JP3583049B2 - ホスト・クラスタのためのネットワーク・ディスパッチャを利用するデータ伝送システムにおけるルータ監視システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、IPホスト・システム用のデフォルト・ルータにおいて高い可用性及び付加平衡を得るための新規な方法に関し、特に、ホストのクラスタに対するネットワーク・ディスパッチャを利用してそのようなシステムを監視するルータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
種々の発信元からのデータが固定長又は可変長のパケット又はデータグラムに切断されるというパケット交換技法によって動作するいくつかのタイプのディジタル・ネットワークが世界中にインストールされている。それは、世界のどこかに設置されたソース・ホストとターゲット・ホストとの間でトラフィックを編成する可能性を最適化するために(例えば、いわゆるルータを介して)相互接続される必要がある。これは、いわゆるインターネットワーキングを使用することによって可能にされる。
【0003】
インターネットワーク(インターネットとも呼ばれる)ファシリティは、連携したホスト・コンピュータがインターネットワークにまたがってリソースを共用することを可能にするために開発された伝送制御プロトコル/インターネット・プロトコル(TCP/IP)のような一組のネットワーキング・プロトコルを使用する。TCP/IPは、インターネット・プロトコル(IP)スイートと呼ばれる一組のデータ通信プロトコルである。TCP及びIPは周知のプロトコルであるので、そのプロトコル・ファミリ全体を参照するためにTCP/IPという用語を使用することが一般的になっている。TCP及びIPは、このスイートにおけるプロトコルのうちの2つである。そのスイートにおける他のプロトコルは、ユーザ・データグラム・プロトコル(UDP)、アドレス解決プロトコル(ARP)、リアル・タイム・プロトコル(RTP)等である。
【0004】
従って、インターネットは、TCP/IPを使用し、ルータによって接続された異種の独立したネットワークの集合体であってもよい。インターネットに対する管理責任(例えば、IPアドレス及びドメイン名を割り振るという責任)は単一のネットワーク(LAN)内にあるか又は複数のネットワークに分散されることが可能である。
【0005】
ソース・ホストからIPネットワークを介して特定のIP宛先へのデータの通信が確立されなければならない時、そのネットワークにおけるこの宛先への第1ホップ・ルータを決定するための数多くの方法がある。これらは、ルーティング情報プロトコル(RIP)又はオープン最短パス・ファースト(OSPF)バージョンのようなダイナミック・ルーティング・プロトコルを走らせること(或いは、スヌープすること)、ICMPルータ・ディスカバリ・クライアントを走らせること、或いは静的に構成されたデフォルト・ルートを使用することを含んでいる。
【0006】
すべてのエンド・ホスト上でダイナミック・ルーティング・プロトコルを走らせることは、管理オーバヘッド、処理オーバヘッド、セキュリティ上の懸念、又は、或るプラットフォームに対するプロトコル実装の欠如を含む数多くの理由で実施不可能であることがある。ネイバ又はルータ・ディスカバリ・プロトコルは、ネットワークにおけるすべてのホストによる能動的な参加を必要とすることがあり、それは、多数のホストにもかかわらずプロトコル・オーバヘッドを減少させるための大きなタイマ価値に通じる。これは、結果として、受容し得ないほど長い「ブラック・ホール」期間を導き得る、失った(即ち、死んだ)ネイバの検出においてかなりの遅れを生じ得る。
【0007】
静的に構成されたデフォルト・ルートの使用は極めて一般的であり、それはエンド・ホストにおける構成及び処理オーバヘッドを最小にし、仮想的にはすべてのIP実装によってサポートされる。このオペレーション・モードは、一般に、エンド・ホストIPアドレス及びデフォルト・ゲートウェイに対する構成を提供する動的ホスト構成プロトコル(DHCP)が展開されるので、持続しそうである。しかし、これは1つの障害点を生じる。デフォルト・ルータの喪失の結果、使用し得る如何なる代替えのパスも検出することができないエンド・ホストをすべて分離するという破滅的な事象が生じる。
【0008】
この問題を解決するための1つの方法は、ホストが単一のルータを使用しているように見えること及びたとえそれらが使用している実際の第1ホップ・ルータが障害を生じても接続を維持しているように見えることを可能にすることである。多数のルータがこのプロトコルに参加し、単一の仮想ルータの幻影を一斉に生じる。そのプロトコルは、それらのルータの1つ及びその1つだけが仮想ルータに代わってパケットを送ることを保証する。エンド・ホストは自分のパケットを仮想ルータに送る。パケットを送るルータはアクティブ・ルータとして知られている。アクティブ・ルータが障害を生じた場合、それを置換するために待機ルータが選択される。そのプロトコルは、参加ルータに関するIPアドレスを使用してアクティブ・ルータ及び待機ルータを決定するためのメカニズムを提供する。アクティブ・ルータが障害を生じた場合、待機ルータは、ホストの接続における大きな中断なしに引き継ぐことができる。
【0009】
もう1つの同様の方法は、静的なデフォルト経路指定環境に固有の1つの障害点を除去するように設計された仮想ルータ冗長プロトコル(VRRP)を使用することである。VRRPは、仮想ルータに対する責任をLANにおけるVRRPルータの1つに動的に割り当てる選択プロトコルを指定する。仮想ルータと関連するIPアドレスを制御するVRRPルータはマスタと呼ばれ、これらのIPアドレスに送られたパケットを送る。その選択プロセスは、マスタが使用不可能になった場合、転送責任における動的なフェイル・オーバ(fail−over)を提供する。そこで、LANにおける仮想ルータのIPアドレスはいずれも、エンド・ホストによってデフォルト第1ホップ・ルータとして使用可能である。VRRPを使用することから得られる利点は、すべてのエンド・ホストにおけるダイナミック・ルーティングの構成又はルータ検出プロトコルを必要とすることなく可用性の高いデフォルト・パスが得られることである。
【0010】
残念なことに、上記の2つの解決方法は、ARPに適合したルータしか使用されないので、所与のホストのトラフィックに対する負荷平衡を提供することができない。更に、顧客は、そのような機能を可能にするようにそれらの主要なルータ構成を変更したがらない。
【0011】
IBM社のヨーロッパ特許出願第99480017.5号では、IPソース・ホストは、一組の候補デフォルト・ルータの中から1つのルータを動的に選択するための新たな層をIP層とネットワーク層との間に具備し、それによって負荷平衡及び高い可用性を保証している。
【0012】
残念なことに、ネットワーク・ディスパッチャがホストのクラスタに対するフロント・エンドとして使用されるという構成の場合、ホストは、候補ルータからのパケットとは反対に、ARPリクエストに応答してネットワーク・ディスパッチャから着信パケットをいつも受け取るであろう。従って、上記ヨーロッパ特許出願におけるように、マッチング・ネットワーク(MAC)アドレスからパケットを受け取るたびにARPテーブルにおけるエントリのエージをリセットすることによってアクティブ候補ルータのステータスを維持することは不可能である。唯一の解決方法は、すべてのホストがすべての個々のルータを監視しなければならないという欠点と共に、候補ルータに周期的にARPリクエストを発生することである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、データ伝送システムにおいて、ホストのクラスタがIPネットワークからのすべての着信フローを受けるネットワーク・ディスパッチャに関連付けられているところのすべての候補ルータを監視するための特定の装置を提供することにある。
【0014】
本発明のもう1つの目的は、ホストのクラスタがIPネットワークからのすべての着信フローを受けるネットワーク・ディスパッチャに関連付けられるところのデータ伝送システムにおいて、候補ルータの可用性を決定する方法を得ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、少なくともIP層及びネットワーク層の各々を有するIPホストのクラスタのうちの任意のIPホストと、複数のワークステーションとの間で、IPネットワークの媒介によってパケット化データを交換するためのデータ伝送システムに関するものである。そのシステムでは、各IPホストは、一組のルータによって及び1つのネットワーク・ディスパッチャによって、IPネットワークのインターフェースする層(レイヤ)2ネットワークを介してIPネットワークに接続される。ネットワーク・ディスパッチャは、ワークステーションからのすべての着信フローを受け取り、且つそれらをホストのクラスタの間でディスパッチするように働く。そのようなシステムは、ルータの可用性を監視するための手段とネットワーク・ディスパッチャを介してホストのクラスタの各ホストにルータの可用性情報をブロードキャストするための手段とを含むところの、そのホストのクラスタに含まれた少なくとも1つの監視装置を含む。
本発明の構成の詳細を以下に開示する。
(1) TCP/IPプロトコルにおけるIP層及びTCP/IPプロトコルにおけるネットワークインターフェース層の各々を少なくとも有するIPホスト(10,12,14)のクラスタのうちの任意のIPホストと、複数のワークステーション(16,18,20)との間で、IPネットワーク(22)の媒介によってパケット化データを交換するためのデータ伝送システムにおいて、ここで、各IPホストは、一組のルータ(26,28)によってかつネットワーク・ディスパッチャ(34)によって、前記IPネットワーク(22)をインターフェースする層2ネットワーク(24)を介して前記IPネットワークに接続され、ここで前記ネットワーク・ディスパッチャは、前記IPホストへのすべての着信フローだけを受け取り、かつ受け取った前記着信フローを前記IPホストにおける負荷の分散又は平衡を保つようにディスパッチし、
前記システムは、
前記ルータの可用性を監視するための手段と前記ネットワーク・ディスパッチャを介して前記IPホストに前記ルータの可用性情報をブロードキャストするための手段とを含むところの、前記IPホストのクラスタに含まれる監視装置(36)を少なくとも含み、
前記IPホストは、前記可用性情報に基づいてルータの 1 つを選択してパケット化データを前記ワークステーションのいずれかへと送信する、前記データ伝送システム。
(2) 前記監視装置(36)は、前記IPホスト(10,12,14)の1つに組み込まれるところの(1)に記載のデータ伝送システム。
(3) 前記ルータの可用性を監視するための手段が、前記一組のルータ(26,28)にユニキャストARPリクエストを周期的に送るところの(1)又は(2)のいずれかに記載のデータ伝送システム。
(4) 前記一組のルータ(26,28)への前記ユニキャストARPリクエストが、1秒から10秒の間に含まれる周期の基準で送られるところの(3)に記載のデータ伝送システム。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、本発明は、複数のIPホスト10,12,14がローカル・エリア・ネットワーク(LAN)24のような層2ネットワークによってIPネットワーク22を介して1つ又は複数のワークステーション16,18,20にデータを伝送するデータ伝送システムにおいて実現される。LAN24はルータ26,28のような一組の入力ルータによってIPネットワーク22のインターフェースとなる。IPパケットは、ワークステーション16,18,20に接続されたルータ30,32のような出力ルータまで、複数のルータ(図示されてない)を介してIPネットワーク上を経路指定される。
【0017】
IPネットワークを介してデータを伝送するために単一のデフォルト・ルータを使用する代わりに、前記ヨーロッパ特許出願に開示された技法は、ホストがIP層とネットワーク層との間の新しい層を使用することより成る。この追加の層は、伝送されるパケットにおいて定義されたパラメータに基づいて或るアルゴリズムを稼働させることによってルータ26又は28のような一組の候補ルータの中から1つを選択する働きをする。
【0018】
本発明では、IPホスト10,12,14が、IPネットワーク22とLAN24をインターフェースするところの、ネットワーク・ディスパッチャに関連したクラスタにグループ分けされる。そのようなネットワーク・ディスパッチャ(ND)は、一群のホスト(又は、サーバ)における負荷の公平な分散又は平衡を保つという問題に対する1つの解決方法である。それは、サービスに対する単一のIPアドレスを知っているユーザから、その作業を実際に遂行する一組のホスト10,12及び14への接続のディスパッチャとして作用する。ワークステーション16,18及び20のようなユーザから生じたパケットだけがネットワーク・ディスパッチャ34を通過する。IPホストからワークステーションへのパケットはネットワーク・ディスパッチャ34を含む必要のない他のルートによって進み、それによってネットワーク・ディスパッチャにおける負荷を減少させ、それが多数のホストの前に潜在的に立つことを可能にする。
【0019】
それらホストのクラスタはユーザによってネットワーク・ディスパッチャの単一のアドレスとして見なされるので、前述のようにIPネットワークからの受け取ったデータ・パケットだけを監視するだけで,IPネットワークをインターフェースするその一組のルータのうちのルータ26,28における可用性を決定することは不可能である。従って、本発明の解決方法は、ルータ監視(RM)装置36をホストのクラスタの新しいメンバとして加えることである。候補ルータ26又は28の可用性を決定するためにそれらの候補ルータの各にARPリクエストを送ることを各IPホストに要求する代わりに、RM装置36は、ネットワーク・ディスパッチャを介して、すべての候補ルータにユニキャストARPリクエストを定期的に(その期間は最善のサービスを保証するために、例えば、1乃至10秒短くすることができる)送り、その後、ブロードキャストARP応答を使用して各ルータの可用性のステータスをすべてのIPホストに知らせるように働く。従って、この機能は最小のトラフィックによって遂行され、その一組の候補ルータを使用するIPホスト(又は、サーバ)の数は、制御トラフィックを増加させることなく拡大することが可能である。
【0020】
そのようなルータ監視装置36の機能がIPホストの1つに統合し得るものであることは留意すべきことである。更に、いくつかのルータ監視装置又はこの機能を達成するいくつかのIPホストがあってもよい。
【0021】
次に図2を参照すると、以下のような本発明において実施されるステップが示される。まず、ARPリクエスト(望ましくは、すべての候補ルータに対するユニキャスト・リクエスト)が、ルータ監視装置36によって、ネットワーク・ディスパッチャを介して、周期的基準でルータに送られる(ステップ40)。しかる後、ルータからの応答が、RM装置によって受信されたかどうかがチェックされる(ステップ42)。それが肯定される場合、これは、ルータが使用可能であり、そしてARP応答パケットがRM装置によってすべてのIPホストに送られる(ステップ44)ことを意味する。この応答は、望ましくは、その候補ルータのIPアドレス及びMACアドレスを表すブロードキャストされたMACレベルである。それは、ルータの可用性を表す情報としてリクエストされたものである。この応答は、すべてのIPホストがARPテーブルにおけるそれらの対応するエントリを更新することを強制する(ステップ46)。
【0022】
リクエストされている候補ルータからの応答が受信されない時(ステップ42)、テストが行われ、判断要素が到達したかどうかを決定する(ステップ48)。例えば、ルータ監視装置(36)からの3回応答に失敗したルータは使用可能ではないものとして宣言される。しかし、判断要素が異なるものであることもあり得る。判断要素に到達したものと仮定すると、RM装置は、ネットワーク・ディスパッチャを介して、ARP応答をブロードキャストされたMACレベルとしてすべてのIPホストに送る。この応答は、そのルータのIPアドレスと、不可用性(unavailability)を表す情報としてオール・ゼロのようなデフォルト値にセットされたそれのMACアドレスとを表す。これはすべてのIPホストを強制して無効のMACアドレスを認識した後、使用不可能なルータに対応するARPエントリを除去することによってそれらのARPテーブルを更新させる。(ステップ52)。エントリは、そのエントリを除去するよりも無効のMACアドレス(例えば、オール・ゼロ)でもって更新可能であることに留意してほしい。
【0023】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0024】
(101)各々が少なくともIP層及びネットワーク層を有するIPホスト(10,12,14)のクラスタのうちの任意のIPホストと複数のワークステーション(16,18,20)との間でIPネットワーク(22)の媒介によってパケット化データを交換するためのデータ伝送システムにして、各IPホストは、一組のルータ(26,28)によって、及び前記ワークステーションからのすべての着信フローを受け取り、それらを前記ホスト・クラスタの間でディスパッチするためのネットワーク・ディスパッチャ(34)によって、前記IPネットワーク(22)のインターフェースとなる層2ネットワーク(24)を介して前記IPネットワークに接続される、データ伝送システムにおいて、
前記ホスト・クラスタに含まれ、少なくとも、前記ルータの可用性を監視するための手段と前記ネットワーク・ディスパッチャを介して前記ホスト・クラスタの各ホストに前記ルータの可用性情報をブロードキャストするための手段とを含む監視装置(36)を含むデータ伝送システム。
(102)前記監視装置(36)は前記ホスト・クラスタ(10,12,14)の1つに組み込まれることを特徴とする上記(101)に記載のデータ伝送システム。
(103)前記ルータの可用性を監視するための手段はすべての前記候補ルータ(26,28)にユニキャストARPリクエストを送ることを特徴とする上記(101)又は(102)に記載のデータ伝送システム。
(104)すべての前記候補ルータ(26,28)に対する前記ユニキャストARPリクエストは1秒及び10秒の間に含まれる周期を基準に送られることを特徴とする上記(103)に記載のデータ伝送システム。(105)前記ルータの可用性に関する情報をブロードキャストするための手段はリクエストされているルータのIPアドレスを表すブロードキャストされたMACレベル及び前記ルータの可用性に関する情報を送ることを特徴とする上記(101)乃至(104)の1つに記載のデータ伝送システム。
(106)前記ルータの可用性に関する情報はこの1つが応答し多時且つ使用可能である時、前記ルータのMACアドレスであることを特徴とする上記(105)に記載のデータ伝送システム。
(107)前記IPホスト(10,12,14)は、前記リクエストされているルータのMACアドレスを受信した時、それらのARPテーブルを更新することを特徴とする上記(106)に記載のデータ伝送システム。
(108)前記ルータの可用性に関する情報は、前記ルータが使用不可能であると見なされる時、前記ルータのMACアドレスのオール・ゼロのようなデフォルト値であることを特徴とする上記(105)に記載のデータ伝送システム。
(109)前記IPホスト(10,12,14)は、前記ルータが使用不可能であると見なされる時、対応するエントリを除去すること又は前記デフォルト値を書くことによってそれらのARPテーブルを更新することを特徴とする上記(108)に記載のデータ伝送システム。
(110)前記リクエストされているルータは、それが前記ルータ監視装置(36)からの1つの行における3つの監視リクエストに応答しない時、使用不可能であると見なされることを特徴とする上記(108)又は(109)に記載のデータ伝送システム。
(111)各々が少なくともIP層及びネットワーク層を有するIPホスト(10,12,14)のクラスタのうちの任意のIPホストと複数のワークステーション(16,18,20)との間でIPネットワーク(22)の媒介によってパケット化データを交換するためのデータ伝送システムであって、各IPホストは、一組のルータ(26,28)によって、及び前記ワークステーションからのすべての着信フローを受け取り、それらを前記ホストのクラスタの間でディスパッチするためのネットワーク・ディスパッチャ(34)によって、前記IPネットワーク(22)のインターフェースとなる層2ネットワーク(24)を介して前記IPネットワークに接続される、データ伝送システムにおいて、候補ルータの可用性を決定する方法にして、
ユニキャストARPリクエストがすべての候補ルータに定期的に送られ、しかる後、ブロードキャストされたMACレベルがそれらに対するすべてのIPホストに伝送されて可用性に関するルータ情報でもってそれらのARPテーブルを更新することを特徴とする方法。
(112)前記ルータの可用性に関する情報はこの1つが応答した時且つ使用可能である時、前記ルータのMACアドレスであることを特徴とする上記(111)に記載の方法。
(113)前記IPホスト(10,12,14)は、前記リクエストされているルータのMACアドレスを受信した時、それらのARPテーブルを更新することを特徴とする上記(112)に記載の方法。
(114)前記ルータの可用性に関する情報は、前記ルータが使用不可能であると見なされる時、前記ルータのMACアドレスのオール・ゼロのようなデフォルト値であることを特徴とする上記(111)に記載の方法。
(115)前記IPホスト(10,12,14)は、前記ルータが使用不可能であると見なされる時、対応するエントリを除去すること又は前記デフォルト値を書くことによってそれらのARPテーブルを更新することを特徴とする上記(114)に記載の方法。
(116)前記リクエストされているルータは、それが前記ルータ監視装置(36)からの1つの行における3つの監視リクエストに応答しない時、使用不可能であると見なされることを特徴とする上記(114)又は(115)に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】ホストのクラスタが本発明に従って一組のルータの可用性を監視するための特定のシステムを組み込むというデータ伝送システムを概略的に示す。
【図2】ルータの可用性を監視するための本発明において実施される方法のフローチャートである。
【符号の説明】
10,12,14 : IPホスト
16,18,20 : ワークステーション
26,28、30,32 : ルータ
Claims (4)
- TCP/IPプロトコルにおけるIP層及びTCP/IPプロトコルにおけるネットワークインターフェース層の各々を少なくとも有するIPホスト(10,12,14)のクラスタのうちの任意のIPホストと、複数のワークステーション(16,18,20)との間で、IPネットワーク(22)の媒介によってパケット化データを交換するためのデータ伝送システムにおいて、ここで、各IPホストは、一組のルータ(26,28)によってかつネットワーク・ディスパッチャ(34)によって、前記IPネットワーク(22)をインターフェースする層2ネットワーク(24)を介して前記IPネットワークに接続され、ここで前記ネットワーク・ディスパッチャは、前記IPホストへのすべての着信フローだけを受け取り、かつ受け取った前記着信フローを前記IPホストにおける負荷の分散又は平衡を保つようにディスパッチし、
前記システムは、
前記ルータの可用性を監視するための手段と前記ネットワーク・ディスパッチャを介して前記IPホストに前記ルータの可用性情報をブロードキャストするための手段とを含むところの、前記IPホストのクラスタに含まれる監視装置(36)を少なくとも含み、
前記IPホストは、前記可用性情報に基づいて前記一組のルータのうちの 1 つを選択してパケット化データを前記ワークステーションのいずれかへと送信する、前記データ伝送システム。 - 前記監視装置(36)は、前記IPホスト(10,12,14)の1つに組み込まれるところの請求項1に記載のデータ伝送システム。
- 前記ルータの可用性を監視するための手段が、前記一組のルータ(26,28)にユニキャストARPリクエストを周期的に送るところの請求項1又は請求項2のいずれかに記載のデータ伝送システム。
- 前記一組のルータ(26,28)への前記ユニキャストARPリクエストが、1秒から10秒の間に含まれる周期の基準で送られるところの請求項3に記載のデータ伝送システム。
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