JP6462421B2 - ネットワークシステムにおけるスイッチングハブ - Google Patents

Description

この発明は、バックボーンネットワークとサブネットとを冗長接続する複数のネットワーク接続装置を備えたネットワークシステムに関するものであり、特に、サブネット分断時の端末装置間の通信を救済可能なネットワークシステムにおけるスイッチングハブに関するものである。

ＩＰ（Internet Protocol）においては、複数のサブネットがルータと呼ばれるネットワーク接続装置によって接続されている。サブネット内の端末装置は、他のサブネットの端末装置と通信する際にはルータを経由する。このため、故障等によりルータが通信動作不能となると、他サブネットとの通信が絶たれてしまう。この問題を回避するために、ＶＲＲＰ（Virtual Router Redundancy Protocol、仮想ルータ冗長プロトコル）を使用し、ルータを冗長化することで、通信の信頼性を高める手法が知られている。

このような手法を使用したシステムにおいて、スイッチングハブの故障等によりサブネット内の電気的な接続が絶たれてしまった場合を考える。この時、サブネットは二つのセグメントに分かれてしまうが、それぞれのセグメントに所属する端末装置同士の通信は行えない問題がある。この問題の解決のため、ルータがサブネットの分断を検知した場合に、ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）パケットを使用し自セグメント内の端末装置を探索し、さらに発見した端末情報をバックボーンネットワークを介してもう一方のルータと端末装置の情報を交換することで、異なるセグメントに属する端末装置間の通信を可能とする方法がある（例えば特許文献１）。

特開２００２−２３２４４８号公報（図１）

従来の方法では、ネットワーク接続装置はＡＲＰパケット、特にＡＲＰリクエストパケットを使用して自セグメント内の端末装置を探索する。サブネット分断時は、サブネット内のいずれの端末装置が自セグメントに所属するか判断がつかないため、ネットワーク接続装置はサブネットのネットワークアドレスから端末装置が取りうるＩＰアドレスを算出し、全てのＩＰアドレスに対してＡＲＰリクエストパケットを送信しなければならない。その結果、多数の端末装置が存在するサブネットにおいては、端末装置の探索に時間を要し、サブネット分断後の長い間、端末装置間の通信ができないという課題があった。

この発明は上記のような課題の解決を解決するためになされたもので、サブネット分断時の端末装置探索に要する時間を短縮できるネットワークシステムにおけるスイッチングハブを得ることを目的とする。

この発明に係るネットワークシステムにおけるスイッチングハブは、複数の端末装置を収容するサブネットと、バックボーンネットワークと前記サブネットとを冗長接続する複数のネットワーク接続装置と、前記サブネットに収容され、前記複数のネットワーク接続装置と前記端末装置を接続する複数のスイッチングハブと、を備えるネットワークシステムにおけるスイッチングハブにおいて、受信パケット情報を通知するパケット受信部、前
記受信パケット情報のＶＲＲＰアドバタイズメントパケットの情報を記録する受信パケット記録部及び前記受信パケット記録部が受信した記録を監視する記録監視部を有するサブネット分断検知部、前記サブネットの分断時に自スイッチングハブに接続されている前記端末装置を探索する端末装置探索部、並びに、登録された探索対象の前記端末装置のＩＰアドレスを保持する端末情報保持部を備え、前記サブネット分断検知部が前記サブネット内の分断を検知すると、登録済みＩＰアドレスに対してＡＲＰリクエストを送信するようにしたものである。

この発明のネットワークシステムにおけるスイッチングハブによれば、サブネット分断時に従来よりも速やかに端末装置の探索を完了することが可能となり、端末装置間の通信断時間の短縮が実現できる。

この発明の実施の形態１によるネットワークシステムにおけるスイッチングハブを適用したネットワークシステムの接続図である。 実施の形態１によるＡＲＰパケットのフォーマットを示す図である。 実施の形態１によるスイッチングハブの構成図である。 実施の形態１によるサブネットが分断されていない場合の、受信パケット記録部の記録内容の例を示す図である。 実施の形態２による受信パケット記録部の記録内容の例を示す図である。 実施の形態３によるスイッチングハブの構成図である。 実施の形態３によるパケット受信部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態４によるイッチングハブの構成図である。 実施の形態５によるスイッチングハブの構成図である。

実施の形態１．
図１において、ネットワーク接続装置１０１と１０２は、それぞれバックボーンネットワーク３０１とサブネット２０１に接続している。サブネット内部では、ネットワーク接続装置１０１とスイッチングハブ４０１、スイッチングハブ４０１と４０２、スイッチングハブ４０２と４０３、スイッチングハブ４０３とネットワーク接続装置１０２が接続されている。また、端末装置５０１はスイッチングハブ４０１に、端末装置５０２はスイッチングハブ４０３に接続している。ネットワーク接続装置１０１及び１０２ではＶＲＲＰが動作し、それぞれサブネット側のポート１１１と１１２からＶＲＲＰアドバタイズメントパケットを送信している。このＶＲＲＰアドバタイズメントパケットはスイッチングハブ４０１、４０２又は４０３により転送され、もう一方のネットワーク接続装置へ到達する。

ここで、図１を用いてスイッチングハブの動作を説明する。スイッチングハブ４０１、４０２又は４０３は上記のＶＲＲＰアドバタイズメントパケットを常時監視する。スイッチングハブ４０１、４０２又は４０３はネットワーク接続装置１０１および１０２の両方からＶＲＲＰアドバタイズメントパケットを受信している場合はサブネットは正常（分断されていない）と判断する。

ここで、例えばスイッチングハブ４０２が故障し、パケットの中継が不可となった場合、スイッチングハブ４０１ではネットワーク接続装置１０２の送信するＶＲＲＰアドバタイズメントパケットを、スイッチングハブ４０３ではネットワーク接続装置１０１の送信するＶＲＲＰアドバタイズメントパケットを受信することができない。この時、スイッチングハブ４０１、４０３はそれぞれサブネットは分断されたと判断する。すると、スイッチングハブ４０１は端末装置５０１を接続しているポート４１１からＡＲＰリクエストパケットを送信する。

図２は前記ＡＲＰリクエストパケットのフォーマットについて示す図である。図２において、スイッチングハブ４０１が送信する前記ＡＲＰリクエストパケットの送信元ＭＡＣ（Media Access Control）アドレス１０ｂとソースハードウェアアドレス１０ｄは、共にネットワーク接続装置１０１のポート１１１のＭＡＣアドレスに等しく、ソースプロトコルアドレス１０ｅはポート１１１のＩＰアドレスに等しく、ターゲットプロトコルアドレス１０ｇは端末装置５０１のＩＰアドレスに等しい。

端末装置５０１はこのＡＲＰリクエストパケットに対し、ＡＲＰリプライパケットを送信する。前記ＡＲＰリプライパケットの宛先ＭＡＣアドレス１０ａとターゲットハードウェアアドレス１０ｆは共にネットワーク接続装置１０１のポート１１１のＭＡＣアドレスに等しく、送信元ＭＡＣアドレス１０ｂとソースハードウェアアドレス１０ｄは共に端末装置５０１のＭＡＣアドレスに等しく、ソースプロトコルアドレス１０ｅは端末装置５０１のＩＰアドレスに等しく、ターゲットプロトコルアドレス１０ｇはポート１１１のＩＰアドレスに等しい。

ネットワーク接続装置１０１は前記ＡＲＰリプライパケットを受信することにより、自セグメントに端末装置５０１が存在することを認識する。また、スイッチングハブ４０３も同様に、端末装置５０２に対してＡＲＰリクエストパケットを送信することで、ネットワーク接続装置１０２は自セグメントに端末装置５０２が存在することを認識する。

図３は、この発明を実現するための機能を有したスイッチングハブの構成図である。図３において、パケット受信部４２１はポート４１２とポート４１３に接続され、サブネット分断検知部４３１はパケット受信部４２１と端末装置探索部４４１とに接続され、端末装置探索部４４１は端末情報保持部４５１とポート４１１とに接続される。さらに、サブネット分断検知部は受信パケット記録部４３２と記録監視部４３３を含み、受信パケット記録部４３２はパケット受信部４２１と記録監視部４３３とに接続され、記録監視部４３３は受信パケット記録部４３２と端末装置探索部４４１に接続される。

パケット受信部４２１はポート４１２および４１３で受信したパケットを受け取り、これがＶＲＲＰアドバタイズメントパケットであればその送信元ＩＰアドレス、送信元ＭＡＣアドレス、ＶＲＲＰアドバタイズメントインターバルの値、及びパケット受信時刻を受信パケット記録部に記録する。図４はサブネットが分断されていない場合の、受信パケット記録部の記録内容の例である。

記録監視部４３３は、現在時刻と受信パケット記録部の受信時刻を比較し、その間にＶＲＲＰアドバタイズメントインターバルの３倍の時間が経過していた場合はサブネットが分断され、前記ＶＲＲＰアドバタイズメントパケットに含まれる送信元ＩＰアドレスに該当するネットワーク接続装置への経路が絶たれたと判断し、端末装置探索部４４１へ分断を通知する。なお記録監視部４３３は、受信パケット記録部４３２が分断を検知しなかった方のＶＲＲＰアドバタイズメントパケット受信記録の、送信元ＩＰアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスを合わせて端末装置探索部４４１へ通知する。

端末装置探索部４４１は、端末情報保持部４５１より端末装置５０１のＩＰアドレスを取得する。これと、記録監視部４３３から通知された送信元ＩＰアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスを前記の通りＡＲＰリクエストパケットに格納し、ポート４１１から送信する。ただし、管理者は、端末情報保持部４５１に事前に端末装置５０１のＩＰアドレスを入力しておく。

上記によりポート４１１からＡＲＰリクエストを送信すると、端末装置５０１はＡＲＰリプライパケットを送信する。スイッチングハブ４０１はこれをポート４１１で受信すると、これをポート４１２へ転送する。

この発明の実施の形態１によれば、スイッチングハブは、サブネット分断時を検知し、ＡＲＰリクエストパケットを送信して端末装置を探索する。このＡＲＰリクエストパケットの送信元情報はネットワーク接続装置のものであるため、ＡＲＰリクエストパケットを受信した端末装置はＡＲＰリプライパケットをネットワーク接続装置へ送信する。ネットワーク接続装置はこれにより自セグメントにおける端末装置の存在を認識する。ネットワークシステムにおけるスイッチングハブがこの動作を行うことにより、ネットワーク接続装置のみが端末装置の探索を行う場合に比べ速やかに端末装置の探索を完了することが可能となり、端末装置間の通信断時間を短縮することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、サブネット分断検知部はＶＲＲＰアドバタイズメントパケットから分断の有無を判断した。実施の形態２では、任意のＩＰパケットを使用する方法を示す。

パケット受信部４２１には、サブネット分断検知に使用するＩＰパケットのプロトコル番号が指定される。前記プロトコル番号は、例えばＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）では１であり、ＵＤＰ（User Datagram）であれば１７である。以下では、例としてＩＣＭＰパケットを使用する。パケット受信部４２１は指定されたパケットを受信すると、その送信元ＩＰアドレスとプロトコル番号、および受信時刻を受信パケット記録部４３２へ通知する。その結果、受信パケット記録部４３２の記録内容は例えば図５に示すものとなる。記録監視部４３３は、受信パケット記録部４３２の受信時刻と現在時刻を比較し、管理者が事前に指定した時間以上経過していればサブネット分断と判断し、端末装置探索部へ通知する。

このように、実施の形態２においては、ＶＲＲＰアドバタイズメントパケット以外のＩＰパケットを使用してサブネット分断検知を行うため、ネットワーク接続装置がＶＲＲＰ以外のプロトコルを使用してルータを冗長化していた場合であっても、スイッチングハブを適用できる。

実施の形態３．
実施の形態１では、サブネット分断検知前に端末装置５０１のＩＰアドレスは事前に入力しておく必要があった。実施の形態３では、事前に入力することなしに端末装置５０１のＩＰアドレスを取得する。この実現のため、実施の形態３では端末装置５０１が自発的に送信するＡＲＰリクエストパケットを監視し、端末情報保持部４５１はこのパケットの送信元ＩＰアドレスを取得する。

図６は、実施の形態３を実現するための機能を有したスイッチングハブ４０１３の構成図である。図３に対して、端末情報保持部４５１をパケット受信部４２１に接続する。パケット受信部４２１は、図７に示すフローチャートに従い、端末情報保持部４５１に送信元ＩＰアドレスを通知する。これにより、端末情報保持部４５１は、端末装置５０１のＩＰアドレスを保持する。

このように、実施の形態３においては、管理者が事前に端末装置５０１のＩＰアドレスを入力する手間を省き、スイッチングハブ運用の費用を低減できる。

実施の形態４．
実施の形態４では、さらに別の手段により、端末装置５０１のＩＰアドレスを取得する。図８は、実施の形態４を実現するための機能を有したスイッチングハブ４０１４の構成図である。図６に示すスイッチングハブ４０１３に対して、管理用ＩＰ情報保持部４６１を追加し、端末装置探索部４４１に接続する。管理用ＩＰ情報保持部４６１には、事前にスイッチングハブ４０１４のＩＰアドレスとサブネットのネットマスクを入力しておく。このＩＰアドレスは、スイッチングハブの管理のため、管理者がスイッチングハブ自体にアクセスするために使用するＩＰアドレスである。また、管理用ＩＰ情報保持部４６１にはスイッチングハブ４０１４のＭＡＣアドレスも合わせて保持される。

端末装置探索部４４１は、サブネットが分断していない時、管理用ＩＰ情報保持部４６１が保持するスイッチングハブ４０１４のＩＰアドレスと、ネットマスクからサブネットの全ホストアドレスを算出し、これらのＩＰアドレス宛にポート４１１からＡＲＰリクエストパケットを送信する。前記ＡＲＰリクエストパケットの送信元ＭＡＣアドレスとソースハードウェアアドレスはスイッチングハブのＭＡＣアドレスに等しく、ソースプロトコルアドレスはスイッチングハブのＩＰアドレスに等しく、ターゲットプロトコルアドレスは前記で算出したホストアドレスに等しい。前記ＡＲＰリクエストパケットに対するＡＲＰリプライパケットをポート４１１で受信した場合、端末探索部４４１は端末情報保持部４５１に送信元ＩＰアドレスを記録する。

サブネット分断時は、端末装置探索部４４１は端末情報保持部４５１から端末装置５０１のＩＰアドレスを取得し、このＩＰアドレス宛にＡＲＰリクエストパケットを送信する。

このように、実施の形態４においては、管理者が事前に端末装置５０１のＩＰアドレスを入力する手間を省き、スイッチングハブ運用の費用を低減できる。

実施の形態５．
実施の形態１では、サブネット分断検知部はＶＲＲＰアドバタイズメントパケットから分断の有無を判断した。実施の形態５では、スイッチングハブが送信するＩＣＭＰパケットを使用する方法を示す。図９は、実施の形態５を実現するための機能を有したスイッチングハブ４０１５の構成図である。図９は、図８に対してネットワーク接続装置監視部４３４を追加している。ネットワーク接続装置監視部４３４は、管理用ＩＰ情報保持部４６１、ポート４１２、ポート４１３、パケット受信部４２１、および端末装置探索部４４１に接続されている。

ネットワーク接続装置監視部４３４には、あらかじめネットワーク接続装置１０１のポート１１１、およびネットワーク接続装置１０２のポート１１２のＩＰアドレスを入力しておく。ネットワーク接続装置監視部４３４には、これらのＩＰアドレス宛のＩＣＭＰリクエストパケットを定期的に送信する。前記ＩＣＭＰリクエストパケットの送信元ＩＰアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスは、管理用ＩＰ情報保持部４６１より取得する。このＩＣＭＰリクエストパケットに対するＩＣＭＰリプライパケットをパケット受信部４２１で受信できなかった場合、ネットワーク接続装置監視部４３４はサブネットの分断を検知し、これを端末装置探索部４４１に通知する。

このように、実施の形態５においては、ＶＲＲＰアドバタイズメントパケット以外のＩＰパケットを使用してサブネット分断検知を行うため、ネットワーク接続装置がＶＲＲＰ以外のプロトコルを使用してルータを冗長化していた場合であっても、スイッチングハブを適用できる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１ ネットワーク接続装置 １０２ ネットワーク接続装置
１１１ ポート １１２ ポート
２０１ サブネット ３０１ バックボーンネットワーク
４０１ スイッチングハブ ４０２ スイッチングハブ ４０３ スイッチングハブ
４１１ ポート ４１２ ポート ４１３ ポート
４２１ パケット受信部 ４３１ サブネット分断検知部
４３２ 受信パケット記録部 ４３３ 記録監視部
４３４ ネットワーク接続装置監視部 ４４１ 端末装置探索部 ４５１ 端末情報保持部
４６１ 管理用IP情報保持部 ４０１３ スイッチングハブ
４０１４ スイッチングハブ ４０１５ スイッチングハブ
５０１ 端末装置５０２ 端末装置
１０ａ 宛先ＭＡＣアドレス １０ｂ 送信元ＭＡＣアドレス
１０ｄ ソースハードウェアアドレス １０ｅ ソースプロトコルアドレス
１０ｆ ターゲットハードウェアアドレス １０ｇ ターゲットプロトコルアドレス２０ａ 送信元ＩＰアドレス ２０ｂ 送信元ＭＡＣアドレス
２０ｃ ＶＲＲＰアドバタイズメントインターバル ２０ｄ パケット受信時刻

Claims (5)

1. 複数の端末装置を収容するサブネットと、
   バックボーンネットワークと前記サブネットとを冗長接続する複数のネットワーク接続装置と、
   前記サブネットに収容され、前記複数のネットワーク接続装置と前記端末装置を接続する複数のスイッチングハブと、を備えるネットワークシステムにおけるスイッチングハブにおいて、
   受信パケット情報を通知するパケット受信部、
   前記受信パケット情報のＶＲＲＰアドバタイズメントパケットの情報を記録する受信パケット記録部及び前記受信パケット記録部が受信した記録を監視する記録監視部を有するサブネット分断検知部、
   前記サブネットの分断時に自スイッチングハブに接続されている前記端末装置を探索する端末装置探索部、
   並びに、登録された探索対象の前記端末装置のＩＰアドレスを保持する端末情報保持部を備え、
   前記サブネット分断検知部が前記サブネット内の分断を検知すると、登録済みＩＰアドレスに対してＡＲＰリクエストを送信することを特徴とするネットワークシステムにおけるスイッチングハブ。
2. 前記サブネット分断検知部は、ＩＰパケットの受信成否によりサブネット分断を検知することを特徴とする請求項１に記載のネットワークシステムにおけるスイッチングハブ。
3. 前記端末情報保持部は、サブネット分断時に登録され探索対象とする前記端末装置のＩＰアドレスを、サブネット分断前の前記端末装置の通信履歴から取得し保持することを特徴とする請求項１又は２に記載のネットワークシステムにおけるスイッチングハブ。
4. 前記端末情報保持部は、サブネット分断時に登録され探索対象とする前記端末装置のＩＰアドレスを、サブネット分断前にＡＲＰリクエストパケットを送信しＩＰアドレスを取得し保持することを特徴とする請求項１又は２に記載のネットワークシステムにおけるスイッチングハブ。
5. 前記サブネット分断検知部は、前記ネットワーク接続装置宛の通信を行い、この通信の成否で分断を検知することを特徴とした請求項１から４のいずれか１項に記載のネットワークシステムにおけるスイッチングハブ。
   

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