JP5703201B2 - 冗長制御装置およびネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、冗長制御装置およびネットワークシステムに関し、特に冗長制御装置のマスタ切り替え制御技術に関するものである。

一般に、ネットワークにおいては、回線や装置での障害発生により通信が停止しないようにするために、冗長構成が採られている。冗長化した複数台のネットワーク中継装置では、それぞれのネットワーク中継装置が複数の配下装置と複数のポートを介して接続されており、有効ポート数（配下装置と接続しているポートの中でリンクアップしているポートの数）が多いネットワーク中継装置が運用系として動作するものがある。このような技術については例えば特許文献１などに記載されており、冗長化した複数のネットワーク中継装置間で有効ポート数を比較して優先判定を行うことにより、運用系と待機系との切り替えが行われる。
また、運用系と待機系の無駄な切り替えを防ぐ仕組みとして、切り替え抑止時間を設けることにより、切り替えを遅延させる技術が、例えば非特許文献１に記載されている。

特開２００５−３５４３６２号公報

Brocade/FastIron Configuration Guide Supporting IronWare Software Release 07.2.02（http://www.brocade.com/downloads/documents/product_manuals/B_FastIron/FastIron_07202_ConfigGuide.pdf）、Ｐ４７７、「Changing the hold-down interval」

有効ポート数の比較により優先判定を行う冗長切り替え技術の場合、配下の装置や回線の状態に変化が生じた際、冗長化した複数台のネットワーク中継装置間でポートの状態を検出する時間に差が生じ、それにより無駄な切り替えが発生するという課題がある。特に配下装置に障害が発生したり電源ＯＦＦした場合など、複数台の冗長化したネットワーク中継装置で、本来は同時に有効ポート数が変化すべきケースが課題である。例えば休日や夜間などに配下装置の電源をＯＦＦにした場合、冗長化した複数のネットワーク中継装置では、電源ＯＦＦした配下装置を接続するポートがリンクダウンするため、リンクダウンしたポートの数だけそれぞれ有効ポート数が減少する。しかし、ポートのリンクダウンを検知するタイミングは各ネットワーク中継装置毎に異なるため、タイミングによっては特定のネットワーク中継装置の有効ポート数のみが減少し、一時的にネットワーク中継装置間で有効ポート数の比較結果が入れ替わってしまい、その結果無駄な切り替えが発生してしまうという課題がある。

ここでいう無駄な切り替えとは、配下装置の電源ＯＦＦなどのイベントの発生により各ネットワーク中継装置の有効ポート数は変化するが、最終的な有効ポート数の比較による優先判定結果は変わらず、本来は切り替えが不要な場合をいう。レイヤ２のように、冗長化された複数台のネットワーク中継装置が同時に通信可能な状態をつくるとループが発生するようなネットワークシステムにおいては、これらの課題が顕著に現れ、無駄な切り替えが通信断をもたらすことになる。

従来、この課題に対しては、非特許文献１に示すように、切り替えを遅延させることで無駄な切り替えを防いでいたが、本来切り替えるべき場合においても切り替えが遅延してしまい、通信断時間の拡大を招いていた。

そこで、本発明は、冗長化されたネットワーク中継装置において、無駄な切り替えを防ぎ、切り替えが必要な場合は、切り替え遅延を抑止する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するために、第１の冗長制御装置と少なくとも１台の他の冗長制御装置である第２の冗長制御装置が配下装置を介して接続されるネットワークシステムであって、
前記第１の冗長制御装置は、前記配下装置と接続する第１のポートから、前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む探査フレームを送信し、
前記第２の冗長制御装置は、前記第１の冗長制御装置が送信した前記探査フレームを前記配下装置と接続する第２のポートから受信すると、前記探査フレームに含まれる前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子に加えて、前記第２の冗長制御装置の装置識別子と前記第２のポートのポート識別子とを含む情報交換フレームを前記第１の冗長制御装置へ送信し、
前記第１の冗長制御装置は、前記情報交換フレームを受信すると、前記情報交換フレームに含まれる情報に基づいて、前記第１の冗長制御装置の前記第１のポートと前記第２の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態を保持する、ネットワークシステムを提供する。

また、少なくとも１台の他の冗長制御装置と配下装置を介して接続される冗長制御装置であって、前記配下装置を介して接続される前記他の冗長制御装置とのポート接続状態を保持する制御部と、制御フレームの送受信を行う送受信部とを備え、
前記送受信部は、前記配下装置と接続する第１のポートから前記冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む探査フレームを送信し、
前記送受信部は、前記探査フレームに含まれる前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子に加えて、前記他の冗長制御装置の装置識別子と第２のポートのポート識別子とを含む情報交換フレームを前記他の冗長制御装置から受信し、
前記制御部は、前記送受信部が受信した前記情報交換フレームに含まれる情報に基づいて、前記冗長制御装置の前記第１のポートと前記他の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態を保持する、冗長制御装置を提供する。

発明によれば、冗長化されたネットワーク中継装置において、無駄な切り替えの発生を防ぐことができる。

冗長化したネットワーク中継装置およびそのシステムの構成について説明する図である。 冗長制御装置Ａ１０の内部構成を示すブロック図である。 探査フレーム送信時の処理を示すフローチャートの例である。 探査フレーム受信時の処理を示すフローチャートの例である。 探査フレームに格納する情報を示す図である。 情報交換フレームに格納する情報を示す図である。 ポート接続状態テーブルの例を示す図である。 ポート接続状態把握制御部の処理を説明するフローチャートの例である。 広告フレーム受信時のバックアップ装置のポート接続状態把握制御部の処理を説明するフローチャートの例である。 配下装置で障害、または、電源OFFが発生した場合の動作例を説明するための図である。 冗長制御装置と配下装置との間の回線で障害が発生した場合の動作例を説明するための図である。 冗長制御装置が３台接続されたシステム構成の例である。

本実施例では、冗長化されたネットワーク中継装置同士が相互に配下装置を介した接続状態を把握し合うことにより、ネットワーク内のどの部位に障害が発生したか判断し、切り替え遅延を抑止して、無駄な切り替えを防ぐ例を説明する。

図１は、本実施例における冗長化したネットワーク中継装置およびそのシステムの構成について説明する図である。なお、本実施例では冗長化され切り替え機能を有するネットワーク中継装置を冗長制御装置と呼ぶ。図１のネットワーク構成例では、ネットワーク中継装置である冗長制御装置Ａ１０と冗長制御装置Ｂ２０が冗長構成を組んでいる。冗長制御装置Ａ１０はポート１０１〜１０３を備え、各ポートを介して配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０とそれぞれイーサネット（登録商標）などの回線で接続されている。また、冗長制御装置Ｂ２０も同様にポート２０１〜２０３を備え、各ポートを介して配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０とそれぞれ回線で接続されている。つまり、冗長制御装置Ａ１０と冗長制御装置Ｂ２０の各ポートは、配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０を介してそれぞれ接続されている。さらに、冗長制御装置Ａ１０と冗長制御装置Ｂ２０は、それぞれのポート１０４およびポート２０４を介して直接接続されている。また、配下装置Ｃ３０，Ｄ４０，Ｅ５０は、それぞれポート３０１〜３０２，４０１〜４０２，５０１〜５０２を介して冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０と接続されている。さらに、配下装置Ｃ３０はポート３０３を介して端末Ｆ６０と接続し、配下装置Ｅ５０はポート５０３を介して端末Ｇ７０と接続している。

冗長制御装置Ａ１０とＢ２０は、相互に有効ポート数（配下装置と接続しているポートの中でリンクアップしているポートの数）を比較して優先判定を行い、各装置の状態（マスタ装置またはバックアップ装置のいずれで動作するか）を決定する。より多くの配下装置に通信を提供するため、基本的には有効ポート数が多い冗長制御装置が配下装置と通信可能なマスタ装置として動作し、有効ポート数が少ない冗長制御装置が配下装置と通信不可なバックアップ装置として動作する。有効ポート数が同数の場合は、装置識別子などに基づいてマスタ装置として動作すべき冗長制御装置を一意に決定する。有効ポート数や装置識別子など優先判定に必要な情報は、冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０の双方で広告フレームにて通知し合い、最新の状態を把握する。

本実施例では、冗長制御装置Ａ１０がマスタ装置として動作し、冗長制御装置Ｂ２０がバックアップ装置として動作する例を示している。なお、このような冗長制御は、論理多重したネットワークの場合、装置毎ではなく、論理ネットワーク毎に行ってもよい。例えば所定のＶＬＡＮにおいては冗長制御装置Ａ１０をマスタ装置として動作させ、他のＶＬＡＮにおいては冗長制御装置Ｂ２０をマスタ装置として動作させるなどの冗長制御も可能である。

マスタ装置として動作する冗長制御装置Ａ１０は、配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０と接続するポート１０１〜１０３の論理状態を制御して通信可ポートに設定する。一方、バックアップ装置として動作する冗長制御装置Ｂ２０は、配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０と接続するポート２０１〜２０３の論理状態を制御して通信不可ポートに設定する。これらのポート設定は、ポートのリンクアップ・リンクダウンにより実現するわけではなく、論理的に各ポートを通信可能な状態と、通信不可な状態とに設定することによって実現する。通信可ポートでは、データフレームなどの通常の通信フレームと制御フレーム（後述する探査フレーム、情報交換フレーム、広告フレームなど）の双方を送受信するが、通信不可ポートでは通常の通信フレームの送受信は行わず、制御フレームのみを送受信する。図１の例では、通信可ポートを白丸印で示し、通信不可ポートを黒丸印で示している。

冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０は、制御フレームである探査フレーム９０ａ〜９０ｃと、情報交換フレーム９１と、広告フレーム９２とを送受信することにより、相互に情報を交換している。詳細は後述するが、探査フレーム９０ａ〜９０ｃと情報交換フレーム９１はポートの接続状態を確認するために用いられ、広告フレーム９２は有効ポート数や装置識別子などの情報交換と共に、ポート状態の確認のために用いられる。

探査フレーム９０ａ〜９０ｃは、配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０を経由して一方の冗長制御装置から他方の冗長制御装置に到達するフレームである。具体的には、探査フレーム９０ａは配下装置Ｃ３０を経由して冗長制御装置Ａ１０のポート１０１と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１との間で送受信され、探査フレーム９０ｂは配下装置Ｄ４０を経由して冗長制御装置Ａ１０のポート１０２と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０２との間で送受信され、探査フレーム９０ｃは配下装置Ｅ５０を経由して冗長制御装置Ａ１０のポート１０３と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０３との間で送受信される。

一方、情報交換フレーム９１や広告フレーム９２は、一方の冗長制御装置から他方の冗長制御装置に到達できれば、どのポートから送信しても構わない。具体的には、冗長制御装置Ａ１０のポート１０４と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０４を介して送受信してもよいし、冗長制御装置Ａ１０のポート１０１〜１０３と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１〜２０３の中からリンクアップしているポートを介して送受信してもよい。

また、探査フレーム９０ａ〜９０ｃは、探査フレーム到達範囲８０に探査フレーム用途の論理的なネットワーク（例えば探査フレーム送受信専用のＶＬＡＮなど）を設定することにより、探査フレーム９０ａ〜９０ｃの到達範囲を冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０および配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０に限定することも可能である。

なお、配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０では、ポートの論理状態の制御などは行わない。配下装置Ｃ３０〜Ｅ５０は、冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０の両方と接続しており、通信可能な状態のマスタ装置を介して他の配下装置と通信できる。

端末Ｆ６０，Ｇ７０は、配下装置Ｃ３０，Ｅ５０を経由し、マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０の通信可ポート１０１，１０３を経由して通信９３を行う。

つぎに、冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０の内部構成を説明する。
図２は冗長制御装置Ａ１０の内部構成を示すブロック図である。ここでは冗長制御装置Ａ１０を例として説明するが、冗長制御装置Ｂ２０も同様の構成である。冗長制御装置Ａ１０は、CPU部１１０とネットワークインタフェース部１２０とを備える。また、CPU部１１０は、ポート接続状態把握制御部１１１０と、論理状態制御部１１２０と、ポート状態検出部１１３０と、制御フレーム送受信部１１４０とを備える。図示は省略するが、ネットワークインタフェース部１２０は複数のポートを備える。

ポート接続状態把握制御部１１１０は、論理状態制御部１１２０と、ポート状態検出部１１３０と、制御フレーム送受信部１１４０とを制御し、ポートの論理状態（通信可ポートまたは通信不可ポート）の変更や、ポート状態（リンクアップまたはリンクダウン）の確認や、ポートの接続状態の把握などを行う。なお、ポート接続状態把握制御部１１１０は、ポート状態検出部１１３０から各ポートの状態（リンクアップまたはリンクダウン）を通知されることにより常に自装置の有効ポート数を把握している。また、定期的に制御フレーム送受信部１１４０を介して他の冗長制御装置と広告フレームを送受信することにより、自装置の有効ポート数や装置識別子を他の冗長制御装置に通知するとともに、他の冗長制御装置の有効ポート数や装置識別子も把握している。これら自装置および他装置の有効ポート数や装置識別子を把握することにより、自装置がマスタ装置として動作すべきかバックアップ装置として動作すべきかを判断している。

論理状態制御部１１２０は、ポート接続状態把握制御部１１１０からの通知を受け、ネットワークインタフェース部１２０が備えるポートに対して論理状態を設定することにより、各ポートを通信可ポートまたは通信不可ポートに設定する。

ポート状態検出部１１３０は、ポート接続状態把握制御部１１１０からの依頼を受け、ポートの状態確認を実施し、各ポートがリンクアップまたはリンクダウンのいずれの状態であるかをポート接続状態把握制御部１１１０に通知する。

制御フレーム送受信部１１４０は、ポート接続状態把握制御部１１１０からの指示を受け、インタフェース部１２０の所定のポートから探査フレーム９０や情報交換フレーム９１や広告フレーム９２などの制御フレームを送信させる。また各ポートから制御フレームを受信した場合は、受信した制御フレームの内容をポート接続状態把握制御部１１１０に通知する。

ネットワークインタフェース部１２０は、図示しない複数のポートを備えており、CPU部１１０からの指示等により、各ポートの論理状態の設定や、ポート状態の確認、各種フレームの送受信などを行う。ネットワークインタフェース部１２０は、ポートの論理状態に基づいて、通信可ポートでは通常の通信フレームと制御フレームの双方を送受信し、通信不可ポートでは通常の通信フレームの送受信は行わず制御フレームのみを送受信するように制御する。また、ネットワークインタフェース部１２０では自律的に各ポートのポート状態（リンクアップまたはリンクダウン）を検出することができ、各ポートのポート状態に変更があった場合は適宜ポート状態検出部１１３０に通知する。ポート状態検出部１１３０は、ネットワークインタフェース部１２０から通知された各ポートのポート状態の変更をポート接続状態把握制御部１１１０に適宜通知する。

つぎに、図３（ａ），図３（ｂ）を用い、冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０において、ポート接続状態の把握するための処理について説明する。この処理は、冗長制御装置を切り替える要因（障害など）の発生前に予め実施するものであり、一方の冗長制御装置の各ポートが配下装置を介して他方の冗長制御装置のどのポートと接続されているかを把握するための処理である。

図３（ａ）は、探査フレーム送信時の処理を示すフローチャートの例である。ポート接続状態把握制御部１１１０は、ポート状態検出部１１３０から所定のポートがリンクアップしたことを通知するためのポートアップ通知を受信したことを契機に本処理を開始する（S11110）。ここでは、冗長制御装置Ａ１０のポート１０１がリンクアップした場合を例に説明する。ポート接続状態把握制御部１１１０は、リンクアップしたポート１０１から探査フレーム９０ａを送信するように制御フレーム送受信部１１４０へ指示する（S11111）。制御フレーム送受信部１１４０は、探査フレーム９０ａをポート１０１から送信する。

図４は、探査フレーム９０に格納する情報を示す図である。図４に示すように、探査フレーム９０には、探査フレーム９０の送信元装置の装置識別子とポート識別子を格納する。ここでは、冗長制御装置Ａ１０のポート１０１から探査フレーム９０ａを送信するため、装置識別子として「１０」、ポート識別子として「１０１」を探査フレーム９０ａに格納する。探査フレーム９０は、上記情報が含まれれば、探査フレームだけを意図したフレームである必要はない。

なお、詳細は図３（ｂ）で後述するが、冗長制御装置Ｂ２０は、ステップS11111において冗長制御装置Ａ１０から送信された探査フレーム９０ａを配下装置Ｃ３０を経由してポート２０１で受信すると、その応答として情報交換フレーム９１を冗長制御装置Ａ１０へ送信する。情報交換フレーム９１には、図５に示すように、探査フレームの送信元情報として、探査フレーム９０を送信した装置の装置識別子およびポート識別子が格納され、受信側付加情報として、探査フレーム９０を受信した装置の装置識別子および受信ポートのポート識別子が格納される。

冗長制御装置Ａ１０は、S11111において送信した探査フレーム９０ａの応答として冗長制御装置Ｂ２０から情報交換フレーム９１を受信した場合について説明する（S11112のYes）。この情報交換フレーム９１には、探査フレームの送信元情報として装置識別子「１０」およびポート識別子「１０１」が格納され、受信側付加情報として装置識別子「２０」およびポート識別子「２０１」が格納されている。冗長制御装置Ａ１０の制御フレーム送受信部１１４０は、ネットワークインタフェース部１２０が情報交換フレーム９１を受信すると、情報交換フレーム９１に格納されている探査フレームの送信元情報と受信側付加情報とをポート接続状態把握制御部１１１０に通知する。

ここで、ステップS11112において情報交換フレーム９１を受信した場合には（S11112のYes）、冗長制御装置Ａ１０では、冗長制御装置Ａ１０と冗長制御装置Ｂ２０との間のポート接続状態（冗長制御装置Ａ１０のポート１０１と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１とが配下装置Ｃ３０を介して接続されているということ）を把握することができる。更に、情報交換フレーム９１を受信したことによって、冗長制御装置Ａ１０が送信した探査フレーム９０が無事に冗長制御装置Ｂ２０に到達しており、当該ポート接続状態が冗長制御装置Ｂ２０においても把握されているということを、冗長制御装置Ａ１０側で確認することができる。なお、情報交換フレーム９１を受信しない場合は（S11112のNo）、ステップS11111に戻り、探査フレーム９０の送信を継続する。

冗長制御装置Ａ１０のポート接続状態把握制御部１１１０は、情報交換フレーム９１の内容（探査フレームの送信元情報と受信側付加情報）を制御フレーム送受信部１１４０から通知されると、ポート接続状態テーブル６０１を作成、更新する（S11113）。

図６は、ポート接続状態テーブル６０１の例を示す図である。ポート接続状態テーブル６０１は、自装置情報６０１１と対向装置情報６０１２と確認状況６０１３を含み、冗長制御装置Ａ１０が他の冗長制御装置とのポート接続状態を保持するためのテーブルである。ここでは、ステップS11112において、冗長制御装置Ａ１０はポート接続状態として冗長制御装置Ａ１０のポート１０１と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１とが配下装置Ｃ３０を介して接続されているということが確認できたため、図６のレコードＲ１のようにポート接続状態テーブル６０１を更新する。図６のレコードＲ１は、自装置である冗長制御装置Ａ１０のポート１０１と対向装置である冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１とが配下装置を介して接続されており、このポート接続状態が対向装置である冗長制御装置Ｂ２０においても確認できていることを示している。また、レコードR２,Ｒ３についても同様に更新されているものとする。

なお、ステップS11112において情報交換フレームを受信し、ステップS11113においてポート接続状態テーブルの作成、更新を行うと、探査フレーム９０の送信を停止するが、これに限らず、定期的に探査フレーム９０の送信を行ってもよい。

次に、探査フレーム９０を受信した際の処理について説明する。
図３（ｂ）は、探査フレーム受信時の処理を示すフローチャートの例である。ここでは、図３（ａ）のステップS11111において冗長制御装置Ａ１０が送信した探査フレーム９０ａを冗長制御装置Ｂ２０が受信した場合を例に説明する。冗長制御装置Ａ１０が送信した探査フレーム９０ａを配下装置Ｃ３０を介して冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１で受信すると、冗長制御装置Ｂ２０の制御フレーム送受信部1140は、受信した探査フレーム９０ａの内容をポート接続状態把握制御部１１１０に通知する（S11114）。具体的には、探査フレーム９０ａに探査フレームの送信元情報として格納されている装置識別子「１０」とポート識別子「１０１」をポート接続状態把握制御部１１１０に通知する。

冗長制御装置Ｂ２０のポート接続状態把握制御部１１１０は、探査フレーム９０ａの内容を制御フレーム送受信部１１４０から通知されると、探査フレーム９０ａの内容に受信側付加情報を追加して情報交換フレームを作成し、冗長制御装置Ａ１０へ送信する（S11115）。なお、受信側付加情報とは、探査フレーム９０ａを受信した装置の識別子と受信したポートの識別子の情報のことである。具体的には、ステップS11115において冗長制御装置Ｂ２０が送信する情報交換フレーム９１には、探査フレームの送信元情報として、装置装置識別子「１０」とポート識別子「１０１」が格納され、受信側付加情報として、装置装置識別子「２０」とポート識別子「２０１」が格納される（図５参照）。

次に、冗長制御装置Ｂ２０のポート接続状態把握制御部１１１０は、ステップS11114で受信した探査フレーム９０の情報と自身が保持するポート接続状態テーブル６０１の内容が一致しているか否かを確認する（S11116）。具体的には、探査フレーム９０に探査フレームの送信元情報として格納されている装置識別子およびポート識別子の情報と、探査フレーム９０を受信した自装置のポートのポート識別子の情報との組み合わせが、ポート接続状態テーブル６０１に格納されているポート接続状態と一致するか否かを確認する。

ステップS11116において一致した場合は（S11116のYes）、処理を終了し、一致しない場合は（S11116のNo）、図３ａのステップS11111に遷移し、ステップS11111〜ステップS11113を実行することによって、ポート接続状態テーブルの作成、更新を行う。ステップS11116においてポート接続状態が一致しない場合の例としては、例えば冗長制御装置Ｂ２０において未だポート接続状態テーブル６０１が作成されていない場合や、冗長制御装置Ａ１０が配下装置Ｃ３０と接続するためのポートが変更された結果として探査フレーム９０ａに格納されているポート識別子が変更された場合などが考えられる。このような場合には、正しいポート接続状態をポート接続状態テーブル６０１に反映するため、図３ａのステップ11111以降を実行することになる。

なお、ステップS11116においてポート接続状態が一致しない場合、必ずしも図３ａのステップS11111〜ステップS11113を実行する（探査フレームを送信してからポート接続状態テーブルを作成、更新する）必要はなく、ステップS11114で探査フレームを受信した自装置のポートのポート識別子と当該探査フレームに含まれる装置識別子とポート識別子の情報に基づいてポート接続状態テーブルを作成、更新してもよい。

以上説明した図３（ａ）、図３（ｂ）のフローチャートにより、冗長制御装置Ａ１０では対向装置である冗長制御装置Ｂ２０との間のポート接続状態を把握することが可能となる。また、冗長制御装置Ｂ２０も冗長制御装置Ａ１０と同様の処理を行うことにより、対向装置である冗長制御装置Ａ１０との間のポート接続状態を把握する。

つぎに、有効ポート数の変化に伴いマスタ装置からバックアップ装置への切り替えが必要か否かを判断する処理について、図７，図８を参照しながら説明する。
図７は、ポート接続状態把握制御部１１１０の処理を説明するフローチャートの例である。

ポート接続状態把握制御部１１１０は、ポート状態検出部１１３０から配下装置と接続するポートがリンクダウンしたことを通知され、有効ポート数が減少したと判断すると（S11120）、自装置がマスタ装置であり、かつ、バックアップ装置よりも有効ポート数が少ないという条件を満たすかどうかを判断する（S11121）。この条件に合致しない場合は（S11121のNo）、切り替え不要と判断する（S11129）。

一方、この条件に合致した場合は（S11121のYes）、ステップS11120においてリンクダウンが通知されたポートと配下装置を介して接続される対向装置のポートの状態を確認するための広告フレームを送信する（S11122）。具体的には、例えば冗長制御装置Ａ１０のポート接続状態把握制御部１１１０がステップS11120においてポート１０１のリンクダウンを通知されていたとする。この場合、ステップS11122では、冗長制御装置Ａ１０のポート接続状態把握制御部１１１０は、ポート接続状態テーブル６０１を参照し、リンクダウンしたポート１０１が配下装置Ｃ３０を介して冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１と接続されていることを確認する。このため、冗長制御装置Ａ１０のポート接続状態把握制御部１１１０は、制御フレーム送受信部１１４０に依頼して、冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１も同様にリンクダウンしているかどうかを確認するための広告フレームを冗長制御装置Ｂ２０へ送信する。

ここで、図７のステップS11122で送信された広告フレームを受信した対向装置（バックアップ装置）のポート接続状態把握制御部１１１０の処理を図８を用いて説明する。
図８は、広告フレーム受信時のバックアップ装置のポート接続状態把握制御部１１１０の処理を説明するフローチャートの例である。

バックアップ装置にて、広告フレームを受信すると、ポート接続状態把握制御部１１１０は制御フレーム送受信部１１４０から広告フレームの受信内容を通知される（S11140）。ここで通知される内容は、例えばポート２０１のポート状態（リンクアップもしくはリンクダウン）の確認依頼を示す内容である。

バックアップ装置のポート接続状態把握制御部１１１０は、依頼されたポートの状態を改めて確認するため、ポート状態検出部１１３０に対してポート状態確認依頼を行う（S11141）。なお本実施例では、確認対象のポートを広告フレームによって通知されることとしたが、マスタ装置からはリンクダウンしたポートのポート識別子をバックアップ装置へ通知し、バックアップ装置側でポート接続状態テーブルを参照して、確認対象となるポート（リンクダウンしたポートと配下装置を介して接続されているポート）を特定してもよい。

ポート状態検出部１１３０は、ポートの状態を確認するが、ポート状態の確認手段として、オートネゴシエーションなどポートのリンクアップが継続しているか判断できるものであれば、どのような方法を用いても構わない。ポート接続状態把握制御部１１１０は、ポート状態検出部１１３０からポート状態の確認結果（リンクアップもしくはリンクダウン）を通知されると（S11142）、ポート状態の確認結果を格納した広告フレームを制御フレーム送受信部１１４０を介してマスタ装置へ送信する（S11143）。

再び図７に戻り説明する。マスタ装置にて、バックアップ装置から送信された広告フレームを受信すると、マスタ装置のポート接続状態把握制御部１１１０は、制御フレーム送受信部１１４０から広告フレームの受信内容を通知される（S11123）。通知されたバックアップ装置のポートの状態を確認し（S11124）、ポートの状態が「リンクアップ」である場合は、マスタ装置が配下装置と接続するポートのみがリンクダウンしている状態（例えば冗長制御装置Ａ１０のポート１０１がリンクダウンしており、冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１はリンクアップしている状態）であるため、マスタ装置とその配下装置間の回線障害であると判断する（S11125）。この場合は、配下装置の通信を確保するのために、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えを開始する（S11127）。

一方、ステップS11124においてポートの状態が「リンクダウン」であると判明した場合は、マスタ装置が配下装置と接続するポートとバックアップ装置が配下装置と接続するポートの双方がリンクダウンしている状態（例えば冗長制御装置Ａ１０のポート１０１と冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１の双方がリンクダウンしている状態）であるため、配下装置で障害が発生しているか電源がOFFされていると判断する（S11126）。この場合は、マスタ装置とバックアップ装置との間で有効ポート数の大小関係が変わらないことになるため、切り替え不要と判断する（S11128）。

最後に、対向装置のポート接続状態テーブル６０１からリンクダウンしたポートの接続情報を削除するための情報交換フレーム９１を、制御フレーム送受信部１１４０を介して送信するとともに、自装置のポート接続状態テーブル６０１からもリンクダウンしたポートの接続情報を削除する（S11130）。

以上説明した本実施例によれば、マスタ装置とバックアップ装置が配下装置を経由して接続されている場合において、マスタ装置が配下装置と接続するポートのリンクダウンを検出した場合には、同じ配下装置と接続するバックアップ装置のポートも同様にリンクダウンしているかどうかを確認してからマスタ装置の切り替えが必要かどうかを判断する。このため、配下装置の電源OFFなどにより、仮にマスタ装置が先にポートのリンクダウンを検出して一時的に有効ポート数がバックアップ装置よりも少なくなってしまったようなケースでも無駄な切り替えが発生することを抑止することができる。

つぎに、配下装置で障害や電源OFFが発生した場合を例に動作を説明する。
図９は、配下装置Ｄ４０で障害、または、電源OFFが発生した場合の動作例を説明するための図である。

配下装置Ｃ４０で障害、または、電源OFFが発生し、冗長制御装置Ａ１０（マスタ装置）が先に有効ポート数の減少を把握した場合について、まずは従来の動作例を説明する。マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０は、配下装置Ｄ４０が障害または電源OFFとなったことにより、ポート１０２のリンクダウンを検知する。この時点ではまだバックアップ装置である冗長制御装置Ｂ２０はポート２０２のリンクダウンを検知していないため、冗長制御装置Ｂ２０に比べ有効ポート数が少なくなったと判断しから、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えを開始する。

次に、新たにマスタ装置となった冗長制御装置Ｂ２０は、ポート２０２のリンクダウンを検知する。これにより、冗長制御装置Ａ１０と冗長制御装置Ｂ２０は、有効ポート数が同じとなるため、再び冗長制御装置Ａ１０がマスタ装置となるように切り替えを開始する。

ここで、レイヤ２のような同時に通信可能な状態をつくるとループが発生するようなネットワークシステムにおいては、両方の装置を通信可能な状態にできない。このため、従来の動作例の場合はマスタ装置の切り替えにより、端末６０、端末７０間の通信は２度の通信断が生じてしまう。

つぎに、同様に図９を用いて本実施例における動作を説明する。図７および図８に示したフローチャートに沿って説明するが、前提として、図３（ａ），図３（ｂ）に示したフローチャートに基づき、図６のポート接続状態テーブル６０１が保持されているものとする。

マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０は、配下装置Ｄ４０が障害または電源OFFとなったことにより、ポート１０２がリンクダウンし、有効ポート数の減少を検知する（S11120）。自装置がマスタ装置であり、かつ、バックアップ装置より有効ポート数が少ないと判断するため（S11121のYes）、図６のポート接続状態テーブル６０１を参照し、冗長制御装置Ｂ２０のポート２０２のポート状態確認を行うため、広告フレームを送信する（S11122）。

対向装置である冗長制御装置Ｂ２０は、広告フレームを受信し（S11140）、ポート２０２がリンクアップしているかを改めて確認する（S11141）。ここでは配下装置Ｄ４０が障害または、電源OFFであるため、改めて確認することによりポート２０２の状態がリンクダウンであると検知できる（S11142）。この確認結果を格納した広告フレームを制御フレーム送受信部１１４０を介して送信する（S11143）。

マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０は、広告フレームを受し（S11123）、バックアップ装置である冗長制御装置Ｂ２０のポート２０２の状態を確認する（S11124）。ポートの状態がリンクダウンであると判明した場合、マスタおよびバックアップの両装置において配下装置Ｄ４０と接続するポートがリンクダウンとなっているため、配下装置Ｄ４０が障害や電源OFFとなっていると判断する（S11126）。この場合は、マスタ装置およびバックアップ装置の双方で有効ポート数が減少するため、有効ポート数の大小関係に変化はないことから、マスタ装置のきりかえは不要であると判断する（S11128）。結果として、切り替えは行われず、端末６０、端末７０間の通信は、切断されることなく継続する。
このように、本実施例によれば、従来の無駄なマスタ装置切り替えを抑止できる。

つぎに、マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０と配下装置Ｃ３０との間の回線で障害が発生した場合を例に動作を説明する。
図１０は、冗長制御装置Ａ１０と配下装置Ｃ３０との間の回線で障害が発生した場合の動作例を説明するための図である。

冗長制御装置Ａ１０と配下装置Ｃ３０との間の回線で障害が発生し、マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０が先に有効ポート数の減少を把握した場合の本実施例における動作について、図７および図８で示したフローチャートに沿って説明する。なお、前提として冗長制御装置Ａ１０では、あらかじめ図３に示したフローチャートに基づき、図６に示すポート接続状態テーブル６０１を保持しているものとする。

マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０は、ポート１０１がリンクダウンし、有効ポート数の減少を検知する（S11120）。自装置がマスタ装置であり、かつバックアップ装置よりも有効ポート数が少なくなったため（S11121のYes）、図６のポート接続状態テーブル６０１を参照し、冗長制御装置Ｂ２０ポート２０１のポート状態確認を行うため、広告フレームを送信する（S11122）。

対向装置である冗長制御装置Ｂ２０は、広告フレームを受信し（S11140）、ポート２０１がリンクアップしているかを改めて確認する（S11141）。ここでは冗長制御装置Ａ１０と配下装置Ｃ３０との間の回線障害が発生しているだけであるため、改めて確認した結果、ポート２０１の状態はリンクアップであると検知される（S11142）。この確認結果を格納した広告フレームを冗長制御装置Ａ１０へ送信する（S11143）。

マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０は、広告フレームの受信内容通知を受け（S11123）、バックアップ装置のポート２０１の状態を確認判断する（S11124）。ここではポート２０１の状態がリンクアップであるため、マスタ装置と配下装置との間の回線障害であると判断する（S11125）。この場合は、配下装置の通信確保のため、マスタ装置の切り替えを開始する（S11127）。この切り替えにより、端末６０、端末７０間の通信は１度の通信断が生じるが、非特許文献１の技術のように一定時間待つような動作をすることなく、高速にマスタ装置の切り替えが可能となる。

本実施例では、冗長切り替え機能を実現するネットワーク中継装置である冗長制御装置が3台接続された例を説明する。冗長制御装置を3台以上接続しても実施例１と同じ動作になるが、冗長制御装置が予め行う接続状態の把握と、切り替えが必要か否かの判断について注意が必要になる。

図１１は、冗長制御装置が３台接続されたシステム構成の例である。図１とは、冗長制御装置Ｈ９０が新たに追加された点が主に異なる。冗長制御装置Ｈ９０は複数のポートを有しており、配下装置Ｃ〜配下装置Ｅとそれぞれ接続されている。また、冗長制御装置Ａ１０，Ｂ２０，Ｈ９０はそれぞれ相互に直接接続されており、情報交換フレームや広告フレームの送受信を行っている。

本実施例では、各冗長制御装置が予め行う図３（ａ），図３（ｂ）のポート接続状態の把握において、冗長制御装置から送信する探査フレームを、他のすべての冗長制御装置に届くように送信する。例えば冗長制御装置Ａ１０のポート１０１から送信した探査フレームは、配下装置Ｃを介して冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１と冗長制御装置Ｈ９０のポート９０１に到達する。これは、マルチキャストで送信しても、ユニキャストで他のすべての冗長制御装置宛に送信してもよい。また、情報交換フレームについても同様に、他のすべての冗長制御装置に届くように送信する。これにより、全ての冗長制御装置間で、ポートの接続状態を把握する。

図７や図８におけるマスタ装置の切り替えが必要か否かの判断については、ステップS11124において、マスタ装置のリンクダウンしたポートと配下装置を経由して接続されているすべてのポートの状態がリンクダウンであると判明した場合に、マスタ装置およびバックアップ装置のすべての装置が同じくリンクダウンを検出していることから、配下装置の障害や電源OFFが発生していると判断する（S11126）。具体的には、マスタ装置である冗長制御装置Ａ１０のポート１０１がリンクダウンしたことにより有効ポート数の減少を検出した場合に、バックアップ装置である冗長制御装置Ｂ２０のポート２０１と、同じくバックアップ装置である冗長制御装置Ｈ９０のポート９０１のいずれもがリンクダウンであった場合に、配下装置Ｃが障害または電源OFFになっていると判断する。この場合は、リンクダウンの発生前後で有効ポート数の大小関係は変わらないことから、マスタ装置のきりかえは不要であると判断する（S11128）。

一方、配下装置を経由して接続されているポートのうち、すべてのポートの状態がリンクダウンというわけではなく、リンクアップのままのポートを含む場合、マスタ装置とその配下装置との間の回線障害と判断する（S11125）。この場合は、配下装置の通信確保のため、マスタ装置の切り替えを開始する（S11127）。
このように、本発明は２台以上の任意の台数の冗長制御装置に対して適用可能である。

１０，２０，９０：冗長制御装置、３０，４０，５０：配下装置、６０，７０：端末、８０：探査フレーム到達範囲、１０１〜１０４，２０１〜２０４，３０１〜３０３，４０１〜４０２，５０１〜５０３，９０１〜９０３：ポート、１１０：CPU部、１２０：ネットワークインタフェース部、１１１０：ポート接続状態把握制御部、１１２０：論理状態制御部、１１３０：ポート状態検出部、１１４０：制御フレーム送受信部

Claims (10)

1. 第１の冗長制御装置と少なくとも１台の他の冗長制御装置である第２の冗長制御装置が配下装置を介して接続されるネットワークシステムであって、
   前記第１の冗長制御装置は、前記配下装置と接続する第１のポートから、前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む探査フレームを送信し、
   前記第２の冗長制御装置は、前記第１の冗長制御装置が送信した前記探査フレームを前記配下装置と接続する第２のポートから受信すると、前記探査フレームに含まれる前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子に加えて、前記第２の冗長制御装置の装置識別子と前記第２のポートのポート識別子とを含む情報交換フレームを前記第１の冗長制御装置へ送信し、
   前記第１の冗長制御装置は、前記情報交換フレームを受信すると、前記情報交換フレームに含まれる情報に基づいて、前記第１の冗長制御装置の前記第１のポートと前記第２の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態を保持し、
   前記第１の冗長制御装置がマスタ装置として動作し、前記第２の冗長制御装置がバックアップ装置として動作している場合に、
   前記第１の冗長制御装置は、前記第１のポートのリンクダウンを検出すると、前記ポート接続状態を参照し、前記第１のポートが前記配下装置を介して接続される前記第２の冗長制御装置の前記第２のポートの状態を確認するための第１の広告フレームを前記第２の冗長制御装置へ送信し、
   前記第２の冗長制御装置は、前記第１の広告フレームを受信すると、前記第２のポートの状態を格納した第２の広告フレームを前記第１の冗長制御装置へ送信し、
   前記第１の冗長制御装置は、前記第２の広告フレームに含まれる前記第２のポートの状態に基づいてマスタ装置からバックアップ装置への切り替えの制御を行う、ネットワークシステム。
2. 第１の冗長制御装置と少なくとも１台の他の冗長制御装置である第２の冗長制御装置が配下装置を介して接続されるネットワークシステムであって、
   前記第１の冗長制御装置は、前記配下装置と接続する第１のポートから、前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む探査フレームを送信し、
   前記第２の冗長制御装置は、前記第１の冗長制御装置が送信した前記探査フレームを前記配下装置と接続する第２のポートから受信すると、前記探査フレームに含まれる前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子に加えて、前記第２の冗長制御装置の装置識別子と前記第２のポートのポート識別子とを含む情報交換フレームを前記第１の冗長制御装置へ送信し、
   前記第１の冗長制御装置は、前記情報交換フレームを受信すると、前記情報交換フレームに含まれる情報に基づいて、前記第１の冗長制御装置の前記第１のポートと前記第２の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態を保持し、
   前記第１の冗長制御装置がマスタ装置として動作し、前記第２の冗長制御装置がバックアップ装置として動作している場合に、
   前記第１の冗長制御装置は、前記第１のポートのリンクダウンを検出すると、前記ポート接続状態を参照し、前記第１のポートが前記配下装置を介して前記第２の冗長制御装置の前記第２のポートと接続されていることを確認し、前記第２のポートの状態を確認するための第１の広告フレームを前記第２の冗長制御装置へ送信し、
   前記第２の冗長制御装置は、前記第１の広告フレームを受信すると、前記第２のポートがリンクアップしているか否かを確認し、確認結果を格納した第２の広告フレームを前記第１の冗長制御装置へ送信し、
   前記第１の冗長制御装置は、前記第２の広告フレームを確認し、前記第２のポートがリンクアップしている場合は、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えを行い、前記第２のポートがリンクダウンしている場合は、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えを行わない、ネットワークシステム。
3. 請求項２に記載のネットワークシステムであって、
   前記第１の冗長制御装置は、前記配下装置と接続するポートのうちリンクアップしているポートの数を示す有効ポート数に基づいてマスタ装置の切り替え要否を判断する場合に、
   前記第１の冗長制御装置は、前記第１のポートのリンクダウンを検出した結果、前記第２の冗長制御装置の有効ポート数よりも自装置の有効ポート数の方が少ないと判断した場合に、前記第１の広告フレームを送信する、ネットワークシステム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のネットワークシステムであって、
   前記第２の冗長制御装置は、前記探査フレームを受信すると、前記第１の冗長制御装置の前記第１のポートと前記第２の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態が自装置に保持されているか否かを判断し、保持されていない場合は、自装置の装置識別子と前記第２のポートのポート識別子とを含む第２の探査フレームを前記第２のポートから送信する、ネットワークシステム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のネットワークシステムであって、
   前記第１の冗長制御装置は、前記探査フレームを定期的に送信し、前記第２の冗長制御装置から前記情報交換フレームを受信した場合に、前記探査フレームの送信を停止する、
   ネットワークシステム。
6. 少なくとも１台の他の冗長制御装置と配下装置を介して接続される冗長制御装置であって、
   前記配下装置を介して接続される前記他の冗長制御装置とのポート接続状態を保持する制御部と、
   制御フレームの送受信を行う送受信部とを備え、
   前記送受信部は、前記配下装置と接続する第１のポートから前記冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む探査フレームを送信し、
   前記送受信部は、前記探査フレームに含まれる前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子に加えて、前記他の冗長制御装置の装置識別子と第２のポートのポート識別子とを含む情報交換フレームを前記他の冗長制御装置から受信し、
   前記制御部は、前記送受信部が受信した前記情報交換フレームに含まれる情報に基づいて、前記冗長制御装置の前記第１のポートと前記他の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態を保持し、
   前記第１の冗長制御装置がマスタ装置として動作し、前記他の冗長制御装置がバックアップ装置として動作している場合に、
   前記制御部は、前記第１のポートのリンクダウンを検出すると、前記ポート接続状態を参照し、前記第１のポートが接続される前記配下装置を介して前記他の冗長制御装置の前記第２のポートの状態を確認するための第１の広告フレームを前記他の冗長制御装置へ送信するよう前記送受部へ指示し、
   前記送受信部は、前記第１の広告フレームを前記他の冗長制御装置へ送信し、
   前記送受信部は、前記第２のポートのポート状態を示す第２の広告フレームを受信し、
   前記制御部は、前記第２の広告フレームが示すポート状態に基づいて、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えの制御を行う冗長制御装置。
7. 少なくとも１台の他の冗長制御装置と配下装置を介して接続される冗長制御装置であって、
   前記配下装置を介して接続される前記他の冗長制御装置とのポート接続状態を保持する制御部と、
   制御フレームの送受信を行う送受信部とを備え、
   前記送受信部は、前記配下装置と接続する第１のポートから前記冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む探査フレームを送信し、
   前記送受信部は、前記探査フレームに含まれる前記第１の冗長制御装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子に加えて、前記他の冗長制御装置の装置識別子と第２のポートのポート識別子とを含む情報交換フレームを前記他の冗長制御装置から受信し、
   前記制御部は、前記送受信部が受信した前記情報交換フレームに含まれる情報に基づいて、前記冗長制御装置の前記第１のポートと前記他の冗長制御装置の前記第２のポートとが前記配下装置を介して接続されているというポート接続状態を保持し、
   前記第１の冗長制御装置がマスタ装置として動作し、前記他の冗長制御装置がバックアップ装置として動作している場合に、
   前記制御部は、前記第１のポートのリンクダウンを検出すると、前記ポート接続状態を参照し、前記第１のポートが前記配下装置を介して前記他の冗長制御装置の前記第２のポートと接続されていることを確認し、前記第２のポートの状態を確認するための第１の広告フレームを前記他の冗長制御装置へ送信するよう前記送受部へ指示し、
   前記送受信部は、前記第１の広告フレームを前記他の冗長制御装置へ送信し、
   前記送受信部は、前記第２のポートのポート状態を示す第２の広告フレームを受信し、
   前記制御部は、前記送受信部が受信した前記第２の広告フレームを確認し、前記第２のポートがリンクアップしている場合は、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えを行い、前記第２のポートがリンクダウンしている場合は、マスタ装置からバックアップ装置への切り替えを行わない、冗長制御装置。
8. 請求項７に記載の冗長制御装置であって、
   前記制御部は、前記配下装置と接続するポートのうちリンクアップしているポートの数を示す有効ポート数に基づいてマスタ装置の切り替え要否を判断する場合に、
   前記制御部は、前記第１のポートのリンクダウンを検出した結果、前記他の冗長制御装置の有効ポート数よりも自装置の有効ポート数の方が少ないと判断した場合に、前記第１の広告フレームを送信するよう指示する、冗長制御装置。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の冗長制御装置であって、
   前記送受信部が前記他の冗長制御装置の装置識別子と第３のポートのポート識別子を含む第２の探査フレームを前記第１のポートで受信した場合、
   前記制御部は、保持しているポート接続状態と前記第２の探査フレームの内容が一致するか否かを判断し、一致しない場合は自装置の装置識別子と前記第１のポートのポート識別子とを含む第３の探査フレームを前記第１のポートから送信するよう前記送受信部に指示し、
   前記送受信部は、前記第３の探査フレームを前記第１のポートから送信する、冗長制御装置。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の冗長制御装置であって、
    前記制御部は、前記探査フレームを定期的に前記送受信部から送信させ、前記他の冗長制御装置から前記情報交換フレームを受信した場合に、前記探査フレームの送信を停止させる、冗長制御装置。

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