CN103283191A - 信息系统、控制装置、通信方法及程序 - Google Patents

信息系统、控制装置、通信方法及程序 Download PDF

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Abstract

本发明在控制装置控制多个物理节点的信息系统中，能够实现高效的广播通信。信息系统包括：多个物理节点，按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包；和控制装置，通过对上述物理节点设定上述处理规则，使上述多个物理节点作为能够从上述外部节点利用的虚拟网络上的虚拟节点来动作。上述控制装置具备：广播范围管理部，管理由与上述虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围，该控制装置参照通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，对上述广播通信路径上的物理节点设定实现向上述广播范围的广播通信的处理规则。

Description

信息系统、控制装置、通信方法及程序
技术领域
(对于相关申请的记载)
本发明基于日本专利申请特愿2010-292015号(2010年12月28日申请)的优先权，通过引用将该申请的全部记载内容而援引至本说明书。
本发明涉及信息系统、控制装置、通信方法及程序，特别是涉及利用按照适于接收数据包(packet)的处理规则来处理接收数据包的转发节点而构成的信息系统、控制装置、通信方法及程序。
背景技术
近年来，提出了被称为OpenFlow的技术(参照专利文献1及非专利文献1、2)。OpenFlow将通信捕捉为端到端(end-to-end)的流，并且以流为单位进行路径控制、故障恢复、负载均衡以及优化。在非专利文献2中说明的OpenFlow交换机(Switch)具备与用作控制装置的OpenFlow控制器通信用的安全通道(Secure Channel)，根据由OpenFlow控制器指示适当添加或改写的流表(Flow Table)来动作。在流表中，按流定义了与数据包头对照的匹配规则(头字段)、流统计信息(Counters)以及定义处理内容的动作(Actions)的组(参照图7)。
例如，OpenFlow交换机在接收数据包后，从流表检索具有符合接收数据包的头信息的匹配规则(参照图7的头字段)的表项(entry)。检索的结果是找到了符合接收数据包的表项时，OpenFlow交换机更新流统计信息(计数器)，并且对接收数据包实施该表项的动作字段所记述的处理内容(自指定端口的数据包发送、洪泛、废弃等)。另一方面，上述检索的结果是未找到符合接收数据包的表项时，OpenFlow交换机经由安全通道向OpenFlow控制器转发接收数据包，请求确定基于接收数据包的发送源/发送目的地的数据包的路径，接收实现该数据包路径的流表项，并更新流表。这样一来，OpenFlow交换机利用流表中所存储的表项作为处理规则来进行数据包转发。
另外，在专利文献2中，公开了一种将广播数据仅转发到同一网络的节点中属于某封闭组的节点的数据处理系统。具体而言，该公报的数据处理系统获取从一个节点输出的广播数据，从所取得的广播数据获取发送源地址，对于仅向与发送源地址对应的节点以外的其他节点(属于与所取得的发送源地址对应的组)转发广播数据的地址，从规定组与属于组的节点的地址的对应关系的组管理信息获取目的地地址，将所取得的广播数据的目的地地址作为从组管理信息取得的目的地地址，通过网络将广播数据转发到上述其他节点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/095010号
专利文献2：日本特开2009-212739号公报
非专利文献
非专利文献1：Nick McKeown及其他七人，“OpenFlow:EnablingInnovation in Campus Networks”，[online]，[平成22(2010)年12月1日检索]，网址<URL:http://www.openflowswitch.org//documents/openflow-wp-latest.pdf>
非专利文献2：“OpenFlow Switch Specification”Version1.0.0.(Wire Protocol0x01)[平成22(2010)年12月1日检索]，网址<URL:http://www.openflowswitch.org/documents/openflow-spec-v1.0.0.pdf>
发明内容
发明要解决的课题
通过引用将上述专利文献及非专利文献的全部公开内容援引入本说明书。根据本发明，给出以下分析。
在利用上述OpenFlow技术构成的虚拟网络中，通过对物理节点设定确定从多个端口发送广播通信的数据包的处理内容的处理规则，能够实施广播通信(广播、组播)。然而，在未设定上述处理规则的状态下，存在如下问题：广播通信对象的数据包流入网络后被多个物理节点接收，结果处理规则的设定请求同时多发性地发生，与这些处理规则的设定请求对应的控制装置的负载急增。
专利文献2中公开了将广播数据仅转发到属于某封闭组的节点的方法，但未记载应对上述处理规则的设定请求的同时多发性地发生的方法。
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种结构及方法，在以上述OpenFlow为代表的、控制装置控制多个物理节点的信息系统中，能够实现高效的广播通信。
用于解决课题的手段
根据本发明的第1角度，提供一种信息系统，包括：多个物理节点，按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包；和控制装置，通过对上述物理节点设定上述处理规则，使上述多个物理节点作为能够从上述外部节点利用的虚拟网络上的虚拟节点来动作，上述控制装置具备广播范围管理部，该广播范围管理部管理由与上述虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围，上述控制装置参照通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，对上述广播通信路径上的物理节点设定实现向上述广播范围的广播通信的处理规则。
根据本发明的第2角度，提供一种控制装置，该控制装置与多个物理节点连接，所述多个物理节点按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包，上述控制装置具备广播范围管理部，该广播范围管理部管理由与通过对上述物理节点设定上述处理规则而实现的虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围，上述控制装置参照通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，对于上述广播通信路径上的物理节点设定实现向上述广播范围的广播通信的处理规则。
根据本发明的第3角度，提供一种通信方法，包括由与多个物理节点连接的控制装置进行的如下步骤，其中，所述多个物理节点按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包：更新由与通过对上述物理节点设定上述处理规则而实现的虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围的步骤；参照上述广播范围和通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，作成实现向上述广播范围的广播通信的处理规则的步骤；以及对上述广播通信路径上的物理节点设定上述作成的处理规则的步骤。本方法适于对上述物理节点设定上述处理规则的控制装置这种确定的机械装置。
根据本发明的第4角度，提供一种程序，使构成与多个物理节点连接的控制装置的计算机执行如下处理，其中，所述多个物理节点按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包：更新由与通过对上述物理节点设定上述处理规则而实现的虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围的处理；参照上述广播范围和通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，作成实现向上述广播范围的广播通信的处理规则的处理；以及对上述广播通信路径上的物理节点设定上述作成的处理规则的处理。此外，可将该程序记录于计算机可读的存储介质中。即，本发明也能够体现为计算机程序产品。
发明效果
根据本发明，在控制装置控制多个物理节点的信息系统中，能够实现高效的广播通信。
附图说明
图1是用于说明本发明的概要的图。
图2是表示本发明的第1实施方式的整体构成的图。
图3是表示本发明的第1实施方式的控制装置的详细构成的框图。
图4是用于说明由本发明的第1实施方式的控制装置的虚拟网络设定部管理的映射信息的图。
图5是表示本发明的第1实施方式的控制装置的动作的流程图。
图6是在本发明的第1实施方式的控制装置的处理规则确定部作成的广播用处理规则的例。
图7是表示非专利文献2中记载的流表项的构成的图。
具体实施方式
首先，说明本发明的一种实施方式的概要。本发明在其一种实施方式中，能够通过多个物理节点和控制装置来实现，所述多个物理节点按照将用于确定流的对照规则和对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容建立了对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包，所述控制装置通过对上述物理节点设定上述处理规则，使上述多个物理节点作为能够从上述外部节点利用的虚拟网络上的虚拟节点来动作。具体而言，上述控制装置具备广播范围管理部，该广播范围管理部管理由与上述虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围，该控制装置参照通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，对上述广播通信路径上的物理节点设定实现向由上述广播范围管理部所管理的上述虚拟网络上的上述预先选择的虚拟节点群的广播通信的处理规则。此外，该概要中所标记的附图参照标号是作为用于帮助理解的一例而为了方便起见标记在各要素上的，并非将本发明限定为图示的方式。
例如，在利用图1的物理网络200内的物理节点群通过虚拟节点110～130来构成虚拟网络100时，控制装置300参照虚拟节点110～130的构成信息、即与虚拟节点110～130对应的物理节点(图1的物理节点A、H、J)和其接口信息，确定以逻辑性地分配到虚拟节点110～130的接口群(图1的物理节点A、H、J的与各外部节点的连接接口)为配送范围的虚拟网络用广播范围，无论广播通信的发生时机如何，均对物理节点设定广播通信用的处理规则。
如上所述地设定实现广播通信的处理规则的结果是，接收了符合上述处理规则的对照规则的数据包的物理节点按照上述处理规则，从指定的接口发送广播对象数据包。因此，能够避免对控制装置进行的处理规则的设定请求同时多发性的发生，随之而来的控制装置的负载增大也不会发生。
[第1实施方式]
接下来，参照附图详细说明本发明的第1实施方式。图2是表示本发明的第1实施方式的整体构成(物理构成)的图。参照图2，图示了如下结构：构成物理网络的多个物理节点A～J(以下，在对物理节点无需特别加以区别时，记作“物理节点240”)与对这些物理节点设定处理规则的控制装置300通过安全通道连接在一起。
物理节点240具有如下功能：在从外部节点210～230接收到数据包后，从由上述控制装置300设定的处理规则检索具有符合接收数据包的对照规则的处理规则，按照该检索到的处理规则处理接收数据包。此外，可以利用非专利文献2的OpenFlow交换机来实现此种物理节点240。
控制装置300是设定处理规则的装置，该处理规则将用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应。例如，使图2的物理节点A、H、J作为从外部节点210～230利用的虚拟节点A、B、C来动作，并且对物理节点A、H、J间的物理节点设定按照预先计算的路径转发物理节点A、H、J间的数据包的处理规则，从而能够构成如图1所示的虚拟网络。
图3是表示实现如上所述的功能的控制装置的详细构成的框图。参照图3，图示了具备物理节点信息管理部301、安全通道通信部302、处理规则设定部303、虚拟网络设定部304、处理规则确定部305、广播范围管理部306及虚拟网络管理部307的结构。
物理节点信息管理部301经由安全通道通信部302在安全通道上与配置于管理对象的物理网络200上的物理节点240进行通信，进行物理节点240的能力信息、各物理节点的端口的状态信息等的收集。另外，物理节点信息管理部301基于上述收集到的信息，构筑并管理表示多个物理节点240的连接关系的网络拓扑。
另外，物理节点信息管理部301在发生了物理节点240的结构变更(物理节点240的添加、设定变更、故障引起的失效状态等)时，适当收集这些信息进行更新，对网络拓扑也进行相应的动作。
安全通道通信部302在控制装置300和物理节点240之间管理安全通道，进行安全通道上的通信处理。下面，在本实施方式中，对于物理节点240由非专利文献2的OpenFlow交换机构成、安全通道通信部302利用非专利文献2的OpenFlow协议与物理节点240进行必要的信息收发的结构加以说明。
处理规则设定部303经由安全通道通信部302，对物理节点240设定由处理规则确定部305所确定的处理规则。
虚拟网络设定部304作为用于虚拟性地实现及管理管理对象的物理网络200上的通信的虚拟网络构筑信息，而管理虚拟网络100的设定信息。具体而言，向虚拟网络管理部307提供虚拟网络100上的虚拟节点数目、虚拟节点间的拓扑信息、与逻辑性地分配到虚拟节点的物理节点240的接口信息的映射信息(参照图1的用虚线表示的双箭头线510～530)等。
图4是由虚拟网络设定部304管理的映射信息的例，由使物理节点ID及其物理端口ID的组与虚拟网络ID、虚拟节点ID以及虚拟接口ID相对应的表项500构成。
作为这些虚拟网络的设定信息的管理方法，可采用对控制装置300准备虚拟网络的设定信息用的数据库的方法。另外，可以设置用于从外部进行虚拟网络的设定信息的输入、变更等的UI(User Interface，用户界面)，以使用户能够在一定范围内变更虚拟网络的设定等。
处理规则确定部305参照由物理节点信息管理部301提供的网络拓扑及由虚拟网络管理部307提供的虚拟网络的构成信息(与虚拟节点对应的物理节点的信息)，计算实现虚拟网络100上的虚拟节点间的通信的物理网络200上的路径和实现该路径的处理规则。
另外，本实施方式的处理规则确定部305基于由物理节点信息管理部301提供的网络拓扑以及由广播范围管理部306提供的广播范围，计算实现虚拟网络100上的虚拟节点间的广播通信的物理网络200上的路径和实现该路径的处理规则。
此外，只要生成向由映射信息510～530分配的接口配送数据包所需的路径即可，因而由处理规则确定部305确定的虚拟节点间的路径并不限于图1的用粗箭头线表示的路径，例如，作为物理节点A～物理节点J间的路径，可以设定不通过物理节点F、而通过物理节点I的路径。另外，可以设定如图1的用粗箭头线表示的路径那样双向的网状的路径，但也可以设定例如按物理节点A、H、J的顺序或物理节点A、J、H的顺序来转发数据包的单向的路径。
虚拟网络管理部307是参照由虚拟网络设定部304提供的虚拟网络的设定信息来管理虚拟网络内的虚拟节点构成等的单元。另外，虚拟网络管理部307向广播范围管理部306提供与逻辑性地分配到这些管理下的虚拟节点的接口的物理节点240所具有的接口的映射信息(参照图1的用虚线表示的双箭头线510～530)等。
广播范围管理部306参照由虚拟网络管理部307提供的、与逻辑性地分配到各虚拟网络的虚拟节点的接口的物理节点240所具有的接口的映射信息(参照图1的用虚线表示的双箭头线510～530)，确定及管理以被逻辑性地分配到各虚拟网络内的接口的集合为配送目的地的广播通信范围。在此，在被逻辑性地分配到虚拟网络内的接口的集合为被逻辑性地分配到虚拟网络上的虚拟节点的所有接口的情况下，广播范围管理部306管理虚拟网络用的广播区域。
此外，图3所示的控制装置300的各部(处理单元)可以通过使构成控制装置300的计算机利用其硬件执行上述各处理的计算机程序来实现。
接下来，参照附图详细说明本实施方式的动作、特别是用于实现广播通信的处理规则的设定处理。图5是表示本发明的第1实施方式的控制装置300的动作的流程图。参照图5，首先，控制装置300在安全通道上，与配置于管理对象的物理网络200内的物理节点240进行通信，更新物理性的网络拓扑(步骤S101)。
接着，控制装置300从虚拟网络设定部304获取作为处理对象的虚拟网络的设定信息(步骤S102)。
接着，控制装置300根据上述取得的虚拟网络的设定信息，确定在虚拟网络上设定的广播通信范围(步骤S103)。例如，在将图1的虚拟网络100上的虚拟节点A～C作为广播区域时，基于虚拟节点110～130所具有的接口，将外部节点210～230所直接连接的图1的物理节点A、H、J的接口的组合作为广播通信范围输出到处理规则确定部305。
接着，控制装置300的处理规则确定部305确定实现在步骤S101中更新的网络拓扑和步骤S103中所提取的广播通信范围内的广播通信的处理规则(步骤S104)。具体而言，计算图1的物理节点A-H间、A-J间、H-J间的路径，确定对广播通信对象的数据包进行沿上述路径的数据包转发的处理规则。
图6是在上述步骤S104中确定的、用于向图1的虚拟节点110～130进行广播的处理规则的一例。例如，对物理节点A设定具有用于确定广播数据包的对照规则和将该数据包转发到物理节点B及物理节点F的处理内容(动作)的处理规则表项(参照图1)。同样地，对物理节点B设定具有用于确定从上述物理节点A转发来的广播数据包的对照规则和将该数据包转发到图1的物理节点C的处理内容(动作)的处理规则表项(参照图1)。
接着，控制装置300的处理规则设定部303对上述广播通信的路径上的物理节点240设定上述确定的处理规则(步骤S105)。
之后，在与虚拟网络100上的虚拟节点110～130的拓扑结构、管理对象的物理网络200上的物理节点240所具有的接口的映射信息发生变更时(步骤S106的是)，控制装置300将这些变更信息从虚拟网络设定部304移交到虚拟网络管理部307，执行步骤S103以后的处理，从而进行由该变更所影响到的物理节点240保持的处理规则的重新设定。此外，在由物理网络200上的物理节点240构成的网络拓扑发生变更时，再次执行从步骤S101起的处理。
像这样设定了处理规则的物理节点240在接收到符合上述设定的处理规则的数据包后，按其内容根据需要进行头改写处理，再从一个或多个接口进行数据包转发。由此，不需要来自物理节点240的与广播通信数据包相关的处理规则的设定请求，就能够实现虚拟网络100上的广播通信。
以上，说明了本发明的各实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的基本技术思想的范围内，能够加以进一步的变形/置换/调整。例如，上述实施方式所示的物理节点、虚拟节点的个数是为了简单地说明本发明而例示的，当然并不限定于上述个数。
同样地，在上述实施方式中说明了构成有一个虚拟网络的结构，但也并不限定虚拟网络的数量。例如，在构成有多个虚拟网络时，按虚拟网络设定广播范围，设定具有识别虚拟网络的对照规则的广播通信用的处理规则，从而能够获得识别虚拟网络并向对应的区域进行广播、组播的结构。
另外，在上述实施方式中，说明了在虚拟节点有一个虚拟接口，其对应于物理节点240的与外部节点的连接接口(参照图1的符号510～530)，但其是为了简单地说明本发明而例示的，也可以在虚拟节点有多个虚拟接口。另外，与物理网络的映射也可以采用各种方式。
最后，归纳本发明的优选方式。
[方式1]
如上述第1角度所述的信息系统。
[方式2]
优选的是，上述控制装置在新构筑上述虚拟网络时，作成上述广播范围，对上述物理节点设定实现上述广播通信的处理规则。
[方式3]
优选的是，上述控制装置在上述虚拟网络的构成变更时，更新上述广播范围，进行实现上述广播通信的处理规则的更新。
[方式4]
优选的是，上述控制装置能够按虚拟网络设定上述广播范围。
[方式5]
优选的是，上述广播范围是指定虚拟网络上的虚拟节点间的所有接口的虚拟网络上的广播区域。
[方式6]
如上述第2角度所述的控制装置。
[方式7]
优选的是，由上述广播范围管理部管理的上述广播范围是指定虚拟网络上的虚拟节点间的接口的虚拟网络上的广播区域。
[方式8]
如上述第3角度所述的通信方法。
[方式9]
优选的是，更新上述广播范围的步骤以新构筑上述虚拟网络时或上述虚拟网络的构成变更为契机来进行。
[方式10]
如上述第4角度所述的程序。
此外，通信方法及程序与方式1的信息系统同样地，对于各自的构成要素或步骤，可以与方式2～方式5同样地展开。
在本发明的所有公开内容(包括权利要求书)的范围内，能够进一步基于其基本技术思想来进行实施方式的变更/调整。另外，可以在本发明的权利要求书的范围内，对各种公开要素(包括各技术方案的各要素、各实施方式的各要素、各附图的各要素等)进行多种组合或选择。即，本发明当然包括本领域技术人员根据包括权利要求书在内的所有公开内容及技术思想能够得到的各种变形、修改。
符号说明
100  虚拟网络
110～130  虚拟节点
200  物理网络
210～230  外部节点
240  物理节点
300  控制装置
301  物理节点信息管理部
302  安全通道通信部
303  处理规则设定部
304  虚拟网络设定部
305  处理规则确定部
306  广播范围管理部
307  虚拟网络管理部

Claims (10)

1.一种信息系统，其特征在于，
包括：多个物理节点，按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包；和
控制装置，通过对上述物理节点设定上述处理规则，使上述多个物理节点作为能够从上述外部节点利用的虚拟网络上的虚拟节点来动作，
上述控制装置具备广播范围管理部，该广播范围管理部管理由与上述虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围，
上述控制装置参照通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，对上述广播通信路径上的物理节点设定实现向上述广播范围的广播通信的处理规则。
2.根据权利要求1所述的信息系统，其中，
上述控制装置在新构筑上述虚拟网络时，作成上述广播范围，对上述物理节点设定实现上述广播通信的处理规则。
3.根据权利要求1或2所述的信息系统，其中，
上述控制装置在上述虚拟网络的构成变更时，更新上述广播范围，进行实现上述广播通信的处理规则的更新。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的信息系统，其中，
上述控制装置能够按虚拟网络设定上述广播范围。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的信息系统，其中，
上述广播范围是指定了虚拟网络上的虚拟节点间的所有接口的虚拟网络上的广播区域。
6.一种控制装置，其中，
该控制装置与多个物理节点连接，所述多个物理节点按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包，
上述控制装置具备广播范围管理部，该广播范围管理部管理由与通过对上述物理节点设定上述处理规则而实现的虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围，
上述控制装置参照通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，对上述广播通信路径上的物理节点设定实现向上述广播范围的广播通信的处理规则。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，
上述广播范围是指定了虚拟网络上的虚拟节点间的接口的虚拟网络上的广播区域。
8.一种通信方法，包括由与多个物理节点连接的控制装置进行的如下步骤，其中，所述多个物理节点按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包：
更新由与通过对上述物理节点设定上述处理规则而实现的虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围的步骤；
参照上述广播范围和通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，作成实现向上述广播范围的广播通信的处理规则的步骤；以及
对上述广播通信路径上的物理节点设定上述作成的处理规则的步骤。
9.根据权利要求8所述的通信方法，其中，
更新上述广播范围的步骤以新构筑上述虚拟网络时或上述虚拟网络的构成变更为契机来进行。
10.一种程序，使构成与多个物理节点连接的控制装置的计算机执行如下处理，其中，所述多个物理节点按照使用于确定流的对照规则与对符合上述对照规则的数据包应用的处理内容相对应的处理规则，处理从外部节点接收的数据包：
更新由与通过对上述物理节点设定上述处理规则而实现的虚拟网络上的预先选择的虚拟节点群对应的物理节点和其接口信息构成的广播范围的处理；
参照上述广播范围和通过上述物理节点的连接关系构筑的网络拓扑，作成实现向上述广播范围的广播通信的处理规则的处理；以及
对上述广播通信路径上的物理节点设定上述作成的处理规则的处理。
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