポート閉塞順位を記憶する。

疎通確認メッセージ送信部２０６は、Ｌ２スイッチのポート毎に、ポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する。疎通確認メッセージは、例えば、運用保守管理フレームであるイーサネットＯＡＭ(Operation Administration and Maintenance)フレームにおけるＥＴＨ−ＣＣＭ(ETHernet Continuity Check Message)である。

ＥＴＨ−ＣＣＭは、管理ポイント間の接続性をチェックするメッセージであり、ＩＥＥＥ８０２．１ａｇ及びＩＴＵ−Ｔ Ｇ．１７３１に規定されている。ＥＴＨ−ＣＣＭの周期は、３ビットで７種類（３．３３ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１ｓ、１０ｓ、１ｍｉｎ）が規定されており、その周期を表すビット列が、ＥＴＨ−ＣＣＭのＰＤＵ(Protocol Data Unit)のFlagに含まれている。また、ＥＴＨ−ＣＣＭは、フレーム順序の情報も含む。ＥＴＨ−ＣＣＭを周期的に受信すべきＬ２スイッチは、その周期の３．５倍以上の時間、そのＥＴＨ−ＣＣＭを受信しなかった場合、接続性損失(Loss of Continuity)を検出することができる。

保守管理フレーム受信部２０７は、Ｌ２スイッチから、ＥＴＨ−ＣＣＭの受信履歴情報を含む保守管理フレームを受信する。その受信履歴情報は、危険指数導出部２０３へ通知される。これによって、危険指数導出部２０３は、過去にループトポロジを発生したポートに対して、ＬＤ値を更新することができる。

Ｌ２スイッチ１は、前述した管理装置と通信可能であって、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する。Ｌ２スイッチ１は、複数のポート部１０１と、レイヤ２フレームをポート間で中継するスイッチ部１０２と、疎通確認メッセージ受信部１０３と、閉塞順位記憶部１０４と、ループトポロジ判定部１０５と、ポート閉塞／開放部１０６と、ポート閉塞／開放制御部１０７と、受信履歴記憶部１０８と、保守管理フレーム送信部１０９とを有する。これら機能構成部は、Ｌ２スイッチに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。

疎通確認メッセージ受信部１０３は、管理装置２から、このＬ２スイッチのポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に受信する。疎通確認メッセージは、例えばイーサネットＯＡＭフレームにおけるＥＴＨ−ＣＣＭである。ＥＴＨ−ＣＣＭに含まれるポート閉塞順位は、閉塞順位記憶部１０４へ通知される。また、ＥＴＨ−ＣＣＭを正常に受信した旨の情報は、ループトポロジ判定部１０５及び受信履歴記憶部１０８へ通知される。

閉塞順位記憶部１０４は、受信した疎通確認メッセージに含まれるポート毎のポート閉塞順位を記憶する。ポート毎のポート閉塞順位は、ポート閉塞／開放部１０６から参照される。

ループトポロジ判定部１０５は、ＥＴＨ−ＣＣＭをその周期間隔で受信しなった際に、第１の所定時間（Ｔ１）の間、ＥＴＨ−ＣＣＭが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定する。ＥＴＨ−ＣＣＭが１回も受信されなかった場合、ループトポロジ以外の障害、即ち、装置障害又はリンク障害が発生していると判定できる。ループ障害が発生した旨の情報は、ポート閉塞／開放部１０６へ通知される。

ポート閉塞／開放部１０６は、最初に、現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）している。そして、ループトポロジ判定部１０５から、ループトポロジ障害が発生した旨の通知を受けた場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞する。また、ポート閉塞／開放部１０６は、このとき、現閉塞ポート順位Ｋの先の順位Ｋ−１と一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートの閉塞を開放する。

ポート閉塞／開放制御部１０７は、ポート閉塞／開放部１０６を実行した後、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、ループトポロジ判定部１０５及びポート閉塞／開放部１０６を繰り返すように制御する。

受信履歴記憶部１０８は、正常に受信したＥＴＨ−ＣＣＭのヘッダ情報及び受信時刻を記憶する。受信履歴情報は、保守管理フレーム送信部１０９へ通知される。

保守管理フレーム送信部１０９は、受信履歴情報を含むイーサネットＯＡＭフレームを生成し、そのフレームを管理装置２へ送信する。このＯＡＭフレームは、例えば、アラーム通知信号フレーム（ＥＴＨ−ＡＩＳ(Alarm Indication Signal)）である。

図４は、本発明におけるシーケンス図である。

図４によれば、管理装置２の危険指数記憶部２０５は、ＬＲＧ毎に、複数の装置番号及び複数のポート番号を有する。例えば、ＬＲＧ４は、ＳＷ１５及びＳＷ１７を含んでおり、ＳＷ１５はポート番号１〜３を含み、ＳＷ１７はポート番号１及び２を含む。

更に、危険指数記憶部２０５は、ポート番号毎に、ＬＤ値及び閉塞順位を含む。ＬＤ値は、前述したものであって、当該ポートに対する累積値である。また、閉塞順位は、１つのＬＲＧの中で、ＬＤ値が最大となるポート番号から順に、番号が割り振られている。図４によれば、ＬＤ値が最大となるＳＷ１５のポート番号１に、閉塞順位（１）が割り当てられる。ＬＤ値が次に大きいＳＷ１７のポート番号２に、閉塞順位（２）が割り当てられる。また、ＬＤ値が次に大きいＳＷ１５のポート番号３に、閉塞順位（３）が割り当てられる。

尚、Ｌ２スイッチ１は、現閉塞ポート順位Ｋのフラグを有し、最初に、現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）する。現閉塞ポート順位Ｋは、次に閉塞すべきポート順位を表している。

（Ｓ４０１）管理装置２は、各Ｌ２スイッチ１の各ポートに対して、周期的に、疎通確認メッセージを送信している。疎通確認メッセージは、例えばＥＴＨ−ＣＣＭである。本発明におけるＥＴＨ−ＣＣＭは、そのメッセージを送信すべきポートに設定されたＬＤ値及び閉塞順位を含む。

Ｌ２スイッチ１は、管理装置２から、ＥＴＨ−ＣＣＭを周期的に受信し、ポート番号毎に、そのＬＤ値及び閉塞順位を記憶する。図４によれば、例えばＳＷ１５は、ポート番号１に対して「ＬＤ値１０５００、閉塞順位１」と、ポート番号２に対して「ＬＤ値５７００、閉塞順位４」と、ポート番号３に対して「ＬＤ値７８００、閉塞順位３」とを記憶する。

（Ｓ４０２）Ｌ２スイッチ１は、管理装置２から、ＥＴＨ−ＣＣＭを周期的に受信している。ＥＴＨ−ＣＣＭのフラグに周期間隔も含まれており、Ｌ２スイッチ１は、その周期間隔でＥＴＨ−ＣＣＭを受信しているか否かを判定する。
（Ｓ４０３）Ｌ２スイッチ１は、ＥＴＨ−ＣＣＭをその周期間隔で受信している場合、「異常無し」と判定できる。ここで、閉塞順位Ｋが増分されている場合（Ｋ＞１）、以前にループトポロジ障害が発生していたことを意味する。現在時点では、ＥＴＨ−ＣＣＭをその周期間隔で正常に受信しているために、以前に発生したループトポロジ障害が回避されたと判定できる。

（Ｓ４０４）Ｌ２スイッチ１は、ＥＴＨ−ＣＣＭをその周期間隔で受信できなかった場合、何らかのネットワーク障害が発生したと判定することができる。ここでのネットワーク障害とは、「装置障害」「リンク障害」「ループトポロジ障害」とがある。

Ｌ２スイッチ１は、何らかのネットワーク障害が発生したと判定した場合、イーサネットＯＡＭフレームを用いて、過去に受信したＥＴＨ−ＣＣＭの受信履歴情報を、管理装置２へ送信する。このＯＡＭフレームは、例えば、アラーム通知信号フレーム（ＥＴＨ−ＡＩＳ）である。但し、現在時点では、ネットワーク障害が発生しているために、そのフレームが、管理装置２に到達する保証はない。

（Ｓ４０５）Ｌ２スイッチ１は、第１の所定時間Ｔ１の間、ＥＴＨ−ＣＣＭの受信状況を監視する。第１の所定時間Ｔ１は、ＥＴＨ−ＣＣＭの周期よりも長く設定されなければならない。

（Ｓ４０６）Ｌ２スイッチ１は、第１の所定時間Ｔ１の経過後、Ｌ２スイッチ１は、第１の所定時間Ｔ１内に、ＥＴＨ−ＣＣＭが全く受信されなかった（１００％不達）か否かを判定する。

（Ｓ４０７）Ｌ２スイッチ１は、Ｔ１内にＥＴＨ−ＣＣＭを全く受信しなかった場合（ＹＥＳ）、「装置障害」「リンク障害」のように、完全に通信できないネットワーク障害が発生していると判定できる。この場合、何らかの方法によってネットワーク障害を復旧する必要がある。

（Ｓ４０８）Ｌ２スイッチ１は、Ｔ１内に１つでもＥＴＨ−ＣＣＭを受信した場合（ＮＯ）、完全に通信できない状態ではなく、「ループトポロジ障害」が発生していると判定できる。このとき、Ｌ２スイッチ１は、第２の所定時間Ｔ２を確保する。本発明によればポートの閉塞を順に繰り返すために、第２の所定時間Ｔ２は、そのポート閉塞の時間間隔を長くするように動作する。第２の所定時間Ｔ２を確保しない場合、短時間にポートの閉塞が繰り返され、ネットワークの安定性を損なうようになる。

（Ｓ４０９）Ｌ２スイッチ１は、閉塞順位Ｋが２番目以上であるか否かを判定する。

（Ｓ４１０）閉塞順位Ｋが２番目以上である場合（ＹＥＳ）、現在時点で、閉塞順位Ｋ−１のポートが閉塞されていることを意味する。しかしながら、その閉塞順位Ｋ−１のポートを閉塞してもなお、ループトポロジ障害が回避されていない。即ち、閉塞順位Ｋ−１のポートは、ループトポロジの構成に影響を与えていないと判定できる。従って、Ｌ２スイッチ１は、閉塞順位Ｋ−１のポートがあれば、そのポートを開放する。

（Ｓ４１１）Ｌ２スイッチ１は、閉塞順位Ｋのポートがあれば、そのポートを閉塞する。尚、Ｌ２スイッチが記憶するポート毎の閉塞順位は、ＬＲＧに含まれる複数のＬ２スイッチの中で唯一のものである。従って、閉塞順位Ｋ−１のポートを備えたＬ２スイッチのみが、そのポートを開放／閉塞する。

図４の閉塞順位記憶部１０４に記憶された閉塞順位によれば、Ｓ４０９〜Ｓ４１１は、以下のように動作する。
（１）閉塞順位Ｋ＝１である場合、ＳＷ１５は、閉塞順位１のポート番号１を有するので、ポート番号１のポートを閉塞する。
（２）閉塞順位Ｋ＝２である場合、ＳＷ１５は、閉塞順位１のポート番号１を有するので、ポート番号１のポートを開放し、閉塞順位２のポートを有さないので、ポートを閉塞しない。
（３）閉塞順位Ｋ＝３である場合、ＳＷ１５は、閉塞順位２のポートを有さないので、ポートを開放せず、閉塞順位３のポート番号３を有するので、ポート番号３のポートを閉塞する。

（Ｓ４１１）最後に、次に閉塞するポートを指定するために、閉塞順位を１増分（Ｋ＝Ｋ＋１）する。そして、Ｓ４０１へ戻る。以上、Ｓ４０１〜Ｓ４１２のシーケンスを繰り返す。

図５は、本発明によって用いられる疎通確認メッセージのフレーム構成図である。

本発明によれば、疎通確認メッセージにＥＴＨ−ＣＣＭ(ETHernet - Continuity Check Message)を用いる。「宛先ＭＡＣアドレス」は、Ｌ２スイッチ１のポートのＭＡＣアドレスを意味する。「送信元ＭＡＣアドレス」は、管理装置２のＭＡＣアドレスを意味する。「８０２．１Ｑイーサタイプ」はＶＬＡＮタグを付与する場合に設定され、「ＯＡＭイーサタイプ」は例えばSlowプロトコルが設定される。「ＤＡＴＡ」には、本発明に基づくＥＴＨ−ＣＣＭの内容が含まれる。「OpCode」には、ＥＴＨ−ＣＣＭを意味する「０１」が含まれる。「Flags」には、ＥＴＨ−ＣＣＭの送信周期が含まれる。送信周期は、３ビットで７種類（３．３３ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１ｓ、１０ｓ、１ｍｉｎ）が規定される。更に、「TLV」には、本発明に基づくＬＤ値及びポート閉鎖順位が含まれる。

以上、詳細に説明したように、本発明のループトポロジ予測回避方法、管理装置、通信装置及びプログラムによれば、遠隔に位置する管理装置からの制御に基づいて、ネットワーク障害の初期段階で、通信装置が、能動的にループトポロジを回避するように動作することができる。即ち、本発明によれば、通信装置は、ループトポロジが誤って構成されたと判定した際に、管理装置から受信したポート閉塞順位に応じて、逐次、ポートを閉塞する。ループトポロジによって通信が不可能となる前に、ループトポロジを回避することができる。尚、このポート閉塞順位は、管理装置が、通信装置のポート毎に、ループトポロジの発生の可能性の高い箇所を予測して決定する。従って、ループトポロジの発生の可能性の高い箇所から順に、ポートを閉塞することができ、ループトポロジの構成に影響を与えるポートを、早急に閉塞することができる。

前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

レイヤ２ネットワークのシステム構成図である。 Ｌ２スイッチ（通信装置）の配置図である。 本発明における管理装置及びＬ２スイッチの機能構成図である。 本発明におけるシーケンス図である。 本発明によって用いられる疎通確認メッセージのフレーム構成図である。

符号の説明

１ Ｌ２スイッチ、通信装置
１０１ ポート部
１０２ スイッチ部
１０３ 疎通確認メッセージ受信部
１０４ 閉塞順位記憶部
１０５ ループトポロジ判定部
１０６ ポート閉塞／開放部
１０７ ポート閉塞／開放制御部
１０８ 受信履歴記憶部
１０９ 保守管理フレーム送信部
２ 管理装置
２０１ ネットワークトポロジ蓄積部
２０２ 危険グループ導出部
２０３ 危険指数導出部
２０４ ポート閉塞順位決定部
２０５ 危険指数記憶部
２０６ 疎通確認メッセージ送信部
２０７ 保守管理フレーム受信部

Claims (12)

1. 複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する複数の通信装置と、該通信装置が接続されたネットワークにおけるループトポロジの発生を予測する管理装置とを有するシステムにおけるループトポロジ予測回避方法であって、
   前記通信装置が、現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）し、
   前記管理装置が、前記通信装置のポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する第１のステップと、
   前記通信装置が、前記疎通確認メッセージに含まれる前記ポート閉塞順位を記憶する第２のステップと、
   前記通信装置が、前記疎通確認メッセージをその周期間隔で受信できなかった際に、第１の所定時間の間、前記疎通確認メッセージが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定する第３のステップと、
   前記通信装置が、前記ループトポロジ障害が発生したと判定した場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞する第４のステップと
   を有し、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、第１のステップから第４のステップまでを繰り返すことを特徴とするループトポロジ予測回避方法。
2. 第４のステップについて、
   前記通信装置が、前記ループトポロジ障害が発生したと判定した場合、現閉塞ポート順位Ｋの先の順位Ｋ−１と一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートの閉塞を開放することを特徴とする請求項１に記載のループトポロジ予測回避方法。
3. 前記疎通確認メッセージは、運用保守管理フレームであるイーサネットＯＡＭ(Operation Administration and Maintenance)フレームにおけるＥＴＨ−ＣＣＭ(ETHernet Continuity Check Message)であり、該ＥＴＨ−ＣＣＭには、周期及びフレーム順序の情報が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のループトポロジ予測回避方法。
4. 第１のステップの前段階で、
   前記管理装置が、ネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数の通信装置からなるグループを導出するステップと、
   前記管理装置が、前記通信装置のポート毎に、前記ネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生の危険指数を導出するステップと、
   前記管理装置が、前記グループ毎に、そのグループに含まれる複数の通信装置の複数のポートの中で、最も危険指数が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定するステップと
   を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のループトポロジ予測回避方法。
5. 前記通信装置が、疎通確認メッセージの受信履歴情報を、前記管理装置へ送信するステップと、
   前記管理装置が、前記通信装置から受信した前記受信履歴情報に基づいて、前記通信装置のポート毎の前記危険指数を更新するステップと
   を更に有することを特徴とする請求項４に記載のループトポロジ予測回避方法。
6. 複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置と通信可能であって、ループトポロジの発生を予測する管理装置において、
   ネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数の通信装置からなるグループを導出する危険グループ導出手段と、
   前記通信装置のポート毎に、前記ネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生の危険指数を導出する危険指数導出手段と、
   前記グループ毎に、そのグループに含まれる複数の通信装置の複数のポートの中で、最も危険指数が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定するポート閉塞順位決定手段と、
   前記通信装置のポート毎に、前記ポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する疎通確認メッセージ送信手段と
   を有することを特徴とする管理装置。
7. 前記通信装置から、前記疎通確認メッセージの受信履歴情報を含む保守管理フレームを受信する保守管理フレーム受信手段を更に有し、
   前記危険指数導出手段は、前記受信履歴情報に基づいて、前記通信装置のポート毎の前記危険指数を更新する
   ことを特徴とする請求項６に記載の管理装置。
8. 前記疎通確認メッセージは、運用保守管理フレームであるイーサネットＯＡＭフレームにおけるＥＴＨ−ＣＣＭであり、該ＥＴＨ−ＣＣＭには、周期及びフレーム順序の情報が含まれていることを特徴とする請求項６又は７に記載の管理装置。
9. 請求項６から８のいずれか１項に記載の管理装置と通信可能であって、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置において、
   前記管理装置から、当該通信装置のポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に受信する疎通確認メッセージ受信手段と、
   前記疎通確認メッセージに含まれる前記ポート閉塞順位をポート毎に記憶する閉塞順位記憶手段と、
   前記疎通確認メッセージをその周期間隔で受信できなかった際に、第１の所定時間の間、前記疎通確認メッセージが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定するループトポロジ判定手段と、
   現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）した上で、前記ループトポロジ障害が発生したと判定された場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞するポート閉塞／開放手段と、
   前記ポート閉塞／開放手段の実行毎に、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、前記ループトポロジ判定手段及び前記ポート閉塞／開放手段を繰り返すように制御するポート閉塞／開放制御手段と
   を有することを特徴とする通信装置。
10. 前記ポート閉塞／開放手段は、ループトポロジ障害が発生したと判定された場合、前記現閉塞ポート順位Ｋの先の順位Ｋ−１と一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートの閉塞を開放することを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
11. 複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置と通信可能であって、ループトポロジの発生を予測する管理装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
    ネットワーク構成に基づいて、ループトポロジの発生の可能性のある複数の通信装置からなるグループを導出する危険グループ導出手段と、
    前記通信装置のポート毎に、前記ネットワーク構成に基づいてループトポロジの発生の危険指数を導出する危険指数導出手段と、
    前記グループ毎に、そのグループに含まれる複数の通信装置の複数のポートの中で、最も危険指数が高いポートから順に、ポート閉塞順位を決定するポート閉塞順位決定手段と、
    前記通信装置のポート毎に、前記ポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に送信する疎通確認メッセージ送信手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とする管理装置用のプログラム。
12. 請求項６から８のいずれか１項に記載の管理装置と通信可能であって、複数のポート間でレイヤ２フレームを中継する通信装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
    前記管理装置から、当該通信装置のポート毎に、ポートを閉塞するためのポート閉塞順位を含む疎通確認メッセージを、周期的に受信する疎通確認メッセージ受信手段と、
    前記疎通確認メッセージに含まれる前記ポート閉塞順位をポート毎に記憶する閉塞順位記憶手段と、
    前記疎通確認メッセージをその周期間隔で受信できなかった際に、第１の所定時間の間、前記疎通確認メッセージが１回以上受信された場合、ループトポロジ障害が発生したと判定するループトポロジ判定手段と、
    現閉塞ポート順位Ｋをリセット（＝１）した上で、前記ループトポロジ障害が発生したと判定された場合、現閉塞ポート順位Ｋと一致するポート閉塞順位を有するポートが存在すれば、そのポートを閉塞するポート閉塞／開放手段と、
    前記ポート閉塞／開放手段の実行毎に、現閉塞ポート順位Ｋを１増分しつつ、前記ループトポロジ判定手段及び前記ポート閉塞／開放手段を繰り返すように制御するポート閉塞／開放制御手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とする通信装置用のプログラム。

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