JP5967601B2 - Id/ロケータ分離に基づくネットワークのマルチホーミング環境におけるリンク障害検出および正常動作中のリンクへのセッション切り替えの方法 - Google Patents
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Description
各HGWはグローバルネットワークに接続される。すなわち、各HGWは、グローバルネットワークを介して通信する。
ホストAがリンク障害を検出するステップと、
ホストAが、ホストAの別の正常動作中のリンクおよび正常動作中のリンクを介して接続されたゲートウェイ、HGW2を選択するステップと、
ホストAが、正常動作中のリンクに属するグローバルロケータ(GLoc)を、ホストAの新しいGLoc、GLoc2として選択するステップと、
ホストAからピアホスト登録メッセージを送信することによってホストBのIDおよびGLoc、すなわちID対GLoc4マッピングをHGW2において登録し、ホストBのID対GLoc4マッピングがHGW2の表に記憶されるステップと、
ホストAからロケータ更新メッセージを送信することによって、ホストBを、正常動作中のリンクに属するホストAのID対GLoc2マッピングで更新するステップと、
ホストBからピアホスト登録メッセージを送信することによって、ホストBに接続されたHGW4を、ホストAのID対GLoc2マッピングで更新するステップと、
ホストAからHNRレコード更新メッセージを送信することによってHNRレコードを更新し、リンク障害に属するGLoc1を、HNRレコードに記憶されたホストAのID対GLocマッピング内の正常動作中のリンクに属するGLoc2で置換するステップと
を含む。
HGW1が上流側リンク障害を検出するステップと、
HGW1からホストAへ、GLoc到達不能メッセージを送信するステップと
をさらに含む。
2つのタイマ、プローブタイマおよびキープアライブタイマを使用して、ホストAおよびホストBにおけるパケット送信インスタンスおよびパケット受信インスタンスを連続してモニタするための機能を有することによって、HGW1、HGW4、またはHGW1とHGW4との間の経路における障害を検出するステップを含み、パケット送信後にプローブタイマは開始され、キープアライブタイマは停止され、パケット受信後にキープアライブタイマは開始され、プローブタイマは停止され、キープアライブタイマが指定のキープアライブタイムアウト値に達した場合、一連のキープアライブパケットが、前のキープアライブタイムアウト値の半分の間隔で送信され、プローブタイマが指定のプローブタイムアウト値に達した場合、一連のプローブパケットが、各々、前のプローブタイムアウト値の半分の間隔において送信され、ホストAがホストAから送信されたプローブパケットに対するいかなる応答も受信しない場合、ホストAは、障害検出およびセッション回復を開始して、
ホストBの現在使用されているリンクID対GLocマッピングであるID対GLoc4マッピングを含む第1のピアホスト登録メッセージをHGW2へ送信し、
ホストBの他方のID対GLocマッピングであるID対GLoc3マッピングを含む第2のピアホスト登録メッセージをHGW1へ送信し、
ピアホスト登録応答がHGW2からのみ受信された場合に、ホストAはHGW1がダウンしていると判定し、
ホストAがHGW1とHGW2の両方からピアホスト登録応答を受信した場合に、ホストAは、HGW4、またはHGW1からHGW4へ通じる経路が故障を有すると判定する。
図1に、エッジネットワーク、グローバル中継ネットワーク、および論理制御ネットワークからなる、HIMALISアーキテクチャのネットワーク構成要素を示す。HIMALISはアーキテクチャの一例であり、特許請求される発明は、HIMALISアーキテクチャにだけ使用されるよう限定されるものではない。
グローバル中継ネットワークは、高速コアルータおよびエッジルータを含み、エッジネットワークを相互接続する。グローバル中継ネットワークは、グローバルネットワーク層プロトコルにおけるグローバルロケータ(GLoc)空間を使用して、ネットワークトポロジにおけるホストの位置を表し、パケットヘッダ内に存在する宛先GLocを中継ネットワーク経路制御インフラストラクチャにおけるラベルとして使用することによって、あるエッジネットワークから別のエッジネットワークへパケットを転送する。
DNRおよびHNRは、ホスト名解決に際してその役割を有し、ホスト名解決は、ホストがターゲットホストとの通信を開始するときに行われる。ターゲットホストがマルチホーム接続される場合には、ターゲットホスト名に対応する複数のGLocが、HNRに記憶されたレコードの中から問合せ側ホストによって取得される。リンク障害が発生すると、当該リンクと関連付けられたGLocは到達不能または利用不能になる。この場合、ターゲットホストは、HNRレコード更新要求を送信することによって、HNRレコードから当該GLocを削除させる。よって、HNRレコード更新は、以下の各項で記述されるマルチホーミング障害検出およびセッション切り替え機構の最後に行われ得る。
図3に、アプリケーションデータ、ならびにトランスポートヘッダ、IDヘッダおよびネットワークヘッダを含むパケットフォーマットを示す。(パケットはリンク層ヘッダも含むが、リンク層ヘッダは本発明の障害検出および回復機構の説明で使用されないため、ここでは図示されていない。)これらのヘッダの中で、IDヘッダおよびネットワークヘッダは、マルチホーミングサポートの観点から重要である。IDヘッダは(パラメータの中でも特に)IDを含み、ネットワークヘッダはロケータを含む。IDヘッダは、データ送信元ホストおよび宛先ホストのIDを含み、ネットワークヘッダは、HGWといった中間ノードのロケータを含む。IDヘッダに存在するIDはパケットがネットワークを横切る間に変化しないため、それらのIDは、ネットワークヘッダ内のロケータを変更するための参照値として使用される。この機能は、マルチホーミングでの障害回復の設計において利用される。IDヘッダは任意選択の部分も含み、この任意選択の部分は、リンク障害から回復するためのロケータ更新に関する情報を搬送するのに使用され得る。
図4は、ホストが2つの異なるリンクとマルチホーム接続されるホストマルチホーミングのシナリオを示す。この項では、説明を簡略にするために、各エッジネットワークはシングルホームである、すなわち、単一の上流側リンクを有する単一のHGWを介して中継ネットワークに接続されるものと仮定する。ホストは、エッジネットワークと接続する(またはエッジネットワークにアクセスする)ときに、ホストのLLocおよびGLocを割り当てられる。ネットワークアクセス中に、HGWも、HGWのID表に、HGWのエッジネットワークに位置するホストのID、LLoc、およびGLocを記憶する。図では、各ホストが2つのLLocを有し、それらのLLocは2つの異なるネットワーク層プロトコルに属し得る。例えば、ホストAのLLoc1はIPv4アドレス(例えば、10.10.1.2)であり、LLoc2はIPv6アドレス(例えば、2001:db8:1:200::2)であり得る。同様に、各ホストは2つのGLocを有し、それらのGLocは、実際には、中継ネットワークのGLoc空間(IPv4グローバルアドレスまたはIPv6グローバルアドレスであり得る)から各HGWの上流側インターフェースへ割り当てられたロケータである。そのため、それぞれのグローバルとして、ホストAはGLoc1およびGLoc2を有し、ホストBはGLoc3およびGLoc4を有する。
ホストのリンクがダウンしている場合、ホストは、ホストのHGWからも、ピアホストからも到達不能になる。例えば、図4において、セッションによって使用されるホストAのリンクがダウンしている場合、LLoc1は、HGW1から到達不能になり、したがって、ホストAは、ホストBからGLoc1に到達不能になる。この場合、セッションに及ぼすリンク障害の影響を低減するために、障害が発生したリンクから他方の正常動作中のリンクへ可能な限り早くセッションを切り替えるように(図6に示す)以下の機能が実行される。(1)リンク障害を検出し、(2)別の正常動作中のリンクを選択し、ピアホストのID対GLocマッピングを新しいHGW(すなわちHGW2)に登録し、(3)ホストBを、ホストAのGLocの新しい優位順で更新し、(4)HGW2を介してデータパケットを取得し、(5)障害が発生したリンクと関連付けられたGLocを削除することによってHNRレコードを更新する。これらの機能を短時間に実行することにより、ホストは、セッションが切断されるのを防ぐことができる。
HGWの上流側リンク(すなわち、中継ネットワークに接続されたリンク)がダウンしている場合、ホストは、ピアホストからホストのGLocに到達不能になるはずである。しかし、HGWは、依然として、ローカルホストからはHGWのLLocに到達可能のままのはずである。例えば、図4において、ホストAのセッションによって使用されるHGW1の上流側リンクがダウンしている場合、GLoc1は到達不能になり、したがって、ホストAは、ホストBからGLoc1に到達不能になるはずである。しかし、ホストAは、HGW1から、または同じエッジネットワークに位置する他のローカルホストからは、LLoc1において到達することができる。
HGWが故障すると、HGWのGLocとLLocの両方が到達不能になり、HGWは、GLocの到達不能性に関してローカルホストに知らせるためにローカルホストへいかなる通知も送信することができなくなるはずである。この場合、ホストが障害を検出し、短時間に障害から回復することができない場合には、セッションは切断され得る。したがって、発明者らは、後述するように、HGW障害の検出および回復の機構を開発した。
HGW障害検出機構は、ホスト・プロトコル・スタックの識別層において2つのタイマ(キープアライブタイマおよびプローブタイマ)を維持することによってパケット受信イベントおよびパケット送信イベントをモニタすることに基づいている。これら2つのタイマは、相互排他的であり、すなわち、一度に一方だけが実行されている。図8に、障害検出の動作の状態機械図を示す。初期状態では、両方のタイマがオフに設定されている。ホストがパケットを送信すると、ホストは(キープアライブタイマが実行中であった場合には)キープアライブタイマを停止し、プローブタイマを開始する。プローブタイマがすでに開始されていた場合には、ホストは、タイマのいかなる変更も行わない。ホストがパケットを受信すると、ホストは、(プローブタイマが実行中であった場合には)プローブタイマを停止し、キープアライブタイマを開始する。キープアライブタイマがすでに開始されていた場合には、ホストは、タイマのいかなる変更も行わない。
障害回復機構は、現在使用されている通信経路における故障したHGWの位置を指示するプロセスから開始する。説明を簡潔にするために、障害回復機構は、図7においてホストAによって開始されるものと仮定する。故障がホストAのローカルHGWに起因するものであったかどうか確認するために、ホストは、より高い優位を有するホストBのID対GLoc3マッピング(すなわち、まだセッションに使用されていないホストBの他のGLoc)を含む明示的ピアホスト登録メッセージをHGW1へ、より高い優位を有するホストBのID対GLoc4マッピング(すなわち、セッションに現在使用されているGLoc)を含む別のピア登録メッセージをHGW2へ送信する。ホストごとに利用できるGLocが3つ以上ある場合には、ホストは、ピアホストと通信するのに使用され得る候補GLocの数を制限する方法(ここでは規定しない)を適用し得る。これらのHGWが動作中である場合、各HGWは、ホストBのID対GLocマッピングを各HGWのID表に追加し、ホストAへ応答を送り返すはずである。以下の2つの事例が起こり得る。
このようにして、ローカルHGWおよびリモートHGWにおける故障が特定され、セッションが動作中のHGWを介して再開される。上述の障害検出および回復の方式は、中継ネットワークにおける輻輳または経路障害によって生じた通信セッションの分断を検出するのにも適用可能である。
先に各段落で言及したように、エッジマルチホーミングまたはサイトマルチホーミングは、エッジネットワークにおいて複数の上流側リンクを備える単一のHGWを有することによって、または(各々が1もしくは複数の上流側リンクを備える)複数のHGWを有することによって、行うことができる。前者の場合には、障害検出およびセッション回復手順は、前項においてホストマルチホーミングについて規定したように実行される。すなわち、HGWの1つの上流側リンクに障害がある場合に、HGWは「GLoc到達不能通知」をホストへ送信し、ホストは、次いで、他方のGLocを含むロケータ更新メッセージをピアホストへ送信する。したがって、以下の各段落では、後者のマルチホーミングの場合のみ、すなわち、複数のHGWを有するエッジネットワークと関連付けられる障害検出および回復機構について説明する。
エッジネットワークが複数のHGWを介して中継ネットワークに接続される場合、ホストは、ホストの単一のインターフェースを介して論理的にマルチホーム接続されることができ、またはホスト自体の2つ以上のインターフェースを介して物理的にマルチホーム接続されることができる。論理的マルチホームホストは、ダイナミックホスト設定プロトコル(Dynamic Host Configuration Protocol(DHCP))といった、ロケータ構成プロトコルによって同じインターフェースに割り当てられた(各々異なるHGWと関連付けられた)複数のLLocおよびGLocを取得することができる。同様に、物理的マルチホームホストも、ロケータ構成プロトコルを用いて複数のLLoc(インターフェースごとに少なくとも1つ)およびGLoc(各HGWから少なくとも1つ)を取得することができる。論理的マルチホームホストの場合には、エッジネットワークの複数のHGWが相互に協働してリンク障害からセッションを回復するが、ホストのリンクがダウンしているときにすべてのLLocおよびGLocが到達不能になる。これと対照的に、物理的マルチホームホストの場合には、障害が発生したリンクと関連付けられたLLocだけが到達不能になり、その他のリンクと関連付けられたホストのGLocおよびLLocは、到達可能、または動作中のままになるはずである。したがって、エッジ・ネットワーク・マルチホーミングの一般事例として、ここでは、以下に、物理的マルチホームホストのみについての障害検出およびセッション回復機構を説明する。
(ii)HGWの上流側リンクの障害:この場合には、障害が発生したHGW、すなわちHGW1が、(図11に示すように)GLoc到達不能通知を送信することによって、ローカルホストに、他方のHGWを使用するよう知らせる。HGW1は、2つのHGW間のリンクが動作している場合には、HGW1のID表に記憶されたすべてのID/GLocマッピングを他方のHGWに切り替えることができる。HGW1は、ホストがHGW2においてピアホスト登録を実行しなくて済むようにフラグを設定することによって、ホストへ送信されるGLoc到達不能メッセージにおいてその切り替えに関して指示する(そうでなければ、ホストAは、明示的ピアホスト登録または暗黙的ピアホスト登録を実行することによって、ホストBのID対GLocマッピングをHGW2にアップロードする必要がある)。ホストは、ピアホストへ、より高い優位値を有するGLoc2を含むロケータ更新メッセージを迅速に送信することができる。ピアホストは、HGW4が発信パケットの宛先ロケータフィールドにおいてGLoc2を使用することになるように、ピアホストのHGW4へのピアホスト登録を実行して、ID表をGLoc2で更新する。パケットは、HGW2に到着し、次いで、ネットワーク層ヘッダにおいてGLocからLLocへの変換をした後にホストAへ転送される。ホストAからの発信パケットは、同じ経路を逆方向にたどる。このようにして、セッションは、上流側リンク障害の場合には、HGW1からHGW2へうまく切り替えられる。
エッジルータは、エッジネットワークを支援して、エッジルータとHGWとの間のリンクの障害を迅速に検出させ、下流側パケットがエッジルータから棄却されるのを回避させることができる。このために、エッジルータは、障害が発生した場合に、エッジルータが下流側パケットを、残りの動作中のGLocのうちの1つへ(カプセル化によって)宛先変更することができるように、マルチホーム・エッジ・ネットワークの(異なるHGWに属する)すべてのGLocを記憶する。エッジルータは、HGWによってこれらのGLocを提供される。すなわち、HGWがエッジルータに接続し、エッジルータによって提供されるグローバル・ロケータ・プレフィックスからGLocを取得するときに、HGWもエッジルータに、HGWに到達するのに使用され得るHGWの代替のGLocに関する情報を提供する。例えば、図9では、HGW1は、GLoc1に加えてGLoc2においてもHGW1に到達できることがER1に分かるように、HGW1の代替のGLocとして、ER1にGLoc2を提供する。
このようにして、セッションは、GLoc1からGLoc2へスムーズに切り替えられる。
Claims (3)
- ユーザ機器であるホストと、ネットワーク機器であるゲートウェイの両方が、複数のインターフェースまたはリンクを介してネットワークに接続される前記ネットワークのための障害検出および障害回復の方法であって、
前記ホストは異なるリンクを介して異なるゲートウェイに接続され、第1のホストであるホストAは、ホストAのゲートウェイのうちの1つであるHGW1を介して、第2のホストであるホストBと通信しており、ホストBは、ホストBのゲートウェイのうちの1つであるHGW4を介してホストAと通信しており、ホストAおよびホストBは、他のゲートウェイであるHGW2およびHGW3をそれぞれ有し、HGW2およびHGW3は、ホストAとホストBとの間の前記通信には未だ使用されていないが、HGW1(もしくはHGW4)に接続されたホストAの(もしくはホストBの)リンクの障害が検出され、または、HGW1(もしくはHGW4)をエッジルータに接続するHGW1の(もしくはHWG4の)上流側リンクの障害が検出され、または障害のあるHGW1もしくはHGW4が検出された場合には、使用されることになり、前記ネットワークのための障害検出および障害回復の方法は、
ホストAがリンク障害を検出するステップと、
ホストAが、ホストAの別の正常動作中のリンクおよび前記正常動作中のリンクを介して接続されたゲートウェイであるHGW2を選択するステップと、
ホストAが、前記正常動作中のリンクに属するグローバルロケータ(Global Locator(GLoc))を、ホストAの新しいGLocであるGLoc2として選択するステップと、
ホストAからピアホスト登録メッセージを送信することによって、ホストBのIDおよびGLocであるID対GLoc4マッピングをHGW2において登録し、ホストBの前記ID対GLoc4マッピングがHGW2の表に記憶されるステップと、
ホストAからロケータ更新メッセージを送信することによって、ホストBを、前記正常動作中のリンクに属するホストAのID対GLoc2マッピングで更新するステップと、
ホストBからピアホスト登録メッセージを送信することによって、ホストBに接続されたHGW4を、ホストAのID対GLoc2マッピングで更新するステップと、
ホストAからHNRレコード更新メッセージを送信することによって前記HNRレコードを更新し、前記リンク障害に属するGLoc1を、HNRレコードに記憶されたホストAのID対GLocマッピング内の前記正常動作中のリンクに属するGLoc2で置換するステップとを含む、
ネットワークのための障害検出および障害回復の方法。 - HGW1が上流側リンク障害を検出するステップと、
HGW1からホストAへ、GLoc到達不能メッセージを送信するステップとをさらに含む、
請求項1に記載のネットワークのための障害検出および障害回復の方法。 - プローブタイマおよびキープアライブタイマの2つのタイマを使用してホストAおよびホストBにおけるパケット送信インスタンスおよびパケット受信インスタンスを連続してモニタするための機能を有することによって、HGW1、HGW4、またはHGW1とHGW4との間の経路における障害を検出するステップをさらに含み、
パケット送信後に前記プローブタイマは開始され、前記キープアライブタイマは停止され、パケット受信後にキープアライブタイマは開始され、プローブタイマは停止され、前記キープアライブタイマが指定のキープアライブタイムアウト値に達した場合、一連のキープアライブパケットが、前記先のキープアライブタイムアウト値の半分の間隔で送信され、前記プローブタイマが指定のプローブタイムアウト値に達した場合、一連のプローブパケットが、各々、前記先のプローブタイムアウト値の半分の間隔において送信され、ホストAがホストAから送信された前記プローブパケットに対するいかなる応答も受信しない場合、ホストAは、障害検出およびセッション回復を開始し、
ホストBの現在使用されているID対GLocマッピングであるID対GLoc4マッピングを含む第1のピアホスト登録メッセージをHGW2へ送信し、
ホストBの他方のID対GLocマッピングであるID対GLoc3マッピングを含む第2のピアホスト登録メッセージをHGW1へ送信し、
ピアホスト登録応答がHGW2からのみ受信された場合に、ホストAはHGW1がダウンしていると判定し、
ホストAがHGW1とHGW2の両方からピアホスト登録応答を受信した場合に、ホストAは、HGW4、またはHGW1からHGW4へ通じる前記経路が故障を有すると判定する、
請求項1に記載のネットワークのための障害検出および障害回復の方法。
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