JP5637975B2

JP5637975B2 - ネットワークシステムおよび通信装置

Info

Publication number: JP5637975B2
Application number: JP2011264222A
Authority: JP
Inventors: 徹朝比奈; 崇清野
Original assignee: Alaxala Networks Corp
Current assignee: Alaxala Networks Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: JP2013118460A

Description

本発明は、ネットワークシステムおよび通信装置に関し、特に通信経路の正常性確認技術および通信経路の切り替え技術に関する。

ネットワークシステムにおいては、ネットワーク間の通信経路を複数の通信経路で冗長化して運用するのが一般的である。これは、一つの通信経路で障害が発生した場合に、通信経路を他の通信経路に切り替えることによってネットワーク間の通信を確保することが目的である。ＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）を利用したネットワークでは通信経路の正常性を確認するために、通信経路上の通信装置から送信される正常性確認パケットを監視する。この正常性確認パケットは、正常性確認要求パケットを受信した契機、または前回正常性確認パケットを送信してから正常性確認を行う周期だけ経過した契機で周期的に送信される。通信経路の正常性確認を行う通信装置は、通信経路上の通信装置において正常性確認パケットを送信する契機が訪れた時点から一定の時間内に正常性確認パケットを受信しなかった場合、正常性確認に失敗したと判定する。正常性確認に連続で失敗した回数が一定の閾値に到達した場合、通信経路で障害が発生したと判定して通信経路の切り替えを行う。特許文献１のように通信経路で障害が発生したと判定する閾値には一般に１より大きな値が設定され、正常性確認に複数回失敗した場合に通信経路で障害が発生したと判定する。これは、通信経路の一時的な障害により正常性確認が失敗した場合に通信経路の切り替えが発生し、その通信経路の変更が他のネットワークシステムに伝播して経路情報のばたつきが起きるのを回避するためである。

特開２００８−１７０７０号公報

上述した特許文献１のような従来技術においては、正常性確認に複数回失敗した場合に通信経路で障害が発生したと判定するため、通信経路で一定時間通信が停止する障害が発生しないと、通信経路の切り替えを行うことができない。

本発明では、上述した課題を解決するために、冗長化された複数の通信経路を介して他の装置と接続される通信装置であって、前記他の装置へ送信するパケットを複数の前記通信経路のうちのメイン通信経路を介して送信する通信制御部と、前記メイン通信経路を介して前記他の装置へ正常性確認パケットを送信することにより、前記メイン通信経路の監視を行う監視制御部とを備え、監視制御部が正常性確認パケットのパケット遅延時間またはパケットロス回数の少なくとも一方に基づいて通信経路の品質を評価し、メイン通信経路の切り替えを行う通信装置を提供する。

本発明によれば、障害による通信断が発生せずとも通信経路の切り替えを行うため、障害により一定時間以上の通信断が発生するのを抑止し、通信品質の良い通信経路を用いた通信を行うことができる。

通信経路を冗長化したネットワークシステムの例を示す図である。通信装置のハードウェア構成例を示す図である。監視制御情報格納領域が格納する情報の例を示す図である。統計情報格納領域が格納する情報の例を示す図である。判定閾値情報格納領域が格納する情報の例を示す図である。監視制御部の正常性確認の処理例を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図を用いて説明する。本実施例は、スタティックルーティングによってメイン経路とサブ経路を登録してネットワーク間の通信経路を冗長化し、正常性確認にＰｉｎｇを用いた実施例である。ここでＰｉｎｇは、ＩＣＭＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＣｏｎｔｒｏｌＭｅｓｓａｇｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）を利用した正常性確認方法で、正常性確認要求パケットとしてエコー要求パケットを、正常性確認パケットとしてエコー応答パケットを用いる。

図１は、ネットワーク間の通信経路を冗長化したネットワークシステムの例を示す図である。ネットワークシステム６００は拠点４００ａと拠点４００ｂをつなぐＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）を利用したネットワークシステムである。拠点４００ａは端末１００と通信装置３００ａから構成される。また、拠点４００ｂはサーバ２００と通信装置３００ｄから構成される。拠点４００ａおよび拠点４００ｂ間は通信経路５００ａと通信経路５００ｂによりつなげられている。通信経路５００ａは通信装置３００ｂを経由する通信経路であり、通信経路５００ｂは通信装置３００ｃを経由する通信経路である。

ネットワークシステム６００の経路制御はスタティックルーティングにより行われている。通信装置３００ａには拠点４００ｂに対する通信経路として、通信経路５００ａと通信経路５００ｂが登録されている。通信経路５００ａはメイン経路として登録され、通信経路５００ａで障害が発生していない通常時において、拠点４００ｂに対する通信は通信経路５００ａを経由して行われる。また、通信経路５００ｂはサブ経路として登録され、通信経路５００ａで障害が発生している場合、拠点４００ｂに対する通信は通信経路５００ｂを経由して行われる。

図２は、通信装置３００ａのハードウェア構成例を示す図である。通信装置３００ａは、監視制御部３１０、監視制御情報格納領域３２０、統計情報格納領域３３０、判定閾値情報格納領域３４０、通信制御部３５０、経路情報格納領域３６０を備えている。監視制御部３１０は、通信経路の正常性確認を行う。監視制御情報格納領域３２０は、正常性確認の制御情報を格納する格納領域である。統計情報格納領域３３０は、エコー応答パケットのパケットロスおよびパケット遅延に関する統計値を格納する格納領域である。判定閾値情報格納領域３４０は、通信経路の切り替えを行うか否かのを判定するための閾値を格納する格納領域である。通信制御部３５０は、パケットの送受信および経路情報格納領域３６０に格納される経路情報の管理を行う。経路情報格納領域３６０は、経路情報を格納する領域である。

監視制御情報格納領域３２０、統計情報格納領域３３０および判定閾値情報格納領域３４０は監視制御部３１０に、経路情報格納領域３６０は通信制御部３５０にそれぞれ接続され、監視制御部３１０と通信制御部３５０は相互接続される。

監視制御部３１０は、監視制御情報格納領域３２０、統計情報格納領域３３０および判定閾値情報格納領域３４０に格納される情報を元に通信経路の正常性確認を行い、通信制御部３５０に対してエコー要求パケットの送信、エコー応答パケットの受信、および経路情報格納領域３６０に格納される経路情報の変更の指示などを行う。例えば通信経路５００ａの正常性確認を行う場合、監視制御部３１０の指示により通信制御部３５０から送信されたエコー要求パケットは通信経路５００ａの通信装置３００ｂを経由して通信装置３００ｄに到達し、通信装置３００ｄでは応答としてエコー応答パケットを通信経路５００ａに送信し通信装置３００ｂを経由して通信装置３００ａに到達する。これにより通信経路５００ａの正常性確認が行われる。

図３は、監視制御情報格納領域３２０が格納する情報の例を示す図である。監視制御情報格納領域３２０は、正常性確認周期３２１、タイムアウト時間３２２、想定ラウンドトリップ時間３２３、パケットロス回数単位時間３２４およびパケット遅延時間単位時間３２５を格納している。正常性確認周期３２１は、通信経路の正常性確認を行う周期である。タイムアウト時間３２２は、エコー要求パケットを送信してからエコー応答パケットを受信しなかった場合に正常性確認に失敗したと判定するまでの時間である。つまり、通信経路にエコー要求パケットを送信し、タイムアウト時間３２２の時間内にエコー応答パケットを受信しなければ、当該通信経路の正常性確認は失敗したと判定する。想定ラウンドトリップ時間３２３は、エコー要求パケットを送信してからエコー応答パケットを受信するまでにかかると想定される時間であり、タイムアウト時間３２２よりも短い時間である。パケットロス回数単位時間３２４は、エコー応答パケットの単位時間当たりパケットロス回数を算出する単位時間である。パケット遅延時間単位時間３２５は、エコー応答パケットの単位時間当たりパケット遅延時間を算出する単位時間である。

図４は、統計情報格納領域３３０が格納する情報の例を示す図である。統計情報格納領域３３０は、正常性確認失敗回数３３１、累積パケットロス回数３３２、単位時間当たりパケットロス回数３３３、累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５を格納している。正常性確認失敗回数３３１は、通信経路の正常性確認に連続して失敗した回数である。累積パケットロス回数３３２は、エコー応答パケットのパケットロス回数の累積である。単位時間当たりパケットロス回数３３３は、エコー応答パケットの単位時間当たりのパケットロス回数である。累積パケット遅延時間３３４は、エコー応答パケットのパケット遅延時間の累積である。単位時間当たりパケット遅延時間３３５は、エコー応答パケットの単位時間当たりのパケット遅延時間である。

正常性確認失敗回数３３１、累積パケットロス回数３３２および単位時間当たりパケットロス回数３３３は、エコー要求パケットを送信してからタイムアウト時間３２２内にエコー応答パケットを受信しなかった場合に加算する。

累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５は、エコー要求パケットを送信してからタイムアウト時間３２１内にエコー応答パケットを受信した場合に、エコー要求パケットを送信してからエコー応答パケットを受信するまでの経過時間から想定ラウンドトリップ時間３２３を減算した時間を加算する。ただし、エコー応答パケットを受信するまでの経過時間が想定ラウンドトリップ時間３２３未満の場合には加算しない。

正常性確認失敗回数３３１、累積パケットロス回数３３２、単位時間当たりパケットロス回数３３３、累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５は、通信経路の切り替えを行った場合は全てクリアする。また、正常性確認失敗回数３３１、累積パケットロス回数３３２、単位時間当たりパケットロス回数３３３、累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５は、ネットワークシステムの運用者により任意の契機で統計値をクリアすることも可能である。さらに、正常性確認失敗回数３３１は、正常性確認に成功したごとにクリアする。単位時間当たりパケットロス回数３３３は、前回クリアしてからパケットロス回数単位時間３２４が経過するごとにクリアする。単位時間当たりパケット遅延時間３３５は、前回クリアしてからパケット遅延時間単位時間３２５が経過するごとにクリアする。

図５は、判定閾値情報格納領域３４０が格納する情報の例を示す図である。判定閾値情報格納領域３４０は、正常性確認失敗回数判定閾値３４１、累積パケットロス回数判定閾値３４２、単位時間当たりパケットロス回数判定閾値３４３、累積パケット遅延時間判定閾値３４４および単位時間当たりパケット遅延時間判定閾値３４５を格納している。正常性確認失敗回数判定閾値３４１は、正常性確認失敗回数３３１に基づいて通信経路の切り替えを行うか否かを判定するための閾値である。累積パケットロス回数判定閾値３４２は、累積パケットロス回数３３２に基づいて通信経路の切り替えを行うか否かを判定するための閾値である。単位時間当たりパケットロス回数判定閾値３４３は、単位時間当たりパケットロス回数３３３に基づいて通信経路の切り替えを行うか否かを判定するための閾値である。累積パケット遅延時間判定閾値３４４は、累積パケット遅延時間３３４に基づいて通信経路の切り替えを行うか否かを判定するための閾値である。単位時間当たりパケット遅延時間判定閾値３４５は、単位時間当たりパケット遅延時間３３５に基づいて通信経路の切り替えを行うか否かを判定するための閾値である。

なお、監視制御情報格納領域３２０の情報（正常性確認周期３２１、タイムアウト時間３２２、想定ラウンドトリップ時間３２３、パケットロス回数単位時間３２４、パケット遅延時間単位時間３２５）、および判定閾値情報格納領域３４０の情報（正常性確認失敗回数判定閾値３４１、累積パケットロス回数判定閾値３４２、単位時間当たりパケットロス回数判定閾値３４３、累積パケット遅延時間判定閾値３４４、単位時間当たりパケット遅延時間判定閾値３４５）はいずれもネットワークシステムの構成または運用に合わせて任意の値に設定可能である。

図６は、監視制御部３１０による正常性確認の処理例を示すフローチャートである。まず、監視制御部３１０は累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５の判定を行う（Ｓ１）。累積パケット遅延時間３３４が累積パケット遅延時間判定閾値３４４未満かつ単位時間当たりパケット遅延時間３３５が単位時間当たりパケット遅延時間判定閾値３４５未満である場合（Ｓ１の「閾値未満」）、通信装置３００ｄに対するメインの通信経路５００ａを経由してのエコー要求パケットの送信を通信制御部３５０に指示する（Ｓ２）。Ｓ２の指示を受け、通信制御部３５０は通信経路５００ａを介して通信装置３００ｄへエコー要求パケットを送信する。また、通信制御部３５０は通信装置３００ｄから通信経路５００ａを介してエコー応答パケットを受信した場合は、監視制御部３１０へ通知する。

監視制御部３１０は、通信制御部３５０が通信装置３００ｄからのエコー応答パケットをタイムアウト時間３２２内に受信したか否かで正常性確認の判定を行う（Ｓ３）。エコー応答パケットをタイムアウト時間３２２内に受信した場合には正常性確認に成功したとみなして、正常性確認失敗回数３３１をクリアする（Ｓ４）。さらに、エコー要求パケットを送信してからエコー応答パケットを受信するまでの経過時間から想定ラウンドトリップ時間３２３を減算した時間を、累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５に加算する（Ｓ５）。その後、監視制御部３１０は正常性確認周期３２１だけ処理を待ち（Ｓ６）、Ｓ１に遷移して通信経路５００ａの正常性確認を再度行う。なお、Ｓ５において単位時間当たりパケット遅延時間３３５を加算しているが、図６の本フローチャートとは独立して単位時間当たりパケット遅延時間３３５は、パケット遅延時間単位時間３２５毎にクリアされる。

Ｓ３においてエコー応答パケットをタイムアウト時間３２１内に通信制御部３５０が受信しなかった場合には正常性確認に失敗したとみなして、Ｓ７に遷移して正常性確認失敗回数３３１を加算する。その次に、正常性確認失敗回数３３１の判定を行う（Ｓ８）。Ｓ８において、正常性確認失敗回数３３１が正常性確認失敗回数判定閾値３４１以上である場合（Ｓ８の「閾値以上」）、経路情報格納領域３６０に格納される経路情報の変更を通信制御部３５０に指示してメインの通信経路を通信経路５００ａから通信経路５００ｂに切り替え（Ｓ１１）、正常性確認失敗回数３３１をクリアして（Ｓ１２）、累積パケットロス回数３３２および単位時間当たりパケットロス回数３３３をクリアし（Ｓ１３）、累積パケット遅延時間３３４および単位時間当たりパケット遅延時間３３５をクリアする（Ｓ１４）。その後、監視制御部３１０はＳ１に遷移して、新たにメインの通信経路となった通信経路５００ｂに対して正常性確認を開始する。

一方、Ｓ８において、正常性確認失敗回数３３１が正常性確認失敗回数判定閾値３４１未満である場合（Ｓ８の「閾値未満」）、Ｓ９に遷移して累積パケットロス回数３３２および単位時間当たりパケットロス回数３３３を加算する。その次に、累積パケットロス回数３３２および単位時間当たりパケットロス回数３３３の判定を行う（Ｓ１０）。Ｓ１０において、累積パケットロス回数３３２が累積パケットロス回数判定閾値３４２以上または単位時間当たりパケットロス回数３３３が単位時間当たりパケットロス回数判定閾値３４３以上である場合（Ｓ１０の「閾値以上」）、上述したのと同様にＳ１１〜Ｓ１４を実行し、新たにメインの通信経路となった通信経路５００ｂに対する正常性確認を開始する。

また、Ｓ１０において、累積パケットロス回数３３２が累積パケットロス回数判定閾値３４２未満かつ単位時間当たりパケットロス回数３３３が単位時間当たりパケットロス回数判定閾値３４３未満である場合（Ｓ１０の「閾値未満」）、監視制御部３１０は正常性確認周期３２１だけ処理を待ち（Ｓ６）、Ｓ１に遷移して通信経路５００ａの正常性確認を再度行う。なお、Ｓ９において単位時間当たりパケットロス回数３３３を加算しているが、図６の本フローチャートとは独立して単位時間当たりパケットロス回数３３３は、パケットロス回数単位時間３２４毎にクリアされる。

また、Ｓ１において、累積パケット遅延時間３３４が累積パケット遅延時間判定閾値３４４以上または単位時間当たりパケット遅延時間３３５が単位時間当たりパケット遅延時間判定閾値３４５以上である場合（Ｓ１の「閾値以上」）も上述と同様にＳ１１〜Ｓ１４を実行し、新たにメインの通信経路となった通信経路５００ｂに対する正常性確認を開始する。

上述した実施形態によれば、エコー応答パケットのパケットロス回数の累積と単位時間当たりのパケットロス回数、およびパケット遅延時間の累積と単位時間当たりのパケット遅延時間が、それぞれ一定の閾値に到達した場合に通信経路の切り替えを行うことができる。このため、従来のように正常性確認に複数回連続で失敗した場合にのみ通信経路の切り替えを行う訳ではないため、障害により一定時間以上の通信断が発生するのを抑止し、通信品質の良い通信経路を用いた通信を行うことができる。また、様々な観点で通信経路の通信品質の劣化を評価して通信経路の切り替えを行うため、通信品質の劣化した通信経路を経由して通信を行い続けてしまうことを回避することができる。

なお上述した実施形態では、図６のＳ１，Ｓ８，Ｓ１０などの様々な判定結果に基づいて通信経路の切り替え要否を判断したが、これらの判定のいずれかを削除しもよいし、各判定を組み合わせて通信経路の切り替え要否を判断してもよく、任意の変形が可能である。一例ではあるが、例えばＳ１における単位時間当たりパケット遅延時間３３５とＳ１０における単位時間当たりパケットロス回数３３３の双方がそれぞれの閾値を超えた場合に通信経路の切り替え（Ｓ１１）を行うといった変形も可能である。

また上述した実施形態は、メイン経路にのみ正常性確認を行って通信品質の劣化を評価し、メイン経路で通信品質の劣化が発生した場合に通信経路の切り替えを行う実施形態であるが、図２の監視制御部３１０において、メイン経路５００ａのみならずサブ経路５００ｂなど複数の通信経路に対して、図６に示した正常性確認の処理フローを並行して実施し、Ｓ１１の経路切り替えの前にそれぞれの経路の通信品質の評価結果（Ｓ１、Ｓ８およびＳ１０の閾値判定）を比較して、その中から通信品質の劣化が最も少ない経路を選択（Ｓ１１）して通信を行うことも可能である。本実施形態ではメイン経路およびサブ経路をそれぞれ一経路ずつとしたが、それぞれ複数経路ずつ存在してもよい。

１００：端末、２００：サーバ、３００ａ〜３００ｄ：通信装置、３１０：監視制御部、３２０：監視制御情報格納領域、３２１：正常性確認周期、３２２：タイムアウト時間、３２３：想定ラウンドトリップ時間、３２４：パケットロス回数単位時間、３２５：パケット遅延時間単位時間、３３０：統計情報格納領域、３３１：正常性確認失敗回数、３３２：累積パケットロス回数、３３３：単位時間当たりパケットロス回数、３３４：累積パケット遅延時間、３３５：単位時間当たりパケット遅延時間、３４０：判定閾値情報格納領域、３４１：正常性確認失敗回数判定閾値、３４２：累積パケットロス回数判定閾値、３４３：単位時間当たりパケットロス回数判定閾値、３４４：累積パケット遅延時間判定閾値、３４５：単位時間当たりパケット遅延時間判定閾値、３５０：通信制御部、３６０：経路情報格納領域、４００ａ，４００ｂ：拠点、５００ａ，５００ｂ：通信経路、６００：ネットワークシステム

Claims

冗長化された複数の通信経路を介して他の装置と接続される通信装置であって、
前記他の装置へ送信するパケットを複数の前記通信経路のうちのメイン通信経路を介して送信する通信制御部と、
前記メイン通信経路を介して前記他の装置へ正常性確認パケットを送信することにより、前記メイン通信経路の監視を行う監視制御部とを備え、
前記監視制御部は、前記正常性確認パケットを送信してから正常性確認応答パケットを受信するまでかかると想定される想定時間を保持し、前記正常性確認パケットを送信してから正常性確認応答パケットを受信するまでの時間から前記想定時間を減算した時間を前記パケット遅延時間として決定し、前記パケット遅延時間の累積値が所定の閾値に到達した場合に、前記通信制御部へ指示してメイン通信経路を切り替えることを特徴とする通信装置。
請求項１に記載の通信装置であって、
前記パケット遅延時間の累積値は、所定の単位時間当たりの累積値であることを特徴とする通信装置。
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の通信装置であって、
前記監視制御部は、メイン通信経路を切り替えた場合に、前記パケット遅延時間の累積値をクリアし、新たにメイン通信経路となった通信経路の監視を開始することを特徴とする通信装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の通信装置であって、
前記監視制御部は、複数の前記通信経路のうちのパケット送信を行わない複数のサブ通信経路についても監視し、メイン通信経路を切り替える場合に、前記パケット遅延時間の累積値が所定の閾値に到達しておらず、かつ累積値が最小のサブ通信経路を新たなメイン通信経路として選択することを特徴とする通信装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の通信装置であって、
前記監視制御部は、さらに、前記正常性確認パケットを送信してから所定の時間内に正常性確認応答パケットを受信しない回数をパケットロス回数としてカウントし、前記パケットロス回数が所定の閾値に到達した場合に、前記通信制御部へ指示してメイン通信経路を切り替えることを特徴とする通信装置。
請求項５に記載の通信装置であって、
前記パケットロス回数は、所定の単位時間当たりのパケットロス回数であることを特徴とする通信装置。
請求項５または請求項６に記載の通信装置であって、
前記監視制御部は、メイン通信経路を切り替えた場合に、前記パケットロス回数をクリアし、新たにメイン通信経路となった通信経路の監視を開始することを特徴とする通信装置。
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の通信装置であって、
前記監視制御部は、複数の前記通信経路のうちのパケット送信を行わない複数のサブ通信経路についても監視し、メイン通信経路を切り替える場合に、前記パケットロス回数が所定の閾値に到達しておらず、かつパケットロス回数が最小のサブ通信経路を新たなメイン通信経路として選択することを特徴とする通信装置。