JP4523444B2 - 通信ネットワークにおける障害の原因を特定する障害管理装置および方法 - Google Patents
通信ネットワークにおける障害の原因を特定する障害管理装置および方法 Download PDFInfo
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Description
本実施形態の障害管理装置は、機器から取得できるトポロジ情報から、ネットワーク構成および正常時と異常時の通信経路と通信可否を認識し、それらの情報に基いて障害が発生した機器およびその機器内のサービスを特定して、画面上に表示する。トポロジとは、ネットワークを構成する機器同士の物理的・論理的な接続構成を意味する。
(1)アプリケーションレイヤ
サービス同士の論理接続等を担当する。
(2)トランスミッション制御プロトコル/ユーザデータグラムプロトコル(Transmission Control Protocol/User Datagram Protocol,TCP/UDP)レイヤ
フィルタリング・アドレス変換・負荷分散装置等による論理接続を担当する。
(3)インターネットプロトコル(Internet Protocol,IP)レイヤ
サブネット同士の論理接続を担当する。
(4)メディアアクセス制御(Media Access Control,MAC)レイヤ
仮想ローカルエリアネットワーク(Virtual Local Area Network,VLAN)による論理接続等を担当する。
(5)物理レイヤ
ケーブルによる物理接続を担当する。
図4は、図2のネットワークのアプリケーションレイヤのトポロジ(リンク、コネクタ、およびサービス)を示している。このレイヤのコネクタ間の接続関係は、図5のような樹形図で表すことができる。
図10は、図2のネットワークのTCP/UDPレイヤのトポロジを示しており、図11は、このレイヤにおける通信可否マトリクスを示している。このマトリクスでは、障害発生時に、ノードDとノードE間の経路およびノードDとノードF間の経路の状態が通信不可に変化している。
図15は、図2のネットワークのIPレイヤのトポロジを示しており、図16は、このレイヤにおける通信可否マトリクスを示している。このマトリクスでは、障害発生時に、ノードDとノードE間の経路およびノードDとノードF間の経路の状態が通信不可に変化している。
図20は、図2のネットワークのMACレイヤのトポロジを示しており、図21は、このレイヤにおける通信可否マトリクスを示している。このマトリクスでは、障害発生時に、ノードDとノードE間の経路およびノードDとノードF間の経路の状態が通信不可に変化している。
図25は、図2のネットワークの物理レイヤのトポロジを示しており、図26は、このレイヤにおける通信可否マトリクスを示している。この場合、正常時と障害発生時のマトリクスが全く同じであり、このレイヤでは障害が認識されないことが分かる。
・ノード:M
・レイヤ:MACレイヤ
・コネクタ:1(コネクタ321)
・サービス:学習MAC1,ポートVLAN
ユーザは、表示された影響範囲と発生箇所に応じて、ノードMのVLAN設定を修正する等の復旧作業を行う。
図28は、図2のネットワークを管理するために、擬似クライアントと障害管理装置を設けた構成を示している。この構成では、擬似クライアントコンピュータOがスイッチNを介してファイアウォールBに接続されている。この場合、擬似クライアントコンピュータOのセキュリティ確保のため、ファイアウォールBにおいて、クライアントコンピュータAからルータIへの通信と、擬似クライアントコンピュータOからルータIへの通信に同じポリシールールが適用され、コンピュータAとコンピュータO間で接続関係を持たないように制御される。
図31は、障害監視のために用いるノード情報のデータ構造を示している。ノード情報は、管理対象のネットワークを構成する機器の設定情報であり、必要に応じて各機器から取得される。
次に、図37から図43までを参照しながら、このようなノード情報を用いた障害監視処理について説明する。
ステップ3602および3608のトポロジ探索処理およびステップ3603の経路探索処理の詳細については、後述することにする。
図39は、図37のステップ3601および図38のステップ3701における監視情報入力処理のフローチャートである。ユーザは、まず、通信に用いるサービスを選択し(ステップ3801)、擬似クライアントコンピュータOのブラウザを起動する(ステップ3802)。そして、監視対象となる宛先IPアドレスまたはホスト名を入力し(ステップ3803)、パスを入力する(ステップ3804)。
例えば、ウェブサービス(WWW:http)が選択され、宛先IPアドレスとして“172.25.230.1”が入力され、パスとして“jp/index.html”が入力された場合、“http://172.25.230.1/jp/index.html”のようなリクエスト情報が生成される。
a.サービス可能ノード(ステップ3901)
(1)アプリケーションレイヤ
ノード情報3900のアプリケーションレイヤにデータが存在するノード
(2)TCP/UDPレイヤ
ノード情報3900のTCP/UDPレイヤにデータが存在するノード
(3)IPレイヤ
ノード情報3900のIPレイヤにデータが存在するノード
(4)MACレイヤ
ノード情報3900のMACレイヤにデータが存在するノード
(5)物理レイヤ
ノード情報3900の物理レイヤにデータが存在するノード
b.送信元候補ノード(ステップ3902)
(1)アプリケーションレイヤ
全てのノード、あるいは選択されたアプリケーションのクライアントプロセスが起動しているノード
(2)TCP/UDPレイヤ
すべてのノード
(3)IPレイヤ
IPアドレスを持つノード
(4)MACレイヤ
MACアドレスを持つノード
(5)物理レイヤ
ポート番号を持つノード
c.宛先候補ノード(ステップ3903)
(1)アプリケーションレイヤ
選択されたアプリケーションのサーバプロセスが起動しているノード
(2)TCP/UDPレイヤ
選択されたアプリケーションのポートが起動しているノード
(3)IPレイヤ
IPアドレスを持つノード
(4)MACレイヤ
MACアドレスを持つノード
(5)物理レイヤ
ポート番号を持つノード
d.送信元インタフェース情報(ステップ3904)
(1)アプリケーションレイヤ
アプリケーションレイヤの送信元候補ノードの全IPアドレス
(2)TCP/UDPレイヤ
TCP/UDPレイヤの送信元候補ノードの全IPアドレス
(3)IPレイヤ
IPレイヤの送信元候補ノードの全IPアドレス
(4)MACレイヤ
MACレイヤの送信元候補ノードの全MACアドレス
(5)物理レイヤ
物理レイヤの送信元候補ノードの全コネクタ識別子
e.宛先インタフェース情報(ステップ3905)
(1)アプリケーションレイヤ
アプリケーションレイヤの宛先候補ノードのIPアドレス
(2)TCP/UDPレイヤ
TCP/UDPレイヤの宛先候補ノードのIPアドレス
(3)IPレイヤ
IPレイヤの宛先候補ノードの全IPアドレス
(4)MACレイヤ
MACレイヤの宛先候補ノードの全MACアドレス
(5)物理レイヤ
物理レイヤの宛先候補ノードの全コネクタ識別子
障害管理装置は、抽出された送信元と宛先の組み合わせの数だけ経路探索を実行するために、それらの組み合わせを指定する経路探索入力情報を生成し(ステップ3906)、経路探索を実行する(ステップ3907)。このとき、監視情報により指定されたアプリケーションレイヤのサービス(例えば、http)およびパスと、TCP/UDPレイヤのプロトコル(例えば、tcp)および宛先のポート番号等も、経路探索入力情報として用いられる。そして、各組み合わせについて、図41に示すような経路探索の結果を保存する(ステップ3908)。
図42は、図37のステップ3611および図38のステップ3712における障害発生箇所導出処理のフローチャートである。障害管理装置は、まず、障害探索開始レイヤを決定する(ステップ4001)。この障害探索開始レイヤは、通常はユーザにより選択されるが、アプリケーションレイヤを自動的に選択するようにしてもよい。
(1)トポロジ探索技術
本技術は、物理レイヤからアプリケーションレイヤまでのすべてのレイヤを統合したトポロジを表現するモデルに基き、SNMP−MIB(Management Information Base )等を用いて各ネットワーク機器から各レイヤに関する情報を自動的に収集・分析することにより、各レイヤにまたがるネットワークトポロジをシステムが把握し、これをマップとして描画・表示するものである。これにより、従来は困難であったすべてのレイヤについてのトポロジ把握を容易に行うことができる。
1.ノード検知部4211は、管理対象のネットワーク4201のIPアドレスの範囲(探索範囲)と各機器のアカウント情報からなる入力情報4221を受け取る。そして、探索範囲に対してpingによる探索を試みて、ネットワーク4201を構成する機器(ノード)を検出し、検出されたノードのリスト4214を生成する。
2.トポロジ情報取得部4212は、SNMP、telnet、またはssh(Secure Shell)を用いて、検出されたネットワーク機器の設定やサービスの情報を取得する。情報取得に必要な各機器のアカウント情報は、ノード検知部4211から受け取る。
3.トポロジ構築部4213は、取得された情報から機器同士の物理的・論理的接続関係を求め、様々な目的に利用できる形式のトポロジ情報4222として出力する。トポロジ情報4222には、ノード情報およびリンク情報が含まれる。ノード情報は、ネットワーク4201を構成する機器の設定情報であり、リンク情報は、機器間の物理/論理接続の情報である。
(2)経路探索技術
本技術は、探索対象となる経路の始点および終点の機器(ノード)と、トポロジ探索技術の出力結果であるトポロジ情報をもとに、始点ノードと終点ノードの間におけるデータの到達可否を判定し、到達可能な場合のデータの通過経路を算出するものである。具体的には、以下の手順で経路探索を行う。
1.IPレイヤのネクストホップ取得
始点ノードから終点ノードに向かうための、IPレイヤにおけるネクストホップのIPアドレスを、始点ノードのルーティング情報から取得する。
2.MACレイヤのネクストホップ取得
始点ノードのMAC学習テーブルをもとに、ネクストホップのIPアドレスに向かうための、MACレイヤにおけるネクストホップのMACアドレスを取得する。トポロジ探索技術により得られているリンク情報を参照し、MACレイヤでのネクストホップとなる機器を決定する。
3.始点ノードの代わりにネクストホップとなる機器に対して、2のMACレイヤのネクストホップ取得を繰り返し、MACレイヤでの経路情報の取得を続ける。これを繰り返してIPレイヤでのネクストホップの機器に辿り着いたら、上記1のIPレイヤのネクストホップ取得を繰り返して、IPレイヤにおいてその次のホップとなる機器を決定する。以上の処理を、終点ノードのIPアドレスに辿り着くまで繰り返す。終点ノードのIPアドレスに辿り着くことができればデータ到達可と判定され、辿り着くことができなければデータ到達不可と判定される。
また、図28〜30の構成では、障害管理装置が運用管理系のネットワークを介して管理対象のネットワークに接続されているが、障害管理装置を管理対象のネットワークのノードに直接接続するようにしてもよい。
(付記1) 複数のレイヤによる階層構成の通信機能を有する通信ネットワーク上における障害の原因を特定する障害管理装置であって、
監視対象の送信元と宛先を指定する監視情報を入力する入力手段と、
前記監視対象の送信元と宛先の間の通信状態が通信可から通信不可へ変化する前と変化した後において、各レイヤにおける複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成する生成手段と、
生成された通信可否情報を格納する格納手段と、
前記監視対象の通信状態が変化する前と後の通信可否情報を比較して、通信可から通信不可へ変化した経路の宛先をグループ化することで、前記通信ネットワークを障害の影響を受ける複数の影響範囲に分割し、該影響範囲の境界上にある機器のインタフェースを障害発生箇所と推定する処理を、探索開始レイヤから下位レイヤに向かってレイヤ毎に繰り返して、障害の原因となる機器とレイヤを特定する特定手段と、
前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする障害管理装置。
(付記2) 複数のレイヤによる階層構成の通信機能を有する通信ネットワーク上における障害の原因を特定するコンピュータのためのプログラムであって、
監視対象の送信元と宛先を指定する監視情報を入力し、
正常時に各レイヤにおける複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、格納手段に格納し、
前記監視対象の送信元と宛先の間の通信状態が通信可から通信不可へ変化した後に、各レイヤにおける前記複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、前記格納手段に格納し、
前記監視対象の通信状態が変化する前と後の通信可否情報を比較して、通信可から通信不可へ変化した経路の宛先をグループ化することで、前記通信ネットワークを障害の影響を受ける複数の影響範囲に分割し、該影響範囲の境界上にある機器のインタフェースを障害発生箇所と推定する処理を、探索開始レイヤから下位レイヤに向かってレイヤ毎に繰り返して、障害の原因となる機器とレイヤを特定し、
前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を出力する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
(付記3) 前記監視対象の送信元と宛先の間で通信を試行した結果を監視することで、前記監視対象の通信状態が変化したことを検出する処理を、前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする付記2記載のプログラム。
(付記4) 前記監視対象の送信元と宛先の間におけるデータの到達可否を判定することで、前記監視対象の通信状態が変化したことを検出する処理を、前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする付記2記載のプログラム。
(付記5) 前記監視対象の通信状態が変化する前と後において、前記通信ネットワークを構成する複数の機器から各レイヤのインタフェース情報を取得し、該インタフェース情報に基いて各レイヤのトポロジを生成し、生成されたトポロジを用いて各レイヤにおける前記通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記2記載のプログラム。
(付記6) 前記インタフェース情報を用いて前記複数のレイヤの中の下位レイヤのトポロジに含まれる接続をグループ化して、上位レイヤにおける情報到達範囲を生成し、該情報到達範囲から上位レイヤのトポロジを生成する処理を繰り返して、各レイヤのトポロジを生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記5記載のプログラム。
(付記7) 前記生成されたトポロジを用いて前記複数の送信元と複数の宛先の間におけるデータの到達可否を判定することで、各レイヤにおける前記通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記5または6記載のプログラム。
(付記8) 前記複数のレイヤがアプリケーションレイヤを含むとき、指定されたアプリケーションサービスのクライアントプロセスが起動している機器を該アプリケーションレイヤにおける送信元として選択し、該アプリケーションサービスのサーバプロセスが起動している機器を該アプリケーションレイヤにおける宛先として選択して、該アプリケーションレイヤにおける通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記2乃至7記載のプログラム。
(付記9) 前記複数のレイヤがトランスミッション制御プロトコル/ユーザデータグラムプロトコルレイヤを含むとき、指定されたアプリケーションサービスのポートが起動している機器を該トランスミッション制御プロトコル/ユーザデータグラムプロトコルレイヤにおける宛先として選択して、該トランスミッション制御プロトコル/ユーザデータグラムプロトコルレイヤにおける通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記2乃至7記載のプログラム。
(付記10) 前記複数のレイヤがインターネットプロトコルレイヤを含むとき、インターネットプロトコルアドレスを持つ機器を該インターネットプロトコルレイヤにおける送信元および宛先として選択して、該インターネットプロトコルレイヤにおける通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記2乃至7記載のプログラム。
(付記11) 前記複数のレイヤがメディアアクセス制御レイヤを含むとき、メディアアクセス制御アドレスを持つ機器を該メディアアクセス制御レイヤにおける送信元および宛先として選択して、該メディアアクセス制御レイヤにおける通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記2乃至7記載のプログラム。
(付記12) 前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を前記複数のレイヤと対応させて画面上に表示する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記2記載のプログラム。
(付記13) 複数のレイヤによる階層構成の通信機能を有する通信ネットワーク上における障害の原因を特定する障害管理方法であって、
入力手段が、監視対象の送信元と宛先を指定する監視情報を入力し、
生成手段が、正常時に各レイヤにおける複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、格納手段に格納し、
前記生成手段が、前記監視対象の送信元と宛先の間の通信状態が通信可から通信不可へ変化した後に、各レイヤにおける前記複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、前記格納手段に格納し、
特定手段が、前記監視対象の通信状態が変化する前と後の通信可否情報を比較して、通信可から通信不可へ変化した経路の宛先をグループ化することで、前記通信ネットワークを障害の影響を受ける複数の影響範囲に分割し、該影響範囲の境界上にある機器のインタフェースを障害発生箇所と推定する処理を、探索開始レイヤから下位レイヤに向かってレイヤ毎に繰り返して、障害の原因となる機器とレイヤを特定し、
出力手段が、前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を出力する
ことを特徴とする障害管理方法。
102 生成手段
103 格納手段
104 特定手段
105 出力手段
301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、312、313 サービス
321、322、323、701、702、1401、1402、1801、1802 コネクタ
2701、2801、2901 障害管理装置
2702 スイッチ
3900 ノード情報
4201 ネットワーク
4202 トポロジ探索部
4211 ノード検知部
4212 トポロジ情報取得部
4213 トポロジ構築部
4214 ノードのリスト
4221 入力情報
4222 トポロジ情報
4401、4402、4403 スイッチ
4404、4405、4406、4407、4408、4409、4410、4411、4412、4413、4414、および4415 パーソナルコンピュータ
4501、4502、4503 MAC学習テーブル
4601 トポロジ探索装置
4602 トポロジ探索部
4611 経路探索部
4621 次経路判定部
4622 動的情報算出部
4623 探索対象情報
4624 次探索対象情報
4631 現在のコネクタ
4632 直前のコネクタ
4641 上位レイヤのコネクタ
4642 下位レイヤのコネクタ
4651 各機器の設定情報
4652 複数レイヤにわたるトポロジ
4653 探索条件
4654 経路探索結果
4661 物理レイヤのトポロジ
4662 MACレイヤのトポロジ
4663 IPレイヤのトポロジ
4664 TCP/UDPレイヤのトポロジ
4665 アプリケーションレイヤのトポロジ
4671 ネットワーク内の2点
4672 サービスの種類
4701 CPU
4702 メモリ
4703 入力装置
4704 出力装置
4705 外部記憶装置
4706 媒体駆動装置
4707 ネットワーク接続装置
4708 バス
4709 可搬記録媒体
4801 サーバ
4802 情報処理装置
4811 データベース
Claims (9)
- 複数のレイヤによる階層構成の通信機能を有する通信ネットワーク上における障害の原因を特定する障害管理装置であって、
監視対象の送信元と宛先を指定する監視情報を入力する入力手段と、
前記監視対象の送信元と宛先の間の通信状態が通信可から通信不可へ変化する前と変化した後において、各レイヤにおける複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成する生成手段と、
生成された通信可否情報を格納する格納手段と、
前記監視対象の通信状態が変化する前と後の通信可否情報を比較して、通信可から通信不可へ変化した経路の宛先をグループ化することで、前記通信ネットワークを障害の影響を受ける複数の影響範囲に分割し、該影響範囲の境界上にある機器のインタフェースを障害発生箇所と推定する処理を、探索開始レイヤから下位レイヤに向かってレイヤ毎に繰り返して、障害の原因となる機器とレイヤを特定する特定手段と、
前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする障害管理装置。 - 複数のレイヤによる階層構成の通信機能を有する通信ネットワーク上における障害の原因を特定するコンピュータのためのプログラムであって、
監視対象の送信元と宛先を指定する監視情報を入力し、
正常時に各レイヤにおける複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、格納手段に格納し、
前記監視対象の送信元と宛先の間の通信状態が通信可から通信不可へ変化した後に、各レイヤにおける前記複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、前記格納手段に格納し、
前記監視対象の通信状態が変化する前と後の通信可否情報を比較して、通信可から通信不可へ変化した経路の宛先をグループ化することで、前記通信ネットワークを障害の影響を受ける複数の影響範囲に分割し、該影響範囲の境界上にある機器のインタフェースを障害発生箇所と推定する処理を、探索開始レイヤから下位レイヤに向かってレイヤ毎に繰り返して、障害の原因となる機器とレイヤを特定し、
前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を出力する
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 前記監視対象の送信元と宛先の間で通信を試行した結果を監視することで、前記監視対象の通信状態が変化したことを検出する処理を、前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする請求項2記載のプログラム。
- 前記監視対象の送信元と宛先の間におけるデータの到達可否を判定することで、前記監視対象の通信状態が変化したことを検出する処理を、前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする請求項2記載のプログラム。
- 前記監視対象の通信状態が変化する前と後において、前記通信ネットワークを構成する複数の機器から各レイヤのインタフェース情報を取得し、該インタフェース情報に基いて各レイヤのトポロジを生成し、生成されたトポロジを用いて各レイヤにおける前記通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項2記載のプログラム。
- 前記インタフェース情報を用いて前記複数のレイヤの中の下位レイヤのトポロジに含まれる接続をグループ化して、上位レイヤにおける情報到達範囲を生成し、該情報到達範囲から上位レイヤのトポロジを生成する処理を繰り返して、各レイヤのトポロジを生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項5記載のプログラム。
- 前記生成されたトポロジを用いて前記複数の送信元と複数の宛先の間におけるデータの到達可否を判定することで、各レイヤにおける前記通信可否情報を生成する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項5または6記載のプログラム。
- 前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を前記複数のレイヤと対応させて画面上に表示する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項2記載のプログラム。
- 複数のレイヤによる階層構成の通信機能を有する通信ネットワーク上における障害の原因を特定する障害管理方法であって、
入力手段が、監視対象の送信元と宛先を指定する監視情報を入力し、
生成手段が、正常時に各レイヤにおける複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、格納手段に格納し、
前記生成手段が、前記監視対象の送信元と宛先の間の通信状態が通信可から通信不可へ変化した後に、各レイヤにおける前記複数の送信元と複数の宛先の間の通信可否を示す通信可否情報を生成して、前記格納手段に格納し、
特定手段が、前記監視対象の通信状態が変化する前と後の通信可否情報を比較して、通信可から通信不可へ変化した経路の宛先をグループ化することで、前記通信ネットワークを障害の影響を受ける複数の影響範囲に分割し、該影響範囲の境界上にある機器のインタフェースを障害発生箇所と推定する処理を、探索開始レイヤから下位レイヤに向かってレイヤ毎に繰り返して、障害の原因となる機器とレイヤを特定し、
出力手段が、前記複数の影響範囲と障害発生箇所の情報を出力する
ことを特徴とする障害管理方法。
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