JP5445671B2 - ネットワーク中継ノード装置、ネットワーク中継方法、プログラム、およびネットワークシステム - Google Patents
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Description
ノードA,ノードBにARPリクエストが届く。ノードA,Bはそれぞれ、そのARPリクエストが自ノード宛てではないため、ARPリクエストを受信したSWのポート以外のSWの全ポートにさらに、そのARPリクエストを送信する(図2のS3)。
このように従来技術では図2に示すネットワーク構成において、第1のネットワークとこれとプロトコルの異なる第2のネットワーク間のループを抑止することは難しい。したがって従来は、図2に示されるような二重化構成を構築することは難しくなる。しかし、図3に示されるようなサーバ1、2とノードA、Bがそれぞれ1対1で接続される二重化構成は可能である。しかし、図3のような構成の場合、例えばルート1に障害が発生してしまうと、サーバ1からはどこにもアクセスできなくなってしまう。
図4は、本実施形態のネットワークシステム図である。
アドホックネットワーク401は、通信ユニットであるノード同士が直接または他のノードを経由して相互に接続される第1のネットワークを構成する。
STP機能では、BPDU(Bridge Protocol Data Unit)と呼ばれる特殊なデータを送出して通信情報のループ状態が検出される。これにより、ある特定の経路例えばルート501が定常経路として設定され、その他の経路例えばルート502は、通常は使わないようにして遮断され、障害発生時の迂回路として定義される。これによりノードAとノードBが多重化され、スイッチSW、ノードA、ノードBの間に物理的にループが存在する場合でも、情報の通信がループすることを抑止できる。
したがって、STP機能付きのスイッチを使うことを想定した場合も、自由度の高い二重化構成には十分に対応することは難しい。
本実施形態では、ノードA,B(図4参照)はそれぞれ、図7(b)および(c)に示されるように、ノードA、ノードBが同一セグメントに属することを示す同一セグメントテーブル701Aおよび701Bを形成する。ここで同一セグメントに属するとは第2のネットワーク内で発信されたブロードキャストフレームを受信可能となる条件で接続されているということである。
以上の制御により、ブロードキャスト情報が入力された場合に、その情報がループしてしまうことを抑止できる状態になる。
いま、図7で説明した動作により、ノードAおよびノードBに、それぞれ図7(b)および(c)に示される同一セグメントテーブル701Aおよび701Bが設定済みの状態であるとする。
以上の基本動作に加えて、本実施形態では、以下に説明する第1および第2の制御処理が実行される。
まず、前述した図7(a)のステップS1とは逆の動作として、任意のノードは、LANポートがリンク断したら「LAN側リンク断通知」コマンドを、各トランクポートにブロードキャストし、自分の同一セグメントテーブルの情報をALLクリアする。「LAN側リンク断通知」コマンドのデータ構成例は、図8に示される「LAN側リンクアップ通知」コマンドのものと同様である。ただし、「TYPE」フィールドには、「LAN側リンク断通知」に対応する値が設定される。このコマンドの「GS」フィールドの値から、他のノードは、LANポートのリンク断が発生したノードのアドホックアドレスを知ることができる。これらの他のノードは、それぞれが保有する同一セグメントテーブルから、そのノードのアドホックアドレスを削除する。
1.アドホックネットワーク内の各中継ノードが、同一セグメントテーブルを保有する。ここで、中継ノードとは、アドホックネットワーク等の第1のネットワーク用のポートに加えて、LAN等の第2のネットワーク用のポートを備え、第1および第2のネットワーク間で情報を中継する能力を有するノードをいう。
b.STP機能の設定には高度なスキルが必要であり、誰でも簡単に設定できるというものではない。本実施形態によれば、中継ノードA、Bに既にループ防止の機能が組み込まれているので設定にスキルを必要としない。
c.STP機能ではスイッチSWから1つのノードA(またはノードB)にしか接続できない。このため、例えば、LAN402内の個々のサーバ1,2からアドホックネットワーク401内の各ノードに対して異なる指示を出す場合に、1つのノードA(またはノードB)だけでは通信負荷が集中して、取り扱えるデータ量に制約がでる。特に、アドホックネットワーク401がセンサーネットワークであるような場合に、1つのノードしかLAN402側と通信ができないと、ネットワーク規模が制約されることになる。本実施形態では、ノードAとノードBが同時にサーバ1やサーバ2と通信できるので、負荷の分散が可能となる。
d.STP方式では、ノードAのルート501に障害が発生した場合に、そのルート501がそのときまで使用されていないノードBを使ったルート502に切り替えなければならない。ルートの切り替えに数十秒〜50秒くらいの切り替え時間が発生する。これを改善したRSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)も登場しているが、これでも最悪値の場合で1秒程度の切り替え時間が発生してしまう。
PHY1104内の各送受信ポートの稼働状況は、FPGA1101内のポート監視部1202によって監視される。
受信されたフレームデータが自ノードで処理すべきデータである場合、受信フレーム制御部1203で受信されたフレームデータは、MII1114の接続ラインを介してMPU(Micro Processing Unit)1102に引き渡される。このデータは、MPU1102と、そこから制御されるDDR2−SDRAM(Double−Data−Rate2 Synchronous Dynamic Random Access Memory)1111、またはフラッシュメモリ(FLASH)1112とから構成される上位層処理部1211で処理される。
まず、汎用LANポート1107の状態がチェックされる(ステップS1301)。汎用LANポート1107がリンク断の状態であれば、この判定処理が繰り返し実行される。この判定処理は、例えば図12のテーブル制御部1206がポート監視部1202の監視結果を判定する処理である。
まず、テーブル制御部1206は、受信フレーム制御部1203に問い合わせることにより、汎用LANポート1107からL2SW1103を介して、自ノード宛てのPing要求コマンドが受信されたか否かを判定する(ステップS1304)。
Ping要求コマンドが受信されステップS1304の判定がYESになると、テーブル制御部1206は、テーブル格納部1201に保有する同一セグメントテーブルに、Ping要求コマンドに格納されているノードのアドホックアドレスを書き込む(ステップS1305)。これにより、図7(a)のS2として前述した制御処理の一部が実現される。
まず、テーブル制御部1206は、受信フレーム制御部1203に問い合わせることにより、有線アドホックポート1106から受信部1208を介して、「LAN側リンクアップ通知」コマンドが受信されたか否かを判定する(ステップS1307)。
「LAN側リンクアップ通知」コマンドが受信されステップS1307の判定がYESになると、テーブル制御部1206は、ポート選択部1205を制御して、L2SW1103から汎用LANポート1107を介して、Ping要求コマンドを送信する(ステップS1308)。このとき、テーブル制御部1206は、Ping要求コマンドにおいて、「コマンド」フィールドにPing要求を示す値を設定し、「ICMPメッセージ」フィールドに自ノードのアドホックアドレスを設定する(図9参照)。また、IPヘッダ(図9)に付加される宛先IPアドレスとしては、「LAN側リンクアップ通知」コマンドの「Body」フィールドから取得したIPアドレスが設定される。このIPアドレスは、リンクアップ発生ノードのものである。これにより、図7(a)のS2として前述した制御処理の一部が実現される。
まず、テーブル制御部1206は、受信フレーム制御部1203に問い合わせることにより、アドホックポート1106から受信部1208を介して、「LAN側リンク断通知」コマンドが受信されたか否かを判定する(ステップS1311)。
「LAN側リンク断通知」コマンドが受信されステップS1311の判定がYESになると、テーブル制御部1206は、テーブル格納部1201に保有する同一セグメントテーブルから、リンク断発生ノードのアドホックアドレスを削除する(ステップS1312)。このアドレスは、「LAN側リンク断通知」コマンドの「GS」フィールドから取得できる。その後、ステップS1304の処理に戻る。
まず、汎用LANポート1107の状態がチェックされる(ステップS1313)。この判定処理は、例えば図12のテーブル制御部1206がポート監視部1202の監視結果を判定する処理である。
汎用LANポート1107がリンク断の状態になると、テーブル制御部1206は、テーブル格納部1201に保有する同一セグメントテーブルの内容を全てクリアする(ステップS1314)。
例えば図10のS7の動作を実行するノード601、図12のテーブル制御部1206は、ループ阻止部として機能する。
図15は、上記システムをソフトウェア処理として実現できるコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
可搬記録媒体駆動装置1506は、光ディスクやSDRAM、コンパクトフラッシュ(登録商標)等の可搬記録媒体1509を収容するもので、外部記憶装置1505の補助の役割を有する。
本実施形態によるシステムは、図13のフローチャート等で実現される機能を搭載したプログラムをCPU1501が実行することで実現される。そのプログラムは、例えば外部記憶装置1505や可搬記録媒体1509に記録して配布してもよく、或いは通信インターフェース1507によりネットワークから取得できるようにしてもよい。
402、1402 LAN(ローカルエリアネットワーク)
403、1403 中継ネットワーク
601、1407A、1407B ノード
602、602A、602B LANポート
603、603A、603B トランクポート
701A、701B 同一セグメントテーブル
1001 アドホックヘッダ
1002 MACフレーム
1101 FPGA(Field Programmable Gate Array)
1102 MPU(Micro Processing Unit)
1103 L2SW(レイヤ2スイッチ)
1104、1105 PHY(PHYsical Layer Device)
1106 有線アドホックポート
1107 汎用LANポート
1108 CAM(Content Addressable Memory)
1109 SRAM(Static Random Access Memory)
1110 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)
1111 DDR2−SDRAM(Double−Data−Rate2 Synchronous Dynamic Random Access Memory)
1112 フラッシュメモリ(FLASH)
1113 PCI(Peripheral Component Interconnect)
1114、1115、1116、1117 MII(Media Independent Interface)
1201 テーブル格納部
1202 ポート監視部
1203 受信フレーム制御部
1204 送信フレーム制御部
1205 ポート選択部
1206 テーブル制御部
1207 タイマ
1208 受信部
1208−1〜x 受信ポート
1209 送信部
1209−1〜x 送信ポート
1210 バッファ部
1211 上位層処理部
1404−1、1404−2 サーバ
1405、1406、SW スイッチ
1408A、1408B ノード群
Claims (8)
- 第1のネットワークと、前記第1のネットワークとプロトコルが異なる第2のネットワークの間を、前記第2のネットワーク内のスイッチ装置を介して中継し、該スイッチ装置と接続される中継ノード装置において、
前記第2のネットワーク内で自装置と同じセグメントに属する他の中継ノード装置を識別するための同一セグメント情報を作成する同一セグメント情報作成制御部と、
前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストフレームを受信したときに、前記ブロードキャストフレームのヘッダから取得した送信元ノード情報で前記同一セグメント情報が検出された場合、前記受信したブロードキャストフレームを、前記第1のネットワークの接続ポートに対してのみブロードキャストすることにより前記スイッチ装置を含む通信のループを抑止するループ抑止制御部と、
を備え、
前記同一セグメント情報作成制御部は、
自装置の前記第2のネットワークの接続ポートがリンクアップしていることを示すリンクアップ通知情報を、前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストするリンクアップ通知部と、
前記リンクアップ通知情報を受信したときに、前記リンクアップ通知情報が示す中継ノード装置との間で、前記第2のネットワークの接続ポートを使って到達性の確認を行う到達性確認部と、
前記到達性確認部の確認結果に基づき前記同一セグメント情報を作成または更新する同一セグメント情報作成・更新部と、
を備えることを特徴とするネットワーク中継ノード装置。 - 前記リンクアップ通知部は、前記リンクアップ通知情報に、自装置の前記第2のネットワーク上でのアドレス情報を付加し、
前記到達性確認部及び同一セグメント情報作成・更新部は、
前記リンクアップ通知情報に付加されている前記第2のネットワーク上でのアドレス情報を宛先アドレスとし、自装置の前記第2のネットワーク上でのアドレス情報を送信元アドレスとし、自装置の前記第1のネットワーク上でのアドレス情報を付加したPing要求パケットを、前記第2のネットワークの接続ポートを使って送信し、その後前記第2のネットワークの接続ポート上で前記Ping要求パケットに対応するPing応答パケットを監視し、前記Ping応答パケットを受信したときに送信元の中継ノード装置の前記第1のネットワーク上でのアドレス情報を取り出し、前記同一セグメント情報に加え、
前記リンクアップ通知情報の送信後、前記第2のネットワークの接続ポートから前記Ping要求パケットを受信したときに送信元の中継ノード装置の前記第1のネットワーク上でのアドレス情報を取得し、自装置が記憶する前記同一セグメント情報に加えると共に、自装置の前記第1のネットワーク上でのアドレス情報を付加した前記Ping要求パケットに対応するPing応答パケットを、前記第2のネットワークの接続ポートを使って送信すること、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の中継ノード装置。 - 前記同一セグメント情報作成制御部は、
前記リンクアップ通知情報を、前記第2のネットワークの接続ポートがリンクアップしたとき、または前記第2のネットワークの接続ポートがリンクアップした後リンクダウンするまでの間に定期的にブロードキャストする手段をさらに具備する、
ことを特徴とする請求項1に記載の中継ノード装置。 - 前記同一セグメント情報作成制御部は、
自装置の前記第2のネットワークの接続ポートがリンクダウンしたことを示すリンク断通知情報を、前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストし、自分が持っている同一セグメントテーブルの情報はALLクリアすることを特徴とする請求項1に記載の中継ノード装置。 - 第1のネットワークと、第1のネットワークとプロトコルの異なる第2のネットワークとを接続するスイッチ装置と、
前記第1のネットワークに設けられ、前記スイッチ装置を含む通信路にループを少なくとも1つ構成する複数の中継ノード装置と、
前記第2のネットワークに設けられ前記スイッチ装置に接続された複数のサーバとからなり、
前記複数の中継ノード装置の各中継ノード装置は、
前記第2のネットワーク内で自装置と同じセグメントに属する他の中継ノード装置を識別するための同一セグメント情報を作成する同一セグメント情報作成制御部と、
前記セグメント情報に存在する他の中継ノード装置へ前記ループを介して情報を送出することを抑止するループ送信抑止制御部と、
を具備し、
前記同一セグメント情報作成制御部は、
自装置の前記第2のネットワークの接続ポートがリンクアップしていることを示すリンクアップ通知情報を、前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストするリンクアップ通知部と、
前記リンクアップ通知情報を受信したときに、前記リンクアップ通知情報が示す中継ノード装置との間で、前記第2のネットワークの接続ポートを使って到達性の確認を行う到達性確認部と、
前記到達性確認部の確認結果に基づき前記同一セグメント情報を作成または更新する同一セグメント情報作成・更新部と、
を備えることを特徴とするネットワーク中継システム。 - コンピュータが第1のネットワークと、第1のネットワークとプロトコルの異なる第2のネットワークの間を中継する中継ノード装置によるネットワーク中継方法において、
前記第2のネットワーク内で自装置と同じセグメントに属する他の中継ノード装置を識別するための同一セグメント情報を作成し、
前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストフレームを受信したときに、前記ブロードキャストフレームのヘッダから取得した送信元ノード情報で前記同一セグメント情報が検出された場合、前記受信したブロードキャストフレームを、前記第1のネットワークの接続ポートに対してのみブロードキャストし、
前記同一セグメント情報を作成する場合、自装置の前記第2のネットワークの接続ポートがリンクアップしていることを示すリンクアップ通知情報を、前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストし、
前記リンクアップ通知情報を受信したときに、前記リンクアップ通知情報が示す中継ノード装置との間で、前記第2のネットワークの接続ポートを使って到達性の確認を行い、
前記到達性の確認の結果に基づき前記同一セグメント情報を作成または更新する
ことを特徴とする中継ノード装置によるネットワーク中継方法。 - 第1のネットワークと、第1のネットワークとプロトコルの異なる第2のネットワークの間を中継するプログラムを記憶した記憶媒体であって、前記プログラムがコンピュータに、
前記第2のネットワーク内で自装置と同じセグメントに属する他の中継ノード装置を識別するための同一セグメント情報を作成し、
前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストフレームを受信したときに、前記ブロードキャストフレームのヘッダから取得した送信元ノード情報で前記同一セグメント情報が検出された場合、前記受信したブロードキャストフレームを、前記第1のネットワークの接続ポートに対してのみブロードキャストし、
前記同一セグメント情報を作成する場合、自装置の前記第2のネットワークの接続ポートがリンクアップしていることを示すリンクアップ通知情報を、前記第1のネットワークの接続ポートからブロードキャストし、
前記リンクアップ通知情報を受信したときに、前記リンクアップ通知情報が示す中継ノード装置との間で、前記第2のネットワークの接続ポートを使って到達性の確認を行い、
前記到達性の確認の結果に基づき前記同一セグメント情報を作成または更新する
機能を実行させることを特徴とする記憶媒体。 - 請求項1に記載の中継ノード装置を前記第2のネットワーク内のスイッチ装置に複数接続して前記第1のネットワークと前記第2のネットワークを接続することを特徴とするネットワークシステム。
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