JP4542688B2 - ネットワーク・アクセス技術間の切り替え方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信ネットワーク・アクセス技術一般に関連し、より詳細にはアクティブなネットワーク・アプリケーションまたはセッションを中断せずに異なるネットワーク・アクセス技術間のトランスペアレントかつ自動的な切り替えを実現するためのシステムおよび方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
本明細書は、1999年10月1日に出願された米国特許出願第60/157289号「Network Access Arbitrator」に関連する。
【0003】
コンピュータ・ネットワークの出現は、人々が自分の日常活動でコンピュータを扱う方法に関して世界的に革命的変化をもたらした。ネットワーク化されたコンピュータによって、ユーザは様々なコンピュータ・リソースを共有することができ、ユーザには大きな利便が与えられる。今日、様々なネットワーク・アクセス技術(NAT;Network Access Technology)が共存し、ユーザに異なるネットワーク設計の選択肢を提供している。例えばトークン・リング、イーサネット、および無線ローカル・エリア・ネットワークなどはすべて広く使用されている、よく知られたネットワーク・アクセス技術である。したがって、例えば大規模な会社にサービスを行う比較的大きなネットワーク内に、異なるネットワーク・アクセス技術を使用する複数のネットワークが並行して存在する可能性は非常に大きい。
【0004】
異なるネットワーク・アクセス技術のこうした共存は、ユーザがネットワークのある部分から別の部分に切り替えるときに、もしそれぞれの部分が異なるアクセス技術を使用するならば問題および望ましくない遅延をもたらす。例えば企業ネットワークへの2つの交互ネットワーク・アクセスを提供するために、ユーザのラップトップは、1枚のイーサネット・カードと1枚の無線LAN PCMCIAカードを装備する可能がある。例えば、ユーザの職場内のイーサネット・アクセスを介して非常に長いファイルをダウンロードするなどの、アクティブなネットワーク・セッションの最中にあるユーザを考える。そのユーザは、自分の同僚達と別の建物での会議に行かなければならず、そのファイルを一緒に持っていかなければならない。ファイルを完全にダウンロードするのを彼が待たなければならない場合、彼は会議に遅れるかもしれない。あるいはユーザはダウンロード・セッションを終了し、会議でネットワーク接続を再び確立して(会議室内の別のイーサネット接続か、あるいは彼のラップトップ上の無線LAN PCMCIAを介して)同じファイルを始めからもう一度ダウンロードすることもできる。どちらの選択も、ユーザが遅刻するか、あるいは彼が自分の事務所を離れる前にダウンロードしたものを無駄にしなければならないので望ましくない。
【0005】
ユーザが特定のNATを使用している間にネットワークを切断し、異なるNATを介して別のネットワーク接続を再確立しなければならないとき、あるプロセスが起きる。標準の開放型システム間相互接続(OSI)7層モデルに準拠するあらゆるネットワークでは、異なる層におけるすべての活動を終了しなければならない。
【0006】
図1は、標準OSI7層プロトコル・スタック10の全体図を示す。階層化の概念は当技術分野で一般的に知られ、このOSI標準は、異なるベンダにより作られた異なるシステム間の通信のための標準の、国際的に受け入れられている唯一の枠組みである。OSI7層プロトコル・スタック10は通常、異なる7つの層を有する。物理層(L1)12、データ・リンク層(L2)14、ネットワーク層(L3)16、トランスポート層(L4)18、セッション層(L5)20、プレゼンテーション層(L6)22、およびアプリケーション層(L7)24である。図1に示すように、L1は、通信回線を介してデータを伝送する物理的手段を扱い、ネットワーク環境では普通、異なるNAT用に設計された様々なネットワーク・インタフェース・カード(NIC)26を指す。L2は、通信回線を操作するための手順およびプロトコルに関係し、この例では、様々なNICに対応するアダプタ・ドライバ・ソフトウェア28である。各NICを識別するために、普通、データ・リンク層アドレスすなわちL2アドレスがNICに割り当てられる。L3は、データ・パケットのルーティングおよび中継をどのように達成するかについての情報30を提供する。この情報は、ファイル・サーバや他のコンピュータなどの通信ノード用のネットワーク・アドレスまたはインターネット・プロトコル・アドレスを含む。L4は、情報交換に対する規則、例えばTCP/IPプロトコル、UDP、ICMPなどの様々なネットワーク・プロトコル32に関する情報を定義し、L5、L6、L7は、ネットワーク・アプリケーション34に向けられる。これらの層はすべて、ホスト・コンピュータ・サーバなどのコンピュータのハードウェア・プラットフォーム36上で共に動作する。
【0007】
次に図2を参照する。図2は、アクティブなネットワーク・アプリケーションが進行している間に、第1のNATでの第1のネットワーク・アクセスを終了して、第2のNATでの第2のネットワーク・アクセスに切り替えるための流れ図40を示す。第1のネットワーク・アクセスを終了するとき、アクティブなネットワーク・アプリケーションは中断される。階層化の見地からすれば、最初にステップ42で、L5、L6、L7に関係するアクティブなネットワーク・アプリケーションが停止される。次いでステップ44で、対応するネットワーク接続(L4およびL3に関係する)が壊される。最終的にステップ46で、L2、L1、およびコンピュータ・プラットフォームにおけるネットワーク・ソフトウェア並びにハードウェアが再構成される。ステップ48で新しいNATを使用してネットワーク接続を開始しなければならず、ステップ50でネットワーク・アプリケーションがもう1度再開されなければならない。要約すれば、第1のNATから第2のNATに切り替えるための従来技術は、L7から下のL1までのすべてのプロセスを解体し、次いでアプリケーションを逆にL1から上のL7まで再確立するものである。この非常に長いプロセスは、ネットワーク・コンピューティングに余分な遅延および犠牲を招き、ネットワーク・アプリケーションの効率を著しく低下させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
要求されるものは、アクティブなネットワーク・アプリケーションまたはセッションを中断することのない、異なるネットワーク・アクセス技術間の切り替え方法およびシステムである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
アクティブなネットワーク・アプリケーションまたはセッションを中断せずに異なるネットワーク・アクセス技術間でシームレスに切り替えるためのシステムおよび方法が提供される。
【0010】
ネットワーク通信を実施するために標準OSI7層プロトコル・スタックを例として使用する場合、本発明の1つの実施形態は、ネットワーク・アクセス・アービトレータ(NAA、Network Access Arbitrator)を提供する。NAAは、異なるネットワーク・アクセス技術間の必要な切り替えを制御するための、OSI7層プロトコル・スタックのデータ・リンク層(L2)とネットワーク層(L3)の間に位置する仮想ネットワーク・デバイス・ドライバである。すべてのコンピュータ・ネットワーク・アプリケーションがL3より上の層によって制御されるので、L3により提供されるネットワーク・サービス(コネクションまたはコネクションレス)を使用するすべてのアプリケーションは、NAAがネットワーク・アクセス技術間で切り替わるときに、それらのアクティブなネットワーク・セッションを分断することなく継続する。
【0011】
異なるネットワーク・アクセス技術間の切り替えを提供するのに加え、NAAはまた、IP−in−IPカプセル化/カプセル化解除、プロキシARP、無償ARP(gratuitous ARP)などのモバイル・インターネット・プロトコル機能と共に動作する。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に図3を参照すると、本発明の1つの実施形態にしたがうネットワーク・アクセス・アービトレータ(NAA;Network Access Arbitrator)60がOSI7層プロトコル・スタック10環境に示されている。NAA60は、2つの異なるネットワーク・アクセス技術(NAT)の間でシームレスなネットワークの受渡しを提供するためのL2とL3の間に位置する仮想アダプタ・ドライバである。NAA60を実装する場合、様々なアクティブなネットワーク・アプリケーションは、NAA60が既存のNATを介した情報交換を停止して新しいNATの使用に移行させるので中断されない。
【0013】
ホスト・コンピュータ・サーバなどのようなコンピュータ・ハードウェア・プラットフォーム36上のL2に、複数の利用可能なNAT(例えば対応するアダプティブ・ドライバ・ソフトウェア(NIC0〜NIC N)を伴う複数のネットワーク・インタフェース・カード(NIC)62)がある。NAA60は、L2とL3の間に挿入される。NAA60は、複数のNIC62およびアダプタ・ドライバがコンピュータ・プラットフォーム36上にインストールされていても、L3が仮想アンカー・アダプタ・ドライバ(アンカー)だけを検出することを確実にする。したがってL3以上にあるすべてのプロセスは、異なるNIC62およびアダプタ・ドライバ64を意識しない。
【0014】
コンピュータ・プラットフォーム上のすべての利用可能なアダプタまたはNIC62の中から、ある特定のNICが1次アダプタとして最初に設定される。したがって、それのドライバが1次アダプタ・ドライバとなる。他のすべてのアダプタおよびそれらに対応するドライバは、非1次または2次と考えられる。最初は、1次アダプタ・ドライバがアンカーとなる。
【0015】
ネットワーク・アプリケーションを実行するとき、普通、1次アダプタがネットワーク・アクセスを提供するアダプタである。いかなる時点においてもアダプタ、すなわちNICのうちの1つしかアクティブではない。しかし複数のNATが利用可能であるので、アクティブなネットワーク・アダプタが1次アダプタの場合もあれば、そうではない場合もある。アクティブなアダプタは、ユニキャスト、マルチキャスト、およびブロードキャスト形式を含めた、すべてのインターネット・プロトコル(IP)データ・パケットを送受信する。しかし、アクティブでないアダプタは、マルチキャストおよびブロードキャスト・パケットしか受信しない。さらにNAA60は、すべてのアダプタ62を監視し、アクティブなアダプタだけを介してデータ・パケットを送受信する。NAA60がL2とL3の間に位置しているので、L3のネットワーク・プロトコルを使用するすべてのネットワーク・アプリケーションまたは通信は、L2のネットワーク・コンポーネントになんら直接的に関与することなしにNAA60だけを扱う。言い換えれば、NAA60は、L2におけるアダプタ・ドライバおよびL1におけるそれに関連したアクティブなアダプタのどれが実際に使用されているかをL3に知らせることなしに、1次アダプタであろうと同じホスト・コンピュータ・ハードウェア・プラットフォームに接続された他のアダプタであろうと、アクティブなアダプタにデータ・パケットを供給するか、またはアクティブなアダプタからデータ・パケットを取り出す。したがってL3のネットワーク・プロトコルと共に働くアクティブなネットワーク・アプリケーションは、NAA60から来る絶え間ないデータ・ストリームを観測し、2つのNAT間の移行に気付くことなくNAA60に発信情報のための別のデータ・ストリームを送り返す。
【0016】
NAA60は、発信データ・パケットと着信データ・パケットを別々に扱う。
発信データ・パケットの場合、アクティブなアダプタが1次アダプタであれば、データ・パケットは、カプセル化の必要が特にあるときを除いて、修正されずにNAA60から1次アダプタに送信される。アクティブなアダプタが1次アダプタ以外のアダプタであれば、データ・パケットのハードウェア・フレームがNAAによって修正され、それによりデータ・パケットがアクティブなアダプタに送信される前に、フレーム中のソース・ハードウェア・アドレスがアクティブなアダプタのL2アドレスに設定される。
【0017】
着信パケットの場合、受信するアダプタが1次アダプタであれば、データ・パケットは、カプセル化解除の必要が特にあるときを除いて、修正されずにNAA60に「渡される」。受信するアダプタが1次アダプタでなければ、データ・パケットのハードウェア・フレームは、データ・パケットがNAA60を通過する前に、宛先ハードウェア・アドレスが1次アダプタのL2アドレスに設定されるように修正される。これにより、L3は(それが常に検出する)アンカーにおける変化を知ることがないことが保証される。
【0018】
さらに、プロトコル・スタックのアドレス解決プロトコル(ARP)モジュールがL3における単一のIPアドレスに関して複数のL2アドレスで混乱しないように、ARPは適切にブロックまたは処理されなければならない。例えばルータから送信されたARP要求メッセージに応答して、メッセージがアクティブなアダプタのL2アドレスを発行するようにブロードキャストされることができる。
【0019】
さらに、どのネットワーク・アダプタ、すなわちどのNICがどの時点でアクティブであるかをNAA60が判断することも重要である。いくつかのNICおよびそれらに関連するアダプタ・ドライバは、接続および切断の状態をしらせることが可能である。通常、切断検出を検出するのに必要な時間は1秒前後であり、接続を検出するのに必要な時間は6秒前後である。これらの時間しきい値は、NICの動作状態のよい指標である。したがって、NAA60は、これらのハードウェア状態指標を利用して、どのアダプタがアクティブであるかに関する情報を得ることが可能である。
【0020】
また本発明の1つの実施形態によれば、NAA60には1秒ごとにタイムアウトになるタイマが装備される。この時限イベントは、着信データ・パケットの存在を検出するのに使用される。NAA60が1次アダプタのためのデータ・パケットを検出する場合、1次アダプタがアクティブなアダプタと考えられる。2秒の間に1次アダプタを通過するデータ・パケットがなくて、非1次または2次アダプタで受信される少なくとも1つのデータ・パケットがあることをNAA60が検出する場合、その2次アダプタがアクティブなアダプタとして使用される。アクティブなアダプタは、別のアクティブなアダプタがそれに置き換わるまでNAA60によってアクティブであると見られる。
【0021】
NAA60を実装することにより、ユーザは、いかなるアクティブなネットワーク・アプリケーションの分断も心配しないで、あるNATから別のNATに自由に切り替えをすることができる。例えば前述のように、ユーザのラップトップに1枚のイーサネット・カードと1枚の無線LAN PCMCIAカードが装備されている場合、すなわち企業ネットワークへの2つの交互ネットワーク・アクセスが可能な場合、ネットワーク・アクセスがイーサネット・カードからPCMCIAカードに切り替えられても、ネットワーク・アプリケーションは中断されない。NAA60は、最初にイーサネット・カードを1次アダプタに、PCMCIAアダプタを2次アダプタに設定することができる。ユーザがアクティブな1次アダプタを介してファイルをダウンロードしている最中に別の建物での会議に出なければならない場合、彼はただ、イーサネット接続のプラグを抜き、無線PCMCIAカードを始めればよい。次いでユーザは、自分のラップトップが無線LAN接続を使用してダウンロード・セッションを継続している間に、自由に会議に出ることができる。ユーザは時間通りに会議に出て、何の遅延もなくダウンロードを終了することができる。
【0022】
さらに、NAA60は、モバイル・インターネット・プロトコルと共に使用して、モバイル機器が異なるNATを有する異なるサブネット間でシームレスに移動するようにすることができる。同様に、本発明はまた、様々なパケット・ベースの無線アクセス技術を使用するネットワークにも適用される。少なくとも2つの異なるNATがある限り、本発明は、アクティブなネットワーク・アプリケーションの保全性を維持しながら、あるNATから別のNATへの円滑な移行を実現する。
【0023】
NAA60がまた、異なるネットワーク・アクセス技術の間の切り替えを提供するのに加え、前述のように、IP−in−IPカプセル化/カプセル化解除、プロキシARP、無償ARPなどの他のモバイル・インターネット・プロトコル機能と共に動作することに留意されたい。
【0024】
上記の説明は、本発明のさまざまな特徴を実施するためのさまざまな多くの実施形態または実施例を提供する。またコンポーネントおよびプロセスの具体例は、本発明を明確にするのを助けるために述べられた。これらはもちろん実施例でしかなく、本発明を制限するものではない。
【0025】
本発明を、その好ましい実施形態との関連で詳細に示して記述したが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく形態および詳細に様々な変更を加えることができることは、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】標準OSI7層プロトコル・スタックの概観を示す図である。
【図2】異なる2つのネットワーク・アクセス技術間の切り替えのためのプロセス流れ図である。
【図3】本発明の1つの実施形態によって、ネットワーク・アクセス・アービトレータがどのようにOSI7層プロトコル・スタックの異なる層と相互作用するかを表す図である。
【符号の説明】
36 ハードウェア・プラットフォーム
60 ネットワーク・アクセス・アービトレータ
62 ネットワーク・インタフェース・カード
Claims (18)
- アクティブなネットワーク・アプリケーションを中断することのない、ネットワーク化されたハードウェア・プラットフォーム上での異なる2つのネットワーク・アクセス技術間の切り替え方法であって、該プラットフォームが、少なくとも2つのネットワーク・アダプタを介して該ネットワーク・アプリケーションのために発信データ・パケットを送信し、かつ着信データ・パケットを受信し、該ネットワーク・アダプタが、該ネットワーク・アプリケーションの実行のために該ネットワーク・ハードウェア・プラットフォームへのアクセスを提供し、該方法は、
仮想アンカー・アダプタ・ドライバを有するネットワーク・アクセス・アービトレータを提供するステップと、
1次ネットワーク・アダプタとしてネットワーク・アダプタを割り当てるステップと、
アクティブなネットワーク・アダプタを検出するステップと、
前記ネットワーク・ハードウェア・プラットフォームへのアクセスが前記1次ネットワーク・アダプタから前記アクティブなネットワーク・アダプタ・ドライバに切り替えられるときに、前記アクティブなネットワーク・アプリケーションにより生成されたデータ・パケットを、該ネットワーク・アプリケーションを続けるよう前記ネットワーク・アクセス・アービトレータによって構成するステップと、を含み、
前記ネットワーク・アプリケーションが、前記ネットワーク化されたハードウェア・プラットフォームにアクセスするときに前記ネットワーク・アービトレータだけを検出するようにした、方法。 - 前記割り当てステップが、前記1次ネットワーク・アダプタに関連するネットワーク・アダプタ・ドライバとして前記仮想アンカー・アダプタ・ドライバを最初に構成するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記構成ステップが、
前記発信情報用のデータ・パケットのソース・ハードウェア・アドレスを前記アクティブなネットワーク・アダプタのデータ・リンク層アドレスに変更するステップと、
前記着信情報用のデータ・パケットの宛先ハードウェア・アドレスを前記1次ネットワーク・アダプタ・ドライバのデータ・リンク層アドレスに修正するステップと、を含む請求項1に記載の方法。 - 前記検出ステップが、少なくとも1つのネットワーク・アダプタから、該ネットワーク・アダプタおよびそのアダプタ・ドライバの接続または切断の状態に関する情報を受信するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 時限イベントをトリガするタイマを提供するステップと、
2つの連続する時限イベント中に少なくとも1つのアダプタがデータ・パケットを受信または送信するかどうかを判断するステップと、を含む請求項4に記載の方法。 - 前記1次ネットワーク・アダプタがアクティブかどうかを検出するステップを前記検出するステップが含む請求項1に記載の方法。
- ネットワーク化されたハードウェア・プラットフォーム上で、ネットワーク・アクセス・アービトレータを使用して、アクティブなネットワーク・アプリケーションを中断せずに第1のネットワーク・アクセス技術から第2のネットワーク・アクセス技術に切り替える方法であって、該アクティブなネットワーク・アプリケーションが、該ネットワーク化されたハードウェア・プラットフォームを介してデータ・パケットにおいて発信情報を送信し、かつ着信情報を受信し、該第1のネットワーク・アクセス技術が第1のネットワーク・アダプタ・ドライバを使用し、該第2のネットワーク・アクセス技術が第2のネットワーク・アダプタ・ドライバを使用し、
前記アクティブなネットワーク・アプリケーションを実行するために前記第1のネットワーク・アクセス技術を利用するステップと、
前記発信情報を送信し、かつ前記着信情報を受信するために前記第1のネットワーク・アダプタ・ドライバと前記第2のネットワーク・アダプタ・ドライバとの間を調停することにより、ネットワーク・アクセス・アービトレータを介して、前記ネットワーク・アプリケーションを中断せずに該アクティブなネットワーク・アプリケーションを続けるための前記第2のネットワーク・アクセス技術を選択するステップと、を含む方法。 - 前記ネットワーク・アクセス・アービトレータが、前記アクティブなネットワーク・アプリケーションから見ることができる仮想アンカー・アダプタ・ドライバを有する請求項7に記載の方法。
- 前記利用ステップが、
前記第1のネットワーク・アダプタを1次ネットワーク・アダプタとして選択するステップと、
前記アンカー・アダプタ・ドライバを前記第1のネットワーク・アダプタに関連するように構成するステップと、を含む請求項8に記載の方法。 - 前記選択するステップが、
前記第2のネットワーク・アダプタ・ドライバがアクティブなときを検出するステップと、
前記発信情報用のデータ・パケットのソース・ハードウェア・アドレスを前記第2のネットワーク・アダプタ・ドライバのデータ・リンク層アドレスに修正するステップと、
前記着信情報用のデータ・パケットの宛先ハードウェア・アドレスを前記第1のネットワーク・アダプタ・ドライバのデータ・リンク層アドレスに修正するステップと、を含む請求項7に記載の方法。 - 前記検出ステップが、前記第2のネットワーク・アダプタから、該第2のネットワーク・アダプタの接続または切断の状態に関する情報を受信するステップを含む請求項10に記載の方法。
- 前記受信ステップが、時限イベントをトリガするタイマを提供するステップと、
連続する2つの時限イベント中にデータ・パケットを前記第2のアダプタが受信または送信するかどうかを判断するステップと、を含む請求項11に記載の方法。 - アクティブなネットワーク・アプリケーションを中断することのない、ネットワーク化されたハードウェア・プラットフォーム上での異なる2つのネットワーク・アクセス技術間の切り替えシステムであって、該プラットフォームが、少なくとも2つのネットワーク・アダプタを介して該ネットワーク・アプリケーションのために発信データ・パケットを送信し、かつ着信データ・パケットを受信し、該ネットワーク・アダプタが、該ネットワーク・アプリケーションの実行のために該ネットワーク・ハードウェア・プラットフォームへのアクセスを提供し、該システムは、
ネットワーク・アダプタを1次ネットワーク・アダプタとして割り当てる手段と、
アクティブなネットワーク・アダプタを検出する手段と、
前記ネットワーク・ハードウェア・プラットフォームへのアクセスが前記1次ネットワーク・アダプタから前記アクティブなネットワーク・アダプタ・ドライバに切り替えられるときに、前記アクティブなネットワーク・アプリケーションにより生成されたデータ・パケットを、該ネットワーク・アプリケーションを続けるよう構成するための、仮想アンカー・アダプタ・ドライバを有するネットワーク・アクセス・アービトレータと、を含み、
前記ネットワーク化されたハードウェア・プラットフォームにアクセスするために、前記ネットワーク・アプリケーションが前記ネットワーク・アービトレータだけを検出するようにした、システム。 - 前記割り当て手段が、前記1次ネットワーク・アダプタに関連する前記ネットワーク・アダプタ・ドライバとして前記仮想アンカー・アダプタ・ドライバを最初に構成する手段を含む請求項13に記載のシステム。
- 前記ネットワーク・アクセス・アービトレータが、
前記発信情報用のデータ・パケットのソース・ハードウェア・アドレスを前記アクティブなネットワーク・アダプタのデータ・リンク層アドレスに変更する手段と、
前記着信情報用のデータ・パケットの宛先ハードウェア・アドレスを前記1次ネットワーク・アダプタ・ドライバのデータ・リンク層アドレスに修正する手段と、を含む請求項13に記載のシステム。 - 前記検出手段がさらに、少なくとも1つのネットワーク・アダプタから、前記ネットワーク・アダプタおよびそのアダプタ・ドライバの接続または切断の状態に関する情報を受信する手段、を含む請求項13に記載のシステム。
- 時限イベントをトリガするタイマを提供するステップと、
2つの連続する時限イベント中にデータ・パケットを少なくとも1つのアダプタが受信または送信するかどうかを判断するステップと、を含む請求項16に記載のシステム。 - 前記1次ネットワーク・アダプタがアクティブかどうかを検出するステップを前記検出ステップが含む請求項13に記載のシステム。
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