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JP3746282B2 - ネットワークシステム、ノード装置、およびネットワーク管理装置 - Google Patents

ネットワークシステム、ノード装置、およびネットワーク管理装置 Download PDF

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JP3746282B2 JP2003324730A JP2003324730A JP3746282B2 JP 3746282 B2 JP3746282 B2 JP 3746282B2 JP 2003324730 A JP2003324730 A JP 2003324730A JP 2003324730 A JP2003324730 A JP 2003324730A JP 3746282 B2 JP3746282 B2 JP 3746282B2
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Description

本発明は仮想LAN(VLAN: Virtual LAN)システムに好適であり、特に、VLAN内のトラフィックの状況に応じてネットワークトポロジーを変化させ得るネットワークシステム、ノード装置、およびネットワーク管理装置に関する。
LAN(Local Area Network)の技術の進歩は早い。イーサネット(商標)については、80年代にIEEE802.3委員会において10BASE5の標準化が行われ、現在では、ギガビットイーサネットが、世界中の企業や一般家庭で用いられるようになった。また、最近では、LANの技術を一般公衆網すなわちWANの世界に適用することも盛んに行われるようになってきた。
LANが飛躍的に用いられるようになった一因は、LANスイッチをベースとしてサーバークライアントシステムをツリー構造で構成できるようになったことにある。従来のイエローケーブルによるシェアドメディアによるLANの場合、1台のクライアントがサーバにデータを送信しているときには、他のクライアントはデータを何も送信することができなかった。しかし、LANスイッチを用いた場合、LANスイッチの出力ポートでデータが衝突しない限り、同時にデータを送信することができるようになった。例えば、1台のクライアントがプリンタにデータフレームを転送している最中に、他のクライアントが同時にサーバにデータを転送できる。
以上のような理由により、LANスイッチを用いたツリー構造のLANが盛んに用いられるようになった。LANスイッチは、シェアドメディア形ではないので、LANスイッチに接続されるクライアントは自由にデータを送信することができる。
イーサネットには、アドレス解決の仕組みがある。送信元クライアントは、送信したい宛先のMAC(Media Access Control)アドレスが分からない場合には、アドレス解決用フレームの宛先アドレスをブロードキャストアドレスにして送信する。例えば上位プロトコルがIP(Internet Protocol)である場合、IPアドレスが一致する宛先のクライアントは、送信元クライアントに、その宛先MACアドレスを教える。このアドレス解決用フレームはブロードキャストアドレスであることから、クライアントに繋がっているLANスイッチでは、すべてのポートからアドレス解決用フレームを送信する。したがって、物理的に接続されているLANセグメント全体にブロードキャストフレームが届き、結局はLAN全体の効率が落ちる。このようなブロードキャストフレームの非効率的な送信は、イーサネットで大規模のWANを構成する場合に特に問題となる。また、WANとして通常のLANスイッチを用いるとLANセグメント全体にフレームが行き渡るため、セキュリティ上も大きい問題であった。
このような問題に対し、仮想LAN(以下、「VLAN」と表記する)では、VLANスイッチの機能を利用することにより、ネットワークのスケーラビリティとセキュリティを共に向上することができる。例えば、ブロードキャストやマルチキャストのフレームが届く範囲を論理的に限定することができる。これには、VLANスイッチのポートに入力するフレームをポート単位に区別する方式や、上位プロトコル単位で区別する方式など種々の方式が考えられる。例えば、ポート単位でフレームを区別するVLAN方式では、予め設定したポートにフレームが入力すると、該フレームはそのグループに含まれるポートのみからしか出力されない。VLANには、フレームヘッダに続けてVLANタグを明示的に記載する方法と、暗黙的にはタグを記載しない方法とがある。
VLANによれば、物理的には同一セグメントであっても、異なるVLANグループにはフレームが転送されることが無いため、セキュリティを向上できる。
VLANを用いることにより、LANのブロードキャストドメインを論理的に制限することが可能となり、ネットワークの規模が大きくなっても、ブロードキャストパケットを制限できるため、スケーラビリティが向上する。また、不要なパケットがLAN上に行き渡ることが無いため、セキュリティも向上する。
しかしながら、従来のVLANでは、同一VLAN識別子を持つグループにおいてトラフィックの偏りがある場合、同一VLANグループ内で輻輳状態が発生するばかりでなく、他のVLANグループのトラフィックにも悪影響を与えるという問題点がある。
本発明はかかる事情を考慮してなされたものであり、仮想LAN上のトラフィックを測定して制御し、輻輳を回避することのできるネットワークシステム、ノード装置、ネットワーク管理装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点に係るネットワークシステムは、ユーザエンドシステムに接続され、転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANエッジノードと、前記複数の仮想LANエッジノード間に伝送路を介して接続され、前記フレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANコアノードと、前記複数の仮想LANエッジノードのそれぞれにおける前記フレームの流入トラフィック量および流出トラフィック量を測定する測定手段と、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記流入トラフィック量が最大となる第1の仮想LANエッジノードおよび前記流出トラフィック量が最大となる第2の仮想LANエッジノードを決定する決定手段と、前記第1、第2の仮想LANエッジノードと前記複数の仮想LANコアノードの少なくともいずれかとを含む経路を特定する特定手段と、前記特定手段により特定された経路に対応する伝送路の帯域幅を拡大する帯域制御手段と、を具備するネットワークシステムである。
本発明の別の観点に係るネットワークシステムは、ユーザエンドシステムに接続され、転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANエッジノードと、前記複数の仮想LANエッジノード間に第1の伝送路及び第2の伝送路を介して接続され、前記フレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従ってフレームを転送する複数の仮想LANコアノードと、前記複数の仮想LANエッジノードのそれぞれにおける前記フレームの流入トラフィック量および流出トラフィック量を測定する測定手段と、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記流入トラフィック量が最大となる第1の仮想LANエッジノードおよび前記流出トラフィック量が最大となる第2の仮想LANエッジノードを決定する決定手段と、前記第1、第2の仮想LANエッジノードと前記複数の仮想LANコアノードの少なくともいずれかとを含む経路を特定する特定手段と、前記特定手段により特定された経路に対応して前記第2の伝送路が用いられ、他の経路に対応して前記第1の伝送路が用いられて前記フレームが転送されるように、前記仮想LANエッジノード及び前記仮想LANコアノードを制御する制御手段と、を具備するネットワークシステムである。
本発明によれば、仮想LANにおいてトラフィックの偏りがあるときでも、トラフィックが比較的大きい経路を推定でき、ノード間を結ぶ伝送路の帯域を増加するトラフィック制御により、ネットワークの輻輳状態を避けることが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るネットワークシステムの構成例を示す図である。説明の都合上、本構成例では、仮想LAN(VLAN)を構築するためのVLANエッジノードが3台設けられると共にVLANコアノードが3台設けられるものとするが、これらVLANエッジノードおよびVLANコアノードの設置台数は任意である。また、本実施形態に係るネットワークシステムの物理層は例えばイーサネット(商標)である。
3台のVLANエッジノードは、それぞれ、VLANエッジスイッチ107、108、109と第1の制御部114、115、116から構成される。VLANエッジスイッチと第1の制御部との間は制御線およびデータ線を介して接続される。図1において、制御線は点線で示してあり、データ線は実線で示してある。VLANエッジノードのVLANエッジスイッチ107には伝送路を介してエンドシステム101、102が接続され、VLANエッジスイッチ108には伝送路を介してエンドシステム103、104が接続され、VLANエッジスイッチ109には伝送路を介してエンドシステム105、106が接続される。なお、VLANエッジノードに接続可能なエンドシステムの数は任意である。
3台のVLANエッジノードは、それぞれが1台のVLANコアノードに伝送路を介して接続されている。図1に示すように、3台のVLANコアノードは、それぞれ、VLANコアスイッチ110、111、112と第2の制御部117、118、119から構成される。VLANコアスイッチと第2の制御部との間は、制御線およびデータ線を介して接続されている。
VLANエッジノードとVLANコアノードとの接続は、具体的には、それぞれのノードを構成するVLANエッジスイッチとVLANコアスイッチとの接続であり、これらは、ペア(対)をなす2本の伝送路を介して接続されている。また、3台のVLANコアノードを構成するVLANコアスイッチ間は、2ペアの伝送路によって互いに(リング状に)接続されている。
ネットワーク管理装置113は、本実施形態ではVLANコアノードのVLANコアスイッチ110に接続されている。
エンドシステム(101〜106)は、VLAN対応のネットワーク機能を備えていなくてもよいものとする。このため、エンドシステムに対するVLANエッジスイッチ107、108、109のネットワークインタフェースは、このようなエンドシステムとの間で送受されるVLANタグを持たない暗黙的なフレームを処理可能である。一方、VLANコアスイッチ110、111、112に対するVLANエッジスイッチ107、108、109のネットワークインタフェースは、VLANを構成するこれらエッジスイッチとの間で送受される、VLANタグを持つ明示的なフレームを処理可能である。
VLANコアスイッチ110、111、112のネットワークインタフェースは、VLANタグを持つフレームを送受信するため、これらVLANコアスイッチにおいては、MAC(Media Access Control)アドレスによるスイッチングを行う必要が無く、VLANタグのみで、フォワーディングを行う出力ポートを決めて良い。しかし、これらVLANコアスイッチは、後述するリンク集約(アグリゲーション)機能を用いるため、入力するVLANタグを見てスイッチングを行うことが可能であると共に、MACアドレスを見てフォワーディングを行うMACフォワーディング機能を併せ持つものとする。
上述したように第2の制御部117、118、119は、それぞれ、VLANコアスイッチ110、111、112と制御線とデータ線で接続されている。第2の制御部117、118、119は、制御線を用いて、VLANコアスイッチ110、111、112それぞれのタグフォワーディングテーブルを書き直すことができる。タグフォワーディングテーブルとは、入力するフレームのVLAN識別子と出力ポートとの関係を示すテーブルのことである。VLANコアスイッチに入力したフレームのVLANタグを読み込んでVLAN識別子を得て、このVLAN識別子をキーにしてタグフォワーディングテーブルを検索し、出力すべき出力ポートを導き出す。
上述したように、第1の制御部114、115、116は、それぞれ、VLANエッジスイッチ107、108、109と制御線及びデータ線を介して接続される。VLANエッジスイッチ側のネットワークでは、送受信するフレームに明示的にVLANタグが含まれている。一方、エンドシステム側のネットワークは暗黙的VLANであり、そのフレームにはVLANタグが含まれていない。このためすなわち、VLANエッジスイッチはVLANではないネットワークとVLANとの境目の役割を行う。
具体的には、例えば、エンドシステムからのフレームが入力するVLANエッジスイッチのポート単位にVLAN識別子を割り振るポートVLAN方式が考えられる。また、上位プロトコルに応じてVLAN識別子を割り振るプロトコルVLANなども考えられる。本実施形態では、ポートVLANで説明を行うが、本発明はVLAN方式には依存しない。第1の制御部は、制御線を用いて、VLAN(タグフォワーディング)テーブルを書き換えるものとする。VLANテーブルは、ポートVLAN方式の場合、エンドシステム側ポート番号、ネットワーク側ポート番号、およびVLAN識別子の関係を示すものとする。VLANエッジスイッチは、MACアドレスによるMACフォワーディングテーブルにより、同一VLAN識別子の複数の出力ポートから、ひとつの出力ポートを選択してフレームを出力する。第1の制御部114、115、116がそれぞれVLANエッジスイッチ107、108、109と接続されるデータ線は、ネットワーク管理装置113とのデータ通信に用いられる。
ネットワーク管理装置113と、第1の制御部114、115、116、第2の制御部117、118、119は、互いにデータ線で接続されており、VLANタグ付きフレームで通信を行うことが可能である。この通信のために、VLAN識別子VLAN-D(Default)が設定される。
VLANコアスイッチ110、111、112間はリング接続であることから、VLANエッジスイッチ間のデータ転送を行う際に経路が2つ存在してしまう。これを避ける目的として、データ転送の単一経路化を行うSTP(Spanning Tree Protocol)がVLANコアスイッチに実装される。あるいは、ネットワーク管理装置113から、第2の制御部117、118、119を通じてVLANコアスイッチを制御し、タグフォワーディングテーブルを用いて単一経路化することも可能である。なお、VLANコアスイッチ間がリング接続でない場合には、STPのような経路の単一化は不要である。
上述したように、VLANエッジスイッチ107、108、109とVLANコアスイッチ110、111、112は、それぞれ、1ペアの伝送路により接続されている。また、VLANコアスイッチ110、111、112も互いに1ペア(隣合う2台のVLANコアスイッチ間で2ペア)の伝送路により接続されている。独立したMACアドレスを用い、ペアをなす2本の伝送路にフレームを転送すると、経路が2つとみなされることから所期の動作とはならない。そこで、本実施形態では複数のリンクを集約して仮想的に1本のリンク(伝送路)に見せるリンク集約制御プロトコル(LACP:Link Aggregation Control Protocol)を利用する。LACPについてはIEEE802.3adで標準化されている。LACPは、ポート単位の複数のMACアドレスを、アグリゲータと呼ばれるリンク集約化レイヤによって仮想的にひとつのMACアドレスとして扱えるようにするプロトコルである。
以上のように構成された本実施形態のネットワークシステムにおいて、トラフィックを測定して制御することにより輻輳を回避する動作を説明する。
初期状態では、VLANエッジスイッチ107、108、109とVLANコアスイッチ110、111、112が、それぞれ、1本の伝送路で接続されているものとする。すなわち、初期状態では、VLANエッジスイッチ107、108、109とVLANコアスイッチ110、111、112とのペアをなす2本のリンクの内、VLAN識別子に1本のリンクしか割り振られない。
そして、VLANエッジスイッチ107、108、109のポートの入出力では、VLAN識別子単位でフレームのトラフィックが測定される。第1の制御部114、115、116は、それぞれVLANエッジスイッチ107、108、109にアクセスしてこの測定されたトラフィック情報を取得する。さらに、ネットワーク管理装置113は、第1の制御部114、115、116のそれぞれからトラフィック情報を吸い上げる。
ネットワーク管理装置113は、VLANエッジノードにおける外部ネットワークとの入出力トラフィック情報を収集する。本実施形態のように3台のVLANエッジノードの場合、VLANエッジノード間を結ぶ経路は6経路存在するとともに、外部ネットワークから3台のVLANエッジノードに入出力するトラフィックの情報は6個存在する。図1に示す3台のVLANエッジノードの場合は、VLANエッジノード間の経路のトラフィックは明示的に解を持つことができる。
一般的には、VLANエッジノードがn個存在する場合を考える必要がある。VLANエッジノードがn個存在する場合、それぞれのVLANエッジノード間を接続する経路は、n*(n−1)個存在する。測定可能なトラフィック量は、2n個であるため、nが4以上のときには、それぞれの経路を通過するトラフィックを求めることはできない。
今、図2に示すように、VLANネットワークにn個のエッジノードが存在すると仮定する。外部からエッジノード番号iに流入するトラフィック量をIiとし、かつ、エッジノード番号iから外部に流出するトラフィック量をEiとする。また、エッジノード番号kからエッジノード番号mへの経路を流れるトラフィック量をtkmとする。測定できるトラフィック量は、Ii(i=1からnまで)、Ei(i=1からnまで)である。
ここで、まず、ネットワークを流れるトラフィックが均等であると考える。その時には、Ii(i=1からnまで)は等しく、Ei(i=1からnまで)も等しい。このようになる条件としては、まず、すべての経路に流れるトラフィック量がすべて等しい状況であると考える。この時、エッジノードkからk以外のエッジノードへの経路のトラフィックtkj(j=1からnまで、kを除く)がすべて等しく、m以外のエッジノードからエッジノードmへ向かう経路のトラフィックtjm(j=1からnまで、mを除く)がすべて等しい。次に、トラフィックに不均衡が生じて、IkがIi(i=1からnまで)の中で最も大きくなり、かつ、EmがEi(i=1からnまで)のなかで最も大きくなった時を考える。トラフィックが変化し、トラフィックIkとトラフィックEmが最も大きくなるためには、エッジノードkからエッジノードmへ流れるトラフィック量tkmが大きくなることである。この経路以外のトラフィック量が増加する場合には、IkとEmが同時に最大となることが無い。
以上により、エッジノードのトラフィック情報から、エッジノード間の経路の中でトラフィックが最大となる経路を推定することができる。
ここで、同一のVLANグループにエンドシステム101、103、105が属している場合を考える。このグループをVLAN1とする。VLANグループの設定は、各ノードを手動で設定することが可能である。また、ネットワーク管理装置113より、第1の制御部、第2の制御部を介して、VLANエッジスイッチおよびVLANコアスイッチのパラメータを設定することが可能である。
ネットワーク管理装置113は、各エッジノードから吸い上げたトラフィック情報を用いて、上述した推定によりトラフィックの最も大きい経路を導き出す。導き出したイングレスVLANエッジノードからエグレスVLANエッジノードまでのトラフィックの中で、最もトラフィックが大きい経路の帯域を2倍にする。このため、該当する経路上のノード間でペアをなす伝送路の全て(すなわち2本の伝送路)が用いられるように、VLANエッジスイッチとVLANコアスイッチのタグフォワーディングテーブルを書き直す。
たとえば、VLANエッジスイッチ107からVLANエッジスイッチ108への経路上のトラフィックが最も大きい場合、VLANエッジスイッチ107のVLANフォワーディングテーブルを書き直し、VLAN識別子であるVLAN1のタグ付きフレームが該当する2本の伝送路に出力されるようにする。また、VLANコアスイッチ110のタグフォワーディングテーブルについても、VLANコアスイッチ111との間を接続する2本の伝送路(すなわちペアをなす伝送路)が使用されるように書き直す。具体的には、VLAN1という識別子を持つタグの出力ポートを2つに変更する。さらに、VLANコアスイッチ111のタグフォワーディングテーブルについても同様に書き直す。
以上のようにしてタグフォワーディングテーブルが書き直されることにより、イングレスVLANエッジスイッチ107とエグレスVLANエッジスイッチ108との伝送路が2本となる。LACPにより、これら2本の伝送路による転送帯域幅を2倍にする。その結果、当該VLANにおいて最もトラフィックが大きい経路の帯域を倍増することができ、これにより輻輳を回避することができる。
図3は、トラフィックを測定して制御することにより輻輳を回避する動作をより具体的に示すフローチャートである。なお、この動作はある一つのVLAN(例えば上記VLAN1)についてのものであって、VLAN別に同様の動作が繰り替えされる。まずステップS0〜S3において、ネットワーク管理装置113は、全てのエッジノードi(i=1〜n)から、それぞれのイングレストラフィック量及びエグレストラフィック量を得る。次にステップS4において、ネットワーク管理装置113は、イングレストラフィック量が最も大きいのは例えばノードkであると決定し、ステップS5においては、エグレストラフィック量が最も大きいのは例えばノードmであると決定する。次にステップS6において、ネットワーク管理装置113は、ステップS4及びステップS5の結果から、ノードkからノードmへの経路のトラフィックが大きいものと決定する。続いてネットワーク管理装置113は、事前に設定されているネットワークトポロジ情報と使用中帯域を示す情報とに基づいて、ノードkからノードmへの最短経路を決定する。次に、ネットワーク管理装置113は、ステップS7において決定された経路上のエッジノードkの第1の制御部に対し、帯域を2倍にするようメッセージ(指令)を与える(ステップS8)。また、ステップS7において決定された経路上のコアノードの第2の制御部に対し、帯域を2倍にするようメッセージ(指令)を与える(ステップS9)。さらに、ネットワーク管理装置113は、ステップS7において決定された経路上のエッジノードmの第1の制御部に対し、帯域を2倍にするようメッセージを与える(ステップS10)。そして、各ノードの第1の制御部及び第2の制御部は、当該VLANに対応するタグフォワーディングテーブルを書き直す。
なお、トラフィック情報については、常にネットワーク管理装置113によりモニターしておき、他にトラフィックが増加した経路がある場合は、前述で追加した経路を解放して、新たな経路の帯域を2倍にする。また、特定の時間間隔で、前述で追加した経路を解放することも考えられる。
また本実施形態においては、説明の都合上、VLANエッジスイッチ107、108、109とVLANコアスイッチ110、111、112がそれぞれペアをなす2本の伝送路で接続され、また、VLANコアスイッチ110、111、112も互いにペアをな2本の伝送路で接続されるものとして説明した。しかしながら、スイッチ間の伝送路の本数は、1ペア(=2本)に限定されない。このような伝送路ペアは、伝送路の本数が実際に2本であってもよいし、実際には伝送路が1本であるが、時分割多重など種々の多重技術を利用することにより、等価的に伝送路ペア(或いはそれ以上の伝送路組)を確保するようにしてもよい。要するに、輻輳回避のためのトラフィック制御に応答して帯域幅を制御可能であるならば、物理的な伝送路の本数は任意である。
また、本実施形態では、ネットワーク管理装置113はVLANコアノードのVLANコアスイッチ110と接続されるものとして説明したが、ネットワーク管理装置113がVLANエッジノードに接続されても良い。あるいは、ネットワーク管理装置113がVLAN内における他の任意のVLANコアノードに接続されても良い。
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係るネットワークシステムの構成例を示す図である。第1実施形態と同様に、第2実施形態においても、VLANエッジノードが3台であり、VLANコアノードが3台であることを想定している。
VLANエッジノードは、それぞれ、VLANエッジスイッチ207、208、209と第1の制御部214、215、216とからから構成される。VLANエッジスイッチと第1の制御部との間は制御線およびデータ線を介して接続される。VLANエッジノードのVLANエッジスイッチ207には伝送路を介してエンドシステム201、202が接続され、VLANエッジスイッチ208には伝送路を介してエンドシステム203、204が接続され、VLANエッジスイッチ209には伝送路を介してエンドシステム205、206が接続される。なお、VLANエッジノードに接続可能なエンドシステムの数は任意である。
3台のVLANエッジノードは、それぞれが1台のVLANコアノードに伝送路を介して接続されている。図4に示すように、3台のVLANコアノードは、それぞれ、VLANコアスイッチ210、211、212と、光スイッチ220、221、222と、第2の制御部217、218、219から構成される。VLANコアスイッチと第2の制御部との間は、制御線およびデータ線を介して接続され、光スイッチと第2の制御部との間は制御線を介して接続されている。
VLANエッジノードとVLANコアノードとの接続は、具体的には、それぞれのノードを構成するVLANエッジスイッチとVLANコアスイッチとの接続、及びVLANエッジスイッチと光スイッチとの接続である。本実施形態では、VLANエッジスイッチとVLANコアスイッチとの間は1本の伝送路を介して接続され、VLANエッジスイッチと光スイッチとの間も1本の伝送路を介して接続されるものとし、これらの伝送路がペア(対)をなしている。また、3台のVLANコアノードを構成するVLANコアスイッチ間は、1本の伝送路によって互いに(リング状に)接続され、光スイッチ間も1本の伝送路によって互いに(リング状に)接続されており、これら2本の伝送路がペア(対)をなしている。つまり、第1の実施形態と同様に、1台のVLANコアノードは、他の2台のVLANコアノードに対して2ペアの伝送路により接続されている。第2実施形態は、ペアをなす2本の伝送路のうちの1本(光スイッチ間)が光パスである点で第1実施形態とは異なる。
ネットワーク管理装置213は、VLANコアノードのVLANコアスイッチ210に接続されている。
エンドシステム(201〜206)は、VLAN対応のネットワーク機能を備えていなくてもよいものとする。このため、エンドシステムに対するVLANエッジスイッチ207、208、209のネットワークインタフェースは、このようなエンドシステムとの間で送受されるVLANタグを持たない暗黙的なフレームを処理可能である。一方、VLANコアスイッチ210、211、212に対するVLANエッジスイッチ207、208、209のネットワークインタフェースは、VLANを構成するこれらエッジスイッチとの間で送受される、VLANタグを持つ明示的なフレームを処理可能である。
VLANコアスイッチ210、211、212のネットワークインタフェースは、VLANタグを持つフレームを送受信するため、VLANコアスイッチにおいては、MACアドレスによりスイッチングを行う必要が無く、VLANタグのみで、フォワーディングを行う出力ポートを決めて良い。
第2の制御部217、218、219は、それぞれ、VLANコアスイッチ210、211、212と制御線とデータ線で接続されている。第2の制御部217、218、219は、制御線を用いて、VLANコアスイッチ210、211、212それぞれのタグフォワーディングテーブルを書き直すことができる。タグフォワーディングテーブルとは、入力するフレームのVLAN識別子と出力ポートとの関係を示すテーブルのことである。VLANコアスイッチに入力したフレームのVLANタグを読み込んでVLAN識別子を得て、このVLAN識別子をキーにしてタグフォワーディングテーブルを検索し、出力すべき出力ポートを導き出す。
第2の制御部217、218、219のそれぞれとVLANコアスイッチ210、211、212のそれぞれとの間を接続するデータ線は、第2の制御部とネットワーク管理装置213とのデータ通信に用いられる。また、第2の制御部217、218、219は、それぞれ、VLANコアノードを構成する光スイッチ220、221、222にも接続され、第2の制御部を介して、光スイッチの状態を制御できるようになっている。
第1の制御部214、215、216及びVLANエッジスイッチ207、208、209については、第1実施形態において対応する第1の制御部114、115、116及びVLANエッジスイッチ107、108、109と同様の構成であるから、ここでは詳細な説明を省略する。
以上のように構成された本実施形態のネットワークシステムにおいて、トラフィックを測定して制御することにより輻輳を回避する動作を説明する。
初期状態では、VLANエッジスイッチ207、208、209とVLANコアスイッチ210、211、212がそれぞれ1本の伝送路で接続されているものとする。すなわち、初期状態では、VLANエッジスイッチ207、208、209とVLANコアノードの光スイッチ220、221、222のリンクにはデータが流れていない。また、光スイッチ220、221、222間にもデータが流れていない。さらに、VLANエッジスイッチ207、208、209のポートの入出力では、VLAN識別子単位でフレームのトラフィックが測定される。第1の制御部214、215、216は、それぞれVLANエッジスイッチ207、208、209にアクセスして情報を取得し、さらに、ネットワーク管理装置213が、第1の制御部214、215、216からトラフィック情報を吸い上げる。
ここで、同一のVLANグループにエンドシステム201、203、205が属している場合を考える。このグループをVLAN1とする。VLANグループの設定は、各ノードを手動で設定することが可能である。また、ネットワーク管理装置213より、第1の制御部、第2の制御部を介して、VLANエッジスイッチおよびVLANコアスイッチのパラメータを設定することが可能である。
第1実施形態において説明したように、外部ネットワークとエッジノードとの入出力トラフィック量から、最もトラフィック量の大きい経路が推定される。外部ネットワークとは、VLAN(本実施形態ではコアノード間ネットワーク)の外側のネットワークのことである。この推定により、VLAN識別子単位のVLANエッジスイッチ入出力トラフィック情報を用いて、イングレスVLANエッジスイッチからエグレスVLANエッジスイッチまでの最もトラフィック量が大きい経路がわかることになる。
具体的には、ネットワーク管理装置213は、各エッジノードから吸い上げたトラフィック情報を用いて、トラフィックの最も大きい経路を導き出す。そしてネットワーク管理装置213は、その経路のイングレスVLANエッジノードとエグレスVLANエッジノードを特定する。例えば、外部からVLANエッジスイッチ207に入力するトラフィック量が大きく、VLANエッジスイッチ208から外部に流れるトラフィック量が大きい場合には、VLANエッジスイッチ207からVLANエッジスイッチ208の経路を流れるトラフィックが最も大きいものと推定する。ネットワーク管理装置213は、最もトラフィックが大きくなる経路のイングレスVLANエッジスイッチ207に対し、第1の制御部214を通じて、タグフォワーディングテーブルを書き直す指示を行う。すなわち、VLANエッジスイッチ207のタグフォワーディングテーブルには、当初、VLAN識別子がVLAN1であるフレームが、VLANコアノードのVLANコアスイッチ210に転送されるように設定されていたところ、このフレームが、VLANコアノードの光スイッチ220に転送されるようにする。また、ネットワーク管理装置213は、第2の制御部217、218を通じて光スイッチ220,221を制御し、VLANエッジスイッチ207から、光スイッチ220、221を介して、VLANエッジスイッチ208に向かう全光パスを設定する。
以上のようにタグフォワーディングテーブルを書き直すとともに、光スイッチ217、218を制御することにより、イングレスVLANエッジスイッチ207とエグレスVLANエッジスイッチ208間の経路が光パスに切り替わる。光パスの帯域を十分大きくしておくことにより、結果的に、ネットワークにおいて最もトラフィックが大きい経路の帯域を増加することになる。したがって、帯域の増加により輻輳を回避することができる。ここで、ネットワーク管理装置213は、イングレスVLANエッジスイッチ207とエグレスVLANエッジスイッチ208との間の経路上におけるノードの第1の制御部214、第2の制御部217、218に対して設定制御を行うものとして説明したが、このような経路制御の手法としては、上述したものに限定されるものではない。例えば、ネットワーク管理装置213が、イングレスVLANエッジノードの第1の制御部214のみに対し指示を出すようにしてもよい。この場合、指示を受け取ったイングレスVLANエッジノードの第1の制御部214は、指示された経路上のノードに向かってスイッチングを自律的に行うGMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switch)の仕組みを備える。GMPLSに関しては、ITU-T G.8080あるいはIETFのsub-IPなどにおいて標準化されている。
また、トラフィック情報については、常にネットワーク管理装置213によりモニターしておき、他にトラフィックが増加した経路がある場合は、上述のトラフィック制御で追加した経路を解放し、新たな経路の帯域を増加するようにしてもよい。また、特定の時間間隔で光パスを解放するように制御してもよい。
なお、本実施形態は、VLANエッジスイッチ207、208、209とVLANコアスイッチ210、211、212との間がそれぞれ1本の伝送路で接続され、また、VLANエッジスイッチ207、208、209とVLANコアノードの光スイッチ220、221、222との間もそれぞれ1本の伝送路で接続され、これら2本の伝送路がそれぞれペアをなすものとして説明した。また、VLANコアスイッチ210、211、212間が互いに1本の伝送路で接続され、光スイッチ220、221、222間も互いに1本の伝送路で接続され、これら2本の伝送路がそれぞれペアをなすものとして説明した。しかしながら、伝送路を2本用いてペアにするのではなく、より多数の伝送路を用いて束ねてもよい。この場合、光スイッチを制御することにより、多くの光パスをノード間に接続することが考えられる。
また、エッジノードとコアノードの間、あるいはコアノード間の伝送路を唯1本の光ファイバとしてもよい。1本の光ファイバであっても、波長多重技術を用いることにより複数本と同等の伝送路を確保することが可能である。波長多重を用いて光パスを動的に設定および解放するためには、波長の重なりを避けるために、光送信器の光源波長をチューナブルにすることが好ましい。
具体的には、SONET/SDH(Synchronous Optical NETwork/Synchronous Digital Hierarchy)のような通信方式では、1本の伝送路であっても、フレームを複数チャネルに論理的に多重化することができる。測定されたトラフィックに応じて、多重化されたチャネルのリソース配分を異ならせてフレームを転送すればよい。
また、本実施形態では、ネットワーク管理装置213は、VLANコアノードのVLANコアスイッチ210と接続するようにしたが、VLANエッジノードへ接続しても良いし、どの場所のVLANコアノードと接続しても良い。また、ネットワーク管理装置213を複数設置し、可用性を高くすることを行っても良い。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、第1および第2実施形態ではエッジノードとコアノードが分離しているものとして説明したが、本発明はエッジ機能とコア機能を併せ持つノードを有するネットワークにおいても実施可能である。この場合のノードは、VLANスイッチ、光スイッチ、および制御部等から構成される。ネットワークの外部とのインタフェースは、VLANタグが付加されないフレームを扱う。また、ネットワークの内部は、VLANタグが付加されたフレームを扱う。
本発明は物理的な接続形態とは独立に仮想的なネットワークを構築する仮想LAN技術全般に利用することができ、とりわけ光ファイバーを用いた高速デジタル通信を行うバックボーン等の実現に好適である。
本発明の第1実施形態に係るネットワークシステムの構成例を示す図 本発明の第1実施形態に係るネットワークシステムにおけるトラフィック測定を説明するための図 本発明の第1実施形態に係り、トラフィックを測定して制御することにより輻輳を回避する動作をより具体的に示すフローチャート 本発明の第2実施形態に係るネットワークシステムの構成例を示す図
符号の説明
101〜106…エンドシステム、107〜109…VLANエッジスイッチ、110〜112…VLANコアスイッチ、113…ネットワーク管理装置、114〜116…第1の制御部、117〜119…第2の制御部、201〜206…エンドシステム、207〜209…VLANエッジスイッチ、210〜212…VLANコアスイッチ、213…ネットワーク管理装置、214〜216…第1の制御部、217〜219…第2の制御部、220〜222…光スイッチ

Claims (9)

  1. ユーザエンドシステムに接続され、転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANエッジノードと、
    前記複数の仮想LANエッジノード間に伝送路を介して接続され、前記フレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANコアノードと、
    前記複数の仮想LANエッジノードのそれぞれにおける前記フレームの流入トラフィック量および流出トラフィック量を測定する測定手段と、
    前記測定手段による測定結果に基づいて、前記流入トラフィック量が最大となる第1の仮想LANエッジノードおよび前記流出トラフィック量が最大となる第2の仮想LANエッジノードを決定する決定手段と、
    前記第1、第2の仮想LANエッジノードと前記複数の仮想LANコアノードの少なくともいずれかとを含む経路を特定する特定手段と、
    前記特定手段により特定された経路に対応する伝送路の帯域幅を拡大する帯域制御手段と、
    を具備するネットワークシステム。
  2. 伝送路に接続されるノード装置において、
    仮想LANの識別子とポートとの関係を表すフォワーディングテーブルと、
    転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って前記フォワーディングテーブルを参照することにより決定されるポートから該フレームを前記伝送路上の他のノード装置に転送する手段と、
    前記仮想LANにおけるトラフィックの増大を表すメッセージをネットワーク管理装置から受信し、該メッセージに応じて前記フォワーディングテーブルを書き替えることにより、前記伝送路の帯域幅を拡大する制御手段と、
    を具備するノード装置。
  3. ユーザエンドシステムに接続され、転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANエッジノードと、前記複数の仮想LANエッジノード間に伝送路を介して接続され、前記フレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANコアノードとを具備するネットワークシステムに接続されるネットワーク管理装置において、
    前記複数の仮想LANエッジノードのそれぞれにおける前記フレームの流入トラフィック量および流出トラフィック量を測定する測定手段と、
    前記測定手段による測定結果に基づいて、前記流入トラフィック量が最大となる第1の仮想LANエッジノードおよび前記流出トラフィック量が最大となる第2の仮想LANエッジノードを決定する決定手段と、
    前記第1、第2の仮想LANエッジノードと前記複数の仮想LANコアノードの少なくともいずれかとを含む経路を特定する特定手段と、
    前記特定手段により特定された経路に対応する伝送路の帯域幅を拡大する帯域制御手段と、
    を具備するネットワーク管理装置。
  4. ユーザエンドシステムに接続され、転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する複数の仮想LANエッジノードと、
    前記複数の仮想LANエッジノード間に第1の伝送路及び第2の伝送路を介して接続され、前記フレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従ってフレームを転送する複数の仮想LANコアノードと、
    前記複数の仮想LANエッジノードのそれぞれにおける前記フレームの流入トラフィック量および流出トラフィック量を測定する測定手段と、
    前記測定手段による測定結果に基づいて、前記流入トラフィック量が最大となる第1の仮想LANエッジノードおよび前記流出トラフィック量が最大となる第2の仮想LANエッジノードを決定する決定手段と、
    前記第1、第2の仮想LANエッジノードと前記複数の仮想LANコアノードの少なくともいずれかとを含む経路を特定する特定手段と、
    前記特定手段により特定された経路に対応して前記第2の伝送路が用いられ、他の経路に対応して前記第1の伝送路が用いられて前記フレームが転送されるように、前記仮想LANエッジノード及び前記仮想LANコアノードを制御する制御手段と、
    を具備するネットワークシステム。
  5. 前記第2の伝送路は光パスからなる請求項4に記載のネットワークシステム。
  6. 前記第2の伝送路を一定時間が経過した後に解放する請求項4又は5に記載のネットワークシステム。
  7. 前記特定手段により特定された経路におけるトラフィックの減少に伴って前記第2の伝送路を解放する請求項4又は5に記載のネットワークシステム。
  8. 第1の伝送路と、光パスからなる第2の伝送路に接続されるノード装置において、
    仮想LANの識別子とポートとの関係を表すフォワーディングテーブルと、
    転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って前記フォワーディングテーブルを参照することにより決定されるポートから該フレームを前記前記第1、第2のいずれか一方の伝送路に転送する手段と、
    前記仮想LANにおいて検出されたトラフィックの増大を表すメッセージをネットワーク管理装置から受信し、該メッセージに応じて前記フレームが前記光パスからなる第2の伝送路上に転送されるよう前記フォワーディングテーブルを書き替える手段と、
    を具備するノード装置。
  9. ユーザエンドシステムに接続され、転送すべきフレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する仮想LANエッジスイッチをそれぞれ有する複数の仮想LANエッジノードと、前記複数の仮想LANエッジノード間に第1の伝送路及び第2の伝送路を介して接続され、前記フレームに対応する仮想LANを識別し、その識別結果に従って該フレームを転送する仮想LANコアスイッチをそれぞれ有する複数の仮想LANコアノードと、を具備するネットワークシステムに接続されるネットワーク管理装置において、
    前記複数の仮想LANエッジノードのそれぞれにおける前記フレームの流入トラフィック量および流出トラフィック量を測定する測定手段と、
    前記測定手段による測定結果に基づいて、前記流入トラフィック量が最大となる第1の仮想LANエッジノードおよび前記流出トラフィック量が最大となる第2の仮想LANエッジノードを決定する決定手段と、
    前記第1、第2の仮想LANエッジノードと前記複数の仮想LANコアノードの少なくともいずれかとを含む経路を特定する特定手段と、
    前記特定手段により特定された経路に対応して前記第2の伝送路が用いられ、他の経路に対応して前記第1の伝送路が用いられて前記フレームが転送されるように、前記仮想LANエッジノード及び前記仮想LANコアノードを制御する制御手段と、
    を具備するネットワーク管理装置。
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