JP5862445B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレームを伝送する通信装置に係わる。

通信ネットワークにおいて障害が発生すると、通信が不能になることがある。この問題を回避するために、通信ネットワークは、冗長性を有するように設計される。このような通信ネットワークでは、ある経路上で障害が発生したときに、その経路上のトラヒックが他の経路を介して伝送される。

ところが、冗長性を有するネットワークにおいては、１または複数のループが形成される。そして、ループを有するネットワークにおいて、ブロードキャストフレームまたはマルチキャストフレームが送信されると、ブロードキャストストームと呼ばれる多重送信が引き起こされる。この結果、通信資源が無駄に使用され、最悪の場合にはネットワークがダウンするおそれがある。

ネットワーク上のループを回避しながら信頼性の向上を図る手法の１つとして、スパニングツリープロトコル（ＳＴＰ：Spanning Tree Protocol）が知られている。スパニングツリープロトコルは、IEEE802.1Dの勧告で規定された標準プロトコルである。スパニングツリープロトコルは、ネットワーク上のループを検出したときに、通信装置のポートを論理的に遮断することで、ループによる悪影響を回避できる。また、スパニングツリープロトコルによれば、通信装置間でＢＰＤＵ（Bridge Protocol Data Unit）フレームを送受信することによって、各通信装置がネットワークの接続状態を検出することができる。

図１は、スパニングツリープロトコルについて説明する図である。図１に示す例では、通信装置２００Ａ〜２００Ｃがメッシュ状に接続されている。各通信装置２００Ａ〜２００Ｃには、それぞれＩＤが付与されている。

各通信装置２００Ａ〜２００Ｃは、定期的に、ＢＰＤＵフレームを送信する。ＢＰＤＵフレームは「ルートＩＤ」「パスコスト」「ブリッジＩＤ」を含む。ルートＩＤは、ルートブリッジとして動作する通信装置を識別する。パスコストは、ルートブリッジまでの通信コストを表す。ブリッジＩＤは、ＢＰＤＵフレームの送信元の通信装置を識別する。

各通信装置２００Ａ〜２００Ｃは、隣接する通信装置から受信するＢＰＤＵフレームを解析することにより、ネットワークの接続状態またはトポロジを検出することができる。すなわち、各通信装置２００Ａ〜２００Ｃは、ＢＰＤＵフレームに基づいて、ネットワーク上のループを検出することができる。以下の説明では、通信装置２００Ａがルートブリッジであるものとする。ルートブリッジは、例えば、各通信装置に付与されているＩＤに基づいて決定される。

図１（ａ）において、通信装置２００Ａは、ポートＰ１、Ｐ２を介してＢＰＤＵフレームＡを送信する。このとき、ＢＰＤＵフレームＡには「ルートＩＤ＝Ａ」および「ブリッジＩＤ＝Ａ」が設定される。そして、通信装置２００Ｂは、ポートＰ１を介してＢＰＤＵフレームＡを受信する。同様に、通信装置２００Ｃも、ポートＰ１を介してＢＰＤＵフレームＡを受信する。

通信装置２００Ｂは、ポートＰ２を介してＢＰＤＵフレームＢを送信する。このとき、ＢＰＤＵフレームＢには「ルートＩＤ＝Ａ」および「ブリッジＩＤ＝Ｂ」が設定される。そして、通信装置２００Ｃは、ポートＰ２を介してＢＰＤＵフレームＢを受信する。

このケースでは、通信装置２００Ｃは、複数のポート（すなわち、Ｐ１およびＰ２）を介して「ルートＩＤ＝Ａ」が設定されたＢＰＤＵフレームを受信している。これにより、通信装置２００Ｃは、ルートブリッジ（すなわち、通信装置２００Ａ）と通信装置２００Ｃとの間に物理的に複数の経路が存在することを検出する。すなわち、通信装置２００Ｃは、ループを検出する。

そうすると、通信装置２００Ｃは、ポートＰ１またはポートＰ２の一方をブロッキングポートに設定する。このとき、通信装置２００Ｃは、例えば、各ポートＰ１、Ｐ２からルートブリッジまでのパスコストに基づいて、ブロッキングポートに設定すべきポートを決定する。この例では、ポートＰ２がブロッキングポートに設定されている。この場合、通信装置２００Ｃは、ポートＰ２を介して受信するフレームを論理的に遮断する。また、通信装置２００Ｃは、ポートＰ２を介してフレームを送信しない。この結果、ネットワーク上のループが解消される。ただし、ＢＰＤＵフレームは、ブロッキングポートにおいて遮断されることはない。

関連する技術として、スパニングツリープロトコルを用いた機器の増設時または障害発生時に、ネットワークの再構成が生じずにネットワーク動作を維持し得る方法が提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２００２−３３０１５２号公報

IEEE Std 802.1D, IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Network: Media Access Control (MAC) Bridge, 9 June 2004

上述のように、各通信装置にスパニングツリープロトコルを実装することにより、ネットワーク上のループを論理的に回避することが可能である。しかしながら、任意の通信装置においてＢＰＤＵフレームを送信できない状況が発生すると、スパニングツリープロトコルが適用されているネットワークであっても、ループが形成されてしまうことがある。

例えば、図１（ｂ）に示すように、通信装置２００ＢがＢＰＤＵフレームを送信できなくなったものとする。このような状況は、例えば、通信装置２００ＢにおいてＢＰＤＵフレームを生成する機能が故障したときに発生する。或いは、通信装置２００Ｂにおいてスパニングツリープロトコルのためのソフトウェアを更新する際にも、通信装置２００Ｂは一時的にＢＰＤＵフレームを送信できない。

この場合、通信装置２００Ｃは、ポートＰ２を介してＢＰＤＵフレームを受信しない。すなわち、通信装置２００Ｃは、「ルートＩＤ＝Ａ」が設定されたＢＰＤＵフレームをポートＰ１のみを介して受信することになる。そうすると、通信装置２００Ｃは、物理的なループが存在しないと判断し、ポートＰ２を、ブロッキングポートからフォワーディングポートに変更する。フォワーディングポートは、フレームを送信および受信できる。

このとき、通信装置２００Ｂは、ＢＰＤＵフレーム以外のフレーム（例えば、データフレーム）を送受信できるものとする。そうすると、通信装置２００Ｃは、通信装置２００Ａから送信されるフレームをポートＰ１を介して受信すると共に、通信装置２００Ｂから送信されるフレームをポートＰ２を介して受信することになる。すなわち、ループが形成されてしまう。この結果、任意の通信装置でブロードキャストまたはマルチキャストが行われると、ブロードキャストストームにより、通信資源が無駄に消費されるおそれがある。

本発明の目的は、通信ネットワーク上のループを回避するための構成および方法を提供することである。

本発明の１つの態様の通信装置は、ポートと、ネットワークの接続状態を監視するために他の通信装置へ送信される監視フレームを生成する監視フレーム生成部と、前記ポートについてポート状態を記録する状態記録部と、前記状態記録部に記録されているポート状態に基づいてフレームを処理するフレーム処理部と、前記監視フレームが生成されない期間に応じて、前記状態記録部において前記ポートに対してポート状態として停止状態を設定する状態制御部と、を有する。前記フレーム処理部は、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する。

上述の態様によれば、通信ネットワーク上のループが回避される。

スパニングツリープロトコルについて説明する図である。 本発明の実施形態の通信装置が使用されるネットワークの一例を示す図である。 通信装置の構成を示す図である。 通信装置により伝送されるフレームのフォーマットを示す図である。 ＢＰＤＵフレームのフォーマットを示す図である。 第１の実施形態に係る通信装置の構成を示す図である。 フィルタテーブルの一例を示す図である。 ＳＴＰ制御テーブルの一例を示す図である。 第２の実施形態に係る通信装置の構成を示す図である。 第２の実施形態のＳＴＰ制御テーブルの一例を示す図である。 第３の実施形態に係る通信装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る通信装置の構成を示す図である。

図２は、本発明の実施形態の通信装置が使用されるネットワークの一例を示す。このネットワークは、図２に示すように、複数の通信装置１（１ａ〜１ｆ）によって構築されている。各通信装置１は、例えば光ファイバにより、１または複数の他の通信装置１と接続されている。例えば、通信装置１ａは、通信装置１ｂ、１ｄ、１ｅと接続されており、通信装置１ｂは、通信装置１ａ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆと接続されている。また、各通信装置１は、１または複数のユーザ端末２を収容することができる。図２に示す例では、通信装置１ａ、１ｃ、１ｄ、１ｆが、それぞれ複数のユーザ端末２を収容している。

各通信装置１は、ユーザ端末２または他の通信装置１から受信するフレームを、宛先へ向かって転送する。すなわち、各通信装置１は、受信フレームの宛先アドレスに基づいてそのフレームを転送することができる。なお、この明細書では、フレームおよびパケットを互いに区別しないことにする。したがって、「フレーム」は、パケットを含むものとする。

複数の通信装置１ａ〜１ｆは、図２に示すように、冗長的な経路を有するように接続されている。例えば、ユーザ端末２ａとユーザ端末２ｂとの間（すなわち、通信装置１ａと通信装置１ｃとの間）には、複数の経路が存在する。よって、ユーザ端末２ａ、２ｂ間で通信装置１ａ、１ｂ、１ｃを介してユーザフレームが伝送されているときに、通信装置１ｂが故障すると、ネットワークは、例えば、通信装置１ａ、１ｅ、１ｃを介してユーザフレームを伝送することができる。

各通信装置１には、スパニングツリープロトコルが実装されている。すなわち、各通信装置１は、スパニングツリープロトコルを実行する。スパニングツリープロトコルは、論理的にループの無いネットワークを提供することができる。

図３は、通信装置１の構成を示す。通信装置１は、図３に示すように、複数のインタフェース部１１、スイッチ１２、制御部１３を有する。また、通信装置１には、制御端末１４が接続されている。

各インタフェース部１１は、複数のポートを有する。この実施例では、通信装置１は、１つの対向装置（他の通信装置１またはユーザ端末２）に対して１組の入力ポートおよび出力ポートを有する。すなわち、通信装置１は、対向装置から送信されるフレームを入力ポートを介して受信し、出力ポートを介してその対向装置へフレームを送信する。

インタフェース部１１は、ポートを介して受信するフレームを終端し、そのフレームをスイッチ１２へ送る。また、インタフェース部１１は、スイッチ１２から導かれてくるフレームを、そのパケットの宛先に対応するポートを介して出力する。なお、インタフェース部１１は、例えば、着脱可能なモジュール、ボード、またはカードで実現される。

スイッチ１２は、複数のインタフェース部１１に接続されている。そして、スイッチ１２は、インタフェース部１１から入力されるフレームを、その宛先に対応するインタフェース部１１へ導く。なお、スイッチ１２は、例えば、着脱可能なモジュール、ボード、またはカードで実現される。

制御部１３は、ＣＰＵおよびメモリを含み、インタフェース部１１およびスイッチ１２の動作を制御する。また、制御部１３は、インタフェース部１１と連携してスパニングツリープロトコルを実行する。さらに、制御部１３は、アラーム情報および／または統計情報を収集することもできる。なお、制御部１３は、例えば、着脱可能なモジュール、ボード、またはカードで実現される。

制御端末１４は、制御部１３に接続されるコンピュータであり、ユーザまたはネットワーク管理者の指示を通信装置１に与える。なお、制御端末１４は、通信装置１の一部であってもよい。

インタフェース部１１、スイッチ１２、制御部１３は、着脱可能である必要はなく、例えば、マザーボードに一体化されていてもよい。また、通信装置１は、インタフェース部１１、スイッチ１２、制御部１３以外に、他の要素を含んでいてもよい。

図４は、通信装置１により伝送されるフレームのフォーマットの例を示す。ここでは、通信装置１は、Ethernet（登録商標）フレームを伝送するものとする。なお、図４に示す括弧付きの数字は、バイト単位で表された情報長を意味する。

Ethernetフレームは、図４（ａ）に示すように、宛先ＭＡＣアドレス（MAC DA）、送信元ＭＡＣアドレス（MAC SA）、イーサネットタイプ（E-TYPE）、プロトコルデータユニット（PDU）、フレームチェックシーケンス（FCS）を有する。イーサネットタイプは、プロトコルデータユニットに格納されるメッセージのタイプを識別する。一例としては、0x0800は、ＩＰｖ４フレームを表す。なお、イーサネットタイプは、例えば、ＩＡＮＡにより規定される。プロトコルデータユニットは、上位レイヤのメッセージを格納する。フレームチェックシーケンスは、フレーム誤り検出のために使用され、例えば、ＣＲＣ３２符号により実現される。

図４（ｂ）は、ＶＬＡＮタグが付されたEthernetフレームのフォーマットを示す。タグプロトコル識別子（TPID）には、フレーム内に仮想ＬＡＮ識別子が格納されていることを表す値が設定される。例えば、タグプロトコル識別子として、IEEE802.1Qで規定される0x8100が設定される。仮想ＬＡＮ識別子（VLAN ID）は、ユーザを識別することができる。なお、タグプロトコル識別子および仮想ＬＡＮ識別子の組合せがＶＬＡＮタグと呼ばれる。

図５は、ＢＰＤＵフレームのフォーマットを示す。宛先アドレス（DA）には、予め指定されたマルチキャストアドレスが設定される。送信元アドレス（SA）には、ＢＰＤＵフレームを送信する送信装置のＭＡＣアドレスが設定される。ＤＳＡＰおよびＳＳＡＰには、スパニングツリープロトコルに対して予め割り当てられている値が設定される。

ＢＰＤＵメッセージは、図５に示すように、ルートＩＤ、パスコスト、ブリッジＩＤを含む。ルートＩＤは、ルートブリッジとして動作する通信装置を識別する。パスコストは、ルートブリッジまでの通信コストを表す。ブリッジＩＤは、ＢＰＤＵフレームの送信元の通信装置を識別する。

＜第１の実施形態＞
図６は、第１の実施形態に係る通信装置の構成を示す。図６において、複数のインタフェース装置１１の構成および動作は、実質的に互いに同じである。

インタフェース部１１は、Ｉ／Ｏ部２１、判定部２２、フィルタテーブル２３、フレーム処理部２４、ＳＴＰ制御テーブル２５、ＥＬＡＮ制御回路２６、ＭＡＣテーブル２７、タイマ２８、状態制御部２９を有する。なお、インタフェース部１１は、さらに他の要素を有していてもよい。

Ｉ／Ｏ部２１は、複数のポートＰ１〜Ｐｎを有する。各ポートは、それぞれ対応する対向装置（ＣＮ）との間で信号を送信および受信するために使用される。たとえば、ポートＰ１は、対向装置ＣＮ−１との間で信号を送信および受信するために使用され、ポートＰｎは、対向装置ＣＮ−ｎとの間で信号を送信および受信するために使用される。対向装置は、図２に示す例では、他の通信装置１またはユーザ端末２に相当する。例えば、通信装置１ｂは、図２において、５つの対向装置（通信装置１ａ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）を有する。

Ｉ／Ｏ部２１は、ポートを介して受信する信号を物理レイヤおよびＭＡＣレイヤにおいて終端する。すなわち、Ｉ／Ｏ部２１は、ＰＨＹ／ＭＡＣ処理回路として動作する。そして、Ｉ／Ｏ部２１は、受信信号からフレームを再生して出力する。このとき、Ｉ／Ｏ部２１は、フレームを受信したポートを識別するポート情報を出力することができる。ポート情報は、この例では、ポート番号（Ｐ１〜Ｐｎ）を表す。さらに、Ｉ／Ｏ部２１は、フレーム処理部２４から出力されるフレームを、指定されたポートを介して対向装置へ送信する。

判定部２２は、受信フレームについて、スパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する。このとき、判定部２２は、受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報およびその受信フレームのポート情報の組合せから検索キー情報を生成し、その検索キー情報でフィルタテーブル２３を検索する。ポート情報は、フレームを受信したポートを識別し、Ｉ／Ｏ部２１により生成される。

検索キー情報を生成するための制御情報は、例えば、受信フレームの先頭から所定長のデータを抽出することにより得られる。例えば、受信フレームの先頭から１２バイト分のデータを抽出すれば、受信フレームの宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスが制御情報として得られる。

制御情報は、宛先ＭＡＣアドレスまたは送信元ＭＡＣアドレスの一方であってもよい。また、制御情報は、宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレス以外の情報を含んでいてもよい。例えば、制御情報は、図４（ｂ）に示す仮想ＬＡＮ識別子（VLAN ID）を含んでいてもよい。さらに、制御情報の一部のビットがマスクされていてもよい。例えば、宛先ＭＡＣアドレスおよび／または送信元ＭＡＣアドレスの下位ビットがマスクされていてもよい。

フィルタテーブル２３は、検索キー情報（すなわち、制御情報およびポート情報の組合せ）に対して、スパニングツリープロトコルが有効であるか否かを表すフィルタ情報を記録する。したがって、判定部２２は、検索キー情報でフィルタテーブル２３を検索することにより、受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定できる。

図７は、フィルタテーブル２３の一例を示す。この例では、検索キー情報として使用される制御情報は、宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスである。なお、図７において、ＤＡは、宛先ＭＡＣアドレスを表し、ＳＡは、送信元ＭＡＣアドレスを表す。

フィルタテーブル２３は、検索キー情報に対して、有効フラグ（Ｖ）、ＥＬＡＮサービスフラグ（ELAN）、ＳＴＰ有効フラグ（STP）、および宛先情報を格納する。有効フラグは、エントリが有効であるか否かを表す（０：無効、１：有効）。ＥＬＡＮサービスフラグは、ＥＬＡＮサービスが有効であるか否かを表す（０：ＥＬＩＮＥサービス、１：ＥＬＡＮサービス）。なお、ＥＬＩＮＥは、Point to Point接続を提供する。また、ＥＬＡＮは、Multi-Point to Multi-Point接続を提供する。ＳＴＰ有効フラグは、スパニングツリープロトコルが適用されているか否かを表す（０：非適用、１：適用）。宛先情報は、宛先カードおよび宛先ポートを表す。この宛先情報は、ＥＬＩＮＥサービスに対して設定される。

フィルタテーブル２３は、例えばＴＣＡＭ(Ternary Content Addressable Memory)により実現される。ただし、フィルタテーブル２３は、ＴＣＡＭに限定されるものではなく、たとえば、仮想ＬＡＮ識別子を検索インデックスとするＳＲＡＭであってもよい。なお、フィルタテーブル２３の内容は、例えば、ユーザまたはネットワーク管理者により制御端末１４を介して登録される。

判定部２２は、各フレームについて、検索キー情報を用いてフィルタテーブル２３を検索する。ここで、「宛先ＭＡＣアドレス＝ＤＡ１」および「送信元ＭＡＣアドレス＝ＳＡ２」を有するフレームがポートＰ１を介して入力されるものとする。この場合、判定部２２は、フィルタテーブル２３から「ＥＬＡＮ：有効」および「ＳＴＰ：適用」を得る。また、「宛先ＭＡＣアドレス＝ＤＡ４」および「送信元ＭＡＣアドレス＝ＳＡ３」を有するフレームがポートＰ１を介して入力されたときは、判定部２２は、フィルタテーブル２３から「ＥＬＡＮ：有効」および「ＳＴＰ：非適用」を得る。このように、判定部２２は、各受信フレームに対してＥＬＡＮサービスフラグおよびＳＴＰ有効フラグを取得する。なお、検索結果がミスヒットであれば、判定部２２は、受信フレームを廃棄する。

フレーム処理部２４は、フレームが入力されたときに、対応するポート情報、ＥＬＡＮサービスフラグ、ＳＴＰ有効フラグを取得する。ポート情報は、Ｉ／Ｏ部２１から得られる。ＥＬＡＮサービスフラグおよびＳＴＰ有効フラグは、判定部２２から得られる。

フレーム処理部２４は、受信フレームに対してスパニングツリープロトコルが適用されていれば、対応するポート情報でＳＴＰ制御テーブル２５を検索する。なお、受信フレームに対してスパニングツリープロトコルが適用されていないときには、フレーム処理部２４は、ＳＴＰ制御テーブル２５を検索しない。また、ＥＬＡＮサービスが無効であるときも、フレーム処理部２４は、ＳＴＰ制御テーブル２５を検索しない。

図８（ａ）は、ＳＴＰ制御テーブル２５の一例を示す。ＳＴＰ制御テーブル２５は、各ポートＰ１〜Ｐｎについてポート状態を記録する。この実施例では、特に限定されるものではないが、ポート状態として、フォワーディング（転送許可状態）、ラーニング（トポロジ学習状態）、リスニング（送受信停止状態）、ブロッキング（転送停止状態）、ディセーブル（停止状態）が用意されている。なお、ＳＴＰ制御テーブル２５は、スパニングツリープロトコルによって更新される。

フレーム処理部２４は、ポート状態に応じてフレームを処理する。例えば、フレーム処理部２４は、フォワーディング状態のポートを介して受信したユーザフレームを、宛先へ向けて転送する。また、フレーム処理部２４は、ブロッキング状態のポートを介して受信したユーザフレームを廃棄する。

ＥＬＡＮ制御回路２６は、フレームの宛先ＭＡＣアドレスでＭＡＣテーブル２７を検索する。ＭＡＣテーブル２７は、学習により、宛先ＭＡＣアドレスに対して宛先ポート番号が登録されている。そして、ＥＬＡＮ制御回路２６は、宛先ＭＡＣアドレスに対応するポートへフレームを送信する。なお、宛先ＭＡＣアドレスに対して宛先ポート番号が登録されていないときは、ＥＬＡＮ制御回路２６は、フレームをすべてのポートに送信する。すなわち、宛先ＭＡＣアドレスが学習されていないときは、フラッディングが行われる。

上記構成のインタフェース部１１のポートを介してフレームが入力されると、判定部２２は、そのフレームにスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する。そして、スパニングツリープロトコルが適用されていれば、フレーム処理部２４は、そのフレームを受信したポートの状態に応じて、そのフレームを処理する。フレーム処理部２４を通過するフレームは、スイッチ１２によって宛先ポートに導かれる。

スイッチ１２からインタフェース部１１に入力されるフレームについては、ＥＬＡＮ制御回路２６がＭＡＣテーブル２７を検索することにより、出力ポートが特定される。そして、フレーム処理部２４は、特定された出力ポート状態に応じて、そのフレームを処理する。また併せて、送信元ＭＡＣアドレスと送信元のインタフェース部とポートがＭＡＣテーブル２７に学習される。

制御部（ＣＰＵ）１３は、スパニングツリープロトコルを実行する。すなわち、制御部１３は、他の通信装置から受信するＢＰＤＵフレームに基づいて、ネットワークの接続状態（または、トポロジ）を監視することができる。そして、制御部１３は、ネットワークの接続状態に基づいて、各ポートの状態を制御することができる。このとき、制御部１３は、ＳＴＰ制御テーブル２５を更新する。

制御部１３は、ＢＰＤＵ生成部３１を有する。ＢＰＤＵ生成部３１は、ＢＰＤＵフレームを定期的に生成する。一例としては、ＢＰＤＵ生成部３１は、２秒間隔でＢＰＤＵフレームを生成する。ただし、ＢＰＤＵフレームを生成する間隔は変更可能である。そして、通信装置１は、ＢＰＤＵ生成部３１により生成されるＢＰＤＵフレームを各ポートを介して対向装置へ送信する。ただし、ディセーブル状態のポートを介してＢＰＤＵフレームが送信されることはない。

ＢＰＤＵ生成部３１は、制御部１３においてスパニングツリープロトコルが実行されているときは、所定のリセット間隔でリセット信号を生成する。すなわち、ＢＰＤＵ生成部３１は、ＢＰＤＵフレームを定期的に生成しているときは、所定のリセット間隔でリセット信号を生成する。リセット間隔は、ＢＰＤＵフレームの生成間隔と同じであってもよいし、ＢＰＤＵフレームの生成間隔と異なっていてもよい。

インタフェース部１１は、タイマ２８および状態制御部２９をさらに有する。タイマ２８は、予め指定された期間（以下、監視期間）を計時する。監視期間は、リセット間隔よりも長く設定されている。換言すれば、ＢＰＤＵ生成部３１は、ＢＰＤＵフレームを定期的に生成しているときは、タイマ２８により計時される監視期間よりも短い間隔でリセット信号を生成する。なお、ＢＰＤＵフレームが２秒間隔で生成されるときは、例えば、監視期間は６秒に設定される。

タイマ２８は、リセット信号によってリセットされる。即ち、リセット信号が与えられることなく監視期間が経過すると、タイマ２８は満了する。この場合、タイマ２８は、状態制御部２９にタイムオーバ信号を与える。

状態制御部２９は、タイマ２８からタイムオーバ信号を受信すると、ＳＴＰ制御テーブル２５に記録されている各ポートの状態をディセーブルに設定する。このとき、ポート状態は、スパニングツリープロトコルによる制御にかかわらず、状態制御部２９によって強制的にディセーブル状態に設定される。図８（ｂ）は、タイマ２８が満了したときのＳＴＰ制御テーブル２５の状態を示す。

このように、第１の実施形態の通信装置１においては、ＢＰＤＵ生成部３１が正常に動作しているときは、タイマ２８はリセット信号によって繰り返しリセットされるので、タイマ２８がタイムオーバすることはない。この場合、状態制御部２９は動作しない。すなわち、ＳＴＰ制御テーブル２５は、スパニングツリープロトコルに従って制御される。

これに対して、制御部１３（あるいは、ＢＰＤＵ生成部３１）が正常に動作していないときは、リセット信号が生成されず、タイマ２８が満了する。この場合、ＳＴＰ制御テーブル２５に記録されている各ポートの状態は、状態制御部２９によって強制的にディセーブルに設定される。

フレーム処理部２４は、上述したように、スパニングツリープロトコルが適用されているフレームを受信すると、ＳＴＰ制御テーブル２５を参照して、そのフレームを受信したポートの状態を判定する。そして、フレーム処理部２４は、判定されたポート状態に応じて受信フレームを処理する。

次に、タイマ２８が満了したときの通信装置１の動作例を説明する。タイマ２８の満了は、例えば、制御部１３が故障したとき、或いは制御部１３において制御プログラムが更新されるとき、或いは制御部１３が抜去されたときに発生する。そして、タイマ２８の満了により、各ポートは、図８（ｂ）に示すように、ディセーブル状態に設定される。

動作例１：ポートＰ１を介してフレームＡを受信する。フレームＡの宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスは、以下の通りである。
宛先ＭＡＣアドレス：ＤＡ１
送信元ＭＡＣアドレス：ＳＡ２

判定部２２は、図７に示すフィルタテーブル２３を参照し、フレームＡに対して「ＥＬＡＮ：有効」および「ＳＴＰ：適用」を得る。この場合、フレーム処理部２４は、ポート番号Ｐ１でＳＴＰ制御テーブル２５を検索し、「ポート状態：ディセーブル」得る。そうすると、フレーム処理部２４は、フレームＡを廃棄する。

動作例２：ポートＰ１を介してフレームＢを受信する。フレームＢの宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレスは、以下の通りである。
宛先ＭＡＣアドレス：ＤＡ４
送信元ＭＡＣアドレス：ＳＡ３

判定部２２は、図７に示すフィルタテーブル２３を参照し、フレームＢに対して「ＥＬＡＮ：有効」および「ＳＴＰ：非適用」を得る。このように、スパニングツリープロトコルが適用されていない場合には、フレーム処理部２４は、ＳＴＰ制御テーブル２５の検索を行わない。そして、フレーム処理部２４は、フレームＢをＥＬＡＮ制御回路２６へ転送する。そうすると、フレームＢは、ＭＡＣテーブル２７から得られる宛先ポートへ導かれる。

このように、第１の実施形態においては、通信装置１がＢＰＤＵフレームを送信できないときは、各ポートがディセーブル状態に設定される。これにより、通信装置１は、対向装置から受信するフレームを廃棄する。また、通信装置１は、対向装置へ向かうフレームも廃棄する。したがって、論理的に、ネットワーク上のループが回避される。

例えば、図１（ｂ）に示す例では、通信装置２００ＢがＢＰＤＵフレームを送信できない。ここで、図１（ｂ）に示す通信装置２００Ｂが、図６に示す第１の実施形態の通信装置によって実現されるものとする。そうすると、通信装置１（すなわち、通信装置２００Ｂ）は、フレームの送信および受信を停止する。したがって、通信装置２００Ａ〜２００Ｃによって形成されるループは、論理的に、解消される。すなわち、図１（ｂ）を参照しながら説明した課題が解決される。

また、動作例１において、スパニングツリープロトコルが適用されているフレームＡはフレーム処理部２４によって廃棄される。一方、動作例２において、スパニングツリープロトコルが適用されていないフレームＢはフレーム処理部２４によって廃棄されない。ここで、スパニングツリープロトコルを適用するか否かは、例えば、ユーザ毎、仮想ＬＡＮ毎、サービスフロー毎に決めることができる。図７に示す実施例では、宛先ＭＡＣアドレスと送信元ＭＡＣアドレスの組合せに対して、スパニングツリープロトコルを適用するか否かが設定されている。したがって、ユーザ毎、仮想ＬＡＮ毎、或いはサービスフロー毎に、強制的なフレーム廃棄を許容するか否かを決めることができる。

なお、上述の動作例１および動作例２では、フレーム処理部２４は、ポートＰ１〜Ｐｎを介して入力するフレームを処理しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、フレーム処理部２４は、スイッチ１２からポートＰ１〜Ｐｎへ向かうフレームも同様に処理することができる。ただし、この場合、フレーム処理部２４は、ＳＴＰ制御テーブル２５においてディセーブル状態が記録されているポートに向かうフレームを廃棄する。

さらに、第１の実施形態では、ハードウェア回路（すなわち、タイマ２８）を利用して制御部１３の障害等を検出することができる。すなわち、簡単な構成で、制御部１３の障害等に起因するループの発生が回避される。

＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態に係る通信装置の構成を示す。第１の実施形態および第２の実施形態は、インタフェース部１１の構成および動作が互いに異なっている。

第２の実施形態のインタフェース部１１は、Ｉ／Ｏ部２１、判定部２２、フィルタテーブル２３、フレーム処理部２４、ＳＴＰ制御テーブル４１、ＥＬＡＮ制御回路２６、ＭＡＣテーブル２７、タイマ２８、状態制御部４２、廃棄部４３、４４を有する。なお、Ｉ／Ｏ部２１、判定部２２、フィルタテーブル２３、フレーム処理部２４、ＥＬＡＮ制御回路２６、ＭＡＣテーブル２７、タイマ２８は、第１および第２の実施形態において実質的に同じであり、説明を省略する。

図１０は、第２の実施形態のＳＴＰ制御テーブル４１の構成を示す。ＳＴＰ制御テーブル４１は、各ポートＰ１〜Ｐｎについてポート状態および廃棄フラグを記録する。ポート状態は、第１の実施形態と同じであり、スパニングツリープロトコルによって、フォワーディング、ラーニング、リスニング、ブロッキング、またはディセーブルに設定される。廃棄フラグは、制御部１３においてスパニングツリープロトコルが正常に動作しないときに、フレームの廃棄を行うか否かを表す。この例では、廃棄フラグが「１」であるポートに対して強制的なフレーム廃棄が許容され、廃棄フラグが「０」であるポートに対しては強制的なフレーム廃棄は許容されない。

例えば、以下のポートは、強制的なフレーム廃棄を行わない。すなわち、以下のポートには、「廃棄フラグ＝０」が設定される。
（１）ＢＰＤＵフレームを受信しないポート
（２）対向装置がユーザ端末であるポート

ＢＰＤＵフレームを受信しないポートは、ループの形成に関与しない。したがって、ＢＰＤＵフレームを受信しないポートを介してユーザフレームを送受信しても、ブロードキャストストームを引き起こすことはない。なお、ソフトウェア（例えば、スパニングツリープロトコル）は、ＢＰＤＵフレームを受信するポートを検出することができる。換言すれば、ソフトウェアは、ＢＰＤＵフレームを受信しないポートを検出できる。よって、ソフトウェアは、ＢＰＤＵフレームを受信しないポートに対して「廃棄フラグ＝０」を設定することができる。

対向装置がユーザ端末であるポートは、ループの形成に関与しない。したがって、対向装置がユーザ端末であるポートを介してユーザフレームを送受信しても、ブロードキャストストームを引き起こすことはない。ユーザまたはネットワーク管理者は、対向装置がユーザ端末であるポートに対して「廃棄フラグ＝０」を設定できる。なお、ユーザまたはネットワーク管理者は、所望のポートに対して「廃棄フラグ＝０」を設定できる。

フレーム処理部２４は、フレームの入力ポートを識別するポート情報またはフレームの出力ポートを識別するポート情報で、図１０に示すＳＴＰ制御テーブル４１を検索する。そして、フレーム処理部２４は、ＳＴＰ制御テーブル４１から検索されるポート状態に応じてそのフレームを処理する。また、フレーム処理部２４は、ＳＴＰ制御テーブル４１から検索される廃棄フラグの値を廃棄部４３または廃棄部４４に通知する。すなわち、フレーム処理部２４は、ポートを介してフレームを受け取ったときは、そのフレームに対応する廃棄フラグの値を廃棄部４３に通知する。また、フレーム処理部２４は、スイッチ１３からフレームを受け取ったときは、そのフレームに対応する廃棄フラグの値を廃棄部４４に通知する。

状態制御部４２は、タイマ２８が満了したときに、廃棄部４３、４４を有効化する。すなわち、状態制御部４２は、ＢＰＤＵ生成部３１が正常な動作を行っているときは廃棄部４３、４４を無効化し、ＢＰＤＵ生成部３１の正常な動作が予め指定された期間に渡って検出されないときは廃棄部４３、４４を有効化する。「指定された期間」は、第１の実施形態と同様であり、ＢＰＤＵフレームの生成間隔よりも長い。

廃棄部４３、４４は、状態制御部４２により有効化されたときは、フレーム処理部２４から通知される廃棄フラグの値に応じてフレームを処理する。すなわち、廃棄部４３、４４は、状態制御部４２により有効化されているときは、「廃棄フラグ＝１」が設定されているフレームを廃棄する。一方、「廃棄フラグ＝０」が設定されているフレームは、廃棄部４３、４４により廃棄されることなく、宛先ポートへ転送される。なお、廃棄部４３、４４は、状態制御部４２により有効化されていないときは、フレーム廃棄を行わない。

このように、第２の実施形態においては、制御部１３（または、スパニングツリープロトコル）が正常に動作していないときに、ユーザまたはネットワーク管理者が所望するポートのフレームを廃棄することができる。このとき、スパニングツリープロトコルのポート状態は、更新されない。したがって、第２の実施形態においては、第１の実施形態と比較して、ユーザフレームの送受信ができなくなる経路が少なくなる。なお、第２の実施形態においても、ユーザ毎、仮想ＬＡＮ毎、サービスフロー毎に、強制的なフレーム廃棄を許容するか否かを決めることができる。

＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態では、ＢＰＤＵ生成部３１が定期的に生成するリセット信号を利用して、制御部１３（または、スパニングツリープロトコル）の状態が監視される。第３の実施形態では、他の方法で制御部１３（または、スパニングツリープロトコル）の状態が監視される。

図１１は、第３の実施形態に係る通信装置の構成を示す。第３の実施形態の通信装置のインタフェース部１１は、図６または図９に示すタイマ２８の代わりに、ＢＰＤＵ監視部５１を有する。なお、第３の実施形態では、ＢＰＤＵ生成部３１（または、制御部１３）は、リセット信号を生成する必要はない。

ＢＰＤＵ監視部５１は、ＢＰＤＵ生成部３１により生成されるＢＰＤＵフレームを監視する。ここで、制御部１３においてスパニングツリープロトコルが正常に実行されているときは、上述したように、ＢＰＤＵ生成部３１は、ＢＰＤＵフレームを定期的（例えば、２秒間隔）で生成する。よって、ＢＰＤＵ監視部５１は、予め指定された期間に渡ってＢＰＤＵフレームの生成または出力を検出できないときは、制御部１３（または、スパニングツリープロトコル）が正常に動作していないと判定する。ＢＰＤＵ監視部５１がＢＰＤＵフレームを監視するための期間は、ＢＰＤＵフレームが生成される間隔よりも長く、例えば、６秒である。

状態監視部４２は、制御部１３（または、スパニングツリープロトコル）が正常に動作していないことがＢＰＤＵ監視部５１によって検出されると、廃棄部４３、４４を有効化する。廃棄部４３、４４の動作は、第２の実施形態と実質的に同じである。

このように、第３の実施形態では、リセット信号を利用するのではなく、ＢＰＤＵフレームの生成または出力をモニタすることで、制御部１３（または、スパニングツリープロトコル）の状態が判定される。なお、図１１に示す実施例では、ＢＰＤＵ監視部５１を利用して制御部１３の状態を監視する構成が第２の実施形態に適用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ＢＰＤＵ監視部５１を利用して制御部１３の状態を監視する構成は、第１の実施形態にも適用可能である。

＜第４の実施形態＞
図１２は、第４の実施形態に係る通信装置の構成を示す。図１２に示す第４の実施形態の通信装置の構成は、図６に示す第１の実施形態とほぼ同じである。ただし、第４の実施形態のインタフェース部１１は、第１の実施形態と比較すると、判定部６１をさらに有する。

判定部２２は、上述したように、ポート（Ｐ１〜Ｐｎ）を介して受信するフレームの検索キー情報でフィルタテーブル２３を検索し、そのフレームに対してスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する。この検索キー情報は、受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報（例えば、宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレス）およびその受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せで表される。

これに対して、判定部６１は、スイッチ１２からポート（Ｐ１〜Ｐｎ）へ向かう送信フレームの検索キー情報でフィルタテーブル２３を検索し、その送信フレームに対してスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する。ただし、判定部６１が使用する検索キー情報は、送信フレームの所定の領域に格納されている制御情報（例えば、宛先ＭＡＣアドレスおよび送信元ＭＡＣアドレス）およびその送信フレームが導かれるポートを識別するポート情報の組合せで表される。なお、送信フレームが導かれるポートは、ＥＬＡＮ制御回路２６においてＭＡＣテーブル２７を参照することで得られる。

フレーム処理部２４は、スパニングツリープロトコルが適用されているフレームを、ＳＴＰ制御テーブル２５に設定されているポート状態に応じて処理する。ポート状態に応じてフレームを処理する動作は、第１の実施形態と実質的に同じである。

このように、第４の実施形態では、ポート（Ｐ１〜Ｐｎ）を介して受信するフレームだけではなく、ポート（Ｐ１〜Ｐｎ）に向かうフレームについても、フィルタテーブル２３を利用して、スパニングツリープロトコルが適用されているか否かが判定される。したがって、受信フレームおよび送信フレームの双方について、ユーザ毎、仮想ＬＡＮ毎、サービスフロー毎に、強制的なフレーム廃棄を許容するか否かを決めることができる。

なお、図１２は、第１の実施形態の通信装置に判定部６１が追加された構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、図９に示す第２の実施形態あるいは図１１に示す第３の実施形態に判定部６１を設けてもよい。

＜バリエーション＞
インタフェース部１１内の各回路は、例えば、ＬＳＩデバイス、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＮＰＵ（Network Processing Unit）デバイス等で実現される。

また、インタフェース部１１は、例えば、インタフェースカード、インタフェースモジュール、またはネットワークアダプタとして実現してもよい。
本発明は、スパニングツリープロトコルを実装する通信装置のみに限定されるものではなく、ネットワークのループを回避するためにネットワークの接続状態を監視するための監視フレームを使用する通信装置に適用可能である。したがって、ＢＰＤＵフレームは、ネットワークの接続状態を監視するための監視フレームの一例である。ＢＰＤＵ生成部３１は、監視フレームを定期的に生成する監視フレーム生成部の一例である。ＳＴＰ制御テーブル２５は、ポート状態を記録する状態記録部の一例である。

以上記載した各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
ポートと、
ネットワークの接続状態を監視するために他の通信装置へ送信される監視フレームを生成する監視フレーム生成部と、
前記ポートについてポート状態を記録する状態記録部と、
前記状態記録部に記録されているポート状態に基づいてフレームを処理するフレーム処理部と、
前記監視フレームが生成されない期間に応じて、前記状態記録部において前記ポートに対してポート状態として停止状態を設定する状態制御部と、を有し、
前記フレーム処理部は、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する
ことを特徴とする通信装置。
（付記２）
前記フレーム処理部は、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートへ向かうフレームを廃棄する
ことを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記３）
受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する判定部をさらに有し、
前記フレーム処理部は、スパニングツリープロトコルが適用されており、且つ、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する
ことを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記４）
受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報および前記受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せに対して、スパニングツリープロトコルが有効であるか否かを表すフィルタ情報を格納するフィルタ情報格納部をさらに備え、
前記判定部は、受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報および前記受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せで前記フィルタ情報格納部を検索して、前記受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているかを判定する
ことを特徴とする付記３に記載の通信装置。
（付記５）
指定された期間を計時するタイマをさらに有し、
前記監視フレーム生成部は、監視フレームを定期的に生成しているときは、前記指定された期間よりも短い間隔で前記タイマをリセットし、
前記状態制御部は、前記タイマが満了したときに、前記状態記録部において前記ポートに対して停止状態を設定する
ことを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記６）
前記監視フレーム生成部から出力される監視フレームを監視するフレーム監視部をさらに有し、
指定された期間に渡って前記監視フレーム生成部により監視フレームが生成されないときに、前記状態制御部は、前記状態記録部において前記ポートに対して停止状態を設定する
ことを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記７）
ポートと、
ネットワークの接続状態を監視するために他の通信装置へ送信される監視フレームを生成する監視フレーム生成部と、
前記ポートについて廃棄処理が有効か否かを表す廃棄情報を記録する廃棄情報記録部と、
前記廃棄情報記録部に廃棄処理が有効であることを表す廃棄情報が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する廃棄部と、
前記監視フレームが生成されているときは前記廃棄部を無効化し、前記監視フレームが生成されていない期間に応じて前記廃棄部を有効化する状態制御部と、
を有する通信装置。
（付記８）
前記廃棄部は、前記廃棄情報記録部に廃棄処理が有効であることを表す廃棄情報が設定されているポートへ向かうフレームを廃棄する
ことを特徴とする付記７に記載の通信装置。
（付記９）
受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する判定部をさらに有し、
前記廃棄部は、スパニングツリープロトコルが適用されており、且つ、前記廃棄情報記録部に廃棄処理が有効であることを表す廃棄情報が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する
ことを特徴とする付記７に記載の通信装置。
（付記１０）
受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報および前記受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せに対して、スパニングツリープロトコルが有効であるか否かを表すフィルタ情報を格納するフィルタ情報格納部をさらに備え、
前記判定部は、受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報および前記受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せで前記フィルタ情報格納部を検索して、前記受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているかを判定する
ことを特徴とする付記９に記載の通信装置。
（付記１１）
指定された期間を計時するタイマをさらに有し、
前記監視フレーム生成部は、監視フレームを定期的に生成しているときは、前記指定された期間よりも短い間隔で前記タイマをリセットし、
前記状態制御部は、前記タイマが満了したときに、前記廃棄部を有効化する
ことを特徴とする付記７に記載の通信装置。
（付記１２）
前記監視フレーム生成部から出力される監視フレームを監視するフレーム監視部をさらに有し、
指定された期間に渡って前記監視フレーム生成部により監視フレームが生成されないときに、前記状態制御部は、前記廃棄部を有効化する
ことを特徴とする付記７に記載の通信装置。

１（１ａ〜１ｆ） 通信装置
１１ インタフェース回路
１３ 制御部
２２、６１ 判定部
２３ フィルタテーブル
２４ フレーム処理部
２５、４１ ＳＴＰ制御テーブル
２８ タイマ
２９、４２ 状態制御部
３１ ＢＰＤＵ生成部
４３、４４ 廃棄部
５１ ＢＰＤＵ監視部

Claims (7)

1. ポートと、
   ネットワークの接続状態を監視するために他の通信装置へ送信される監視フレームを生成する監視フレーム生成部と、
   前記ポートについてポート状態を記録する状態記録部と、
   前記状態記録部に記録されているポート状態に基づいてフレームを処理するフレーム処理部と、
   前記監視フレームが生成されない期間に応じて、前記状態記録部において前記ポートに対してポート状態として停止状態を設定する状態制御部と、を有し、
   前記フレーム処理部は、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記フレーム処理部は、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートへ向かうフレームを廃棄する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているか否かを判定する判定部をさらに有し、
   前記フレーム処理部は、スパニングツリープロトコルが適用されており、且つ、前記状態記録部に停止状態が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報および前記受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せに対して、スパニングツリープロトコルが有効であるか否かを表すフィルタ情報を格納するフィルタ情報格納部をさらに備え、
   前記判定部は、受信フレームの所定の領域に格納されている制御情報および前記受信フレームを受信したポートを識別するポート情報の組合せで前記フィルタ情報格納部を検索して、前記受信フレームについてスパニングツリープロトコルが適用されているかを判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 指定された期間を計時するタイマをさらに有し、
   前記監視フレーム生成部は、監視フレームを定期的に生成しているときは、前記指定された期間よりも短い間隔で前記タイマをリセットし、
   前記状態制御部は、前記タイマが満了したときに、前記状態記録部において前記ポートに対して停止状態を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
6. 前記監視フレーム生成部から出力される監視フレームを監視するフレーム監視部をさらに有し、
   指定された期間に渡って前記監視フレーム生成部により監視フレームが生成されないときに、前記状態制御部は、前記状態記録部において前記ポートに対して停止状態を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
7. ポートと、
   ネットワークの接続状態を監視するために他の通信装置へ送信される監視フレームを生成する監視フレーム生成部と、
   前記ポートについて廃棄処理が有効か否かを表す廃棄情報を記録する廃棄情報記録部と、
   前記廃棄情報記録部に廃棄処理が有効であることを表す廃棄情報が設定されているポートを介して受信するフレームを廃棄する廃棄部と、
   前記監視フレームが生成されているときは前記廃棄部を無効化し、前記監視フレームが生成されない期間に応じて前記廃棄部を有効化する状態制御部と、
   を有する通信装置。