JP5094224B2

JP5094224B2 - アドレス解決方法および通信装置

Info

Publication number: JP5094224B2
Application number: JP2007159149A
Authority: JP
Inventors: 歩沼倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: JP2008312030A

Description

本発明は、局側装置、加入者側装置、およびそれらを接続する伝送媒体を有し、ＭＡＣ（Media Access Control）フレームによりデータ送受信を行い、論理リンクと呼ばれる仮想的な通信コネクションを用いた通信を行うＰＯＮ（Passive Optical Network）システムのアドレス解決方法に関する。

イーサネット（登録商標）ＰＯＮシステムは、局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と複数の加入者側装置（ＯＮＵ：Optional Network Unit）を光伝送媒体で接続し、ＭＡＣフレームによりデータ送受信を行うことにより、ＰＯＮシステムにイーサネット（登録商標）サービスを透過的に収容するものである。ＯＬＴは通信網事業者局に設置され、ＯＮＵは加入者の宅内や屋外に設置される。ＯＮＵは１または複数の加入者端末を収容する。

一方、加入者端末として広く普及しているＩＰ通信におけるＭＡＣアドレス解決の実現方法として、ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）を用いる方法がある。ＡＲＰは、ＩＰアドレスからＭＡＣアドレスを解決するために使用されるプロトコルであり、その動作は次の通りである。

通信を開始しようとするホストは宛先ＩＰアドレスに対応するＭＡＣアドレス情報を保持していない場合は、解決したい宛先ＩＰアドレスを含めたアドレス解決要求メッセージ（ARP Request）をブロードキャストする。アドレス解決要求メッセージを受信したホストやルータはメッセージに含まれるＩＰアドレスを参照し、自身のＩＰアドレスである場合には、自身のＭＡＣアドレスを含めたアドレス解決応答メッセージ（ARP Response）を返送する。これにより、アドレス解決応答メッセージを受信した通信を開始しようとするホストは宛先のＭＡＣアドレス情報を取得し、ＭＡＣフレームを送信することが可能となる。

また、従来のギガビットＥＰＯＮシステム（ＧＥ−ＰＯＮ）について、図５および図６を用いて説明する。

ＧＥ−ＰＯＮシステムでは、図５に示すように、基本的にＯＬＴ１１にＬ２ＳＷ（レイヤ２スイッチ）１４であるブリッジ機能を実装し、ブリッジの各物理ポートには複数のＰＯＮインタフェース１５を収容して、上位のネットワークに接続される。各ＰＯＮインタフェース１５には複数のＯＮＵ１６が接続され、ＯＮＵ１６の配下には複数のユーザ側の端末１７が接続される。

ＧＥ−ＰＯＮシステムにおけるＩＰパケット転送のためのシーケンスを図６に示す。ＧＥ−ＰＯＮシステムはＭＡＣレベルでの転送装置のため、すべてのＩＰパケット転送は上位ネットワーク側に配備されるルータ装置が実施することになる。

なお、ＰＯＮインタフェース配下でＬＬＩＤ（Logical Link ID）を管理し、Ｌ２ＳＷではＬＬＩＤ毎にポートを収容する方法が下記特許文献１に示されている。下記特許文献１に記載の技術では、Ｌ２ＳＷ配下のＬＬＩＤ毎にＭＡＣ学習動作やブロードキャスト制御が実施できるため、同一ＯＬＴに収容される端末間の通信はＬ２ＳＷで折り返すことが可能とされている。

特開２００３−３３３０６１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、以下に示すような解決すべき問題点が存在する。

まず、上記図５および６を用いて示したシステムでは、ＯＬＴはＭＡＣレベルで転送を行う装置のため、ＩＰパケット転送は局側の上位に配備されるルータ装置が実施する。ＯＮＵはＬＬＩＤで識別されてＯＬＴに収容されるが、ブロードキャストフレームは同一ＬＬＩＤへは送信されないため、同一ＯＮＵ配下の端末がＬＬＩＤで識別されていない場合は、同一ＯＮＵ配下の端末間でのアドレス解決を行うことができない、という問題がある。

また、異なるＯＮＵ配下の端末間の通信では、Ｌ２ＳＷのＭＡＣ学習機能を利用してＭＡＣレベルの転送を行うことも可能ではあるが、同一ＯＮＵ配下の加入者端末間の通信動作と、異なるＯＮＵ配下の加入者端末間でのＡＲＰ動作を区別して行うことは困難である。このため、これらを同等なものとして扱うためには、Ｌ２ＳＷのＭＡＣ学習機能を停止させ、同一ＯＬＴに収容された加入者端末間の通信には全て上位のルータ装置が介在させる必要がある。

一方、ＯＬＴの高機能化やネットワーク規模の拡大によりＯＬＴが収容する加入者端末数が増加している。また、ネットワークコストの低減のため、ルータ装置に複数のＯＬＴを収容することも必要となる。このため、ＯＬＴの上位に配置されるルータ装置の負荷が増大する、という問題がある。

また、上記特許文献１に記載の技術では、Ｌ２ＳＷ配下のＬＬＩＤ毎にＭＡＣ学習動作やブロードキャスト制御が実施できるため、同一ＯＬＴに収容される端末同士の通信をＬ２ＳＷで折り返すことが可能である。しかしながら、この方法ではＯＮＵ配下の端末数がＯＮＵおよびＯＬＴで管理可能なＬＬＩＤ数に制限されてしまう、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同一ＯＮＵ配下の端末間でアドレス解決を行うためのアドレス解決方法およびこれを実現する通信装置を得ることを目的とする。

また、ＯＬＴの上位に配置されるルータへの負担を軽減するアドレス解決方法およびこれを実現する通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの端末装置を収容する複数の加入者側装置と、レイヤ３スイッチを備え、当該複数の加入者側装置に接続された局側の通信装置と、を含むＰＯＮシステムにおいて、当該通信装置が実行するアドレス解決方法であって、前記レイヤ３スイッチが実行する処理として、前記端末装置からアドレス解決要求メッセージを受信した場合、当該アドレス解決要求メッセージに含まれる解決すべき宛先ＩＰアドレスが前記複数の加入者側装置のＩＰアドレスを収容しているサブネットに含まれるかどうかを確認する宛先ＩＰアドレス確認ステップと、前記宛先ＩＰアドレス確認ステップにおいて前記解決すべき宛先ＩＰアドレスが前記サブネットに含まれると判断された場合、前記解決すべき宛先ＩＰアドレスに対応するＭＡＣアドレスとして自身のＭＡＣアドレスを、前記アドレス解決要求メッセージの送信元端末装置へ通知するＭＡＣアドレス通知ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、アドレス解決要求メッセージを受信した場合、局側の通信装置では、レイヤ３スイッチが、解決を望んでいる宛先ＩＰアドレスが加入者側装置のＩＰアドレスを収容しているサブネットに含まれるかどうかを判別し、当該サブネットに含まれている場合には、自信のＭＡＣアドレスを要求元端末へ通知することとしたので、同一加入者側装置に収容されている端末のアドレスを解決しつつ、上位に設置されているルータへの負担を軽減することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるアドレス解決方法および通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるアドレス解決方法を適用するＰＯＮシステムの実施の形態１の構成例を示す図である。

図１に示したＰＯＮシステムは、局側装置（ＯＬＴ）１と、光伝送媒体を介してＯＬＴ１に接続された複数の加入者側装置（ＯＮＵ）６と、ＯＮＵ６に収容された端末７と、により構成される。ＯＮＵ６は、端末７を複数収容可能である。

また、ＯＬＴ１は、配下のＯＮＵ６から受け取ったＩＰパケットの転送処理を行うレイヤ３スイッチ（Ｌ３ＳＷ）２と、ＭＡＣフレームのスイッチングを行うレイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）４と、１つ以上のＯＮＵ６を収容するＰＯＮインタフェース（図面上ではＰＯＮと略記）５と、を備え、Ｌ３ＳＷ２はさらに、ｐｒｏｘｙＡＲＰサーバ機能を実現するプロキシＡＲＰ処理部（Proxy ARP）３を含んでいる。

レイヤ２スイッチ４は、複数のＰＯＮインタフェース５を集約してレイヤ３スイッチ２に接続する。レイヤ３スイッチ２では、レイヤ２スイッチ４側のポート、上位ネットワーク側のポートそれぞれに１つずつのＩＰアドレスが設定される。レイヤ２スイッチ４側のポートでは、プロキシＡＲＰ処理部３により実現されるＰｒｏｘｙＡＲＰサーバ機能が動作しており、ＰＯＮインタフェース５側から受信したアドレス解決要求メッセージの宛先を確認し、宛先ＩＰアドレスが、レイヤ２スイッチ４側のサブネットに存在する場合は、自ＭＡＣアドレスを応答する。

図２は、上記のＰＯＮシステムにおける通信シーケンスの一例を示す図である。通信を開始する場合、端末７は、送信を行いたい宛先端末のＩＰアドレスを含めたアドレス解決要求メッセージ（ARP Requestに相当）を生成し、Ｌ２レベルでブロードキャスト送信する。ＯＮＵ６は、端末７から受信したアドレス解決要求をＯＬＴ１へ転送する。ＯＬＴ１では、Ｌ２ＳＷ４が受信したフレーム（ドレス解決要求）をＰＯＮインタフェース５側へ折り返すことなく、上位のＬ３ＳＷ２へ転送する（ステップＳ１１）。

なお、アドレス解決要求メッセージは、ＲＦＣ８２６で規定されたアドレス解決プロトコル（Address Resolution Protocol）で使用されるメッセージである。

Ｌ３ＳＷ２は、Ｌ２ＳＷ４から受信したフレームの内容を確認し、それがアドレス解決要求メッセージであれば、受信したアドレス解決要求メッセージをプロキシＡＲＰ処理部３で解析する。具体的には、解決したい宛先ＩＰアドレスがＰＯＮインタフェース５側のサブネットに含まれるかどうかを判定する（ステップＳ１２）。

図３は、アドレス解決要求メッセージのフォーマットを示す図である。図３に示したように、アドレス解決要求メッセージは、宛先ＭＡＣアドレス（Dest H/W Address）、送信元ＭＡＣアドレス（Source H/W Address）、宛先ＩＰアドレス（Dest Protocol Address）、送信元ＩＰアドレス（Source Protocol Address）を含んでいる。なお、図３に示している括弧内の数値は各情報の長さ（単位はバイト）を示している。

アドレス解決要求メッセージを解析したプロキシＡＲＰ処理部３は、解決したい宛先ＩＰアドレスがＰＯＮインタフェース側サブネット（各ＯＮＵ６のＩＰアドレスを収容しているサブネット）に含まれる場合、自Ｌ３ＳＷ２のＬ２ＳＷ側のポートのＭＡＣアドレスを含んだアドレス解決応答メッセージ（ARP Responseに相当）をＬ２ＳＷ側へ返送する。図２に示した例の場合、宛先ＭＡＣアドレスは送信元端末７のＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレスは自Ｌ３ＳＷのＬ２ＳＷ側のポートのＭＡＣアドレスとなる。Ｌ３ＳＷ２から応答フレームを受け取ったＬ２ＳＷ４は宛先ＭＡＣアドレスをＭＡＣ学習テーブルで検索し、該当するＰＯＮインタフェース５へ応答フレームを転送する。なお、図４にＭＡＣ学習テーブルの一例を示す。ＰＯＮインタフェース５は、宛先端末を収容しているＯＮＵ６へＬ２ＳＷ４から受信した応答フレームを転送し、さらにＯＮＵ６は上記アドレス解決要求メッセージの送信元端末７へ転送する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３で応答フレーム（アドレス解決応答）を受信した送信端末７は、アドレス解決応答に含まれるＭＡＣアドレスを宛先ＭＡＣアドレスとしたＩＰパケットを送信する（ステップＳ１４）。ＯＬＴ１のＬ３ＳＷ２は、送信端末７からＩＰパケットを受信すると、保持するルーティングテーブルに従い、宛先のポートへ転送する（ステップＳ１５）。

なお、上記ステップＳ１２において、プロキシＡＲＰ処理部３が解決したい宛先ＩＰアドレスがＰＯＮインタフェース側サブネットに含まれないと判断した場合、アドレス解決要求メッセージを上位ネットワーク（上位ＮＷ）へ転送する。転送後の動作は従来のシステムと同様である。

このように、本実施の形態では、ＯＬＴがアドレス解決要求メッセージを受信した場合、レイヤ３スイッチでは、プロキシＡＲＰ処理部がその要求メッセージの内容を確認し、解決を望んでいる宛先ＩＰアドレスが、自レイヤ２スイッチのＰＯＮインタフェース側のサブネットに含まれているかどうかを判別することとした。そして、ＰＯＮインタフェース側のサブネットに含まれていると判断した場合には、レイヤ２スイッチ側のポートに設定されたＭＡＣアドレスを含んだ応答メッセージを返信することとした。これにより、同一ＯＮＵに収容されている端末のアドレスを解決することができる。また、解決を望んでいる宛先ＩＰアドレスが、自レイヤ２スイッチのＰＯＮインタフェース側のサブネットに含まれている場合にはレイヤ３スイッチ内で処理を行うため、ＯＬＴの上位に設置されているルータへの負担を軽減することができる。また、ＯＮＵ配下の端末数がＯＮＵおよびＯＬＴで管理可能なＬＬＩＤ数に制限されることもない。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。レイヤ３スイッチでの転送動作の際、送信端末と転送先の端末は同じサブネットに属しているため、レイヤ３スイッチの通常のレイヤ３転送動作ではＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）リダイレクション通知パケットを送信してしまう。そのため、ＩＣＭＰリダイレクション通知パケットを受信した送信側の端末がこのパケットを無視しても良いが、レイヤ３スイッチの転送の際、リダイレクション通知パケットを送信しないようにしても良い。これにより、Ｌ３ＳＷの処理負荷やネットワーク負荷を軽減できる。

以上のように、本発明にかかるアドレス解決方法は、ＰＯＮシステムに有用であり、特に、同一ＯＬＴに接続しているＯＮＵに収容された端末同士が通信する場合のアドレス解決に適している。

本発明を適用したＰＯＮシステムの構成例を示す図である。ＰＯＮシステムにおける通信シーケンスの一例を示す図である。アドレス解決要求メッセージのフォーマットを示す図である。ＭＡＣ学習テーブルの一例を示す図である。従来のＧＥ−ＰＯＮシステムを説明するための図である。従来のＧＥ−ＰＯＮシステムにおける通信シーケンスを示す図である。

符号の説明

１局側装置（ＯＬＴ）
２レイヤ３スイッチ（Ｌ３ＳＷ）
３プロキシＡＲＰ処理部（Proxy ARP）
４レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）
５ＰＯＮインタフェース（ＰＯＮ）
６加入者側装置（ＯＮＵ）
７端末

Claims

少なくとも１つの端末装置を収容する複数の加入者側装置と、レイヤ３スイッチを備え、当該複数の加入者側装置に接続された局側の通信装置と、を含み、各端末装置をＬＬＩＤで識別せずに運用するＰＯＮシステムにおいて、当該通信装置が実行する、同一の加入者側装置に収容された端末装置同士の通信を実現するためのアドレス解決方法であって、
前記レイヤ３スイッチが実行する処理として、
前記端末装置からアドレス解決要求メッセージを受信した場合、当該アドレス解決要求メッセージに含まれる解決すべき宛先ＩＰアドレスが前記複数の加入者側装置のＩＰアドレスを収容しているサブネットに含まれるかどうかを確認する宛先ＩＰアドレス確認ステップと、
前記宛先ＩＰアドレス確認ステップにおいて前記解決すべき宛先ＩＰアドレスが前記サブネットに含まれると判断された場合、前記解決すべき宛先ＩＰアドレスに対応するＭＡＣアドレスとして自身のＭＡＣアドレスを、前記アドレス解決要求メッセージの送信元端末装置へ通知するＭＡＣアドレス通知ステップと、
を含むことを特徴とするアドレス解決方法。
前記送信元端末装置へ通知する自身のＭＡＣアドレスを、前記加入者側装置との通信ポートに設定されているＭＡＣアドレスとすることを特徴とする請求項１に記載のアドレス解決方法。
少なくとも１つの端末装置を収容する複数の加入者側装置に接続され、各端末装置をＬＬＩＤで識別せずに運用するＰＯＮシステムを構成する局側の通信装置であって、
前記加入者側装置または上位ネットワークから受信したデータをレイヤ３レベルで転送する第１の転送手段と、
前記複数の加入者側装置と前記第１の転送手段との間に位置し、当該加入者側装置または当該第１の転送手段から受信したデータをレイヤ２レベルで転送する第２の転送手段と、
を備え、
前記第１の転送手段は、
前記第２の転送手段経由で前記端末装置からアドレス解決要求メッセージを受信し、かつ当該アドレス解決要求メッセージに含まれる解決すべき宛先ＩＰアドレスが前記複数の加入者側装置のＩＰアドレスを収容しているサブネットに含まれる場合には、同一の加入者側装置に収容された端末装置同士が通信できるようにするために、当該解決すべき宛先ＩＰアドレスに対応するＭＡＣアドレスとして自身のＭＡＣアドレスを、当該アドレス解決要求メッセージの送信元端末装置へ前記第２の転送手段経由で通知することを特徴とする通信装置。
前記送信元端末装置へ通知する自身のＭＡＣアドレスを、前記第２の転送手段との通信ポートに設定されているＭＡＣアドレスとすることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
前記第１の転送手段は、前記自身のＭＡＣアドレスを前記送信元端末装置へ通知する場合、ＩＣＭＰリダイレクション通知メッセージの送信動作を実行しないことを特徴とする請求項３または４に記載の通信装置。