JP4137728B2 - ブリッジ装置、及び該装置のブリッジ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のネットワークをレイヤ２レベルで接続するブリッジ装置、及び該装置のブリッジ処理方法に関し、なかでも特にネットワーク上のループを検出し、また、このようなループを論理的に切断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブリッジ装置とは、複数のネットワークをレイヤ２レベルで接続する装置のことである。ブリッジ装置を用いて拡張したネットワークにおいて、工事ミスなどによりネットワーク上にループができた場合、フレームが延々とネットワーク上を廻り続け、正常な通信が行えなくなる。この問題を解決するための従来技術として、スパニング・ツリー・プロトコルがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
スパニング・ツリー・プロトコルは、ブリッジ装置同士がＢＰＤＵ（Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）というフレームを定期的に交換し合い、ネットワーク上のループを監視し、万一、ループを検出した場合には、ループの原因となっているポートをブロッキング状態（フレームを中継しない状態）に遷移させることにより、論理的にループのない状態を維持し続けるものである。
【０００４】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ（アメリカ電子電気技術者学会）８０２．１Ｄ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信サービス事業者が、地理的に分散した複数のネットワークをレイヤ２レベルで透過的に接続するサービスを提供している。特に、イーサネット・フレームを転送するサービスのことを広域イーサネット・サービスと呼ぶ。
【０００６】
このような通信サービスを提供するためのプラットフォームとして、通信サービス事業者は自営の広域ネットワークを使用する。その際、その中では、スパニング・ツリー・プロトコルを使用することができない。
【０００７】
なぜなら、スパニング・ツリー・プロトコルを使用すると、顧客トラフィックに含まれるスパニング・ツリー・プロトコルのＢＰＤＵのフレームを通信サービス事業者内のブリッジ装置が処理してしまい、すべてのフレームをレイヤ２レベルで透過するという本来のサービスが提供できなくなるからである。
【０００８】
したがって、通信サービス事業者内の各ブリッジ装置には、スパニング・ツリー・プロトコルの機能を停止しておくこと、また、顧客トラフィックに含まれるＢＰＤＵを通常のデータ・フレームと同じように中継することが要求される。
このように、近年のネットワーク環境では、必ずしもスパニング・ツリー・プロトコルが使えるわけではない。その場合、工事ミスなどによりネットワーク上に生じるループに対して極めて弱いシステムであることが問題である。
【０００９】
本発明は、この問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、スパニング・ツリー・プロトコルを使用せずに、ネットワーク上のループを検出し、また、このループ検出時に、ポートをブロッキング状態に遷移させることにより、ネットワーク上に生じたループを論理的に切断する機能を持つブリッジ装置及びその処理方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
無限周回するループのあるネットワークでは、従来のブリッジ装置では、そのブリッジ装置内のアドレス学習テーブルにおいて、アドレス学習エントリのポート遷移が多発する。
【００１１】
本発明では、逆に、ブリッジ装置において、アドレス学習テーブルにおけるアドレス学習エントリのポート遷移の発生頻度をポート毎に監視することで、ループの検出を行い、検出したポートをブロッキング状態（フレームを中継しない状態）に遷移させ、ネットワーク上に生じたループを論理的に切断し、ネットワークのダウンを回避する。このようにして、スパニング・ツリー・プロトコルを使うことなしに、ブリッジにおいてループの検出および論理的な切断を行う。
【００１２】
具体的には、本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジ装置は、アドレス学習テーブルにおけるアドレス学習エントリのポート遷移の発生を検出するための第１ステップと、この発生回数をポート毎に記録するためのカウンタテーブルと、前記第１ステップでアドレス学習エントリのポート遷移を検出した際の遷移する前のポートと遷移した後のポートの双方について、前記カウンタテーブルのカウンタ値を１ずつ加算する第２ステップと、前記カウンタテーブルを常時監視し、あらかじめ指定された閾値に達した場合に、ネットワーク上にループがあると認識し、そのポートをブロッキング状態に遷移させる第３ステップと、前記カウンタテーブル内のカウンタ値を定期的にリセットするための第４ステップと、前記第３ステップによりポートをブロッキング状態に遷移させた場合、その内容を、コンソールメッセージ、ＳＹＳＬＯＧパケット、ＳＮＭＰトラップパケットを使って管理者に報告する第５ステップと、ブロッキング状態に移行したポートを管理者のオペレーションにより復帰させるためのコマンドと、ブロッキング状態に遷移させたポートについて、前記カウンタテーブル内のカウンタ値の一定期間内の増加量が、あらかじめ設定された上限値に達しなくなったことを確認した場合に、ループが取り除かれたものと判断し、自動的にポートのブロッキング状態を解除し復帰させる第６ステップを具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面を用いながら説明する。
【００１４】
図１および図２は、本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジの動作を説明するためのネットワーク構成図である。図中のブリッジ２０が、本発明のブリッジに該当する。図１はループのない正常なネットワーク構成を示し、図２は、図１のネットワーク構成において工事ミスが発生しループのある異常なネットワークに移った状態を示している。
【００１５】
まず、図１のネットワーク構成を説明する。パソコンが２台ずつ接続されたネットワークが４つ存在し、各ネットワーク（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）がブリッジ装置２０に接続されている。この例では、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術を使用し、ブリッジ装置２０は、ネットワーク１１ａとネットワーク１１ｂをレイヤ２レベルで接続し、また、ネットワーク１１ｃとネットワーク１１ｄもレイヤ２レベルで接続している。
【００１６】
すなわち、ネットワーク１１ａとネットワーク１１ｂがレイヤ２レベルでグループ化されたＶＬＡＮ１３ａと、ネットワーク１１ｃとネットワーク１１ｄがレイヤ２レベルでグループ化されたＶＬＡＮ１３ｂが存在し、ＶＬＡＮ１３ａとＶＬＡＮ１３ｂ間のレイヤ２レベルでの通信は遮断されている。つまり、パソコン１０ａ、パソコン１０ｂ、パソコン１０ｃ、パソコン１０ｄ間の相互通信が可能であり、同様に、パソコン１０ｅ、パソコン１０ｆ、パソコン１０ｇ、パソコン１０ｈ間の相互通信が可能である。
【００１７】
図２は、図１のネットワーク構成において、工事ミスによりリンク（短絡経路）１４が出現し、ネットワークにループが発生した状態を示している。この場合、ブリッジ装置２０がポート１２ａとポート１２ｂ間のフレーム中継を続けてしまうと、フレームがネットワーク上をループ（無限周回）し続け、ＶＬＡＮ１３ａ内での正常な通信が行えない状態に陥り、また、ブリッジ装置２０内ではアドレス学習エントリのポート遷移が多発し過負荷状態となり、フレーム中継パフォーマンスの低下につながり、ループが生じているＶＬＡＮ１３ａとは無関係のＶＬＡＮ１３ｂの通信にも悪影響を与える。
【００１８】
図３は、本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジ装置２０の機能ブロック図である。比較のために、従来型のブリッジ装置２００の機能ブロック図を図４に示す。図３と図４を比較してわかるように、本発明のために新しく追加した機能ブロックは、アドレス学習テーブル監視部３１、カウンタテーブル３２、ループ検出／切断部３３、カウンタリセット部３４、自動復帰制御部３５、切り替えスイッチ３６である。
【００１９】
ポート１２ａ〜ポート１２ｄは、ブリッジ装置とネットワークとの接続点であり、フレームを送受信するためのインタフェースである。アドレス学習処理部２１は、それぞれのポート（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）からフレームを受信したときに動作し、アドレス学習テーブル２２に、受信フレームの送信元アドレスと受信ポートの情報を記録する。
【００２０】
例えば、図１において、パソコン１０ａがフレームを送信すると、ブリッジ２０は、ポート１２ａからこのフレームを受信するため、パソコン１０ａのアドレスと受信ポート１２ａの情報をアドレス学習テーブル２２に登録する。
【００２１】
このようにして、図１において、すべてのパソコンがフレームを送信した場合、ブリッジ２０のアドレス学習テーブル２２は図５のような状態になる。図１のようにループのない正常なネットワークの場合、ブリッジ２０が、各パソコンからのフレームを受信するポートは、パソコン毎に固定されるため、アドレス学習テーブル２２は図５の状態で安定する。
【００２２】
アドレス学習テーブル２２は、図５に示す通り、どのノードがどのポートの先に接続されているかを記憶するための領域であり、アドレス学習エントリ２５の集合である。
【００２３】
フォワーディング処理部２３は、ポート１２ａ〜１２ｄからフレームを受信したときに、そのフレームの宛先アドレスがアドレス学習テーブル２２に登録されているかどうかを調べ、中継先のポートを決定し、決定したポートからフレームを送信する。
【００２４】
このとき、無駄なフレーム中継処理を省いている。例えば、パソコン１０ａがパソコン１０ｂ宛に送信したフレームは、アドレス学習テーブル２２を参照することで、フレームを受信したポート１２ａの先に宛先となるノードが存在していることを判断できるので、フレームの中継を行わず廃棄を行う。
【００２５】
エージング処理部２４は、アドレス学習テーブル２２において、一定期間アップデートされなかったアドレス学習エントリ、すなわち、時間が経過し信頼性の低くなったアドレス学習エントリを削除するためのものである。
【００２６】
古くなった情報を保持し続けていると、次のような通信障害を生じることがある。例えば、図１において、パソコン１０ｂをネットワーク１１ａ側からネットワーク１１ｂ側へと物理的に移動した場合を考える。
【００２７】
図６にこのときのイメージ図を示す。このとき、ブリッジ２０がアドレス学習テーブル２２に記憶しているパソコン１０ｂがポート１２ａ側に存在するという古い誤った情報を保持し続けていると、パソコン１０ａがパソコン１０ｂに送信したフレームをネットワーク１１ｂ側へ中継しないため、通信が成立しない。
【００２８】
この場合、パソコン１０ｂが、移動後、最初のフレームを送信した時点で、ブリッジ２０はアドレス学習テーブル２２の内容を正しい情報に書き直すことができ、パソコン１０ａがパソコン１０ｂ宛へ送信したフレームを正しくポート１２ｂ側へ中継するようになり、通信が成立する。このような通信障害をなくすために、エージング処理部２４により、古くなった情報を削除する必要がある。
【００２９】
次に、本発明によるブリッジが、ループを検出するための手段として使用するアドレス学習エントリのポート遷移について説明する。例えば、図２に示すようなループのあるネットワーク構成において、パソコン１０ａがブロードキャスト・フレーム（同一ＶＬＡＮ内の全ノード宛のフレーム）を送信した場合について説明する。
【００３０】
なお、ブロードキャスト・フレームを受信したブリッジは、ＶＬＡＮでグループ化されている他のポートすべてに中継しなければならない。
【００３１】
図２に示すように、パソコン１０ａによって送信されたブロードキャスト・フレームは、経路１５を通り、ブリッジ２０のポート１２ａおよびポート１２ｂの双方に到着する。ブリッジ２０は、ポート１２ａからこのフレームを受信したとき、アドレス学習テーブル２２に、パソコン１０ａのアドレスと、そのポート情報としてポート１２ａを記録し、ポート１２ｂへフレームを中継する。
【００３２】
同様に、ポート１２ｂからこのフレームを受信したとき、アドレス学習テーブル２２に、パソコン１０ａのアドレスと、そのポート情報としてポート１２ｂを記録し、ポート１２ａへフレームを中継する。なお、リンク１４によりネットワーク１１ａとネットワーク１１ｂが接続されたことにより、ポート１２ａから送信したフレームは再びポート１２ｂへ到着し、同様に、ポート１２ｂから送信したフレームもポート１２ａへ到着する。
【００３３】
以後、この繰り返しで、ブリッジ２０は何度も何度も同じフレームを中継するとともに、アドレス学習テーブル２２では図７に示すようなアドレス学習エントリのポート遷移が多発する。
【００３４】
図７は、パソコン１０ａのアドレスを持ったアドレス学習エントリ２５のポート情報をポート１２ａからポート１２ｂに書き換えたり、ポート１２ｂからポート１２ａへ書き換えたりしている様子を示したものである。このように、ループのあるネットワークでは、アドレス学習エントリのポート遷移が多発する。本発明では、このようなアドレス学習エントリのポート遷移の発生状況を見て、逆に、ループ検出を行い、またネットワーク上に生じたループを論理的に切断するものであり以下に詳述する。
【００３５】
アドレス学習テーブル監視部３１は、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このアドレス学習テーブル監視部３１は、アドレス学習テーブル２２におけるアドレス学習エントリのポート遷移の発生状況を監視し、その発生回数をカウンタテーブル３２にポート毎に記録する。その具体的な動作としては、アドレス学習エントリのポート遷移を検出する毎に、遷移する前のポートと遷移した後のポートの双方のポートについて、カウンタテーブル３２内のカウンタ値を１ずつ加算する。
【００３６】
このカウンタテーブル３２も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このカウンタテーブル３２は、アドレス学習エントリのポート遷移の発生回数をポート毎に記録するための記憶領域であり、ポート毎にカウンタ値を持っている。図８は、このカウンタテーブル３２を説明するためのの一例を示す図である。図８からわかるように、ポート１２ｃとポート１２ｄはカウント値が「０」であるのに対し、ポート１２ａとポート１２ｂはリンク１４によりループが生じているためにカウンタ値が「１８」「２１」というように逐次加算された状態になっている。
【００３７】
次に、ループ検出／切断部３３も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このループ検出／切断部３３は、常時、カウンタテーブル３２を監視し、カウンタ値があらかじめ設定された閾値に達した場合に、ループ発生と判定し、そのポートをブロッキング状態（フレームを中継しない状態）に遷移させることで、ネットワーク上に生じたループを論理的に切断する。また、コンソールメッセージ、ＳＹＳＬＯＧパケット、ＳＮＭＰトラップパケットを使って、管理者にループを検出したことを告知する機能も有している。なお、管理者はネットワークに発生したループを取り除いたのち、コマンドを使ってブロッキング状態に遷移したポートを復旧させることができる。
【００３８】
次に、カウンタリセット部３４も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このカウンタリセット部３４は、定期的に、カウンタテーブル３２のカウンタ値を０にリセットするためのものである。これによりループ検出／切断部３３は、アドレス学習エントリのポート遷移の発生状況を、単位時間あたりの発生回数、すなわち発生頻度で認識することができる。
【００３９】
アドレス学習エントリのポート遷移は、図６のようにループでなくパソコンを移動した場合にも発生するため、より正確にループの発生を検出するためには、発生頻度を用いなければならない。
【００４０】
次に、自動復帰制御部３５も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。自動復帰制御部３５は、切り替えスイッチ３６により、無効にすることも有効にすることもできる。切り替えスイッチ３６により、自動復帰制御部３５を有効にすることで、ブロッキング状態に遷移させたポートを、自動的に復帰させることができる。
【００４１】
ただし、その自動復帰を行う場合は、ブロッキング状態に遷移させたポートでもアドレス学習処理を継続しておき、カウンタリセット部３２はブロッキング状態に遷移しているポートに関しては、カウンタ値のリセットを行わないように設定しておく必要がある。
【００４２】
この状態で、自動復帰制御部３５は、一定期間の前後で測ったカウンタ値をそれぞれ、図示しないメモリ部に格納し、格納したそれぞれのカウンタ値の差を演算することにより、増加量を計算する。その計算した増加量があらかじめ設定された上限値を下回っている場合には、ループが取り除かれているものと判断して、自動的に、そのポートのブロッキング状態を解除し再びフレーム中継に復帰させる。
【００４３】
本発明によるブリッジ２０は、以上述べたようなループ検出および切断機能を持つため、図１から図２のようにループのあるネットワーク構成に移行した場合でも、いち早く、ポート１２ａおよびポート１２ｂにおいてループの検出を行うことができ、ポート１２ａとポート１２ｂをブロッキング状態に遷移させ、論理的にループのないネットワークを維持することができる。また同時に、アドレス学習エントリのポート遷移の多発も防ぎ、ブリッジ２０は過負荷状態にならないため、ループの発生していないＶＬＡＮ１３ｂのフレーム中継処理のパフォーマンス低下も回避できる。更にまた、図２から図１のようにループのない正常な状態に戻ったときに、自動的にポートのブロッキング状態を解除し、フレーム中継を再開することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、スパニング・ツリー・プロトコルが使用できないネットワーク環境に設置されるブリッジにおいても、スパニング・ツリー・プロトコルを使用することなく、工事ミスなどによるネットワークのループを検出し、また、ループを論理的に切断することができる。
【００４５】
これにより、フレームのループを回避し、ネットワークがダウンするのを防ぐことができるとともに、ブリッジがアドレス学習テーブル内のアドレス学習エントリのポート遷移の多発による過負荷状態になることが回避でき、ループとは無関係のネットワークのフレーム中継処理に悪影響を及ぼすこともない。
また、本発明は、ループのある状態からループのない状態に戻った場合に、これを自動的に検出し、フレーム中継を再開することもできる。
【００４６】
更にまた、本発明は、アドレス学習エントリのポート遷移の発生頻度を基準としてループを検出するため、ノードを移動することによって一時的に発生するアドレス学習エントリのポート遷移を検出してもループと誤認識することがない。更にまた、本発明は、従来型のブリッジが持つアドレス学習機能を利用し、ループを検出するため、実装が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ループのないネットワーク構成図。
【図２】ループのあるネットワーク構成図。
【図３】本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジ装置の機能ブロック図。
【図４】従来型のブリッジ装置の機能ブロック図。
【図５】アドレス学習テーブルを説明するための説明図。
【図６】パソコンの移動例を示す例示図。
【図７】アドレス学習テーブルにおけるアドレス学習エントリのポート遷移を説明するための説明図。
【図８】カウンタテーブルを説明するための説明図。
【符号の説明】
１０ パソコン
１１ ネットワーク
１２ ポート
１３ ＶＬＡＮ
１４ リンク
１５ 経路
２０ ブリッジ
２１ アドレス学習処理部
２２ アドレス学習テーブル
２３ フォワーディング処理部
２４ エージング処理部
２５ アドレス学習エントリ
３１ アドレス学習テーブル監視部
３２ カウンタテーブル
３３ ループ検出／切断部
３４ カウンタリセット部
３５ 自動復帰制御部
３６ 切り替えスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のネットワークをレイヤ２レベルで接続するブリッジ装置、及び該装置のブリッジ処理方法に関し、なかでも特にネットワーク上のループを検出し、また、このようなループを論理的に切断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブリッジ装置とは、複数のネットワークをレイヤ２レベルで接続する装置のことである。ブリッジ装置を用いて拡張したネットワークにおいて、工事ミスなどによりネットワーク上にループができた場合、フレームが延々とネットワーク上を廻り続け、正常な通信が行えなくなる。この問題を解決するための従来技術として、スパニング・ツリー・プロトコルがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
スパニング・ツリー・プロトコルは、ブリッジ装置同士がＢＰＤＵ（Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）というフレームを定期的に交換し合い、ネットワーク上のループを監視し、万一、ループを検出した場合には、ループの原因となっているポートをブロッキング状態（フレームを中継しない状態）に遷移させることにより、論理的にループのない状態を維持し続けるものである。
【０００４】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ（アメリカ電子電気技術者学会）８０２．１Ｄ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信サービス事業者が、地理的に分散した複数のネットワークをレイヤ２レベルで透過的に接続するサービスを提供している。特に、イーサネット・フレームを転送するサービスのことを広域イーサネット・サービスと呼ぶ。
【０００６】
このような通信サービスを提供するためのプラットフォームとして、通信サービス事業者は自営の広域ネットワークを使用する。その際、その中では、スパニング・ツリー・プロトコルを使用することができない。
【０００７】
なぜなら、スパニング・ツリー・プロトコルを使用すると、顧客トラフィックに含まれるスパニング・ツリー・プロトコルのＢＰＤＵのフレームを通信サービス事業者内のブリッジ装置が処理してしまい、すべてのフレームをレイヤ２レベルで透過するという本来のサービスが提供できなくなるからである。
【０００８】
したがって、通信サービス事業者内の各ブリッジ装置には、スパニング・ツリー・プロトコルの機能を停止しておくこと、また、顧客トラフィックに含まれるＢＰＤＵを通常のデータ・フレームと同じように中継することが要求される。
このように、近年のネットワーク環境では、必ずしもスパニング・ツリー・プロトコルが使えるわけではない。その場合、工事ミスなどによりネットワーク上に生じるループに対して極めて弱いシステムであることが問題である。
【０００９】
本発明は、この問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、スパニング・ツリー・プロトコルを使用せずに、ネットワーク上のループを検出し、また、このループ検出時に、ポートをブロッキング状態に遷移させることにより、ネットワーク上に生じたループを論理的に切断する機能を持つブリッジ装置及びその処理方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
無限周回するループのあるネットワークでは、従来のブリッジ装置では、そのブリッジ装置内のアドレス学習テーブルにおいて、アドレス学習エントリのポート遷移が多発する。
【００１１】
本発明では、逆に、ブリッジ装置において、アドレス学習テーブルにおけるアドレス学習エントリのポート遷移の発生頻度をポート毎に監視することで、ループの検出を行い、検出したポートをブロッキング状態（フレームを中継しない状態）に遷移させ、ネットワーク上に生じたループを論理的に切断し、ネットワークのダウンを回避する。このようにして、スパニング・ツリー・プロトコルを使うことなしに、ブリッジにおいてループの検出および論理的な切断を行う。
【００１２】
具体的には、本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジ装置は、アドレス学習テーブルにおけるアドレス学習エントリのポート遷移の発生を検出するための第１ステップと、この発生回数をポート毎に記録するためのカウンタテーブルと、前記第１ステップでアドレス学習エントリのポート遷移を検出した際の遷移する前のポートと遷移した後のポートの双方について、前記カウンタテーブルのカウンタ値を１ずつ加算する第２ステップと、前記カウンタテーブルを常時監視し、あらかじめ指定された閾値に達した場合に、ネットワーク上にループがあると認識し、そのポートをブロッキング状態に遷移させる第３ステップと、前記カウンタテーブル内のカウンタ値を定期的にリセットするための第４ステップと、前記第３ステップによりポートをブロッキング状態に遷移させた場合、その内容を、コンソールメッセージ、ＳＹＳＬＯＧパケット、ＳＮＭＰトラップパケットを使って管理者に報告する第５ステップと、ブロッキング状態に移行したポートを管理者のオペレーションにより復帰させるためのコマンドと、ブロッキング状態に遷移させたポートについて、前記カウンタテーブル内のカウンタ値の一定期間内の増加量が、あらかじめ設定された上限値に達しなくなったことを確認した場合に、ループが取り除かれたものと判断し、自動的にポートのブロッキング状態を解除し復帰させる第６ステップを具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面を用いながら説明する。
【００１４】
図１および図２は、本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジの動作を説明するためのネットワーク構成図である。図中のブリッジ２０が、本発明のブリッジに該当する。図１はループのない正常なネットワーク構成を示し、図２は、図１のネットワーク構成において工事ミスが発生しループのある異常なネットワークに移った状態を示している。
【００１５】
まず、図１のネットワーク構成を説明する。パソコンが２台ずつ接続されたネットワークが４つ存在し、各ネットワーク（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）がブリッジ装置２０に接続されている。この例では、ＶＬＡＮ（ＶｉｒｔｕａｌＬｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術を使用し、ブリッジ装置２０は、ネットワーク１１ａとネットワーク１１ｂをレイヤ２レベルで接続し、また、ネットワーク１１ｃとネットワーク１１ｄもレイヤ２レベルで接続している。
【００１６】
すなわち、ネットワーク１１ａとネットワーク１１ｂがレイヤ２レベルでグループ化されたＶＬＡＮ１３ａと、ネットワーク１１ｃとネットワーク１１ｄがレイヤ２レベルでグループ化されたＶＬＡＮ１３ｂが存在し、ＶＬＡＮ１３ａとＶＬＡＮ１３ｂ間のレイヤ２レベルでの通信は遮断されている。つまり、パソコン１０ａ、パソコン１０ｂ、パソコン１０ｃ、パソコン１０ｄ間の相互通信が可能であり、同様に、パソコン１０ｅ、パソコン１０ｆ、パソコン１０ｇ、パソコン１０ｈ間の相互通信が可能である。
【００１７】
図２は、図１のネットワーク構成において、工事ミスによりリンク（短絡経路）１４が出現し、ネットワークにループが発生した状態を示している。この場合、ブリッジ装置２０がポート１２ａとポート１２ｂ間のフレーム中継を続けてしまうと、フレームがネットワーク上をループ（無限周回）し続け、ＶＬＡＮ１３ａ内での正常な通信が行えない状態に陥り、また、ブリッジ装置２０内ではアドレス学習エントリのポート遷移が多発し過負荷状態となり、フレーム中継パフォーマンスの低下につながり、ループが生じているＶＬＡＮ１３ａとは無関係のＶＬＡＮ１３ｂの通信にも悪影響を与える。
【００１８】
図３は、本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジ装置２０の機能ブロック図である。比較のために、従来型のブリッジ装置２００の機能ブロック図を図４に示す。図３と図４を比較してわかるように、本発明のために新しく追加した機能ブロックは、アドレス学習テーブル監視部３１、カウンタテーブル３２、ループ検出／切断部３３、カウンタリセット部３４、自動復帰制御部３５、切り替えスイッチ３６である。
【００１９】
ポート１２ａ〜ポート１２ｄは、ブリッジ装置とネットワークとの接続点であり、フレームを送受信するためのインタフェースである。アドレス学習処理部２１は、それぞれのポート（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）からフレームを受信したときに動作し、アドレス学習テーブル２２に、受信フレームの送信元アドレスと受信ポートの情報を記録する。
【００２０】
例えば、図１において、パソコン１０ａがフレームを送信すると、ブリッジ２０は、ポート１２ａからこのフレームを受信するため、パソコン１０ａのアドレスと受信ポート１２ａの情報をアドレス学習テーブル２２に登録する。
【００２１】
このようにして、図１において、すべてのパソコンがフレームを送信した場合、ブリッジ２０のアドレス学習テーブル２２は図５のような状態になる。図１のようにループのない正常なネットワークの場合、ブリッジ２０が、各パソコンからのフレームを受信するポートは、パソコン毎に固定されるため、アドレス学習テーブル２２は図５の状態で安定する。
【００２２】
アドレス学習テーブル２２は、図５に示す通り、どのノードがどのポートの先に接続されているかを記憶するための領域であり、アドレス学習エントリ２５の集合である。
【００２３】
フォワーディング処理部２３は、ポート１２ａ〜１２ｄからフレームを受信したときに、そのフレームの宛先アドレスがアドレス学習テーブル２２に登録されているかどうかを調べ、中継先のポートを決定し、決定したポートからフレームを送信する。
【００２４】
このとき、無駄なフレーム中継処理を省いている。例えば、パソコン１０ａがパソコン１０ｂ宛に送信したフレームは、アドレス学習テーブル２２を参照することで、フレームを受信したポート１２ａの先に宛先となるノードが存在していることを判断できるので、フレームの中継を行わず廃棄を行う。
【００２５】
エージング処理部２４は、アドレス学習テーブル２２において、一定期間アップデートされなかったアドレス学習エントリ、すなわち、時間が経過し信頼性の低くなったアドレス学習エントリを削除するためのものである。
【００２６】
古くなった情報を保持し続けていると、次のような通信障害を生じることがある。例えば、図１において、パソコン１０ｂをネットワーク１１ａ側からネットワーク１１ｂ側へと物理的に移動した場合を考える。
【００２７】
図６にこのときのイメージ図を示す。このとき、ブリッジ２０がアドレス学習テーブル２２に記憶しているパソコン１０ｂがポート１２ａ側に存在するという古い誤った情報を保持し続けていると、パソコン１０ａがパソコン１０ｂに送信したフレームをネットワーク１１ｂ側へ中継しないため、通信が成立しない。
【００２８】
この場合、パソコン１０ｂが、移動後、最初のフレームを送信した時点で、ブリッジ２０はアドレス学習テーブル２２の内容を正しい情報に書き直すことができ、パソコン１０ａがパソコン１０ｂ宛へ送信したフレームを正しくポート１２ｂ側へ中継するようになり、通信が成立する。このような通信障害をなくすために、エージング処理部２４により、古くなった情報を削除する必要がある。
【００２９】
次に、本発明によるブリッジが、ループを検出するための手段として使用するアドレス学習エントリのポート遷移について説明する。例えば、図２に示すようなループのあるネットワーク構成において、パソコン１０ａがブロードキャスト・フレーム（同一ＶＬＡＮ内の全ノード宛のフレーム）を送信した場合について説明する。
【００３０】
なお、ブロードキャスト・フレームを受信したブリッジは、ＶＬＡＮでグループ化されている他のポートすべてに中継しなければならない。
【００３１】
図２に示すように、パソコン１０ａによって送信されたブロードキャスト・フレームは、経路１５を通り、ブリッジ２０のポート１２ａおよびポート１２ｂの双方に到着する。ブリッジ２０は、ポート１２ａからこのフレームを受信したとき、アドレス学習テーブル２２に、パソコン１０ａのアドレスと、そのポート情報としてポート１２ａを記録し、ポート１２ｂへフレームを中継する。
【００３２】
同様に、ポート１２ｂからこのフレームを受信したとき、アドレス学習テーブル２２に、パソコン１０ａのアドレスと、そのポート情報としてポート１２ｂを記録し、ポート１２ａへフレームを中継する。なお、リンク１４によりネットワーク１１ａとネットワーク１１ｂが接続されたことにより、ポート１２ａから送信したフレームは再びポート１２ｂへ到着し、同様に、ポート１２ｂから送信したフレームもポート１２ａへ到着する。
【００３３】
以後、この繰り返しで、ブリッジ２０は何度も何度も同じフレームを中継するとともに、アドレス学習テーブル２２では図７に示すようなアドレス学習エントリのポート遷移が多発する。
【００３４】
図７は、パソコン１０ａのアドレスを持ったアドレス学習エントリ２５のポート情報をポート１２ａからポート１２ｂに書き換えたり、ポート１２ｂからポート１２ａへ書き換えたりしている様子を示したものである。このように、ループのあるネットワークでは、アドレス学習エントリのポート遷移が多発する。本発明では、このようなアドレス学習エントリのポート遷移の発生状況を見て、逆に、ループ検出を行い、またネットワーク上に生じたループを論理的に切断するものであり以下に詳述する。
【００３５】
アドレス学習テーブル監視部３１は、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このアドレス学習テーブル監視部３１は、アドレス学習テーブル２２におけるアドレス学習エントリのポート遷移の発生状況を監視し、その発生回数をカウンタテーブル３２にポート毎に記録する。その具体的な動作としては、アドレス学習エントリのポート遷移を検出する毎に、遷移する前のポートと遷移した後のポートの双方のポートについて、カウンタテーブル３２内のカウンタ値を１ずつ加算する。
【００３６】
このカウンタテーブル３２も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このカウンタテーブル３２は、アドレス学習エントリのポート遷移の発生回数をポート毎に記録するための記憶領域であり、ポート毎にカウンタ値を持っている。図８は、このカウンタテーブル３２を説明するためのの一例を示す図である。図８からわかるように、ポート１２ｃとポート１２ｄはカウント値が「０」であるのに対し、ポート１２ａとポート１２ｂはリンク１４によりループが生じているためにカウンタ値が「１８」「２１」というように逐次加算された状態になっている。
【００３７】
次に、ループ検出／切断部３３も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このループ検出／切断部３３は、常時、カウンタテーブル３２を監視し、カウンタ値があらかじめ設定された閾値に達した場合に、ループ発生と判定し、そのポートをブロッキング状態（フレームを中継しない状態）に遷移させることで、ネットワーク上に生じたループを論理的に切断する。また、コンソールメッセージ、ＳＹＳＬＯＧパケット、ＳＮＭＰトラップパケットを使って、管理者にループを検出したことを告知する機能も有している。なお、管理者はネットワークに発生したループを取り除いたのち、コマンドを使ってブロッキング状態に遷移したポートを復旧させることができる。
【００３８】
次に、カウンタリセット部３４も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。このカウンタリセット部３４は、定期的に、カウンタテーブル３２のカウンタ値を０にリセットするためのものである。これによりループ検出／切断部３３は、アドレス学習エントリのポート遷移の発生状況を、単位時間あたりの発生回数、すなわち発生頻度で認識することができる。
【００３９】
アドレス学習エントリのポート遷移は、図６のようにループでなくパソコンを移動した場合にも発生するため、より正確にループの発生を検出するためには、発生頻度を用いなければならない。
【００４０】
次に、自動復帰制御部３５も、本発明のために、新しく追加した機能ブロックである。自動復帰制御部３５は、切り替えスイッチ３６により、無効にすることも有効にすることもできる。切り替えスイッチ３６により、自動復帰制御部３５を有効にすることで、ブロッキング状態に遷移させたポートを、自動的に復帰させることができる。
【００４１】
ただし、その自動復帰を行う場合は、ブロッキング状態に遷移させたポートでもアドレス学習処理を継続しておき、カウンタリセット部３２はブロッキング状態に遷移しているポートに関しては、カウンタ値のリセットを行わないように設定しておく必要がある。
【００４２】
この状態で、自動復帰制御部３５は、一定期間の前後で測ったカウンタ値をそれぞれ、図示しないメモリ部に格納し、格納したそれぞれのカウンタ値の差を演算することにより、増加量を計算する。その計算した増加量があらかじめ設定された上限値を下回っている場合には、ループが取り除かれているものと判断して、自動的に、そのポートのブロッキング状態を解除し再びフレーム中継に復帰させる。
【００４３】
本発明によるブリッジ２０は、以上述べたようなループ検出および切断機能を持つため、図１から図２のようにループのあるネットワーク構成に移行した場合でも、いち早く、ポート１２ａおよびポート１２ｂにおいてループの検出を行うことができ、ポート１２ａとポート１２ｂをブロッキング状態に遷移させ、論理的にループのないネットワークを維持することができる。また同時に、アドレス学習エントリのポート遷移の多発も防ぎ、ブリッジ２０は過負荷状態にならないため、ループの発生していないＶＬＡＮ１３ｂのフレーム中継処理のパフォーマンス低下も回避できる。更にまた、図２から図１のようにループのない正常な状態に戻ったときに、自動的にポートのブロッキング状態を解除し、フレーム中継を再開することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、スパニング・ツリー・プロトコルが使用できないネットワーク環境に設置されるブリッジにおいても、スパニング・ツリー・プロトコルを使用することなく、工事ミスなどによるネットワークのループを検出し、また、ループを論理的に切断することができる。
【００４５】
これにより、フレームのループを回避し、ネットワークがダウンするのを防ぐことができるとともに、ブリッジがアドレス学習テーブル内のアドレス学習エントリのポート遷移の多発による過負荷状態になることが回避でき、ループとは無関係のネットワークのフレーム中継処理に悪影響を及ぼすこともない。
また、本発明は、ループのある状態からループのない状態に戻った場合に、これを自動的に検出し、フレーム中継を再開することもできる。
【００４６】
更にまた、本発明は、アドレス学習エントリのポート遷移の発生頻度を基準としてループを検出するため、ノードを移動することによって一時的に発生するアドレス学習エントリのポート遷移を検出してもループと誤認識することがない。更にまた、本発明は、従来型のブリッジが持つアドレス学習機能を利用し、ループを検出するため、実装が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ループのないネットワーク構成図。
【図２】ループのあるネットワーク構成図。
【図３】本発明によるループ検出および切断機能を持つブリッジ装置の機能ブロック図。
【図４】従来型のブリッジ装置の機能ブロック図。
【図５】アドレス学習テーブルを説明するための説明図。
【図６】パソコンの移動例を示す例示図。
【図７】アドレス学習テーブルにおけるアドレス学習エントリのポート遷移を説明するための説明図。
【図８】カウンタテーブルを説明するための説明図。
【符号の説明】
１０ パソコン
１１ ネットワーク
１２ ポート
１３ ＶＬＡＮ
１４ リンク
１５ 経路
２０ ブリッジ
２１ アドレス学習処理部
２２ アドレス学習テーブル
２３ フォワーディング処理部
２４ エージング処理部
２５ アドレス学習エントリ
３１ アドレス学習テーブル監視部
３２ カウンタテーブル
３３ ループ検出／切断部
３４ カウンタリセット部
３５ 自動復帰制御部
３６ 切り替えスイッチ
Claims (9)
- 複数からなるネットワークを相互に接続するブリッジ装置であって、
前記ネットワークに接続されている端末装置からの送信元アドレスと受信したポート番号とを対応させて記録するアドレス学習テーブルと、
該アドレス学習テーブルに記録した前記送信元アドレスに対する前記ポート番号の遷移状況を監視し、前記ポート番号の遷移の都度、遷移した回数を計数するアドレス学習テーブル監視部と、
前記アドレス学習テーブル監視部において計数した計数値に基づいてポート毎に該計数値を記録するカウンタテーブルと、
該アドレス学習テーブル監視部において計数した計数値に基づいて、前記ネットワーク上の短絡経路により生じたループを検出し、前記ネットワーク上の前記短絡経路により生じた前記ループを検出した後に、前記ループが生じているポートをブロッキング状態に遷移させて前記ループを論理的に切断するループ検出／切断部と、
を備えるブリッジ装置。 - 前記ループ検出／切断部は、前記カウンタテーブルに記録した前記計数値があらかじめ設定された閾値に達した場合に、前記ネットワーク上の前記短絡経路により生じた前記ループを検出するとともに、前記ループが生じているポートをフレームを中継しないブロッキング状態に遷移させて前記ループを論理的に切断することを特徴とする請求項１に記載のブリッジ装置。
- 更に、前記カウンタテーブルの前記計数値を定期的にリセットするカウンタリセット部を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のブリッジ装置。
- 更に、前記ブロッキング状態に遷移させたポートについて、
前記カウンタテーブル内のカウンタ値の一定期間内の増加量が、あらかじめ設定された上限値に達しなくなったことを確認した場合に、ループが取り除かれたものと判断し、自動的にポートの前記ブロッキング状態を解除し復帰させることを特徴とする請求項１または２に記載のブリッジ装置。 - 複数からなるネットワークを相互に接続し、前記ネットワークに接続されている端末装置からの送信元アドレスと受信したポート番号とを対応させて記録するアドレス学習テーブルを有するブリッジ装置のブリッジ処理方法において、
前記アドレス学習テーブルに記録した前記送信元アドレスに対する前記ポート番号の遷移状況を監視し、前記ポート番号毎に遷移した回数を計数する計数ステップと、
計数した計数値に基づいて、前記ネットワーク上の短絡経路により生じたループを検出する検出ステップと、
からなることを特徴とするブリッジ処理方法。 - 更に、前記ネットワーク上の前記短絡経路により生じた前記ループを検出した後に、前記ループが生じているポートをフレームを中継しないブロッキング状態に遷移させて前記ループを論理的に切断する切断ステップと、からなることを特徴とする請求項５に記載のブリッジ処理方法。
- 前記検出ステップは、前記計数ステップにおいて計数した計数値をカウンタテーブルに記録する記録ステップと、前記カウンタテーブルに記録した前記計数値があらかじめ設定された閾値に達した場合に、前記ネットワーク上の前記短絡経路により生じた前記ループが生じていることを判定して検出する判定ステップと、からなることを特徴とする請求項６に記載のブリッジ処理方法。
- 更に、前記記録ステップにおいて前記カウンタテーブルに記録した前記計数値を定期的にリセットするリセットステップと、からなることを特徴とする請求項７に記載のブリッジ処理方法。
- 更に、前記ブロッキング状態に遷移させたポートについて、前記カウンタテーブル内のカウンタ値の一定期間内の増加量が、あらかじめ設定された上限値に達しなくなったことを確認した場合に、ループが取り除かれたものと判断し、自動的にポートの前記ブロッキング状態を解除し復帰させる自動復帰ステップと、からなることを特徴とする請求項７に記載のブリッジ処理方法。
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