JP5114300B2

JP5114300B2 - ネットワークシステム、ネットワーク端末装置、及びｌａｎスイッチ

Info

Publication number: JP5114300B2
Application number: JP2008149390A
Authority: JP
Inventors: 茂夫上田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: JP2009296441A

Description

本発明は、複数のネットワーク端末装置をＬＡＮスイッチで接続したネットワークシステム、並びにそのネットワーク端末装置及びＬＡＮスイッチに関する。

現在、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）や画像形成装置などの情報処理装置では、通常に情報処理を行う通常モードに加え、処理要求を待っている待機状態での省電力モードを有し、これにより情報処理装置の消費電力の低減を図っている。省電力モードの実現手段としては、クロック周波数の低下制御がある。省電力モードでは情報処理を行えないか、行えても通常モードに比べて処理能力が低下するので、省電力モード時に処理要求が発生した場合、通常モードに戻してその要求に対する処理を行う。

ネットワークに接続される（ネットワークインタフェースを有する）情報処理装置では、ネットワーク経由での処理要求があるため、省電力モードにおいても、ネットワークインタフェースは通常に動作させ、ネットワーク経由で処理要求を受けると、ネットワークインタフェースがそれ以外の部分を通常モードに復帰させる（特許文献１参照）。

ところで、一般的なネットワーク環境ではＬＡＮスイッチを用いてネットワークシステムを構築する。ＬＡＮスイッチは、各ポートに接続されているネットワーク端末装置を管理する為のアドレステーブルを持っており、ブロードキャストパケットやアドレステーブルに無い宛先のパケットがネットワーク上を回り続けること（ブロードキャスト・ストーム等）を防ぐ目的で、スパニングツリーという機能を搭載している。この機能によれば、端末装置がネットワークに新たに追加された場合、ＬＡＮスイッチは、ネットワーク構成の変化を検知し、追加された端末装置のアドレス登録、ネットワーク経路の探索を行い、ネットワークがループ構造にならないよう、最適なネットワーク経路を構築する。ＬＡＮスイッチはネットワーク構成が変化する度にこの動作を行う。

このようなネットワーク端末装置のネットワークインタフェースの中では、ＰＨＹ（物理層）デバイスの消費電力が最も大きい。特にＩＧｂｐｓで通信する際の消費電力は非常に大きい。そこで、省電力モード時には、ネットワークインタフェースの転送速度を１００Ｍｂｐｓ等に低下させることで、消費電力を低減することが考えられる。

しかしながら、省電力モード時にネットワークインタフェースの転送速度を変化させることには以下の問題がある。ネットワークインタフェースの転送速度を変化させる際には必ずリンク（Link）のダウン（Down）／アップ（Up）が発生するため、スパニングツリー機能を搭載したＬＡＮスイッチで構築されたネットワーク環境では、リンクのダウン／アップが発生する度に、ＬＡＮスイッチはネットワーク構成が変化したと判断し、保持しているアドレステーブルの変更やネットワーク経路の再構築を行うことになる。ネットワーク端末装置における省電力モードへの移行及び通常モードへの復帰に伴い、このＬＡＮスイッチの動作が頻繁に行われると、データ転送が上手く行かずにリトライが多発し、トラフィックが増大することによるネットワーク性能の低下や、データが届かないといった不具合が生じる。
特開２００３−７６４５１号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、スパニングツリー機能を搭載したＬＡＮスイッチを用いて構築されたネットワークシステムにおいて、ネットワーク性能の低下や不具合を起こさずに、ネットワーク端末装置の待機時の消費電力を低減することである。

本発明のネットワークシステムは、通常モードと、通常モードより消費電力及び通信速度の低い省電力モードを有するとともに、通信速度が変化するときにリンク状態が変化する複数のネットワーク端末装置と、それらのネットワーク端末装置が接続された、スパニングツリー機能を有する複数のＬＡＮスイッチとを備えたネットワークシステムであって、前記ネットワーク端末装置は、省電力モードに移行することを自己に接続されているＬＡＮスイッチに通知する手段を備え、前記ＬＡＮスイッチは、その通知を受けたとき、その通知を行ったネットワーク端末装置が接続されているポートのスパニングツリー機能を無効に設定する手段を有することを特徴とする。

［作用］
本発明によれば、スパニングツリー機能を搭載したＬＡＮスイッチを用いて構築されたネットワークシステムにおいて、ネットワーク端末装置は、省電力モードに移行することを自己に接続されているＬＡＮスイッチに通知し、そのＬＡＮスイッチは、その通知を受けたとき、そのネットワーク端末装置が接続されているポートのスパニングツリー機能を無効に設定する。この結果、ネットワーク端末装置は、通常モード時（稼働時）は高速通信を行うことで処理を効率化して生産性を高めることができ、省電力モード時（待機時）は通信速度を低下させて必要最低限なネットワーク応答に対応することにより、消費電力を低減することができる。

本発明によれば、スパニングツリー機能を搭載したＬＡＮスイッチを用いて構築されたネットワークシステムにおいて、ネットワーク性能の低下や不具合を起こさずに、ネットワーク端末装置の消費電力を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態のネットワークシステムの構成を示す図である。このネットワークシステムは、第１，第２のネットワーク端末装置１，２及び第１〜第３のＬＡＮスイッチ１１〜１３を備えている。ここでは、第１のネットワーク端末装置１はプリンタであり、第２のネットワーク端末装置１はＰＣである。

第１，第２のネットワーク端末装置１，２は、それぞれＬＡＮケーブル２５，２６により第２，第３のＬＡＮスイッチ１２，１３に接続（結線）されている。第１，第２のＬＡＮスイッチ１１，１２間はＬＡＮケーブル２２で接続され、第２，第３のＬＡＮスイッチ１２，１３間はＬＡＮケーブル２４で接続され、第３，第１のＬＡＮスイッチ１３，１１間はＬＡＮケーブル２３で接続されている。第１のＬＡＮスイッチ１１は基幹ネットワーク２１に接続されている。つまり、第１〜第３のＬＡＮスイッチ１１〜１３がＬＡＮケーブル２２〜２４によりループ状に接続されている。

各ＬＡＮスイッチはブロードキャストパケット等のネットワーク端末装置に一斉に発信されるパケットを、全ポートに対して送信するようになっている。図のようなループ構造になっていると、そのパケットは何処かの接続が解除されるまで周り続けることになる。この結果、ネットワークトラフィックの増加を招き、ネットワーク全体のスループットの低下や、送信データが目的の場所に到達できないといった問題が発生する。

そこで、スパニングツリー機能によりこの問題を解決する。即ち図２に示すように、第２，第３のＬＡＮスイッチ１２，１３間の接続（経路）を遮断し、ネットワークがループ構造にならないようにする。この構造の場合、例えば第２の端末装置２から第１の端末装置１へデータを転送しようとするとき、第２の端末装置２が接続されている第３のＬＡＮスイッチ１３は受け取ったデータを第１のＬＡＮスイッチ１１へ送る。第１のＬＡＮスイッチ１１は第１の端末装置１が接続されているのは第２のＬＡＮスイッチ１２だと分かっているので、第２のＬＡＮスイッチ１２にデータを転送し、第２のＬＡＮスイッチ１２から第１の端末装置１へデータが渡される。

この経路の確立に際して、各ＬＡＮスイッチはネットワーク構成を常に監視しており、構成に変化があると、ＬＡＮスイッチが保持しているアドレステーブルを更新し、ネットワーク経路探索を行い経路の再確立を行う。

図３は各ＬＡＮスイッチが保持しているアドレステーブルの一例を示している。ＬＡＮスイッチの各ポートに接続されている相手先のアドレスをポート毎に対応させて保持している。ＬＡＮスイッチはネットワーク経路が変わったり、ポートの接続状態が変化したりすると、このアドレステーブルを更新することによって新しい接続相手を判別できる。これは主に各ネットワーク端末装置が持っているＭＡＣ（Media Access Control）アドレスで管理する場合が多い。

図４及び図５は、ネットワーク経路の確立方法の一例を説明するための図である。ここで、図４は確立前であり、４つのＬＡＮスイッチ１０１〜１０４が４本のＬＡＮケーブル１１１〜１１４により、ループ状に接続されている。また、図５は確立後であり、ＬＡＮスイッチ１０２，１０３間の接続（経路）が遮断されている。

経路を決定するときに大きな要素となるのが、ブリッジＩＤとパスコストである。図４及び図５において、各ＬＡＮスイッチの上又は下に配置されている矩形内の数字がブリッジＩＤであり、各ＬＡＮケーブル上に配置されている円内の数字がパスコストである。

ブリッジＩＤはＬＡＮスイッチ毎に値を決めるものであり、この値が最も小さいＬＡＮスイッチがルートブリッジ（そのネットワーク経路の主管理を行う）になる。これはユーザが設定する。パスコストは回線の速度毎に決まる値であり、ルートブリッジに到達するための「近さ」を判断する時の材料となる。これは回線速度で決められており、例えば１０Ｍｂｐｓの回線速度では１００、１００Ｍｂｐｓでは１９、１Ｇｂｐｓでは４である。

図４の例では、ＬＡＮスイッチ１０１，１０２，１０３，１０４のブリッジＩＤはそれぞれ１０，３０，２０，２０に設定されているので、ＬＡＮスイッチ１０１がルートブリッジとなる。回線速度は、ＬＡＮスイッチ１０１，１０４間が４（１Ｇｂｐｓ）、ＬＡＮスイッチ１０１，１０２間が１９（１００Ｍｂｐｓ）、ＬＡＮスイッチ１０２，１０３間が１００（１０Ｍｂｐｓ）、ＬＡＮスイッチ１０３，１０４間が１９（１００Ｍｂｐｓ）である。

ループ構造にならないようネットワーク経路を確立する場合、各ＬＡＮスイッチはそれぞれのＬＡＮスイッチが持っているブリッジＩＤを見てルートブリッジを決める。ここでは、ＬＡＮスイッチ１０１がルートブリッジとなる。その後、ＬＡＮスイッチ毎に最短経路でルートブリッジに到達できるポート（ルートポート）を選ぶ。ＬＡＮスイッチ１０２，１０４の場合は、ルートブリッジであるＬＡＮスイッチ１０１が接続されているポートを選ぶ。ＬＡＮスイッチ１０３の場合は、ＬＡＮスイッチ１０２を経由するルートと、ＬＡＮスイッチ１０４を経由するルートのパスコストを比較し、小さい方であるＬＡＮスイッチ１０４が接続されているポートをルートポートに設定する。即ちＬＡＮスイッチ１０１，１０３間で、ＬＡＮスイッチ１０２経由であれば「１００＋１９＝１１９」、ＬＡＮスイッチ１０４経由であれば「１９＋４＝２３」となり、後者を最短と判断する。この結果、図５のようにＬＡＮスイッチ１０２，１０３間が遮断される。

各ＬＡＮスイッチは、図６に示すようなＢＰＤＵ（Bridge Protocol Data Unit）パケットをやり取りして、ブリッジＩＤやパスコストが分かるようになっている。なお、このＢＰＤＵパケット内の各データの意味及びネットワーク経路の確立の手順の詳細は既知（ＩＥＥＥ８０２．１ｄ）であるため、詳細な説明は省略する。

図７〜１０は、本実施形態のネットワークシステムの動作を示すフローチャートである。ここで、図７はネットワーク端末装置が通常モードから省電力モードへ移行するときの動作であり、図８はＬＡＮスイッチがネットワーク端末装置から省電力モードへ移行することを通知されたときの動作である。また、図９はネットワーク端末装置が省電力モードから通常モードへ移行（復帰）するときの動作であり、図１０はＬＡＮスイッチがネットワーク端末装置から通常力モードへ移行（復帰）することを通知されたときの動作である。即ち図９は図７に続く動作であり、図１０は図８に続く動作である。これらの図に示す動作は、ネットワーク端末装置内、ＬＡＮスイッチ内のそれぞれのＲＯＭに書き込まれたプログラムをそれぞれのＣＰＵが実行することにより行われる。

図７に示すように、ネットワーク端末装置は、通常稼動状態から一定時間動作要求がなく（ステップＳ１→Ｓ２：YES）、省電力モードに移行する場合（ステップＳ３：YES）、ＬＡＮスイッチに対してその旨を通知するパケットを送出する（ステップＳ４）。その後、ネットワークスピード（通信速度）を低く設定し（ステップＳ５）、省電力モードに移行する（ステップＳ６）。

図８に示すように、ＬＡＮスイッチは、各ポートの監視中にネットワーク端末装置から省電力モード移行の通知を受けると（ステップＳ１１→Ｓ１２：YES）、そのポートをＬＡＮスイッチが接続されていないという意味のエッジポートと設定する（ステップＳ１３）。そして、そのポートに対してスパニングツリー機能が働かないよう無効に設定する（ステップＳ１４）。以後、ポートの監視を行う（ステップＳ１５）。

図９に示すように、ネットワーク端末装置は、省電力モード時はネットワークスピード（通信速度）を落として通信しており、動作要求があると（ステップＳ２１：YES）、省電力モードから通常モードに復帰することをＬＡＮスイッチ側に通知する（ステップＳ２２）。その後、ネットワークスピードを通常稼動状態の高速転送速度に戻し（ステップＳ２３）、通常稼働状態（通常モード）に復帰して（ステップＳ２４）、データの送受信を行う。

図１０に示すように、エッジポートの監視から端末装置の省電力モード復帰通知を受けると（ステップＳ３１→Ｓ３２：YES）、まずそのポートに対してオートネゴシエーション機能を実行する（ステップＳ３３）。この動作は相手側の通信速度に合わせてリンクしようとする動作である。その結果、ネットワーク端末装置側が要求する速度でリンクできると（ステップＳ３４）、そのポートのエッジポート設定を解除する（ステップＳ３５）。その後、スパニングツリー機能を有効に設定する（ステップＳ３６）。

以上の図７〜図１０の動作は基本的には以下のようになる。ネットワーク端末装置側は接続相手のＬＡＮスイッチに対してパケットを投げる。その内容として、アドレスやその他の機能に加えて、省電力モードに移行する・しないといった内容が含まれている。ＬＡＮスイッチはそのパケットを受け取り、ネットワーク端末装置が省電力モードに移行すると分かった場合、そのネットワーク端末装置が接続されているポートの設定を変更して、そのポートのみスパニングツリー機能を働かせないようにする。これにより、ネットワーク端末装置側はネットワークスピードを高速から低速に変更でき、消費電力も低く抑えることができる。

また、図７〜図１７で説明した手順とは別に、ＬＡＮスイッチは、ネットワーク端末装置が省電力モードに入る際に発生するリンクのアップ／ダウンを検出したときに、オートネゴシエーションを実行し、相手側のＭＡＣアドレスを取得して、自身が持っているアドレステーブルと比較して、アドレスに相違がない場合、スパニングツリー機能を実行しないようにする手順を用いてもよい。

このように本実施形態のネットワークシステムは下記（１）〜（６）の効果を有する。
（１）ネットワーク端末装置が省電力モードに移行する前に、接続相手であるＬＡＮスイッチに対して省電力モードに移行する旨を通知し、ＬＡＮスイッチは、省電力モードに移行する旨を通知してきたネットワーク端末装置が接続されているポートを、前述のＬＡＮスイッチとは別のＬＡＮスイッチが接続されていないという意味の端末ポート（エッジポート）に設定し、端末装置が省電力モードに入っている間は、そのＬＡＮスイッチが持っているスパニングツリー機能が働かないよう無効にしたことにより、通常モード時は最大の通信速度で動作させ、省電力モード時は通信速度を落として、消費電力を低減できる。

（２）ネットワーク端末装置は、省電力モードから通常動作状態に復帰する際に、その旨を接続相手であるＬＡＮスイッチに通知することにより、ＬＡＮスイッチはネットワーク端末装置がいつまでも省電力モード状態にいると誤判断することを防止できる。

（３）ネットワーク端末装置は、省電力モードから通常動作状態に復帰する旨の通知を通常動作状態に戻る前の省電力モード状態の時に行うことにより、ＬＡＮスイッチ側は、ネットワーク端末装置が通常動作に戻る際のリンク状態の変化に起因するエッジポートの誤設定を防止することができる。

（４）ＬＡＮスイッチは、省電力モードから通常動作状態に復帰する旨の通知をネットワーク端末装置から受信した場合、そのネットワーク端末装置が接続されているポートに対して設定されていたエッジポート設定を解除して、スパニングツリー機能を有効にすることにより、ネットワーク経路の変更やネットワーク構成の変更に対応することができる。

（５）ＬＡＮスイッチは、接続されているネットワーク端末装置が省電力モードに入っており、まだ省電力モードを解除していない場合、そのポートのリンク状態を監視し、リンク状態の変化を検知した場合、そのポートに設定されているエッジポート設定を解除し、スパニングツリー機能を有効にすることにより、不用意にケーブルが抜かれた場合や、ネットワーク構成の変更に対応することができる。

（６）ネットワーク端末装置が通信速度を落として省エネモードに入った場合、ＬＡＮスイッチはそのネットワーク端末装置が接続されているポートのリンクアップ／ダウンを検知し、スパニングツリー機能を実行する前に、そのポートに接続されているネットワーク端末装置のアドレスを検索し、自身のアドレステーブルに保持されているアドレスと比較し、同一の場合はアドレステーブルの書き換えは行わず、そのアドレスを保持し、スパニングツリー機能を実行しないことにより、不必要なネットワーク経路の再構築やアドレステーブル変更によるネットワーク性能の低下を防ぐことができる。

本発明の実施形態のネットワークシステムの構成を示す図である。図１のネットワークシステムにおいて、ネットワークがループ構造にならないようにした状態を示す図である。図１の各ＬＡＮスイッチが保持しているアドレステーブルの一例を示す図である。ネットワーク経路の確立前の接続状態を示す図である。ネットワーク経路の確立後の接続状態を示す図である。ネットワーク経路の確立の手順で送受されるＢＰＤＵパケットのフォーマットを示す図である。ネットワーク端末装置が通常モードから省電力モードへ移行するときの動作を示すフローチャートである。ネットワーク端末装置から省電力モードへ移行することを通知されたときのＬＡＮスイッチが動作を示すフローチャートである。ネットワーク端末装置が省電力モードから通常モードへ移行するときの動作を示すフローチャートである。ネットワーク端末装置から通常力モードへ移行することを通知されたときのＬＡＮスイッチの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２・・・ネットワーク端末装置、１１〜１３，１０１〜１０３・・・ＬＡＮスイッチ。

Claims

通常モードと、通常モードより消費電力及び通信速度の低い省電力モードを有するとともに、通信速度が変化するときにリンク状態が変化する複数のネットワーク端末装置と、それらのネットワーク端末装置が接続された、スパニングツリー機能を有する複数のＬＡＮスイッチとを備えたネットワークシステムであって、
前記ネットワーク端末装置は、省電力モードに移行することを自己に接続されているＬＡＮスイッチに通知する手段を備え、前記ＬＡＮスイッチは、その通知を受けたとき、その通知を行ったネットワーク端末装置が接続されているポートのスパニングツリー機能を無効に設定する手段を有することを特徴とするネットワークシステム。
通常モードと、通常モードより消費電力及び通信速度の低い省電力モードを有するとともに、通信速度が変化するときにリンク状態が変化する複数のネットワーク端末装置と、それらのネットワーク端末装置が接続された、スパニングツリー機能を有する複数のＬＡＮスイッチとを備えたネットワークシステムに使用されるネットワーク端末装置であって、
省電力モードに移行することを自己に接続されているＬＡＮスイッチに通知する手段を備えたことを特徴とするネットワーク端末装置。
請求項２に記載されたネットワーク端末装置において、
通常モードに復帰することを自己に接続されているＬＡＮスイッチに通知する手段を備えたことを特徴とするネットワーク端末装置。
通常モードと、通常モードより消費電力及び通信速度の低い省電力モードを有するとともに、通信速度が変化するときにリンク状態が変化する複数のネットワーク端末装置と、それらのネットワーク端末装置が接続された、スパニングツリー機能を有する複数のＬＡＮスイッチとを備えたネットワークシステムに使用されるＬＡＮスイッチであって、
自己に接続されているネットワーク端末装置から、省電力モードに移行することの通知を受けたとき、そのネットワーク端末装置が接続されているポートのスパニングツリー機能を無効に設定する手段を有することを特徴とするＬＡＮスイッチ。
請求項４に記載されたＬＡＮスイッチにおいて、
スパニングツリー機能を無効に設定したポートのリンク状態が変化したとき、そのポートのスパニングツリー機能を有効に設定する手段を有することを特徴とするＬＡＮスイッチ。