WO2015037102A1 - Ｉｐアドレス配布システム、スイッチ装置およびｉｐアドレス配布方法 - Google Patents

Ｉｐアドレス配布システム、スイッチ装置およびｉｐアドレス配布方法 Download PDF

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重枝　哲也
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an IP address distribution system, a switch device, and an IP address distribution method.
  • TCP / IP which is often used as a communication protocol between devices
  • an IP address is used as information for identifying the device.
  • TCP / IP it is necessary to assign a uniquely determined IP address to each device on the network.
  • an IP address is assigned so that there is no duplication in each device, and the IP address is recorded in a recording device in the device, and the device is recorded at the time of startup. There is a method of using an IP address.
  • each device broadcasts an RARP message to the network when it is activated.
  • the RARP server on the network distributes the IP address to the transmission source device via the network in response to the RARP message.
  • a server that manages an IP address determines an IP address by distributing the IP address in response to a request from a device (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • a server that receives an IP address distribution request assigns an IP address to a request source device.
  • the IP address is not assigned in consideration of the physical configuration of the network, the following problems exist.
  • the IP address of the corresponding device after the replacement depends on the device arrangement. It is desirable to give the same (or associated) IP address that was given to the failed device.
  • the IP address is assigned according to the arrangement of the device, convenience in managing the device is enhanced, for example, when the communication abnormality occurs, the device can be easily identified.
  • the operator can respond by writing the desired IP address when installing the device.
  • IP address corresponding to the installation position is automatically assigned later, operational convenience is improved. Further, when setting is performed manually by a person, there is a risk that a work mistake may occur, but the work mistake can be prevented by automation. Therefore, it is desirable that the IP address corresponding to the arrangement of the device is automatically distributed when the device is installed.
  • the present invention has been made in view of the above, and when a device to which an IP address is not assigned is newly installed due to device replacement or the like, the newly installed device corresponds to the installation position. It is an object of the present invention to obtain an IP address distribution system, a switch device, and an IP address distribution method capable of giving an IP address.
  • the present invention provides an IP address distribution system including a network formed by a switch device and an IP address distribution device connected to the network, wherein the switch When receiving a signal including a distribution IP address that is an IP address distributed to the IP address request source device by the IP address distribution device, the device receives one of the distribution IP addresses included in the received signal. A part or all of them is rewritten to a value corresponding to a port that relays the signal.
  • the switch when the switch relays an IP address distribution message issued by the IP address distribution device, a part or all of the bits of the distribution IP address included in the message are transferred to the relay destination port. It was decided to rewrite to the corresponding value. As a result, it is possible to distribute the IP address in correspondence with the position (installation position) of the device on the physical wiring of the network. For example, even when a device receiving an IP address distribution is replaced due to a failure or the like, the same IP address as that of the device before replacement can be automatically assigned to the device after replacement.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the IP address distribution system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an IP address distribution message.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a rewrite table of the distribution IP address lower 8 bits.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a distribution IP address after rewriting according to the rewrite table.
  • FIG. 5 is a sequence diagram illustrating an example of an IP address distribution operation.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for managing a distributed IP address.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the IP address distribution system according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a rewrite table of distribution IP addresses.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the IP address distribution system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an IP address distribution message.
  • FIG. 9 is a sequence diagram illustrating an example of an IP address distribution operation.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the IP address distribution system according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a rewrite table of distribution IP addresses.
  • FIG. 12 is a sequence diagram illustrating an example of an IP address distribution operation.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an application example of the IP address distribution system.
  • FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an IP address distribution system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the IP address distribution system according to the present embodiment includes an IP address distribution device 1 and a switch 2 that is an Ethernet (registered trademark) switch.
  • the IP address distribution device 1 is connected to the port P5 of the switch 2.
  • the device 3 is connected to the port P1 of the switch 2, and the device 4 is connected to the port P2.
  • a mechanism for assigning IP addresses to the devices 3 and 4 will be described.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an IP address distribution message used when the IP address distribution apparatus 1 distributes an IP address to devices in the system in the IP address distribution system according to the present embodiment. .
  • the IP address distribution message has areas for storing a transmission destination address, a transmission source address, and a distribution IP address.
  • the address of the device that is the destination of this message (the device requesting the IP address distribution) is set in the destination address area, and the IP that is the source of this message is set in the source address area.
  • the address of the address distribution device 1 is set, and the IP address assigned to the destination device of this message is set in the distribution IP address area.
  • IPv4 a 32-bit IP address is used.
  • the switch 2 when the IP address distribution message shown in FIG. 2 is transmitted from the IP address distribution device 1, the switch 2 relays it to the port to which the device indicated by the transmission destination address is connected.
  • the switch 2 when passing the IP address distribution message, the switch 2 sets the lower 8-bit value of the IP address set in the distribution IP address area of the IP address distribution message corresponding to the port through which the switch 2 passes. rewrite.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a rewrite table of the distribution IP address lower 8 bits corresponding to each port of the switch 2.
  • the switch 2 refers to the rewrite table of FIG. 3 and uses the lower 8 bits of the distribution IP address (the IP address stored in the distribution IP address area). Rewrite the value to correspond to the output port. For example, if the distribution IP address of the IP address distribution message input from the port P5 is 192.168.1.100, the switch 2 displays the distribution IP address when outputting the IP address distribution message from each port. Rewrite according to 3.
  • the distribution IP address after rewriting is as shown in FIG.
  • the device 3 broadcasts an IP address request message to the IP address distribution device 1 in the network.
  • the destination address of the IP address request message is a broadcast address, and the MAC address of itself (device 3) is stored in the distribution source address.
  • the IP address request message reaches the IP address distribution device 1 via the switch 2.
  • the IP address distribution device 1 Upon receiving the IP address request message, the IP address distribution device 1 generates a distribution IP address, stores the MAC address of the device 3 in the destination address, and the MAC of itself (IP address distribution device 1) in the distribution source address. The address is stored, and the IP address distribution message storing the generated distribution IP address (192.168.1.100 in FIG. 5) is issued in the distribution IP address area.
  • the IP address distribution message reaches the device 3 via the port P1 of the switch 2, but when it passes through the port P1 of the switch 2, a rewrite process according to the rewrite table shown in FIG.
  • the distribution IP address of the address distribution message is 192.168.1.1.
  • the device 3 is assigned the IP address 192.168.1.1.
  • the IP address 192.168.1.2 is assigned in the same procedure.
  • the devices 3 and 4 Upon receiving the IP address distribution, the devices 3 and 4 set their own IP addresses to the distributed IP addresses (192.168.1.1, 192.168.1.1), and then start IP communication.
  • the IP address distribution device 1 can operate as a DHCP server and the device can operate as a DHCP client as a mechanism of IP address distribution between the IP address distribution device 1 and the device.
  • the IP address distribution device 1 operates as an internal operation different from that of the DHCP server, but the device can cope with the same operation as a general DHCP client.
  • the switch 2 Since the switch 2 rewrites the distribution IP address of the IP address distribution message, the distributed IP address recognized by the IP address distribution apparatus 1 does not match the IP address actually assigned to each device. .
  • Such a state can be resolved by using, for example, ARP (Address Resolution Protocol).
  • ARP Address Resolution Protocol
  • the IP address distribution device 1 transmits an ARP request in which an IP address with an unknown MAC address is set with reference to the ARP table and a response is returned, the IP address distribution device 1 is notified as illustrated in FIG.
  • the IP address is registered in the ARP table and stored as a distributed IP address. For example, as shown in FIG.
  • a table (distributed IP address management table) is created in which the MAC address, the address distributed by the IP address distribution message, and the IP address notified by the ARP response are associated with each other. Manage.
  • the MAC address 00-08-A1-0D-22-11 is notified in the ARP response to the ARP request with the IP address 192.168.1.3
  • the notified MAC address is registered in the ARP table.
  • the IP address 192.168.1.3 that made the ARP request is registered in the distributed IP address management table.
  • the switch when the switch relays the IP address distribution message issued by the IP address distribution device, part or all of the distribution IP addresses included in the message. This bit is rewritten to a fixed value corresponding to the relay destination port (output port). As a result, it is possible to distribute the IP address in correspondence with the position (installation position) of the device on the physical wiring of the network. For example, even when a device receiving an IP address distribution is replaced due to a failure or the like, the same IP address as that of the device before replacement can be automatically assigned to the device after replacement.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the IP address distribution system according to the second embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same devices as those included in the IP address distribution system (FIG. 1) described in the first embodiment.
  • the IP address distribution system includes an IP address distribution device 1 and switches 2 and 5, and a port P1 of the switch 2 and a port P5 of the switch 5 are connected.
  • the IP address distribution device 1 is connected to the port P5 of the switch 2, and the device 4 is connected to the port P2.
  • the device 7 is connected to the port P4 of the switch 5.
  • an operation for assigning an IP address to the device 7 communicating with the IP address distribution apparatus 1 via two switches will be described.
  • the operation in the case of distributing the IP address to the device 4 is the same as in the first embodiment. That is, when the switch 2 relays the IP address distribution message (FIG. 2), the switch 2 rewrites the value of the distribution IP address according to the rewrite table shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a rewrite table (a rewrite table of a distribution IP address) used by the switch 5.
  • the switch 5 rewrites the value of the distribution IP address when relaying the IP address distribution message.
  • rewriting is performed according to the rewriting table shown in FIG. That is, rewriting is performed according to a rewriting table different from the rewriting table used by the switch 2 (FIG. 3).
  • the procedure for distributing the IP address to the device 7 will be described with reference to the sequence diagram of FIG.
  • the device 7 requests the IP address distribution device 1 in the network for an IP address request message by broadcast.
  • the destination address of the IP address request message is a broadcast address, and the MAC address of itself (device 7) is stored in the distribution source address.
  • the IP address request message reaches the IP address distribution device 1 via the switch 5 and the switch 2.
  • the IP address distribution device 1 Upon receiving the IP address request message, the IP address distribution device 1 generates a distribution IP address, stores the MAC address of the device 7 in the destination address, and the MAC of itself (IP address distribution device 1) in the distribution source address. The address is stored, and the IP address distribution message storing the generated distribution IP address (192.168.1.100) is issued in the distribution IP address area.
  • the IP address distribution message is relayed to the switch 5 via the port P1 of the switch 2.
  • the switch 2 distributes the IP address for distribution of the IP address distribution message to be relayed according to the rewrite table of FIG. Rewrite. Specifically, 192.168.1.100 is rewritten to 192.168.1.1.
  • the IP address distribution message relayed by the switch 2 is relayed to the device 7 via the port P4 of the switch 5.
  • the switch 5 relays the IP address for relaying according to the rewrite table of FIG. Rewrite the IP address for message distribution. Specifically, rewrite 192.168.1.1 to 192.168.1.14.
  • the IP address 192.168.1.14 is assigned to the device 7.
  • the device 7 Upon receiving the IP address distribution, the device 7 sets the distributed IP address (192.168.1.14) as its own IP address, and then starts IP communication.
  • the switches 2 and 5 need to use different rewrite tables, but the rewrite table used by each switch is fixedly set when the switch is installed, for example.
  • Each switch may hold a plurality of rewrite tables in advance, and the rewrite table to be used may be switched based on contact information of the switches. In this case, even if the switch fails, the same IP address can be distributed even if the switch is replaced by making the contact information the same.
  • a plurality (two) of switches rewrite the distribution IP address when relaying the IP address distribution message according to different rewrite tables.
  • it is possible to distribute the IP address in correspondence with the position of the device on the physical wiring of the network.
  • it is possible to avoid duplicate assignment of IP addresses.
  • Embodiment 3 An IP address distribution operation in an IP address distribution system including a plurality of IP address distribution devices will be described.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the IP address distribution system according to the third embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same devices as those included in the IP address distribution system (FIGS. 1 and 7) described in the first and second embodiments.
  • the IP address distribution system includes IP address distribution apparatuses 1 and 8 and switches 2, 5 and 9, and a port P1 of switch 2 and a port P5 of switch 5 are connected.
  • the port P1 of the switch 5 and the port P5 of the switch 9 are connected.
  • the IP address distribution device 1 is connected to the port P5 of the switch 2, and the device 4 is connected to the port P2.
  • the device 10 is connected to the port P2 of the switch 5, and the device 7 is connected to the port P4.
  • the device 11 is connected to the port P2 of the switch 9, and the IP address distribution device 8 is connected to the port P4.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a rewrite table (distribution IP address rewrite table) used by the switch 9. Similar to the switches 2 and 5, the switch 9 rewrites the value of the distribution IP address when relaying the IP address distribution message. However, rewriting is performed according to the rewriting table shown in FIG. That is, rewriting is performed according to a rewriting table different from the rewriting tables (FIGS. 3 and 8) used by the switches 2 and 5.
  • a rewrite table distributed IP address rewrite table
  • the IP address distribution operation in the IP address distribution system of this embodiment will be described.
  • an IP address distribution operation for the device 7 will be described.
  • the switch 2 uses the rewrite table of FIG. 3 and the switch 5 uses the rewrite table of FIG.
  • the broadcast address is stored in the destination address of the IP address request message, and the MAC address of the device (device 7) is stored in the distribution source address for transmission.
  • This IP address request message first reaches the switch 5. Since the destination address of the received IP address request message is a broadcast address, the switch 5 relays it to all ports other than the port that received the message. The IP address request message relayed by the switch 5 reaches the switches 2 and 9, and the switches 2 and 9 similarly relay to all ports other than the port that received the message. As a result, the IP address request message reaches both the IP address distribution apparatuses 1 and 8.
  • the IP address distribution devices 1 and 8 Upon receiving the IP address request message transmitted from the device 7, the IP address distribution devices 1 and 8 determine an IP address to be distributed, and generate an IP address distribution message using the determined IP address as a distribution IP address. Send to device 7.
  • the operation sequence in which the IP address distribution apparatus 1 distributes an IP address is as described in the second embodiment (see FIG. 9).
  • the IP address distribution device 1 transmits an IP address distribution message with the distribution IP address set to 192.168.1.100, and the distribution IP address is rewritten when passing through the switches 2 and 5, and finally the IP address 192.168. 1.14 is assigned to device 7.
  • the IP address distribution device 8 stores 192.168.1.200 as the distribution IP address, stores the MAC address of the device 7 as the transmission destination address, and stores the MAC address of itself (IP address distribution device 8) as the transmission source address.
  • An IP address distribution message is generated and transmitted. This IP address distribution message is relayed by the switches 9 and 5 to reach the device 7, but the switches 9 and 5 rewrite the distribution IP address when relaying. Specifically, since the switch 9 relays to the port P5 to which the switch 5 is connected, the distribution IP address is rewritten from 192.168.1.200 to 192.168.1.25 according to the rewrite table of FIG.
  • the switch 5 Since the device 7 is connected to the port P4, the switch 5 rewrites the distribution IP address from 192.168.1.25 to 192.168.1.14 according to the rewrite table of FIG. As a result, the device 7 is assigned 192.168.1.14.
  • the IP address distribution message issued by the IP address distribution device 1 and the IP address distribution message issued by the IP address distribution device 8 arrive at the device 7.
  • the device 7 sets the IP address assigned by the previously received IP address distribution message as its own IP address, and starts IP communication. Since the switch 5 performs rewriting according to the output port, either the IP address distribution message transmitted from the IP address distribution device 1 or the IP address distribution message transmitted from the IP address distribution device 8 reaches first. The same IP address will be assigned.
  • the IP address distribution system according to the present embodiment includes two IP address distribution devices, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, and one of the IP address distribution devices fails. Even in such a case, it is possible to continue the IP address distribution. In addition, although the case where two IP address distribution apparatuses were used was demonstrated, it cannot be overemphasized that the redundancy with respect to a failure will improve when two or more are used.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an application example of the IP address distribution system according to the present invention. As an example, FIG. 13 illustrates a case where the present invention is applied to a train including a plurality of vehicles.
  • the IP address distribution device 21, the switches 23 and 24, and the devices 27 and 28 are mounted on the first vehicle, and the IP address distribution device 22, the switches 25 and 26, and the device 29 are the second. It shows an example mounted on a vehicle.
  • the switches 23 to 26 have a distribution IP address rewrite table corresponding to the car number (vehicle number) and the installation location of the switch in the vehicle.
  • a value corresponding to the car number is set at a specific bit position of the IP address.
  • the car number is embedded in the lower 16 bits to the lower 9 bits of the IP address.
  • the distribution IP address rewrite table may be prepared in the distribution IP address rewrite table used in the corresponding organization in the switch, and prepared to be switched using contact information (not shown) of the switch. .
  • contact information not shown
  • the contact information is set to the same value and used, so that the replacement work time can be shortened.
  • the IP address distribution system when the IP address distribution system is applied to a train, even if a device is replaced due to a failure or the like, the same IP address as that of the device before replacement can be assigned to the device after replacement.
  • Embodiment demonstrated the case where the IP address distribution system of Embodiment 3 was applied to a train, you may apply the IP address distribution system of Embodiment 1 or 2 to a train.
  • the IP address distribution system according to the present invention is useful when it is necessary to manage and assign IP addresses in consideration of the physical configuration of the network.
  • IP address distribution device 1, 8, 21, 22, IP address distribution device, 2, 5, 9, 23 to 26 Switch, 3, 4, 7, 10, 11, 27 to 29 devices.

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Abstract

　本発明は、スイッチ２により形成されたネットワーク、およびネットワークに接続されたＩＰアドレス配布装置１を備えたＩＰアドレス配信システムであって、スイッチ２は、ＩＰアドレス配布装置１がＩＰアドレスの要求元の機器３に対して配布するＩＰアドレスである配布用ＩＰアドレスを含んだ信号を受信すると、受信信号に含まれている配布用ＩＰアドレスの一部または全部を、信号を中継するポートに応じた値に書き換える。

Description

ＩＰアドレス配布システム、スイッチ装置およびＩＰアドレス配布方法
　本発明は、ＩＰアドレス配布システム、スイッチ装置およびＩＰアドレス配布方法に関するものである。
　装置間の通信プロトコルとして使用されることの多いＴＣＰ／ＩＰでは、装置を識別する情報としてＩＰアドレスを使用する。ＴＣＰ／ＩＰを使用する場合、ネットワーク上の各装置には一意に定まったＩＰアドレスを割り振る必要がある。
　ネットワーク上の各装置のＩＰアドレスを決定する方法としては、各装置に重複がないようにＩＰアドレスを付与し、装置内の記録装置にＩＰアドレスを記録しておき、装置は起動時に記録されたＩＰアドレスを使用するという方法がある。
　また、ネットワーク上の各装置のＩＰアドレスを決定する方法として、逆アドレス解決プロトコル（ＲＡＲＰ：Reverse　Address　Resolution　Protocol）がある。このＲＡＲＰを適用した場合、各装置は起動時に、ＲＡＲＰメッセージをネットワークにブロードキャスト送信する。ネットワーク上にあるＲＡＲＰサーバは、ＲＡＲＰメッセージに対応して、ネットワーク経由で送信元装置にＩＰアドレスを配布する。
　また、ＲＡＲＰに代わるＩＰアドレス配布方法として、ＢＯＯＴＰ（Bootstrap　Protocol）やＤＨＣＰ（Dynamic　Host　Configuration　Protocol）がある。いずれの仕組みも、ＩＰアドレスを管理しているサーバが、装置からの要求に応じてＩＰアドレスを配布することで、ＩＰアドレスを決定している（例えば、非特許文献１参照）。
ＴＣＰ／ＩＰによるネットワーク構築　Ｖｏｌ．１　第４版　Ｄｏｕｇｌａｓ　Ｅ．Ｃｏｍｅｒ編（共立出版）
　上述したような各種ＩＰアドレス配布方法において、ＩＰアドレスの配布要求を受けたサーバは、要求元の機器に対してＩＰアドレスを割り当てる。しかしながら、ネットワークの物理的な構成を考慮してＩＰアドレスを割り当てることはしないので、以下に示すような課題が存在する。
　例えば、機器構成が予め設計されたネットワークでＴＣＰ／ＩＰを使用する場合を考える。このネットワークにおいては、各ネットワーク機器の配置は決まっているので、ネットワーク運用上、装置の故障により装置交換が必要となった場合、交換後の該当装置のＩＰアドレスは、機器の配置に応じて、故障した装置に付与されていたものと同じ（または関連する）ＩＰアドレスを付与することが望ましい。機器の配置に応じてＩＰアドレスが付与されている場合、通信異常が発生した場合に該当機器の特定が容易になるなど、機器を管理する上での利便性が高まる。交換後の装置に対して交換前の装置に付与されていたものと同じまたは関連するＩＰアドレスを付与するには、装置設置時に所望のＩＰアドレスを作業者が書き込むことにより対応できるが、装置交換後に設置位置に応じたＩＰアドレスが自動的に付与されると、運用上の簡便性が向上する。また、人による手作業で設定を行う場合、作業ミスが発生するおそれがあるが、自動化することにより作業ミスも防止できる。従って、装置が設置された場合に、機器の配置に対応したＩＰアドレスが自動で配布されることが望ましい。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置交換などによりＩＰアドレスが付与されていない装置が新たに設置された場合に、新たに設置された装置に対して設置位置に応じたＩＰアドレスを付与することが可能なＩＰアドレス配布システム、スイッチ装置およびＩＰアドレス配布方法を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スイッチ装置により形成されたネットワーク、および当該ネットワークに接続されたＩＰアドレス配布装置を備えたＩＰアドレス配信システムであって、前記スイッチ装置は、前記ＩＰアドレス配布装置がＩＰアドレスの要求元の機器に対して配布するＩＰアドレスである配布用ＩＰアドレスを含んだ信号を受信すると、受信信号に含まれている配布用ＩＰアドレスの一部または全部を、当該信号を中継するポートに応じた値に書き換えることを特徴とする。
　この発明によれば、スイッチは、ＩＰアドレス配布装置が発行したＩＰアドレス配布用メッセージを中継する場合、メッセージに含まれている配布用ＩＰアドレスの一部または全てのビットを、中継先のポートに対応した値に書き換えることとした。これにより、ネットワークの物理配線上における機器の位置（設置位置）に対応させてＩＰアドレスを配布することが可能となる。例えば、ＩＰアドレスの配布を受ける機器を故障等により交換する場合でも、交換後の機器に交換前の機器と同一のＩＰアドレスを自動で付与することができる。
図１は、実施の形態１のＩＰアドレス配布システムの構成例を示す図である。 図２は、ＩＰアドレス配布用メッセージの構成例を示す図である。 図３は、配布用ＩＰアドレス下位８ｂｉｔの書換表の一例を示す図である。 図４は、書換表に従って書き換えを実施した後の配布用ＩＰアドレスの一例を示す図である。 図５は、ＩＰアドレス配布動作の一例を示すシーケンス図である。 図６は、配布済みＩＰアドレスの管理方法の一例を示す図である。 図７は、実施の形態２のＩＰアドレス配布システムの構成例を示す図である。 図８は、配布用ＩＰアドレスの書換表の一例を示す図である。 図９は、ＩＰアドレス配布動作の一例を示すシーケンス図である。 図１０は、実施の形態３のＩＰアドレス配布システムの構成例を示す図である。 図１１は、配布用ＩＰアドレスの書換表の一例を示す図である。 図１２は、ＩＰアドレス配布動作の一例を示すシーケンス図である。 図１３は、ＩＰアドレス配布システムの適用例を示す図である。
　以下に、本発明にかかるＩＰアドレス配布システムおよびＩＰアドレス配布方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１にかかるＩＰアドレス配布システムの構成例を示す図である。本実施の形態のＩＰアドレス配布システムは、ＩＰアドレス配布装置１と、イーサネット（登録商標）スイッチであるスイッチ（Switch）２とを含んで構成されている。ＩＰアドレス配布装置１は、スイッチ２のポートＰ５と接続されている。スイッチ２のポートＰ１には機器３が接続され、ポートＰ２には機器４が接続されている。本実施の形態では、機器３，４にＩＰアドレスを付与する仕組みを説明する。
　図２は、本実施の形態のＩＰアドレス配布システムにおいて、ＩＰアドレス配布装置１がシステム内の機器に対してＩＰアドレスを配布する際に使用するＩＰアドレス配布用メッセージの構成例を示す図である。
　図示したように、ＩＰアドレス配布用メッセージは、送信先アドレス、送信元アドレスおよび配布用ＩＰアドレスをそれぞれ格納するための領域を有する。送信先アドレスの領域には、本メッセージの送信先となる機器（ＩＰアドレスの配布を要求している機器）のアドレスが設定され、送信元アドレスの領域には、本メッセージの送信元であるＩＰアドレス配布装置１のアドレスが設定され、配布用ＩＰアドレスの領域には、本メッセージの送信先の機器に対して割り当てるＩＰアドレスが設定される。一般に、ＩＰｖ４では、３２ビットのＩＰアドレスが使用される。
　図２に示したＩＰアドレス配布用メッセージは、ＩＰアドレス配布装置１から送信されると、スイッチ２において、送信先アドレスが示す機器が接続されているポートへ中継される。ここで、スイッチ２は、ＩＰアドレス配布用メッセージを通過させる際に、通過するポートに対応して、ＩＰアドレス配布用メッセージの配布用ＩＰアドレス領域に設定されているＩＰアドレスの下位８ｂｉｔの値を書き換える。
　図３は、スイッチ２の各ポートに対応する、配布用ＩＰアドレス下位８ｂｉｔの書換表の一例を示す図である。スイッチ２は、ＩＰアドレス配布用メッセージを各ポートから出力する際に、図３の書換表を参照して配布用ＩＰアドレス（配布用ＩＰアドレスの領域に格納されているＩＰアドレス）の下位８ｂｉｔの値を、出力ポートに対応して書き換える。例えば、ポートＰ５から入力されたＩＰアドレス配布用メッセージの配布用ＩＰアドレスが192.168.1.100とすると、スイッチ２は、このＩＰアドレス配布用メッセージを各ポートから出力する際、配布用ＩＰアドレスを、図３に従って書き換える。書き換え後の配布用ＩＰアドレスは図４に示したものとなる。
　一例として、機器３にＩＰアドレスを配布する（割り当てる）手順を図５のシーケンス図を用いて説明する。機器３はブロードキャストでＩＰアドレス要求メッセージをネットワーク内にあるＩＰアドレス配布装置１に要求する。ＩＰアドレス要求メッセージの送付先アドレスはブロードキャストアドレスとし、配信元アドレスには自身（機器３）のＭＡＣアドレスを格納する。ブロードキャストを使用することでＩＰアドレス要求メッセージはスイッチ２経由でＩＰアドレス配布装置１に到達する。
　ＩＰアドレス配布装置１は、ＩＰアドレス要求メッセージを受信すると、配布用ＩＰアドレスを生成し、送付先アドレスに機器３のＭＡＣアドレスを格納し、配信元アドレスに自身（ＩＰアドレス配布装置１）のＭＡＣアドレスを格納し、配布用ＩＰアドレス用領域には、上記の生成した配布用ＩＰアドレス（図５では、192.168.1.100）を格納した、ＩＰアドレス配布用メッセージを発行する。
　ＩＰアドレス配布用メッセージはスイッチ２のポートＰ１を経由して機器３に到達するが、スイッチ２のポートＰ１を通過する際に、図３に示した書換表に従った書き換え処理が行われ、ＩＰアドレス配布用メッセージの配布用ＩＰアドレスは、192.168.1.1となる。この結果、機器３には、ＩＰアドレス192.168.1.1が割り当てられる。
　機器４については、同様の手順で、ＩＰアドレス192.168.1.2が割り当てられる。
　機器３，４は、ＩＰアドレスの配布を受けると、自身のＩＰアドレスを配布されたＩＰアドレス（192.168.1.1，192.168.1.1）に設定し、その後、ＩＰ通信を開始する。
　機器３が故障して、別の装置に置き換えを行ったケースを考える。この置き換えた装置は、ＩＰアドレス要求メッセージを発行して、自分のＩＰアドレスを決定するが、先に示した機器３と同様の手順で、ＩＰアドレスは、192.168.1.1が割り当てられる。
　本ＩＰアドレス配布システムにおいて、ＩＰアドレス配布装置１と機器とのＩＰアドレス配布の仕組みとしてＩＰアドレス配布装置１はＤＨＣＰサーバの動作、機器はＤＨＣＰクライアントの動作とすることも可能である。ＩＰアドレス配布装置１は、内部の動作としてＤＨＣＰサーバと異なる動作をするが、機器は一般のＤＨＣＰクライアントと全く同一の動作で対応できる。
　なお、スイッチ２がＩＰアドレス配布用メッセージの配布用ＩＰアドレスを書き換えるため、ＩＰアドレス配布装置１が認識している配布済みＩＰアドレスと各機器に実際に割り当てられたＩＰアドレスが一致しない状態となる。このような状態は、例えば、ＡＲＰ（Address　Resolution　Protocol）を使用して解消することができる。ＩＰアドレス配布装置１は、例えば、ＡＲＰテーブルを参照してＭＡＣアドレスが不明のＩＰアドレスを設定したＡＲＰ要求を送信し、応答が返ってきた場合、図６に示したように、通知されてきたＩＰアドレスをＡＲＰテーブルに登録するとともに、配布済みのＩＰアドレスとして記憶する。例えば、図６に示したような、ＭＡＣアドレスと、ＩＰアドレス配布用メッセージで配布したアドレスと、ＡＲＰ応答で通知されてきたＩＰアドレスを対応付けたテーブル（配布済みＩＰアドレス管理テーブル）を作成して管理する。図６に示した例では、ＩＰアドレス192.168.1.3のＡＲＰ要求に対するＡＲＰ応答でＭＡＣアドレス00-08-A1-0D-22-11が通知されてきたため、通知されていたＭＡＣアドレスをＡＲＰテーブルに登録するとともに、ＡＲＰ要求を行ったＩＰアドレス192.168.1.3を配布済みＩＰアドレス管理テーブルに登録する。
　本実施の形態では、配布用ＩＰアドレスの下位８ｂｉｔを書き換える例について説明したが、配布用ＩＰアドレスの全てのビットもしくは、任意の複数のビットをスイッチの各ポートに対応付けて書き換えるようにしても、全く同様に、固定的なＩＰアドレスを配布可能なシステムを実現できる。
　このように、本実施の形態のＩＰアドレス配布システムにおいて、スイッチは、ＩＰアドレス配布装置が発行したＩＰアドレス配布用メッセージを中継する場合、メッセージに含まれている配布用ＩＰアドレスの一部または全てのビットを、中継先のポート（出力ポート）に対応した固定値に書き換えることとした。これにより、ネットワークの物理配線上における機器の位置（設置位置）に対応させてＩＰアドレスを配布することが可能となる。例えば、ＩＰアドレスの配布を受ける機器を故障等により交換する場合でも、交換後の機器に交換前の機器と同一のＩＰアドレスを自動で付与することができる。
実施の形態２．
　図７は、実施の形態２のＩＰアドレス配布システムの構成例を示す図である。図７において、実施の形態１で説明したＩＰアドレス配布システム（図１）に含まれていた装置と同一の装置には同じ符号を付している。
　本実施の形態のＩＰアドレス配布システムは、ＩＰアドレス配布装置１と、スイッチ２および５とを含んで構成され、スイッチ２のポートＰ１とスイッチ５のポートＰ５が接続されている。実施の形態１と同様に、スイッチ２のポートＰ５にＩＰアドレス配布装置１が接続され、ポートＰ２に機器４が接続されている。また、スイッチ５のポートＰ４に機器７が接続されている。
　本実施の形態では、２台のスイッチを介してＩＰアドレス配布装置１と通信する機器７に対してＩＰアドレスを付与する動作を説明する。なお、機器４にＩＰアドレスを配布する場合の動作は実施の形態１と同様である。すなわち、スイッチ２は、ＩＰアドレス配布用メッセージ（図２）を中継する際に、配布用ＩＰアドレスの値を図３に示した書換表に従って書き換える。
　図８は、スイッチ５が使用する書換表（配布用ＩＰアドレスの書換表）の一例を示す図である。スイッチ５は、スイッチ２と同様に、ＩＰアドレス配布用メッセージを中継する際に配布用ＩＰアドレスの値を書き換える。ただし、図８に示した書換表に従って書き換えを行う。すなわち、スイッチ２が使用する書換表（図３）とは異なる書換表に従った書き換えを行う。
　機器７にＩＰアドレスを配布する手順を図９のシーケンス図を用いて説明する。機器７はブロードキャストでＩＰアドレス要求メッセージをネットワーク内にあるＩＰアドレス配布装置１に要求する。ＩＰアドレス要求メッセージの送付先アドレスはブロードキャストアドレスとし、配信元アドレスには自身（機器７）のＭＡＣアドレスを格納する。ブロードキャストを使用することでＩＰアドレス要求メッセージはスイッチ５およびスイッチ２を経由してＩＰアドレス配布装置１に到達する。
　ＩＰアドレス配布装置１は、ＩＰアドレス要求メッセージを受信すると、配布用ＩＰアドレスを生成し、送付先アドレスに機器７のＭＡＣアドレスを格納し、配信元アドレスに自身（ＩＰアドレス配布装置１）のＭＡＣアドレスを格納し、配布用ＩＰアドレス用領域には、上記の生成した配布用ＩＰアドレス（192.168.1.100）を格納した、ＩＰアドレス配布用メッセージを発行する。
　ＩＰアドレス配布用メッセージは、スイッチ２のポートＰ１を経由してスイッチ５に中継されるが、このとき、スイッチ２は、図３の書換表に従い、中継するＩＰアドレス配布用メッセージの配布用ＩＰアドレスを書き換える。具体的には、192.168.1.100を192.168.1.1に書き換える。スイッチ２で中継されたＩＰアドレス配布用メッセージは、スイッチ５のポートＰ４を経由して機器７に中継されるが、このとき、スイッチ５は、図８の書換表に従い、中継するＩＰアドレス配布用メッセージの配布用ＩＰアドレスを書き換える。具体的には、192.168.1.1を192.168.1.14に書き換える。この結果、機器７には、ＩＰアドレス192.168.1.14が割り当てられる。
　機器７は、ＩＰアドレスの配布を受けると、配布されたＩＰアドレス（192.168.1.14）を自身のＩＰアドレスに設定し、その後、ＩＰ通信を開始する。
　本実施の形態では、スイッチ２および５がそれぞれ異なる書換表を使用する必要があるが、各スイッチが使用する書換表は、例えば、スイッチの設置時に固定的に設定する。なお、各スイッチが複数の書換表を予め保持しておき、スイッチの有する接点情報に基づき、使用する書換表を切り替えるようにしてもよい。この場合、スイッチが故障した場合でも、接点情報を同じにすることで、スイッチを交換しても同じＩＰアドレスが配布可能になる。
　このように、本実施の形態のＩＰアドレス配布システムにおいては、複数（２台）のスイッチがそれぞれ異なる書換表に従い、ＩＰアドレス配布用メッセージを中継する際に配布用ＩＰアドレスを書き換えることとした。これにより、実施の形態１と同様に、ネットワークの物理配線上における機器の位置に対応させてＩＰアドレスを配布することが可能となる。また、ＩＰアドレスの重複割り当てを回避できる。
実施の形態３．
　本実施の形態では、複数のＩＰアドレス配布装置を含んだ構成のＩＰアドレス配布システムにおけるＩＰアドレス配布動作を説明する。
　図１０は、実施の形態３のＩＰアドレス配布システムの構成例を示す図である。図１０において、実施の形態１，２で説明したＩＰアドレス配布システム（図１，図７）に含まれていた装置と同一の装置には同じ符号を付している。
　本実施の形態のＩＰアドレス配布システムは、ＩＰアドレス配布装置１および８と、スイッチ２、５および９とを含んで構成され、スイッチ２のポートＰ１とスイッチ５のポートＰ５が接続されるとともに、スイッチ５のポートＰ１とスイッチ９のポートＰ５が接続されている。実施の形態１と同様に、スイッチ２のポートＰ５にＩＰアドレス配布装置１が接続され、ポートＰ２に機器４が接続されている。また、スイッチ５のポートＰ２に機器１０が接続され、ポートＰ４に機器７が接続されている。スイッチ９のポートＰ２に機器１１が接続され、ポートＰ４にＩＰアドレス配布装置８が接続されている。
　図１１は、スイッチ９が使用する書換表（配布用ＩＰアドレスの書換表）の一例を示す図である。スイッチ９は、スイッチ２，５と同様に、ＩＰアドレス配布用メッセージを中継する際に配布用ＩＰアドレスの値を書き換える。ただし、図１１に示した書換表に従って書き換えを行う。すなわち、スイッチ２，５が使用する書換表（図３，図８）とは異なる書換表に従った書き換えを行う。
　次に、本実施の形態のＩＰアドレス配布システムにおけるＩＰアドレス配布動作を説明する。一例として、機器７を対象としたＩＰアドレス配布動作を説明する。なお、実施の形態１，２と同様に、スイッチ２は図３の書換表を使用し、スイッチ５は図８の書換表を使用するものとして説明を行う。
　機器７は、ＩＰアドレスの配布を要求する場合、ＩＰアドレス要求メッセージの送付先アドレスにブロードキャストアドレスを格納し、配信元アドレスには自身（機器７）のＭＡＣアドレスを格納して送信する。このＩＰアドレス要求メッセージは、まず、スイッチ５に到達する。スイッチ５は、受信したＩＰアドレス要求メッセージの送付先アドレスがブロードキャストアドレスのため、メッセージを受信したポート以外の全ポートに中継する。スイッチ５で中継されたＩＰアドレス要求メッセージはスイッチ２および９に到達し、スイッチ２および９も同様に、メッセージを受信したポート以外の全ポートに中継する。この結果、ＩＰアドレス要求メッセージはＩＰアドレス配布装置１および８の双方に到達する。
　ＩＰアドレス配布装置１および８は、機器７が送信したＩＰアドレス要求メッセージを受信すると、配布するＩＰアドレスを決定し、決定したＩＰアドレスを配布用ＩＰアドレスとしたＩＰアドレス配布用メッセージを生成して機器７宛てに送信する。
　ＩＰアドレス配布装置１がＩＰアドレスを配布する動作シーケンスは実施の形態２で説明したとおりである（図９参照）。ＩＰアドレス配布装置１は、配布用ＩＰアドレスを192.168.1.100としたＩＰアドレス配布用メッセージを送信し、スイッチ２および５を通過する際に配布用ＩＰアドレスが書き換えられ、最終的に、ＩＰアドレス192.168.1.14が機器７に割り当てられる。
　一方、ＩＰアドレス配布装置８がＩＰアドレスを配布する動作シーケンスは図１２に示したものとなる。ＩＰアドレス配布装置８は、配布用ＩＰアドレスに192.168.1.200を格納し、送信先アドレスに機器７のＭＡＣアドレスを格納し、送信元アドレスに自身（ＩＰアドレス配布装置８）のＭＡＣアドレスを格納したＩＰアドレス配布用メッセージを生成し、送信する。このＩＰアドレス配布用メッセージは、スイッチ９および５により中継されて機器７に到達するが、スイッチ９および５は中継の際、配布用ＩＰアドレスを書き換える。具体的には、スイッチ９は、スイッチ５が接続されているポートＰ５に中継するので、図１１の書換表に従い、配布用ＩＰアドレスを192.168.1.200から192.168.1.25に書き換える。スイッチ５は、機器７がポートＰ４に接続されているので、図８の書換表に従い、配布用ＩＰアドレスを192.168.1.25から192.168.1.14に書き換える。この結果、機器７には、192.168.1.14が割り当てられる。
　機器７には、ＩＰアドレス配布装置１が発行したＩＰアドレス配布メッセージおよびＩＰアドレス配布装置８が発行したＩＰアドレス配布メッセージが到達する。機器７は、先に受信したＩＰアドレス配布メッセージで割り当てられたＩＰアドレスを自身のＩＰアドレスに設定し、ＩＰ通信を開始する。なお、スイッチ５が出力ポートに応じた書き換えを行うため、ＩＰアドレス配布装置１が送信したＩＰアドレス配布メッセージとＩＰアドレス配布装置８が送信したＩＰアドレス配布メッセージのどちらが先に到達した場合にも、同じＩＰアドレスが割り当てられることになる。
　他の機器にＩＰアドレスを配布する場合の動作も同様である。
　このように、本実施の形態のＩＰアドレス配布システムは、ＩＰアドレス配布装置を２台備えているので、実施の形態１，２と同様の効果が得られるとともに、片方のＩＰアドレス配布装置が故障した場合でもＩＰアドレスの配布を継続できるという効果が得られる。なお、ＩＰアドレス配布装置が２台の場合を説明したが、２台以上を使用すると、故障に対する冗長性が向上することは説明するまでもない。
実施の形態４．
　図１３は、本発明にかかるＩＰアドレス配信システムの適用例を示す図であり、一例として、複数車両からなる列車に適用した場合を示している。
　図１３は、ＩＰアドレス配布装置２１と、スイッチ２３および２４と、機器２７および２８とが１番目の車両に搭載され、ＩＰアドレス配布装置２２と、スイッチ２５および２６と、機器２９とが２番目の車両に搭載された例を示している。
　スイッチ２３～２６は、号車番号（車両番号）及び車両内のスイッチの設置場所に対応する配布用ＩＰアドレス書換表を有する。配布用ＩＰアドレス書換表は、例えば、ＩＰアドレスの特定のビット位置に号車番号に対応する値を設定している。例えばＩＰアドレスの下位１６ｂｉｔから下位９ｂｉｔの値に号車番号を埋め込む。
　機器２７～２９にＩＰアドレスを配布する動作は実施の形態３と同様である。
　配布用ＩＰアドレス書換表は、スイッチ内に該当編成で使用する配布用ＩＰアドレス書換表に全て用意して、スイッチの有する接点情報（図示せず）を使用して切り替えるように準備してもよい。この場合、スイッチが故障して交換する際に接点情報を同じ値に設定して使用することで、交換作業時間を短縮することができる。
　このように、ＩＰアドレス配信システムを列車に適用した場合、故障等により機器の交換が発生した場合でも、交換後の機器に交換前の機器と同じＩＰアドレスを割り当てることができる。
　なお、本実施の形態では、実施の形態３のＩＰアドレス配布システムを列車に適用する場合について説明したが、実施の形態１や２のＩＰアドレス配布システムを列車に適用しても構わない。
　以上のように、本発明にかかるＩＰアドレス配布システムは、ネットワークの物理的な構成を考慮してＩＰアドレスの管理と割り当てを行う必要がある場合に有用である。
　１，８，２１，２２　ＩＰアドレス配布装置、２，５，９，２３～２６　スイッチ（Switch）、３，４，７，１０，１１，２７～２９　機器。

Claims (7)

  1. 　スイッチ装置により形成されたネットワーク、および当該ネットワークに接続されたＩＰアドレス配布装置を備えたＩＰアドレス配信システムであって、
    　前記スイッチ装置は、前記ＩＰアドレス配布装置がＩＰアドレスの要求元の機器に対して配布するＩＰアドレスである配布用ＩＰアドレスを含んだ信号を受信すると、受信信号に含まれている配布用ＩＰアドレスの一部または全部を、当該信号を中継するポートに応じた値に書き換えることを特徴とするＩＰアドレス配布システム。
  2. 　前記スイッチ装置は、前記配布用ＩＰアドレスを中継するポートに固有の値に書き換えることを特徴とする請求項１に記載のＩＰアドレス配布システム。
  3. 　前記スイッチ装置が複数存在する場合、各スイッチ装置は、それぞれ異なる規則で配布用ＩＰアドレスの書き換えを行い、書き換え後の配布用ＩＰアドレスが他のスイッチ装置で書き換えられた後の配布用ＩＰアドレスと重複するのを回避することを特徴とする請求項１に記載のＩＰアドレス配布システム。
  4. 　前記ＩＰアドレス配布装置を複数備えたことを特徴とする請求項１に記載のＩＰアドレス配布システム。
  5. 　前記ネットワークを列車内に構築されたネットワークとすることを特徴とする請求項１に記載のＩＰアドレス配布システム。
  6. 　ＩＰアドレス配布装置とともにＩＰアドレス配信システムを形成するスイッチ装置であって、
    　前記ＩＰアドレス配布装置がＩＰアドレスの要求元の機器に対して配布するＩＰアドレスである配布用ＩＰアドレスを含んだ信号を受信すると、受信信号に含まれている配布用ＩＰアドレスの一部または全部を、当該信号を中継するポートに応じた値に書き換えることを特徴とするスイッチ装置。
  7. 　スイッチ装置により形成されたネットワーク、および当該ネットワークに接続されたＩＰアドレス配布装置を備えたＩＰアドレス配信システムにおけるＩＰアドレス配布方法であって、
    　前記ＩＰアドレス配布装置が、ＩＰアドレスの要求元機器に対して割り当てる仮のＩＰアドレスを決定し、決定した仮のＩＰアドレスを含んだＩＰアドレス配布信号を送信する仮ＩＰアドレス配布ステップと、
    　前記スイッチ装置が、前記ＩＰアドレス配布信号を受信し、当該受信した信号に含まれている仮のＩＰアドレスの一部または全部を、当該信号を中継するポートに応じた値に書き換えて送信するＩＰアドレス書き換えステップと、
    　を含むことを特徴とするＩＰアドレス配布方法。
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