JP5388189B2

JP5388189B2 - ネットワーク装置

Info

Publication number: JP5388189B2
Application number: JP2009115294A
Authority: JP
Inventors: 昇吉兼; 逸郎森田
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: JP2010268024A

Description

本発明は、ネットワークの運用管理、特に、ネットワーク障害時における障害原因と、障害発生地点を特定するネットワーク運用管理に好適なネットワーク装置に関する。

現在、ＩＥＥＥ８０２．１ａｚにおいて、イーサネット（登録商標）ポートの利用率に基づいてポートの電力を最適化し、電力消費を削減する技術の規格化が推進されており、これは“Energy Efficient Ethernet（登録商標）”（ＥＥＥ）技術と呼ばれている。現在、このEnergy Efficient Ethernet（登録商標）技術を適用予定のイーサネット（登録商標）インタフェースの規格は、以下の通りである（非特許文献１）。
・ 100BASE-TX (Full duplex)
・ 100BASE-T (Full duplex)
・ 10GBASE-T
・ 1000BASE-KX (Backplane: 1Gbps)
・ 10GBASE-KR (Backplane: 10Gbps)
・ 10GBASE-KX4 (Backplane: 3.125Gbps x 4)

Energy Efficient Ethernet（登録商標）技術は、ネットワークにおける障害管理という観点からはあまり検討が進められていないため、Energy Efficient Ethernet（登録商標）技術の実ネットワーク導入を考えた場合、ネットワークにおける障害管理において問題発生が懸念される。また、ＩＥＥＥ８０２．３ｂａ，“40Gb/s and 100Gb/s Ethernet Task Force”において規格化が進められている４０ＧｂＥ、および１００ＧｂＥ（非特許文献２）に対しても、今後、Energy Efficient Ethernet（登録商標）技術が適用されることが想定される。このような場合においても、上記と同様に、ネットワークにおける障害管理において問題発生が懸念される。

Energy Efficient Ethernet（登録商標）（ＥＥＥ）技術をサポートしたイーサネット（登録商標）インタフェースの動作について、以下で説明する。

ＥＥＥ技術では、実効データレートが低い場合はEthernet（登録商標）の伝送速度を低下させる機構が設けられる。例えば、１００ＢＡＳＥ−Ｔでは２対のペアケーブル、１０００ＢＡＳＥ−Ｔや１０ＧＢＡＳＥ−Ｔでは４対のペアケーブルにより通信が行われるが、伝送速度を低下させる場合は、例えば、その内の一つのペアケーブルにより通信されることになる。

また、４０ＧｂＥは４本の波長を用いた通信、１００ＧｂＥは１０本もしくは４本の波長を用いた通信が行われる。ＥＥＥ技術が、４０ＧｂＥや１００ＧｂＥに将来適用される場合は、使用する波長数の制御により、通信速度が変更されることになると想定される。

ここで、１ペアケーブルや１波長を、以後“レーン”と呼ぶこととする。例えば、４対のペアケーブル（もしくは４波長）で通信が行われている場合は、４レーンで通信が行われていることになり、１対のペアケーブル（もしくは１波長）で通信が行われている場合は、１レーンで通信が行われている、というように表現することにする。

次に、イーサネット（登録商標）ＯＡＭ（Operation, Administration and Maintenance）について、以下で説明する（特許文献１）。

ＬＡＮ（Local Area Network）用のレイヤ２ネットワークとして、イーサネット（登録商標）技術が普及している。ネットワークのサービス事業者は、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、遠隔から接続線路の運用・保守・管理（ＯＡＭ：Operation Administration and Maintenance）をする必要がある。そのために、ITU-T Y.1731またはIEEE802.1ag“Connectivity Fault Management”によって、イーサネット（登録商標）ＯＡＭフレームが規定されている。特に、ITU‐T Y.1731“OAM functions and Mechanisms for Ethernet based Networks”は、イーサネット（登録商標）網にＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ（Synchronous Optical NETwork / Synchronous Digital Hierarchy）とほぼ同等の運用保守管理機能を実現する規格である。表１に一般的なイーサネット（登録商標）ＯＡＭフレーム構成を示す。

イーサネット（登録商標）ＯＡＭフレームは、到達性管理（ＣＦＭ：Connectivity Fault Management）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（登録商標）ＯＡＭフレームは、あて先ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスと、送信元ＭＡＣアドレスと、Ethernet OAM TLV（Type Length 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フェースカード固有の、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（電源状態、受信光状態、リンク断、故障等）、ベンダコード、モデルコード等を含む。

特開２００８−１３１６１４号公報

IEEE802.1az, "Energy Efficient Ethernet"、ドラフト版IEEE Draft P802.3az/D1.3（2009年3月現在） IEEE802.3ba, "40Gb/s and 100Gb/s Ethernet Task Force"、ドラフト版IEEE P802.3 D2.0（2009年3月現在）

ここで、Energy Efficient Ethernet（登録商標）（ＥＥＥ）技術が、ネットワークに適用された場合に発生しうる課題について述べる。

ＥＥＥ技術が適用されたイーサネット（登録商標）インタフェースの速度変更機能に障害が発生し、速度変更不能に陥ることで、パケットロスやパケット遅延が発生してしまう可能性がある。この時、遠隔に位置する管理端末、例えばネットワーク運用管理システムが、障害が発生している装置にアウトバンドでアクセスすることが出来ない場合、（もしくは、アクセスできたとしても、装置の障害通知機能の不具合等によりその障害が通知されない場合には、）イーサネット（登録商標）インタフェースの速度変更不能状態は、障害発生を運用管理者が把握できないサイレント障害となってしまい、原因の特定が極めて困難になってしまうという課題がある。具体例を下記に示す。

Energy Efficient Ethernet（登録商標）は、ポートの使用率に応じて、イーサネット（登録商標）インタフェースの速度を動的に変更する。ここで、装置の故障に起因して、そのインタフェース速度の変更が不能になった場合を想定する。この場合、リンク断となったわけではないため、インタフェースが有する最高速度よりも低い速度でリンクが接続された状態になる。そのため、低速データ（例えば、Continuity Check Message、Ping、Link traceやLoop backなど（IEEE802.1 ag “Connectivity Fault Management”およびITU-T Y.1731 “OAM functions and Mechanisms for Ethernet based Networks”参照））に対しては対応可能であるが、高速通信になるとデータがスムーズに流れなくなってしまう。この場合、ポートはリンク断のような障害状態になっていないため、データがスムーズに流れない原因を特定することが困難になり、場合によっては原因の特定が不可能になってしまう可能性がある。

ＥＥＥ技術では、従来技術で述べたように、低速モードの場合には、複数のレーンのうち、１つのレーンを用いて通信する（図１を参照）。そのため、１つのレーン伝送容量に収まるトラフィック量の場合は、問題なく通信が可能である。しかしながら、その伝送容量に収まらないトラフィック量の場合には、パケットロスや遅延増加などのネットワークパフォーマンスの劣化につながってしまう。例えば、図１において、イーサネット（登録商標）インタフェースの最高速度をＸｂｐｓとすると、１レーンあたりの伝送容量はＸ／４ｂｐｓとなる。ここで、障害により、１レーンのみが通信可能となり他の３レーンが通信不能な状態に陥った場合、Ｘ／４ｂｐｓより多いトラフィックが流入してきた場合にはパケットロスが発生してしまう。

従って、本発明は、ＥＥＥ技術が適用されたイーサネット（登録商標）ネットワークにおいて発生するサイレント障害の障害原因と障害発生地点を特定するネットワーク装置を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明によるネットワーク装置は、運用保守管理フレームを送受信するネットワーク装置であって、前記運用保守管理フレームは、動作コード、サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数に関する情報を含んでおり、前記ネットワーク装置は、前記動作コードに従ってサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数に対する処理を行う処理手段を備える。

また、前記サポートレーン数・帯域幅および使用レーン数を監視する監視手段をさらに備え、前記処理手段は、前記動作コードが要求を示している場合、前記運用保守管理フレームを受信したポートのサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数を前記監視手段から取得し、前記運用保守管理フレームに設定する手段であることも好ましい。

また、前記処理手段は、前記動作コードが応答を示している場合、サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数から実速度を算出する手段であり、前記算出された実速度に基づいて、障害発生地点を特定する手段をさらに備えることも好ましい。

また、前記運用保守管理フレームは、イーサネット（登録商標）ＯＡＭフレームであることも好ましい。

また、前記サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数は、Energy Efficient Ethernet（登録商標）機能における各インタフェースのサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数であることも好ましい。

本発明によりＥＥＥ（Energy Efficient Ethernet（登録商標））技術が適用されたイーサネット（登録商標）ネットワークにおいて発生するサイレント障害を、遠隔に位置するネットワーク運用管理システムから確実かつ迅速に特定することが可能になる。

ＥＥＥ技術を適用したイーサネット（登録商標）の通信例を示す。イーサネット（登録商標）ネットワーク装置の構成を示す。イーサネット（登録商標）ネットワーク装置における処理フローチャートを示す。ネットワークに適用した場合の処理例を示す。ネットワーク運用管理システムの処理フローチャートを示す。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。Energy Efficient Ethernet（登録商標）技術では、インタフェース速度の変更に応じて、使用するレーン数が変更される。そこで、本発明は、運用保守管理フレーム内にこのレーン数を確認する機能を設けることにより、インバンドにてイーサネット（登録商標）インタフェースの状態を確認可能にする。リンクトレース（Link Trace）機能、ループバック（Loop back）機能で運用保守管理フレームを各インタフェースに送信することにより、各インタフェースの状態を確認することとする。

上記機能を実行した際の応答メッセージに、インタフェースがサポートしているレーン数・帯域幅、および使用中のレーン数に関する情報を運用保守管理フレームに載せることにより、遠隔に位置するネットワーク運用管理システムが、インバンドにてインタフェースの状態を確認することが可能となり、イーサネット（登録商標）インタフェースの速度変更が不能に陥っているか否かを監視することが可能となる。

以下に具体的な実施形態を示す。本実施形態では、運用保守管理フレームとして、イーサネット（登録商標）ＯＡＭ（Operation Administration and Maintenance）フレームを用い、該フレームに、動作コード、インタフェースがサポートしているレーン数・帯域幅、および使用しているレーン数を示すコードを含ませる。表２は、本実施形態におけるイーサネット（登録商標）ＯＡＭフレームの構成例を示す。

表１と比較して、動作コード、インタフェースのサポートレーン数・帯域幅と使用レーン数を示す部分が加わった構成になっている。動作コードは、サポートレーン数・帯域幅および使用レーン数の確認に関する動作か否かを示す。動作コードの種別を以下に示す。
０：サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数の要求・応答機能を実行しない
１：サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数情報の要求メッセージ
２：サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数情報の応答メッセージ

送信元イーサネット（登録商標）ネットワーク装置は、特定のあて先のイーサネット（登録商標）ネットワーク装置に対して、要求メッセージを送信する。これに対して、あて先イーサネット（登録商標）ネットワーク装置は、送信元イーサネット（登録商標）ネットワーク装置に対して、応答メッセージを返答する。

サポートレーン数は、インタフェースがサポートしている最大レーン数を示す。また、帯域幅は、インタフェースがサポートする最大帯域幅を示す。例えば、１００ＢＡＳＥ−Ｔでは、最大２対のツイストペアケーブルにより通信されることからサポートレーン数は２であり、帯域幅は、１００Ｍｂｐｓである。１０００ＢＡＳＥ−Ｔや１０ＧＢＡＳＥ−Ｔでは、最大４対のツイストペアケーブルにより通信が行われるため、サポートレーン数は４であり、帯域幅は、それぞれ１Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓである。４０ＧｂＥでは、最大４本の波長により通信が行われる（参考：非特許文献２）ためサポートレーン数は４となり、帯域幅は４０Ｇｂｐｓとなる。１００ＧｂＥは、１０本もしくは４本の波長を用いた通信が行われる（参考：非特許文献２）ため、サポートレーン数は、１０もしくは４となり、帯域幅は１００Ｇｂｐｓとなる。

使用レーン数は、サポートするレーン数の内、何本を使用して通信しているかを示すものである。例えば、１０００ＢＡＳＥ−Ｔのインタフェースに対してＥＥＥ技術が適用されて４対のペアケーブルのうち１対のペアケーブルにより通信が行われている場合には、使用レーン数は１となる。

送信元のイーサネット（登録商標）ネットワーク装置は、あて先のイーサネット（登録商標）ネットワーク装置に対して、要求メッセージを送信する。これに対して、あて先イーサネット（登録商標）ネットワーク装置は、送信元イーサネット（登録商標）ネットワーク装置に対して、インタフェースのサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数を記入した応答メッセージを返信する。この情報を用いて、あて先イーサネット（登録商標）ネットワーク装置のインタフェース状態を管理する。具体的な管理方法を以下に示す。

図２は、イーサネット（登録商標）ネットワーク装置１の構成である。６つのイーサネット（登録商標）ポート１４とレーン数監視部１５、ＭＡＣ（Media Access Control）処理部１１、ＯＡＭフレーム処理部１２、レーン数処理部１３から構成される。以下に、動作例を示す。まず、装置１に入力されたイーサネット（登録商標）フレームは、ＭＡＣ処理部１１のＭＡＣテーブルに従い、自装置あてのフレームか、他ポートへ転送されるフレームかが判断される。自装置あてのフレームの場合は、動作コードを確認することで、サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数情報の要求メッセージか否かを判断する。要求メッセージの場合は、レーン数処理部１３がレーン数監視部１５から、あて先ＭＡＣアドレスを有するポートに関するサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数情報を得る。得られた情報を応答メッセージとして返答する。また、要求メッセージ以外の場合は、ＯＡＭフレーム処理部１２が他の処理を実行する。なお、レーン数監視部１５は、各インタフェースがサポートするレーン数・帯域幅、および使用中のレーン数を監視する機能を有する。

図３に、イーサネット（登録商標）ネットワーク装置１における処理フローチャートを示す。
Ｓ３１．イーサネット（登録商標）フレームを受信した装置１のＭＡＣ処理部１１は、まずＭＡＣテーブルに従い、自装置あてのフレームか、他ポートへ転送するフレームかを判断する。
Ｓ３２．自装置あてのフレームの場合は、動作コードを確認することで、サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数の確認を行うか否かを判断する。レーン数を確認する場合は、Ｓ３３に進み、確認しない場合は、Ｓ３５に進む。
Ｓ３３．レーン数処理部１３が、該当するポートのレーン数監視部１５から、あて先ＭＡＣアドレスを有するポートに関するサポートレーン数・帯域幅、および使用中のレーン数に関する情報を得る。
Ｓ３４．得られた情報を応答メッセージとして返答して、終了する。
Ｓ３５．レーン数を確認しない動作コードの場合は、ＯＡＭフレーム処理部１２が、そのコードが示す動作に従い、他の処理、つまり通常のイーサネット（登録商標）フレームとしての処理を実行する。

図４に、本発明をネットワークに適用した場合の処理例を示す。ここでは、ＥＥＥ技術をサポートした５台のイーサネット（登録商標）ネットワーク装置から構成されるネットワークを想定している。それぞれの装置がサポートするレーン数・帯域幅、および使用レーン数を、各装置の上側に記している。図４において、装置３は、インタフェースに障害が発生しており、使用レーン数が１の状態に陥っている。他の装置は、正常に動作しているため、使用レーン数が４となっている。表３に各装置のサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数をまとめたものを示す。また、図４は、装置１から、各装置に対してレーン数確認のためのフレームを送信した場合を示している。これは、リンクトレースに動作コード１を埋め込んだパケットを装置１から各装置に流すことにより行われる。各フレームの流れは図中に矢印線（（１）〜（７））にて示している。ここで、奇数番号は各装置の左側のポートの情報、偶数番号は各装置の右側のポートの情報に対する応答である。

各装置からの応答メッセージ（図４の（１）から（７））に含まれるサポートレーン数・帯域幅、使用レーン数の情報を用いてそれぞれのインタフェースにおける実速度を算出し、リンク速度に不一致がないか確認することで障害発生箇所を特定することが可能になる。本例では、応答メッセージ（３）、（４）は使用レーン数１、これ以外の応答メッセージは使用レーン数４を返却する。そのため、装置３以外のインタフェース速度は１Ｇｂｐｓであり、装置３のインタフェース速度が２５０Ｍｂｐｓになっていることがわかる。そのため、本例では装置３のインタフェースに障害が発生していると判断できる。

図５に、ネットワーク運用管理システムの処理フローチャートを示す。ネットワーク運用管理システムは、イーサネット（登録商標）ネットワーク装置から構成されるネットワークを運用管理する装置であり、イーサネット（登録商標）ネットワーク装置にリンクトレースまたはループバックの実行を指示し、その応答メッセージからインタフェースの障害箇所を特定する。また、ネットワーク管理システムは、ネットワークサービスの管理し、ネットワーク障害の監視を行っているシステムである。
Ｓ５１．ネットワーク管理システムに、パケットの遅延・ジッタやパケットロスが発生しているか確認を行う。発生していた場合は、障害発生と認識し、Ｓ５２に進み、発生していない場合、本ステップの確認を定期的に実行する。
Ｓ５２．障害が発生しているサービスのエンド−エンド区間を、ネットワーク管理システムより特定する。なお、エンド−エンド区間の候補は複数あってもかまわない。
Ｓ５３．上記Ｓ５２で特定したエンド−エンド区間に対して、端点の装置からリンクトレースを実行する。本リンクトレースには、動作コードが１である、サポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数情報の要求メッセージを含んでいる。なお、リンクトレースの代わりに、ホップ毎に、ループバックを実行してもかまわない。
Ｓ５４．上記Ｓ５３で実行したリンクトレース（もしくはループバック）の各応答メッセージに含まれるサポートレーン数・帯域幅、および使用レーン数を確認する。
Ｓ５５．上記Ｓ５４で得られた情報を用いて、各装置のインタフェースの実速度を以下の式を用いて算出する。
実速度＝帯域幅×使用レーン数÷サポートレーン数
Ｓ５６．上記Ｓ５５で得られた情報を基に、エンド−エンド区間において、使用中インタフェース速度に不一致がないか確認する。不一致がある場合、Ｓ５７に進み、不一致がない場合は、Ｓ５９に進む。
Ｓ５７．使用中インタフェース速度のうち、最低インタフェース速度が、エンド−エンド区間のインタフェース速度（本情報はネットワーク管理システムより得る）よりも遅いか確認する。遅い場合は、Ｓ５８に進み、遅くない場合は、Ｓ５９に進む。
Ｓ５８．不一致箇所のＥＥＥ機能に障害（回線速度変更不能状態に陥っている）が発生していると特定し、終了する。
Ｓ５９．この場合、ＥＥＥ機能に起因する障害ではないと判断し、終了する。

上記のようにして、ネットワーク運用管理システムはＥＥＥ機能をサポートしたインターネットネットワークで発生した回線速度変更不能状態に起因するサイレント障害の障害原因および障害発生地点の特定が可能になる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１イーサネット（登録商標）ネットワーク装置
１１ＭＡＣ処理部
１２ＯＡＭフレーム処理部
１３レーン数処理部
１４イーサネット（登録商標）ポート
１５レーン数監視部

Claims

インタフェース速度の変更に応じて使用レーン数が変更されるEEE技術を適用したネットワーク装置において、
動作コード、サポートレーン数・帯域幅および使用レーン数に関する情報を含む運用保守管理フレームを送受する手段と、
インタフェースのサポートレーン数・帯域幅および使用レーン数を監視する監視手段と、
前記動作コードに従ってサポートレーン数・帯域幅および使用レーン数に対する処理を行う処理手段とを具備し、
前記処理手段は、
前記動作コードが要求を示している場合、前記運用保守管理フレームを受信したポートのサポートレーン数・帯域幅および使用レーン数を前記監視手段から取得して前記運用保守管理フレームに設定する手段と、
前記動作コードが応答を示している場合、サポートレーン数・帯域幅および使用レーン数から実速度を算出する手段と、
前記算出された実速度に基づいてEEE障害発生地点を特定する手段とを具備したことを特徴とするネットワーク装置。
前記運用保守管理フレームは、イーサネット（登録商標）ＯＡＭフレームであることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。