CN104247342A - 网络设备冗余化系统、控制装置、网络设备冗余化方法及程序 - Google Patents

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Abstract

实现使用了两个不同的机型的网络设备的冗余结构中的状态性的失效转移。网络设备冗余化系统包括：第一开关，配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级；第二开关，配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级；以及控制装置，包括基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则的转换规则管理部，在切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备相同的输出分组。

Description

网络设备冗余化系统、控制装置、网络设备冗余化方法及程序
技术领域
[关于关联申请的记载]
本发明基于日本专利申请：特愿2012－079953号(2012年3月30日申请)的优先权主张，该申请的全部记载内容通过引用而编入记载到本申请中。
本发明涉及网络设备冗余化系统、控制装置、网络设备冗余化方法及程序，尤其，涉及配置了两个不同的机型的网络设备的网络设备冗余化系统、控制装置、网络设备冗余化方法及程序。
背景技术
在专利文献1中，公开了并列配置主路由器和备份路由器的结构。根据该公报，记载了在并列配置的路由器的前级的共享集线器中复制分组，发送到主路由器和备份路由器的双方，主路由器转发分组，备份路由器丢弃分组，从而主路由器和备份路由器间不进行通信就能够将状态同期。
在专利文献2中，公开了具有如下结构的分组转发装置：在装置内复制分组，并转发到现用系统和待机系的双方的路径控制模块而使其执行路径控制处理，根据来自待机系模块的内部控制分组的接收，判定待机系模块的状态。
在非专利文献1中，提出了如下方式：通过对分组进行二重处理而将状态冗余化，从而能够降低状态交换的开销。
非专利文献2、3是涉及被称为打开流(OpenFlow)的集中控制型的网络的文献。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2007－208502号公报
专利文献2:特开2005－303501号公报
非专利文献
非专利文献1:狩野秀一、铃木一哉、地引昌弘、“路由器簇中的二重分组处理冗余方式(互联网及普通)(ルータクラスタにおける二重パケット処理冗長方式(インターネット及び一般))”、电子信息通信学会技术研究报告、IA、互联网结构、104(377)、21-26、2004－10－21
非专利文献2:Nick McKeown外7名、“OpenFlow：EnablingInnovation in Campus Networks”、[online]、[平成24(2012)年2月14日检索]、互联网〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf〉
非专利文献3:“OpenFlow Switch Specification”Version1.1.0Implemented(Wire Protocol0x02)、[online]、[平成24(2012)年2月14日检索]、互联网〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-spec-v1.1.0.pdf〉
发明内容
发明要解决的课题
以下的分析是由本发明所提供的。在多个虚拟网络中共享物理网络资源的情况下，一个网络的故障会对多个虚拟网络带来影响。鉴于这样的事态，通常需要对所有网络设备准备现用系统和备用系统的两个以上的系统而进行冗余化。
但是，在对NAT(Network Address Translation，网络地址转换)或NAPT(Network Address Port Translation，网络地址端口转换)、LB(Load Balancer，负载均衡器)等的、伴随着分组头(以后，简称为“头”)的转换(以后，称为“头转换”)的网络设备(以后，简称为“设备”或者“AP”)进行冗余化的情况下，根据服务，需要实现状态性的失效转移。这里，状态性的失效转移是指，即使在存在会话的期间发生现用系统(或称为“ACT”。相反地，备用系统称为“SBY”。)的设备的切换(以后，称为“系统切换”)，这些会话也能够继续的失效转移。此时，用户必须将具有状态性的冗余化功能的同机型的设备准备2台以上，并且将它们紧密连接。其理由在于，由于这些设备进行的头的转换结果(以后，称为“转换后头”)因每个装置而不同，所以需要在ACT和SBY中交换转换信息而共享，其共享方法因每个厂家或装置而不同。其结果，这个制约损伤网络结构和物理资源的分配的灵活性。
在这一点上，在专利文献1、2及非专利文献1的技术中，存在需要各个路由器的改造，不能直接使用在各供应商销售的路由器的问题点。
本发明的目的在于，提供一种能够贡献于使用了两个不同的机型的网络设备的状态性的失效转移的实现的网络设备冗余化系统、控制装置、网络设备冗余化方法及程序。
用于解决课题的技术方案
根据第一观点，提供一种网络设备冗余化系统，包括：第一开关，配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级；第二开关，配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级；以及控制装置，包括基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则的转换规则管理部，在切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备相同的输出分组。
根据第二观点，提供一种控制装置，连接到配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级的第一开关以及配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级的第二开关，所述控制装置包括基于从所述第一开关发送的分组和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则的转换规则管理部，所述控制装置在切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备相同的输出分组。
根据第三观点，提供一种网络设备冗余化方法，用于连接到配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级的第一开关以及配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级的第二开关的控制装置，该网络设备冗余化方法包括：基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则的步骤；以及在从所述现用系统的网络设备切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示与所述第一开关相同的头改写的步骤。本方法与对开关进行控制的控制装置等的特定的机械有关。
根据第四观点，提供一种程序，使在连接到配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级的第一开关以及配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级的第二开关的控制装置中装配的计算机执行：基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则的处理；以及在从所述现用系统的网络设备切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示与所述第一开关相同的头改写的处理。另外，该程序能够记录在计算机能够读取的(非瞬时的)存储介质中。即，本发明能够作为计算机程序产品而具体实现。
发明效果
根据本发明，能够以使用了两个不同的机型的网络设备的冗余结构，对状态性的失效转移的实现产生贡献。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式的网络设备冗余化系统的结构的图。
图3是图2的各装置的MAC地址和IP地址的对应表。
图4是在本发明的第一实施方式的控制装置中保持的冗余结构管理表的例。
图5是在本发明的第一实施方式的控制装置中保持的头转换表的例。
图6是在本发明的第一实施方式的第一开关(前级开关)中设定的流条目(控制信息)的例。
图7是在本发明的第一实施方式的第二开关(后级开关)中设定的流条目(控制信息)的例。
图8是本发明的第一实施方式中的分组转换的一例(封装)。
图9是本发明的第一实施方式中的分组转换的另一例(头嵌入)。
图10是表示了本发明的第一实施方式的动作(初始设定)的流程图。
图11是表示了本发明的第一实施方式的一系列的动作(CL1的ARP～ARP响应为止)的时序图。
图12是表示了本发明的第一实施方式的一系列的动作(CL1的分组发送～SV1到达为止)的时序图。
图13是表示了本发明的第一实施方式的一系列的动作(SV1的ARP～ARP响应为止)的时序图。
图14是表示了本发明的第一实施方式的一系列的动作(SV1的分组发送～CL1到达为止)的时序图。
图15是表示了本发明的第一实施方式的动作(NAT表转换)的流程图。
图16是AP2(系统2)通过现用系统来动作的状态的冗余结构管理表的例。
图17是AP2(系统2)通过现用系统来动作的状态下在第一开关(前级开关)中设定的流条目(控制信息)的例。
图18是AP2(系统2)通过现用系统来动作的状态下在第二开关(后级开关)中设定的流条目(控制信息)的例。
具体实施方式
首先，参照附图说明本发明的一实施方式的概要。另外，在该概要中附加的附图参考标号是作为用于帮助理解的一例而为方便而对各元素附加的，并不意图将本发明限定于图示的方式。
如图1所示，本发明在其一个实施方式中，能够通过包括配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备20、21的前级的第一开关30、配置在所述两个不同的机型的网络设备20、21的后级的第二开关31、对所述第一、第二开关30、31进行控制的控制装置40的结构来实现。
更具体而言，控制装置40包括转换规则管理部，该转换规则管理部基于从第一开关30发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在第二开关31中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备20的头转换规则。并且，控制装置40在从现用系统切换到备用系统的网络设备21时，基于所述头转换规则，对第二开关31指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备20相同的输出分组。
以上，能够实现在不同的设备间的状态性的失效转移。另外，根据上述结构，不需要对于设备的改造，此外，设备20、21只要分别具有同种头转换的功能即可，厂家或机型也可以不同。
[第一实施方式]
参照附图详细说明本发明的第一实施方式。以下，作为设备，举出对进行半NAT的负载均衡器(以后，称为“LB”)进行冗余化的例。另外，本发明并不限定于该实施方式，除此之外在进行随着头转换的设备的冗余化时能够应用。
图2是表示本发明的第一实施方式的网络设备冗余化系统的结构的图。参照图2，表示了包括并列配置的设备(AP)120、121、配置在这些AP120、121的前级的第一开关110、配置在这些AP120、121的后级的第二开关111、对第一、第二开关110、111进行控制的控制装置140的结构。
在第一开关110的端口p0中，连接有客户端CL1。在第一开关110的端口p1中，连接有在初始状态中通过现用系统来动作的设备(AP)120，在端口p2中，连接有在初始状态中通过备用系统来动作的设备(AP)121。同样地，在第二开关111的端口p1中，连接有在初始状态中通过现用系统来动作的设备(AP1)120，在端口p2中，连接有在初始状态中通过备用系统来动作的设备(AP2)121。此外，在第二开关111的端口p0中，经由开关112连接有服务器SV1～SV3。另外，设备(AP)120、121分别在内部保持NAT表(相当于地址转换表)。
控制装置140包括路径控制部141和转换规则管理部142，路径控制部141具有学习MAC(Media Access Control，媒体接入控制)地址和端口的关系的功能、如图3所示那样学习IP(Internet Protocol，互联网协议)地址和MAC地址的关系的功能或在第一、第二开关中设定流条目(控制信息)的功能。
此外，控制装置140的转换规则管理部142保持用于对进行了冗余化的设备的结构及状态进行管理的冗余结构管理表、和用于对组成冗余结构的各系统以流为单位进行的头转换内容进行管理的头转换表。控制装置140的转换规则管理部142在从现用系统切换到备用系统的设备121时，参照所述头转换表，对配置在这些设备的后级的第二开关111指示头改写，使得成为与现用系统的设备120相同的输出分组。
图4是在转换规则管理部142中保持的冗余结构管理表的例。在图4的例中，能够与用于确定组成冗余结构的设备的簇ID(以后，称为“CLID”)对应地存储设定了冗余结构的设备和开关的连接信息(sw1表示第一开关的ID，sw2表示第二开关的ID)、作为现用系统而动作的系统的信息、设备的类别信息、表示在凑齐了ACT和SBY的双方的头转换规则之后是否也继续赋予转换前头的处理的继续标记、对在转换前头中成为用于将某一分组串当作相同的流所需的关键的字段进行管理的关键字段。
图5是在转换规则管理部142中保持的头转换表的例。在图5的例中，能够与CLID对应地存储转换前的头的信息(即，经由第二开关111获得的从第一开关110发送的分组的头信息)、在设备120、121中分别进行了转换的转换后的头信息(即，第二开关111接收到的分组的头信息)。另外，在包括图4、图5的以下的说明中，dl_type表示上层的协议类型，dl_src表示发送源MAC地址，dl_dst表示发送目标MAC地址。此外，nw_src表示发送源IP地址，nw_dst表示发送目标IP地址。此外，tp_src表示发送源L4端口号，tp_dst表示发送目标L4端口号。
第一、第二开关110、111分别包括根据从上述控制装置140的路径控制部141设定的流条目(控制信息)来动作的分组处理部130、131。此外，第一、第二开关110、111包括存储流条目(控制信息)的控制信息存储部(省略图示)。
图6是在第一开关110中设定的流条目(控制信息)的例。在图6的例中，越是在上位中存储的流条目(字段编号的值越大)，作为优先级越高的流条目来处理。流条目(控制信息)构成为将对流进行识别的匹配条件(match)和对该流进行的动作(action)建立对应。例如，图6的编号103的流条目表示在从端口p1、即设备120接收到发送源IP地址为VIP_L(设备的输入侧的虚拟IP地址)、目的地IP地址为IP_CL1(客户端CL1的IP地址)的IP分组的情况下，应转发给端口p0、即客户端CL1。另外，图6中的“＊”表示通配符。例如，图6的编号0的流条目全部设定了“＊”。因此，第一开关110在接收到具有对上位的流条目的哪一个都不适合的头的分组的情况下，对控制装置140发送分组。控制装置140的路径控制部141若接收到所述分组，则分析其内容，进行路径的计算等，在第一开关110(若需要也在第二开关112中)中设定适当的流条目。
此外，在图6的例中，在从端口p0、即客户端CL1接收到目的地IP地址为IP_CL1(客户端CL1的IP地址)、发送源IP地址为IP_SV1(服务器SV1的IP地址)的IP分组的情况下，将改写了其目的地MAC地址等的IP分组，分别设定从端口p1、p2发送的流条目(参照编号104的流条目)。此外，在从客户端CL1接收到ARP(Address ResolutionProtocol，地址分辨协议)分组的情况下，也分别设定从端口p1、p2发送的流条目(参照编号100的流条目)。
图7是在第二开关111中设定的流条目(控制信息)的例。例如，图7的编号104的流条目在从端口p0、即开关112通过IP分组来接收到发送源IP地址为VIP_L(设备的输入侧的虚拟IP地址)、目的地IP地址为IP_CL1(客户端CL1的IP地址)的分组的情况下，分别将头的目的地MAC地址改写为设备的连接端口的MAC地址的基础上，设定从端口p1、p2发送的流条目(参照编号104的流条目；关于要发送到设备121的分组，还改写发送源MAC地址、发送源IP地址。)。此外，在图7的例中，如上所述，关于在第一开关110中附加转换前头，且经由设备120而来的分组，在除去了转换前头的基础上，设定要转发到开关111的流条目(参照编号101的流条目)。另一方面，关于在第一开关110中附加转换前头且经由备用系统的设备121而来的分组，设定指示丢弃的流条目(参照编号100的流条目)。此外，在图7中，也与图6相同地，设定全部设定了通配符“＊”的流条目(参照编号0的流条目)。因此，第二开关111在接收到具有对上位的流条目的哪一个都不适合的头的分组的情况下，对控制装置140发送分组。
如上述分组处理部130、l31还能够作为通过各开关110、111上的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)来动作的程序而安装，或者作为进行特定的处理的ASIC(Application Specific IntegratedCircuit，专用集成电路)而实现。此外，由于上述基本动作与非专利文献1、2的打开流开关相同，所以还能够使用按照非专利文献2的方法来构成的开关。
这里，作为图6、图7中的动作，说明在设定了头赋予、头删除时的具体的头赋予(删除)的方法。在这样的头赋予(删除)的方法中，例如举出如下的方式。如图8所述，第一个方式是通过相同的分组头对分组头进行封装的方式。在图8的例中，为了识别对分组是否赋予了转换前头，在IP头的可选字段(Options)中，设置了表示附加转换前头的标记。
如图9所述，第两个方式是在IP头的可选字段(Options)内存储头的方式。图9的例中，也设置了用于识别是否赋予了转换前头的赋予标记。另外，在图8、图9的例中，利用了IP头的可选字段(Options)，但也可以利用TCP头的可选字段(Options)。此外，在图8、图9的例中，保存了L2～L4的头，但也可以不需要保存全部头，在头中只保存需要的字段。
接着，参照附图详细说明本实施方式的动作。
[初始设定]
首先，说明对在图2中表示的控制装置140或第一、第二开关110、111进行的初始设定。图10是表示了本发明的第一实施方式的动作(初始设定)的流程图。以下，将第一开关110称为前级开关、将第二开关111称为后级开关来说明。
如图10所示，操作员在冗余结构管理表中，注册簇ID(CLID)、设定了冗余结构的设备和前后级的开关的连接信息、作为现用系统来动作的系统的信息、设备的类别信息、继续标记、关键字段(步骤S100)。
此时，继续标记或关键字段既可以手动输入，也可以自动输入。例如，由于设备类别为半NAT(DNAT)，所以系统自动地判定为例如继续标记为“否(No)”、关键字段为nw_src。这里，在通过设备进行的分组头的转换，在设备的前后不能唯一地识别流信息的情况下，继续标记必须设为“是(Yes)”。例如，在设备的类别如图4所示那样不是半NAT而是全NAT的情况下，发送源IP地址和目的地IP地址都发生转换，所以在设备的前后不能识别流。在这样的情况下，通过将继续标记设定为“是”，继续在前级开关(第一开关110)中的转换前头信息的赋予和在后级开关(第二开关111)中的转换前头信息的除去，控制装置能够识别流。另外，在全NAT时的关键字段成为nw_src、nw_dst，在NAPT时tp_src、tp_dst也加入条件。
以下，在本实施方式中，设为操作员作为继续标记而设定为“是(Yes)”、将关键字段手动设定为nw_src。另外，在继续标记为“否(No)”的情况下，在头转换表中凑齐了ACT和SBY的双方的转换后头信息的时刻，控制装置140对分组处理部130指示转换前头的赋予的停止(指示图6的编号102的流条目的删除即可)。在转换前头的赋予中，前级开关(第一开关110)将前述的IP头内的赋予标记(参照图8、图9)设为打开(ON)，在后级开关(第二开关111)中进行在打开(ON)时除去转换前头信息的处理。
接着，在冗余结构管理表中注册了条目的阶段，控制装置140基于这些信息，在前级开关(第一开关110)的流表中设定丢弃来自SBY的分组的流条目编号1。此外，控制装置140在后级开关(第二开关111)的流表中，设定丢弃来自SBY的ARP分组的流条目编号1。另外，设为前后级开关的编号0的流条目在控制装置和这些开关连接的阶段被设定。
接着，说明在上述初始设定的完成后能够实施的分组转发处理。
[分组转发]
图11～图14是表示了本发明的第一实施方式的一系列的动作的时序图。如图11所示，客户端CL1在通信开始时，向VIP_L(设备的输入侧的虚拟IP地址)发送ARP请求分组(步骤s11)。
前级开关(第一开关110)从分组处理部130内的流表(以后，简称为“流表”)中检索具有适合接收到的ARP请求分组的匹配条件的条目。这里，由于图6的编号0的流条目命中(hit)，所以前级开关(第一开关110)根据其动作，对控制装置140转发ARP分组(以下，将从开关向控制装置的分组转发处理(流条目的设定请求处理)称为“分组输入(Packet In)”)(步骤s12)。
控制装置140根据冗余结构管理表的连接信息和接收分组的头，判定为分组是对于设备的VIP_L的ARP请求，在前级开关(第一开关110)中设定将ARP分组发送到AP120和AP121的流条目。这里，设定图6的编号100的流条目。接着，控制装置140从前级开关(第一开关110)的端口p1、p2分别对设备AP120和AP121进行分组发送请求，使前级开关(第一开关110)发送分组(以下，将该处理称为“分组输出(Packet Out)”)(步骤s13)。
设备AP120、AP121获取ARP分组，并通过ARP响应分组来发回对于VIP_L的MAC地址(步骤s14)。
前级开关(第一开关110)根据图6的编号1的流条目，丢弃从AP121获取的ARP响应(步骤s15)。
另一方面，前级开关(第一开关110)根据图6的编号0的流条目，将从AP120获取的ARP响应发送到控制装置140(步骤s16)。
控制装置140的路径控制部141判定为接收到的分组是来自设备的ARP响应，设定输出到成为其发送目标的前级开关(第一开关110)的端口的流条目。这里，由于发送目标是CL1，所以输出目标端口成为p0，设定图6的编号101的流条目。并且，控制装置140使从前级开关(第一开关110)的端口p0进行分组输出(步骤s17)。客户端CL1获取ARP响应(步骤s18)。
如图12所示，获取了所述ARP响应的客户端CL1向VIP_L发送IP分组(步骤s19)。
根据编号0的流条目，前级开关(第一开关110)对控制装置140发送所接收的IP分组(步骤s20)。
控制装置140判定为接收到的分组是向设备的IP分组，在前级开关(第一开关110)中设定赋予转换前头，将目的地MAC地址转换为用于各个设备的地址，并发送到AP120和AP121的流条目。进一步，控制装置140使前级开关(第一开关110)对分组赋予转换前头，并从端口p1、p2进行分组输出(步骤s21)。另外，由于冗余结构管理表的继续标记为“是(Yes)”，所以如图6的编号102的流条目那样，设定在动作中追加转换前头赋予处理的流条目。此外，由于继续标记为“是(Yes)”，所以不利用在IP头中的赋予标记。
设备AP120、AP121分别基于自身的NAT表，转换接收分组并输出(步骤s22)。
后级开关(第二开关111)从分组处理部131内的流表中检索具有适合接收到的分组的匹配条件的条目。这里，由于图7的编号0的流条目命中，所以后级开关(第二开关111)根据其动作，对控制装置140转发接收分组(步骤s23a、s23s)。
控制装置140参照冗余结构管理表，根据接收分组的输入端口信息(inport)来判定来自后级开关(第二开关111)的接收分组是来自ACT的还是来自SBY的，并基于此来注册头转换表的条目。
控制装置140在根据来自ACT的接收分组而在头转换表中注册了条目的情况下，对后级开关(第二开关111)设定使从端口p0输出后续分组的流条目。另外，此时，在冗余结构管理表的继续标记为“是(Yes)”的情况下，如图7的编号101的流条目所示，控制装置140追加转换前头的除去动作。之后，控制装置140除去转换前头，使后级开关(第二开关111)从端口p0进行分组输出(步骤s24a)。
另一方面，在根据来自SBY的接收分组而在头转换规则中注册了条目的情况下，控制装置140设定使后续分组丢弃的流条目，且丢弃该分组(步骤s24s)。
以上的结果，在SV1中接收到经由AP120而被转发的分组(步骤s25a)。
接着，如图13所示，接收到所述分组的SV1在发送向IP_CL1的响应分组时，对作为默认GW的VIP_R发送ARP请求分组(步骤s30)。
后级开关(第二开关111)从分组处理部131内的流表中检索具有适合接收到的ARP分组的匹配条件的条目。这里，由于图7的编号0的流条目命中，所以后级开关(第二开关111)根据其动作，对控制装置140转发ARP分组(步骤s31)。
控制装置140根据冗余结构管理表的连接信息和接收分组的头，判定为分组是对于设备的VIP_R的ARP请求，在后级开关(第二开关111)中设定将ARP分组发送到AP120和AP121的流条目。这里，设定图7的编号102的流条目。接着，控制装置140使从后级开关(第二开关111)的端口p1、p2分别向设备AP120和AP121发送分组(步骤s32)。
设备AP120、AP121获取ARP分组，并通过ARP响应分组来发回对于VIP_R的MAC地址(步骤s33)。
后级开关(第二开关111)根据图7的编号1的流条目，丢弃从AP121获取的ARP响应(步骤s34)。
另一方面，后级开关(第二开关111)根据图7的编号0的流条目，将从AP120获取的ARP响应发送到控制装置140(步骤s35)。
控制装置140的路径控制部141判定为接收到的分组是从设备向SV1的ARP响应，设定输出到成为其发送目标的后级开关(第二开关111)的端口的流条目。这里，由于发送目标为SV1，所以输出目标端口成为p0，设定图7的编号103的流条目。并且，控制装置140使从后级开关(第二开关111)的端口p0进行分组输出(步骤s36)。SV1获取ARP响应。
如图14所示，获取了所述ARP响应的SV1向VIP_R发送IP分组(步骤s37)。
后级开关(第二开关111)根据编号0的流条目，对控制装置140发送所接收的IP分组(步骤s38)。
控制装置140判定为接收到的分组是向CL1的IP分组，设定为了将该IP分组发送到AP120而转换目的地MAC地址(dl_dst)、为了发送到AP121而转换目的地MAC地址(dl_dst)、发送源MAC地址(dl_src)、发送源IP地址(nw_src)之后发送的流条目。这里，设定图7的编号104的流条目。进一步，控制装置140在后级开关(第二开关111)中对接收分组进行同样的处理之后，使从端口p1、p2进行分组输出(步骤s39)。进行这样的发送到AP121时的转换的理由在于，需要当作从AP121进行了通信的SV2返回的分组。这些信息能够从路径控制部141获取。
设备AP120、AP121分别接收IP分组，基于自身的NAT表而转换分组头之后，输出到前级开关(第一开关110)(步骤s40)。
前级开关(第一开关110)从分组处理部130内的流表中检索具有适合接收到的分组的匹配条件的条目。根据图6的编号1的流条目，丢弃来自AP121的分组(步骤s41)。
另一方面，根据图6的编号0的流条目，来自AP120的分组转发到控制装置140(步骤s42)。
控制装置140判定为接收分组是来自AP120的折返分组，在前级开关(第一开关110)中设定从输出端口p0输出分组的流条目。这里，设定图6的编号103的流条目。控制装置140对前级开关(第一开关110)指示分组输出(步骤s43)。
以上的结果，在CL1中接收到经由AP120而被转发的响应分组(步骤s44)。
[NAT表的更新]
接着，说明在设备AP120、AP121中进行了NAT表的更新时的处理。图15是表示了本发明的第一实施方式的动作(NAT表转换)的流程图。
在进行了NAT表的更新的情况下，通过它们的设备的分组的头在前级开关(第一开关110)或者后级开关(第二开关111)的编号0的流条目中捕捉，并发送到控制装置140。
这里，作为例子，说明关于从CL1向VIP_L发送的分组，作为现在ACT的系统1的AP120的NAT表发生更新，nw_dst从IP_SV1改写为IP_SV3的情况。
此时，后级开关(第二开关111)若接收到根据新的NAT表的信息进行了头转换的分组，则根据编号0的流条目而对控制装置140发送该分组(步骤S201)。
控制装置140参照冗余结构管理表，确定接收分组是哪个设备输出的分组。在该例中，由于后级开关(第二开关111)的SWID为sw2、输入端口信息(inport)为p1，所以冗余结构管理表的CLID为1的条目符合。此外，该条目的关键字段信息为nw_src、接收分组的头的nw_src字段的值为IP_CL1。根据这些结果，控制装置140确定是头转换表的编号1的条目。接着，控制装置140在头转换表的编号1的系统1的转换后头信息中，将nw_dst改写为从接收分组的头获取的IP_SV3(步骤S202)。另外，在是从逆向发送的分组的情况下，作为nw_src的逆的nw_dst成为关键信息。此外，由于继续标记为“是(Yes)”，所以也可以基于转换前头来确定头转换表的条目。
接着，控制装置140基于系统1的转换后头的改写前后的信息，改写后级开关(第二开关111)的流条目。首先，将图7的编号101的流条目的匹配条件的nw_dst从IP_SV1改写为IP_SV3，将编号104的流条目的匹配条件的nw_src从IP_SV1改写为IP_SV3。之后，控制装置140使后级开关(第二开关111)从端口p0进行分组输出(步骤S203)。
另外，上述例只不过是设备类别为半NAT，且从CL1向SV1的分组的一例，并不限定实施方式。
[系统切换]
接着，说明在进行了AP120、AP121的ACT、SBY的切换时的动作。在组成冗余结构的AP120和AP121的设备中，在AP120中产生了故障的情况下，控制装置140获取其通知。该方法中有SNMP(SimpleNetwork Management Protocol，简单网络管理协议)的Trap或从设备接受信息、经由设备来监视分组或者基于心跳(heartbeat)的生存确认等的方法，但并不特别限定于这些方法。
控制装置140根据所获取的通知，参照冗余结构管理表，参照CLID为1的条目，将现在的ACT(现用系统)变更为系统2，获取系统1的连接端口和关键字段信息的nw_src。接着，控制装置140参照头转换表，获取CLID为1、现用系统字段为系统1的nw_src的一览。在该例中，头转换表的编号1的条目符合。图16是表示上述更新后的冗余结构管理表的图，虚线表示发生变更的部位。
接着，控制装置140关于所获取的nw_src(该例中为IP_CL1)，改写关联的后级开关(第二开关111)的流条目。具体而言，控制装置140在后级开关(第二开关111)的流条目中确定匹配条件的nw_src为IP_CL1的编号100和编号101流条目(参照图7)，并将编号100的流条目的动作变更为rewrite dl_dst＝MAC_SV1、rewrite nw_dst＝IP_SV1、output p0。此外，控制装置140将编号101的流条目的动作变更为丢弃(drop)。
接着，控制装置140关于对以前SBY的系统2的连接端口p2丢弃ARP分组的编号1的流条目，将匹配条件的输入端口信息(inport)变更为新SBY的连接端口p1。此外，关于编号103的流条目，将匹配条件的输入端口信息(inport)变更为新ACT的连接端口p2。以上，后级开关(第二开关111)将与作为新ACT的AP121的通信分组(不转换分组头)进行转发，丢弃作为以前的ACT的AP120的通信分组。图18是表示上述更新后的后级开关(第二开关111)的流条目的图，虚线表示发生变更的部位。
接着，控制装置140将在前级开关(第一开关110)的流条目中关联的条目进行改写(参照图7)。具体而言，控制装置140关于对以前ACT的系统1的连接端口p1转发ARP分组的编号101的流条目，将匹配条件的输入端口信息(inport)变更为新ACT的连接端口p2。接着，控制装置140关于对以前SBY的系统2的连接端口p2丢弃ARP分组的编号1的流条目，将匹配条件的输入端口信息(inport)变更为新SBY的连接端口p1。进一步，控制装置140关于从以前ACT向CL1转发返回分组的编号103的流条目，将匹配条件的输入端口信息(inport)变更为p2。图17是表示上述更新后的前级开关(第一开关110)的流条目的图，虚线表示发生变更的部位。
以上，前级开关(第一开关110)转发与作为新ACT的AP121的通信分组(不转换分组头的同时)，丢弃作为以前ACT的AP120的通信分组。
另外，在系统切换后切回系统的情况下，只要将上述顺序逆向返回即可。
如以上所述，根据本实施方式，在后级开关(第二开关111)中吸收AP120系统和AP121系统的头转换的差分。其结果，即使ACT和SBY的设备是不同机型，也能够实现状态性的失效转移。如本实施方式那样，通过前级开关(第一开关110)和后级开关(第二开关111)来夹住想要进行冗余化的设备，能够实现不同机型间的状态性的失效转移，所以与设备机型选择或配置有关的自由度增加，物理资源的分配的灵活性提高。
以上，说明了本发明的实施方式，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的技术思想的范围中，能够加入进一步的变形、置换、调整。例如，在上述实施方式中，说明了在前级开关(第一开关110)中连接客户端CL1，在后级开关(第二开关111)中经由开关112而连接服务器SV1～SV3的情况，但这些只是用于帮助本发明的理解的一例，并不限定于例示的方式。
另外，设为上述专利文献及非专利文献的各公开通过引用而编入本申请中。在本发明的全部公开(包括权利要求书的范围)的框架内，能够进一步基于其基本的技术思想，进行实施方式及实施例的变更、调整。此外，在本发明的权利要求书的范围的框架内，能够进行各种公开元素(包括各权利要求项的各元素、各实施方式及实施例的各元素、各附图的各元素等)的多种组合及选择。即，本发明当然包括根据包括权利要求书的范围的全部公开、技术思想而本领域的技术人员能够获得的各种变形、修改。
此外，日语的单数和复数是相同形式，用单数来记载的用语也代表多个。
标号说明
20、21网络设备
30第一开关
31第二开关
40控制装置
110第一开关
111第二开关
112开关
120、121设备(AP)
130、131分组处理部
140控制装置
141路径控制部
142转换规则管理部
p0、p1、p2端口
CL1客户端
SV1～SV3服务器

Claims (9)

1.一种网络设备冗余化系统，包括：
第一开关，配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级；
第二开关，配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级；以及
控制装置，包括转换规则管理部，基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则，在切换到所述备用系统的网络设备时，所述控制装置基于所述头转换规则，对所述第二开关指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备相同的输出分组。
2.一种网络设备冗余化系统，
所述第一开关、第二开关包括：
控制信息存储部，存储将用于与接收分组进行匹配的匹配条件和处理内容建立对应的控制信息；以及
分组处理部，执行处理内容，该处理内容由从所述控制信息存储部中存储的控制信息中、具有适合接收分组的匹配条件的控制信息确定，
所述控制装置通过改写所述第一开关、第二开关的控制信息存储部的控制信息，获取从所述第一开关发送的分组的头信息和在所述第二开关中接收到的分组的头信息。
3.如权利要求2所述的网络设备冗余化系统，其中，
在所述第一开关中设定发送分组的控制信息，所述分组能够存储所述现用系统的网络设备的变更前后的头信息，
在所述第二开关中设定转发分组的控制信息，所述分组由所述现用系统的网络设备改写头信息，
由此所述控制装置学习所述现用系统的网络设备的头转换规则。
4.如权利要求2或3所述的网络设备冗余化系统，其中，
所述控制装置使用所述控制信息对所述第一开关、第二开关指示头改写。
5.如权利要求1至4的任一项所述的网络设备冗余化系统，其中，
所述控制装置基于来自所述第二开关的通知检测地址转换表有无更新，并更新在所述转换规则管理部中保持的头转换规则，并且对所述第二开关指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备相同的输出分组。
6.如权利要求1至5的任一项所述的网络设备冗余化系统，其中，
所述网络设备是NAT装置、NAPT装置、负载均衡器中的任一个。
7.一种控制装置，其中，
连接到第一开关以及第二开关，该第一开关配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级，该第二开关配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级，
所述控制装置包括转换规则管理部，基于从所述第一开关发送的分组和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则，
所述控制装置在切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示头改写，使得成为与所述现用系统的网络设备相同的输出分组。
8.一种网络设备冗余化方法，其中，包括以下步骤：
连接到第一开关以及第二开关的控制装置基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则，所述第一开关配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级，所述第二开关配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级；以及
在从所述现用系统的网络设备切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则对所述第二开关指示与所述第一开关相同的头改写。
9.一种程序，使连接到第一开关以及第二开关的控制装置中装配的计算机执行后述的处理，所述第一开关配置在切换到现用系统和备用系统而运用的两个不同的机型的网络设备的前级，所述第二开关配置在所述两个不同的机型的网络设备的后级，所述处理是：
基于从所述第一开关发送的分组的头信息和经由所述现用系统的网络设备在所述第二开关中接收到的分组的头信息，学习所述现用系统的网络设备的头转换规则；以及
在从所述现用系统的网络设备切换到所述备用系统的网络设备时，基于所述头转换规则，对所述第二开关指示与所述第一开关相同的头改写。
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