JP5954793B2 - 通信接続装置、通信制御装置およびそのプログラム並びに通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークを跨るトラヒックのループを防止する技術に関する。

ネットワーク間を複数の経路で接続する場合、トラヒック（フレーム、パケット、セル等）のループ障害の防止が課題となる。特に、イーサネット（登録商標）技術を適用したレイヤ２ネットワークを構成する通信装置は、各ポートに接続されたサーバやルータ等の端末装置（以下、単に「端末」と記載）固有の識別子（ＭＡＣアドレス）を学習し、宛先ＭＡＣアドレスと無関係のポートへイーサネットフレーム（以下、単にフレームと記載）を転送しないようになっているが、非ユニキャストフレーム（ブロードキャストフレーム、マルチキャストフレーム、未学習のＭＡＣアドレスを宛先とするユニキャストフレーム）は受信ポート以外の全ポートに転送される。標準化されたフレームのヘッダには転送回数の上限を示す情報が含まれていないため、ネットワークに物理的なループ構造がある場合、ループしている経路内を非ユニキャストフレームが無限に周回し、帯域を圧迫する（ループ障害）。

このようなループ障害を防ぐため、特許文献１に記載の技術やSpanning Tree Protocol（ＳＴＰ）等の従来のイーサネット技術においては、ネットワークを構成する通信装置のポートのいくつかを非アクティブ状態とすることで論理的なツリー構造を構築し、ループ障害を防止している。ネットワーク間の接続においても、同様の技術を適用することでネットワーク間を接続する複数の経路（接続経路）のうち一つのみをアクティブ状態とし、その他の接続経路を予備として非アクティブ状態にすることで、ループ障害を防止することができる。

しかしながら、上記の技術によりループ障害を防止した場合、ネットワーク間のトラヒックが一つの接続経路に集中することになるため、通信遅延やリソース利用効率の低下が課題となる。特に、大規模なネットワーク間の接続においては、アクティブ状態の接続経路と離れた位置にある端末間の通信において、この課題が顕著に現れると考えられる。

一方、ネットワーク間を接続する複数の接続経路を全てアクティブ状態とした上でループ障害を防止するには、ネットワーク設備の大幅な変更が必要になる恐れがあった。

本発明は上記の課題に鑑み、複数のアクティブ状態の接続経路で接続されたネットワーク間の通信において、ネットワーク設備の変更を抑えた上でトラヒックのループを防止することを目的とする。

本発明では、前記目的を達成するため、
ネットワーク間を接続する接続経路を形成する通信接続装置であって、
各ネットワークと接続するポートからフレームを受信するフレーム受信部と、
各ネットワークと接続するポートへフレームを送信するフレーム送信部と、
前記フレーム受信部で受信したフレームを保持するフレーム保持部と、
前記各ポートに接続されているネットワークの識別子を当該ポートおよび通信接続装置の識別子とともに保持するネットワーク識別情報保持部と、
端末の識別子と当該端末が存在するネットワークの識別子との組からなる端末情報を保持する端末情報保持部と、
受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子が通知された時、前記ネットワーク識別情報保持部および端末情報保持部が保持する情報に基づいてフレームのループを検知し、その結果を返却するループ検知部と、
前記フレーム受信部でフレームを受信したとき、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を前記ループ検知部に通知し、ループ検知部から返却された結果がループであれば前記フレーム保持部に保持されたフレームを廃棄し、ループでなければ前記フレーム保持部に保持されたフレームをフレーム送信部へ送出する転送制御部と、
前記ループ検知部においてループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信ポートに接続するネットワークの識別子を前記端末情報保持部に記録する端末情報学習部と、
前記端末情報保持部に保持された情報を他の通信接続装置と共有する端末情報共有部と、を少なくとも備えた
ことを特徴とする通信接続装置と、
ネットワーク間を接続する接続経路を形成する通信接続装置であって、
各ネットワークと接続するポートからフレームを受信するフレーム受信部と、
各ネットワークと接続するポートへフレームを送信するフレーム送信部と、
前記フレーム受信部で受信したフレームを保持するフレーム保持部と、
受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を当該通信接続装置の識別子とともに通信制御装置に送信するフレーム情報通知部と、
通信制御装置から送信された制御命令を受信する制御命令受信部と、
前記フレーム受信部でフレームを受信したとき、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を前記フレーム情報通知部に通知し、前記制御命令受信部を介して受け取った制御命令に従い、前記フレーム保持部に保持されたフレームをフレーム送信部へ送出し又は廃棄する転送制御部と、を少なくとも備えた
ことを特徴とする通信接続装置と、
前記通信接続装置を制御する通信制御装置であって、
前記通信接続装置の各ポートに接続されているネットワークの識別子を当該ポートおよび通信接続装置の識別子とともに保持するネットワーク識別情報保持部と、
端末の識別子と当該端末が存在するネットワークの識別子との組からなる端末情報を保持する端末情報保持部と、
受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子が通知された時、前記ネットワーク識別情報保持部および端末情報保持部が保持する情報に基づいてフレームのループを検知するループ検知部と、
前記通信接続装置から送信された受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を受信してループ検知部に通知する通知受信部と、
前記ループ検知部においてループでないと判断したフレームを送信し、ループであると判断したフレームを廃棄する制御命令を生成する制御命令生成部と、
前記フレーム情報を送信した通信接続装置に前記制御命令を送信する制御命令送信部と、
前記ループ検知部においてループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信したポートに接続するネットワークの識別子を前記端末情報保持部に記録する端末情報学習部と、を少なくとも備えた
ことを特徴とする通信制御装置とを提案する。

本発明によれば、複数のアクティブ状態の接続経路で接続されたネットワーク間の通信において、ネットワーク設備の変更を抑えた上で、トラヒック（フレーム）のループを防止することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態で想定するネットワーク構成の一例を示す構成図 本発明の第１の実施の形態におけるゲートウェイの一例を示す構成図 図２中のネットワーク識別情報保持部が保持する情報の一例を示す説明図 図２中の端末情報保持部が保持する情報の一例を示す説明図 図２中のループ検知部の動作の一例を示すフローチャート 図２中の転送制御部の動作の一例を示すフローチャート 図２中の端末情報学習部の動作の一例を示すフローチャート 図２中の端末情報共有部の動作の一例を示すフローチャート 本発明の第１の実施の形態におけるゲートウェイの他の例を示す構成図 図９中のループ検知部の動作の一例を示すフローチャート 図９中の端末情報共有部の動作の一例を示すフローチャート 図１のネットワーク構成における非ユニキャストフレームの転送過程の一例を示す説明図 本発明の第２の実施の形態で想定するネットワーク構成の一例を示す構成図 本発明の第２の実施の形態におけるゲートウェイおよび通信制御装置の一例を示す構成図 図１４中の転送制御部の動作の一例を示すフローチャート 図１４中の制御命令生成部の動作の一例を示すフローチャート 図１３のネットワーク構成における非ユニキャストフレームの転送過程の一例を示す説明図

本発明は、ネットワークを構成する通信装置のうちネットワーク間を接続する複数の接続経路をそれぞれ形成する複数の通信装置（以下、「通信接続装置」）の分散制御により実施する形態（第１の実施の形態）と、複数の通信接続装置とこれを制御する通信制御装置により実施する形態（第２の実施の形態）とがある。以下、図面を用いてそれぞれの実施の形態について詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態で想定するネットワーク構成の一例を示している。本例では、本発明の通信接続装置、ここではゲートウェイＸ，Ｙにより、互いに接続されたイーサネット対応の通信装置Ａ，Ｂと、同じく互いに接続されたイーサネット対応の通信装置Ｃ，Ｄとを接続する構成とした。本構成は通信装置Ａ，Ｂにより構成されるネットワークＮＷ［１］と通信装置Ｃ，Ｄにより構成されるネットワークＮＷ［２］とが、ゲートウェイＸ，Ｙによりそれぞれ形成される２つのアクティブ状態の接続経路で接続されているものである。

ゲートウェイＸ，ＹはポートＰ１，Ｐ２を有し、また、通信装置Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有し、それぞれ図示の通り異なる通信装置または端末と接続している。端末１，２，３，４は固有の識別子（ＭＡＣアドレス）をそれぞれ有しているものとする。また、ここで簡単のため、各ゲートウェイ、通信装置、ネットワーク、ポートおよび端末の識別子をその符号で表すものとする。

ネットワーク構成は本例に依らず、ゲートウェイの数がより多い場合や、各ネットワークが大規模な場合、各通信装置に複数の端末が接続されている場合においても、本発明は適用可能である。また、各ネットワークを構成する通信装置がイーサネット以外のプロトコルに対応しているとしても良い。但し、ゲートウェイ（Ｘ，Ｙ）は、接続されている各ネットワークに適用されたプロトコルに対応しているものとし、あるネットワークから受信したフレームを異なるプロトコルが適用されたネットワークに転送する際には、転送先のネットワークで扱えるフォーマットに変換できるものとする。

本発明のゲートウェイＸ，Ｙは、（図１中の点線で示す）直接接続している経路か、接続しているネットワークＮＷ［１］，ＮＷ［２］のいずれかを利用して互いに通信可能であるものとする。

図２は、第１の実施の形態におけるゲートウェイＸ，Ｙの一例を示すもので、ゲートウェイＸ，Ｙはそれぞれ、フレーム受信部１１、フレーム送信部１２、フレーム保持部１３、ネットワーク識別情報保持部１４、端末情報保持部１５、ループ検知部１６、転送制御部１７、端末情報学習部１８、端末情報共有部１９を備えて構成される。

フレーム受信部１１は、各ネットワークと接続するポートＰ１，Ｐ２からフレームを受信する。フレーム送信部１２は、各ネットワークと接続するポートＰ１，Ｐ２へフレームを送信する。フレーム保持部１３は、フレーム受信部１１で受信したフレームを保持する。

ネットワーク識別情報保持部１４は、各ポートＰ１，Ｐ２に接続されているネットワークの識別子を当該ポートおよびゲートウェイの識別子とともに保持する。端末情報保持部１５は、端末の識別子（ＭＡＣアドレス）と当該端末が存在するネットワークの識別子との組からなる端末情報を保持する。

ループ検知部１６は、受信したフレームの送信元端末の識別子と受信したポートの識別子が通知された時、ネットワーク識別情報保持部１４および端末情報保持部１５が保持する情報に基づいてフレームのループを検知、詳細には端末情報保持部１５に該当する端末情報があり、かつその端末情報中のネットワークの識別子がネットワーク識別情報保持部１４における受信ポートの識別子に対応するネットワークの識別子と異なる場合はループであると判断し、その端末情報中のネットワークの識別子がネットワーク識別情報保持部１４における受信ポートの識別子に対応するネットワークの識別子と同じ場合または端末情報保持部１５に該当する端末情報がない場合はループでないと判断し、その結果を返却する。

転送制御部１７は、フレーム受信部１１でフレームを受信したとき、受信したフレームの送信元端末の識別子と受信したポートの識別子をループ検知部１６に通知し、ループ検知部１６から返却された結果がループであればフレーム保持部１３に保持されたフレームを廃棄し、ループでなければフレーム保持部１３に保持されたフレームをフレーム送信部１２へ送出する。

端末情報学習部１８は、ループ検知部１６においてループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信したポートに接続するネットワークの識別子を端末情報保持部１５に記録する。端末情報共有部１９は、端末情報保持部１５に保持された情報を他の同様なゲートウェイと共有、詳細には端末情報保持部１５に端末情報が追加または更新された場合は当該情報を他のゲートウェイに通知し、他のゲートウェイから通知された端末情報を端末情報保持部１５に記録する。

前記ゲートウェイの動作を簡単に説明する。

フレーム受信部１１でフレームを受信すると、当該受信フレームをフレーム保持部１３に保持させるとともに、転送制御部１７よりループ検知部１６に対して受信フレームの識別子と受信ポートの識別子を通知する。ループ検知部１６では受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子、ネットワーク識別情報保持部１４および端末情報保持部１５に保持されている情報に基づいて当該受信フレームがループフレームか否かを検知し、その結果を転送制御部１７へ返却する。

転送制御部１７では検知結果がループフレームであればフレーム保持部１３に保持されたフレームを廃棄し、ループフレームでなければフレーム保持部１３に保持されたフレームをフレーム送信部１２へ送出し、当該フレームを受信ネットワーク以外のネットワークに接続しているポートから送信する。

また、端末情報学習部１８ではループフレームでないフレームの送信元端末の識別子および受信ポートに接続するネットワーク（受信ネットワーク）の識別子を端末情報保持部１４に記録し、また、端末情報共有部１９では他のゲートウェイに端末情報を通知する。

図３は、ネットワーク識別情報保持部１４が保持する情報の一例を示すものである。本例では図１のネットワーク構成に対応して、ゲートウェイＸのポートＰ１，Ｐ２に対してそれぞれＮＷ［１］，ＮＷ［２］が保持され、ゲートウェイＹのポートＰ１，Ｐ２に対してそれぞれＮＷ［１］，ＮＷ［２］が保持されている。ここでは簡単のため、これらの情報はネットワークの管理者により事前に設定されるものとする。

図４は、端末情報保持部１５が保持する端末情報の一例を示すものである。端末情報保持部１５は、初期状態においては図中の左側に示すように何も記録されておらず、後述するように端末情報学習部１８または端末情報共有部１９によって各端末の識別子と当該端末が存在するネットワーク（所属ネットワーク）の識別子との組からなる端末情報が順次記録・保持される。図１のネットワーク構成に対応して全端末についての情報が記録された場合、端末情報保持部１５には図中の右側に示すような情報が保持されることになる。なお、端末が異なるネットワークに移動する場合を考慮し、保持される情報には有効期間があり、有効期間を超えた端末情報は端末情報保持部１５から消去されるとしても良い。以下では簡単のため、端末はネットワーク間を移動しないものとする。

図５は、ループ検知部１６の動作の一例を示すフローチャートである。ループ検知部１６は転送制御部１７より、受信したフレームのフレーム情報（送信元端末と受信ポートの識別子を含む）が通知された時、以下の流れで受信したフレームがループフレームか否かを判定し、その結果を返却する。ここでループフレームとは、いずれかのゲートウェイにより送信され、その後、送信元端末の所属ネットワーク以外のネットワークから受信されたフレームを指すものとする。

まず、受信フレームの送信元端末の識別子について端末情報保持部１５に該当する端末情報があるか否かを判定する（ｓ１１）。該当する端末情報がない場合（ｓ１１：Ｎｏ）、当該フレームはゲートウェイにより送信されたことがないとして、ループフレームではない（「ループ検知結果＝Ｎｏ」）と判定する（ｓ１２）。

一方、端末情報保持部１５に該当する端末情報がある場合（ｓ１１：Ｙｅｓ）、当該フレームはゲートウェイにより送信元端末の所属ネットワークから異なるネットワークに送信されたことがあるとして、次に、受信ポートに接続するネットワーク（以下、受信ネットワーク）の識別子と該当端末情報に含まれるネットワークの識別子を比較する（ｓ１３）。このとき、受信ネットワークの識別子は、フレームの受信ポートの識別子についてネットワーク識別情報保持部１４を参照することにより得ることができる。

前記二つのネットワーク識別子が異なる場合（ｓ１３：Ｙｅｓ）、当該フレームは送信元端末の所属ネットワークとは異なるネットワークから受信したフレームであることから、ループフレームである（「ループ検知結果＝Ｙｅｓ」）と判定する（ｓ１４）。前記二つのネットワーク識別子が同じ場合（ｓ１３：Ｎｏ）、送信元端末の所属ネットワークと同一のネットワークから受信したフレームであることから、ループフレームではない（「ループ検知結果＝Ｎｏ」）と判定する（ｓ１２）。

図６は、転送制御部１７の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、データを受信したとき、そのデータがフレームかループ検知結果を判定する（ｓ２１）。

受信したデータがフレーム受信部１１で受信したフレームであるとき（ｓ２１：フレーム）は、当該フレームがループフレームか否かを判定するために、そのフレーム情報をループ検知部１６に通知する（ｓ２２）。

また、受信したデータがループ検知結果であるとき（ｓ２１：ループ検知結果）は、さらにその結果が「Ｙｅｓ」か「Ｎｏ」かを判定し（ｓ２３）、ループ検知結果が「Ｙｅｓ（ループフレームである）」の場合はループを防ぐためにフレーム保持部１３に保持されているフレームを廃棄し（ｓ２４）、ループ検知結果が「Ｎｏ（ループフレームではない）」場合はフレーム保持部１３に保持されているフレームをフレーム送信部１２に送り（ｓ２５）、当該フレームを受信ネットワーク以外のネットワークに接続しているポートから送信させる。

フレームを送信する場合、受信ネットワーク以外のネットワークに接続しているポートからフレームを送信する方法以外に、端末情報保持部１５に保持された情報から宛先端末の所属ネットワークがわかる場合は、当該所属ネットワークに接続しているポートからフレームを送信するとしても良い。

図７は、端末情報学習部１８の動作の一例を示すフローチャートである。

ループ検知部１６におけるループ検知結果が「Ｎｏ」の場合（ｓ３１：Ｎｏ）、送信元端末は受信ネットワークに存在しているとみなせるため、フレームの送信元端末の識別子と受信ネットワークの識別子との組からなる端末情報を端末情報保持部１５に記録する（ｓ３２）。当該送信元端末についての端末情報が既に記録されており、端末情報に有効期間を設けている場合は端末情報を更新する。

一方、ループ検知部１６におけるループ検知結果が「Ｙｅｓ」の場合（ｓ３１：Ｙｅｓ）、送信元端末は受信ネットワークに所属していないとみなせるため、何もしない（端末情報を記録しない）。

図８は、端末情報共有部１９の動作の一例を示すフローチャートである。

端末情報保持部１５に端末情報の追加または更新があった場合、端末情報共有部１９は、他のゲートウェイと直接接続している経路か、接続しているネットワーク（ＮＷ［１］，ＮＷ［２］）のいずれかを利用して、追加または更新された端末情報を他のゲートウェイに通知する（ｓ４１）。他のゲートウェイから端末情報が通知された場合、端末情報保持部１５に当該端末情報を記録する（ｓ４２）。

図９は、本発明の第１の実施の形態におけるゲートウェイの他の例を示すもので、図２のゲートウェイとはループフレームの判定を行う際に他のゲートウェイと端末情報の共有を行う点、即ち端末情報保持部１５に受信フレームの送信元端末についての端末情報がなかった場合、他のゲートウェイに対して当該送信元端末についての端末情報を要求し、当該他のゲートウェイからの応答を受信した後に、ループ検知およびフレームの送信または廃棄を行う点が異なる。

具体的には、図２のゲートウェイとは、ループ検知部１６の代わりにループ検知部１６ｂを備え、また、端末情報共有部１９の代わりに端末情報共有部１９ｂを備えた点が異なる。

ここで、ループ検知部１６ｂは、受信したフレームの送信元端末の識別子と受信したポートの識別子が通知された時、端末情報保持部１５に該当する端末情報がなければ端末情報共有部１９ｂに前記受信したフレームの送信元端末の識別子を通知して他のゲートウェイからの応答を受け取り、端末情報保持部１５もしくは他のゲートウェイからの応答に該当する端末情報があり、かつその端末情報中のネットワークの識別子がネットワーク識別情報保持部１４における前記受信したポートの識別子に対応するネットワークの識別子と異なる場合はループであると判断し、その端末情報中のネットワークの識別子がネットワーク識別情報保持部１４における前記受信したポートの識別子に対応するネットワークの識別子と同じ場合または端末情報保持部１５もしくは他のゲートウェイからの応答に該当する端末情報がない場合はループでないと判断し、その結果を返却する。

また、端末情報共有部１９ｂは、ループ検知部１６ｂからの受信したフレームの送信元端末の識別子の通知に応じて他のゲートウェイに当該識別子を含む端末情報を要求し、また、他のゲートウェイから受信したフレームの送信元端末の識別子を含む端末情報を要求された場合はその端末情報保持部に該当する端末情報があれば当該端末情報を要求元のゲートウェイに応答し、該当する端末情報がなければ該当情報無しを要求元のゲートウェイに応答し、また、他のゲートウェイからの応答が該当情報無しであればこれをループ検知部１６ｂに返却し、他のゲートウェイからの応答が端末情報であればこれをループ検知部１６ｂに返却するとともに端末情報保持部１５に記録する。

以下、図２のゲートウェイと異なる動作をするループ検知部１６ｂおよび端末情報共有部１９ｂについて、フローチャートを用いて説明する。

図１０は、ループ検知部１６ｂの動作の一例を示すフローチャートである。

まず、受信フレームの送信元端末の識別子について端末情報保持部１５に該当する端末情報があるか否かを判定する（ｓ５１）。該当する端末情報がない場合（ｓ５１：Ｎｏ）、当該送信元端末についての端末情報を他のゲートウェイに要求するために、端末情報共有部１９ｂに受信フレームの送信元端末の識別子を通知する（ｓ５２）。

端末情報共有部１９ｂからの応答結果が「該当情報なし」だった場合（ｓ５３：該当情報なし）、つまり他のゲートウェイにおいても当該送信元端末についての端末情報がなかった場合、当該フレームはゲートウェイにより送信されていないとして、ループフレームではない（「ループ検知結果＝Ｎｏ」）と判定する（ｓ５４）。

一方、端末情報保持部１５に該当する情報がある場合（ｓ５１：Ｙｅｓ）、または端末情報共有部１９ｂからの応答結果が「端末情報」だった場合（ｓ５３：端末情報）、つまり他のゲートウェイから端末情報を得ることができた場合、当該フレームはゲートウェイにより送信元端末の所属ネットワークから異なるネットワークに送信されているとして、次に、受信ネットワークの識別子と該当端末情報に含まれるネットワークの識別子を比較する（ｓ５５）。

前記二つのネットワーク識別子が異なる場合（ｓ５５：Ｙｅｓ）、当該フレームは送信元端末の所属ネットワークとは異なるネットワークから受信したフレームであることから、ループフレームである（「ループ検知結果＝Ｙｅｓ」）と判定する（ｓ５６）。前記二つのネットワーク識別子が同じ場合（ｓ５５：Ｎｏ）、送信元端末の所属ネットワークと同一のネットワークから受信したフレームであることから、ループフレームではない（「ループ検知結果＝Ｎｏ」）と判定する（ｓ５４）。

図１１は、端末情報共有部１９ｂの動作の一例を示すフローチャートである。

ループ検知部１６ｂからフレーム情報（受信したフレームの送信元端末の識別子）が通知された場合、他のゲートウェイに当該送信元端末についての端末情報を要求する（ｓ６１）。

また、他のゲートウェイから受信フレームの送信元端末の識別子を含む端末情報を要求された場合、端末情報保持部１５に当該送信元端末の端末情報があれば（ｓ６２：Ｙｅｓ）、要求元のゲートウェイに当該端末情報を応答し（ｓ６３）、端末情報保持部１５に当該送信元端末の端末情報がなければ（ｓ６２：Ｎｏ）、該当情報なしとして応答する（ｓ６４）。

さらに、他のゲートウェイから応答を受けた場合、応答内容が端末情報であれば（ｓ６５：端末情報）、ループ検知部１６ｂに当該端末情報を応答結果として返却する（ｓ６６）とともに端末情報保持部１５に記録する（ｓ６７）。一方、応答内容が「該当情報なし」であれば（ｓ６５：該当情報なし）、ループ検知部１６ｂに「該当情報なし」を応答結果として返却する（ｓ６８）。なお、ゲートウェイが３つ以上ある場合は、すべてのゲートウェイから「該当情報なし」の応答を受けた場合に、ループ検知部１６ｂに「該当情報なし」と応答するものとする。

以上のように、図９に示したゲートウェイは、既知の送信元端末からフレームを受信した場合は、端末情報保持部１５に保持している端末情報に基づいて受信フレームがループフレームか否かの判定を実施し、未知の送信元端末からフレームを受信した場合は、当該端末についての端末情報を他のゲートウェイに対して要求し、応答を受けた後に受信フレームがループフレームか否かの判定を実施する。そして、ループフレームを廃棄することで、ネットワーク間をトラヒックがループすることを防止する。

以下では、具体的な例を用いて本実施の形態においてトラヒックのループが防止される過程を示す。

図１２は、非ユニキャストフレームの転送過程の一例を示す説明図である。本例では、端末１がブロードキャストフレームを送信した例を示している。

まず、図２に示したゲートウェイを適用した場合について説明する。

ネットワークＮＷ［１］に存在する端末１が送信したブロードキャストフレームは通信装置Ａ，Ｂにより転送され、端末２およびゲートウェイＸ，Ｙで受信される。

最初にフレームを受信したゲートウェイＸは、ループ検知部１６により当該フレームについて判定を行う。この時、端末情報保持部１５に送信元端末についての端末情報がないため、ループの検知結果は「Ｎｏ」となる。

次に端末情報学習部１８によって端末情報の記録を行う。ループ検知結果が「Ｎｏ」であることから、端末情報保持部１５に端末１の端末情報として、送信元端末の識別子（１）と受信ネットワークの識別子（ＮＷ［１］）との組を記録する。

さらに、端末情報共有部１９は、端末情報保持部１５に追加された端末１についての端末情報をゲートウェイＹに対して通知し、これを受信したゲートウェイＹは当該端末情報を自身の端末情報保持部１５に記録する。

そして、ゲートウェイＸはループ検知結果が「Ｎｏ」であることから、受信フレームをネットワークＮＷ［１］からネットワークＮＷ［２］（ポートＰ２）に送信する。

また、ゲートウェイＹにおいてもポートＰ１からブロードキャストフレームが受信される。ここでゲートウェイＹがフレームをネットワークＮＷ［２］に送信すると、ネットワークＮＷ［２］内に同一フレームが重複して転送されることになる。ここではループ障害の防止にのみ着目するために、何らかの手段によってゲートウェイＹがフレームを廃棄するものとする。なお、本発明は、重複して転送されたフレームのループも防止できることを付記しておく。

ゲートウェイＸにより送信されたフレームは、通信装置Ｃ，Ｄにより転送され、端末３，４およびゲートウェイＹにより受信される。このとき、ゲートウェイＹが受信したフレームをネットワークＮＷ［１］へ送信すると、フレームのループが発生することになる。

ゲートウェイＹは、ループ検知部１６によって、受信したフレームがループフレームか否かを判定する。端末情報保持部１５に送信元端末についての端末情報があり、かつフレームの受信ネットワークの識別子と該当情報のネットワーク識別子が異なるため、ループ検知結果は「Ｙｅｓ」となる。従って、ゲートウェイＹは端末情報の記録を行わず、また、フレームを廃棄する。以上により、ネットワーク間をフレームがループすることが防がれる。

次に、図９に示したゲートウェイを適用した場合について説明する。

ネットワークＮＷ［１］に存在する端末１が送信したブロードキャストフレームは通信装置Ａ，Ｂにより転送され、端末２およびゲートウェイＸ，Ｙで受信される。

最初にフレームを受信したゲートウェイＸは、ループ検知部１６ｂにより当該フレームについて判定を行う。端末情報保持部１５に送信元端末についての端末情報がないため、端末情報共有部１９ｂに送信元端末の識別子を通知する。

端末情報を通知された端末情報共有部１９ｂは、ゲートウェイＹに対し端末１についての端末情報を要求し、これを受信したゲートウェイＹは、端末情報保持部１５に当該端末についての端末情報が保持されていないことから、「該当情報なし」として応答する。結果として、ゲートウェイＸにおいて、受信フレームのループ検知結果は「Ｎｏ」となる。

次に端末情報学習部１８によって端末情報の記録を行う。ループ検知結果が「Ｎｏ」であることから、端末情報保持部１５に端末１の端末情報として、送信元端末の識別子（１）と受信ネットワークの識別子（ＮＷ［１］）との組を記録する。

そして、ゲートウェイＸはループ検知結果が「Ｎｏ」であることから、受信フレームをネットワークＮＷ［１］からネットワークＮＷ［２］（ポートＰ２）に送信する。

また、ゲートウェイＹにおいてもポートＰ１からブロードキャストフレームが受信されるが、ここではループ障害の防止にのみ着目するために、何らかの手段によってゲートウェイＹがフレームを廃棄し、重複転送は起こらないものとする。

ゲートウェイＸにより送信されたフレームは、通信装置Ｃ，Ｄにより転送され、端末３，４およびゲートウェイＹにより受信される。このとき、ゲートウェイＹが受信したフレームをネットワークＮＷ［１］へ送信すると、フレームのループが発生することになる。

ゲートウェイＹは、ループ検知部１６ｂによって、受信したフレームがループフレームか否かを判定する。端末情報保持部１５に送信元端末についての端末情報がないため、端末情報共有部１９ｂに送信元端末の識別子を通知する。

端末情報を通知された端末情報共有部１９ｂは、ゲートウェイＸに対し端末１についての端末情報を要求し、これを受信したゲートウェイＸは、自身の端末情報保持部１５に保持されている端末１の端末情報をゲートウェイＹに応答する。応答を受けたゲートウェイＹは、ループ検知部１６ｂにゲートウェイＸから受信した端末情報を応答し、さらに当該端末情報を端末情報保持部１５に記録する。結果として、ゲートウェイＹにおいて、受信フレームのループ検知結果は「Ｙｅｓ」となる。従って、ゲートウェイＹは端末情報の記録を行わず、また、フレームを廃棄する。以上により、ネットワーク間をフレームがループすることが防がれる。

＜第２の実施の形態＞
図１３は、本発明の第２の実施の形態で想定するネットワーク構成の一例を示している。本例では、図１のネットワーク構成例と異なり、ゲートウェイＸ，Ｙはそれぞれ通信制御装置Ｚに接続されており、通信制御装置Ｚとの間で受信したフレームの情報や制御命令をやりとりする。なお、本発明の通信制御装置Ｚは、図１３に示すように専用の通信制御装置を用意する方法のほか、ゲートウェイのうちの一台を通信制御装置として動作させる方法がある。

図１４は、第２の実施の形態におけるゲートウェイおよび通信制御装置の一例を示すもので、ゲートウェイＸ，Ｙはそれぞれ、フレーム受信部２１、フレーム送信部２２、フレーム保持部２３、フレーム情報通知部２４、制御命令受信部２５、転送制御部２６を備えて構成され、また、通信制御装置Ｚは、ネットワーク識別情報保持部３１、端末情報保持部３２、ループ検知部３３、通知受信部３４、制御命令生成部３５、制御命令送信部３６、端末情報学習部３７を備えて構成される。

フレーム受信部２１は、各ネットワークと接続するポートＰ１，Ｐ２からフレームを受信する。フレーム送信部２２は、各ネットワークと接続するポートＰ１，Ｐ２へフレームを送信する。フレーム保持部２３は、フレーム受信部２１で受信したフレームを保持する。

フレーム情報通知部２４は、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を当該ゲートウェイの識別子とともに通信制御装置Ｚに送信する。制御命令受信部２５は、通信制御装置Ｚから送信された制御命令を受信する。

転送制御部２６は、フレーム受信部２１でフレームを受信したとき、受信したフレームの送信元端末の識別子と受信したポートの識別子をフレーム情報通知部２４に通知し、制御命令受信部２５を介して受け取った制御命令に従い、フレーム保持部２３に保持されたフレームをフレーム送信部２２へ送出し又は廃棄する。

ネットワーク識別情報保持部３１は、ゲートウェイの各ポートＰ１，Ｐ２に接続されているネットワークの識別子を当該ポートおよびゲートウェイの識別子とともに保持する。端末情報保持部３２は、端末の識別子（ＭＡＣアドレス）と当該端末が存在するネットワークの識別子との組からなる端末情報を保持する。

ループ検知部３３は、受信したフレームの送信元端末の識別子と受信したポートの識別子が通知された時、ネットワーク識別情報保持部３１および端末情報保持部３２が保持する情報に基づいてフレームのループを検知する。なお、詳細な動作は第１の実施の形態のループ検知部１６と基本的に同様である。

通知受信部３４は、ゲートウェイから送信された受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を受信してループ検知部３３に通知する。制御命令生成部３５は、ループ検知部３３においてループでないと判断したフレームを送信し、ループであると判断したフレームを廃棄する制御命令を生成する。制御命令送信部３６は、前記フレーム情報を送信したゲートウェイに前記制御命令を送信する。

端末情報学習部３７は、ループ検知部３３においてループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信したポートに接続するネットワークの識別子を端末情報保持部３２に記録する。

前記ゲートウェイおよび通信制御装置の動作を簡単に説明する。

ゲートウェイのフレーム受信部２１でフレームを受信すると、当該受信フレームをフレーム保持部２３に保持させるとともに、転送制御部２６よりフレーム情報通知部２４に対して受信フレームの識別子と受信ポートの識別子を通知する。フレーム情報通知部２４では、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を当該ゲートウェイの識別子（図１３のネットワーク構成例では「Ｘ」または「Ｙ」）とともに通信制御装置Ｚに送信する。

通信制御装置Ｚの通知受信部３４でゲートウェイから送信された受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を当該ゲートウェイの識別子とともに受信すると、当該フレーム情報をループ検知部３３に通知する。ループ検知部３３ではフレーム情報中の受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子、ネットワーク識別情報保持部３１および端末情報保持部３２に保持されている情報に基づいて当該受信フレームがループフレームか否かを検知し、その結果を制御命令生成部３５および端末情報学習部３７へ送る。

制御命令生成部３５ではループ検知部３３においてループでないと判断したフレームを送信し、ループであると判断したフレームを廃棄する制御命令を生成して制御命令送信部３６に送る。制御命令送信部３６では通知受信部３４でフレーム情報とともに受信したゲートウェイの識別子に対応するゲートウェイ、即ち当該フレーム情報を送信したゲートウェイに前記制御命令を送信する。また、端末情報学習部３７ではループフレームでないフレームの送信元端末の識別子および受信ポートに接続するネットワーク（受信ネットワーク）の識別子を端末情報保持部３２に記録する。

ゲートウェイの制御命令受信部２５で制御命令を受信すると、転送制御部２６では制御命令受信部２５を介して受け取った制御命令に従い、フレーム保持部２３に保持されたフレームをフレーム送信部２２へ送出し又は廃棄する。フレームを受け取ったフレーム送信部２２は、当該フレームを受信ネットワーク以外のネットワークに接続しているポートから送信する。

図１５は、ゲートウェイの転送制御部２６の動作の一例を示すフローチャートである。

受信したデータがフレーム受信部２１で受信したフレームであるとき（ｓ７１：フレーム）は、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子をフレーム情報通知部２４に通知する（ｓ７２）。また、受信したデータが制御命令受信部２５を介して受け取った制御命令であるとき（ｓ７１：制御命令）は、当該制御命令に従い、フレーム保持部２３に保持されたフレームをフレーム送信部２２へ送出し又は廃棄する（ｓ７３）。

図１６は、通信制御装置の制御命令生成部３５の動作の一例を示すフローチャートである。

ループ検知部３３におけるループ検知結果が「Ｙｅｓ」か「Ｎｏ」かを判定し（ｓ８１）、ループ検知結果が「Ｙｅｓ（ループフレームである）」の場合は当該フレームを廃棄する制御命令を生成し（ｓ８２）、また、ループ検知結果が「Ｎｏ（ループフレームではない）」の場合は当該フレームを送信する制御命令を生成し（ｓ８３）、制御命令送信部３６に送る。

このとき、「受信ネットワーク以外に接続しているポートからフレームを送信する」制御命令を生成する方法の他、ゲートウェイから通知されたフレーム情報に宛先端末の識別子が含まれており、かつ、端末情報保持部３２に保持された情報から宛先端末の所属ネットワークがわかる場合は、「当該所属ネットワークに接続しているポートからフレームを送信する」制御命令を生成しても良い。

本実施の形態のゲートウェイおよび通信制御装置を実装する一つの方法として、ＯｐｅｎＦｌｏｗを利用する方法が挙げられる。ＯｐｅｎＦｌｏｗは、ＯｐｅｎＦｌｏｗプロトコルに対応した「ＯｐｅｎＦｌｏｗスイッチ」と呼ばれる通信装置を「ＯｐｅｎＦｌｏｗコントローラ」と呼ばれる通信制御装置により集中制御する技術である。「ＯｐｅｎＦｌｏｗスイッチ」をゲートウェイとし、「ＯｐｅｎＦｌｏｗコントローラ」を通信制御装置とすることで本実施の形態を実装できる。

以下では、具体的な例を用いて本実施の形態においてトラヒックのループが防止される過程を示す。

図１７は、非ユニキャストフレームの転送過程の一例を示す説明図である。本例では、端末１がブロードキャストフレームを送信した例を示している。

ネットワークＮＷ［１］に存在する端末１が送信したブロードキャストフレームは通信装置Ａ，Ｂにより転送され、端末２およびゲートウェイＸ，Ｙで受信される。

最初にフレームを受信したゲートウェイＸは、受信フレームの送信元端末の識別子（１）と受信ポートの識別子（Ｐ１）を含むフレーム情報を当該ゲートウェイＸの識別子（Ｘ）とともに通信制御装置Ｚに通知する。

通信制御装置Ｚでは、ループ検知部３３によりゲートウェイＸで受信されたフレームがループフレームか否かを判定する。この時、端末情報保持部３２に送信元端末についての端末情報がないため、ループ検知結果は「Ｎｏ」となる。

次に端末情報学習部３７によって端末情報の記録を行う。ループ検知結果が「Ｎｏ」であることから、端末情報保持部３２に端末１の端末情報として、送信元端末の識別子（１）と受信ネットワークの識別子（ＮＷ［１］）との組を記録する（図中、右下の表参照）。

その後、通信制御装置Ｚは制御命令生成部３５によりフレームを送信するよう制御命令を生成する。本例では、ネットワークＮＷ［１］以外に接続しているポート（Ｐ２）からフレームを送信するよう制御命令を生成し、制御命令送信部３６からゲートウェイＸに送信したとする。

制御命令を受け取ったゲートウェイＸは、ポートＰ２から受信フレームを送信する。これによってネットワークＮＷ［１］からネットワークＮＷ［２］（ポートＰ２）に受信フレームが転送される。

また、ゲートウェイＹにおいてもポートＰ１からブロードキャストフレームが受信される。ここでゲートウェイＹがフレームをネットワークＮＷ［２］に送信すると、ネットワークＮＷ［２］内に同一フレームが重複して転送されることになる。ここではループ障害の防止にのみ着目するために、何らかの手段によってゲートウェイＹがフレームを廃棄するものとする。

ゲートウェイＸにより送信されたフレームは、通信装置Ｃ，Ｄにより転送され、端末３，４およびゲートウェイＹにより受信される。このとき、ゲートウェイＹが受信したフレームをネットワークＮＷ［１］へ送信すると、フレームのループが発生することになる。

ゲートウェイＹは、受信フレームの送信元端末の識別子（１）と受信ポートの識別子（Ｐ１）を含むフレーム情報を当該ゲートウェイＹの識別子（Ｙ）とともに通信制御装置Ｚに通知する。

通信制御装置Ｚでは、ループ検知部３３によりゲートウェイＹで受信されたフレームがループフレームか否かを判定する。この時、端末情報保持部３２には送信元端末についての端末情報があり、かつ受信ネットワークの識別子と該当端末情報のネットワークの識別子が異なるため、ループ検知結果は「Ｙｅｓ」となる。従って、通信制御装置Ｚは端末情報を記録せず、また、制御命令生成部３５により受信フレームを廃棄するよう制御命令を生成し、ゲートウェイＹに送信する。

制御命令を受け取ったゲートウェイＹは、受信フレームを廃棄する。以上により、ネットワーク間をフレームがループすることが防がれる。

以上のように、本発明は、ゲートウェイにおけるフレーム転送制御によってトラヒックがネットワーク間をループすることを防止するものである。一般に、ネットワーク間を接続するゲートウェイの数は各ネットワークを構成する通信装置の数に比べて少ないと考えられるため、ネットワーク設備の変更を抑えた上でループ障害を防止することが可能となる。

なお、本発明は、Virtual LAN（ＶＬＡＮ）技術等を用いて物理ネットワーク上に構成された仮想的なネットワークに対しても適用可能である。

また、本発明は、周知のコンピュータに媒体もしくは通信回線を介して、図２、図９もしく図１４の構成図に示された機能を実現するプログラム、または図５〜図８、図１０〜図１１もしくは図１５〜図１６のフローチャートに示された手順を備えるプログラムをインストールすることによっても実現可能である。

Ｘ，Ｙ：ゲートウェイ（通信接続装置）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：通信装置、ＮＷ［１］，ＮＷ［２］：ネットワーク、１，２，３，４：端末、Ｚ：通信制御装置、１１，２１：フレーム受信部、１２，２２：フレーム送信部、１３，２３：フレーム保持部、１４，３１：ネットワーク識別情報保持部、１５，３２：端末情報保持部、１６，１６ｂ，３３：ループ検知部、１７，２６：転送制御部、１８，３７：端末情報学習部、１９，１９ｂ：端末情報共有部、２４：フレーム情報通知部、２５：制御命令受信部、３４：通知受信部、３５：制御命令生成部、３６：制御命令送信部。

特開２００７−１９６９８号公報（「リング型冗長通信路制御方法」）

Claims (8)

1. ネットワーク間を接続する接続経路を形成する通信接続装置であって、
   各ネットワークと接続するポートからフレームを受信するフレーム受信部と、
   各ネットワークと接続するポートへフレームを送信するフレーム送信部と、
   前記フレーム受信部で受信したフレームを保持するフレーム保持部と、
   前記各ポートに接続されているネットワークの識別子を当該ポートおよび通信接続装置の識別子とともに保持するネットワーク識別情報保持部と、
   端末の識別子と当該端末が存在するネットワークの識別子との組からなる端末情報を保持する端末情報保持部と、
   受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子が通知された時、前記ネットワーク識別情報保持部および端末情報保持部が保持する情報に基づいてフレームのループを検知し、その結果を返却するループ検知部と、
   前記フレーム受信部でフレームを受信したとき、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を前記ループ検知部に通知し、ループ検知部から返却された結果がループであれば前記フレーム保持部に保持されたフレームを廃棄し、ループでなければ前記フレーム保持部に保持されたフレームをフレーム送信部へ送出する転送制御部と、
   前記ループ検知部においてループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信ポートに接続するネットワークの識別子を前記端末情報保持部に記録する端末情報学習部と、
   前記端末情報保持部に保持された情報を他の通信接続装置と共有する端末情報共有部と、を少なくとも備えた
   ことを特徴とする通信接続装置。
2. 前記ループ検知部は、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子が通知された時、前記端末情報保持部に該当する端末情報があり、かつその端末情報中のネットワークの識別子が前記ネットワーク識別情報保持部における前記受信ポートの識別子に対応するネットワークの識別子と異なる場合はループであると判断し、その端末情報中のネットワークの識別子が前記ネットワーク識別情報保持部における前記受信ポートの識別子に対応するネットワークの識別子と同じ場合または前記端末情報保持部に該当する端末情報がない場合はループでないと判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信接続装置。
3. 前記端末情報共有部は、端末情報保持部に端末情報が追加または更新された場合は当該情報を他の通信接続装置に通知し、他の通信接続装置から通知された端末情報を端末情報保持部に記録する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信接続装置。
4. 受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子が通知された時、前記端末情報保持部に該当する端末情報がなければ端末情報共有部に前記受信フレームの送信元端末の識別子を通知して他の通信接続装置からの応答を受け取り、前記端末情報保持部もしくは他の通信接続装置からの応答に該当する端末情報があり、かつその端末情報中のネットワークの識別子が前記ネットワーク識別情報保持部における前記受信ポートの識別子に対応するネットワークの識別子と異なる場合はループであると判断し、その端末情報中のネットワークの識別子が前記ネットワーク識別情報保持部における前記受信ポートの識別子に対応するネットワークの識別子と同じ場合または前記端末情報保持部もしくは他の通信接続装置からの応答に該当する端末情報がない場合はループでないと判断し、その結果を返却するループ検知部と、
   前記ループ検知部からの受信フレームの送信元端末の識別子の通知に応じて他の通信接続装置に当該識別子を含む端末情報を要求し、また、他の通信接続装置から受信したフレームの送信元端末の識別子を含む端末情報を要求された場合はその端末情報保持部に該当する端末情報があれば当該端末情報を要求元の通信接続装置に応答し、該当する端末情報がなければ該当情報なしを要求元の通信接続装置に応答し、また、他の通信接続装置からの応答が該当情報なしであればこれを前記ループ検知部に返却し、他の通信接続装置からの応答が端末情報であればこれを前記ループ検知部に返却するとともに端末情報保持部に記録する端末情報共有部とを備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信接続装置。
5. ネットワーク間を接続する接続経路を形成する通信接続装置であって、
   各ネットワークと接続するポートからフレームを受信するフレーム受信部と、
   各ネットワークと接続するポートへフレームを送信するフレーム送信部と、
   前記フレーム受信部で受信したフレームを保持するフレーム保持部と、
   受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を当該通信接続装置の識別子とともに通信制御装置に送信するフレーム情報通知部と、
   通信制御装置から送信された制御命令を受信する制御命令受信部と、
   前記フレーム受信部でフレームを受信したとき、受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を前記フレーム情報通知部に通知し、前記制御命令受信部を介して受け取った制御命令に従い、前記フレーム保持部に保持されたフレームをフレーム送信部へ送出し又は廃棄する転送制御部と、を少なくとも備えた
   ことを特徴とする通信接続装置。
6. 請求項５に記載の通信接続装置を制御する通信制御装置であって、
   前記通信接続装置の各ポートに接続されているネットワークの識別子を当該ポートおよび通信接続装置の識別子とともに保持するネットワーク識別情報保持部と、
   端末の識別子と当該端末が存在するネットワークの識別子との組からなる端末情報を保持する端末情報保持部と、
   受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子が通知された時、前記ネットワーク識別情報保持部および端末情報保持部が保持する情報に基づいてフレームのループを検知するループ検知部と、
   前記通信接続装置から送信された受信フレームの送信元端末の識別子と受信ポートの識別子を含むフレーム情報を受信してループ検知部に通知する通知受信部と、
   前記ループ検知部においてループでないと判断したフレームを送信し、ループであると判断したフレームを廃棄する制御命令を生成する制御命令生成部と、
   前記フレーム情報を送信した通信接続装置に前記制御命令を送信する制御命令送信部と、
   前記ループ検知部においてループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信したポートに接続するネットワークの識別子を前記端末情報保持部に記録する端末情報学習部と、を少なくとも備えた
   ことを特徴とする通信制御装置。
7. コンピュータを、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置の各部として機能させるためのプログラム。
8. ネットワーク間を接続する接続経路を形成する通信接続装置を用いた通信制御方法であって、
   前記通信接続装置が、
   各ネットワークと接続するポートからフレームを受信する工程と、
   受信したフレームを保持する工程と、
   フレームを受信したポートに接続するネットワークの識別子と、フレームの送信元端末について事前に記録されたネットワークの識別子を比較し、識別子が異なる場合はループであると判断し、同じ場合はループでないと判断する工程と、
   ループでないと判断されたフレームの送信元端末の識別子および受信ポートに接続するネットワークの識別子を記録する工程と、
   ループであると判断されたフレームを廃棄し、ループでないと判断されたフレームを他のポートから送信する工程と、を少なくとも実行する
   ことを特徴とする通信制御方法。

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