JP4760560B2

JP4760560B2 - パケット中継装置

Info

Publication number: JP4760560B2
Application number: JP2006161428A
Authority: JP
Inventors: 悟江尻
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: JP2007329863A

Description

本発明は、パケット中継機能を持つ装置の冗長構成に関し、特に、運用中ブロックを予備ブロックに切り替える際に、運用中のサービスを中断することなく、保守作業を行えるようにしたパケット中継装置に関する。

パケット中継装置の冗長構成において、運用中ブロックを予備ブロックへ切り替える際に運用中のサービスを中断しなくても済むように、運用中ブロックと予備ブロックとは、外線からの入力を共有し、また、共通メモリ等を持つことで、処理に必要な状態変数を共有し、常時同じ処理を実行していた。
このような従来技術としては、特許文献１に開示される「ＡＴＭ冗長システムの切り替え方法、及びそのシステム」がある。

このようにすることで、外線への出力を運用中ブロックから予備ブロックに切り替えても、外線への出力には２重パケット送信やパケット欠落といったデータ不連続が発生しないようにしている。

しかし、上記の方式は、運用中ブロックと予備ブロックとは、同時処理することが前提となっており、これを実現するためには、状態変数を、その処理に必要なタイミングまでに共有しなければならない。

運用ブロックと予備ブロックとが、完全に独立なハードウェア構成の場合、装置内メッセージ間通信などで状態変数の引継ぎをリアルタイム実行しなければならない。このとき、装置内トラヒックが増加し、処理能力の低下につながる問題がある。また、上記のように、共有メモリを設けるなどしてハードウェア構成を共通化した場合、ブロックの独立性が失われるため、ブロックをカード構成としてカード抜去による保守を実行することが不可能となってしまう。

現用系と予備系との切り替えに関する従来技術としては、特許文献２に開示される「ＡＴＭ／ＳＴＭ伝送方式」、特許文献３に開示される「装置切替え方法、通信制御装置、および、通信システム」、特許文献４に開示される「２重化構成の情報中継システムおよび切替制御方法」がある。
特開２０００−１８３９０７号公報特開２００２−０５１１０７号公報特開２００２−０５７６７１号公報特開２００４−２１４８８８号公報

特許文献２に開示される発明は、信号処理状態の同期がとれたか否かを、メモリに保存されている信号の数・種類を基に判断している。しかし、信号の数からでは、各信号を個別に特定することはできない。すなわち、複数の信号がメモリに保存されている場合、それらがどのような順序で処理すべきかを正確に判断できない。

特許文献３に開示される発明は、ＡＴＭセルに特価した切替方式であるため、ＡＴＭ以外の通信プロトコルには適用できない。

特許文献４に開示される発明は、バッファにデータが無くなったことをトリガとして、運用系と予備系とを切り替えるものであるが、バッファが空になることを待つということは、その分切替時間が要求されるということである。すなわち、切替が完了するまでに要する時間が長期化することに他ならない。

このように、従来の情報処理装置における現用系と予備系との切替方式は、汎用的に一般的な通信プロトコルに適用可能ではなく、切替完了までに時間を要するという問題があった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、一般的な通信プロトコルに汎用的に適用可能で、現用系と予備系との切替を短時間で行えるパケット中継装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、下記の構成を特徴とするパケット中継装置を提供するものである。

本発明の第１の態様は、パケットデータの中継処理を行うための中継処理ブロックを二つ並列に備え、一方を現用系、他方を予備系として動作するパケット中継装置であって、入力されたパケットデータに、入力された順序を特定するためのシーケンス番号を付与するＳＮ付与手段と、前記中継処理ブロックのいずれか一方を出力ラインに接続するスイッチとを有し、前記中継処理ブロックのそれぞれは、前記シーケンス番号が付与されたパケットデータを保持するバッファと、前記シーケンス番号が付与されたパケットデータの中継処理を行うための中継処理手段と、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とを前記バッファを介して接続するか否か、及び、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とを切り離すかの３通りの接続状態を切り替えるスイッチング手段とを備え、前記現用系の中継処理ブロックは、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介さずに接続され、予備系中継処理ブロックは、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが切り離されており、前記現用系と前記予備系とを切り替える際には、前記現用系の中継処理ブロックの前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが切り離され、前記現用系の中継処理ブロックの中継処理手段における中継処理が完了した後に、前記予備系の中継処理ブロックが前記出力ラインに接続され、前記予備系の中継処理ブロックの中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介して接続され、前記予備系の中継処理ブロックのバッファに滞留しているパケットデータのうち、前記現用系の中継処理ブロックの中継処理手段によって中継処理がなされたパケットデータが破棄され、前記予備系の中継処理ブロックのバッファに滞留しているパケットデータの処理を終えた後に、前記予備系の中継処理ブロックの中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介さずに接続されることを特徴とするパケット中継装置である。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、下記の構成を特徴とするパケット中継装置を提供するものである。

本発明の第２の態様は、パケットデータの中継処理を行うための中継処理手段を二つ並列に備え、一方を現用系、他方を予備系として動作するパケット中継装置であって、入力されたパケットデータに、入力順を特定するためのシーケンス番号を付与するＳＮ付与手段と、前記中継処理手段のいずれか一方を出力ラインに接続するスイッチとを上り方向通信及び下り方向通信のそれぞれについて別個に有し、前記中継処理手段のそれぞれには、前記シーケンス番号が付与されたパケットデータを保持するバッファと、前記ＳＮ付与手段と前記バッファを介して接続するか否か、及び、前記ＳＮ付与手段と切り離すかの３通りの接続状態を切り替えるスイッチング手段とを上下各通信方向に関して別個に備え、前記現用系の中継処理手段は、前記ＳＮ付与手段と前記バッファを介さずに接続され、前記予備系の中継処理手段は、前記ＳＮ付与手段と切り離されており、前記現用系と前記予備系とを切り替える際には、上下各通信方向について、前記現用系の中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが切り離され、前記現用系の中継処理手段における中継処理が完了した後に、前記予備系の中継処理手段が前記出力ラインに接続され、前記予備系の中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介して接続され、前記予備系のバッファに滞留しているパケットデータのうち、前記現用系の中継処理手段によって中継処理がなされたパケットデータが破棄され、前記予備系のバッファに滞留しているパケットデータの処理を終えた後に、前記予備系の中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介さずに接続されることを特徴とするパケット中継装置である。

本発明によれば、一般的な通信プロトコルに汎用的に適用可能で、現用系と予備系との切替を短時間で行えるパケット中継装置を提供できる。

〔発明の原理〕
本発明では、常時、運用中ブロックと予備ブロックとの双方に、外線からの受信パケットに受信順序を示すシーケンス番号情報を付加して入力する。

通常運用中（切替中以外の状態）、運用中ブロックはパケット中継処理を実施し、予備ブロックはパケット中継処理を停止する。外線出力は、運用中ブロックに接続する。

保守作業者により、切替開始指示後、運用中ブロックは外線からの受信パケットを中継処理することを停止し、処理バッファ内に滞留していたパケットに対してのみ中継処理を継続する。また、滞留していたパケットの中継処理完了契機を切替完了とし、予備ブロックに、切替完了を指示すると共に、中継処理が完了したパケットのシーケンス情報を引き継ぐ。外線出力は、切替中、運用中ブロックに接続し、切替完了タイミングで予備ブロックに接続する。

切替中（切替開始指示〜切替完了指示）、予備ブロックは、外線からの受信パケットをバッファリングする。また、切替完了時、運用中ブロックから引き継いだシーケンス番号が付加されたパケットを、バッファ内から検索し、ヒットしたパケットから順次中継処理を実行する。バッファ内が空きになったとき、外線からの受信パケットをバッファリングせず、直接中継し始める。

以後、予備ブロックと運用中ブロックとが入れ替わる。これにより、切替が完了する。

以下、上記原理に基づく本発明の好適な実施の形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１に本実施形態にかかるパケット中継装置の構成を示す。このパケット中継装置は、装置制御部１１、ＳＮ付与部１２、バッファリング部１３，１４、スイッチング部１５，１６，１９、及び中継処理部１７，１８を有する。
装置制御部１１は、各ブロックに切替制御を指示する。ＳＮ付与部１２は、外線からの受信パケットに受信順序を示すシーケンス番号を付与する。バッファリング部１３，１４は、予備ブロックとして動作中に切替中の受信パケットをバッファリングする。スイッチング部１５，１６，１９は、装置制御部１１からの指示に応じて、パケットバスを切り替える。中継処理部１７，１８は、入力パケットに対してルーティング処理を実行する。

装置制御部１１は、保守作業者からのオペレーションにより切替開始を指示されると、運用中ブロックのスイッチング部に対して、パケットバスからの切り離しを指示する。また、運用中ブロックの中継処理部からの滞留中パケット中継処理完了の通知を受け、予備ブロックのスイッチング部に対して、パケットバスをバッファリングバスに接続する指示を出力し、スイッチング部１９に対しては、パケットバスを予備ブロックに接続する指示を出力する。

ＳＮ付与部１２は、外線から受信したパケットに対して、受信順番を示すシーケンス番号をパケット受信キューエレメント付与し、運用中ブロック用パケットバスと予備ブロック用パケットバスとに複製分配する。

バッファリング部１３，１４は、ＦＩＦＯ（ファーストイン・ファーストアウト）にてパケットを中継処理部１７，１８に中継する。ただし、装置制御部１１からＳＮの通知を受けた場合には、そのＳＮまでのパケットを破棄し、それ以降のＳＮのパケットをＦＩＦＯで処理する。また、バッファリング部１３，１４は、スイッチング部（ＳＷ１）１５，（ＳＷ２）１６に対して、接点の切り替えを命じる信号を出力可能である。
なお、バッファリング部１３，１４は、切替時間内に外線から受信されうる最大パケット量以上のバッファ長を有する。

スイッチング部（ＳＷ１）１５は、装置制御部１１の指示に従って、中継処理部１７を端子Ｎ−１、Ｎ−２及びＮ−３のいずれかに接続する。

スイッチング部（ＳＷ２）１６は、装置制御部１１の指示に従って、中継処理部１８を端子Ｅ−１、Ｅ−２及びＥ−３のいずれかに接続する。

スイッチング部（ＳＷ３）１９は、装置制御部の指示に従って、中継処理部１７及び１８のいずれか一方を外線出力と接続する。より詳細には、通常時及び切替中は、運用中ブロックの集計処理部と外線出力とを接続し、切替完了後は予備ブロックの中継処理部と外線出力とを接続する。

ここで、初期状態として、バッファリング部１３、スイッチング部１５及び中継処理部１７を運用中ブロック、バッファリング部１４、スイッチング部１６及び中継処理部１８が予備ブロックであるとする。
すなわち、スイッチング部１５は、ＳＮ付与部１２と中継処理部１７とをＮ−１接続しており、スイッチング部１６は、中継処理部１８をパケットバスと接続していない（Ｅ−２接続）ものとする。また、スイッチング部１９は、運用中ブロックの中継処理部１７と外線出力とを接続している。

本実施形態にかかるパケット中継装置の動作の流れについて説明する。

図１に示す状態において、ＳＮ付与部１２が、外線入力から中継対象パケットを受信すると、ＳＮ付与部１２は、受信順序を示すシーケンス番号（ＳＮ）を中継対象パケットに付与する。シーケンス番号が付与された中継対象パケットは、スイッチング部１５の接点Ｎ−１を経由し、運用中ブロックの中継処理部１７へ入力される。

また、シーケンス番号が付与された中継対象パケットは、予備ブロックにも入力される。予備ブロックへ入力された中継対象パケットは、バッファリング部１４に蓄積される。

運用中ブロックの中継処理部１７は、プロトコル変換、ヘッダ変換等の中継処理を実施し、中継処理が完了したパケットを出力する。中継処理部１７から出力されたパケットは、スイッチング部１９の接点Ｏ−１を経由し、外線出力へ出力される。

図２に示すように、保守者が保守作業のため、装置制御部１１に対してコマンド入力などにより切替指示を行うと、装置制御部１１は、スイッチング部（ＳＷ１）１５に対して、接点Ｎ−２にパスを切り替えるように指示を出し、受信パケットが中継部１７へ入力されないようにする。

中継処理部１７は、滞留パケットの中継処理が完了すると、中継処理が完了したことと、最後に中継処理したパケットのシーケンス番号とを装置制御部１１に通知する。

装置制御部１１は、中継処理部１７からの通知（中継処理の完了及び最後に中継したパケットのシーケンス番号）を受信した後、スイッチング部（ＳＷ３）１９に対して、接点Ｏ−２へのパス切り替えを指示する。装置制御部１１からの指示を受けたスイッチング部１９は、接点Ｏ−２へとパケットバスを切り替え、外線出力を予備ブロックへ接続する。

装置制御部１１は、スイッチング部（ＳＷ２）１６に対して、接点Ｅ−３へのパス切り替えを指示する。スイッチング部１６は、接点Ｅ−３へとパケットバスを切り替える。これにより、バッファリング部１４に滞留しているパケットが予備ブロックの中継処理部１８に入力される。

同時に、装置制御部１１は、中継処理部１７から通知されたシーケンス番号をバッファリング部１４に対して通知する。バッファリング部１４は、バッファ内のパケットを通知されたシーケンス番号まで破棄し、それ以外のパケットを中継処理部１８に入力する。さらに、バッファリング部１４は、バッファに滞留するパケットが無くなった時点で、自立的にスイッチング部１６へ接点Ｅ−１にパスを切り替えるように指示を送る。さらに、バッファリング部１４は、接点Ｅ−１へのパスの切り替え完了を、装置制御部１１に通知する。

上記動作により、データ欠落や処理順序の入れ替わりが生じること無く切替が行われ、運用中ブロックだった方（バッファリング部１３、スイッチング部１５及び中継処理部１７）は切替後には予備ブロック、予備ブロックだった方（バッファリング部１４、スイッチング部１６及び中継処理部１８）は切替後には運用中ブロックとして動作する。これにより、元々運用中ブロックだった処理ブロックの保守作業が可能となる。
なお、再度の切り替え（バッファリング部１４、スイッチング部１６及び中継処理部１８のブロックからバッファリング部１３、スイッチング部１５及び中継処理部１７のブロックへの切り替えも上記同様の処理によって行われる。

本実施形態にかかるパケット中継装置によれば、運用中ブロックと予備ブロックとを、完全に独立なハードウェア構成として実現できる。これは、状態変数を常時共有しない方式であるためであり、共有化の仕組みをハードウェア的に実現する必要がないためである。

また、保守切替に伴って処理能力が低下することはない。これは、切替時のみ、メッセージ間通信などで運用中ブロックの状態変数を予備ブロックへ引き継ぐため、装置内制御信号のトラヒックが少なく、装置内バスを圧迫しないためである。また、従来の方式と比較して、制御信号量が減少していることも、保守切替中に処理能力が低下しない一因である。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、接続先装置が存在し、その装置との間でパケットの上位層でプロトコルが使用され、プロトコルを終端する必要があるものとする。

図４に、パケット中継装置の構成を示す。また、図３に、中継処理部４０６及び４０７の内部構成を示す。

ここで、プロトコル終端処理において、プロトコル下位レイヤへ上位レイヤを積む方向の処理を「下り」、その逆を「上り」と定義する。
図４から明らかなように、本実施形態にかかるパケット中継装置の上下各方向の基本構成は、上記第１の実施形態と同様である。すなわち下り方向については、ＳＮ付与部４０１、バッファリング部４０２，４０３、スイッチング部４０４，４０５，４０８、中継処理部４０６、及び中継処理部４０７で構成される。これらのうち、ＳＮ付与部４０１が第１の実施形態におけるＳＮ付与部１２に、バッファリング部４０２，４０３が第１の実施形態におけるバッファリング部１３，１４に、スイッチング部４０４，４０５，４０８が第１の実施形態におけるスイッチング部１５，１６，１９に、中継処理部４０６が第１の実施形態における中継処理部１７に、中継処理部４０７が第１の実施形態における中継処理部１８にそれぞれ相当する。
一方、上り方向については、ＳＮ付与部４０９、バッファリング部４１０，４１１、スイッチング部４１２，４１３，４１４、中継処理部４０６、及び中継処理部４０７で構成される。これらのうち、ＳＮ付与部４０９が第１の実施形態におけるＳＮ付与部１２に、バッファリング部４１０，４１１が第１の実施形態におけるバッファリング部１３，１４に、スイッチング部４１２，４１３，４１４が第１の実施形態におけるスイッチング部１５，１６，１９に、中継処理部４０６が第１の実施形態における中継処理部１７に、中継処理部４０７が第１の実施形態における中継処理部１８にそれぞれ相当する。

図３において、運用中の中継処理部が下り方向の外線パケットを受信すると、ルート決定処理部３２は、ルーティングテーブル３１を参照し、ルーティング処理を実行する。その後、プロトコル変換部３４は、プロトコル処理に必要な状態変数をプロトコル変換テーブル３３を参照して取得し、プロトコル変換処理を行う。プロトコル変換部３４は、プロトコル変換が完了したパケットを処理済み送信済みバッファ３５に格納する。
逆に、上り方向の外線パケットを受信すると、プロトコル変換部３４は、プロトコル変換テーブル３３を参照して、プロトコル変換に必要な状態変数を取得し、プロトコル変換を行う。プロトコル変換部３４は、プロトコル変換が完了したパケットを、ルート決定処理部３２へ出力する。ルート決定処理部３２は、ルーティングテーブル３１を参照し、ルーティング処理を実行する。ルート決定処理部３２は、ルーティング処理が完了したパケットを、処理済み送信待ちバッファ３６に格納する。

本実施形態のように、プロトコル処理を実施する場合には、上り方向の外線パケットと下り方向の外線パケットとは異なる特性をもつ。従って、単に上記第１の実施形態の構成を適用しただけでは、バッファリング部には、特性の異なるパケットが混在してしまうこととなり、バッファ管理が複雑になってしまう。
このような場合でも、図４に示したように、上り方向のパケットと下り方向のパケットとを別々に処理する（上り方向のバッファ及びスイッチと下り方向のバッファ及びスイッチとを別個に設ける）ことにより、特性の異なるパケットが混在しないようにできる。

上り方向及び下り方向の各方向についての現用系と予備系との切り替え動作は、第１の実施形態とほぼ同様である。ただし、第１の実施形態においては、中継処理部内の処理バッファの滞留データが無くなった時点で滞留パケットの処理が完了したことを装置制御部１１に通知していたが、本実施形態では、上下両方向の処理済み送信待ちバッファ３４、３５の両方に滞留データが無くなった時点で滞留パケットの処理が完了したことを装置制御部１１に通知する。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはなく様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかるパケット中継装置の構成を示す図である。第１の実施形態に係るパケット中継装置の動作の流れを示すシーケンス図である。本発明を好適に実施した第２の実施形態に係るパケット中継装置の中継処理部の構成を示す図である。第２の実施形態に係るパケット中継装置の構成を示す図である。

符号の説明

１１装置制御部
１２、４０１、４０９ＳＮ付与部
１３、１４、４０２、４０３、４１０、４１１バッファリング部
１５、１６、１９、４０４、４０５、４０８、４１２、４１３、４１４スイッチング部
１７、１８、４０６、４０７中継処理部
３１ルーティングテーブル
３２ルート決定処理部
３３プロトコル変換テーブル
３４プロトコル変換処理部
３５、３６処理済送信待ちバッファ

Claims

パケットデータの中継処理を行うための中継処理ブロックを二つ並列に備え、一方を現用系、他方を予備系として動作するパケット中継装置であって、
入力されたパケットデータに、入力された順序を特定するためのシーケンス番号を付与するＳＮ付与手段と、
前記中継処理ブロックのいずれか一方を出力ラインに接続するスイッチとを有し、
前記中継処理ブロックのそれぞれは、
前記シーケンス番号が付与されたパケットデータを保持するバッファと、
前記シーケンス番号が付与されたパケットデータの中継処理を行うための中継処理手段と、
前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とを前記バッファを介して接続するか否か、及び、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とを切り離すかの３通りの接続状態を切り替えるスイッチング手段とを備え、
前記現用系の中継処理ブロックは、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介さずに接続され、予備系中継処理ブロックは、前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが切り離されており、
前記現用系と前記予備系とを切り替える際には、
前記現用系の中継処理ブロックの前記中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが切り離され、
前記現用系の中継処理ブロックの中継処理手段における中継処理が完了した後に、前記予備系の中継処理ブロックが前記出力ラインに接続され、
前記予備系の中継処理ブロックの中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介して接続され、
前記予備系の中継処理ブロックのバッファに滞留しているパケットデータのうち、前記現用系の中継処理ブロックの中継処理手段によって中継処理がなされたパケットデータが破棄され、
前記予備系の中継処理ブロックのバッファに滞留しているパケットデータの処理を終えた後に、前記予備系の中継処理ブロックの中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介さずに接続されることを特徴とするパケット中継装置。
パケットデータの中継処理を行うための中継処理手段を二つ並列に備え、一方を現用系、他方を予備系として動作するパケット中継装置であって、
入力されたパケットデータに、入力順を特定するためのシーケンス番号を付与するＳＮ付与手段と、
前記中継処理手段のいずれか一方を出力ラインに接続するスイッチとを上り方向通信及び下り方向通信のそれぞれについて別個に有し、
前記中継処理手段のそれぞれには、
前記シーケンス番号が付与されたパケットデータを保持するバッファと、
前記ＳＮ付与手段と前記バッファを介して接続するか否か、及び、前記ＳＮ付与手段と切り離すかの３通りの接続状態を切り替えるスイッチング手段とを上下各通信方向に関して別個に備え、
前記現用系の中継処理手段は、前記ＳＮ付与手段と前記バッファを介さずに接続され、前記予備系の中継処理手段は、前記ＳＮ付与手段と切り離されており、
前記現用系と前記予備系とを切り替える際には、上下各通信方向について、
前記現用系の中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが切り離され、
前記現用系の中継処理手段における中継処理が完了した後に、前記予備系の中継処理手段が前記出力ラインに接続され、
前記予備系の中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介して接続され、
前記予備系のバッファに滞留しているパケットデータのうち、前記現用系の中継処理手段によって中継処理がなされたパケットデータが破棄され、
前記予備系のバッファに滞留しているパケットデータの処理を終えた後に、前記予備系の中継処理手段と前記ＳＮ付与手段とが前記バッファを介さずに接続されることを特徴とするパケット中継装置。
前記中継処理は、上流側に接続される装置に適用された通信プロトコルと下流側に接続される装置に適用された通信プロトコルとのプロトコル変換を含むことを特徴とする請求項２記載のパケット中継装置。
前記中継処理は、前記パケットデータのルーティング処理を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のパケット中継装置。