通信ネットワーク障害時におけるOSPFの経路切り 替え高速化の検討

電力中央研究所報告
情 報 通 信
通信ネットワーク障害時における OSPF の経路切り
替え高速化の検討
キーワード：OSPF，指名ルータ，故障，遅延，ルータ Dead 間隔
背
報告書番号：Ｒ１１０２２
景
電力用 IP 通信ネットワークでは、多様な冗長化を施した通信経路を保有しており、多
重障害発生時にも、切り替えによる経路確保を可能としている。しかし、標準的ルーテ
ィング方式である OSPF（Open Shortest Path First、図 1）では、各管理エリア 1) の経路
情報を管理する指名ルータの障害発生検知と、各管理エリアへの経路情報の伝達に時間
を要するため、収容しているアプリケーションに支障を来たす可能性がある。その支障
期間を短縮するには、経路切り替えを高速に行う方式が必要である。
目
的
電力用 IP 通信ネットワークにおいて経路切り替えを高速に行うルーティング方式を
提案する。また、提案方式の経路切り替え時間を机上評価する。
主な成果
1. 経路切り替え高速化のためのルーティング方式の提案
次の特徴を持つルーティング方式を提案した（図 2）。
z 指名ルータを経由するユーザーデータの IP パケットを常時監視することで、指名
ルータの生存確認を行う。これにより、管理トラヒックを不要としつつ指名ルー
タの障害を短時間で検知する。
z 管理エリアを一つにし、各管理エリアへの経路情報伝達を不要とした。
2. 提案方式の経路切り替え時間の机上評価
（1） 各障害発生箇所（指名ルータ、その他のルータ、回線、利用するユーザ IP パケ
ット）による提案方式の処理時間フローは図 3 に示す通りである。経路切り替え
にかかる時間は、必要となる処理の組み合わせにより、ケース A：経路計算＋生
存確認＋再選出、ケース B：経路計算＋生存確認、ケース C：経路計算、に分類
して評価できる。
（2） 提案方式の各ケースの経路切り替え時間を算出した。その結果、最も時間を要す
るケース A においても経路切り替え時間は 7 秒程度であり（図 4）、経路切り替え
の高速化によりアプリケーションについても迅速な通信復旧が可能となる。
注 1） OSPF が経路管理するネットワーク範囲を管理エリアと呼び、企業内ネットワークでは，それを分割し
て分散管理制御する方式が一般的である。
特徴
特徴
ネットワーク全体の経路を指名ルータ
が管理
ネットワーク全体の経路を指名ルータが管理
指名ルータが経路管理し，その他のルータが指名
ルータの生存をユーザIPパケットを利用して監視
ルータの
生存をユーザIPパケットを利用して監視
ネットワークを複数の管理エリアに分けて管理
ネットワークを複数の管理エリアに分けて管理
指名ルータ間で経路情報を交換
指名ルータ間で経路情報を交換
指
名ルータ間で経路情報を交換
指名ルータ間で経路情報を交換
ローカル
ネットワーク
バックボーン
ネットワーク
ローカル
ネットワーク
ルータ
指名
指名ルータ
指名ルータ
指名ルータ
指名ルータ
指名ルータ
指
名ルータ
指名ルータ
指名ルータ生存
確認用パケット
を定期的に送信
その他の
ルータ
その
他の
その他の
ルータ
ルータ
管理エリア
管理エリア
理エリア
管
管理エリア
指名ルータに接続されている回
線を通過するユーザIPパケット
を利用して生存を通知
経路状態の情報収集
その他の
ルータ
その他の
ルータ
ローカル
ネットワーク
理エリア
管
管理エリア
その他の
ルータ
バックボーン
ネットワーク
IPパケット
その他の
ルータ
ローカル
ネットワーク
理エリア
管
管理エリア
現状の問題点
提案手法の改善点
名ルータに障害が発生すると、検知に時間
指
指名ルータに障害が発生すると、検知に時間
かかる。
が
がかかる。
理エリア内の経路情報を一定時間内収集
管
管理エリア内の経路情報を一定時間内収集
し、各エリアへ
交換するため、全体の経路を
し、各エリアへ交換するため、全体の経路を
決
定するまで時間がかかる。
決定するまで時間がかかる。
1
指名ルータの障害を高速検知する。
1.. 指名ルータの障害を高速検知する。
2
指名ルータは集中方式のため、経路情報交
2.. 指名ルータは集中方式のため、経路情報交
換が無く時間がかからない。
換が無く時間がかからない。
図 1 既存方式（分散管理方式）
図 2 提案方式（集中管理方式）
障害発生
経路計算時間と情報伝搬時間 (経路計算)
YES
その他のルータ
のみで障害
NO
提案方式指名ルータ生存確認時間 (生存確認)
指名ルータ
障害無し
障害有り
指名ルータ再選出時間 (再選出)
図 3 各障害に対する処理時間算出のフロー
20
50
再選出 (0.02秒)
経路切り替え時間（秒）
経路切り替え時間（秒）
60
経路計算
40
30
20
改善点 2の効果
生存確認
再選出 (0.4秒)
10
0
既存方式
ケースA,B
経路計算
経路計算
提案方式
ケースA
提案方式
ケースB
改善点 1の効果
生存確認
(0.6秒)
15
10
経路計算
改善点 2の効果
5
経路計算
0
既存方式
ケースC
提案方式
ケースC
図 4 既存方式と提案方式の経路切り替え時間算出結果
ルータ数を 400、既存方式の管理エリア数を 20 とし各管理エリアのルータ数を 20、指名ルータに接続されて
いる回線を通過する IP パケットの送信間隔を 0.1 秒とした。ケース A はバックボーンネットワークの指名ルー
タで障害が発生した場合、ケース B は障害によりパケットが喪失し指名ルータの生存を誤認する場合、ケー
ス C はローカルネットワークのその他のルータで障害が発生した場合である。
研究担当者
土井 博生（システム技術研究所 通信システム領域）
問い合わせ先
電力中央研究所 システム技術研究所 研究管理担当スタッフ
Tel. 03-3480-2111(代) E-mail：serl-rr-ml＠criepi.denken.or.jp
報告書の本冊（PDF 版）は電中研ホームページ http://criepi.denken.or.jp/よりダウンロード可能です。
［非売品・無断転載を禁じる］ Ⓒ ２０１２ ＣＲＩＥＰＩ 平成２４年７月発行
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