JP4863771B2 - ホームネットワークのコネクショントポロジーの決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、イーサネットワークのコネクショントポロジーの決定方法、およびもっと特定すればホームネットワークのコネクショントポロジーの決定方法に関する。

ホームネットワークのコンテキストにおいて、ネットワークのコネクショントポロジーについての情報を持っていることが望ましい。ホームアプライアンスは一般に、ハブまたはスイッチに類似した受動装置の周辺の家庭環境に配置されている。大抵の時間、これらのデバイスはリモートコントロールおよびアドミニストレーションに対するいずれのソフトウェアも有しておらず、これらは自分のＩＰアドレスも持っておらず、換言すれば、これらはアプライアンスに対して透明である。

しかし、これらはネットワークトポロジーおよびメッセージ伝搬の面から見れば透明ではない。ここで考察する２つの主なデバイスはハブおよびスイッチである。図１ａに示されているように、ハブは１つのノードにトラヒックをすべて集め、すなわちいずれかのインタフェースに受信されたそれぞれのパケットは他のインタフェースすべてに送信される。図１ｂに示されているように、もう少しインテリジェントな仕事はスイッチによって行われる。これによれば、パケットは関連のあるノードであるインタフェースにだけ伝送される（ユニキャストパケットは、ターゲットが差し込まれているインタフェースにルーティングされかつブロードキャストパケットはすべてのインタフェースに送信される）。ＩＰまたはイーサネットレベルでフィルタリングが行われるようにしてもよい。

標準的な消費者のために提供される製品の大抵はイーサネットレベルでフィルタリングが行われ、かつ大抵の場合はこれらは管理されない。それ故に、ハブおよびスイッチの周辺に配置されている種々のホームアプライアンスから成るホームネットワークに対するイーサネットトポロジーを決定する方法を提供することが望まれる。

ネットワークトポロジーから抽出するための大抵の関心ある情報は、所定のターミナルのどのノードがスイッチによって分離されるかを知ることである。その場合、ハブに接続されているターゲットデバイスがユニキャストパケットを送信するようにすれば、イーサネットにおけるトラヒック衝突を回避することができる。

イーサネット、トークンリングまたはトークンバスのようなコンピュータネットワークシステムに使用されるいくつかの従来のトポロジー決定方法がある。

ヨーロッパ特許出願ＥＰ０８９２５２３号に記載されているように、ブリッジされかつ繰り返されるネットワークデバイスコネクションの検出のための方法およびシステムが提供される。この先行特許出願によれば、用語「ブリッジされるネットワークデバイス」は用語「スイッチ」と相互交換可能であり、かつ用語「繰り返されるネットワークデバイス」は物理的なケーブル媒体の長さ、トポロジーまたは相互接続を拡張するために使用される。この発明の１つの有利な実施例は、テストパケットを送信しかつ特定の修飾子をメモすることによって実現される。いずれか所定のコネクションをテストするために、スイッチが設けられている場合には「プライミングパケット」がまず送信されて該スイッチを制御してそのアドレステーブルが更新されるようにする。それから、同一のソースアドレス（ＳＡ＝Source Address）およびデスティネーションアドレス（ＤＡ＝Destination Address）を持った第１のテストパケットが１つのリンクに送信されて、コネクションが繰り返されたループであるかどうかがテストされる。それから第１のテストパケットのテスト結果に依存して、ブロードキャストＤＡ、マルチキャストＤＡまたは非実存ユニキャストＤＡを使用した第２のパケットが送信されて、スイッチングされたコネクションのテストが実施される。

２００２年５月３０日付けのＮｏ．ＵＳ２００３／０２２５９１６のＵＳ特許出願に、双方向の、カウンタローティングリングネットワークに使用されるように構想されている空間再利用プロトコル（ＳＲＰ＝Spatial Reuse Protocol）のようなデータリンクレイヤコミュニケーションプロトコルを実現するためのシステムおよび方法が提案されている。この発明の１つの実施例には、結果を反映する２重リンクされたリストの形のトポロジーマップを生成するトポロジーディスカバリープロセスが開示されている。この出願に請求されているようなトポロジーディスカバリープロセスは、トポロジーディスカバリーパケットを伝送するステップ、該トポロジーディスカバリーパケットがコンピュータシステムに接続されているネットワークにおける１つまたは複数のノードによって更新された後で前記トポロジーディスカバリーパケットを受信するステップ、およびネットワークのトポロジーマップを生成するステップを有している。
ヨーロッパ特許出願ＥＰ０８９２５２３号 ＵＳ２００３／０２２５９１６号

しかし、上述した従来技術は両方とも複雑である。さらに、従来技術のすべての既存のトポロジー決定方法は本発明に対してなんらかのインスピレーションおよび思想を与えるものでもない。それ故に、ホームネットワークのコネクショントポロジーを決定するための簡単にしてかつ効率的な方法が切に望まれる。

この課題は本発明によれば、
多重のハブおよびスイッチの周辺に配置されている複数のノードによって構成されているホームネットワークのコネクショントポロジーを決定するための方法であって、
該複数のノードによってトポロジー決定メッセージをランダムなシーケンスにおいて１つづつ伝送し、
該トポロジー決定メッセージの受信に基づいてノードのすべてのコネクショントポロジーを１つづつ決定し、
ノードのすべてのローカルノードのリストを生成しかつ更新する
ステップを有している方法から出発して、
前記トポロジー決定メッセージは２つの連続するパケットを含んでおり、第１のものはそれをトポロジー決定パケットと識別する予め定めたペイロードを備えているブロードキャストパケットでありかつ第２のものは同じコンテントおよび非実在デスティネーションＭＡＣアドレスを備えているユニキャストパケットである
ことによって解決される。

ノードすべてのコネクショントポロジーはトポロジー決定メッセージの受信後次のルールに基づいて決定される：
ｉ） ノードが送信ノードからブロードキャストパケットおよびユニキャストパケットの両方を受信するならば、該送信ノードは前記受信ノードと同じフィジカルリンク上にあるものと決定され、
ii） 前記受信ノードがブロードキャストパケットのみを受信するならば、前記送信ノードは該受信ノードと同じフィジカルリンク上にあるものではないと決定される。

その後、送信ノードが前記受信ノードと同じフィジカルリンク上にあるものと決定されたとき、該送信ノードのＭＡＣアドレスをリストに加えることによって前記受信ノードのリストが生成されかつ更新される。

有利には、ホームネットワークのコネクショントポロジーが決定されかつどのノードが同じフィジカルリンク上にありかつどのノードが先行するトポロジー決定プロセスを通してスイッチにより分離されているかを示しているローカルノード中に明確に表される。

次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。

本発明は、多重もしくは多数のハブおよびスイッチの周辺に配置されている複数のノードを有しているイーサネット、特にホームネットワークのコネクショントポロジーの決定方法を提供する。

発明の方法の処理は次のルールに基づいている：
● 同じフィジカルリンクにおいてまたはハブに差し込まれているとき（ロジカルリンクと呼ぶことにする）、すべてのノードは、トラヒックのターゲットデバイスが実在していなくとも、他のノードのトラヒックを見ることができる。
● ユニキャストパケットは、ターゲットノードがスイッチに差し込まれているインタフェースにルーティングされる。ターゲットが実在していなければ、メッセージはスイッチによって捨てられる。
● ブロードキャストパケットはネットワークにおけるそれぞれのノードによって見られている。

本発明の主要な思想は、ネットワークのそれぞれのリンクにトポロジー決定メッセージを送出して、どのノードがメッセージを見ているのかが見つけ出されるようにすることであり、その際トポロジー決定メッセージは２つの連続したパケットから構成されており、第１のものはそれをトポロジー決定パケットであると識別する予め定めたペイロードを備えたブロードキャストパケットであり、かつ第２のものは同じコンテントおよび非実在デスティネーションＭＡＣを備えているユニキャストパケットである。ネットワーク上のこのトポロジー決定メッセージを見ることができるノードは同じフィジカル・ロジカルリンク上にあるものと決定される。

図２は、本発明による方法の処理ステップを表しているフローチャートの図である。まず、トポロジーの決定プロセスがスタートするとき、ネットワーク上のトラフィックコミュニケーションはすべてステップ１０に示されているようにストップする。ステップ２０において、２つのタイマーＴ_０，Ｔ_１が、ネットワーク上のコミュニケーションがストップするときに初期化される。Ｔ_０はプロセスの全体の持続時間を定める固定の時間遅延である。Ｔ_１はプロセスの開始とネットワーク上へのトポロジー決定メッセージの伝送開始との間の時間間隔を定めるランダムな有界時間遅延であり、かつ明らかにＴ_１＜Ｔ_０である。承知しておくことであるのは、ランダム有界時間遅延Ｔ_１は同じフィジカル／ロジカルリンク上での衝突を回避するように向けられており、Ｔ_１がランダムに計算されるとき、複数のノードＮ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のそれぞれには異なったランダム有界時間遅延Ｔ_１が与えられるので、種々のノードＮ_ｉにおいて同時にイーサネットにアクセスする可能性は非常に僅かであることである。ステップ３０において、ノードＮ_ｉはそれぞれ、それぞれの相応のランダム有界時間遅延Ｔ_１がそれぞれ経過終了したときその都度トポロジー決定メッセージを、該トポロジー決定メッセージがそれぞれランダムなシーケンスにおいて１つづつ送信ノードＮ_ｉから送信されるという仕方で送信する。通例、トポロジー決定メッセージの伝送において、ブロードキャストおよびユニキャストパケットは、衝突なしにまたはこれらの間にその他のパケットなしに、順々に送出されなければならない。衝突が検出されると、上述のタイマーＴ_１が新しいランダム有界遅延Ｔ_１’で再スタートされる。これはタイマーＴ_０の経過終了前に残っている時間に応じて計算されるべきものである。

次いで、ステップ４０において、受信ノードＮ_ｉ＋ｊ（ｊ≠ｉ＆ｉ＋ｊ＝１〜ｎ）が送信ノードＮ_ｉからブロードキャストパケットを受信する都度、Ｔ_２遅延を有するタイマーが自動的にトリガされ、かつそれからこのＴ_２時間遅延の間にユニキャストパケットが受信されなければ、送信ノードＮ_ｉは、この受信ノードＮ_ｉ＋ｊの同じフィジカル／ロジカルリンク上にないことが推定される。このことはステップ５０において決定される。その他の場合、つまりＴ_２の経過終了の前に送信ノードＮ_ｉからユニキャストパケットが受信されたならば、送信ノードＮ_ｉは、この受信ノードＮ_ｉ＋ｊの同じフィジカル／ロジカルリンク上にあることが推定される。このことはステップ６０において決定される。送信ノードＮ_ｉおよび受信ノードＮ_ｉ＋ｊが同じフィジカル／ロジカルリンク上にあることが決定される場合、ステップ７０において送信ノードＮ_ｉのデスティネーションＭＡＣアドレスがこの受信ノードＮ_ｉ＋ｊのローカルノードのリストに付け加えられる。このスキーマにおいて、Ｔ_２＜＜Ｔ_１であり、その際Ｔ_２は例えば数ミリ秒である。

次にステップ８０において、プロセスに対する固定の時間遅延Ｔ_０が経過終了したかどうかが決定され、イエスならば、ステップ９０に進み、かつネットワークのコミュニケーションは再開され、こうしてトポロジー決定のプロセスは終了する。

図３ａ〜３ｅを参照して、簡単化された例を通してトポロジー決定プロセスの動作を詳細に説明する。図３ａに示されているように、同じロジカルリンク上のすべてのノード（同じフィジカルリンクまたはハブに接続されている）は同じリンク上に書かれかつ異なっているロジカルリンクはスイッチの周りに配置されている。プロセスが初期化されると、すべてのノードはコミュニケーションをストップしかつタイマーＴ_０およびＴ_１をスタートする。簡単にするために、種々様々なタイマーＴ_１はそれぞれのノードに対して次の順序で経過終了するものとする：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦ。

図３ｂに示されているように、タイマーＴ_１が経過終了すると、ノードＡはＭＳＧを送信する状態に移行し、一方その他のノードはすべて待ち状態を維持する。次に図３ｃに示されているように、ノードＡはＳＥＮＤ ＭＳＧの状態においてネットワークのそれぞれのリンク上にブロードキャストパケットを送出する。ブロードキャストパケットを受信した残りのノードＢ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦはＷＡＩＴ状態からＷＡＩＴ ＵＮＩＣＡＳＴ状態へ移行しかつＴ_２タイマーをスタートさせる。図３ｄに示されているように、タイマーＴ２の期間、ノードＡはユニキャストパケットを送信する。ユニキャストパケットはスイッチによってブロックされるが、ローカルリンク上の、スイッチによって分離されないユニキャストパケットはブロックされない。それ故に、ノードＢおよびＣだけがこのユニキャストパケットを受信しかつＬＩＮＫ ＬＯＫＡＬ状態への移行を果たす。その他のノードＤ，Ｅ，ＦはＷＡＩＴ ＵＮＩＣＡＳＴ状態下にステイしかつタイマーＴ_２が経過終了するまで、ローカルノードエンプティのそれぞれのリストをキープする。その後、ノードＢおよびＣはノードＡによって送信されたメッセージに応答して移行状態ＬＩＮＫ ＬＯＫＡＬになり、送信ノードＡのＭＡＣアドレスが図３ｅに示されているように、受信ノードＢ，Ｃのローカルノードのリストに加えられる。ノードＤ，ＥおよびＦのローカルノードのリストはタイマーＴ_２が経過終了するときエンプティにとどまり、結果はテーブル１において次のように見られる：

プロセスはノードＢによって続けられ、ノードＢは上に述べたのと同じステップを行う。このプロセスの間、ＡおよびＣはＬＩＮＫ ＬＯＫＡＬ状態に移行し、その後、上のテーブルは次のように更新される：

タイマーＴ_１がノードＣにおいて経過終了すると、ＡおよびＢだけがＬＩＮＫ ＬＯＫＡＬ状態に移行し、結果は次のようになる：

それからタイマーＴ_１がノードＤにおいて経過終了し、ノードＥだけが同じリンクにあるので、このノードだけが状態ＬＩＮＫ ＬＯＫＡＬに移行し、ローカルノードのリストが次のテーブルから分かるように、ノードＥにおいてだけ更新される：

タイマーＴ_１がノードＥにおいて経過終了し、ＤだけがＬＩＮＫ ＬＯＫＡＬ状態に移行し、ノードＥのＭＡＣアドレスが次のようにノードＤのローカルノードのリストに加えられる：

最後にタイマーＴ_１がノードＦにおいて経過終了するとき、Ｆだけがリンク上にあるので、そのリストを更新するノードはなく、結果は次の通りである：

最終的に、ノードはすべて、共に共通のリンクをシェアするノードのＭＡＣアドレスを含んでいるリストを持っている。ローカルノードのこのリストは、衝突検出および衝突回避の面でこれらノードとのコミュニケーションを最適化するために使用される。例えば、ノードＦはエンプティを有しているので、それはいずれの衝突回避を実現することを回避することができ、かつスイッチから到来するフレームに対する軽い衝突検出メカニズムに応答するだけであり、かつこうしてこのリンクにおけるイーサネット伝送における遅延を最小限にすることができる。

ホームネットワークにおいて使用される従来のハブの動作原理を示す略図 ホームネットワークにおいて使用される従来のスイッチの動作原理を示す略図 本発明の方法の処理ステップを説明するフローチャートの図 本発明のプロセスの操作を説明するホームネットワークの例を示す略図 本発明のプロセスの操作を説明するホームネットワークの例を示す略図 本発明のプロセスの操作を説明するホームネットワークの例を示す略図 本発明のプロセスの操作を説明するホームネットワークの例を示す略図 本発明のプロセスの操作を説明するホームネットワークの例を示す略図

符号の説明

Ａ〜Ｆ ノード

Claims (12)

1. 多重のハブおよびスイッチの周辺に配置されている複数のノードによって構成されているホームネットワークのコネクショントポロジーを決定するための方法であって、
   該複数のノードによってトポロジー決定メッセージをランダムなシーケンスにおいて１つづつ伝送し、
   該トポロジー決定メッセージの受信に基づいてノードのすべてのコネクショントポロジーを１つづつ決定し、
   ノードのすべてのローカルノードのリストを生成しかつ更新する
   ステップを有している方法において、
   前記トポロジー決定メッセージは２つの連続するパケットを含んでおり、第１のものはそれをトポロジー決定パケットと識別する予め定めたペイロードを備えているブロードキャストパケットでありかつ第２のものは同じコンテントおよび偽の実在デスティネーションＭＡＣアドレスを備えているユニキャストパケットであり、
   前記生成しかつ更新するステップは、さらに、
   受信ノードが、前記ブロードキャストパケット及び前記ユニキャストパケットの両方を送信ノードから受信した場合に、前記送信ノードは、前記受信ノードと同じフィジカルリンク上に存在していると判定される
   ことを特徴とする方法。
2. 前記受信ノードがブロードキャストパケットのみを受信するならば、前記送信ノードは該受信ノードと同じフィジカルリンク上にあるものではないと決定される
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記送信ノードが前記受信ノードと同じフィジカルリンク上にあるものと決定されたとき、該送信ノードのＭＡＣアドレスをリストに加えることによって前記受信ノードのリストが生成されかつ更新される
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 少なくとも２つのノードを含むホームネットワークのコネクショントポロジーを決定するための方法であって、前記少なくとも２つのノードは少なくとも１つの第１の種類のリンク及び少なくとも１つの第２の種類のリンクにより接続されており、同一の第１の種類のリンクに接続する全てのノードは前記第１の種類のリンク上に送信されたパケットを受信することができ、かつ第２の種類のリンクに接続するターゲットノードのみが当該ターゲットノードへ向かうパケットを受信することができ、前記少なくとも２つのノード間のノード端において、
   送信ノードとして動作することと、
   ２つの連続するパケットを含むトポロジー決定メッセージを送信することであって、第１のものはそれをトポロジー決定パケットと識別する予め定めたペイロードを備えているブロードキャストパケットでありかつ第２のものは同じコンテントおよび偽の実在デスティネーションＭＡＣアドレスを備えているユニキャストパケットであることと、
   からなるステップによる特徴を備え、
   受信ノードが、前記ブロードキャストパケット及び前記ユニキャストパケットの両方を送信ノードから受信した場合に、前記送信ノードは、前記受信ノードと同じフィジカルリンク上に存在していると判定される
   ことを特徴とする方法。
5. 前記ブロードキャストパケット及び前記ユニキャストパケットは、衝突無しに、又はそれらの間で送信される他のパケット無しに次々と前記送信ノードから送信されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記ブロードキャストパケット及び前記ユニキャストパケットの両方を、前記送信ノードから受信しない受信ノードは、前記送信ノードと同じフィジカルリンク上に存在しないと判定される
   ことを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記送信ノードのＭＡＣアドレスが、当該送信ノードと同一の前記第１の種類のリンク上に存在する前記受信ノードのリストに加えられる
   ことを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 前記送信ノード以外の前記少なくとも２つのうちの残りのノードは、ランダムシーケンスにおける送信ノードとして動作する
   ことを特徴とする請求項４記載の方法。
9. 少なくとも２つのノードを含むホームネットワークのコネクショントポロジーを決定するための方法であって、前記少なくとも２つのノードは少なくとも１つの第１の種類のリンク及び少なくとも１つの第２の種類のリンクにより接続されており、同一の第１の種類のリンクに接続する全てのノードは前記第１の種類のリンク上に送信されたパケットを受信することができ、かつ第２の種類のリンクに接続するターゲットノードのみが当該ターゲットノードへ向かうパケットを受信することができ、前記少なくとも２つのノード間の受信ノード端において、
   送信ノードによって送信されたトポロジー決定メッセージのブロードキャストパケットを受信することであって、前記トポロジー決定メッセージは２つの連続するパケットを含み、第１のものはそれをトポロジー決定パケットと識別する予め定めたペイロードを備えているブロードキャストパケットでありかつ第２のものは同じコンテントおよび偽の実在デスティネーションＭＡＣアドレスを備えているユニキャストパケットであることと、
   前記送信ノードから前記ユニキャストパケットを受信した場合に、前記送信ノードと同一の第１の種類のリンク上に前記受信ノードが存在すると判定すること
   からなるステップによる特徴を備えることを特徴とする方法。
10. 前記ブロードキャストパケット及び前記ユニキャストパケットは、衝突無しに、又はそれらの間で送信される他のパケット無しに次々と前記送信ノードから送信されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記送信ノードからの前記ユニキャストパケットではない場合、前記送信ノードと同一の前記第１の種類のリンク上に前記受信ノードが存在しないと判定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記送信ノードと同一の前記第１の種類のリンク上に前記受信ノードが存在すると判定したときに、前記受信ノードのリストに、前記送信ノードのＭＡＣアドレスを追加するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９記載の方法。

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