CN103460666B

CN103460666B - 网络系统和vlan标签数据获取方法

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Publication number: CN103460666B
Application number: CN201280015003.1A
Authority: CN
Inventors: 吉田博; 吉田博一; 铃木洋司; 高岛正德
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: US20140016647A1; RU2013143626A; EP2693708A4; CN103460666A; JPWO2012133060A1; KR20130125826A; EP2693708A1; US9608908B2; EP2693708B1; RU2589340C2; WO2012133060A1

Abstract

在本情况下，交换机不能标识给予在开放流网络(OF‑NW)中流动的每个分组的内标签数据(在OF‑NW的输入中QinQ之前的VLAN ID数据)。因此，仅由一个VLAN构成的OF‑NW不能处理多个VLAN。具体地，控制器通过映射向流过OF‑NW的分组给予的内标签数据和示出与流过OF‑NW的分组相对应的流表项的流cookie数据，来处理仅存在一个VLAN的OF‑NW中的多个VLAN。具体地，流入OF‑NW的流从交换机传送至控制器，控制器学习OF‑NW的输入中的VLAN ID数据，并通过映射该VLAN ID和示出与OF‑NW中的分组相对应的流表项的流cookie数据来处理多个VLAN。

Description

网络系统和VLAN标签数据获取方法

技术领域

本发明涉及网络系统，具体涉及开放流网络中的VLAN标签数据获取方法。

背景技术

传统网络设备是一黑箱，因此不能从外部执行灵活控制，如负载分配和倾向控制。因此，当网络的规模变大时，变得难以检查系统操作的检测和改进，需要大量成本来改变设计和结构。

作为解决这种问题的技术，考虑以下技术：分离网络设备的分组传送功能和路由控制功能。例如，网络设备执行分组传送功能，与网络设备分离的控制单元执行路由控制功能，以实现更容易地控制和构造的更灵活的网络。

(CD分离类型网络的解释)

作为功能分离的网络的示例，提出了CD(C：控制平面/D：数据平面)分离类型网络，其中，由控制平面侧的控制单元来控制数据平面侧的节点单元。

作为CD分离类型网络的示例，示例了使用开放流(OpenFlow)技术的开放流网络(OF-NW)，其中控制器控制交换机来执行对网络的路由控制。开放流技术的细节已经在非专利文献1中描述。应注意，开放流网络(OF-NW)仅是示例。

(开放流网络(OF-NW)的解释)

在开放流网络(OF-NW)中，等效于控制单元的开放流控制器(OFC)通过操作流表来控制开放流交换机(OFS)的操作，所述流表用于等效于节点单元的开放流交换机(OFS)的路由控制。

以下，为了简化说明，将开放流控制器(OFC)称为“控制器”，将开放流交换机(OFS)称为“交换机”。

控制器和交换机由称为“安全信道”的控制信道(用于控制的通信信道)连接，“安全信道”是由专用线路和SSL(安全插口层)保护的通信路径。控制器和交换机通过控制信道发送和接收开放流消息作为符合(基于)开放流协议的控制消息。

开放流网络(OF-NW)中的交换机被配置在开放流网络(OF-NW)中作为控制器控制下的边缘交换机或核心交换机。从在开放流网络(OF-NW)中的在入口侧的边缘交换机(入口交换机)中接收分组到从输出侧的边缘交换机(出口交换机)发送分组的分组流称为流。在开放流网络(OF-NW)中，捕捉通信作为端到端(E2E)的流，并且路由控制、故障恢复、负载分配和优化以流为单位进行。

分组可以被读取为帧。分组和帧之间的差别仅在于以协议处理的数据单元(PDU)中的差别。分组是“TCP/IP”(传输控制协议/因特网协议)的PDU。另一方面，帧是“以太网(注册商标)”的PDU。

流表是流表项的集合，每个流表项定义将分组指定为流的确定条件(规则)、分组与规则匹配的次数的统计数据、以及要对分组执行的处理内容(动作)。

流表项的规则是基于分组的首部字段中包含的各个协议分级层中的数据的组合来定义的，并且是可标识的。作为各个协议分级层的数据的示例，示例了目的地地址、源地址、目的地端口、源端口等等。应注意，上述地址包含MAC地址(媒体接入控制地址)和IP地址(因特网协议地址)。此外，除了上述数据之外，输入端口(入口端口)的数据可以被用于流表项的规则。此外，可以设置使用通配符“*”将作为流的每个分组的首部字段的值的部分或全部正规表示为流表项的规则或其表示。

流表项的动作示出了如“输出至特定端口”、“丢弃”和“重写首部”之类的操作。例如，如果在流表项的动作中指定输出端口的标识数据(输出端口号等等)，则交换机向指定端口输出分组；如果未示出输出端口的标识数据，则交换机丢弃分组。或者，如果在流表项的动作中示出首部数据，则交换机基于首部数据来重写分组的首部。

交换机对与流表项的规则匹配的分组组(分组流)执行流表项的动作。具体地，当接收分组时，交换机在流表中搜索具有与接收分组的首部数据匹配的规则的流表项。当作为搜索结果找到匹配的流表项时，执行更新流表项的统计数据的操作和作为流表项的动作对接收分组指定的操作。另一方面，当作为搜索结果未找到匹配的流表项时，确定接收分组是第一分组。交换机通过控制信道将接收分组(或其拷贝)传送至开放流网络(OF-NW)中的控制器，请求基于接收分组的源地址和目的地地址等等来进行针对接收分组的路由计算。交换机接收设置流表项的消息作为回复，并更新流表。

应注意，在流表中注册缺省表项，该缺省表项具有以低优先级匹配所有分组的首部数据的规则。匹配接收分组的流表项与其他匹配。当未找到时，接收分组与该缺省表项匹配。缺省表项的动作是“将对接收分组的查询发送至控制器”。

按照这种方式，在开放流网络(OF-NW)中，控制器控制交换机的流表，交换机根据流表执行流的传送处理。

(现有开放流网络的VLAN)

可以在开放流网络(OF-NW)中构建VLAN(虚拟局域网)。

以标签首部的形式向流过网络的分组(MAC帧等等)给予分组所属的VLAN组特有的标识号码(VLAN-ID)(给定VLAN标签)，这称为VLAN标签化(标签化)。

可以通过参考该VLAN标签数据(VLAN-ID)来确定分组属于哪个VLAN组，即使网络由多个交换机配置。

应注意，通过向来自用户的分组添加用户特有的VLAN标签来标识业务的技术称为标签VLAN。另一方面，考虑基于用户使用VLAN标签，双重给予仅在通信提供商网络中使用的标签的技术称为扩展标签VLAN。作为实现扩展标签VLAN的功能之一，非专利文献2中公开了“QinQ功能”(IEEE 802.1q隧道)。

“QinQ功能”是在预定网络中标识用户的分组的功能。例如，当QinQ功能安装在边缘交换机中时，边缘交换机通过QinQ功能，向流入网络的分组给予扩展标签。

应当注意，当向分组双重添加VLAN标签时，来自分组首部的第一标签称为“外标签数据”，第二标签称为“内标签数据”。

内标签数据和外标签数据的作用/用途与VLAN标签相同。

这里，假定在开放流网络(OF-NW)的输入侧执行QinQ功能的设备(边缘路由器等)给予的扩展标签是“外标签数据”，给予分组的在扩展标签之前的原始VLAN标签是“内标签数据”。

在本情况中，交换机只能将外标签数据识别为来自分组首部的第一标签。因此，交换机不能标识流过开放流网络(OF-NW)的分组的内标签数据。

因此，在仅具有一个VLAN的开放流网络(OF-NW)中，不能处理多个VLAN。

应注意，作为相关技术，专利文献1(JP2009-177281A)和专利文献2(JP2009-177282A)公开了一种网络系统，其中，当在具有多个VLAN的网络中中继分组时，使用双重标签来传送分组。

此外，专利文献3(JP2009-201142A)中公开了一种VLAN隧道协议的技术。在该技术中，根据多协议标记交换(MPLS)协议，通过标记交换路径(LSP)来隧道传输分组。在来自LSP的端部的第二交换节点中，利用预留用于从与VLAN相关的端口发送的分组的标记值来替换当前标记值。LSP输出交换节点接收具有预留标记值的分组，识别VLAN数据已经被嵌入分组，并取出目的地地址以将分组发送至最终目的地。

引用列表

[专利文献1]JP 2009-177281A

[专利文献2]JP 2009-177282A

[专利文献3]JP 2009-201142A

[非专利文献1]”OpenFlow switch Specification，Version 1.0.0”，[在线](2009年12月31日)(2011年3月24日搜索)，因特网(URL：http://www.openflowswitch.org/documents/

openflow-spec-v1.0.0.pdf)

[非专利文献2]“802.1q Tunneling(Q-in-Q)”[在线](2011年3月24日搜索)，因特网(URL：http://www.infraexpert.com/study/vlan2.3.htm)

发明内容

本发明的目的是提供一种在开放流网络中获取VLAN标签数据的方法。

根据本发明的网络系统包括：交换机；以及控制器，被配置为向每个交换机的流表设置流表项，所述流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组。控制器映射和保持流过网络的每个分组的标签数据以及示出与所述分组相对应的流表项的流cookie数据，并虚拟处理多个VLAN(虚拟局域网)。

根据本发明的获取VLAN标签数据的方法，由计算机执行，包括：向交换机的流表设置流表项，所述流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组；映射和保持流过网络的每个分组的标签数据以及示出与所述分组相对应的流表项的流cookie数据，并虚拟处理多个VLAN(虚拟局域网)。

根据本发明的程序是使计算机执行上述获取VLAN标签数据的方法的程序。应注意，根据本发明的程序可以存储在存储单元和存储介质中。

在仅具有一个VLAN的开放流网络中，可以处理多个VLAN。

附图说明

图1是示出了根据本发明的网络系统的基本配置示例的图；

图2是示出了使用根据本发明的网络系统的开放流网络的配置的图；以及

图3是示出了在本发明的分组流入的情况下的处理的操作示例的流程图。

具体实施方式

[示例实施例]

以下，参照附图来描述本发明的示例实施例。

本发明涉及CD分离类型网络。在这种情况下，使用作为CD分离类型网络之一的开放流网络作为示例来对其进行描述。然而实际上，本发明不限于开放流网络。

(系统配置)

如图1所示，根据本发明的网络系统具有控制器10和交换机20(交换机20-i，i＝1至n，n是交换机数目)。

控制器10在检测到交换机20(交换机20-i，i＝1至n)时，基于示出网络的连接状态的拓扑数据来计算分组传输路由，并在与该路由相关的交换机的流表上注册流表项。

控制器10利用控制线路上的安全信道50(作为控制消息的传输路径)与每个交换机20(20-i，i＝1至n)连接。因此，针对交换机20(交换机20-i，i＝1至n)的数目存在安全信道50。

每个交换机20(20-i，i＝1至n)基于在其自身流表上注册的流表项来传送接收分组。

(控制器的细节)

控制器10具有开放流数据库11和开放流控制部12。

开放流数据库11包含流cookie数据111和内标签数据112。

流cookie数据111是唯一标识流表项的标识数据。

内标签数据112是之前给予分组的VLAN标签(VLAN-ID)。

即，内标签数据112是唯一标识在开放流网络(OF-NW)之外使用的多个VLAN中的每一个的标识数据。

在这种情况下，开放流数据库11保持通过映射流cookie数据111和内标签数据112而获得的数据。

开放流控制部12基于开放流数据库11的注册数据执行开放流数据库11的管理和交换机20(20-i，i＝1至n)的控制。开放流控制部12在符合开放流协议的同时，通过控制器10用于控制交换机20(20-i，i＝1至n)的安全信道50来控制交换机20(20-i，i＝1至n)。

(交换机的细节)

每个交换机20(20-i，i＝1至n)具有输入端口21、输出端口22、流表23和传送控制部24。

输入端口21是用于分组输入/输出的接口(I/F)，并且是接收(输入)分组的通信端口。输入端口21可以有多个。

输出端口22是用于分组输入/输出的接口(I/F)，并且是发送(输出)分组的通信端口。输出端口22可以有多个。

流表23是控制器10注册流表项的表。

每个流表项包含流cookie数据231、流确定条件(规则)232和动作233。

流cookie数据231是唯一标识流表项的标识数据。流cookie数据231对应于流cookie数据111。

流确定条件(规则)232是流表项的规则，并且是唯一标识流的标识数据。例如，流确定条件(规则)232定义分组的首部字段的值的组合。在这种情况下，流确定条件(规则)232定义唯一标识流的分组的首部字段的值中的“DstMAC”(目的地MAC地址)的值和“VLANID”的值。

动作233是流表项的动作，是关于对与流确定条件(规则)232相对应的分组的处理内容的数据。在这种情况下，动作233定义当接收分组与流确定条件(规则)232匹配时向针对预定交换机的端口的输出。应注意，动作233定义向与目的地交换机相对应的输出端口的输出。

传送控制部24根据流表23的注册数据(流表项)来处理分组。例如，传送控制部24根据流表23的流表项，将已经到达输入端口21的分组输出至与预定目的地相对应的输出端口22。或者，传送控制部24将分组传送至控制器10。或者，传送控制部24丢弃分组。

此外，传送控制部24通过与控制器10的开放流控制部12的安全信道50发送和接收控制消息。传送控制部24根据来自控制器10的开放流控制部12的控制消息改变流表23的流表项(即执行注册、更新、删除等等)。

(开放流网络的配置图)

图2是示出了使用根据本发明的网络系统的开放流网络(OF-NW)的配置的图。

开放流网络(OF-NW)仅具有一个“VLAN＝1”，并包含控制器10和交换机20(20-i，i＝1至3)。

在本情况中，交换机20-1是“交换机1”，交换机20-2是“交换机2”，交换机20-3是“交换机3”。

QinQ功能设置到输入端口21和输出端口22中的与开放流网络(OF-NW)以外的设备连接的端口，输入端口21和输出端口22是针对交换机1(交换机20-1)、交换机2(交换机20-2)和交换机3(交换机20-3)的分组输入/输出的接口(I/F)。

假定在控制器10的开放流数据库11中已经执行以下映射。

控制器10：

{流cookie＝1001，内标签＝10}

{流cookie＝1002，内标签＝20}

此外，假定以下流表项已经在交换机1(交换机20-1)、交换机2(交换机20-2)和交换机3(交换机20-3)的流表23中注册。

交换机1(交换机20-1)

{流cookie＝1001，规则＝“Dst MAC＝AA”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口”}，以及

{流cookie＝1002，规则＝“Dst MAC＝BB”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口”}。

交换机2(交换机20-2)：

{流cookie＝1001，规则＝“Dst MAC＝AA”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口”}，

{流cookie＝1002，规则＝“Dst MAC＝BB”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口”}。

交换机3(交换机20-3)：

{流cookie＝1001，规则＝“Dst MAC＝AA”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对开放流网络(OF-NW)外的设备的端口”}，

{流cookie＝1002，规则＝“Dst MAC＝BB”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对开放流网络(OF-NW)外的设备的端口”}。

(1)Packet-IN(分组输入消息)

当接收到未知分组时，交换机1(交换机20-1)向控制器10传送Packet-IN(分组输入消息)，以通知用于请求路由计算的分组的首部数据。此外，交换机1(交换机20-1)将分组的数据临时存储在缓冲器中。在这种情况下，假定分组的首部数据是{Dst MAC＝CC，标签＝30}。此外，假定存储分组数据的缓冲器的标识数据(缓冲器ID)是{缓冲器ID＝001}。

(2)FlowMod-ADD(流表项改变消息)

控制器10向作为路由计算的结果而获得的路由上的每个交换机发送FlowMod-ADD(流表项改变消息)，并注册流表项。在本情况中，假定流表项的规则对于路由上的交换机是公共的，并且(规则＝“Dst MAC＝CC”以及“VLAN ID＝1”)。此外，假定流表项的动作是：对交换机1(交换机20-1)，(动作＝“输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口”)；对交换机2(交换机20-2)，(动作＝“输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口”)；对交换机3(交换机20-3)，(动作＝“输出至针对开放流网络(OF-NW)外的设备的端口”)。

(Packet-OUT(分组输出消息))

控制器10向已经传送Packet-IN(分组输入消息)的交换机1(交换机20-1)传送Packet-OUT(分组输出消息)，并指示其将{缓冲器ID＝001}的缓冲器中存储的分组的数据输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口。

(分组流入情况下的处理)

图3示出了在本发明中分组流入情况下的处理的操作示例。

(1)步骤S101

首先，假定未知分组流入交换机1(交换机20-1)。即，交换机1(交换机20-1)接收流入输入端口21的未知分组。

未知分组：

{Dst MAC＝CC，标签＝30，数据}

(2)步骤S102

当未知分组流入输入端口21时，交换机1(交换机20-1)使用QinQ功能向分组添加外标签数据“外标签＝1”。因此，该分组变为双重标签分组。

双重标签分组：

{Dst MAC＝CC，外标签＝1，内标签＝30，数据}。

该外标签数据“外标签＝1”等效于在开放流网络(OF-NW)中唯一构建的VLAN的VLAN标签(VLAN-ID)。

(3)步骤S103

交换机1(交换机20-1)基于分组的首部字段的值来产生搜索关键字，并通过使用搜索关键字在流表23中搜索流表项，来确定是否已经注册匹配分组的流表项(是否存在匹配流表项)。此时，由于分组是未知分组，尚未注册任何匹配流表项。因此，交换机1(交换机20-1)获得匹配流表项不存在的搜索结果。

(4)步骤S104

当匹配流表项不存在时(步骤S103处为否)，交换机1(交换机20-1)通过安全信道50向控制器10传送“Packet-IN”，以请求路由数据。“Packet-IN”是向控制器通知交换机所接收的未知分组的数据(首部数据等等)的消息。

“Packet-IN”：

{Dst MAC＝CC，内标签＝30}

应注意，交换机1(交换机20-1)将分组(此时为双重标签分组)存储在缓冲器中。

交换机1(交换机20-1)的缓冲器ID：

{缓冲器ID＝001}。

在本示例实施例中，控制器10产生流表项的流cookie的数据。在本情况中，控制器10产生“流cookie＝1003”作为新的流cookie数据，并向流表项分配“流cookie＝1003”。

(5)步骤S105

当接收到Packet-IN时，控制器10确定合适的路由数据，并产生新分配有“流cookie值＝1003”的流表项。控制器10向路由上的交换机1(交换机20-1)、交换机2(交换机20-2)和交换机3(交换机20-3)中的每一个传送“FlowMod-ADD”。“FlowMod-ADD”是指示注册(添加)流表项的控制消息。

在本情况中，控制器10产生“流cookie＝1003”作为新的流cookie数据，并基于路由数据向新产生的流表项分配“流cookie＝1003”。控制器10向交换机1(交换机20-1)、交换机2(交换机20-2)和交换机3(交换机20-3)传送“FlowMod-ADD”以注册分配有“流cookie值＝1003”的流表项。

(6)步骤S106

交换机1(交换机20-1)、交换机2(交换机20-2)和交换机3(交换机20-3)中的每一个根据“FlowMod-ADD”的指令，在其自身流表23中新注册以下流表项。

交换机1(交换机20-1)：

{流cookie＝1003，规则＝“Dst MAC＝CC”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口”}。

交换机2(交换机20-2)：

{流cookie＝1003，规则＝“Dst MAC＝CC”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口”}。

交换机3(交换机20-3)：

{流cookie＝1003，规则＝“Dst MAC＝CC”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“输出至针对开放流网络(OF-NW)外的设备的端口”}。

(7)步骤S107

此外，此时，控制器10执行流cookie数据111和内标签数据112的映射，并新将以下映射保持在开放流数据库11中。

控制器10：

{流cookie＝1003，内标签＝30}

(8)步骤S108

接下来，控制器10向已传送“Packet-IN”的交换机1(交换机20-1)传送“Packet-OUT”。“Packet-OUT”是指示输出分组(传送开始)的控制消息。

“Packet-OUT”：

{动作＝“输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口”}。

(9)步骤S109

当从控制器10接收到“Packet-OUT”时，交换机1(交换机20-1)响应于“Packet-OUT”的动作(Action)，向针对交换机2(交换机20-2)的端口输出交换机1(交换机20-1)的缓冲器{缓冲器ID＝001}中存储的分组。

这里，交换机1(交换机20-1)可以向“Packet-IN”添加缓冲器ID，并将其通知给控制器10。控制器10可以向“Packet-OUT”添加缓冲器ID，并将其传送至交换机1(交换机20-1)。

应注意，当已经注册匹配流分组的流表项时(步骤S103处为是)，交换机1(交换机20-1)在分组流入时，根据该流表项将分组输出至针对交换机2(交换机20-2)的端口。

(10)步骤S110

交换机2(交换机20-2)接收由交换机1(交换机20-1)中继的分组，并搜索流表23以确定是否注册了匹配流表项。

由于此时在流表23上已经注册了匹配分组的流表项，交换机2(交换机20-2)根据流表项的动作(Action)，将分组输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口。

(11)步骤S111

类似地，交换机3(交换机20-3)根据此时已经注册的流表项的动作(Action)，将分组输出至针对开放流网络(OF-NW)外的设备的端口。

此时，交换机3(交换机20-3)仅使用交换机的QinQ功能移除(删除)“外标签＝1”的外标签数据，并输出至开放流网络(OF-NW)外。

输出至开放流网络(OF-NW)外的分组：

{Dst MAC＝CC，标签＝30，数据}

(12)步骤S112

以下，根据此时已经在每个交换机的流表23上注册的流表项，将流入交换机1(交换机20-1)的{DstMAC＝CC，标签＝30}的分组传送至“交换机1(交换机20-1)→交换机2(交换机20-2)→交换机3(交换机20-3)”。

(ToS值改变的流)

接下来，描述处理流程，其中，对流入开放流网络(OF-NW)内的流执行ToS(服务类型)作为优先级控制之一，并且总体地改变分组的ToS值(ToS值改变)。

假定在这种情况下，具有{Dst MAC＝AA，VLAN ID＝10}作为首部字段的一部分的分组的ToS值从“ToS＝3”总体改变为“ToS＝5”。

例如，控制器10使用分组的首部字段的ToS字段中的3比特字段(0-7值)作为ToS值，并执行对分组的优先级控制。

控制器10在开放流数据库11中保持与“内标签＝10”相对应的“流cookie＝1001”。

因此，控制器10可以通过向交换机20(20-i，i＝1至n)的流表23指定“流cookie＝1001”来指定具有“内标签＝10”的流表项，并且可以改变流表项的动作(Action)。

控制器10向交换机2(交换机20-2)传送“FlowMod-Modify”，“FlowMod-Modify”指定对“流cookie＝1001”的流表项的以下重写动作。“FlowMod-Modify”是指示改变(更新)流表项的控制消息。

“FlowMod-Modidy”：

{流cookie＝1001，动作＝“将ToS值重写为5，并输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口”}。

交换机2(交换机20-2)根据“FlowMod-Modify”来重写流表23上的流表项的动作。即，在交换机2(交换机20-2)的流表23上注册的流表项重写如下。

交换机2(交换机20-2)：

{流cookie＝1001，规则＝“Dst MAC＝AA”以及“VLAN ID＝1”，动作＝“将ToS值重写为5，并输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口”}。

当{Dst MAC＝AA，VLAN＝10}的分组流入输入端口21内时，交换机1(交换机20-1)使用QinQ功能来添加“标签＝1”。

交换机1(交换机20-1)搜索流表23，并根据命中的流表项将分组传送至针对交换机2(交换机20-2)的端口。

交换机2(交换机20-2)根据此时在流表23上注册的流表项的动作，将分组的ToS值从“ToS＝3”重写为“ToS＝5”，即(“ToS＝3”→“ToS＝5”)，并输出至针对交换机3(交换机20-3)的端口。

交换机3(交换机20-3)根据此时在流表23上注册的流表项的动作，将分组传送至开放流网络(OF-NW)外，并使用QinQ功能移除(删除)“外标签＝1”，并将其输出。

因此，可以将流入开放流网络(OF-NW)的具有“内标签＝10”的分组的ToS值从“ToS＝3”重写为“ToS＝5”(“ToS＝3”→“ToS＝5”)。

(本示例实施例的特性)

在本发明中，交换机将未知分组作为“Packet-IN”传送至控制器10，控制器10执行内标签数据和示出与流过开放流网络(OF-NW)的分组相对应的流表项的流cookie数据的映射。

因此，可以在开放流网络(OF-NW)中标识内标签数据(内标签)。此外，可以在仅具有一个VLAN的开放流网络(OF-NW)中处理多个VLAN。

例如，假定存在3个网络：用户网络A(NW A)、用户网络B(NW B)和通信提供商网络。将描述使用QinQ功能来标识通信提供商网络中的用户的分组的情况。

首先，确认通信提供商网络的边缘交换机的QinQ功能。在本情况下，当分组流过“NW A→通信提供商→NW B”的路径时，通信提供商网络的边缘交换机(在NW A侧)使用QinQ功能，在“NW A→通信提供商”的分组传送期间向分组给予扩展标签。

通信提供商网络中的每个交换机(核心交换机等等)利用该扩展标签来标识业务。

当传送分组通过“通信提供商→NW B”时，通信提供商网络的边缘路由器(NW B侧)从分组中移除该扩展标签。

即使用户网络中使用的VLAN标签重叠，这也不是问题，因为在通信提供商网络中使用扩展标签。

应注意，当向分组双重添加VLAN标签时，来自分组的首部的第一标签称为“外标签数据”，第二标签称为“内标签数据”。

内标签数据和外标签数据的作用/使用域与VLAN标签相同。然而，内标签数据仅在用户网络间使用。按照相同的方式，仅在通信提供商网络中使用外标签数据。

VLAN标签数据的作用/用途是绑定被设置到交换机的多个VLAN。

例如，假定将VLAN1和VLAN2设置到交换机B，将VLAN1和VLAN2设置到交换机A。需要在交换机A和交换机B之间给VLAN1和VLAN2提供两个LAN线缆，以在交换机A的VLAN1和交换机B的VLAN1之间通信，以及在交换机A的VLAN2和交换机B的VLAN2之间通信。通过使用VLAN标签，交换机A和交换机B之间的单一LAN线缆就足够了。通过向在交换机A和交换机B之间流动的分组给予VLAN标签1或VLAN标签2，可以标识分组属于VLAN1还是VLAN2。

(硬件示例)

以下将描述实现根据本发明的网络系统的特定硬件的示例。

作为控制器10的示例，示例了计算机(如PC(个人计算机))、家电、瘦客户端服务器、工作站、主机、超级计算机。应注意，控制器10可以是中继设备或外围设备。

作为交换机20的示例，示例了网络交换机、路由器、代理、网关、防火墙、负载均衡器(负载分配设备)、频带控制设备(分组成形器)、安全监视和控制设备(监控和数据获取(SCADA))、网守、基站、接入点(AP)、通信卫星(CS)或具有多个通信端口的计算机等等。

控制器10和交换机20可以是安装在计算机中的扩展板，或者虚拟机(VM)构建在物理机器上。此外，控制器10和交换机20可以安装在移动主体中，如车、船和飞机。

尽管未示出，控制器10和交换机20中的每一个由以下配置：处理器，基于程序来执行预定处理；存储器，存储程序和各种类型的数据；以及接口，用于与网络通信。

作为上述处理器的示例，示例了CPU(中央处理单元)、网络处理器(NP)、微处理器、微控制器和具有专用功能的半导体集成电路(LSI：大规模集成)。

作为上述存储器的示例，示例了半导体存储器设备(如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)以及闪存)、辅助存储器(如HDD(硬盘驱动器)和SSD(固态驱动器))、可移动盘(如DVD(数字通用光盘))、以及存储介质(如SD存储卡(安全数字存储卡))等等。此外，存储器可以是缓冲器、寄存器等等。或者，存储器可以是使用DAS(直接附加存储)、FC-SAN(光纤信道-存储区域网络)、NAS(网络附加存储)、IP-SAN(IP-存储区域网络)等等的存储设备。

应注意，上述处理器和上述存储器可以统一。例如，近年来，已经开发了单芯片微机。因此，想到以下情况：安装在电子设备中的单芯片微机配备上述处理器和上述存储器。

作为上述接口的示例，示例了与网络通信相对应的基板(主板和I/O板)以及芯片的半导体集成电路、网络适配器和类似扩展卡(如NIC(网络接口卡))、通信设备(如天线)、以及通信端口(如连接口(连接器))。

此外，作为网络的示例，示例了因特网、LAN(局域网)、无线LAN(无线LAN)、WAN(广域网)、骨干、CATV线路、固定电话网络、移动电话网络、WiMAX(IEEE 802.16a)、3G(第三代)、专线(租用线路)、IrDA(红外数据协会)、蓝牙(注册商标)、串行通信线路、数据总线等等。

应注意，控制器10和交换机20中的每一个的内部组件可以是模块(模块)、组件(组件)、专用设备或这些启动(发起)程序。

然而，实际上，本发明不限于这些示例。

(总结)

如上所述，在本发明中，控制器映射分配给流过开放流网络(OF-NW)的分组的内标签数据和示出与流过开放流网络的分组相对应的流表项的流cookie数据，并保持该数据。

通过指定流cookie数据，可以在仅具有一个VLAN的网络中(例如在仅具有一个VLAN的开放流网络中)处理多个VLAN。

具体地，流入开放流网络内的流从交换机传送至控制器。控制器学习开放流网络的输入中的“VLAN ID”数据，并映射该“VLAN ID”和示出与开放流网络中的分组相对应的流表项的流cookie数据。因此，控制器可以处理多个VLAN。

此外，控制器可以管理开放流网络的输入中的内标签数据以及流过开放流网络的流，以将其相关。因此，控制器可以虚拟地处理多个VLAN(多VLAN)，而与在开放流网络中仅使用一个VLAN无关。

<补充>

在以下补充注释中，可以提及上述示例实施例的部分或全部。然而，实际上，本发明不限于以下特定示例。

(补充注释1)

一种控制器，包括：用于在交换机的流表上设置流表项的装置，所述流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组；以及用于通过映射向流过网络的分组给予的标签数据和示出与流过所述网络的所述分组相对应的流表项的流cookie数据，来虚拟处理多个VLAN(虚拟局域网)的装置。

(补充注释2)

根据补充注释1所述的控制器，其中，用于除了所述规则和所述动作之外，向所述流表项设置唯一指定所述流表项的所述流cookie数据的装置；用于映射和保持作为所述标签数据的唯一指定所述网络外的多个VLAN中的每一个的标识数据(VLAN ID)和所述流cookie数据的装置；以及用于通过使用所述流cookie数据来指定所述流表项以及更新所述流表项的动作的装置。

(补充注释3)

根据补充注释2所述的控制器，还包括：用于在通过利用所述流cookie数据来指定所述流表项以及更新所述流表项的动作时，对流动的流执行ToS(服务类型)作为优先级控制之一，并更新所述动作以全部改变所述分组的ToS值的装置。

(补充注释4)

一种交换机，包括：用于根据来自控制器的控制，向所述交换机的流表设置流表项的装置，所述流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组；以及

用于根据在所述控制器中向流过网络的分组给予的标签数据和示出与流过所述网络的所述分组相对应的流表项的流cookie数据的映射，基于所述流表项来虚拟对应于多个VLAN(虚拟局域网)的单元。

(补充注释5)

根据补充注释4所述的交换机，还包括：用于在所述交换机被设置在入口处并且未知分组流入时，设置向流过所述网络的分组给予的所述标签数据，作为示出在所述网络外使用的VLAN的标识数据(VLAN ID)的内标签数据的装置；

用于利用QinQ功能(IEEE 802.1q隧道)来添加外标签数据的单元，所述外标签数据唯一指定所述VLAN，在所述网络双重标签分组中用于所述分组；

用于根据所述控制器设置的所述流表项将所述分组输出至预定的单元；以及

用于在所述交换机在出口的情况下，利用所述QinQ功能从所述分组中删除所述外标签数据的单元。

<备注>

已经具体描述了本发明的上述示例实施例。然而实际上本发明不限于上述示例实施例，即便存在不背离本发明的要点的范围的改变，也包含在本发明中。

应注意，本申请要求日本专利申请No.2011-072153的优先权。其公开通过引用并入此处。

Claims

1.一种网络系统，包括

交换机，被布置在网络的入口侧；以及

控制器，

其中，所述控制器包括：

用于从交换机接收未知分组的首部数据的装置，其中所述未知分组的首部数据包括外标签数据和被布置在所述外标签数据之后的内标签数据；

用于向交换机的流表设置新的流表项的装置，所述新的流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组，其中，所述规则包括所述外标签数据；

用于在开放流数据库中映射和注册所述内标签数据和新的流cookie数据的装置，其中所述内标签数据被给予给流过所述网络的每个分组，以及所述新的流cookie数据示出与流过所述网络的所述分组相对应的新的流表项；以及

用于在所述网络的输入管理所述内标签数据，将所述内标签数据与流过所述网络的流相关，以及由此处理多个虚拟局域网VLAN的装置。

2.根据权利要求1所述的网络系统，其中，所述控制器还包括：

用于除了所述规则和所述动作之外，向流表项设置唯一指定所述新的流表项的所述新的流cookie数据的装置；

用于映射和保持作为标签数据的唯一指定所述网络外的所述多个VLAN中的每一个的标识数据(VLAN ID)和所述新的流cookie数据的装置；以及

用于通过使用所述新的流cookie数据来指定所述流表项以及更新所述新的流表项的动作的装置。

3.根据权利要求2所述的网络系统，其中，所述控制器还包括：

用于在通过利用所述新的流cookie数据来指定所述新的流表项以及更新所述新的流表项的动作时，对流动的流执行ToS(服务类型)作为优先级控制之一，并更新所述动作以全部改变所述分组的ToS值的装置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的网络系统，其中，所述交换机包括：

用于将所述未知分组的所述首部数据发送至所述控制器的装置；

用于在所述交换机在所述网络的输入处并且所述未知分组流入所述交换机时，设置标签数据，作为示出在所述网络外使用的VLAN的标识数据(VLAN ID)的所述内标签数据的装置；

用于通过利用QinQ功能(IEEE 802.1q隧道)向每个分组添加外标签数据以唯一指定在所述网络中使用的所述VLAN，来设置双重标签分组的装置；

用于基于所述控制器设置的所述流表项来从预定输出端口输出所述分组的装置；以及

用于在所述交换机在所述网络的输出处时，利用所述QinQ功能从所述分组中删除所述外标签数据的装置。

5.一种控制器，包括：

用于从布置在网络的入口侧的交换机接收未知分组的首部数据的装置，其中所述未知分组的首部数据包括外标签数据和被布置在所述外标签数据之后的内标签数据；

用于向交换机的流表设置新的流表项的装置，所述新的流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组，其中，所述规则包括所述外标签数据；以及

6.根据权利要求5所述的控制器，还包括：

用于通过利用所述新的流cookie数据来指定所述流表项以及更新所述新的流表项的动作的装置。

7.根据权利要求6所述的控制器，还包括：

8.一种交换机，包括：

用于将未知分组的首部数据发送至根据权利要求5所述的控制器的装置，其中所述未知分组的首部数据包括外标签数据和被布置在所述外标签数据之后的内标签数据；

用于在所述控制器的控制下，向所述交换机的流表设置新的流表项的装置，所述新的流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组，其中，所述规则包括所述外标签数据；以及

用于在所述交换机在网络的输入处并且未知分组流入所述交换机时，设置向流过所述网络的所述分组给予的所述标签数据，作为示出在所述网络外使用的VLAN的标识数据(VLAN ID)的内标签数据的装置；

9.一种获取VLAN标签数据的方法，由计算机执行，包括：

从被布置在网络的入口侧的交换机接收未知分组的首部数据，其中所述未知分组的首部数据包括外标签数据和被布置在所述外标签数据之后的内标签数据；

向每一个交换机的流表设置新的流表项，所述新的流表项定义规则和动作以统一控制作为流的分组，其中所述规则包括所述外标签数据；

在开放流数据库中映射和注册所述内标签数据和新的流cookie数据，其中所述内标签数据被给予给向流过所述网络的每个分组，以及所述新的流cookie数据示出与流过所述网络的所述分组相对应的新的流表项，以及由此处理多个虚拟局域网VLAN。