JP5115771B2

JP5115771B2 - ネットワークシステム、ルータ装置及びそれらに用いる冗長化方法

Info

Publication number: JP5115771B2
Application number: JP2010159233A
Authority: JP
Inventors: 達也市村
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: JP2012023513A

Description

本発明はネットワークシステム、ルータ装置及びそれらに用いる冗長化方法に関し、特にレイヤ２トンネリングを使用したネットワークシステムに関する。

ネットワークシステムにおいては、近年、ＡＤＳＬ（ＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＤｉｇｉｔａｌＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＬｉｎｅ）やＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）回線を使用した安価なＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）サービスが普及している。

さらに、上記のネットワークシステムにおいては、通信事業者の広域イーサネット（登録商標）サービスを利用する代わりに、ルータのレイヤ２トンネリング技術を使用して低コストにＬ２ＶＰＮ（Ｌａｙｅｒ２ＶｉｒｔｕａｌＰｒｉｖａｔｅＮｅｔｗｏｒｋ）を構築する事例が増えてきている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、企業ネットワークに応用するためには、信頼性向上のための冗長化の仕組みが必須であり、その冗長化を実現する技術に対するニーズが非常に高い。

特開２００７−１５８８６９号公報

物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網を介して接続する技術に、レイヤ２トンネリング［ＥｔｈｅｒＩＰ、Ｌ２ＴＰｖ３（Ｌａｙｅｒ２ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌｖｅｒｓｉｏｎ３）等］がある。

しかしながら、このレイヤ２トンネリング技術には、Ｌ２（レイヤ２）ループを検知するための機構が存在しない。そのため、このレイヤ２トンネリング技術では、冗長化のために誤って複数のトンネルを使用すると、Ｌ２ループが構成されてしまい、ブロードキャストストームの発生等のネットワークに異常が発生する問題がある。

レイヤ２経路の冗長化には、一般的に、ＳＴＰ（スパニングツリープロトコル）が使用されている。ここで、ＳＴＰとは、ネットワーク内のループを自動的に検出し、論理的にループを切断するプロトコルである。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、ＳＴＰを利用することなく、レイヤ２トンネルを冗長化することができるネットワークシステム、ルータ装置及びそれらに用いる冗長化方法を提供することにある。

本発明によるネットワークシステムは、物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続したネットワークシステムであって、
前記レイヤ２トンネルを終端するルータ装置間において、前記レイヤ２トンネルに予め設定した優先度の広告を定期的に行い、当該優先度にしたがって使用するレイヤ２トンネルを決定し、前記優先度の低いレイヤ２トンネルを非活性状態にしている。

本発明によるルータ装置は、物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続したネットワークシステムにおいて前記レイヤ２トンネルを終端するルータ装置であって、
前記レイヤ２トンネルにおいて対向する装置に対して前記レイヤ２トンネルに予め設定した優先度の広告を定期的に行う手段と、前記対向する装置にて前記優先度にしたがって使用するレイヤ２トンネルを決定した際に、前記優先度の低いレイヤ２トンネルを非活性状態にする手段とを備えている。

本発明による冗長化方法は、物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続したネットワークシステムにおいて前記レイヤ２トンネルを終端するルータ装置に用いる冗長化方法であって、
前記ルータ装置が、前記レイヤ２トンネルにおいて対向する装置に対して前記レイヤ２トンネルに予め設定した優先度の広告を定期的に行う処理と、前記対向する装置にて前記優先度にしたがって使用するレイヤ２トンネルを決定した際に、前記優先度の低いレイヤ２トンネルを非活性状態にする処理とを実行している。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、ＳＴＰを利用することなく、レイヤ２トンネルを冗長化することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態によるネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態によるルータ装置の構成例を示すブロック図である。図１のハブルータの動作を示すフローチャートである。図１のスポークルータの動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態によるネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態によるネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明によるネットワークシステムの概略について説明する。本発明は、レイヤ２トンネリングを使用したネットワークシステムの冗長化の方法と、その方法に適するルータ装置に関するものである。

本発明によるルータ装置は、物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続し、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）単位で使用するトンネルを分離することにより、ＶＬＡＮ単位での経路の冗長化と負荷分散とを実現している。

本発明では、上記のように、使用するトンネルをＶＬＡＮ単位で分離することで、レイヤ２トンネルの冗長化を実現しており、ネットワークの信頼性の向上を図ることが可能となる。

本発明では、冗長化されたレイヤ２トンネルに優先度を予めてユーザが設定し、トンネルを終端するルータ装置間で定期的にレイヤ２トンネルの優先度情報の広告を行うことにより（キープアライブ）、使用するトンネルを一意に決定する方式を実現している。

また、本発明では、レイヤ２トンネルの優先度をＶＬＡＮ単位で設定することが可能であり、ＶＬＡＮ毎に設定する優先度を使い分けることにより、トンネルの負荷分散も実現することができる。

さらに、本発明では、優先度の定期的な広告に基づいてレイヤ２トンネルの死活監視を行い、冗長化したレイヤ２トンネルの一方で障害が発生した場合にレイヤ２トンネルの他方に経路を迂回させることも可能である。

図１は本発明の第１の実施の形態によるネットワークシステムの構成例を示すブロック図であり、図２は本発明の第１の実施の形態によるルータ装置の構成例を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施の形態によるネットワークシステムは、端末［ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等］１１，１２と、Ｌ２（Ｌａｙｅｒ２）スイッチ１３と、ハブルータ１４，１５と、スポークルータ１６と、ＩＰネットワーク１００とを備え、ハブルータ１４，１５とスポークルータ１６とがＩＰネットワーク１００で接続されている。

端末１１，１２は、ルータ（スポークルータ１６）もしくはＬ２スイッチ１３に接続されており、イーサネット（登録商標）プロトコルを使用して他の端末と通信を行う。

Ｌ２スイッチ１３は、一般的なスイッチングハブである。本実施の形態では、レイヤ２経路の冗長化に一般的に使用されるＳＴＰ（スパニングツリープロトコル）を必要としない。ここで、ＳＴＰとは、ネットワーク内のループを自動的に検出し、論理的にループを切断するプロトコルである。

ルータ装置（ハブルータ１４，１５及びスポークルータ１６）は、図２に示すように、レイヤ２トンネリング技術を実装し、ＬＡＮ側（端末１１，１２）から受信したイーサネット（登録商標）フレームをＩＰパケット（ＩＰカプセル化）に変換し、ＩＰネットワーク１００側に送出する機能（ＩＰパケット変換機能１４１，１５１，１６１）を有する。

また、ルータ装置（ハブルータ１４，１５及びスポークルータ１６）は、ＩＰネットワーク１００側から受信したＩＰパケットの中から元のイーサネット（登録商標）フレームを抽出し、そのイーサネット（登録商標）フレームをＬＡＮ側（端末１１，１２）に送出する機能（フレーム抽出機能１４２，１５２，１６２）を有する。

本構成において、ルータ装置は、優先度情報送信機能１４３，１５３にて優先度情報（ｐｒｉｏｒｉｔｙ通知）を送信するハブルータ１４，１５と、トンネル有効・閉塞状態決定機能１６３にて優先度情報を受信してトンネルの有効・閉塞状態を決定するスポークルータ１６とに分類される。

ｐｒｉｏｒｉｔｙ通知は、予めユーザによって設定されたレイヤ２トンネルの優先度を示す優先度情報である。また、このｐｒｉｏｒｉｔｙ通知は、ＶＬＡＮ単位で送信することも可能で、ＶＬＡＮ単位で送信によりＶＬＡＮ単位でレイヤ２トンネルを使い分けることも可能である。

図３は図１のハブルータ１４，１５の動作を示すフローチャートである。これら図１及び図３を参照してハブルータ１４，１５の動作について説明する。

ハブルータ１４，１５は、装置起動時のトンネルの状態を閉塞状態とし、ハブルータ１４，１５用のタイマＴ１に基づき、レイヤ２トンネルの接続先（図１の場合、スポークルータ１６）宛に定期的にｐｒｉｏｒｉｔｙ通知を送信する（図３ステップＳ１，Ｓ２）。

ハブルータ１４，１５は、タイマＴ１が満了時点で、スポークルータ１６からｍａｓｔｅｒ通知を受信した場合（図３ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ７）、そのトンネルを有効状態とする（図３ステップＳ９）。

ハブルータ１４，１５は、タイマＴ１までに応答を受信しないか、もしくはｂａｃｋｕｐ通知を受信した場合（図３ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）、トンネルを閉塞状態とする（図３ステップＳ６）。

ハブルータ１４，１５は、ｍａｓｔｅｒ通知を受信した場合（図３ステップＳ７）、指定した宛先に対してｉｎｆｏ通知を送信することができる（図３ステップＳ８）。

図４は図１のスポークルータ１６の動作を示すフローチャートである。これら図１及び図４を参照してスポークルータ１６の動作について説明する。

スポークルータ１６は、ハブルータ１４，１５と同じく、装置起動時の状態を閉塞状態とし、ハブルータ１４，１５から送信されるｐｒｉｏｒｉｔｙ信号とｉｎｆｏ信号とを観測する。

スポークルータ１６は、ｐｒｉｏｒｉｔｙ信号とｉｎｆｏ信号とに格納されている優先度の最大値を記憶し（記録Ａ）、ｐｒｉｏｒｉｔｙ信号により最も大きい優先度を通知したハブルータ（図１の場合、ハブルータ１４）に対し（図４ステップＳ２１〜Ｓ２３，Ｓ２５〜Ｓ２７）、ｍａｓｔｅｒ通知を送信する（図４ステップＳ２９）。

スポークルータ１６は、ｐｒｉｏｒｉｔｙ信号に含まれる優先度値が２番目以降に大きいハブルータ（図１の場合、ハブルータ１５）に対し（図４ステップＳ２１〜Ｓ２３，Ｓ２５〜Ｓ２７）、ｂａｃｋｕｐ通知を送信し、トンネルを閉塞状態にする（図４ステップＳ２８）。

スポークルータ１６も、ハブルータ１５がトンネル閉塞時にＬＡＮポートも閉塞させる。これによって、Ｌ２スイッチ１３に対して本ハブルータ１５を出力先とするＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）アドレス学習情報をリセットさせることができる。

図５は本発明の第２の実施の形態によるネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図５において、本発明の第２の実施の形態によるネットワークシステムは、端末２１，２２と、Ｌ２スイッチ２３，２８と、ハブルータ２４，２５と、スポークルータ２６，２７と、ＩＰネットワーク１１０とを備え、ハブルータ２４，２５とスポークルータ２６，２７とがＩＰネットワーク１１０で接続されている。

端末２１，２２は図１に示す端末１１，１２と同様の動作を行い、Ｌ２スイッチ２３，２８は図１に示すＬ２スイッチ１３と同様の動作を行い、ハブルータ２４，２５は図１に示すハブルータ１４，１５と同様の動作を行い、スポークルータ２６，２７は図１に示すスポークルータ１６と同様の動作を行うので、それらの説明については省略する。

また、本実施の形態によるハブルータ２４，２５は、図３に示すハブルータ１４，１５の動作と同様の動作を行うが、以下の点で異なっている。

ハブルータ２４，２５は、ｍａｓｔｅｒ通知を受信した場合（図３ステップＳ７）、指定した宛先に対してｉｎｆｏ通知を送信することができる（図３ステップＳ８）。このｉｎｆｏ通知によって、図４に示すように、ハブルータ２４，２５自身が終端していないレイヤ２トンネルが他に存在していた場合、そのトンネルを閉塞させることができる。

また、ハブルータ２４，２５のＬＡＮ側にＬ２スイッチ２３が接続されている場合、ハブルータ２４，２５は、トンネル閉塞と同時にＬＡＮポートも閉塞させることにより、Ｌ２スイッチ２３に対して本ハブルータ２４，２５を出力先とするＭＡＣアドレス学習情報をリセットさせることができる。

図６は本発明の第３の実施の形態によるネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図６において、本発明の第３の実施の形態によるネットワークシステムは、端末３１〜３４と、Ｌ２スイッチ３５と、ハブルータ３６，３７と、スポークルータ３８と、ＩＰネットワーク１２０とを備え、ハブルータ３６，３７とスポークルータ３８とがＩＰネットワーク１２０で接続されている。

端末３１〜３４は図１に示す端末１１，１２と同様の動作を行い、Ｌ２スイッチ３５は図１に示すＬ２スイッチ１３と同様の動作を行い、ハブルータ３６，３７は図１に示すハブルータ１４，１５と同様の動作を行い、スポークルータ３８は図１に示すスポークルータ１６と同様の動作を行うので、それらの説明については省略する。

また、本実施の形態によるスポークルータ３８は、図４に示すスポークルータ１６と同様の動作と同様の動作を行うが、以下の点で異なっている。

ｐｒｉｏｒｉｔｙ通知とｉｎｆｏ通知とに含まれる優先度は、ＶＬＡＮ単位に設定することが可能で、図６に示すように、ＶＬＡＮ１とＶＬＡＮ２とで使用するトンネルを使い分けることもできる。

しかしながら、図６に示す構成のように、１本のトンネルにｍａｓｔｅｒ状態のＶＬＡＮとｂａｃｋｕｐ状態のＶＬＡＮとが混在している場合、Ｌ２スイッチ３５のＭＡＣアドレス学習情報の状態次第では、ハブルータ３６，３７がｂａｃｋｕｐ状態にあるＶＬＡＮ（ハブルータ３６の場合はＶＬＡＮ２、ハブルータ３７の場合はＶＬＡＮ１）のイーサネット（登録商標）フレームを受信する可能性がある（例えば、図６に示すハブルータ３６がＶＬＡＮ２のフレームを受信した場合等）。

そこで、本実施の形態では、ＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）によりＬ２スイッチのＭＡＣアドレス学習情報を更新する方法を採用する。図６に示す構成において、ハブルータ３６が「送信元＝端末３２、宛先＝端末３４」のイーサネット（登録商標）フレームを受信した場合は、このイーサネット（登録商標）フレームから各端末のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスとを抽出し、「送信元＝端末３４、宛先＝端末３２」のＡＲＰＲｅｐｌｙを渡り回線経由でハブルータ３７の方向に送信する。

このＡＲＰＲｅｐｌｙは、ハブルータ３７からＬ２スイッチ３５を経由して端末３２に送り届けられるため、Ｌ２スイッチ３５のＭＡＣアドレス学習情報の更新が行われ、以降の端末３２から端末３４宛のイーサネット（登録商標）フレームはＬ２スイッチ３５からハブルータ３７へ直接送信されるようになる。

このように、本発明では、ＳＴＰ（スパニングツリープロトコル）を利用することなく、レイヤ２トンネルを冗長化することができる。本発明では、ＳＴＰ対応のＬ２スイッチを用意する必要がないため、低コストでのネットワーク構築が可能になる。

また、本発明では、ＶＬＡＮ単位でレイヤ２トンネルを冗長化することができるため、各回線の有効活用と負荷分散とを図ることができる。

１１，１２，２１，２２，
３１〜３４端末
１３，２３，２８，３５Ｌ２スイッチ
１４，１５，２４，２５，
３６，３７ハブルータ
１６，２６，２７，３８スポークルータ
１００，１１０，１２０ＩＰネットワーク
１４１，１５１，１６１ＩＰパケット変換機能
１４２，１５２，１６２フレーム抽出機能
１４３，１５３優先度情報送信機能
１６３トンネル有効・閉塞状態決定機能

Claims

物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続したネットワークシステムであって、
前記レイヤ２トンネルを終端するルータ装置間において、前記レイヤ２トンネルに予め設定した優先度の広告を定期的に行い、当該優先度にしたがって使用するレイヤ２トンネルを決定し、前記優先度の低いレイヤ２トンネルを非活性状態にすることを特徴とするネットワークシステム。
使用するレイヤ２トンネルをＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）単位で分離して前記ＶＬＡＮ単位で経路の冗長化を図り、
前記優先度の定期的な広告に基づいて前記レイヤ２トンネルの死活監視を行い、冗長化したレイヤ２トンネルの一方で障害が発生した場合に前記レイヤ２トンネルの他方に前記経路を迂回させることを特徴とする請求項１記載のネットワークシステム。
前記ＶＬＡＮ単位で前記レイヤ２トンネルの優先度の情報を交換することで、前記ＶＬＡＮ単位で前記レイヤ２トンネルの使い分けを行うことを特徴とする請求項２記載のネットワークシステム。
物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続したネットワークシステムにおいて前記レイヤ２トンネルを終端するルータ装置であって、
前記レイヤ２トンネルにおいて対向する装置に対して前記レイヤ２トンネルに予め設定した優先度の広告を定期的に行う手段と、前記対向する装置にて前記優先度にしたがって使用するレイヤ２トンネルを決定した際に、前記優先度の低いレイヤ２トンネルを非活性状態にする手段とを有することを特徴とするルータ装置。
使用するレイヤ２トンネルをＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）単位で分離して前記ＶＬＡＮ単位で経路の冗長化を図り、
前記優先度の定期的な広告に基づいて前記レイヤ２トンネルの死活監視を行い、冗長化したレイヤ２トンネルの一方で障害が発生した場合に前記レイヤ２トンネルの他方に前記経路を迂回させることを特徴とする請求項４記載のルータ装置。
前記ＶＬＡＮ単位で前記レイヤ２トンネルの優先度の情報を交換することで、前記ＶＬＡＮ単位で前記レイヤ２トンネルの使い分けを行うことを特徴とする請求項５記載のルータ装置。
物理的に離れた拠点間をＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）網上においてレイヤ２トンネルで接続したネットワークシステムにおいて前記レイヤ２トンネルを終端するルータ装置に用いる冗長化方法であって、
前記ルータ装置が、前記レイヤ２トンネルにおいて対向する装置に対して前記レイヤ２トンネルに予め設定した優先度の広告を定期的に行う処理と、前記対向する装置にて前記優先度にしたがって使用するレイヤ２トンネルを決定した際に、前記優先度の低いレイヤ２トンネルを非活性状態にする処理とを実行することを特徴とする冗長化方法。
使用するレイヤ２トンネルをＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）単位で分離して前記ＶＬＡＮ単位で経路の冗長化を図り、
前記優先度の定期的な広告に基づいて前記レイヤ２トンネルの死活監視を行い、冗長化したレイヤ２トンネルの一方で障害が発生した場合に前記レイヤ２トンネルの他方に前記経路を迂回させることを特徴とする請求項７記載の冗長化方法。
前記ＶＬＡＮ単位で前記レイヤ２トンネルの優先度の情報を交換することで、前記ＶＬＡＮ単位で前記レイヤ２トンネルの使い分けを行うことを特徴とする請求項８記載の冗長化方法。