JPWO2013145167A1 - Ｌａｎ多重化装置 - Google Patents

Abstract

ＬＡＮ多重化装置の制御装置は、ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方から受信されたＭＡＣフレームを、少なくとも多重化識別子とＭＡＣアドレスとを含んだパケットネットワークアドレスを含むパケットヘッダでカプセル化し、前記パケットネットワークへ送出する処理を行う一方で、前記パケットネットワークから受信されたパケットのデカプセル化によって得られたＭＡＣフレームを、当該ＭＡＣフレームの宛先に対応する前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方へ送出する処理を行う。

Description

本発明は、ＬＡＮ多重化装置に関する。

Ethernet（登録商標）は、ＬＡＮ（Local Area Network:構内通信網）規格の一つである。Ethernet（登録商標）は、ケーブルで接続されるＬＡＮであり、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やサーバ、ネットワーク機器の接続に使用される。最近では、ゲーム機やテレビのような家電機器をネットワークに接続するために多用されている。

また、Wi-Fi（登録商標）のような無線ＬＡＮ（wireless LAN）は、最近では、ＰＣやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）だけでなく、携帯電話やスマートフォン、携帯ゲーム機のような様々な電子機器のネットワーク接続のために多用されている。

このように、Ethernet（登録商標）及び無線ＬＡＮに基づくプロトコルは、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおける第２階層（Layer 2）であるデータリンク層を受け持つプロトコルである。

図１Ａは、Ethernet（登録商標）のフレームのフォーマット説明図であり、図１Ｂは、IEEE802.3フレームのフォーマット説明図である。図１Ｃは、IEEE802.3+802.2(LLC)フレームのフォーマット説明図であり、図１Ｄは、IEEE802.3+802.2(LLC+SNAP)フレームのフォーマット説明図である。このように、Ethernet（登録商標）やIEEE802.3のフレームフォーマットは、拡張の結果、図１Ｃや図１Ｄに示したフレームフォーマットを含む幾つかのバリエーションを持つ。但し、送信元及び宛先のアドレスとしてＭＡＣ（Media Access Control）アドレスが用いられることは、全てのフレームフォーマット間で共通である。

以下、本明細書において、図１Ａ〜図１Ｄに示したようなフレームを用いるLayer2のネットワークを“ＬＡＮ”又は“有線ＬＡＮ”と呼び、ＬＡＮで使用されるフレームを“ＭＡＣフレーム”と呼ぶ。

一方、無線ＬＡＮもＭＡＣフレームのフォーマットと同様のフレームフォーマットを有する。図１Ｅは、無線ＬＡＮのＬＡＮ規格であるIEEE802.11のフレームフォーマットの説明図である。図１Ｅに示すフォーマットは、４つのアドレス領域を持つ。各アドレス領域に格納される値は、ネットワーク構成における有線ＬＡＮと無線ＬＡＮとの組合せによって変動する。以下、無線ＬＡＮのフレームは、“無線ＬＡＮフレーム”と呼ぶ。

図２は、有線区間と無線区間とが接続される場合における、IEEE802.11ヘッダのアドレス領域指定の説明図である。図２において、無線ＬＡＮ端末とアクセスポイント（ＡＰ）との間には、無線区間が設けられ、ＡＰはネットワークに接続されて、有線区間が形成されている。

無線区間から有線区間（無線ＬＡＮ端末→ＡＰ）へフレームが送信される場合には、図２の例に示すように、フレームのIEEE802.11ヘッダにおける第１のアドレス領域（Address1）には、ＢＳＳＩＤ（Basic Service Set Identifier）が設定される。ＢＳＳＩＤは、IEEE802.11におけるネットワーク識別子の１つであり、ＡＰのＭＡＣアドレスに相当する。第２のアドレス領域（Address2）には、送信元ＭＡＣアドレス（ＭＡＣ−ＳＡ）として、無線ＬＡＮ端末のＭＡＣアドレスが設定される。第３のアドレス領域（Address3）には、宛先ＭＡＣアドレス（ＭＡＣ−ＤＡ）として、フレームの宛先のＭＡＣアドレスが設定される。第４のアドレス領域（Address4）に設定されるアドレスはない。

一方、有線区間から無線区間（ＡＰ→無線ＬＡＮ端末）へフレームが送信される場合には、フレームのIEEE802.11ヘッダにおける第１のアドレス領域には、ＭＡＣ−ＤＡ（無線ＬＡＮ端末のＭＡＣアドレス）が設定され、第２のアドレス領域には、ＢＳＳＩＤ（ＡＰのＭＡＣアドレス）が設定される。第３のアドレス領域には、ＭＡＣ−ＳＡが設定される。第４のアドレス領域に設定されるアドレスはない。図２に示すように、無線ＬＡＮでも、送信元及び宛先のアドレスとして、ＭＡＣアドレスが用いられる。

ところで、現在広く普及しているネットワークとして、インターネットがある。インターネットは、ＯＳＩ参照モデルに於ける第３階層（Layer3）、すなわちネットワーク層のプロトコルとしてIP(Internet Protocol)を採用しているネットワークである。ＩＰプロトコルには、当初から用いられているＩＰｖ４と、ＩＰｖ４アドレスの枯渇問題を解決するために開発されたＩＰｖ６とがある。

インターネットは、“ネットワークのネットワーク”と解説されることがある。これは、“Layer2ネットワークを相互接続するLayer3ネットワーク”という意味である。Layer2のネットワークとLayer3のネットワークとは異なるネットワークである。

ＩＰプロトコルは、本来的には、インターネットのために開発されたプロトコルである。しかし、最近では、インターネットにLayer3（Ｌ３）レベルで接続されないプライベートネットワークや企業ネットワーク(イントラネット)等に転用されている。さらに、ＩＰプロトコルは、家庭内ネットワークにおいても利用されるに至っている。本明細書では、ＩＰプロトコルを用いているネットワークを“ＩＰネットワーク”と呼ぶ。上述した有線ＬＡＮ及び無線ＬＡＮは、インターネットに代表されるＩＰネットワークで一般的に使用されている。有線ＬＡＮで転送されるＩＰパケットは、ＭＡＣフレーム（IEEE802.3のフレーム）でカプセル化され、無線ＬＡＮで転送されるＩＰパケットは、無線ＬＡＮフレーム（IEEE802.11のフレーム）でカプセル化される。

ＬＡＮに関連する技術として、ＶＬＡＮ(Virtual LAN: IEEE802.1Q)と呼ばれる拡張技術がある。ＶＬＡＮは、物理的なネットワーク上に論理的なネットワークを構築するために使用される。例えば、ＶＬＡＮは、物理的に共用されているネットワークを所定の管理単位で分割し、管理単位毎で管理を行う場合に使用される。或いは、ＶＬＡＮは、ＩＰｖ４プライベートアドレスを用いている複数のＩＰネットワークを同一の物理ネットワーク上で多重化(収容)するために用いられる。

図３Ａは、IEEE802.1Qのフレームフォーマットの説明図である。IEEE802.1Qのフレームフォーマットは、Ethernet（登録商標）フレームにVLAN Tag領域（TAG: 32bit）が追加されることによって形成されている。VLAN Tag領域中のVLAN Identifier領域（VID: 12bit）を用いて、最大で４０９４個のＶＬＡＮを識別することができる。

古くは、ＶＬＡＮは、ＬＡＮを複数の管理単位に分割して運用するために使用された。その後、複数の拠点におけるＬＡＮ間を接続するための広域ＬＡＮサービスを提供するために使用されている。広域ＬＡＮサービスの主な利用者は、複数の拠点と企業内ネットワークを持つ企業であり、企業内ネットワークでは、一般的にプライベートアドレスが用いられる。このため、異なる企業で同一のＩＰアドレスが利用される環境であっても、企業内ネットワーク毎に異なるＶＬＡＮ（ＶＩＤ）が割り当てられることによって、論理的に企業内ネットワークを区別することができる。

最近では、ＶＬＡＮは、データセンターやクラウドサービスのインフラ構築における利用が進んでいる。特に、利用者網（例えば企業システム）に対するホスティングを行う際、広域ＬＡＮサービスと同様に、異なる企業で同一のＩＰアドレスを用いる場合がある。この場合に、ＶＬＡＮ技術によって論理的にネットワークを分ける（利用者（ネットワーク）をＶＩＤで識別する）ことができるメリットを享受する。

国際公開第２００１／０９９３５４号公報

しかしながら、上記した従来技術では以下の問題があった。すなわち、IEEE802.1QフォーマットにおけるＶＩＤは１２ビットである。このため、１つの利用者（例えば企業）に対して１つのＶＩＤを割り当てたと仮定しても、最大利用者数は４０９６となる。もし、１つの利用者に対して２つのＶＩＤが割り当てられるならば、最大利用者数は２０４８となり、１利用者に対して３つのＶＩＤが割り当てられる場合には、最大利用者数は１３６５となる。このように、１利用者に対して割り当てられるＶＩＤの数が増える程、最大利用者数は減少する。上記したような４０９６という数字は、大規模なデータセンターサービスを実現する上で十分な数字と言い難かった。

一方、“二重タギング”、“三重タギング”と呼ばれる技術がある。二重タギングは、IEEE802.1adで規定されており、また“Ｑ in Ｑ”とも呼ばれる技術である。図３Ｂは、IEEE802.1Qフレームフォーマットに二重タギングを適用した場合のフレームフォーマットを示す。図３Ｂに示すように、フォーマットは、二つのVLAN Tag領域（ＴＡＧ）を有し、各ＴＡＧには、異なるＶＩＤを設定することができる。“三重タギング”では、フレームフォーマットに３つのVLAN Tag領域が設けられる。二重タギング技術によれば、ＶＩＤ数は、4096×4096=1677万となる。さらに、三重タギング技術を用いれば、ＶＩＤ数は、4096×4096×4096で、約6千億となる。

しかし、二重タギング技術や三重タギングのような多重タギング技術は、以下のような問題を有している。

（１）本来、Ethernet（登録商標）のような802.3ＬＡＮは、小規模な構内通信網としての利用が想定されている。このため、大規模な運用を想定した管理及びトラブルシューティングの手段が用意されていない。このため、運用管理上の大規模化が容易ではない。

（２）802.3ＬＡＮでは、ブロードキャストが多用されるため、トポロジのループが形成されてしまうと、ブロードキャストストームが発生する問題がある。このため、802.3ＬＡＮは、ネットワーク規模を大きくすることができない。仮に、多重タギング技術の適用によってネットワーク規模を拡大すると、ブロードキャストストームのようなトラブルは、大規模に伝播し、トラブルを局所化することができない可能性がある。

（３）ブロードキャストトラフィックの伝搬は、ネットワーク規模の増大に応じて無駄となるトラフィックが占める割合が大きくなる可能性がある。

（４）ネットワークの階層化によって、他の階層についての運用管理も階層化しなければならず、ある階層から異なる階層の調査等が行えないという運用上の問題が生じる。

（５）タギングによって、データ長（ペイロード長）が小さくなるが、その学習ができない。

（６）無線ＬＡＮについてはタギングを行うことができないので、有線ＬＡＮと無線ＬＡＮとが混在する環境について制限が発生する。

（７）ネットワークを構成する機器が夫々IEEE802.1Q及び多重タギング技術をサポートすることを要求されるため、ネットワーク構築に要求されるコストが増大となり、経済的に実現が図り難い。

本発明の一態様は、効率良くパケットネットワーク上に、ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方を多重化可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方と接続されるとともに、パケットネットワークに接続されるＬＡＮ多重化装置であって、
前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方、並びにパケットネットワークと接続される少なくとも１つのネットワークインタフェースと、
前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方から受信されたＭＡＣフレームを、少なくとも多重化識別子とＭＡＣアドレスとを含んだパケットネットワークアドレスを含むパケットヘッダでカプセル化し、前記パケットネットワークへ送出する処理を行う一方で、前記パケットネットワークから受信されたパケットのデカプセル化によって得られたＭＡＣフレームを、当該ＭＡＣフレームの宛先に対応する前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方へ送出する処理を行う制御装置と
を含むＬＡＮ多重化装置である。

本発明の一態様は、効率良くパケットネットワーク上に、ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方を多重化可能な技術を提供することができる。

図１Ａは、Ethernet（登録商標）のフレームフォーマットの説明図である。 図１Ｂは、IEEE802.3のフレームフォーマットの説明図である。 図１Ｃは、IEEE802.3+802.2(LLC)のフレームフォーマットの説明図である。 図１Ｄは、IEEE802.3+802.2(LLC+SNAP)のフレームフォーマットの説明図である。 図１Ｅは、IEEE802.11のフレームフォーマットの説明図である。 図２は、無線-有線接続の場合のIEEE802.11ヘッダのアドレス領域指定を説明するための図である。 図３Ａは、IEEE802.1Qのフレームフォーマットの説明図である。 図３Ｂは、IEEE802.1Qに二重タギングを適用した場合におけるフレームフォーマットの説明図である。 図４Ａは、ＭＡＣフレームのカプセル化の説明図である。 図４Ｂは、カプセル化に際して使用されるパケットヘッダにおけるアドレス領域のフォーマットを示す図である。 図５Ａは、図４Ａに示したフォーマットにパケットヘッダとしてＩＰｖ６ヘッダを適用した例を示す。 図５Ｂは、図４Ｂに示したフォーマットにパケットヘッダとしてＩＰｖ６ヘッダを適用した例を示す。 図６は、ＩＰｖ６パケットが適用されるＬＡＮ多重化装置を用いたネットワークシステムの構成例を示す。 図７は、図６に示したネットワークシステムにおいて、異なる多重化識別子が使用される場合の動作を説明するための図である。 図８は、図６や図７に示したＬＡＮ多重化装置が有する機能を模式的に示す図である。 図９は、図８に示したカプセル化機能を司る処理を模式的に示す。 図１０は、ＣＰＵのカプセル化機能の他の形態を示す。 図１１は、ＬＡＮ多重化装置のハードウェア構成例を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

＜フレームフォーマット＞
最初に、本発明の実施形態に係るＬＡＮ多重化装置に適用されるフレームフォーマットについて説明する。図４Ａは、ＭＡＣフレームのカプセル化の説明図であり、図４Ｂは、カプセル化に際して使用されるパケットヘッダにおけるアドレス領域のフォーマットを示す図である。図４Ａに示すように、ＭＡＣフレームは、パケットヘッダが付与されることによってカプセル化される。

ＭＡＣフレームは、図１Ａ〜図１Ｄに示したようなEthernet（登録商標）フレームやIEEE802.3フレーム（拡張フレーム含む）である。図４Ａでは、Ethernet（登録商標）フレームが例示されている。パケットヘッダのアドレス領域は、図４Ｂに示すように、プレフィックス領域と、多重化識別子領域と、ＭＡＣアドレス領域とを含む。多重化識別子領域とＭＡＣアドレス領域の順序は異なっていても良い。また、パケットヘッダが多重化識別子領域及びＭＡＣアドレス領域と異なる情報を格納する領域をさらに含む構成を採用することもできる。

プレフィックス領域に設定されるプレフィックスは、アドレス空間の上位の情報で、予め決められた値である。多重化識別子領域に設定される多重化識別子は、論理空間（物理ネットワーク上に構築される複数の論理ネットワーク）を識別するための識別子であり、ＶＬＡＮにおけるＶＩＤ（ＶＬＡＮ−ＩＤ）に相当する。

ＭＡＣアドレス領域には、例えば、カプセル化されるＭＡＣフレームのＭＡＣアドレス（例えば、ＭＡＣ−ＤＡ）と同じ値が設定される。ＭＡＣアドレスの値は、カプセル化の際に、ＭＡＣフレームのＭＡＣアドレス（ＭＡＣ）がコピーされることによって生成することができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂに示したフォーマットにパケットヘッダとしてＩＰｖ６ヘッダを適用した例を示す。ＩＰｖ６ヘッダのビット長は、１２８bitであり、ＭＡＣアドレス領域のビット長は４８bitである。この場合、プレフィックスのビット長は、（１２８−ｎ−４８）bitとなる。

なお、パケットヘッダのアドレス領域中のＭＡＣアドレス領域にＭＡＣ−ＤＡだけでなくＭＡＣ−ＳＡもコピーされる構成を採用することもできる。この場合、ＭＡＣ−ＤＡは、パケットヘッダ中のＭＡＣ−ＤＡ用ＭＡＣアドレス領域にコピーされ、ＭＡＣ−ＳＡは、パケットヘッダ中のＭＡＣ−ＳＡ用ＭＡＣアドレス領域にコピーされる。そして、パケットヘッダがＩＰｖ６である場合には、ＭＡＣアドレス領域のビット長は９６（48*2）bitとなり、プレフィックスのビット長は（３２−ｎ）bitとなる。

＜ネットワークシステムの構成例＞
図６は、上記したＩＰｖ６パケットが適用されるＬＡＮ多重化装置を用いたネットワークシステムの構成例を示す。図６に示す例では、多重化識別子が同一である場合について説明する。図６において、ＬＡＮ多重化装置１０は、パケットネットワークＮとノードを接続する。図６に示す例では、ノードＡと通信回線を介して接続されたＬＡＮ多重化装置１０（１０Ａ）と、ノードＢと通信回線を介して接続されたＬＡＮ多重化装置１０（１０Ｂ）と、ノードＣ及びノードＣ１を含む複数のノードと通信回線を介して接続されたＬＡＮ多重化装置１０（１０Ｃ）とが例示されている。パケットネットワークＮに接続されるＬＡＮ多重化装置１０の数は適宜設定可能である。

パケットネットワークＮはＩＰｖ６ネットワークである。ＬＡＮ多重化装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、パケットネットワークＮを介して相互に接続されている。ノードは、例えば、ホスト（端末装置），中継装置（ルータ、あるいはスイッチ）である。また、ＬＡＮ多重化装置１０は、単数又は複数のノードを接続することができる。ノードＡは、ＭＡＣアドレス“MAC-A”を有し、ノードＢは、ＭＡＣアドレス“MAC-B”を有し、ノードＣは、ＭＡＣアドレス“MAC-C”を有し、ノードＣ１は、ＭＡＣアドレス“MAC-C1”を有する。

各ＬＡＮ多重化装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、自身の配下として接続されたノードに該当するアドレスをパケットネットワークＮに広告する。広告のための経路交換プロトコル（ルーティングプロトコル）として、例えば、ＩＰｖ６に対応する、ＲＩＰ（Routing Information Protocol），ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First），ＩＳ−ＩＳ（Intermediate System- Intermediate System），ＢＧＰ（Border Gateway Protocol）の何れかを適用することができる。もちろん、スタティック設定によりアドレスが各ＬＡＮ多重化装置１０に設定されても良い。

パケットプロトコルとしてＩＰｖ６が使用される場合には、ノードＡが接続されたＬＡＮ多重化装置１０Ａは、“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-A”のＩＰｖ６アドレスを経路として広告する。同様に、ノードＢが接続されるＬＡＮ多重化装置１０Ｂは、“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-B”のＩＰｖ６アドレスを広告する。ノードＣ及びノードＣ１が接続されたＬＡＮ多重化装置１０Ｃは、少なくとも“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-C”のＩＰｖ６アドレスと、“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-C1”のアドレスとを含む、ノード対応のＩＰｖ６アドレスを経路として広告する。

各ＬＡＮ多重化装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、広告されたＩＰｖ６アドレスと、当該アドレスを受信したポートの情報とを関連づけて記憶することによって、パケットの転送処理（中継処理）に使用する経路情報を記憶する。

図６に示すネットワークシステムにおいて、ノードＡからノードＢへの通信における動作について説明する。ノードＡは、ノードＢにデータを送信するために、データを含むＭＡＣフレームを生成する。ＭＡＣフレームの宛先ＭＡＣアドレス（MAC-DA）は、ノードＢのＭＡＣアドレス“MAC-B”であり、送信元ＭＡＣアドレス（MAC-SA）は、ノードＡのＭＡＣアドレス“MAC-A”である。

ノードＡから送信されたＭＡＣフレームは、ＬＡＮ多重化装置１０Ａに到達する。ＬＡＮ多重化装置１０Ａは、受信されたＭＡＣフレーム（MAC-DA）に対応する宛先ＩＰｖ６アドレス（IP-DA）、送信元ＩＰｖ６アドレス（IP-SA）を生成し、これらのＩＰアドレスを含むＩＰｖ６パケットでＭＡＣフレームをカプセル化する。このとき、ＭＡＣフレームのＭＡＣ−ＤＡの値（MAC-B）に応じて、ＬＡＮ多重化装置１０Ｂから広告されたアドレス“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-B”がＩＰ−ＤＡとして設定される。ＩＰ−ＳＡは、ＭＡＣ−ＳＡ（MAC-A）に対応するアドレス“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-A”をＩＰ−ＳＡとして設定することができる。ＬＡＮ多重化装置１０Ａは、カプセル化されたＭＡＣフレーム（ＩＰｖ６パケット）を、パケットネットワークＮへ送出する。

パケットネットワークＮでは、ＩＰｖ６パケットは、ＩＰルーティングの仕組みによって（ＩＰ−ＤＡ“プレフィックス＋多重化識別子＋MAC-B”に従って）、ノードＢが接続されたＬＡＮ多重化装置１０Ｂに転送される。

ＩＰｖ６パケットを受信したＬＡＮ多重化装置１０Ｂは、ＩＰｖ６パケットに対するデカプセル化を行うことによって、ＩＰｖ６パケットから元のＭＡＣフレームを取り出し、ノードＢへ送る。これによって、ノードＡからのＭＡＣフレーム（データ）が、宛先であるノードＢに到達する。ノードＢからノードＡへデータが送信される場合には、上記した動作と逆の動作が実行される。

図７は、図６に示したネットワークシステムにおいて、異なる多重化識別子が使用される場合の動作を説明するための図である。図７には、二つの破線で囲まれた領域が図示されており、各領域が１つの論理ネットワークを形成する。具体的には、ノードＡとノードＢとが多重化識別子“１”で識別される論理ネットワークに属し、ノードＤ，ノードＣ及びノードＣ１が多重化識別子“２”で識別される論理ネットワークに属している。

多重化識別子は、基本的には、ＬＡＮ多重化装置１０が有するネットワークインタフェースに対して設定される。すなわち、ネットワークインタフェースに接続されるノードが属する論理ネットワークを多重化識別子の設定により指定する。尤も、インタフェース単位ではなく、装置単位でノードが属する論理ネットワークを指定することもできる。

図７に示す例では、ノードＡは、ＩＰｖ６アドレス空間において、アドレス“プレフィックス+多重化識別子（=1）+MAC-A”で表現される。ノードＢは、ＩＰｖ６アドレス空間において、アドレス“プレフィックス+多重化識別子（=1）+MAC-B”で表現される。一方、ノードＣは、アドレス“プレフィックス+多重化識別子（=2）+MAC-C”で表現される。ノードＣ１は、アドレス“プレフィックス+多重化識別子（=2）+MAC-C1”で表現される。そして、ノードＤは、アドレス“プレフィックス+多重化識別子（=2）+MAC-D”で表現される。これらのアドレスは、図６を用いた説明と同様の手法で各ＬＡＮ多重化装置１０に設定することができる。

ノードＡとノードＢとの間のデータ送信、及びノードＤ，ノードＣ及びノードＣ１のうちの二点間におけるデータ通信は、図６で説明した転送動作と同様の動作により行われる。このとき、パケットの転送は、多重化識別子の相違に拘らず、同一のネットワークＮ（ＩＰｖ６ネットワーク）を介して行われる。すなわち、多重化識別子が異なる場合でも、１つのＩＰｖ６ネットワークを用いることができる。このように、ＩＰｖ６ネットワーク上に、複数の論理的なＬＡＮを構築することができる。換言すれば、１つの物理的なネットワーク上に、複数の論理的なＬＡＮを構築することができる。

ネットワークＮ上に構築可能な論理ネットワークの数は、多重化識別子に割り当てられるビット数ｎに依存する。例えば、ＩＰｖ６が適用される場合において、多重化識別子が１６ビット（ｎ＝１６）である場合には、割り当て可能な論理ネットワークの最大数は６５５３６となり、プレフィックス長は６４bitとなる。また、多重化識別子が３２ビット（ｎ＝３２）である場合には、割り当て可能な論理ネットワークの最大数は約４３億となり、プレフィックス長は４８bitとなる。４３億という数字は、事実上、論理ネットワークの構築可能な数が無制限であると考えることができる。

＜ＬＡＮ多重化装置の構成例＞
図８は、図６や図７に示したＬＡＮ多重化装置１０が有する機能を模式的に示す図であり、ネットワーク構成が併せて図示されている。ＬＡＮ多重化装置１０は、ＬＡＮを収容する１以上のブリッジ機能１１と、パケットネットワーク（例えばＩＰｖ６）に接続されるルータ機能１３とを含む。ブリッジ機能１１とルータ機能１３とは、例えば、ブリッジ機能（ＬＡＮインタフェース）毎に設けられるカプセル化機能１２によって接続される。

カプセル化機能１２は、ＭＡＣフレームがカプセル化されたＩＰｖ６パケットを生成する。カプセル化機能１２は、多重化識別子（多重化ＩＤ）を保持（記憶）している。多重化識別子は、カプセル化に際して、ＩＰｖ６アドレス（ＩＰ−ＤＡ，ＩＰ−ＳＡ）を生成するために用いられる。

ブリッジ機能１１は、ＬＡＮから受信されるＭＡＣフレーム中のＭＡＣアドレス（MAC-DA，MAC-SA）を参照し、必要に応じて（例えば、MAC-DAとMAC-SAとが異なるＬＡＮに属すると判断できるとき）ＭＡＣフレームをカプセル化機能１２へ送る。また、ブリッジ機能１１は、カプセル化機能１２から受信するＭＡＣフレームを、ＭＡＣ−ＤＡに対応するＬＡＮへ出力する。
ブリッジ機能１１は、ＬＡＮに対応するブリッジ機能だけでなく、無線ＬＡＮに対応するブリッジ機能であっても良い。無線ＬＡＮ対応のブリッジ機能は、無線区間と有線区間との間のフレーム変換（無線ＬＡＮフレーム（IEEE802.11フレーム）←→ＭＡＣフレーム（Ethernet（登録商標）フレームなど））を行う。

ルータ機能１３は、ＩＰ−ＤＡと出力ポートとを対応付けたルーティングテーブルを有し、ルータ２０や多重化機能１２から受信されるＩＰパケット（ＩＰｖ６パケット）のＩＰ−ＤＡに対応するポートからＩＰパケットを送出する。

図９は、図８に示したカプセル化機能１２を司る処理を模式的に示す。カプセル化機能１２は、プレフィックス及び多重化識別子の保持部１２１と、ＩＰｖ６アドレス生成処理１２２と、ＭＡＣアドレス取り出し処理１２３と、ＩＰｖ６ヘッダ追加処理１２４と、ＩＰｖ６ヘッダ削除処理１２５とを含む。

保持部１２１は、プレフィックス及び多重化識別子をＭＡＣアドレスと対応付けて記憶（保持）する。保持部１２１に記憶されるプレフィックス及び多重化識別子は、静的に記憶されたものでも、広告されたＩＰｖ６アドレスを格納するようにしても良い。

ＭＡＣアドレス取り出し処理１２３では、ブリッジ機能１１から入力されたＭＡＣフレームからＭＡＣアドレス（MAC-DA，MAC-SA）が取り出される。ＩＰｖ６アドレス生成処理１２２では、ＭＡＣアドレス取り出し処理１２３によって取り出されたＭＡＣアドレスに対応するプレフィックス及び多重化識別子を保持部１２１から取得する。続いて、取得されたプレフィックス及び多重化識別子と、上記したＭＡＣアドレス（MAC-DA，MAC-SA）とからＩＰｖ６アドレス（IP-DA，IP-SA）が生成される。

ＩＰｖ６ヘッダ追加処理１２４では、ＩＰｖ６アドレス生成処理１２２によって生成されたＩＰｖ６アドレス（IP-DA，IP-SA）を含むＩＰｖ６ヘッダが生成され、ＭＡＣフレームに付与されることによってＩＰｖ６パケットが生成される。生成されたＩＰｖ６パケットは、ルータ機能１３に入力される。

一方、ルータ機能１３から出力されたＩＰｖ６パケットは、ＩＰｖ６ヘッダ削除処理１２５によって、ＩＰｖ６ヘッダが削除されることにより、デカプセル化が実行され、ＭＡＣフレームが出力される。

図１０は、ＣＰＵ５１のカプセル化機能１２の他の形態を示す。図１０に示す形態では、カプセル化機能１２は、図９に示した保持部１２１及び各処理１２２〜１２５に加えて、ＩＰｖ６アドレス取り出し処理１２６と、多重化識別子分離処理１２７と、比較処理１２８とを行う。すなわち、ＩＰｖ６アドレス取り出し処理１２６では、ルータ機能１３からのＩＰｖ６パケットから、ＩＰｖ６アドレス（ＩＰ−ＤＡ）が取り出される。

多重化識別子分離処理１２７では、ＩＰ−ＤＡから多重化識別子が分離される。比較処理１２８では、分離された多重化識別子と、保持部１２１に記憶された多重化識別子との比較が行われる。比較の結果、分離された多重化識別子が保持部１２１に記憶された多重化識別子の何れとも一致しない場合には、廃棄指示がＩＰｖ６ヘッダ削除処理１２５に渡される。ＩＰｖ６ヘッダ削除処理１２５では、廃棄指示に対応するＩＰｖ６パケットが廃棄される。これに対し、分離された多重化識別子が保持部１２１に記憶された多重化識別子の何れかと一致する場合には、該当するＩＰｖ６パケットに対し、ＩＰｖ６ヘッダ削除処理１２５において、通常のデカプセル処理が実行される。このような処理によって、誤送によって到着したＩＰｖ６パケットを廃棄することができる。

図１１は、図８〜図１０に示した機能及び処理を実現可能なＬＡＮ多重化装置１０のハードウェア構成例を示す。図１１において、ＬＡＮ多重化装置１０は、バスＢを介して相互に接続されたＣＰＵ５１と、メモリ（記憶装置：ストレージ）５２と、メモリ（記憶装置：ストレージ）５３と、複数のネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）５４とを備えている。

ＮＩＣ５４は、通信インタフェースの一例であり、通信回線を介してＬＡＮやパケットネットワーク（ＩＰネットワーク）と接続される。ＬＡＮと接続されたＮＩＣ５４は、図８に示したブリッジ機能１１を実現するための電気・電子回路を備え、ＭＡＣフレームの送受信を行う。ＬＡＮ多重化装置１０が無線ＬＡＮ端末と無線通信を行う場合には、無線ＬＡＮフレームを送受信するための無線ＬＡＮ用のＮＩＣ５４が設けられる。ＩＰネットワークと接続されるＮＩＣ５４は、図８に示したルータ機能１３を実現するための電気・電子回路やメモリを備えている。

メモリ５２は、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムやプログラムの実行に際して使用されるデータを記憶した不揮発性領域（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）フラッシュメモリ、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory））と、ＣＰＵ５１の作業領域として使用される揮発性領域（例えばＲＡＭ（Random Access Memory））とを含む。

メモリ５３は、パケットやフレームの生成，アドレス取り出し、ヘッダ追加、ヘッダ削除のような、ＩＰパケットやＭＡＣフレームに対する処理を行うための作業領域、或いはＩＰパケットやＭＡＣフレームを一時的に蓄積するバッファ領域として使用される。ＣＰＵ５１は、プロセッサ（マイクロプロセッサ）の一例であり、メモリ５２に記憶されたプログラムを実行することにより、図８に示したカプセル化機能１２を果たし、図９や図１０に図示した各種の処理を行う。プロセッサは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を含む。図９や図１０に示した保持部１２１は、例えばメモリ５２の不揮発性領域に形成される。

図６や図７に示したノードＡがノードＢへＬＡＮ多重化装置１０Ａ，１０Ｂを介してデータを送信する（通信が行われる）場合におけるＬＡＮ多重化装置１０Ａ，１０Ｂの処理は以下の通りとなる。

ノードＡから送信されたＭＡＣフレームは、ＬＡＮ多重化装置１０に到達する。すなわち、ＭＡＣヘッダ３１を持つＭＡＣフレーム３０（図８）は、ノードＡと接続されたＮＩＣ５４にて受信され、メモリ５３に格納される。すると、ＣＰＵ５１が、カプセル化機能１２として機能することによって、ＭＡＣアドレス取り出し処理１２３，ＩＰｖ６アドレス生成処理１２２，ＩＰｖ６ヘッダ追加処理を行い、メモリ５３上にノードＢ宛のＩＰヘッダ４１を持つＩＰｖ６パケット４０（図８）を生成する。ＩＰｖ６パケット４０は、パケットネットワーク（ＩＰｖ６ネットワーク）に接続されたＮＩＣ５４に転送され、ＩＰｖ６ネットワークに転送される。

ＩＰｖ６ネットワーク内のルータ２０は、ＩＰｖ６パケット４０のＩＰ−ＤＡに従って、ＩＰｖ６パケット４０をＬＡＮ多重化装置１０Ｂへ転送する。ＬＡＮ多重化装置１０Ｂでは、ＩＰｖ６パケット４０は、ＩＰｖ６ネットワークに接続されたＮＩＣ５４で受信され、メモリ５３に格納される。ＬＡＮ多重化装置１０ＢのＣＰＵ５１は、図９に示したカプセル化機能１２として機能する場合には、ＩＰｖ６削除処理１２５を実行することによって、ＩＰｖ６パケット４０からＭＡＣフレーム３０を得る。その後、ＭＡＣフレーム３０は、ノードＢと接続されたＮＩＣ５４を経てノードＢへ送信される。

これに対し、ＬＡＮ多重化装置１０ＢのＣＰＵ５１は、図９に示したカプセル化機能１２として機能する場合には、ＩＰｖ６アドレス取り出し処理１２６，多重化識別子分離処理１２７，比較処理１２８を行い、ＩＰヘッダ４１中の多重化識別子と、保持部１２１に保持された多重化識別子とが一致することを条件として、ＩＰｖ６ヘッダ削除処理１２５を行う。

但し、ＬＡＮ多重化装置１０ＢのＣＰＵ５１が、上記した処理１２６〜１２８を行わず、ノードＢからノードＡ宛のＩＰｖ６パケットを受信したＬＡＮ多重化装置１０のＣＰＵ５１が処理１２６〜１２８を実行するようにしても良い。

なお、上記実施形態では、制御装置の一例としてＣＰＵ５１が適用されたケースについて説明した。ＣＰＵ５１によって実行される処理１２１〜１２８は、専用又は汎用のハードウェア（例えば、ＩＣ，ＬＳＩ，ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit），ＰＬＤ（Programmable Logic Device: 例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array））やこれらの組合せ）で形成された制御装置によって実現されるようにしても良い。

＜実施形態の作用効果＞
以上説明したように、実施形態に係るＬＡＮ多重化装置１０及びＬＡＮ多重化装置１０が適用されたネットワークシステムによれば、以下の効果又は利点を得ることができる。

（１）ＩＰｖ６パケットが使用されるバックボーンネットワークの範囲では、pingなどＩＰネットワークで通常使われる管理手法やトラブルシューティング手法が利用可能となり、運用管理上の大規模化が容易となる。

（２） ＩＰｖ６ネットワークでトポロジのループがあっても、ＩＰルーティングプロトコルで経路選択されるため、ブロードキャストストームの発生が抑止される。

（３） 階層化が行われないため、階層化に伴う運用管理上の問題が存在しない。

（４）タギングを行わず、ＩＰネットワークにマッピングするため、Path MTU Discoveryによるパケット長の学習や、あるいはフラグメント化による対応など、柔軟な対応が可能となる。

（５）有線ＬＡＮと無線ＬＡＮの混在が可能となる。

（６）IEEE802.1Q対応あるいは、二重タギング、三重タギングに対応した装置でネットワーク機器を揃える必要が無い。バックボーンネットワークでは、通常のルータやＬ３スイッチのようなＩＰ機器を利用できるため、導入コストを抑えた経済的な構築が可能となる。

更なる効果としては、以下が挙げられる。

＜１＞一般に、ＩＰネットワークの方が、広域でかつ大規模なネットワークの構築が可能になるため、より広域な展開が可能になる。

＜２＞ ある多重化識別子では、タグなしのＭＡＣフレームを収容し、別の多重化識別子では、タグありのＭＡＣフレームを収容するなど、異なるフレームでも多重化することができる。

＜３＞もちろん、多重化識別子に大きな空間を与えることが可能となるため、ほぼ制限無く、ＬＡＮや無線ＬＡＮをパケットネットワーク上に多重化することも可能となる。 これら効果により、データネットワークの健全な発展に大きく寄与すると考えられる。

なお、パケットヘッダのＭＡＣアドレス領域にＭＡＣ−ＤＡ及びＭＡＣ−ＳＡを格納しても良いことを上述した。この場合、ＭＡＣアドレス領域のビット数が９６ビットとなるので、多重化識別子の採り得る値の数（最大多重化数）が減少する可能性がある。もっとも、多重化数が少なくなっても、ＶＬＡＮにおけるタギング技術を適用する場合に比べて、上述した（１）〜（６）の効果を享受し得る。

また、上記実施形態におけるＩＰｖ６アドレスを構成するＭＡＣアドレスとして、ＭＡＣ−ＤＡが適用される例を説明した。これによれば、ＩＰｖ６アドレス生成を、ＭＡＣフレーム中のＭＡＣ−ＤＡのコピーによって実行することができる。このため、保持部１２１（メモリ５２）が必ずしもＭＡＣアドレスを記憶する必要がない。但し、上記したように、保持部１２１（メモリ５２）は、広告されたルーティング情報としてのＩＰｖ６アドレスを、そのまま記憶するようにし、ＭＡＣ−ＤＡに対応するＩＰｖ６アドレスが保持部１２１から読み出されることで、ＩＰｖ６アドレスが生成されるようにしても良い。もっとも、ＩＰｖ６アドレスを構成するＭＡＣアドレスは、例えば、ＭＡＣ−ＤＡを有するノード（ＭＡＣフレームの宛先）をユニークに識別する識別子であっても良い。

また、本実施形態では、ＭＡＣフレームについて説明したが、ＭＡＣフレーム以外に、無線ＬＡＮフレームをカプセル化／デカプセル化することができる。

以上説明した本実施形態に係るネットワークシステムは、大規模化する広域ＬＡＮサービスやデータセンターでの実施に適用されるのが好ましい。

Ａ〜Ｄ，Ｃ１・・・ノード（端末）
Ｎ・・・パケットネットワーク（ＩＰネットワーク）
１０・・・ＬＡＮ多重化装置
５１・・・ＣＰＵ
５２，５３・・・メモリ
５４・・・ネットワークインタフェースカード（ネットワークインタフェース）

Claims (6)

1. ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方と接続されるとともに、パケットネットワークに接続されるＬＡＮ多重化装置であって、
   前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方、並びにパケットネットワークと接続される少なくとも１つのネットワークインタフェースと、
   前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方から受信されたＭＡＣフレームを、少なくとも多重化識別子とＭＡＣアドレスとを含んだパケットネットワークアドレスを含むパケットヘッダでカプセル化し、前記パケットネットワークへ送出する処理を行う一方で、前記パケットネットワークから受信されたパケットのデカプセル化によって得られたＭＡＣフレームを、当該ＭＡＣフレームの宛先に対応する前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方へ送出する処理を行う制御装置と
   を含むＬＡＮ多重化装置。
2. 前記パケットがＩＰｖ６パケットであり、前記パケットネットワークがＩＰｖ６ネットワークである
   請求項１に記載のＬＡＮ多重化装置。
3. 前記ＭＡＣアドレスが、前記ＭＡＣフレームの宛先ＭＡＣアドレスであり、
   前記宛先ＭＡＣアドレスに対応する多重識別子を記憶した記憶装置をさらに含む
   請求項１又は２に記載のＬＡＮ多重化装置。
4. 前記パケットネットワークアドレスが、プリフィックス，多重化識別子，及びＭＡＣアドレスを含む
   請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＡＮ多重化装置。
5. ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方と接続されるとともに、パケットネットワークに接続された複数のＬＡＮ多重化装置を含み、
   前記複数のＬＡＮ多重化装置の夫々は、
   前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方、及びパケットネットワークと接続される少なくとも１つのネットワークインタフェースと、
   前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方から受信されたＭＡＣフレームを、少なくとも多重化識別子とＭＡＣアドレスとを含んだパケットネットワークアドレスを含むパケットヘッダでカプセル化し、前記パケットネットワークへ送出する処理を行う一方で、前記パケットネットワークから受信されたパケットのデカプセル化によって得られたＭＡＣフレームを、当該ＭＡＣフレームの宛先に対応する前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方へ送出する処理を行う制御装置と
   を含むネットワークシステム。
6. ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方、及びパケットネットワークと接続される少なくとも１つのネットワークインタフェースを含むＬＡＮ多重化装置に備えられた制御装置が、
   前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方から受信されたＭＡＣフレームを、少なくとも多重化識別子とＭＡＣアドレスとを含んだパケットネットワークアドレスを含むパケットヘッダでカプセル化し、前記パケットネットワークへ送出する処理を行い、
   前記パケットネットワークから受信されたパケットのデカプセル化によって得られたＭＡＣフレームを、当該ＭＡＣフレームの宛先に対応する前記ＬＡＮ及び無線ＬＡＮの少なくとも一方へ送出する処理を行う
   ＬＡＮ多重化装置によるＬＡＮ間のＭＡＣフレーム転送方法。

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