WO2017056140A1 - ネットワークシステム、及び、ネットワークノード - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a network system and a network node.
- Layer 2 Ethernet as defined in IEEE 802.3 as one form of network configured by connecting network devices that learn MAC address information in received frames and control frame transmission destinations, such as switching hubs (Registered trademark).
- STP Shorting Tree Protocol
- BPDU Bridge Protocol Data Unit
- a network state (topology) change due to a failure or the like When the communication path is switched, a mismatch between the MAC address information learned before the path switching and the network topology occurs.
- a ring configuration or the like is used as a network configuration for redundancy in which communication is restored by transmitting a BPDU in which a TC (Topology Change) bit is set and erasing MAC address information.
- Patent Document 1 states that “a ring monitoring device has a ring port for a ring configuration device that has detected link recovery installed in a link recovery notification frame. A flush request frame is sent to the ring component device to instruct that the user frame can be transmitted / received, and the ring component device that has received the frame clears the learned MAC address and changes the ring port state. "(See summary).
- the MAC address for requesting clearing of the MAC address to each node is used. Since the clear request frame is not preferentially controlled, each node constituting the ring network performs processing such as reception / relay of the user communication frame and the MAC address clear request frame with the same priority. Therefore, when a frame for user communication is propagated on the network, the MAC address clear request frame stays in the transmission buffer of the node on the ring network until the relay of the user frame is completed, and the MAC address clear request frame is There will be a delay before reaching all the nodes above.
- the MAC address clear request frame described above is waited in a buffer by the user frame, so that there is a problem that transmission is delayed and it takes time to restore communication. there were.
- the present invention has been made in view of the above problems, and has an object to promptly delete MAC address information learned by each node constituting a network when ring network configuration control occurs.
- a representative network system of the present invention is a ring network system including a plurality of nodes, and each of the plurality of nodes includes a plurality of ports for transmitting and receiving communication frames.
- a MAC address learning unit that stores a correspondence relationship between a transmission source MAC address of the received communication frame and the port that has received the communication frame; and when transmitting the communication frame, the MAC address learning unit
- a communication control unit that selects the port to be used for transmission according to the stored correspondence relationship; a relay processing unit that performs a relay process to another node according to the transmission priority set in the received communication frame;
- the plurality of nodes include the MAC address when a failure occurs in a part of the ring network. Including a first node that sets the transmission priority of the MAC address clear request frame for clearing the correspondence stored in the network learning unit to be higher than that of the normal communication frame and transmits the frame to another node. To do.
- the MAC address information learned by each node constituting the network can be quickly deleted.
- Configuration diagram of this example Control frame format used in this embodiment Frame distribution / transmission procedure by priority When configuration control occurs High priority frame movement
- Example of overtaking frames by priority Flow to MAC address misrelay (address learning) Flow until MAC address misrelay (frame relay by address learning) Flow until MAC address misrelay (when a failure occurs) Flow until MAC address misrelay (clear frame transmission) Flow until MAC address misrelay (overtaking by priority) Flow until MAC address misrelay (relay operation after overtaking) Flow until MAC address misrelay (destination information mislearning) Flow until MAC address misrelay (frame discard due to destination information mislearning) Low priority frame movement (solution) Internal block diagram of the node of this embodiment
- FIG. 1 is a block diagram showing the present embodiment.
- the configuration includes eight nodes (100-1 to 8) connected to the ring network by communication lines (110-1 to 8), and the branch lines of each node (100-1 to 8) are illustrated in the figure. Not connected to a computer. Further, the node 4 (100-4) to the node 5 (100-5) are in a blocking state.
- the blocking state is a state where communication other than the control frame for controlling the ring network is blocked. For example, the communication frame between computers connected to the branch line of each node is blocked. It always exists in the section and prevents loops.
- control frames include frames communicated between adjacent nodes to monitor communication line (110-1 to 8) failures, and transition to blocking nodes due to communication line (110-1 to 8) failure occurrences. And a frame for arbitrating these when a plurality of blocking nodes compete in the network. It is assumed that no abnormality has occurred in all nodes (100-1 to 8) and communication lines (110-1 to 8).
- FIG. 16 is a diagram showing an internal block diagram of the nodes (100-1 to 100-8) in FIG. In FIG. 16, the node 2 (100-2) will be described as a representative.
- the node 2 (100-2) is connected to the node 1 (100-1) and the node 3 (100-3) via the communication lines (110-1 and 2), and is connected to the computer 1 (800-1) via the branch line. ), Connected to the computer 2 (800-2).
- the computer 1 800-1
- the branch line 208
- an example in which two computers are connected is shown, but more computers may be connected.
- the node 2 includes a CPU (700), a memory (710), a transmission / reception control unit (720), and a plurality of port (770, 780) switch units.
- the switch unit includes a reception queue (750) for storing received frames, a priority queue (760) for classifying frames for each priority, a transmission queue (740) for storing transmitted frames, and an address for storing MAC address information.
- a learning unit (730) is provided.
- Ports A and B (770) are ports for configuring a ring network, and a total of two ports are provided for one node. Ports A and B (770) execute / cancel blocking in accordance with an instruction from the CPU (700).
- Ports 1 and 2 (780) are ports for connecting computers to branch lines. Although the number of ports is arbitrary, two are shown in this example.
- the reception queue (740) is a queue for storing frames received from the ports (770, 780), and holds one for each port. It is also provided for storing frames received from the transmission / reception control unit (720).
- the reception queue (740) has a plurality of queues therein, and changes the queue to be stored according to the priority of the reception frame. Details will be described later with reference to FIG.
- the priority queue (760) has one individual queue according to the priority (0 to 7 in this embodiment), and the frame is transferred from the reception queue (740) of each port to the queue corresponding to the priority. . Then, based on the destination MAC address of the frame and the information in the address learning unit (730) of the switch unit, the frame in the priority queue is transferred to the transmission queue of the destination port.
- the transmission queue (750) is a queue for transmitting frames from ports in order of priority, and holds one for each port. It is also provided for storing a frame to be transmitted to the transmission / reception control unit (720). A frame with priority 7 which is the highest priority is transmitted with priority, and a frame with low priority is kept waiting until transmission of all frames with high priority is completed.
- the address learning unit (730) stores the transmission source MAC address of the received frame in association with the reception port number.
- address information for determining a transmission destination port of the frame is provided. For example, when a frame with the transmission source MAC address “AA” is received from the port A (770), the MAC address “AA” and the port A (770) are stored in association with each other. Further, when transmitting a frame whose destination is the MAC address “AA”, by providing information of the port A (770) associated with the MAC address “AA”, the frame is transmitted to the port A (770). Sent from This MAC address learning information is deleted when it is updated when a frame from the node is received from another port, or when a frame from the node is not received for about 5 minutes. If the port corresponding to the MAC address is not stored, the frame is transmitted from both ports A and B (770).
- CPU (700) receives a frame for ring control and a MAC address information clear request frame. Depending on the conditions, blocking control of the port A / B (770), erasure of the address learning unit (730), transmission of a control frame and a clear request frame are performed.
- the transmission / reception control unit (720) has a function of receiving a frame from the switch unit and storing it in a memory. It has a function of transmitting frame information created on the memory as a frame to the switch unit in response to an instruction from the CPU (700). In addition, the CPU has a function of notifying from which port (ports A, B, 1, 2,...) A frame received from the switch unit has been received.
- the CPU (700) has a function of sending a frame from a port designated (send from port A, send to both ports A and B)
- the above-described ring control frame, MAC address clear request frame, and the like use this function to recognize the received port or transmit the frame only to a specific port.
- the memory (710) is a memory for storing information on a frame received by the CPU from the transmission / reception control unit and a frame transmitted from the CPU. A program for operating the CPU is also stored.
- FIG. 2 is a diagram showing a frame format propagated through the network.
- This frame includes a MAC header, VLAN Tag, LEN / TYPE, frame information, and CRC.
- MAC header a destination address DA and a source address SA are set.
- PCP priority value
- the priority can be set from the lowest value 0 to the highest value 7.
- the node that has received this frame relays a frame with a higher priority value with priority in accordance with IEEE 802.1p QoS.
- FIG. 3 shows a frame distribution / transmission procedure according to the priority assigned to the received frame in the nodes (100-1 to 100-8).
- port # 1 (310-1) and port # 2 (310-2) are ports connected to the ring network
- port # 3 (310-3) and port # 4 are branch lines. Assume that the ports are connected, and the above two received frames are frames transmitted from port # 2 (310-2).
- Frames received at port # 1 (310-1) and port # 3 (310-3) are stored in reception buffers called reception queues (320-1, 320-4) for each port according to the priority value. Are distributed. After that, they are stored in the priority queue prepared for each priority value (priority 7 priority queue (320-2) and priority 0 priority queue (320-5) in this example) in the order of port numbers.
- the reception frame stored in the priority queue is stored in the transmission queue of the destination port (in this example, the transmission queue of port # 2, 320-5) among the transmission queues for each port. From the transmission queue (320-3) of port # 2, the frames are relayed to transmission port # 2 (310-2) in order from the frame with the highest priority value, and transmitted to the outside.
- the transmission frame (300-3) with priority 0 is transmitted.
- transmission frames with high priority are continuously relayed, transmission frames with low priority may stay for a long time. The frame is deleted.
- FIG. 4 shows a case where a communication error occurs for some reason on the communication line (110-8) and configuration control occurs.
- the node 1 (101-1) and the node 8 (101-8) detect a failure, and each transitions the abnormality detection port to the blocking state. Further, the blocking state is canceled between the node 4 (100-4) and the node 5 (100-5), and the communication becomes possible.
- the MAC address table of each node is cleared and the MAC address information of each node on the network is relearned. It is necessary to let In the present invention, the node that has received the clear request frame transmits the MAC address clear request frame from the node that has detected the configuration control so that the MAC address table is cleared. Furthermore, the present embodiment is characterized in that the transmission delay due to the frame for user communication is eliminated by increasing the transmission priority of the MAC address clear request frame by IEEE 802.1Q VLAN tagging or the like for the MAC address clear request frame. is there.
- FIG. 5 shows the movement of the MAC address clear request frame in the present invention.
- the MAC address with the maximum value of 7 from the node 5 (100-5) which was the terminal node at the time of blocking Clear request frames 1 and 2 (420, 421) are transmitted.
- Each node that receives the MAC address clear request frames 1 and 2 (420, 421) clears its own MAC address table and relays it to an adjacent node on the opposite side of the port that has received the MAC address clear request frame.
- require clearing of a MAC address to another node promptly from the start of configuration control by transmitting a MAC address clear request frame.
- the MAC address clear request frame with an increased transmission priority overtakes the user frame transmitted before the configuration control staying in the transmission / reception buffer etc. held by the configuration node, and the MAC address by the overtaken user frame Incorrect learning of information may occur.
- a stay frame (430) having a priority of 2 is propagated in the network at this time.
- the MAC address clear request frame 1 (420) with the maximum value of 7 is propagated from the node 5 (100-5) to the node 8 (101-8)
- the priority is 7, so It propagates over the stay frame (430) and clears the MAC address tables of the node 7 (101-7) and the node 8 (101-8).
- the stay frame (430) arrives at the node after the MAC address is cleared, and erroneous learning of the MAC address information may occur based on the network configuration before the failure occurs.
- FIG. 6 shows an example of frame overtaking movement by priority.
- the clear frame (500-1) and the stay frame (500-2) received at the port 1 (510-1) are distributed by the port # 1 reception queue (520-1), and then each priority queue (520-2). 520-3) is stored in the port # 1 storage location. From the priority queue, it is stored in round robin to the transmission queue (520-4) of port # 2. Since the transmission queue (520-4) of port # 2 relays to the transmission port # 2 (510-2) in order from the frame with the highest priority value, the clear frame (500-4) of priority 7 is transmitted. After that, the stay frame (500-3) having the priority 2 is transmitted.
- nodes (610-1 to 6) are configured in a ring shape in FIGS. 7 to 14 is taken as an example, and the flow from MAC address mislearning to frame misrelay is shown in order. It is assumed that the nodes (610-6 to 1) are in a blocking state, and all nodes and all communication lines are not abnormal.
- FIG. 7 shows an example of MAC address learning in a ring configuration.
- a frame destined for PC-B (600-2) is transmitted from PC-A (600-1), and each node (610-1 to 6) learns destination information of PC-A (600-1). .
- each node receives the destination MAC learned in FIG.
- the frame is relayed to PC-A according to the address information.
- Fig. 9 shows the operation of the frame when a failure occurs.
- a failure occurs between the nodes (610-1 to 610-2), and the blocking portion moves to both ends of the failure portion by configuration control.
- the user frame (priority 2) of the destination B is relayed between the nodes (610-2 to 3).
- a MAC address clear frame (priority 7) is transmitted from the blocking occurrence node (610-1, 2) after configuration control. At this time, the source node (610-1, 2) clears the MAC address and transmits a MAC address clear frame.
- frames are overtaken by priority between nodes (610-3 to 4).
- the MAC address clear frame with priority 7 passes the user frame with priority 2 and is relayed to the adjacent node with the highest priority.
- the node (610-4) clears the destination information by the MAC address clear frame, but immediately after that, the destination information of the PC-A (600-1) is erroneously learned by the user frame.
- the user frame arrives at the PC-B (600-2), but the nodes (610-5, 6) relayed so far have erroneously learned the destination information of the destination A.
- Fig. 15 describes means for preventing the above case.
- the MAC address clear request frame 3 (440) with the lowest priority 0 is transmitted from the newly terminated node (node 1 (201-1 in this example)).
- node 1 201-1 in this example
- MAC address clear request frames 1 and 2 (420, 421) with a maximum priority of 7 are propagated to all nodes, erroneous learning occurs due to the user frame (430) staying in the network.
- the user frame is not overtaken, the MAC address tables of all the nodes in the network can be surely cleared.
- the MAC address clear request frame 3 (440) is transmitted at the timing when the path switching is completed due to the change of the network configuration after the occurrence of the configuration control due to the occurrence of the failure.
- the second MAC address table can be transmitted promptly.
- the highest priority frame and the lowest priority frame are used for the MAC address clear request frame transmitted when the network configuration control occurs, using IEEE 802.1Q VLAN tagging or the like.
- the highest priority frame is used only for ring network control such as a MAC address clear request frame, and cannot be used for user communication frames.
- a MAC address clear request frame with the transmission priority (priority) set to the highest value is first transmitted to all network nodes. Because of the highest priority, the MAC address learning information can be erased without delay with almost no delay in the transmission / reception buffer of each node and can be quickly transmitted to all nodes.
- this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included.
- the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
- Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
- Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
- Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
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Abstract
本発明の課題は、リングネットワークの構成制御が発生する際に、ネットワークを構成する各ノードが学習したＭＡＣアドレス情報を速やかに消去することである。上記課題を解決するために、本発明は、複数のノードによって構成されるリング型のネットワークシステムであって、前記複数のノードはそれぞれ、通信フレームを送受信する複数のポートと、受信した前記通信フレームの送信元ＭＡＣアドレスと、受信した前記ポートとの対応関係が記憶されるＭＡＣアドレス学習部と、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係に従って、送信に用いる前記ポートを選択する通信制御部と、を備え、前記複数のノードには、前記リング型のネットワークの一部に障害が発生すると、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を通常の前記通信フレームよりも高く設定して他のノードへ送信することを特徴とする。
Description
本発明は、ネットワークシステム、及び、ネットワークノードに関する。
スイッチングハブのような、受信フレーム内のＭＡＣアドレス情報を学習し、フレームの送信先を制御するネットワーク装置を接続して構成されるネットワークの一形態として、ＩＥＥＥ８０２．３に規定されたレイヤ２のイーサネット（登録商標）がある。
また、イーサネットによるネットワーク構成を冗長化するプロトコルとして、非特許文献１には、ＳＴＰ（Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が記載されている。ＳＴＰでは、ＢＰＤＵ（Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる制御フレームを定期的に交換しており、障害発生等により、ネットワークの状態（トポロジ）変化を検出し、通信経路を切り替える機能を有する。通信経路が切り替わることで、経路切替前に学習していたＭＡＣアドレス情報と、ネットワークトポロジの不一致が発生する。ＳＴＰでは、ＴＣ（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｃｈａｎｇｅ）ビットをセットしたＢＰＤＵを送信し、ＭＡＣアドレス情報を消去することで、通信を復旧させる冗長化のためのネットワーク構成としてリング構成などが用いられる。
また、リング構成のネットワークに特化した冗長化プロトコルの従来技術として特許文献１では、「リング監視装置はリンク復旧通知フレームに搭載されていたリンク復旧を検知したリング構成装置に対してリングポートの状態をユーザフレーム送受信可の状態にすることを指示するためのフラッシュ要求フレームをリング構成装置に送信する。当該フレームを受信したリング構成装置は学習したＭＡＣアドレスをクリアし、リングポートの状態を変更する。」と記載されている（要約参照）。
ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１Ｄ， １９９８ Ｅｄｉｔｉｏｎ：８． Ｔｈｅ Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｔｒｅｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ
イーサネットにおける、ネットワークノードにおいては、ＩＥＥＥ８０２．１ｐ ＱｏＳにより、受信フレームに優先順位をつけて中継する技術が用いられているが、前記した方式においては、各ノードへＭＡＣアドレスのクリア要求を行うＭＡＣアドレスクリア要求フレームが優先制御されていないため、リングネットワークを構成する各ノードは、ユーザ通信用のフレームとＭＡＣアドレスクリア要求フレームを、同じ優先度で受信・中継等の処理を行う。そのため、ユーザ通信用のフレームがネットワーク上に伝播されていると、ユーザフレームの中継が完了するまでにＭＡＣアドレスクリア要求フレームがリングネットワーク上ノードの送信バッファに滞留し、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームがネットワーク上の全ノードに到着するまでに遅延が発生する。
特に、特定のユーザフレームを高優先度として中継している場合、前述したＭＡＣアドレスクリア要求フレームはユーザフレームによりバッファで待たされるため、伝達が遅延し通信復旧までに時間がかかってしまうという課題があった。
本発明は上記課題に鑑み、リングネットワークの構成制御が発生する際に、ネットワークを構成する各ノードが学習したＭＡＣアドレス情報を速やかに消去することを目的とする。
上記課題を解決するために、代表的な本発明のネットワークシステムは、複数のノードによって構成されるリング型のネットワークシステムであって、前記複数のノードはそれぞれ、通信フレームを送受信する複数のポートと、受信した前記通信フレームの送信元ＭＡＣアドレスと、当該通信フレームを受信した前記ポートとの対応関係が記憶されるＭＡＣアドレス学習部と、前記通信フレームを送信する際に、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係に従って、送信に用いる前記ポートを選択する通信制御部と、受信した前記通信フレームに設定された伝送優先度に応じて、他のノードへの中継処理を行う中継処理部と、を備え、前記複数のノードには、前記リング型のネットワークの一部に障害が発生すると、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係をクリアさせるＭＡＣアドレスクリア要求フレームの前記伝送優先度を通常の前記通信フレームよりも高く設定して他のノードへ送信する第１のノードを含むことを特徴とする。
本発明によれば、リングネットワークの構成制御が発生する際される際に、ネットワークを構成する各ノードが学習したＭＡＣアドレス情報を速やかに消去することができる。
以下、リング型ネットワークにおいて、構成制御発生による経路切替によって、ネットワーク構成と、リング型ネットワークを構成する装置の有するＭＡＣアドレス学習情報の不一致による通信断状態を迅速に復旧するための、本実施例によるＭＡＣアドレス消去手順を説明する。
図１は、本実施例を示す構成図である。構成内容としては、リング型ネットワークに通信線（１１０－１～８）で接続しているノードが８台（１００－１～８）あり、各ノード（１００－１～８）の支線には図示しない計算機が接続されている。また、ノード４（１００－４）～ノード５（１００－５）間がブロッキング状態となっている。ブロッキング状態とは、リング型ネットワークを制御するための制御フレーム以外の通信を遮断する状態で、例えば各ノードの支線に接続される計算機間の通信フレームを遮断することで、ネットワークではリング上の一定区間に必ず存在しループを防ぐ。制御フレームの例としては、通信線（１１０－１～８）の障害を監視するために隣接ノード間で通信されるフレームや、通信線（１１０－１～８）の障害発生によってブロッキングノードに遷移したことを宣言するフレーム、ネットワーク内にブロッキングノードが複数競合する場合にこれらを調停するためのフレーム等が挙げられる。なお、全てのノード（１００－１～８）及び、通信線（１１０－１～８）には異常が起きていないものとする。 図１６は、図1におけるノード（１００－１～１００－８）の内部ブロック図を示す図である。図１６では、代表としてノード２（１００－２）について説明する。
ノード２（１００－２）は、通信線（１１０－１，２）を介してノード１（１００―１）、ノード３（１００－３）と接続され、支線を介して計算機１（８００－１）、計算機２（８００―２）と接続される。本例では、２つの計算機が接続される例を示すが、それ以上の計算機が接続されてもよい。
ノード２（１００－２）は、ＣＰＵ（７００）と、メモリ（７１０）と、送受信制御部（７２０）と、複数のポート（７７０，７８０）スイッチ部とから構成される。スイッチ部は、受信したフレームを格納する受信キュー（７５０）、プライオリティ毎にフレームを分類するプライオリティキュー（７６０）、送信したフレームを格納する送信キュー（７４０）、ＭＡＣアドレス情報を記憶するためのアドレス学習部（７３０）を備える。
ポートＡ、Ｂ（７７０）は、リングネットワークを構成するためのポートであり、１ノードに合計２ポート備えられる。ポートＡ，Ｂ（７７０）はＣＰＵ（７００）からの指示により、ブロッキングの実施／解除を行う。
ポート１、２（７８０）は、支線に計算機等を接続するためのポートである。ポート数は任意であるが、本例では２つ示す。
受信キュー（７４０）は、ポート（７７０，７８０）から受信したフレームを格納するためのキューであり、各ポート毎に１つずつ保有する。また、送受信制御部（７２０）から受信したフレームを格納するためにも備えられる。受信キュー（７４０）は、内部に複数のキューを有し、受信フレームのプライオリティに応じて格納するキューを変更する。詳細は図３にて後述する。
プライオリティキュー（７６０）は、プライオリティ（本実施例では０～７）に応じて１つずつ個別のキューがあり、各ポートの受信キュー（７４０）から、プライオリティに対応したキューにフレームが転送される。そして、フレームの宛先ＭＡＣアドレスとスイッチ部のアドレス学習部（７３０）内の情報を元に、プライオリティキュー内のフレームを宛先ポートの送信キューへ転送する。
送信キュー（７５０）は、プライオリティ順に、ポートからフレームを送信するためのキューであり、各ポート毎に１つずつ保有する。また、送受信制御部（７２０）へ送信するフレームを格納するためにも備えられる。最高優先度であるプライオリティ７のフレームから優先して送信され、低プライオリティのフレームは、高プライオリティのフレームが全て送信完了するまで待たされる。
アドレス学習部（７３０）は、受信したフレームの送信元ＭＡＣアドレスを受信ポートの番号と対応付けて記憶する。そして、フレームを送信する際には、フレームの送信先ポートを決定するためのアドレス情報を提供する。例えば、ポートＡ（７７０）から送信元ＭＡＣアドレスが“ＡＡ”のフレームを受信すると、当該ＭＡＣアドレス“ＡＡ”とポートＡ（７７０）とを対応付けて記憶する。また、宛先がＭＡＣアドレス“ＡＡ”のフレームを送信する場合には、ＭＡＣアドレス“ＡＡ”に対応付けられたポートＡ（７７０）の情報を提供することで、当該フレームは、ポートＡ（７７０）から送信される。この、ＭＡＣアドレスの学習情報は、別のポートから当該ノードからのフレームを受信した場合に更新された場合や、５分間程度当該ノードからのフレームを未受信となった場合には削除される。なお、宛先がＭＡＣアドレスに対応するポートが記憶されていない場合には、フレームは、ポートＡ，Ｂ（７７０）双方から送信される。
ＣＰＵ（７００）は、リング制御用のフレームや、ＭＡＣアドレス情報クリア要求フレームを受信する。条件に応じて、ポートＡ／Ｂ（７７０）のブロッキング制御や、アドレス学習部（７３０）の消去、制御フレームやクリア要求フレームの送信を行う。
送受信制御部（７２０）は、スイッチ部からのフレームを受信し、メモリに格納する機能を持つ。メモリ上に作成したフレーム情報を、ＣＰＵ（７００）からの指示により、スイッチ部に対してフレームとして送信する機能を有する。また、スイッチ部より受信したフレームが、どのポート（ポートＡ、Ｂ、１、２、…）から受信したのかをＣＰＵに知らせる機能を持つ。ＣＰＵ（７００）からの指示により、メモリ上のフレーム情報を送信する際に、ＣＰＵ（７００）が指定したポートからフレームを送信する機能を持ち（ポートＡから送信、ポートＡ、Ｂの両方に送信等）、前述のリング制御用のフレームやＭＡＣアドレスクリア要求フレーム等は、本機能を用いて、受信したポートを認識したり、特定のポートにのみフレームを送信したりする。
メモリ（７１０）は、送受信制御部からＣＰＵが受信したフレームや、ＣＰＵから送信するフレームの情報を格納するためのメモリである。また、ＣＰＵが動作するためのプログラムも格納する。
図２は、ネットワーク中を伝播されるフレームフォーマットを示す図である。本フレームは、ＭＡＣヘッダと，ＶＬＡＮ Ｔａｇと、ＬＥＮ/ＴＹＰＥと、フレーム情報と、ＣＲＣとから構成される。ＭＡＣヘッダには、宛先アドレスＤＡと送信元アドレスＳＡが設定されている。また、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ ＶＬＡＮ ｔａｇｇｉｎｇを用いたＶＬＡＮヘッダ部（２００－１）に、フレームの伝送優先度を示すプライオリティの値（ＰＣＰ）が格納されている。プライオリティは最低値０から最高値７まで設定できる。本フレームを受信したノードは、ＩＥＥＥ８０２．１ｐ ＱｏＳに従い、プライオリティ値が高いフレームを優先して中継する。
図３には、ノード（１００－１～１００－８）において、受信フレームに付与されたプライオリティによる、フレームの振り分け・送信手順を示す。本例では、プライオリティ７のフレーム（３００－１）とプライオリティ０のフレーム（３００－２）をポート＃１（３１０－１）、ポート＃３（３１０－３）でそれぞれ同時に受信した時の動きを例に挙げる。なお、本例では、ポート＃１（３１０－１）、ポート＃２（３１０－２）が、リングネットワークに接続されるポートであり、ポート＃３（３１０－３）、ポート＃４が支線に接続されるポートとし、上記の２つの受信フレームは、ポート＃２（３１０－２）にから送信されるフレームとする。 ポート＃１（３１０－１）、ポート＃３（３１０－３）で受信したフレームは、ポート毎に持つ受信キュー（３２０－１、３２０－４）と呼ばれる受信用バッファに、プライオリティの値に応じて振り分けられる。その後、プライオリティの値ごとに用意されたプライオリティキュー（本例では、プライオリティ７のプライオリティキュー（３２０－２）とプライオリティ０のプライオリティキュー（３２０－５））にそれぞれポート番号順に格納される。プライオリティキューに格納された受信フレームは、ポート毎に持つ送信キューの内、宛先ポートの送信キュー（本例ではポート＃２の送信キュー、３２０－５）へ格納される。ポート＃２の送信キュー（３２０－３）からはプライオリティの値が高いフレームから順に送信ポート＃２（３１０－２）へ中継され、外部へ送信される。従って本例では、プライオリティ７である送信フレーム（３００－４）が送信された後、プライオリティ０である送信フレーム（３００－３）が送信される。なお、プライオリティが高い送信フレームが連続して中継される場合には、プライオリティが低い送信フレームは、長時間滞留してしまうことが考えられるが、本実施例では、所定の時間滞留している送信フレームは削除される。
図４にて、通信線（１１０－８）に何らかの原因で通信異常が起き、構成制御が発生した場合を示す。まずノード１（１０１－１）とノード８（１０１－８）が障害を検知し、各々が異常検知ポートをブロッキング状態に遷移させる。また、ノード４（１００－４）～ノード５（１００－５）間はブロッキング状態が解除され、通信可能状態となる。
上記のようにブロッキング箇所が遷移した際、ネットワーク上を伝播されてくるフレームを正しい宛先ノードに届けるために、各ノードのＭＡＣアドレステーブルをクリアし、ネットワーク上の各ノードのＭＡＣアドレス情報を再学習させる必要がある。本発明においては、構成制御を検知したノードからＭＡＣアドレスクリア要求フレームを送信することで、クリア要求フレームを受信したノードが、ＭＡＣアドレステーブルをクリアする方法を取る。さらに本実施例では、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームに対し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ ＶＬＡＮ ｔａｇｇｉｎｇ等により、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を上げることで、ユーザ通信用のフレームによる伝送遅延を無くすことが特徴である。 図５には、本発明におけるＭＡＣアドレスクリア要求フレームの動きを示す。ノード４（１００－４）～ノード５（１００－５）間のブロッキングが解除されたことにより、ブロッキング時に終端ノードであったノード５（１００－５）から、プライオリティを最大値７にしたＭＡＣアドレスクリア要求フレーム１，２（４２０、４２１）を送信する。ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム１，２（４２０、４２１）を受信した各ノードは、自身のＭＡＣアドレステーブルをクリアすると共に、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームを受信したポートの反対側の隣接ノードに中継する。プライオリティ７のフレームを使用することで、全ノードへ伝播し、迅速な経路変更が可能となる。また、ブロッキングを解除するノードが、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームを送信することによって、構成制御の開始から速やかに他のノードへＭＡＣアドレスのクリアを要求することができる。
一方、伝送優先度を上げたＭＡＣアドレスクリア要求フレームは、構成ノードの保有する送受信バッファ等に滞留している構成制御前に送信されたユーザフレームを追い抜いてしまい、追い越されたユーザフレームによるＭＡＣアドレス情報の誤学習が発生してしまう場合がある。
一例として、この時にネットワーク中にプライオリティが２である滞留フレーム（４３０）が伝播されている場合を挙げる。ノード５（１００－５）から、プライオリティを最大値７にしたＭＡＣアドレスクリア要求フレーム１（４２０）がノード８（１０１－８）へ伝播されていく際に、プライオリティが７のため、伝播中の滞留フレーム（４３０）を追い越して伝播され、ノード７（１０１－７）、ノード８（１０１－８）のＭＡＣアドレステーブルをクリアしてしまう。結果、滞留フレーム（４３０）はＭＡＣアドレスがクリアされた後にノードに到着することになり、障害発生前の網構成に基づいて、ＭＡＣアドレス情報の誤学習が発生してしまう場合がある。
図６は、プライオリティによるフレームの追い越しの動きの例である。ポート１（５１０－１）で受信したクリアフレーム（５００－１）と滞留フレーム（５００－２）は、ポート＃１受信キュー（５２０－１）にて振り分けられ、その後各プライオリティキュー（５２０－２、５２０－３）のポート＃１格納場所へ格納される。プライオリティキューからはポート＃２の送信キュー（５２０－４）へラウンドロビンに格納される。ポート＃２の送信キュー（５２０－４）からはプライオリティの値が高いフレームから順に送信ポート＃２（５１０－２）へ中継されるため、プライオリティ７であるクリアフレーム（５００－４）が送信された後、プライオリティ２である滞留フレーム（５００－３）が送信される。従って、プライオリティ２のフレームを先に受信したとしても、プライオリティ７のクリアフレームを後追いで受信すると、プライオリティ７のクリアフレームが先に送信され、プライオリティ２である滞留フレームを追い越してしまう。これにより、ＭＡＣアドレスの誤学習が発生する。
一例として図７～図１４にてノード（６１０－１～６）がリング状に構成されているネットワークを例に挙げ、ＭＡＣアドレス誤学習・フレーム誤中継までの流れを順に示す。ノード（６１０－６～１）間がブロッキング状態となっており、全ノード、全通信線は異常が起きていないものとする。
図７にてはリング構成におけるＭＡＣアドレス学習の例を示す。ＰＣ－Ａ（６００－１）からＰＣ－Ｂ（６００－２）を宛先とするフレームを送信し、各ノード（６１０－１～６）はＰＣ－Ａ（６００－１）の宛先情報を学習する。
図８に示す通り、ＰＣ－Ｃ（６００－３）からＰＣ－Ａ（６００－１）を宛先とするフレームを送信すると、各ノード（６１０－１～５）は図７にて学習した宛先ＭＡＣアドレス情報に従いＰＣ－Ａへフレームを中継する。
図９にて障害発生時のフレームの動作を示す。ノード（６１０－１～２）間に障害発生し、構成制御によりブロッキング箇所が障害箇所の両端へ移動する。この時、ノード（６１０－２～３）間に宛先Ｂのユーザフレーム（プライオリティ２）が中継されている状態である。
図１０では、構成制御後のブロッキング発生ノード（６１０－１、２）からＭＡＣアドレスクリアフレーム（プライオリティ７）が送信される。このとき送信元であるノード（６１０－１、２）は、ＭＡＣアドレスクリアをすると共に、ＭＡＣアドレスクリアフレームを送信する。
図１１にて、ノード（６１０－３～４）間でプライオリティによるフレームの追い越しが発生する。プライオリティ７であるＭＡＣアドレスクリアフレームはプライオリティ２であるユーザフレームを追い越し、最優先で隣接ノードへ中継される。
図１２では、ノード（６１０－４）がＭＡＣアドレスクリアフレームにより、宛先情報をクリアされるが、その直後にユーザフレームにてＰＣ－Ａ（６００－１）の宛先情報を誤学習してしまう。
図１３では、ユーザフレームがＰＣ－Ｂ（６００－２）に到着するが、それまでに中継してきたノード（６１０－５、６）は宛先Ａの宛先情報を誤学習してしまっている。
図１４に示す通り、この状態でＰＣ－Ｂ（６００－２）からＰＣ－Ａ（６００－１）宛てにユーザフレームを送信した場合、ノード（６１０－４～６）の宛先情報誤学習により、ＰＣ－Ａ（６００－１）に到着しないルートでフレームが中継され、ブロッキング状態となっているポートを持つノード（６１０－２）に到着した時点でＰＣ－Ａ（６００－１）宛てのユーザフレームは廃棄されてしまう。
以上の流れが発生した場合、構成制御直後に最優先度のフレームを用いて全ノードのＭＡＣアドレスクリアを行ったとしても、滞留フレームによりＭＡＣアドレステーブルの誤学習が発生し、ユーザフレームの誤送信につながってしまう。一般的に、ＭＡＣアドレスの学習情報は、別のポートから当該ノードからのフレームを受信した場合に更新された場合や、５分間程度当該ノードからのフレームを未受信となった場合に削除される。そのため、ＰＣ－Ａからのフレーム送信が無い場合、最大５分間程度通信が不可となってしまう。特に、産業用のネットワークでは障害発生後、数秒での復旧が求められるため、上記の遅延時間の改善が求められる。
図１５にて、上記事例を防止する手段を述べる。本発明では構成制御発生後、新たに終端となったノード（本例ではノード１（２０１－１））からプライオリティを最低値０にしたＭＡＣアドレスクリア要求フレーム３（４４０）を送信する。これにより、プライオリティを最大値７にしたＭＡＣアドレスクリア要求フレーム１，２（４２０、４２１）が全ノードに伝播された後、ネットワーク中に滞留しているユーザフレーム（４３０）によって誤学習が発生しても、ユーザフレームを追い越すことないため、確実にネットワーク中の全ノードのＭＡＣアドレステーブルをクリアことができる。また、このＭＡＣアドレスクリア要求フレーム３（４４０）は、障害発生による構成制御発生後、網構成の変更によって経路切替が完了したタイミングで送信される。ここで、網構成の変更が完了したことは、新たに終端となったブロッキングノードが最も早く検知できるため、速やかに２つめのＭＡＣアドレステーブルを送信することができる。
以上のように本実施例では、ネットワークの構成制御が発生した際に送信する、ＭＡＣアドレスクリア要求フレームに対し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ ＶＬＡＮ ｔａｇｇｉｎｇ等を用いて、最高優先度のフレームと、最低優先度のフレームの、２種類の優先度を持たせる。なお、最高優先度のフレームは、ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム等のリングネットワーク制御用のみに使用し、ユーザ通信フレームには使用不可とする。
そして、ネットワーク障害等により構成制御が発生した場合、最初に伝送優先度（プライオリティ）を最高値に設定したＭＡＣアドレスクリア要求フレームを全ネットワークノードに送信する。最高優先度のため、各ノードの送受信バッファにてほぼ遅延することなく、早急に全ノードに伝播され、ＭＡＣアドレス学習情報を消去することができる。
通常、前述した最高優先度のＭＡＣアドレスクリア要求フレームにより通信復旧するが、その後、プライオリティを最低値に設定したＭＡＣアドレスクリア要求フレームを全ノードに送信する。最低優先度のフレームは、ユーザ通信フレームを追い抜くことはないため、構成制御前に送信され、各ネットワークノードの送受信バッファに滞留していたフレーム
により、ＭＡＣアドレス学習情報の誤学習が発生しても、最低優先度のクリア要求フレームにより、再度ＭＡＣアドレス学習情報が消去されるため、確実に全ノードのＭＡＣアドレステーブルが消去される。
により、ＭＡＣアドレス学習情報の誤学習が発生しても、最低優先度のクリア要求フレームにより、再度ＭＡＣアドレス学習情報が消去されるため、確実に全ノードのＭＡＣアドレステーブルが消去される。
これによって、ＭＡＣアドレス学習情報の不一致による通信経路変更を迅速に提供すると共に、ＭＡＣアドレスの誤学習による通信経路復旧遅延を防止することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
１００－１ ノード１
１００－２ ノード２
１００－３ ノード３
１００－４ ノード４
１００－５ ノード５
１００－６ ノード６
１００－７ ノード７
１００－８ ノード８
１１０－１ 通信線１（ノード１～２間）
１１０－２ 通信線２（ノード２～３間）
１１０－３ 通信線３（ノード３～４間）
１１０－４ 通信線４（ノード４～５間）
１１０－５ 通信線５（ノード５～６間）
１１０－６ 通信線６（ノード６～７間）
１１０－７ 通信線７（ノード７～８間）
１１０－８ 通信線８（ノード８～１間）
２００－１ ＶＬＡＮヘッダ
３００－１ 受信フレーム（プライオリティ：７）
３００－２ 受信フレーム（プライオリティ：０）
３００－３ 送信フレーム（プライオリティ：０）
３００－４ 送信フレーム（プライオリティ：７）
３１０－１ 受信ポート＃１
３１０－２ 送信ポート＃２
３２０－１ ポート＃１受信キュー
３２０－２ プライオリティ７キュー
３２０－３ ポート＃２送信キュー
３２０－４ ポート＃３受信キュー
３２０－５ プライオリティ０キュー
４２０ ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム１（プライオリティ：７）
４２１ ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム２（プライオリティ：７）
４３０ 滞留フレーム（プライオリティ：２）
４４０ ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム３（プライオリティ：１）
５００－１ 受信クリアフレーム（プライオリティ：７）
５００－２ 受信滞留フレーム（プライオリティ：２）
５００－３ 送信滞留フレーム（プライオリティ：２）
５００－４ 送信クリアフレーム（プライオリティ：７）
５１０－１ 受信ポート＃１
５１０－２ 送信ポート＃２
５２０－１ ポート＃１受信キュー
５２０－２ プライオリティ７キュー
５２０－３ プライオリティ２キュー
５２０－４ ポート＃２受信キュー
６００－１ ＰＣ－Ａ
６００－２ ＰＣ－Ｂ
６００－３ ＰＣ－Ｃ
６１０－１～６ ノード
７００ ＣＰＵ
７１０ メモリ
７２０ 送受信制御部
７３０ アドレス学習部
７４０ 受信キュー
７５０ 送信キュー
７６０ プライオリティキュー
７７０ ポート（Ａ，Ｂ）
７８０ ポート（１，２）
８００－１ 計算機１
８００－２ 計算機２
１００－２ ノード２
１００－３ ノード３
１００－４ ノード４
１００－５ ノード５
１００－６ ノード６
１００－７ ノード７
１００－８ ノード８
１１０－１ 通信線１（ノード１～２間）
１１０－２ 通信線２（ノード２～３間）
１１０－３ 通信線３（ノード３～４間）
１１０－４ 通信線４（ノード４～５間）
１１０－５ 通信線５（ノード５～６間）
１１０－６ 通信線６（ノード６～７間）
１１０－７ 通信線７（ノード７～８間）
１１０－８ 通信線８（ノード８～１間）
２００－１ ＶＬＡＮヘッダ
３００－１ 受信フレーム（プライオリティ：７）
３００－２ 受信フレーム（プライオリティ：０）
３００－３ 送信フレーム（プライオリティ：０）
３００－４ 送信フレーム（プライオリティ：７）
３１０－１ 受信ポート＃１
３１０－２ 送信ポート＃２
３２０－１ ポート＃１受信キュー
３２０－２ プライオリティ７キュー
３２０－３ ポート＃２送信キュー
３２０－４ ポート＃３受信キュー
３２０－５ プライオリティ０キュー
４２０ ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム１（プライオリティ：７）
４２１ ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム２（プライオリティ：７）
４３０ 滞留フレーム（プライオリティ：２）
４４０ ＭＡＣアドレスクリア要求フレーム３（プライオリティ：１）
５００－１ 受信クリアフレーム（プライオリティ：７）
５００－２ 受信滞留フレーム（プライオリティ：２）
５００－３ 送信滞留フレーム（プライオリティ：２）
５００－４ 送信クリアフレーム（プライオリティ：７）
５１０－１ 受信ポート＃１
５１０－２ 送信ポート＃２
５２０－１ ポート＃１受信キュー
５２０－２ プライオリティ７キュー
５２０－３ プライオリティ２キュー
５２０－４ ポート＃２受信キュー
６００－１ ＰＣ－Ａ
６００－２ ＰＣ－Ｂ
６００－３ ＰＣ－Ｃ
６１０－１～６ ノード
７００ ＣＰＵ
７１０ メモリ
７２０ 送受信制御部
７３０ アドレス学習部
７４０ 受信キュー
７５０ 送信キュー
７６０ プライオリティキュー
７７０ ポート（Ａ，Ｂ）
７８０ ポート（１，２）
８００－１ 計算機１
８００－２ 計算機２
Claims (10)
- 複数のノードによって構成されるリング型のネットワークシステムであって、
前記複数のノードはそれぞれ、
通信フレームを送受信する複数のポートと、
受信した前記通信フレームの送信元ＭＡＣアドレスと、当該通信フレームを受信した前記ポートとの対応関係が記憶されるＭＡＣアドレス学習部と、
前記通信フレームを送信する際に、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係に従って、送信に用いる前記ポートを選択する通信制御部と、
受信した前記通信フレームに設定された伝送優先度に応じて、他のノードへの中継処理を行う中継処理部と、を備え、
前記複数のノードには、
前記リング型のネットワークの一部に障害が発生すると、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係をクリアさせるＭＡＣアドレスクリア要求フレームの前記伝送優先度を通常の前記通信フレームよりも高く設定して他のノードへ送信する第１のノードを含むネットワークシステム。 - 請求項１において、
前記第１のノードは、前記通信フレームの伝送をブロッキングする終端ノードであって、前記リング型のネットワークの一部に障害が発生すると、ブロッキングしていた前記ポートのブロッキングを解除し、前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームを前記他のノードへ送信することを特徴とするネットワークシステム。 - 請求項１において、
前記第１のノードは、前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を最大に設定して他のノードへ送信することを特徴とするネットワークシステム。 - 請求項１において、
前記複数のノードには、前記リング型のネットワークの一部に障害が発生した後、ネットワーク網の再構築が完了すると、前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を通常の前記通信フレームよりも低く設定して他のノードへ送信する第２のノードが含まれることを特徴とするネットワークシステム。 - 請求項４において、
前記第２のノードは、ネットワーク上に発生した障害箇所に隣接するノードであって、障害箇所に接続する前記ポートをブロッキングポートへと遷移させて、前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームを前記他のノードへ送信することを特徴とするネットワークシステム。 - 請求項４において、
前記第２のノードは、前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を最低に設定して他のノードへ送信することを特徴とするネットワークシステム。 - 請求項１において、
前記複数のノードそれぞれは、前記リング型のネットワークと接続する２つのポートのうち一方のポートから前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームを受信すると、他方のポートへ前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームを中継し、自ノードの前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係を削除することを特徴とするネットワークノード。 - 請求項１において、
前記複数のノードはそれぞれ、前記伝送優先度に応じて前記通信フレームが格納されるバッファを有し、当該バッファに格納された前記通信フレームのうち、優先度の高いバッファに格納されたフレームから順番に中継処理を行うことを特徴とするネットワークノード。 - 通信フレームを送受信する複数のポートと、
受信した前記通信フレームの送信元ＭＡＣアドレスと、当該通信フレームを受信した前記ポートとの対応関係が記憶されるＭＡＣアドレス学習部と、
前記通信フレームを送信する際に、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係に従って、送信に用いる前記ポートを選択する通信制御部と、
受信した前記通信フレームに設定された伝送優先度に応じて、他のノードへの中継処理を行う中継処理部と、を備え、
前記通信制御部は、
自ノードを含む複数のノードから構成されるリング型ネットワークの一部に障害が発生すると、前記ＭＡＣアドレス学習部に記憶された対応関係をクリアさせるＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を通常の前記通信フレームよりも高く設定して他のノードへ送信するネットワークノード。 - 請求項９において、
前記通信制御部は、
前記リング型ネットワークの一部に障害が発生した後、ネットワーク網の再構築が完了すると、前記ＭＡＣアドレスクリア要求フレームの伝送優先度を通常の前記通信フレームよりも低く設定して他のノードへ送信するネットワークノード。
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