広域レイヤ2ネットワーク

近年，ギガビットイーサネット (GE: Gigabit Ethernet) や10ギガビットイーサネット (10GE : 10 Gigabit Ethernet) の登場により，通信事業者による広域イーサネットサービスが注目されている．広域イーサネットサービスは，企業などのLAN (Local Area Network) 同士を，通信事業者の提供する広域イーサネット網を通じて接続するサービスであり，LAN接続技術として広く普及したイーサネットを使用することにより，使用者は新たにスイッチを購入することなく高速な通信を利用可能となる．また，40G/100Gイーサネットの標準化も進んでおり，今後広域ネットワークを構築する技術として期待されている．広域イーサネットにおいて，スイッチはVLAN (Virtural LAN)の技術を使用することによりパスを識別し，仮想回線を構築している．イーサネットがLANとして普及した背景には運用が容易である点が挙げられるが，障害回復やセキュリティの観点において必要最低限の機能しか備えていないため，イーサネット技術をWAN(Wide Area Network)において使用した場合に，LANでは問題とならなかった障害回復，帯域保障，セキュリティ，ネットワーク管理など多くの課題の解決が必要となる．この課題を解決するために，IETF (Internet Engineering Task Force) およびIEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) は広域イーサネットのプロトコルの標準化に向けた取り組みを行っている．
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研究紹介

次世代広域レイヤ2ネットワークの実現へ向けたフレキシブルスイッチ
IETFおよびIEEEにおける標準化では，既存のプロトコルと新プロトコルとの互換性を考慮して標準化が進められている．これは，既存のレイヤ2スイッチを新プロトコルに対応させたスイッチにすべて交換するには，莫大なコストと時間を必要とするため現実的ではないためである．そのため，GELS (Gneralized Multi-Protocol Label Switching) やPBB-TE(Provider Backbone Bridging-Traffic Engineering) のように従来のネットワークを束ねたバックボーンとしてネットワークを構築する必要がある．互換性を考慮するために，不必要な処理や階層化した複雑なネットワークとなってしまう問題がある．ネットワークで使用されているレイヤ2スイッチは，データプレーンがハードウェアで構築されており，新機能や新プロトコルにスイッチを対応させるためにはハードウェアの設計の段階から行なう必要がある．今後，ネットワーク技術の進展に伴ってネットワークを最適化させるためには，機能の拡張を柔軟に行い新プロトコルに対応可能なスイッチが必要である．また，広域レイヤ2ネットワークにおいて，QoS保証やセキュリティなどの複数のサービスが存在し，各L2-LSPごとに要求サービスが異なることが想定される．レイヤ2スイッチでは，VLANにより各トラフィックを識別しサービスを提供するが，同一のスイッチ構造を使用するために不必要な処理や提供可能サービスの制限という問題が予想される．本論文では，柔軟に機能の追加，変更を可能とするフレキシブルレイヤ2スイッチの構造を提案する．スイッチ内部の機能をモジュール化し，モジュールを組み合わせることでスイッチを構築する．モジュールは，ソフトウェアまたは再構成可能なハードウェアで構築され，新モジュールの追加，スイッチ構造の再構築などを動的に行うことが可能である．また，VLAN-IDごとの必要サービス情報をRSVP-TEのシグナリング情報に付加し，サービスを考慮したスイッチ構造を構築し，L2-LSPの確立を行った．サービスごとに最適なスイッチ構成を構築することにより，不必要な処理をなくし様々なサービスを提供可能となる．実験ネットワークにおいてL2-LSPを確立し，スイッチの柔軟な構築およびパスごとのサービス管理機能を確認し，広域ネットワークにおけるフレキシブルレイヤ2スイッチの有効性を示した．
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リカバリーテーブルによる高速障害回復手法
従来のLAN(Local Area Network) におけるイーサネットをWAN(Wide Area Network)に拡張するためには，拡張性や信頼性の観点から幾つかの問題を解決する必要がある．その問題の1つが，障害回復に関する問題である．従来，障害回復方式として，プロテクションとリストレーションが存在する．しかし，プロテクションにおいては障害発生をソースノードに通知するまでに時間を要し，一方のリストレーションにおいては障害発生時の経路の再計算に時間を要するため，いずれにおいても多くのフレームロスが発生する．信頼性の高い広域レイヤ2ネットワークの実現のためには，障害発生時のフレームロスの少ない障害回復機能が必要とされる．そこで，本研究では新しい障害回復方式として，障害回復用フォワーディングテーブルを用いてパスの切り替えを待たずにフレームを転送することにより，障害発生時にフレームロスの発生しない障害回復方式を提案する．また本研究では，ソフトウェアにおいて拡張性に優れたフレームフォワーディングを実現するソフトウェアスイッチClickによる障害回復方式の実装を目指している。

GMPLSによる次世代レイヤ2ネットワークの制御
通信事業者による広域レイヤ2サービスでは，カスタマーへと互いのLAN同士を接続する仮想的な専用線(PATH)が提供される．しかし，実際にネットワーク上へとPATHを確立するためには，経路上の全てのスイッチへとVLANの設定を行わなければならない．これらの設定は，従来は通信事業者のオペレータにより手動で行われてきたが，ネットワークの大規模化に伴い，全てのスイッチへのVLAN設定は困難となってきた．
これらの課題を解決する手段として，GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching)を用いた広域レイヤ2ネットワークの制御が挙げられる．GMPLSはデータ転送に先立ち通信路を確立するという大きな特徴を持つプロトコルで，光ネットワークの最先端制御技術として大きな注目を浴びている．このGMPLSをレイヤ2へと適用することによって，ネットワークは自律分散的に制御される．各スイッチは互いに制御情報を交換しながら適切な経路を探し出し，それぞれのVLAN設定を行ってPATHを確立するため，従来のようなオペレータによる設定作業は不要となる．またカスタマーの要求に応じて動的にPATHを確立することができ，QoS保証や帯域制御などのサービスの管理も可能なため，次世代のレイヤ2ネットワーク制御技術として大きな期待をされている．
GMPLSは現在，IETFによる標準化が行われており，プロトコルの詳細は定まっていない．本研究では，このGMPLSのレイヤ2ネットワーク制御に関して標準化に向けた新たな提案を行い，実装実験により有効性を検証を行っている．

研究業績

  • 菊田洸, 石井大介, 岡本聡, 山中直明, “GMPLSによるギガビット広域イーサネット網の制御実験,” 電子情報通信学会技術研究報告, Vol. PN2007-32, pp. 13-17, December 2007.
  • Daisuke Ishii, Kou Kikuta, Satoru Okamoto, Naoaki Yamanaka, “An Experiment of Controlling Gigabit Wide Area Ethernet by GMPLS supporting Layer-2 Switching Capability,” The Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC2008), No. OThB5, February 2008.
  • 西田 昌弘, 清水 翔, 石井 大介, 荒川 豊, 岡本 聡, 山中 直明, “次世代広域レイヤ2ネットワークの実現に向けたフレキシブルスイッチの提案と検証,” 電子情報通信学会技術研究報告, Vol. 108, No. 84, pp. 19-24, June 2008.
  • Satoru Okamoto, Hideki Otsuki, Tomohiro Otani, “Multi-ASON and GMPLS Network Domain Interworking Challenges,” IEEE Communications Magazine, Vol. 46, No. 6, pp. 88-93, June 2008.
  • Satoru Okamoto, Sho Shimizu, Yutaka Arakawa, Naoaki Yamanaka, “Experiment of the In-band Message Communication Channel for GMPLS Controlled Ethernet,” European Conference on Optical Communication 2008, September 2008.
  • 寺澤緑，西田昌弘，清水翔，荒川豊，岡本聡，山中直明， “Fast Fault Recovery Method With Pre-established Recovery Table For Wide Area Ethernet,” International Conference on Photonics in Switching 2008 (PS2008), No. S-02-3, August 2008.
  • Masahiro Nishida, Hiroyuki Ishikawa, Sho Shimizu, Yutaka Arakawa, Satoru Okamoto, Naoaki Yamanaka, “Adaptive Resource Reservation Protocol for High-speed Resource Information Advertisement,” The 14th Asia-Pacific Conference on Communications (APCC 2008), No. 15-PM1-E-4, October 2008.
  • Kou Kikuta, Masahiro Nishida, Daisuke Ishii, Satoru Okamoto, and Naoaki Yamanaka, “Implementation of VLAN Path Signaling with Domain Tag Swapping for GMPLS controlled Wide Area Layer-2 Network,” COIN2008, Vol. C-16-PM1-1, No. 3, October 2008.
  • Satoru Okamoto, Tomohiro Otani, “Interoperability effort for ubiquitous GMPLS controlled optical networks,” MPLS 2008, No. Weds 1-4, October 2008
  • 岡本聡, 菊田洸, 西田昌弘, 石井大介, 荒川豊, 山中直明, “次世代広域レイヤ2網実現に向けたプロトコル実装と実証実験,” 電子情報通信学会光通信システム研究会, Vol. OCS2008, No. 108, February 2009
  • Satoru Okamoto, Kou Kikuta, Daisuke Ishii, Shuichi Okamoto, Tomohiro Otani, Hideki Otsuki, “Multi ASON and GMPLS Domains Interworking Trials for Automatically Switched Ethernet VLAN Path Provisioning,” The Optical Fiber Communication Conference and The National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC) 2009, No. NTuB1, March 2009
  • Satoru Okamoto, Sho Shimizu, Yutaka Arakawa, Naoaki Yamanaka, “Frame Loss Evaluation of Optical Layer 10 Gigabit Ethernet Protection Switching using PLZT Optical Switch System,” IEICE Transactions on Communications, Vol. E92-B, No. 3, pp. 1017-1019, March 2009
  • Satoru Okamoto, Yutaka Arakawa, Naoaki Yamanaka, “Demonstration of the In-band Message Communication Channel and Mac-in-Mac technology for GMPLS Controlled New Generation Layer2 Transport Networks,” The Optical Fiber Communication Conference and The National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC) 2009, No. JWA92, March 2009
  • Kou Kikuta, Masahiro Nishida, Daisuke Ishii, Satoru Okamoto and Naoaki Yamanaka, “Establishment of VLAN Tag Swapped Path on GMPLS controlling Wide Area Layer-2 Network,” The Optical Fiber Communication Conference and Exposition, and The National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC) 2009 , Vol. JWA83, March 2009
  • Kou KIKUTA, Masahiro NISHIDA, Daisuke ISHII, Satoru OKAMOTO and Naoaki YAMANAKA, “Multi-Domain VLAN Path Signaling Method Having Tag Swapping Function for GMPLS Controlled Wide Area Layer-2 Network,” IEICE Transaction on Communication, Vol. E92-B, No. 4, pp. 1353-1356, April 2009
  • Daisuke Ishii, Kou Kikuta, Masahiro Nishida, Yutaka Arakawa, Satoru Okamoto, Naoaki Yamanaka, “Experiments of GMPLS based layer2 path control functions for next generation wide area layer2,” 5th International Conference on IP+Optical Network (iPOP2009), June 2009
  • Midori Terasawa, Masahiro Nishida, Sho Shimizu, Yutaka Arakawa, Satoru Okamoto, Naoaki Yamanaka, “Recover-Forwarding Method In Link Failure With Pre-established Recovery Table For Wide Area Ethernet,” IEEE International Conference on Communications (ICC 2009), June 2009