JP5910170B2 - ネットワーク中継装置、及びネットワークトポロジー構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパニングツリープロトコルによりネットワークトポロジーを構築するネットワーク中継装置、及びネットワークトポロジー構築方法に関する。

近年、インターネットの高速化、サーバーの処理能力の向上に伴い、クラウド・コンピューティング、ストレージ・サービスなどが普及し、サーバーの大規模化が進んでいる。また、大規模サーバーを安全に効率よく運用するために、ネットワーク中継装置の需要が高まっている。

ネットワーク中継装置にはＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルであるアプリケーション層のデータを基にルーティングを行うＬ（Layer）７スイッチ、トランスポート層のデータを基にルーティングを行うＬ４スイッチ、ネットワーク層のデータを基にルーティングを行うＬ３スイッチ、及びデータリンク層のデータを基にルーティングを行うＬ２スイッチが存在する。

Ｌ７スイッチ、Ｌ４スイッチは主に負荷分散を目的に使用される。Ｌ２スイッチ、Ｌ３スイッチはネットワークシステム構築を目的に使用されるため非常に重要なスイッチであり、特に、サーバーやＰＣ（Personal Computer）などの機器（ノード）と直接フレームのやりとりを行うＬ２スイッチには様々な機能が搭載されている。

Ｌ２スイッチに搭載されている機能にＩＥＥＥ８０２．１Ｄに規定されたスパニングツリープロトコル（ＳＴＰ）がある。Ｌ２スイッチを用いてループ状にネットワークを構築した場合、ブロードキャストストームが発生する問題があるため、ＳＴＰにより、物理的なループ状のネットワークの一部を論理的に切断し、ループのないネットワークトポロジーを構築する。

しかし、ＳＴＰはネットワークトポロジーを構築するために最大５０秒必要であり、ネットワークトポロジー構築中の５０秒間は通信断が発生してしまう問題がある。この問題を解決するために、ＩＥＥＥ８０２．１Ｗでラピッドスパニングツリープロトコル（ＲＳＴＰ）が規定されている。

また、ＩＥＥＥ８０２．１ＱではＳＴＰ、ＲＳＴＰとＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）を使用する際に、各ＶＬＡＮによる複数のネットワークトポロジーをインスタンス化し、ネットワークの帯域を効率よく使用できるマルチプルスパニングツリープロトコル（ＭＳＴＰ）が規定されている（特許文献１参照）。

しかし、今までのＳＴＰ／ＲＳＴＰ／ＭＳＴＰでは、音声データなど高優先度のフレームを送信するノード、受信するノードがそれぞれ接続されたスイッチ同士が物理的に直接接続されているにもかかわらず、ネットワークトポロジー上で最も離れた位置に配置され、ネットワークトポロジーを構成する他の複数のスイッチを経由して転送される可能性があり、高優先度のフレームの転送効率が悪くなるという問題がある。

この点について、図１７及び図１８を用いて説明する。図１７はＳＴＰによるネットワークトポロジー構築の一例について説明するための図であり、図１８はＳＴＰにてやりとりされるＢＰＤＵ（Bridge Protocol
Data Unit）フレームにおけるブリッジ（Bridge）ＩＤフィールドのフォーマットを示す図である。

ここでは、図１７に示すように、スイッチ４０１乃至スイッチ４０８を用いてリング状にネットワークを構成した場合のＳＴＰを用いたネットワークトポロジー構築の例を示す。
図示のように、スイッチ４０１のポートＰ２とスイッチ４０２のポートＰ１との間、スイッチ４０２のポートＰ２とスイッチ４０３のポートＰ１との間、スイッチ４０３のポートＰ２とスイッチ４０５のポートＰ１との間、スイッチ４０５のポートＰ２とスイッチ４０８のポートＰ２との間、スイッチ４０８のポートＰ１とスイッチ４０７のポートＰ２との間、スイッチ４０７のポートＰ１とスイッチ４０６のポートＰ２との間、スイッチ４０６のポートＰ１とスイッチ４０４のポートＰ２との間、スイッチ４０４のポートＰ１とスイッチ４０１のポートＰ１との間がEthernet（登録商標）ケーブルにより接続されることで、リング状のネットワークが構成されている。

また、ネットワーク上のノードであるＰＣ４５１はスイッチ４０３のポートＰ３に、ＰＣ４５２はスイッチ４０５のポートＰ３に、ＰＣ４５３はスイッチ４０６のポートＰ３に、ＰＣ４５４はスイッチ４０７のポートＰ３に、それぞれ接続されている。

また、スイッチ４０２がルートブリッジ（Root Bridge）になり、スイッチ４０６のポートＰ２とスイッチ４０７のポートＰ１との間でネットワークが切断されたネットワークトポロジーが構築されている。

ＳＴＰ/ＲＳＴＰ/ＭＳＴＰでは、（１）ルートブリッジの決定、（２）各スイッチにおけるポート役割の決定、の手順でネットワークトポロジーを構築する。
ルートブリッジはネットワークトポロジーで最も上位にあるスイッチであり、ネットワーク内でブリッジＩＤが最も小さいスイッチがルートブリッジとなる。ネットワーク内のスイッチ同士が互いにＢＰＤＵフレームを送受信することでネットワーク上の他のスイッチとブリッジＩＤ情報を交換する。

図１８に示すように、ＢＰＤＵフレームにおけるブリッジＩＤフィールドは、２バイトのブリッジプライオリティ（Bridge Priority：ブリッジ優先度）値と６バイトのＭＡＣ（Media Access Control）アドレスで構成される。ブリッジプライオリティ値はユーザーが自由に設定することが可能であるが、ネットワーク設計者が意図して設定しない限り０ｘ０８００の一定値であり、この場合ルートブリッジはネットワーク内のスイッチの中でＭＡＣアドレスの最も小さいスイッチになる。

各スイッチにおけるポートの役割はルートブリッジまでのパスコスト値であるルートパスコスト値により決定される。ルートパスコスト値はルートブリッジまでのポートコスト値の合計で計算される。ポートコスト値はポートに接続されたEthernet（登録商標）ケーブルの帯域幅（伝送レート）により決定され、１０Ｍｂｐｓ＝１００、１００Ｍｂｐｓ＝１９、１Ｇｂｐｓ＝４、１０Ｇｂｐｓ＝２となる。

ルートパスコスト値によりスイッチの各ポートの役割が決定される。ＳＴＰの場合はルートポート、指定（Designated）ポート、ブロッキングポートとなり、ブロッキングポート接続される経路が切断され、ループのないネットワークトポロジーが構築される。ルートパスコスト値が同じスイッチが二つある場合は、ブリッジＩＤの大きい方のスイッチのポートが、その二つのスイッチのブリッジＩＤが同じ場合は、ポートＩＤの大きい方のポートがブロッキングポートとなる。

このように、スイッチが保持しているブリッジプライオリティ値及びルートパスコスト値の大小に基づいて、ネットワークトポロジーの構成が決定される。この明細書では、このようなネットワークトポロジーの構成の決定に用いられる情報をネットワークトポロジーの決定要因となる情報と言うことにする。

ところで、図１７において、ＰＣ４５１とＰＣ４５２が優先度の低いデータの通信を行い、ＰＣ４５３とＰＣ４５４が音声データなどの優先度の高いデータの通信を行っていた場合、ＰＣ４５１が送信した低優先度フレームはスイッチ４０３とスイッチ４０５を通る最短経路によりＰＣ４５２に転送される。

一方、ＰＣ４５３が送信した高優先度フレームは、スイッチ４０６とスイッチ４０７との間が物理的に接続されているにもかかわらず、ネットワークトポロジー上、即ち論理的には切断されているため、スイッチ４０６−スイッチ４０４−スイッチ４０１−スイッチ４０２−スイッチ４０３−スイッチ４０５−スイッチ４０８−スイッチ４０７からなる全てのスイッチを経由してＰＣ４５４に転送される。

このとき、スイッチ４０１からスイッチ４０８の中でフレームの優先制御を行うＱｏＳ（Quality of Service）に対応していないスイッチが一台でもあった場合、ＰＣ４５３から転送された高優先度フレームの遅延が大きくなり、さらに転送回数が多いため最悪の場合、フレームが失われる問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＳＴＰ、ＲＳＴＰ、ＭＳＴＰ等のスパニングツリープロトコルによりネットワークトポロジーを構築するネットワーク中継装置において、ネットワーク内を流れるフレームの優先度に応じて、ネットワークトポロジーを動的に変更できるようにすることである。

本発明は、スパニングツリープロトコルによりネットワークトポロジーを構築するネットワーク中継装置であって、ネットワークから受信したフレームに付加されている当該フレームの転送優先度情報を取得する転送優先度情報取得手段と、当該取得された転送優先度情報に基づいて、自身が保持しているネットワークトポロジーの決定要因となる情報を変更する変更手段と、を有し、前記ネットワークトポロジーの決定要因となる情報はブリッジプライオリティ値であり、前記転送優先度情報取得手段は、ノードと直接接続されているポートで受信したフレームに付加されている転送優先度情報を取得するネットワーク中継装置である。

本発明によれば、スパニングツリープロトコルによりネットワークトポロジーを構築するネットワーク中継装置において、ネットワーク内を流れるフレームの優先度に応じて、ネットワークトポロジーを動的に変更することができる。

本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更前の構成を示す図である。 ＩＥＥＥ８０２．１ＱのＶＬＡＮタグ追加フレームにおけるＶＬＡＮタグフィールドのフォーマットを示す図である。 ＶＬＡＮタグプライオリティ値とトラフィックタイプとの関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置において、受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて決定されるブリッジプライオリティ値の変更量を示す図である。 本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更後の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置においてネットワークトポロジー構築処理を実行する部分の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置におけるネットワークトポロジー構築処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更前の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置において、受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて決定されるルートパスコスト値の変更量を示す図である。 本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更後の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置においてネットワークトポロジー構築処理を実行する部分の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置におけるネットワークトポロジー構築処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおいて、ブリッジプライオリティ値を変更し、ルートパスコスト値を変更していないときのネットワークトポロジーを示す図である。 図１３に示すネットワークトポロジーにおいて、ルートパスコスト値を変更したときのネットワークトポロジーを示す図である。 本発明の第３の実施形態のネットワーク中継装置においてネットワークトポロジー構築処理を実行する部分の機能ブロック図である。 本発明の第３の実施形態のネットワーク中継装置におけるネットワークトポロジー構築処理のフローチャートである。 ＳＴＰによるネットワークトポロジー構築の一例について説明するための図である。 ＳＴＰにてやりとりされるＢＰＤＵフレームにおけるブリッジＩＤフィールドのフォーマットを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更前の構成を示す図である。

図示のように、スイッチ１０１乃至スイッチ１０８を用いてリング状にネットワークが構成されている。即ち、スイッチ１０１のポートＰ２とスイッチ１０２のポートＰ１との間、スイッチ１０２のポートＰ２とスイッチ１０３のポートＰ１との間、スイッチ１０３のポートＰ２とスイッチ１０５のポートＰ１との間、スイッチ１０５のポートＰ２とスイッチ１０８のポートＰ２との間、スイッチ１０８のポートＰ１とスイッチ１０７のポートＰ２との間、スイッチ１０７のポートＰ１とスイッチ１０６のポートＰ２との間、スイッチ１０６のポートＰ１とスイッチ１０４のポートＰ２との間、スイッチ１０４のポートＰ１とスイッチ１０１のポートＰ１との間がEthernet（登録商標）ケーブルにより接続されることで、リング状のネットワークが構成されている。各スイッチがネットワーク中継装置である。

また、ネットワーク上のノードであるＰＣ１５１はスイッチ１０１のポートＰ３に、ＰＣ１５２はスイッチ１０３のポートＰ３に、ＰＣ１５３はスイッチ１０４のポートＰ３に、ＰＣ１５４はスイッチ１０５のポートＰ３に、ＰＣ１５５はスイッチ１０６のポートＰ３に、ＰＣ１５６はスイッチ１０６のポートＰ４に、ＰＣ１５７はスイッチ１０７のポートＰ３に、ＰＣ１５８はスイッチ１０８のポートＰ３に、それぞれ接続されている。

また、スイッチ１０２がルートブリッジになり、スイッチ１０６のポートＰ２とスイッチ１０７のポートＰ１との間でネットワークが切断されたネットワークトポロジーが構築されている。全てのスイッチのブリッジプライオリティ値が初期値０ｘ０８００である場合、ルートブリッジはＭＡＣアドレス値で決まるため、ネットワーク設計者が意図しないスイッチがルートブリッジになる可能性がある。このため、図１ではネットワーク設計者がスイッチ１０２のブリッジプライオリティ値を０ｘ０７００に設定し、ルートパスコスト値の計算によりスイッチ１０６−スイッチ１０７間が切断されたものとする。

しかし、この図のネットワークトポロジーでは、ＰＣ１５６とＰＣ１５７の間で高優先度フレームを送受信した場合に、スイッチ１０６−スイッチ１０７間はネットワークトポロジーで切断されているため、最短距離でフレームを転送することができず高優先度フレームの転送効率が悪い。

そこで、本実施形態では、各スイッチに直接接続されたノードからの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録し、記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいてブリッジプライオリティ値を変更する。ここで、ＰＣがスイッチに直接接続されたノードからのフレームか否かの判別は以下のように行う。即ちスイッチが一定間隔で全ポートにハロー（Hellow）パケットと呼ばれるＢＰＤＵフレームを送信し、ハローパケットに対する返信フレームを受信したポートがスイッチと接続されたポートであり、返信フレームを受信しないポートがスイッチと接続されていないポートであると判別する。そして、スイッチと接続されていないポートからのフレームがスイッチに直接接続されたノードからのフレームであると判別できる。

ここでＶＬＡＮタグプライオリティ値について説明する。図２はＩＥＥＥ８０２．１ＱのＶＬＡＮタグ追加フレームにおけるＶＬＡＮタグフィールドのフォーマットを示す図であり、図３はＶＬＡＮタグプライオリティ値とトラフィックタイプとの関係、即ち各トラフィックタイプのフレーム転送優先順位を示す図である。

図２に示すように、４バイトとＶＬＡＮタグフィールドは２バイトのＴＰＩＤ（Tag Protocol Identifier）、３ビットのプライオリティ値、１ビットのＣＦＩ（Canonical Format Indicator）、及び１２ビットのＶＬＡＮ_ＩＤからなる。３ビットのプライオリティ値は図３に示す各トラフィックタイプのフレーム転送優先順位を示す。ＱｏＳに対応したスイッチではＶＬＡＮタグプライオリティ値に従ってスイッチ内で優先制御してフレーム転送が行われるが、ＳＴＰ/ＲＳＴＰ/ＭＳＴＰでのネットワークトポロジー構築にはＶＬＡＮタグプライオリティ値は考慮されない。

一方、本実施形態では、各スイッチで受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録し、記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて、転送優先度の高いフレーム程、転送効率が高くなるように、ネットワークトポロジーを動的に変更することにより、ネットワークトポロジー構築（更新）にＶＬＡＮタグプライオリティ値が考慮される。

図４は受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて決定されるブリッジプライオリティ値の変更量を示す図である。図示のように、転送フレームの優先度が高いトラフィックタイプ程、ブリッジプライオリティ値の減算値が大きくなるように定められている。この図に示す情報は各スイッチ内の記憶装置（図示せず）に記憶されている。

図５は本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更後の構成、即ち図１に示すネットワークにおいて、各スイッチに直接接続されたＰＣからの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録し、記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値と図４に示すブリッジプライオリティ値の変更量とに基づいてブリッジプライオリティ値を変更し、変更後のブリッジプライオリティ値に従って構築されたネットワークトポロジーを示す図である。

図示のように、スイッチ１０１のポートＰ３、スイッチ１０３のポートＰ３、スイッチ１０４のポートＰ３、スイッチ１０５のポートＰ３、スイッチ１０６のポートＰ３、スイッチ１０６のポートＰ４、スイッチ１０７のポートＰ３、スイッチ１０８のポートＰ３における受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値は、それぞれ０、０、０、０、５、４、４、１である。つまり、スイッチ１０６、スイッチ１０７が高優先度のフレームを転送している。

従って、図４より、スイッチ１０１、スイッチ１０３、スイッチ１０４、スイッチ１０５、スイッチ１０６、スイッチ１０７、スイッチ１０８のブリッジプライオリティ値の減算値は、それぞれ０ｘ０００１、０ｘ０００１、０ｘ０００１、０ｘ０００１、（０ｘ０１００＋０ｘ０２００）、０ｘ０１００、０ｘ００００となる。なお、ここではスイッチ１０６にＰＣが２台接続されており、ブリッジプライオリティ値の減算値はＰＣに接続された２つのポートの合計値としているが、平均値や最大値としてもよい。

この結果、スイッチ１０１、スイッチ１０３、スイッチ１０４、スイッチ１０５、スイッチ１０６、スイッチ１０７、スイッチ１０８のブリッジプライオリティ値は、それぞれ０ｘ０７ＦＥ、０ｘ０７ＦＥ、０ｘ０７ＦＥ、０ｘ０７ＦＥ、０ｘ０５００、０ｘ０６００、０ｘ０８００となり、ブリッジプライオリティ値が最小となったスイッチ１０６がルートブリッジとなる。また、ルートパスコスト値が最大、つまりルートブリッジであるスイッチ１０６から最も離れ、帯域幅が小さい経路が切断されるため、高優先度のフレームを送信するＰＣ、受信するＰＣに接続されたスイッチの経路が優先的に接続される。

なお、図５ではＰＣ１５１とＰＣ１５２とは最短経路で通信することができないが、ＰＣ１５１とＰＣ１５２との間で高優先度の通信を行った場合、同様にブリッジプライオリティ値を変更し、ネットワークトポロジーを再構築すれば最短距離で通信を行うことができるようになる。即ち、一定時間間隔でブリッジプライオリティ値を変更し、ネットワークトポロジーを再構築することで、ネットワークトポロジー内の高優先度フレームの経路を動的に最短経路とするネットワークトポロジーに変更することができる。

図６はスイッチ１０１乃至スイッチ１０８においてネットワークトポロジー構築処理を実行する部分の機能ブロック図であり、図７はネットワークトポロジー構築処理のフローチャートである。スイッチ１０１乃至スイッチ１０８の構成は同じであるため、図６ではスイッチ１００とした。

図６に示すように、スイッチ１００はポート１１１乃至１１４と、ポート１１１乃至１１４から入力された受信フレーム中のＶＬＡＮタグプライオリティ値をデコードするＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部１２１乃至１２４と、ＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部１２１乃至１２４によりデコードされたＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録するＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体１３１乃至１３４と、ブリッジプライオリティ変更処理部１３５と、スイッチング処理部１３６とを備えている。ここで、ＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部１２１乃至１２４が本発明における転送優先度情報取得手段に相当し、ブリッジプライオリティ変更処理部１３５が変更手段に相当する。

図６に示すスイッチ１００は以下のように動作する。
まず図７に示すＳＴＰトポロジー構築処理が開始されると、ハローパケットを全ポート１１１乃至１１４に送信する（ステップＳ１０１）。ハローパケットは各ポートからネットワークへ送出される。

次にハローパケットに対する返信パケットがあったか否かを判断する（ステップＳ１０２）。判断の結果、返信パケットがなかったときは（ステップＳ１０２：No）、スイッチ１００の各ポートには、直接接続されているノードが存在しないため、ＳＴＰトポロジー構築処理を終了する。図１においてはスイッチ１０２がこの動作を行う。

一方、ステップＳ１０２で返信パケットがあったと判断したときは（ステップＳ１０２：Yes）、どのポートで返信パケットがあったか否かを並行して判断し（ステップＳ１０３、Ｓ１０６）、返信パケットがあったポートで受信された転送フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を一定期間記録する（ステップＳ１０３：Yes→Ｓ１０４、Ｓ１０６：Yes→Ｓ１０７）。

以上の各ステップのうち、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、及びＳ１０６はスイッチング処理部１３６が行い、ステップＳ１０４、及びＳ１０７はＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部１２１乃至１２４が行う。

次に一定期間記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値を基にブリッジプライオリティ変更処理部１３５がスイッチ１００のブリッジプライオリティ値を変更し（ステップＳ１０５）、ＳＴＰトポロジー構築処理を終了する。変更されたブリッジプライオリティ値はスイッチング処理部１３６に通知され、記憶される。

このように本発明の第１の実施形態のネットワーク中継装置（スイッチ１０１乃至スイッチ１０８）によれば、別のスイッチを経由せず、ＰＣと直接接続されたスイッチのポートが受信するフレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録し、記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値を基にブリッジＩＤのブリッジプライオリティ値を変更することにより、従来のノードの追加、削除によるネットワークトポロジーの変更だけではなく、ネットワークトポロジー内を流れるフレームの優先度に従ってネットワークトポロジーを動的に変更する。

これにより、ＳＴＰ/ＲＳＴＰ/ＭＳＴＰによりネットワークトポロジーを構築する際に、ＶＬＡＮタグプライオリティ値の高い高優先度フレームを送信するノードと接続されたスイッチがルートブリッジとなり、高優先度フレームを送信、受信するノード同士が優先的に近距離に接続されたネットワークトポロジーを動的に構築し、高優先度フレームの転送効率を高めることができる。

［第２の実施形態］
図８は本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更前の構成を示す図である。

図示のように、スイッチ２０１乃至スイッチ２０８を用いてリング状にネットワークが構成されている。即ち、スイッチ２０１のポートＰ２とスイッチ２０２のポートＰ１との間、スイッチ２０２のポートＰ２とスイッチ２０３のポートＰ１との間、スイッチ２０３のポートＰ２とスイッチ２０５のポートＰ１との間、スイッチ２０５のポートＰ２とスイッチ２０８のポートＰ２との間、スイッチ２０８のポートＰ１とスイッチ２０７のポートＰ２との間、スイッチ２０７のポートＰ１とスイッチ２０６のポートＰ２との間、スイッチ２０６のポートＰ１とスイッチ２０４のポートＰ２との間、スイッチ２０４のポートＰ１とスイッチ２０１のポートＰ１との間が帯域幅１００ＭｂｐｓのEthernet（登録商標）ケーブルにより接続されることで、リング状のネットワークが構成されている。各スイッチがネットワーク中継装置である。

また、ネットワーク上のノードであるＰＣ２５１はスイッチ２０１のポートＰ３に、ＰＣ２５２はスイッチ２０３のポートＰ３に、ＰＣ２５３はスイッチ２０４のポートＰ３に、ＰＣ２５４はスイッチ２０５のポートＰ３に、ＰＣ２５５はスイッチ２０６のポートＰ３に、ＰＣ２５６はスイッチ２０６のポートＰ４に、ＰＣ２５７はスイッチ２０７のポートＰ３に、ＰＣ２５８はスイッチ２０８のポートＰ３に、それぞれ接続されている。

また、スイッチ２０２がルートブリッジになり、スイッチ２０６のポートＰ２とスイッチ２０７のポートＰ１との間でネットワークが切断されたネットワークトポロジーが構築されている。

この場合、スイッチ２０７のポートＰ１、Ｐ２が最もルートブリッジから離れており、ルートパスコスト値は１９＊４＝７６となる。ポートのルートパスコストが同じ場合、ブリッＩＤの値の小さい方が優先的に接続される。図８の場合、スイッチ２０６とスイッチ２０８のブリッジプライオリティ値が同じである（０ｘ０８００）から、スイッチ２０８のＭＡＣアドレス値が小さいためスイッチ２０６−スイッチ２０７間が切断されている。

このネットワークトポロジーでは、ＰＣ２５６とＰＣ２５７との間で高優先度のフレームを送信、受信した場合、スイッチ２０６−スイッチ２０７間は物理的には接続されているにもかかわらず、最短距離で通信することができないため、高優先度のフレームを最短距離で効率良く転送することができない。

そこで、本実施形態では、ネットワークトポロジー内に流れるフレームの優先度に従ってネットワークトポロジーを動的に変更する、即ち各スイッチが一定期間全ポートの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を送信先ポート番号と共に記録した後、転送優先度の高いフレーム程、転送効率が高くなるようにルートパスコスト値を変更したＢＰＤＵフレームをフレームの送信先ポートへ送信し、ネットワークトポロジーの再構築を行う。

図９は受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて決定されるルートパスコスト値の変更量を示す図である。図示のように、ＶＬＡＮタグプライオリティ値の大きいトラフィックタイプ程、ルートパスコスト値の減算値が大きくなるように定められている。この図に示す情報は各スイッチ内の記憶装置（図示せず）に記憶されている。

図１０は本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおけるネットワークトポロジー変更後の構成、即ち図８に示すネットワークにおいて、各スイッチが一定期間全ポートの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を送信先ポート番号と共に記録した後、図９に示すルートパスコスト値の変更量によりルートパスコスト値を変更したＢＰＤＵフレームをフレームの送信先ポートへ送信し、再構築を行ったネットワークを示す図である。

図１０に示すように、スイッチ２０１のポートＰ３、スイッチ２０３のポートＰ３、スイッチ２０４のポートＰ３、スイッチ２０５のポートＰ３、スイッチ２０６のポートＰ３、スイッチ２０６のポートＰ４、スイッチ２０７のポートＰ３、スイッチ２０８のポートＰ３における受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値は、それぞれ０、０、５、０、０、０、５、０である。つまり、スイッチ２０４、スイッチ２０７が高優先度のフレームを転送している。

そこで、スイッチ２０４はＰＣ２５３からＶＬＡＮタグプライオリティ値５のフレームを一定期間受け取り、宛先ポート番号と共に記録し、スイッチ２０４のポートＰ２と接続された経路のルートパスコスト値を２減算して３６にした。また、スイッチ２０６がスイッチ２０４からのＶＬＡＮタグプライオリティ値５のフレームを一定期間受け取り、宛先ポート番号と共に記録し、ポートＰ２と接続された経路のルートパスコスト値を２減算して５３にした。この結果、スイッチ２０７のポートＰ２のルートパスコスト値は４減算されて７２となる。このようにルートパスコスト値を変更した後にネットワークトポロジーを再構築した。

これによって、優先度が高いフレームを転送するルートパスコスト値が低くなり、スイッチ２０７がスイッチ２０６と接続され、スイッチ２０８と切断されるネットワークトポロジーが構築される。一定時間間隔でネットワークトポロジーを再構築することで、ネットワーク内に流れる優先度の高いフレームを優先的に転送可能なネットワークトポロジーを動的に構築することができる。

図１１はスイッチ２０１乃至スイッチ２０８においてネットワークトポロジー構築処理を実行する部分の機能ブロック図であり、図１２はネットワークトポロジー構築処理のフローチャートである。スイッチ２０１乃至スイッチ２０８の構成は同じであるため、図１１ではスイッチ２００とした。

図１１に示すように、スイッチ２００はポート２１１乃至２１４と、ポート２１１乃至２１４から入力された受信フレーム中のＶＬＡＮタグプライオリティ値をデコードするＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部２２１乃至２２４と、ＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部２２１乃至２２４によりデコードされたＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録するＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体２３１乃至２３４と、ルートパスコスト変更処理部２３５と、スイッチング処理部２３６とを備えている。

図１１に示すスイッチ２００は以下のように動作する。
まず図１２に示すＳＴＰトポロジー構築処理が開始されると、各ポートで受信された転送フレーム中のＶＬＡＮタグプライオリティ値がＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部２２１乃至２２４によりデコードされ、ＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体２３１乃至２３４に一定期間記録される（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。

次に一定期間記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値を基にルートパスコスト変更処理部２３５がスイッチ２００の全ポートのルートパスコスト値を変更し（ステップＳ２０３）、ＳＴＰトポロジー構築処理を終了する。変更されたルートパスコスト値はスイッチング処理部２３６に通知され、記憶される。

このように本発明の第２の実施形態のネットワーク中継装置（スイッチ２０１乃至スイッチ２０８）によれば、スイッチの全ポートでの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を転送先ポート番号と共に記録し、ネットワークトポロジーを構築する際に、ルートパスコスト値の計算に各ポートのＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて決定されたルートパスコスト値の変更量を加える。これにより、ネットワークトポロジー内に流れるフレームの優先度に従って、高優先度フレームが転送される経路が優先的に近距離に接続されるようにネットワークトポロジーを動的に構築し、高優先度フレームの転送効率を高めることができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態は第１の実施形態及び第２の実施形態を組み合わせたものである。即ちノードと直接接続されたスイッチのポートが受信するフレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録し、記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値を基にブリッジＩＤのブリッジプライオリティ値を変更し、かつスイッチの全ポートでの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を転送先ポート番号と共に記録し、ルートパスコスト値の計算に各ポートのＶＬＡＮタグプライオリティ値にＶＬＡＮタグプライオリティ値に基づいて決定されたルートパスコスト値の変更量を加えて、ネットワークトポロジーを変更する。

図１３は本発明の第３の実施形態のネットワーク中継装置を備えたネットワークにおいて、ブリッジプライオリティ値を変更し、ルートパスコスト値を変更していないときのネットワークトポロジーを示す図であり、図１４は図１３からルートパスコスト値を変更したときのネットワークトポロジーを示す図である。

図１３に示すように、スイッチ３０１乃至スイッチ３０８を用いてリング状にネットワークが構成されている。即ち、スイッチ３０１のポートＰ２とスイッチ３０２のポートＰ１との間、スイッチ３０２のポートＰ２とスイッチ３０３のポートＰ１との間、スイッチ３０３のポートＰ２とスイッチ３０５のポートＰ１との間、スイッチ３０５のポートＰ２とスイッチ３０８のポートＰ２との間、スイッチ３０８のポートＰ１とスイッチ３０７のポートＰ２との間、スイッチ３０７のポートＰ１とスイッチ３０６のポートＰ２との間、スイッチ３０６のポートＰ１とスイッチ３０４のポートＰ２との間、スイッチ３０４のポートＰ１とスイッチ３０１のポートＰ１との間が帯域幅１００ＭｂｐｓのEthernet（登録商標）ケーブルにより接続されることで、リング状のネットワークが構成されている。各スイッチがネットワーク中継装置である。

また、ネットワーク上のノードであるＰＣ３５１はスイッチ３０１のポートＰ３に、ＰＣ３５２はスイッチ３０３のポートＰ３に、ＰＣ３５３はスイッチ３０４のポートＰ３に、ＰＣ３５４はスイッチ３０５のポートＰ３に、ＰＣ３５５はスイッチ３０６のポートＰ３に、ＰＣ３５６はスイッチ３０６のポートＰ４に、ＰＣ３５７はスイッチ３０７のポートＰ３に、ＰＣ３５８はスイッチ３０８のポートＰ３に、それぞれ接続されている。

また、スイッチ３０４がルートブリッジになり、スイッチ３０５のポートＰ２とスイッチ３０８のポートＰ２との間でネットワークが切断されたネットワークトポロジーが構築されている。

第１の実施形態と同様に、ＰＣから直接スイッチに送信されるフレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値によりブリッジプライオリティ値を変更してネットワークトポロジーを構築した場合、図１３ではＰＣ３５１とＰＣ３５３との間、及びＰＣ３５４とＰＣ３５７との間でＶＬＡＮタグプライオリティ５のフレームを送受信しており、スイッチ３０１、スイッチ３０４、スイッチ３０５、スイッチ３０７のブリッジプライオリティ値は０ｘ０６００となる。これら４つのスイッチのブリッジプライオリティ値が同じであるため、各スイッチのＭＡＣアドレスの違いにより、スイッチ３０４がルートブリッジになったものとする。

全てのスイッチが１００Ｍｂｐｓの同一の帯域幅で接続されているので、スイッチ３０５のポートＰ１、Ｐ２のルートパスコスト値が共に７６となり、スイッチ３０３とスイッチ３０８のブリッジプライオリティ値の違いにより、スイッチ３０５とスイッチ３０８との間が切断されている。

このネットワークトポロジーでは、ＰＣ３５１とＰＣ３５３とは高優先度のフレーム最短距離で送受信することができるが、ＰＣ３５４とＰＣ３５７とは高優先度のフレームを最短距離で送受信することができず効率が悪い。

一方、第２の実施形態と同様に、各スイッチの全てのポートでの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を一定期間送信先ポート番号と共に記録し、ＰＣからの受信フレームの送信先ポートのルートパスコスト値を変更したＢＰＤＵフレームを送信し、ネットワークトポロジーの再構築を行った図１４の構成では、スイッチ３０４のポートＰ１、スイッチ３０７のポートＰ２、スイッチ３０８のポートＰ２でルートパスコスト値が２減算される。この結果、スイッチ３０５のポートＰ１のルートパスコスト値は７４、ポートＰ２のルートパスコスト値は７２となり、スイッチ３０３とスイッチ３０５との間が切断されたネットワークトポロジーが構築される。

図１５はスイッチ３０１乃至スイッチ３０８においてネットワークトポロジー構築処理を実行する部分の機能ブロック図であり、図１６はネットワークトポロジー構築処理のフローチャートである。スイッチ３０１乃至スイッチ３０８の構成は同じであるため、図１５ではスイッチ３００とした。

図１５に示すように、スイッチ３００はポート３１１乃至３１４と、ポート３１１乃至３１４から入力された受信フレーム中のＶＬＡＮタグプライオリティ値をデコードするＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部３２１乃至３２４と、ＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部３２１乃至３２４によりデコードされたＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録するＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体３３１乃至３３４と、ルートパスコスト変更処理部３３５と、ブリッジプライオリティ変更処理部３３６と、スイッチング処理部３３７とを備えている。

図１５に示すスイッチ３００は以下のように動作する。
まず図１６に示すＳＴＰトポロジー構築処理が開始されると、ハローパケットを全ポート３１１乃至３１４に送信する（ステップＳ３０１）。ハローパケットは各ポートからネットワークへ送出される。このステップはスイッチング処理部３３７が行う。

次に各ポートで受信された転送フレーム中のＶＬＡＮタグプライオリティ値がＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部３２１乃至３２４によりデコードされ、ＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体３３１乃至３３４に一定期間記録される（ステップＳ３０２、Ｓ３０３）。

次いでＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体３３１乃至３３４に記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値のうち、ハローパケットに対する返信があったポートで受信された転送フレーム中のＶＬＡＮタグプライオリティ値により、ブリッジプライオリティ変更処理部３３６がブリッジプライオリティ値を変更する（ステップＳ３０４）。

次に一定期間記録されたＶＬＡＮタグプライオリティ値を基に、ルートパスコスト変更処理部３３５がスイッチ３００の全ポートのルートパスコスト値を変更し（ステップＳ３０５）、ＳＴＰトポロジー構築処理を終了する。変更されたルートパスコスト値はスイッチング処理部３３７に通知され、記憶される。

これにより、ネットワークトポロジー内に複数の高優先度フレームを送信するグループが存在した場合でも、一定間隔でネットワークトポロジーを再構築することで、フレームの優先度を考慮したネットワークトポロジーを動的に構築することができる。

このように本発明の第３の実施形態のネットワーク中継装置（スイッチ３０１乃至スイッチ３０８）によれば、ノードと直接接続されたスイッチのポートが受信するフレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を記録し、記録したＶＬＡＮタグプライオリティ値に従ってスイッチのブリッジＩＤのブリッジプライオリティ値を設定し、さらに全ポートの受信フレームのＶＬＡＮタグプライオリティ値を宛先ＭＡＣアドレス、転送先ポート番号と共に記録する。そして、ネットワークトポロジーを構築する際に、ＶＬＡＮタグプライオリティ値の大きいフレームを送信するノードが接続されたスイッチがルートブリッジとなり、さらに各ポートのＶＬＡＮタグプライオリティ値に従って決定されたルートパスコスト値の変更量をルートパスコスト値の計算に加える。

これにより、ネットワークトポロジー内を流れるフレームの優先度に従って高優先度フレームが転送される経路が優先的に近距離に接続されると共に高優先度フレームを送信するノード同士が優先的に近距離に接続されたネットワークトポロジーを動的に構築し、優先度が高いフレームの転送効率を高めることができる。

１００〜１０８，２００〜２０８，３００〜３０８…スイッチ、１１１〜１１４，２１１〜２１４，３１１〜３１４，Ｐ１〜Ｐ４…ポート、１２１〜１２４，２２１〜２２４，３２１〜３２４…ＶＬＡＮタグプライオリティ値デコード部、１３１〜１３４，２３１〜２３４，３３１〜３３４…ＶＬＡＮタグプライオリティ値記録媒体、１３５，３３６…ブリッジプライオリティ変更処理部、１３６，２３６，３３７…スイッチング処理部、２３５，３３５…ルートパスコスト変更処理部、１５１〜１５８，２５１〜２５８，３５１〜３５８…ＰＣ。

特開２００６−１８０４０１号公報

Claims (9)

1. スパニングツリープロトコルによりネットワークトポロジーを構築するネットワーク中継装置であって、
   ネットワークから受信したフレームに付加されている当該フレームの転送優先度情報を取得する転送優先度情報取得手段と、
   当該取得された転送優先度情報に基づいて、自身が保持しているネットワークトポロジーの決定要因となる情報を変更する変更手段と、を有し、
   前記ネットワークトポロジーの決定要因となる情報はブリッジプライオリティ値であり、前記転送優先度情報取得手段は、ノードと直接接続されているポートで受信したフレームに付加されている転送優先度情報を取得するネットワーク中継装置。
2. 請求項１に記載されたネットワーク中継装置において、
   前記変更手段は、転送優先度の高いフレーム程、自身が保持しているブリッジプライオリティ値を低下させるネットワーク中継装置。
3. 請求項１又は２に記載されたネットワーク中継装置において、
   前記ネットワークトポロジーの決定要因となる情報は各ポートのルートパスコスト値であり、前記転送優先度情報取得手段は、全てのポートで受信されたフレームに付加されている当該フレームの転送優先度情報を当該フレームの転送先ポート番号に対応付けて記録するネットワーク中継装置。
4. 請求項３に記載されたネットワーク中継装置において、
   前記変更手段は、転送優先度の高いフレーム程、自身が保持している各ポートのルートパスコスト値を低下させるネットワーク中継装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載されたネットワーク中継装置において、
   前記転送優先度情報はＶＬＡＮタグプライオリティ値であるネットワーク中継装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載されたネットワーク中継装置において、
   転送優先度情報とブリッジプライオリティ値の変更量との対応関係を示す情報を記憶する記憶手段を有し、前記変更手段は、前記記憶手段に記憶されている、前記取得された転送優先度情報に対応する変更量を用いてブリッジプライオリティ値を変更するネットワーク中継装置。
7. 請求項３又は４に記載されたネットワーク中継装置において、
   転送優先度情報とルートパスコスト値の変更量との対応関係を示す情報を記憶する記憶手段を有し、前記変更手段は、前記記憶手段に記憶されている、前記取得された転送優先度情報に対応する変更量を用いてルートパスコスト値を変更するネットワーク中継装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載されたネットワーク中継装置において、
   前記変更手段は、自身が保持しているネットワークトポロジーの決定要因となる情報を所定時間毎に変更するネットワーク中継装置。
9. 複数のネットワーク中継装置を有するネットワークでスパニングツリープロトコルによりネットワークトポロジーを構築するネットワークトポロジー構築方法であって、
   各ネットワーク中継装置が、受信したフレームに付加されている当該フレームの転送優先度情報を取得する転送優先度情報取得工程と、
   各ネットワーク中継装置が、当該取得した転送優先度情報に基づいて、自身が保持しているネットワークトポロジーの決定要因となる情報を変更する工程と、を有し、
   前記ネットワークトポロジーの決定要因となる情報はブリッジプライオリティ値であり、前記転送優先度情報取得工程は、ノードと直接接続されているポートで受信したフレームに付加されている転送優先度情報を取得するネットワークトポロジー構築方法。

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