JP5912923B2 - リング／スター型イーサネットシステム、リング／スター型スイッチ、およびフレーム転送制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、イーサネット（登録商標）通信技術に関し、特にリング型イーサネットとスター型イーサネットとを中継接続するリング／スター型イーサネットシステムの制御技術に関する。

ビル設備やプラント設備を監視制御する監視制御システムでは、情報収集機能や制御機能などの各種機能を有する通信機器をノードとして、通信ネットワークで冗長的に接続し、これらノードからの情報に基づき中央監視装置で個々の設備を監視制御するものとなっている。
このような監視制御システムなどのイーサネットシステムでは、ノードを接続するトポロジーとして、各ノードを通信ケーブルでリング状に接続するリング型と、スイッチングハブなどの集線装置に対して通信ケーブルで各ノードを放射状に接続するスター型とがある。

ここで、リング型の場合、通信経路内に存在するリング型トポロジーによる通信エラーを回避するＳＴＰ(スパニング・ツリー・プロトコル：Spanning Tree Protocol/IEEE 802.1D)機能や、これを改良したＲＳＴＰ（ラピッドＳＴＰ：Rapid STP/IEEE 802.1w）機能などのネットワーク制御機能を用いて、システムを容易に冗長化できる。また、リング型スイッチングハブを用いて複数のリング配線を中継接続することも可能である（例えば、特許文献１，２など参照）。
一方、スター型の場合、各ノードを２つのハブのそれぞれにスター接続することにより、スター冗長方式を構成することができ、ネットワーク帯域を効率よく使用できる。

特開平１０−２００５５２号公報 特開２００９−０２４７３４号公報

しかしながら、このようなイーサネットシステムにおいて、イーサネット通信用のフレームを送受信する各ノードを接続するためのトポロジーとして、リング型トポロジーを用いた場合、容易に冗長化できるものの、伝送路を各ノードで共用するため、個々のノードが使用できるネットワーク帯域が制限されてしまう。一方、スター型トポロジーを用いた場合、ネットワーク帯域を有効利用できるものの、冗長化により通信ケーブルや集線装置などのハードウェアが増大し、システム全体のコストアップが発生する。

ここで、例えば監視制御システムで用いられるようなイーサネットシステムは、各ノードにおける通信負荷に、ある程度の偏りが発生する。例えば、監視動作を行うサーバなどのノードでは、頻繁に監視データを送受信しているため通信負荷が大きいものの、実際の計測・制御を行う端末機器などのノードでは、間欠的に計測・制御データを送受信しているため通信負荷が小さい。

したがって、このようなイーサネットシステムでは、通信負荷の偏りという特徴を利用して、通信負荷の小さいノードについてはリング配線で接続して、ハードウェアの増大を抑制するとともに、通信負荷の大きいノードについてはスター配線で接続して、ネットワーク帯域を十分確保し、これらリング配線と配線スター配線とを、リング／スター型スイッチで中継接続する複合トポロジーが望ましい。

図５は、リング／スター型イーサネットシステムの構成例である。このイーサネットシステム５では、リング配線ＮＷＬとスター配線ＮＷＳとの間を相互に中継接続する、２つのリング／スター型スイッチＳＷ５０，ＳＷ６０が設けられている。
リング配線ＮＷＬにおいて、リング側ノードＮ１〜Ｎ４は、ＳＷ５０のポートＰＬ１２とＳＷ６０のポートＰＬ２２との間に、配線ＬＰ１でリング状に接続され、ＳＷ５０のポートＰＬ１１とＳＷ６０のポートＰＬ２２との間が、配線ＬＰ０でリング状に接続されている。

一方、スター配線ＮＷＳにおいて、スター側ノードＧ１〜Ｇ３は、配線ＬＳ１０を介してスイッチングハブＨＵＢ１にスター接続されており、同じく、配線ＬＳ２０を介してスイッチングハブＨＵＢ２にスター接続されている。また、ＨＵＢ１のポートＰ１１は、配線ＬＳ１を介してＳＷ５０のポートＰＳ１１に接続されており、ＨＵＢ２のポートＰ２１は、配線ＬＳ２を介してＳＷ６０のポートＰＳ２１に接続されている。さらに、ＨＵＢ１のポートＰ１２は、配線ＬＳ３を介してＳＷ６０のポートＰＳ２２に接続されており、ＨＵＢ２のポートＰ２２は、配線ＬＳ４を介してＳＷ５０のポートＰＳ１２に接続されている。

ＳＷ５０，ＳＷ６０は、冗長構成をなし、内部動作監視フレーム（ＩＨＣＦ：Internal Health Check Frame）、拡張ＢＰＤＵフレーム（ＢＰＤＵ＿ｅ：Bridge Protocol Data Unit external）、電源状態信号ＰＯＳ１，ＰＯＳ２（ＰＯＳ：Power ON Status）などに基づいて、一方が現用系で動作していれば、他方が待機系として動作し、相手障害発生に応じて待機系から現用系へ切り替えて動作する。

例えば、ＳＷ５０，ＳＷ６０がそれぞれ現用系および待機系にある場合、Ｎ３から送信されたＧ２宛てのフレームは、ＬＰ１のＮ２，Ｎ１を介してＳＷ６０で受信される。ここで、ＳＷ６０は待機系であるため、このフレームはＬＰ０を介してＳＷ５０へ転送される。なお、このフレームは、Ｎ３からＬＰ１を介してＮ２とは反対方向のＳＷ５０側へも送信されるが、ＰＬ１２がブロッキング（Ｂ）されているため、Ｎ４まで転送されて破棄される。

ＳＷ５０は、Ｎ３から受信したフレームを、ＰＳ１１，ＰＳ１２からＬＳ１，ＬＳ４を介してＨＵＢ１，ＨＵＢ２へ転送する。ＨＵＢ１は、Ｐ１１でＳＷ５０からフレームを受信し、ＬＳ１０を介してＧ２へ送信する。また、ＨＵＢ２は、Ｐ２１でＳＷ５０からフレームを受信し、ＬＳ２０を介してＧ２へ送信する。
これにより、Ｇ２は、ＨＵＢ１，ＨＵＢ２の両方からフレームを受信し、いずれか一方を取り込んで、他方を破棄する。また、Ｇ２からＮ３宛てに送信したフレームは、上記と逆のルートを介してＮ３まで転送される。

また、ＳＷ５０で障害が発生した場合、ＳＷ６０は、新たに現用系として動作を開始し、Ｎ３からのフレームを受信し、ＰＳ２１，ＰＳ２２からＬＳ２，ＬＳ３を介してＨＵＢ１，ＨＵＢ２へ転送する。これにより、ＨＵＢ１，ＨＵＢ２からＧ２へフレームが転送される。また、Ｇ２からＮ３宛てに送信したフレームは、上記と逆のルートを介してＮ３まで転送される。

ここで、ＨＵＢ１，ＨＵＢ２として用いられる一般的なスイッチングハブは、各ポートでのフレームの送受信に応じて、ポートごとに、当該ポートで送受信したフレームの相手ＭＡＣアドレスを一時的に保持しておき、当該相手ＭＡＣアドレス宛てのフレームを受信した際、当該相手ＭＡＣアドレスと対応するポートを選択して送信する機能を有している。
このため、ＳＷ５０の障害発生前に保持した、Ｐ１１，Ｐ２２とＮ３のＭＡＣアドレスとの対応関係は、ＳＷ５０で障害が発生して、Ｎ３からのフレームがＰ１１，Ｐ２２で受信されなくなった後も、一定の保持時間だけ保持される。

したがって、障害発生後、ＳＷ６０が現用系に切り替わった場合でも、当該相手ＭＡＣアドレスのフレームを送受信しなくなってから、一定の保持時間が経過して、当該ポートとの対応関係を示す保持内容がクリアされるまでの間、Ｇ２から送信されたフレームは、ＨＵＢ１，ＨＵＢ２において、Ｐ１１，Ｐ２２からＳＷ５０へ送信されてしまい、ＳＷ６０には届かなくなる。このため、障害発生に応じて運用が切り替わった場合、直ちに通信を再開することができないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、リング配線とスター配線とを中継接続する一方のリング／スター型スイッチで障害発生した場合、他方のリング／スター型スイッチで直ちに通信を再開することができる、リング／スター型イーサネットシステムの転送制御技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムは、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、前記第１のリング／スター型スイッチと接続するとともに、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとスター接続された第１のハブと、前記第２のリング／スター型スイッチと接続するとともに、前記スター側ノードとスター接続された第２のハブとを備え、前記第１のリング／スター型スイッチは、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１のハブへ転送するフレームを複製して前記第２のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第２のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１のハブへ転送し、前記第２のリング／スター型スイッチは、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第２のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第２のハブへ転送するフレームを複製して前記第１のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第１のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第２のハブへ転送するようにしたものである。

また、本発明にかかるリング／スター型スイッチは、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、前記第１のリング／スター型スイッチと接続するとともに、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとスター接続された第１のハブと、前記第２のリング／スター型スイッチと接続するとともに、前記スター側ノードとスター接続された第２のハブとを備えリング／スター型イーサネットシステムで用いられる第１（第２）のリング／スター型スイッチであって、前記リング側ノードとリング接続して、前記リング側ノードとの間でフレームを送受信するリング接続制御回路と、前記第１（第２）のハブと接続してフレームを送受信するとともに、前記第２（第１）のリング／スター型スイッチと接続してフレームを送受信するスター接続制御回路と、前記リング接続制御回路と前記スター接続制御回路との間でフレームを中継転送するスイッチ回路とを備え、前記スター接続制御回路は、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１（第２）のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１（第２）のハブへ転送するフレームを複製して前記第２（第１）のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第２（第１）のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１（第２）のハブへ転送するようにしたものである。

また、本発明にかかるフレーム転送制御方法は、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとそれぞれスター接続された第１および第２のハブとを備えるリング／スター型イーサネットシステムで用いられるフレーム転送制御方法であって、前記第１のリング／スター型スイッチが、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１のハブへ転送するフレームを複製して前記第２のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第２のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１のハブへ転送するステップと、前記第２のリング／スター型スイッチが、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第２のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第２のハブへ転送するフレームを複製して前記第１のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第１のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第２のハブへ転送するステップとを備えている。

また、本発明にかかる他のフレーム転送制御方法は、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、前記第１のリング／スター型スイッチと接続するとともに、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとスター接続された第１のハブと、前記第２のリング／スター型スイッチと接続するとともに、前記スター側ノードとスター接続された第２のハブとを備えリング／スター型イーサネットシステムで用いられる第１（第２）のリング／スター型スイッチで用いられるフレーム転送制御方法であって、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１（第２）のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１（第２）のハブへ転送するフレームを複製して前記第２（第１）のリング／スター型スイッチへ転送するステップと、自装置が待機系として動作している場合、前記第２（第１）のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１（第２）のハブへ転送するステップとを備えている。

本発明によれば、正常時において、現用系のリング／スター型スイッチから受信したフレームをスター側ノードへ転送するハブだけでなく、待機系のリング／スター型スイッチから受信したフレームをスター側ノードへ転送するハブにおいても、スター側ノードへ転送したフレームに基づいて、当該フレームを受信したと当該フレームの相手ＭＡＣアドレスとの対応関係が保持される。
このため、リング／スター型スイッチで障害が発生した場合、上記２つのハブのいずれにおいても、スター側ノードからリング側ノード宛てに送信されたフレームが、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応する正規のポートから送信されることになる。このため、リング配線とスター配線とを中継接続する一方のリング／スター型スイッチで障害発生した場合、他方のリング／スター型スイッチで直ちに通信を再開することができる。

本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムの構成を示すブロック図である。 リング／スター型スイッチの構成例である。 本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムの動作（正常時）を示す説明図である。 本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムの動作（障害発生時）を示す説明図である。 リング／スター型イーサネットシステムの構成例である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［リング／スター型イーサネットシステム］
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態にかかるリング／スター型イーサネットシステム１について説明する。図１は、本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムの構成を示すブロック図である。

このリング／スター型イーサネットシステム１は、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードＮ１〜Ｎ４をリング接続するリング配線ＮＷＬと、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードＧ１〜Ｇ３をスター接続するスター配線ＮＷＳとを、冗長的に中継接続する機能を有している。

リング／スター型イーサネットシステム１には、主な構成機器として、各リング側ノードＮ１〜Ｎ４とリング配線ＮＷＬを介してそれぞれリング接続された、冗長構成をなす、リング／スター型スイッチ（第１のリング／スター型スイッチ）ＳＷ１０およびリング／スター型スイッチ（第２のリング／スター型スイッチ）ＳＷ２０と、各スター側ノードＧ１〜Ｇ３とスター配線ＮＷＳを介してそれぞれスター接続された、スイッチングハブ（第１のハブ）ＨＵＢ１およびスイッチングハブ（第２のハブ）ＨＵＢ２とが設けられている。

ＳＷ１０，２０は、互いに連携して冗長的に動作して、それぞれ各リング側ノードＮ１〜Ｎ４とスイッチングハブＨＵＢ１，ＨＵＢ２との間を、相互に中継接続する機能を有している。このうち、ＳＷ１０には、リング配線ＮＷＬ側に２つのポートＰＬ１１，ＰＬ１２が設けられており、スター配線ＮＷＳ側に２つポートＰＳ１１，ＰＳ１２が設けられている。また、ＳＷ２０には、リング配線ＮＷＬ側に２つのポートＰＬ２１，ＰＬ２２が設けられており、スター配線ＮＷＳ側に２つポートＰＳ２１，ＰＳ２２が設けられている。

リング側ノードＮ１〜Ｎ４は、配線ＬＰ１を介してＳＷ１０のＰＬ１２とＳＷ２０のＰＬ２２との間にリング接続されており、ＳＷ１０のＰＬ１１とＳＷ２０のＰＬ２１との間が、配線ＬＰ０によりリング接続されている。

ＨＵＢ１には、ＳＷ１０側に１つのポートＰ１１が設けられており、ＳＷ１０のポートＰＳ１１は、配線ＬＳ１を介してＨＵＢ１のＰ１１と接続されている。また、ＨＵＢ２には、ＳＷ２０側に１つのポートＰ２１が設けられており、ＳＷ２０のポートＰＳ２１は、配線ＬＳ２を介してＨＵＢ２のＰ２１と接続されている。これらＨＵＢ１，ＨＵＢ２は、スイッチングハブに代表される一般的な集線装置である。
また、ＳＷ１０のＰＳ１２は、配線ＬＳ０を介してＳＷ２０のＰＳ２２と接続されている。

ＳＷ１０には、主な回路部として、リング接続制御回路１１、スター接続制御回路１２、およびスイッチ回路１３が設けられている。
このうち、リング接続制御回路１１は、ポートＰＬ１１，ＰＬ１２を介して配線ＬＰ０，ＬＰ１にリング接続されるとともに、スイッチ回路１３と接続されている。
また、スター接続制御回路１２は、ポートＰＳ１１，ＰＳ１２を介して配線ＬＳ１，ＬＳ０にそれぞれ接続されるとともに、スイッチ回路１３と接続されている。

リング接続制御回路１１は、リング側ノードＮ１〜Ｎ４間でやり取りされるフレームをポートＰＬ１１，ＰＬ１２間で転送する機能と、ポートＰＬ１１，ＰＬ１２で受信した、リング側ノードＮ１〜Ｎ４からスター側ノードＧ１〜Ｇ３宛てのフレームを、スイッチ回路１３を介してスター接続制御回路１２へ中継転送する機能と、スター側ノードＧ１〜Ｇ３からリング側ノードＮ１〜Ｎ４宛てのフレームを、スイッチ回路１３を介してスター接続制御回路１２から受信し、ポートＰＬ１１，ＰＬ１２から配線ＬＰ０，ＬＰ１へ中継転送する機能とを有している。

スター接続制御回路１２は、リング側ノードＮ１〜Ｎ４からスター側ノードＧ１〜Ｇ３宛てのフレームを、スイッチ回路１３を介してリング接続制御回路１１から受信し、ポートＰＳ１１，ＰＳ１２の両方から配線ＬＳ１，ＬＳ０へ中継転送する機能と、自装置が現用系として動作している場合には、ポートＰＳ１１及びＰＳ１２の両方から受信した、スター側ノードＧ１〜Ｇ３からリング側ノードＮ１〜Ｎ４宛ての同一のフレームをいずれか一方を取り込んで、他方を破棄し、スイッチ回路１３を介してリング接続制御回路１１へ中継転送する機能とを有している。

さらに、スター接続制御回路１２は、自装置が待機系として動作している場合には、ポートＰＳ１２で受信したフレームを、ポートＰＳ１１から配線ＬＳ１へ中継転送する機能と、ポートＰＳ１１で受信したフレームを、ポートＰＳ１２から配線ＬＳ０へ中継転送する機能とを有している。

ＳＷ２０には、主な回路部として、リング接続制御回路２１、スター接続制御回路２２、およびスイッチ回路２３が設けられている。
このうち、リング接続制御回路２１は、ポートＰＬ２１，ＰＬ２２を介して配線ＬＰ０，ＬＰ１にリング接続されるとともに、スイッチ回路２３と接続されている。
また、スター接続制御回路２２は、ポートＰＳ２１，ＰＳ２２を介して配線ＬＳ２，ＬＳ０にそれぞれ接続されるとともに、スイッチ回路２３と接続されている。

リング接続制御回路２１は、リング側ノードＮ１〜Ｎ４間でやり取りされるフレームをポートＰＬ２１，ＰＬ２２間で転送する機能と、ポートＰＬ２１，ＰＬ２２で受信した、リング側ノードＮ１〜Ｎ４からスター側ノードＧ１〜Ｇ３宛てのフレームを、スイッチ回路２３を介してスター接続制御回路２２へ中継転送する機能と、スター側ノードＧ１〜Ｇ３からリング側ノードＮ１〜Ｎ４宛てのフレームを、スイッチ回路２３を介してスター接続制御回路２２から受信し、ポートＰＬ２１，ＰＬ２２から配線ＬＰ０，ＬＰ１へ中継転送する機能とを有している。

スター接続制御回路２２は、リング側ノードＮ１〜Ｎ４からスター側ノードＧ１〜Ｇ３宛てのフレームを、スイッチ回路２３を介してリング接続制御回路２１から受信し、ポートＰＳ２１，ＰＳ２２の両方から配線ＬＳ２，ＬＳ０へ中継転送する機能と、自装置が現用系として動作している場合には、ポートＰＳ２１及びＰＳ２２の両方から受信した、スター側ノードＧ１〜Ｇ３からリング側ノードＮ１〜Ｎ４宛ての同一のフレームをいずれか一方を取り込んで、他方を破棄し、スイッチ回路２３を介してリング接続制御回路２１へ中継転送する機能とを有している。

さらに、スター接続制御回路２２は、自装置が待機系として動作している場合には、ポートＰＳ２２で受信したフレームを、ポートＰＳ２１から配線ＬＳ２へ中継転送する機能と、ポートＰＳ２１で受信したフレームを、ポートＰＳ２２から配線ＬＳ０へ中継転送する機能とを有している。

ここで、図２を参照して、ＳＷ１０を構成するリング接続制御回路１１とスター接続制御回路１２の構成について、詳細に説明する。図２は、リング／スター型スイッチの構成例である。
リング接続制御回路１１は、半導体チップに形成された電子回路からなり、主な処理部として、ＭＡＣ処理部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄ、転送処理部１１Ｃ、およびＲＳＴＰ処理部１１Ｅが設けられている。

ＭＡＣ処理部１１Ａは、ポートＰＬ１１を介して配線ＬＰ０の一端と接続し、配線ＬＰ０から受信したデータフレームを転送処理部１１Ｃへ転送するとともに、転送処理部１１Ｃから受信したデータフレームを配線ＬＰ０へ送信する機能と、配線ＬＰ０から受信した制御用フレームをＲＳＴＰ処理部１１Ｅへ転送するとともに、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅから受信した制御用フレームを配線ＬＰ０へ送信する機能とを有している。

ＭＡＣ処理部１１Ｂは、ポートＰＬ１２を介して配線ＬＰ１の一端と接続し、配線ＬＰ１から受信したデータフレームを転送処理部１１Ｃへ転送するとともに、転送処理部１１Ｃから受信したデータフレームを配線ＬＰ１へ送信する機能と、配線ＬＰ１から受信した制御用フレームをＲＳＴＰ処理部１１Ｅへ転送するとともに、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅから受信した制御用フレームを配線ＬＰ１へ送信する機能とを有している。

ＲＳＴＰ処理部１１Ｅは、ＭＡＣ処理部１１Ａ，１１Ｂとそれぞれ接続し、ＭＡＣ処理部１１Ｄとの間でやり取りする内部動作監視フレーム（ＩＨＣＦ：Internal Health Check Frame）に基づき自装置の動作状態を監視する機能と、ＳＷ２０との間でやり取りする拡張ＢＰＤＵフレーム（ＢＰＤＵ＿ｅ：Bridge Protocol Data Unit external）に基づきＳＷ２０の動作状態を監視する機能と、電源状態信号ＰＯＳ２信号（ＰＯＳ：Power ON Status）に基づきＳＷ２０の電源状態を監視する機能とを有している。

さらに、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅは、これら監視結果に基づいて、自装置の動作モードを制御する機能と、配線ＬＰ１の各リング側ノードＮ１〜Ｎ４との間で制御用フレームをやり取りすることにより、ＲＳＴＰ（ラピッド・スパニング・ツリー・プロトコル）に基づいて、配線ＬＰ０，ＬＰ１に対する冗長化制御処理を行う機能とを有している。
この冗長化制御処理としては、配線ＬＰ１の設定処理、および配線ＬＰ１での障害発生に応じたブロッキング解除によるバックアップ系通信経路への切替処理、障害復旧に伴う配線ＬＰ１の再設定処理などがある。

動作モードとしては、現用系で動作している状態を示すアクティブ（ACTIVE）モード、待機系として動作している状態を示すバックアップ（BACKUP）モードがある。この他、電源投入直後や障害復旧直後に実行する初期化処理中の状態を示す初期（INITIAL）モードや、障害発生時の状態を示す障害（FAILURE）モードがある。
なお、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅにおける、これら監視機能や冗長化制御処理については、引用文献１，２などの公知の技術を利用すればよい。

ＭＡＣ処理部１１Ｄは、スイッチ回路１３との間でデータフレームや制御用フレームなどの各種フレームを送受信する機能と、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅとの間でやり取りする内部動作監視フレームを送受信する機能と、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅにより送信される内部動作監視フレームを受信した場合は、スイッチ回路１３に対するデータフレームの転送制御状態にかかわらず当該内部動作監視フレームをスイッチ回路１３へ転送する機能とを有している。

転送処理部１１Ｃは、ＭＡＣ処理部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄから出力されたデータフレームを、当該データフレームに含まれる宛先情報に基づいて、これらＭＡＣ処理部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄのいずれかへ転送する機能と、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅにより設定されて記憶部（図示せず）に保持されている自装置の動作モードに基づいてＭＡＣ処理部１１Ｄとのデータフレームのやり取りに対する規制を制御する機能とを有している。

スター接続制御回路１２は、半導体チップに形成された電子回路からなり、主な処理部として、ＭＡＣ処理部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｅ、送信処理部１２Ｃ、受信処理部１２Ｄ、ＲＳＴＰ処理部１２Ｅ、および転送処理部１２Ｇが設けられている。

ＭＡＣ処理部１２Ａは、ポートＰＳ１１を介して配線ＬＳ１の一端と接続し、配線ＬＳ１から受信したフレームを受信処理部１２Ｄへ転送する機能と、送信処理部１２Ｃおよび転送処理部１２Ｇから受信したフレームを配線ＬＳ１へ送信する機能とを有している。
ＭＡＣ処理部１２Ｂは、ポートＰＳ１２を介して配線ＬＳ０の一端と接続し、配線ＬＳ０から受信したフレームを受信処理部１２Ｄへ転送する機能と、送信処理部１２Ｃおよび転送処理部１２Ｇから受信したフレームを配線ＬＳ０へ送信する機能とを有している。

送信処理部１２Ｃは、ＭＡＣ処理部１２Ｅから受信したフレームを２つに複製し、ＭＡＣ処理部１２Ａ，１２Ｂの双方へ転送する機能を有している。
受信処理部１２Ｄは、ＭＡＣ処理部１２Ａ，１２Ｂから受信したフレームを監視し、先に受信したフレームを、ＭＡＣ処理部２２Ｅへ転送する機能と、後から同一フレームを受信した場合には当該フレームを破棄する機能とを有している。

ＲＳＴＰ処理部１２Ｆは、ＭＡＣ処理部１２Ｅと接続し、ＭＡＣ処理部１２Ｅとの間でやり取りする内部動作監視フレーム（ＩＨＣＦ）に基づき自装置の動作状態を監視する機能と、ＳＷ２０との間でやり取りする拡張ＢＰＤＵフレーム（ＢＰＤＵ＿ｅ）に基づきＳＷ２０の動作状態を監視する機能と、電源状態信号ＰＯＳ２信号に基づきＳＷ２０の電源状態を監視する機能と、これら監視結果に基づいて、配線ＬＳ０，ＬＳ１，ＬＳ２に対する冗長化制御処理を行う機能とを有している。この冗長化制御処理としては、転送処理部１２Ｇにおけるフレーム転送処理などがある。なお、ＲＳＴＰ処理部１２Ｆにおける、これら監視機能については、引用文献１，２などの公知の技術を利用すればよい。

ＭＡＣ処理部１２Ｅは、スイッチ回路１３から受信したデータフレームを送信処理部１２Ｃへ転送する機能と、受信処理部１２Ｄから受信したデータフレームをスイッチ回路１３へ転送する機能と、スイッチ回路１３とＲＳＴＰ処理部１２Ｆとの間で制御用フレームをやり取りする機能と、ＲＳＴＰ処理部１２Ｆとの間でやり取りする内部動作監視フレームを送受信する機能とを有している。

転送処理部１２Ｇは、ＭＡＣ処理部１２Ａ，１２Ｂと接続し、ＲＳＴＰ処理部１２Ｆでの監視結果に基づいて、自装置が現用系として動作している場合には動作せず、自装置が待機系として動作している場合には、ＭＡＣ処理部１２Ｂから配線ＬＳ０へ送信するフレームをＭＡＣ処理部１２Ａから転送する機能と、ＭＡＣ処理部１２Ａから配線ＬＳ１へ送信するフレームをＭＡＣ処理部１２Ｂから転送する機能とを有している。

ＳＷ２０を構成するリング接続制御回路２１およびスター接続制御回路２２の構成については、ＳＷ１０を構成するリング接続制御回路１１およびスター接続制御回路１２の構成と同様である。
すなわち、リング接続制御回路２１において、ＭＡＣ処理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ、転送処理部２１Ｃ、ＲＳＴＰ処理部２１Ｅ、およびポートＰＬ２１，ＰＬ２２は、リング接続制御回路１１における、ＭＡＣ処理部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄ、転送処理部１１Ｃ、ＲＳＴＰ処理部１１Ｅ、およびポートＰＬ１１，ＰＬ１２に対応している。

また、スター接続制御回路２２において、ＭＡＣ処理部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｅ、送信処理部２２Ｃ、受信処理部２２Ｄ、ＲＳＴＰ処理部２２Ｆ、転送処理部２２Ｇ、およびポートＰＳ２１，ＰＳ２２は、リング接続制御回路１１における、ＭＡＣ処理部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｅ、送信処理部１２Ｃ、受信処理部１２Ｄ、ＲＳＴＰ処理部１２Ｆ、転送処理部１２Ｇ、およびポートＰＳ１１，ＰＳ１２にそれぞれ対応している。
したがって、ＳＷ２０を構成するリング接続制御回路２１およびスター接続制御回路２２の構成についての詳細な説明は省略する。

［本実施の形態の動作］
次に、図３および図４を参照して、本実施の形態にかかるリング／スター型イーサネットシステム１の動作について説明する。図３は、本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムの動作（正常時）を示す説明図である。図４は、本発明にかかるリング／スター型イーサネットシステムの動作（障害発生時）を示す説明図である。

まず、図３を参照して、リング／スター型イーサネットシステム１における正常時の動作として、リング側ノードＮ３とスター側ノードＧ２との間でフレームをやり取りする場合を例として説明する。ここでは、ＳＷ１０が現用系として動作しており、ＳＷ２０が待機系として動作しているものとする。

Ｎ３から送信されたＧ２宛てのフレームは、ＬＰ１のＮ２，Ｎ１を介してＳＷ２０で受信され、リング接続制御回路２１によりＬＰ０を介してＳＷ１０へ転送される。なお、このフレームは、Ｎ３からＬＰ１を介してＮ２とは反対方向のＳＷ１０側へも送信されるが、ＳＷ１０によりＰＬ１２がブロッキング（Ｂ）されているため、Ｎ４まで転送された後に破棄される。

ＳＷ１０は、ＰＬ１１でＮ３からのフレームを受信し、リング接続制御回路１１からスイッチ回路１３を介してスター接続制御回路１２へ転送する。ここで、スター接続制御回路１２は、自装置が現用系として動作していることから、受信した当該フレームを、ＰＳ１１，ＰＳ１２の両方から配線ＬＳ１，ＬＳ０へそれぞれ転送する。

ＨＵＢ１は、Ｐ１１でＳＷ１０からのフレームを受信し、配線ＬＳ１０を介してＧ２へ送信する。
一方、ＳＷ２０は、ＰＳ２２でＳＷ１０からのフレームを受信する。ここで、スター接続制御回路２２は、自装置が待機系として動作していることから、受信した当該フレームを、ＰＳ２１から配線ＬＳ２へ転送する。

ＨＵＢ２は、Ｐ２１でＳＷ２０からのフレームを受信し、配線ＬＳ２０を介してＧ２へ送信する。
これにより、Ｇ２は、ＨＵＢ１，ＨＵＢ２の両方からフレームを受信し、いずれか一方を取り込んで、他方を破棄する。

また、Ｇ２からＮ３宛てに送信したフレームは、ＬＳ１０，ＬＳ２０を介してＨＵＢ１，ＨＵＢ２の両方へ送信される。
ＨＵＢ１は、ＬＳ１０から受信したフレームを、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応するＰ１１からＬＳ１へ送信する。同じく、ＨＵＢ２は、ＬＳ２０から受信したフレームを、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応するＰ２１からＬＳ２へ送信する。これらＨＵＢ１，ＨＵＢ２における、ポートとフレームの相手ＭＡＣアドレスとの対応関係は、当該ポートからフレームを受信した際に保存される。

ＳＷ２０は、ＰＳ２１でＨＵＢ２からのフレームを受信する。ここで、スター接続制御回路２２は、自装置が待機系として動作していることから、受信した当該フレームを、ＰＳ２２から配線ＬＳ０へ転送する。
ＳＷ１０は、ＰＳ１１でＨＵＢ１からのフレーム及びＰＳ１２でＳＷ２０からのフレームの両方をスター接続制御回路１２で受信し、いずれか一方を取り込んで、他方を破棄すし、取り込まれたフレームをスイッチ回路１３を介してリング接続制御回路１１へ転送し、ＰＬ１２がブロッキング（Ｂ）されているため、ＰＬ１１から送信する。

また、ＳＷ２０は、ＰＬ２１でＳＷ１０からのフレームを受信し、リング接続制御回路２１によりＰＬ２２へ転送される。これにより、このフレームは、ＬＰ１のＮ１，Ｎ２を介して、Ｎ３で受信される。

次に、図４を参照して、リング／スター型イーサネットシステム１における障害発生時の動作として、リング側ノードＮ３とスター側ノードＧ２との間でフレームをやり取りする場合を例として説明する。ここでは、ＳＷ１０で障害が発生して、ＳＷ２０が待機系から現用系に切り替わって動作しているものとする。

Ｎ３から送信されたＧ２宛てのフレームは、ＬＰ１のＮ２，Ｎ１を介してＳＷ２０で受信され、リング接続制御回路２１からスイッチ回路２３を介してスター接続制御回路２２へ転送される。なお、ＳＷ２０によりＰＬ２１がブロッキング（Ｂ）されているため、ＰＬ２１からは転送されない。
ここで、スター接続制御回路２２は、自装置が現用系として動作していることから、受信した当該フレームを、ＰＳ２１，ＰＳ２２の両方から配線ＬＳ２，ＬＳ０へそれぞれ転送する。

ＨＵＢ２は、Ｐ２１でＳＷ２０からのフレームを受信し、配線ＬＳ２０を介してＧ２へ送信する。
また、Ｇ２からＮ３宛てに送信したフレームは、ＬＳ１０，ＬＳ２０を介してＨＵＢ１，ＨＵＢ２の両方へ送信される。
ＨＵＢ１は、ＬＳ１０から受信したフレームを、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応するＰ１１からＬＳ１へ送信する。同じく、ＨＵＢ２は、ＬＳ２０から受信したフレームを、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応するＰ２１からＬＳ２へ送信する。

これらＨＵＢ１，ＨＵＢ２における、ポートとフレームの相手ＭＡＣアドレスとの対応関係は、当該ポートからフレームを受信した際に保存される。ここで、図３で説明した正常時において、ＳＷ１０からＨＵＢ１へ転送したフレームが、ＳＷ１０からＳＷ２０を介してＨＵＢ２にも転送されていたため、ＨＵＢ２において、Ｎ３のＭＡＣアドレスに対応するポートとしてＰ２１が対応付けられている。

このため、Ｇ２からＮ３宛てのフレームは、ＳＷ１０に障害が発生した場合でも、ＨＵＢ２において、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応するＰ２１から、新たに現用系として動作を開始したＳＷ２０へ、確実に転送されることになる。
したがって、ＳＷ２０は、ＰＳ２１でＨＵＢ２からのフレームを受信し、スター接続制御回路２２およびスイッチ回路２３を介してリング接続制御回路２１へ転送し、ＰＬ２１がブロッキング（Ｂ）されているため、ＰＬ２２から送信する。これにより、このフレームは、ＬＰ１のＮ１，Ｎ２を介して、Ｎ３で受信される。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、リング／スター型スイッチ（第１のリング／スター型スイッチ）ＳＷ１０が、自装置が現用系として動作している場合、スイッチングハブ（第１のハブ）ＨＵＢ１へ転送するフレームを複製してリング／スター型スイッチ（第２のリング／スター型スイッチ）ＳＷ２０へ転送し、自装置が待機系として動作している場合、ＳＷ２０から受信したフレームをＨＵＢ１へ転送し、ＳＷ２０が、自装置が現用系として動作している場合、スイッチングハブ（第２のハブ）ＨＵＢ２へ転送するフレームを複製してＳＷ１０へ転送し、自装置が待機系として動作している場合、ＳＷ１０から受信したフレームをＨＵＢ２へ転送するようにしたものである。

したがって、正常時において、現用系のリング／スター型スイッチＳＷ１０から受信したフレームをスター側ノードＧ１〜Ｇ３へ転送するスイッチングハブＨＵＢ１だけでなく、待機系のリング／スター型スイッチＳＷ２０から受信したフレームをスター側ノードＧ１〜Ｇ３へ転送するスイッチングハブＨＵＢ２においても、スター側ノードＧ１〜Ｇ３へ転送したフレームに基づいて、当該フレームを受信したポートＰ１１，Ｐ２１と当該フレームの相手ＭＡＣアドレスとの対応関係が保持される。

このため、障害が発生した場合、ＨＵＢ１，ＨＵＢ２のいずれにおいても、Ｇ１〜Ｇ３からＮ１〜Ｎ４宛てに送信されたフレームが、当該フレームの相手ＭＡＣアドレスと対応する正規のポートから送信されることになる。このため、リング配線ＮＷＬとスター配線ＮＷＳとを中継接続する一方のＳＷ１０（２０）で障害発生した場合、他方のＳＷ２０（１０）で直ちに通信を再開することができる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１…リング／スター型イーサネットシステム、ＳＷ１０…リング／スター型スイッチ（第１のリング／スター型スイッチ）、１１…リング接続制御回路、１２…スター接続制御回路、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｄ，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｅ…ＭＡＣ処理部、１１Ｃ，１２Ｇ…転送処理部、１１Ｅ，１２Ｆ…ＲＳＴＰ処理部、１２Ｃ…送信処理部、１２Ｄ…受信処理部、１３…スイッチ回路、ＳＷ２０…リング／スター型スイッチ（第２のリング／スター型スイッチ）、２１…リング接続制御回路、２２…スター接続制御回路、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｅ…ＭＡＣ処理部、２１Ｃ，２２Ｇ…転送処理部、２１Ｅ，２２Ｆ…ＲＳＴＰ処理部、２２Ｃ…送信処理部、２２Ｄ…受信処理部、２３…スイッチ回路、ＨＵＢ１…スイッチングハブ（第１のハブ）、ＨＵＢ２…スイッチングハブ（第２のハブ）、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４…リング側ノード、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…スター側ノード、ＮＷＬ…リング配線、ＬＰ０，ＬＰ１…配線、ＮＷＳ…スター配線、ＬＳ０，ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ１０，ＬＳ２０…配線。

Claims (4)

1. イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、
   前記第１のリング／スター型スイッチと接続するとともに、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとスター接続された第１のハブと、
   前記第２のリング／スター型スイッチと接続するとともに、前記スター側ノードとスター接続された第２のハブとを備え、
   前記第１のリング／スター型スイッチは、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１のハブへ転送するフレームを複製して前記第２のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第２のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１のハブへ転送し、
   前記第２のリング／スター型スイッチは、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第２のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第２のハブへ転送するフレームを複製して前記第１のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第１のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第２のハブへ転送する
   ことを特徴とするリング／スター型イーサネットシステム。
2. イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、前記第１のリング／スター型スイッチと接続するとともに、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとスター接続された第１のハブと、前記第２のリング／スター型スイッチと接続するとともに、前記スター側ノードとスター接続された第２のハブとを備えリング／スター型イーサネットシステムで用いられる第１（第２）のリング／スター型スイッチであって、
   前記リング側ノードとリング接続して、前記リング側ノードとの間でフレームを送受信するリング接続制御回路と、
   前記第１（第２）のハブと接続してフレームを送受信するとともに、前記第２（第１）のリング／スター型スイッチと接続してフレームを送受信するスター接続制御回路と、
   前記リング接続制御回路と前記スター接続制御回路との間でフレームを中継転送するスイッチ回路とを備え、
   前記スター接続制御回路は、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１（第２）のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１（第２）のハブへ転送するフレームを複製して前記第２（第１）のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第２（第１）のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１（第２）のハブへ転送する
   ことを特徴とするリング／スター型スイッチ。
3. イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとそれぞれスター接続された第１および第２のハブとを備えるリング／スター型イーサネットシステムで用いられるフレーム転送制御方法であって、
   前記第１のリング／スター型スイッチが、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１のハブへ転送するフレームを複製して前記第２のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第２のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１のハブへ転送するステップと、
   前記第２のリング／スター型スイッチが、自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第２のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第２のハブへ転送するフレームを複製して前記第１のリング／スター型スイッチへ転送し、自装置が待機系として動作している場合、前記第１のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第２のハブへ転送するステップと
   を備えることを特徴とするフレーム転送制御方法。
4. イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のリング側ノードとそれぞれリング接続された、冗長構成の第１および第２のリング／スター型スイッチと、前記第１のリング／スター型スイッチと接続するとともに、イーサネット通信用のフレームを送受信する複数のスター側ノードとスター接続された第１のハブと、前記第２のリング／スター型スイッチと接続するとともに、前記スター側ノードとスター接続された第２のハブとを備えリング／スター型イーサネットシステムで用いられる第１（第２）のリング／スター型スイッチで用いられるフレーム転送制御方法であって、
   自装置が現用系として動作している場合、前記リング側ノードと前記第１（第２）のハブとの間で相互にフレームを転送するとともに、当該フレームのうち前記第１（第２）のハブへ転送するフレームを複製して前記第２（第１）のリング／スター型スイッチへ転送するステップと、
   自装置が待機系として動作している場合、前記第２（第１）のリング／スター型スイッチから受信したフレームを前記第１（第２）のハブへ転送するステップと
   を備えることを特徴とするフレーム転送制御方法。

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