CN104365068A - 控制装置、通信系统、交换机控制方法及程序 - Google Patents

控制装置、通信系统、交换机控制方法及程序 Download PDF

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Abstract

即使控制对象的通信增加，也能抑制对各个交换机设定的流条目的数量的增大。交换机具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能。控制该交换机的控制装置具备：条目生成部，其生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；条目操作部，其基于所述生成的条目信息对所述交换机指示所述第1、第2流表的更新；以及条目管理部，其管理所述交换机的各流表的内容。

Description

控制装置、通信系统、交换机控制方法及程序
技术领域
[关于相关申请的记载]
本发明基于日本专利申请：特愿2012-124091号(2012年5月31日申请)的优先权主张，以引用方式将该申请的全部记载内容引入记载到本说明书中。
本发明涉及控制装置、通信系统、交换机控制方法以及程序，特别涉及对配置在网络中的交换机进行集中控制的控制装置、通信系统、交换机控制方法以及程序。
背景技术
在非专利文献1中，规定了被称作OpenFlow(开放流)的网络中的交换机(OpenFlow交换机，以下称为“OFS”)的规格。在OpenFlow中配置被称作OpenFlow控制器(以下称为“OFC”)的控制装置。在OFS所保持的流表中保存有将和接收分组进行比对的匹配条件(Match Fields；匹配字段；匹配域)、与对适合匹配条件的分组所应用的处理内容(Instructions；指令)建立了对应的条目(流条目；flow entry)。OFC通过对下属的OFS所保持的流表的内容进行操作(新条目的追加、变更、删除等)，能进行以流为单位的极细致的控制。
所谓匹配条件(匹配字段)，是将Ethernet(注册商标)、TCP/IP所规定的OSI参考模型中的层1～层4所确定的数据区域作为1个单位进行再定义而得到的。具体地，作为匹配条件(匹配字段)，设定物理性的交换机的端口、IEEE802.1Q所确定的VLAN ID、MAC(Media Access Control；介质接入控制)地址、IP(Internet Protocol；互联网协议)地址、TCP(Transmission Control Protocol；传输控制协议)端口编号等涉及多方面的信息，能以细致的粒度变更对分组的处理(参考图10)。
作为处理内容(指令)，例如能将相应的分组转发到另外的端口，或者不进行转发而丢弃(Drop)。在非专利文献1的OpenFlow SwitchSpecification Version 1.1.0中，通过设定用于指示向其它流表转移的命令(Go-to表)来作为处理内容(指令)，也能实施使用多个流表执行多个处理内容的流水线处理(参考非专利文献1的“4.1.1Pipeline Processing”)。
另外，在专利文献1中公开了相当于上述OFC的控制器，其通过按照来自给客户机终端提供服务的服务提供服务器的负载分散请求来变更对交换机设定的流条目，从而进行服务提供服务器的负载分散。
另外，在专利文献2中公开了能对配置在通信网络上的多个交换机的条目溢出进行抑制这样的管理计算机。根据该公报，记载了：该管理计算机参考依赖于各个交换机的使用条目数的参数(条目状态信息)来计算端到端的交换机成本，将交换机成本成为最小的路径决定为流的路径。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2011-170718号公报
专利文献2：JP特开2010-161473号公报
非专利文献
非专利文献1：“OpenFlow Switch Specification”Version 1.1.0Implemented(Wire Protocol 0x02)、[online]、[平成24(2012)年3月14日检索]、因特网<URL：http：//www.openflow.org/documents/openflow-spec-v1.1.0.pdf>
发明要解决的课题
以下的分析由本发明给出。在上述的OpenFlow中，基本上对1个流创建1个以上的条目来控制OFS。由此，若控制对象的通信增加，则对各个OFS设定的流条目就会增多，有给OFS的性能带来影响这样的问题点。在此，所谓“流”是OpenFlow等的集中控制型网络中的通信的处理单位。
例如，在众多客户机经由OpenFlow网络对1个服务器进行通信的情况下，从某1个地址产生对众多地址的通信。在这样的情况下，如图11的流条目#1、#2所示那样，需要与发送源地址和目的地地址的组合的数量相应的流条目。
另外，如图12所示那样，即使是同一地址间的通信，也有希望通过VLAN ID、VLAN Priority(VLAN优先级)、IP的协议编号或IP ToS等(参考图10)识别流、改变处理内容的情况。在这样的情况下，流条目数进一步增加。
这一点，在非专利文献1中，仅止于记载了在使用流水线处理而于某流表的条目中改写了分组的报头后，在下一流表中以所述改写后的报头来检索相应的条目这样的用法。
发明内容
本发明目的在于，提供即使控制对象的通信增加也能抑制对各个交换机设定的流条目的数量的增大的控制装置、通信系统、交换机控制方法以及程序。
用于解决课题的手段
根据第1观点，提供一种控制装置，与具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机连接，具备：条目生成部，其生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中(hit)所述第1流表的条目的情况下被参考；条目操作部，其基于所述生成的条目信息对所述交换机指示所述第1、第2流表的更新；以及条目管理部，其管理所述交换机的各流表的内容。
根据第2观点，提供一种通信系统，具备交换机和控制装置，所述交换机具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能；所述控制装置具备：条目生成部，其生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；条目操作部，其基于所述生成的条目信息对所述交换机指示所述第1、第2流表的更新；以及条目管理部，其管理所述交换机的各流表的内容。
根据第3观点，提供一种交换机控制方法，包含如下步骤：生成步骤，生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；以及指示步骤，对具有参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机，基于所述生成的条目信息来指示所述第1、第2流表的更新。本方法与对交换机进行控制的控制装置这样特定的机械结合，其中该交换机具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能。
根据第4观点，提供一种程序，使对具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机进行控制的计算机执行如下处理：生成处理，生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；以及指示处理，对具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机，基于所述生成的条目信息来指示所述第1、第2流表的更新。另外，该程序能记录在计算机可读的(非瞬态的)存储介质中。即，本发明能作为计算机程序产品而具象化。
发明效果
根据本发明，即使控制对象的通信增加，也能抑制对各个交换机设定的流条目的数量的增大。
附图说明
图1是表示本发明的1个实施方式的构成的图。
图2是表示本发明的第1实施方式的通信系统的构成的图。
图3是表示本发明的第1实施方式的OFC和OFS的详细构成的图。
图4是表征本发明的第1实施方式的OFC的动作(新条目设定)的流程图。
图5是在图4的步骤S102中所生成的临时的条目的示例。
图6是最终对OFS设定的条目的示例。
图7是用于说明本实施方式的效果的图。
图8是用于说明本实施方式的效果的图。
图9是表征本发明的第1实施方式的OFC的动作(已有条目变更)的流程图。
图10是表示在非专利文献1的OpenFlow中能作为匹配条件使用的信息的图。
图11是表示非专利文献1的OpenFlow中的流条目的设定例的图。
图12是表示非专利文献1的OpenFlow中的流条目的设定例的另外的图。
具体实施方式
首先参考附图来说明本发明的1个实施方式的概要。另外，附记于该概要的附图参考标号作为用于帮助理解的一例为了方便而标注于各要素，并不意图将本发明限定于图示的方式。
本发明在其1个实施方式中如图1所示那样，能以包含如下要素的构成实现：具备依次参考有优先顺位的多个流表23来处理分组的功能(分组处理部22)的交换机20；以及通过经由控制消息收发部21控制交换机20来实现客户机30与服务器40间的通信的控制装置10。
更具体地，控制装置10具备：条目生成部11，其生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；条目操作部13，其基于所述生成的条目信息对交换机20指示所述第1、第2流表的更新；以及条目管理部12，其管理所述交换机20的各流表的内容。
如以上那样，根据本发明，能通过注册在第1流表中的M个条目、以及由M个条目所指定参考的第2流表中注册的N个条目，来控制以匹配条件的组合表征的M×N个流(M、N为自然数)。
[第1实施方式]
接下来，参考附图来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实施方式的通信系统的构成的图。参考图2，示出由2台OFS20A、20B构成的网络、控制OFS20A、20B的OFC10A、经由OFS20A、20B来进行通信的客户机30A、30B、以及2台服务器40A、40B。
在图2的示例中，OFS20A具有P1～P4这4个端口，在端口P1连接有客户机30A，在端口P2连接有客户机30B。OFS20B具有P1～P4这4个端口，在端口P1连接有服务器40A，在端口P2连接有服务器40B。另外，OFS20A、20B的端口P3用作与OFC10A的连接端口。进而，OFS20A、20B间分别通过端口P4连接。
客户机30A、30B是个人计算机或便携式终端等信息处理装置。在以下的说明中，对客户机30A设定VLAN ID＝1，对客户机30B设定VLANID＝2。
服务器40A、40B是对客户机30A、30B提供各种服务的信息处理装置。在以下的说明中，对服务器40A设定VLAN ID＝3，对服务器40B设定VLAN ID＝2。
图3是表示OFC和OFS的详细构成的图。参考图3，示出了包含条目生成部11、条目管理部12和控制消息收发部13a在内的OFC10A；以及包含控制消息收发部21、分组处理部22和多个流表23在内的OFS20A。另外，OFS20B是与OFS20A相同的构成，因此省略说明。
OFC10A的条目生成部11在经由控制消息收发部13a从OFS20A或20B接受到新流的检测通知(Packet-In消息)时，为了使该分组以给定的路径转发，生成对路径上的OFS20A、20B设定的条目。另外，所述分组的转发路径能参考图示省略的网络拓扑或用户的接入策略等来计算。另外，后面使用附图来详细说明条目生成部11所生成的条目的细节。
条目管理部12存储、管理与对各OFS20A、20B的流表23所设定的条目相同的内容。具体地，条目管理部12在自身所存储的各OFS20A、20B的流表中运用与控制消息收发部13a对流表的操作内容同样的内容即可。另外，在条目管理部12中保存有设定信息，该设定信息确定按每个OFS或每个流而预先决定的在第1流表中用作匹配条件的项目、以及在第2流表中用作匹配条件的项目。
控制消息收发部13a相当于上述的条目操作部，通过对各OFS20A、20B发送控制消息，来对保存在各OFS20A、20B的流表中的条目进行操作(新注册、变更、删除等)。
另外，上述那样的OFC10A能通过在非专利文献1的OFC的条目生成功能中加入变更来得以实现。另外，OFC10A的各部(处理单元)还能在构成OFC10A的计算机中使用其硬件且通过使上述的各处理得以执行的计算机程序而实现。
OFS20A的控制消息收发部21按照从OFC10A的控制消息收发部13a接收到的控制消息，在流表23的条目中加入变更。
分组处理部22在从客户机30A或OFS20B接收到分组时，从多个流表23中优先度最高的流表(非专利文献1的表#0)检索具有适合接收分组的匹配条件的条目，执行在该条目中设定的处理内容(指令)。在此时的处理内容(指令)中设定有用于指示参考所指定的流表的行为(Go-to表#N)的情况下，分组处理部22参考所指定的流表，检索具有适合接收分组的匹配条件的条目。另外，在所述检索的结果是未找到具有适合接收分组的匹配条件的条目的情况下，分组处理部22经由控制消息收发部21对OFC10A发送新流的检测通知(Packet-In消息)。
多个流表23如图6所示那样由多个流表(表#0、表#1)构成。在图6的示例中，设表#0是优先度最高的流表。在图6的表#0的检索的结果是，作为具有适合接收分组的输入端口或报头信息(发送源MAC地址～目的地IP地址)的匹配条件的条目而找到了表#0的#1的条目的情况下，按照其处理内容(指令)进行表#1的再检索。在表#1的检索的结果是，作为具有适合接收分组的VLAN ID的匹配条件的条目而找到了表#0的#1的条目的情况下，按照其处理内容(指令)来进行将VLAN ID改写为“2”的处理、以及从端口P4进行输出的处理。其结果，接收分组被转发至与端口P4连接的OFS20B。另外，在图5～图8中，在对流识别不需要的字段中设定通配符，省略这些项目。
另外，这样的OFS20A、20B能使用非专利文献1的OFS实现。
接下来，参考附图来详细说明本实施方式的动作。图4是表征本发明的第1实施方式的OFC的动作(新条目设定)的流程图。在以下的说明中，举出图2的客户机30A对服务器40B发送分组的示例来进行说明。另外，客户机30A的MAC地址为“00：00：00：00：0A：01”，IP地址为“10.0.0.1”。另外，服务器40B的MAC地址为“00：00：00：00：0B：01”，IP地址为“10.0.0.2”。
参考图4，由于流表23的检索的结果是不存在相应的条目，因此，接收到从客户机30A给服务器40B的分组的OFS20A对OFC10A发送新流的检测通知(Packet-In消息)。在从OFS20A或OFS20B接收到新流的检测通知(Packet-In消息)时(步骤S101)，OFC10A使用包含在新流的检测通知(Packet-In消息)中的接收分组的信息来生成用于对该分组的后续的分组进行处理的临时的条目(步骤S102)。
图5是表示在步骤S102中生成的临时的条目的图。OFS20A由于在端口P1接收到从客户机30A给服务器40B的分组，因此将输入端口P1(以下在流表中将P1～P4分别标记为1、2、3、4)、客户机30A以及服务器40B的MAC地址、IP地址作为匹配条件，来生成将VLAN ID的改写(VLAN ID＝1→2)、和向OFS20B的转发(从端口P4的转发)作为处理内容(指令)的条目。
接下来，OFC10A开始将所述生成的临时的条目分解成对OFS20A的2个流表设定的条目的处理。首先，OFC10A参考条目管理部12，来确认在OFS20A的第1流表(表#0)中是否注册了具有已生成的临时的条目的匹配条件当中的与输入端口～目的地IP地址相同的匹配条件的条目(步骤S103)。
在该时间点，由于未设定将客户机30A以及服务器40B的MAC地址、IP地址作为匹配条件的条目，因此OFC10A参考条目管理部12的设定信息，如图6的上段所示那样，将输入端口＝P1、客户机30A以及服务器40B的MAC地址、IP地址作为匹配条件，来生成用于指示第2流表(表#1)的参考的条目，并设定至OFS20A(步骤S104)。另外，OFC10A还将对OFS20A设定的条目注册至本装置的条目管理部12。另外，虽然在图6中省略，但在对于各条目的流识别而言不需要的字段上设定能匹配任何值的通配符。
接下来，OFC10A参考条目管理部12，来确认在OFS20A的第2流表(表#1)中是否注册了具有已生成的临时的条目的剩余的匹配条件与处理内容的组合的条目(步骤S105)。
在该时间点，由于将VLAN ID为1作为匹配条件，将VLAN ID改写为2，且未设定具有从端口P4转发的处理内容的条目，因此，OFC10A如图6的下段所示那样，将VLAN ID＝1作为匹配条件，生成将VLAN ID的改写、和从端口P4的转发作为处理内容(指令)的条目，并设定至OFS20A(步骤S106)。另外，OFC10A还将对OFS20A已设定的条目注册在本装置的条目管理部12中。
将如此在步骤S102生成的临时的条目如图6所示那样分解成2个条目来设定。
之后，即使从客户机30A给服务器40B送出不同的VLAN ID的分组，OFC10A也通过图6所示的流来仅生成、设定第1、第2流表所需的条目。
接下来说明本实施方式的效果。在OFS20A能接收的分组的VLAN ID为1～10这10个模式(pattern)、发送源MAC地址存在00：00：00：00：0A：01、00：00：00：00：0A：02、00：00：00：00：0A：03～00：00：00：00：0A：0A这10个模式的情况下，在图4的步骤S102中，如图7所示那样生成100个模式的条目。
但是，在本实施方式中，由于进行图4的步骤S103～S106所示的条目的分解处理，因此对OFS20A设定的条目如图8所示那样被集约成10+10的20个模式。
另外，根据本实施方式，在流的变更时也削减了其处理对象条目数。图9是表征发生OFS或服务器的故障等的路径变更事由时的OFC的动作(已有条目变更)的流程图。在发生路径变更事由时，OFC10A与新条目设定时相同地生成实现变更后的分组转发路径的临时的条目。然后，与图4的流程图的S103～S106同样地对第1、第2流表分别进行更新。
由此，例如在图2的服务器40B中发生故障而希望切换到服务器40A的情况下，需要将图7的处理内容(指令)的VLAN ID改写字段变更为3。在保持图7的流表不变地进行变更的情况下，需要100个条目的变更，但若运用图9的流，则由于在步骤S203判断为不需要第1流表的变更，因此只要改写第2表的10个条目即足够。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述的实施方式，能在不脱离本发明的基本的技术思想的范围内加入进一步的变形、置换、调整。例如，上述的实施方式中使用的网络构成、客户机、服务器的数量没有制约。
另外，在上述的实施方式中，举出将临时的条目分解成2个流表的示例来说明，但根据存储在条目管理部12中的设定信息的设定的不同，也能分解成3个以上的流表。例如，能将图6、图8的第1流表(表#0)分解成以发送源地址作为匹配条件的流表、以及以目的地地址作为匹配条件的流表。
另外，在上述的实施方式中举出的流表的分解模式也能加入各种变形。例如，作为匹配条件，可以追加图10所示的其它字段的值，也可以删除。当然，也可以将第1流表的匹配条件的一部分移动至第2流表的匹配条件。
另外，以引用的方式将上述的专利文献以及非专利文献的各公开引入到本说明书中。在本发明的全部公开(包含权利要求的范围)的框架内，能进一步基于其基本的技术思想来进行实施方式乃至实施例的变更、调整。另外，在本发明的权利要求的范围的框架内，能进行各种公开要素(包含各权利要求的各要素、各实施方式至实施例的各要素、各附图的各要素等)的多样的组合乃至选择。即，本发明包含只要是本领域技术人员就能按照包含权利要求的范围的全部公开、技术思想而得到的各种变形、修正，这是不言自明的。
标号说明
10  控制装置
10A OFC  (OpenFlow控制器)
11  条目生成部
12  条目管理部
13  条目操作部
13a  控制消息收发部
20  交换机
20A、20B OFS  (OpenFlow交换机)
21  控制消息收发部
22  分组处理部
23  流表
30、30A、30B  客户机
40、40A、40B  服务器

Claims (10)

1.一种控制装置，与交换机连接，该交换机具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能，所述控制装置具备：
条目生成部，其生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；
条目操作部，其基于所述生成的条目信息，对所述交换机指示所述第1流表及所述第2流表的更新；和
条目管理部，其管理所述交换机的各流表的内容。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述条目生成部进而在产生了已有流的变更的需要时，参考所述条目管理部来决定所述第1流表及所述第2流表的变更内容，
所述条目操作部基于所述决定的变更内容来对所述交换机指示所述第1流表及所述第2流表的更新。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，
通过保存在所述第1流表中的M个条目、以及保存在所述第2流表中的N个条目，以M+N个条目来控制匹配条件不同的M×N个流。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的控制装置，其中，
在所述条目管理部中保存有设定信息，所述设定信息用于确定预先决定的在第1流表中用作匹配条件的项目、以及在第2流表中用作匹配条件的项目，
所述条目生成部在生成具有用于识别从所述交换机请求的分组的匹配条件的临时的条目后，参考所述设定信息来分解所述匹配条件，由此生成对所述第1流表和所述第2流表设定的条目信息。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的控制装置，其中，
所述条目生成部还生成对第3流表设定的条目信息，所述第3流表具有与所述第2流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第2流表的条目的情况下被参考，
所述条目操作部基于所述生成的条目信息来对所述交换机指示所述第1流表至所述第3流表的更新。
6.一种通信系统，包含交换机和控制装置，其中，
所述交换机具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能，
所述控制装置具备：
条目生成部，其生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；
条目操作部，其基于所述生成的条目信息来对所述交换机指示所述第1流表及所述第2流表的更新；和
条目管理部，其管理所述交换机的各流表的内容。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其中，
所述控制装置通过保存在所述第1流表中的M个条目、以及保存在所述第2流表中的N个条目，以M+N个条目来控制匹配条件不同的M×N个流。
8.根据权利要求6或7所述的通信系统，其中，
在所述条目管理部中保存有设定信息，所述设定信息用于确定预先决定的在第1流表中用作匹配条件的项目、以及在第2流表中用作匹配条件的项目，
所述条目生成部在生成具有用于识别从所述交换机请求的分组的匹配条件的临时的条目后，参考所述设定信息来分解所述匹配条件，由此生成对所述第1流表和所述第2流表设定的条目信息。
9.一种交换机控制方法，包含如下步骤：
生成步骤，生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；和
指示步骤，对具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机，基于所述生成的条目信息来指示所述第1流表及所述第2流表的更新。
10.一种程序，使对具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机进行控制的计算机执行如下处理：
生成处理，生成对第1流表和第2流表分别设定的条目信息，其中所述第1流表具有能设定为匹配条件的信息当中预先确定的项目来作为匹配条件，所述第2流表具有与该第1流表的项目不同的项目来作为匹配条件，且在命中所述第1流表的条目的情况下被参考；和
指示处理，对具备依次参考有优先顺位的多个流表来处理分组的功能的交换机，基于所述生成的条目信息来指示所述第1流表及所述第2流表的更新。
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