JP2005524162A - データ処理ネットワークにおいて接続を動的に変更するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】最も効率的な利用可能なリソースの組を使用する接続を提供するため、ネットワーク接続が複数の利用可能なサーバおよび/またはクライアント間でマイグレートできるようにする、データ処理ネットワークおよびシステムを提供すること。
【解決手段】ネットワーク接続がTCPによって確立される一実施形態では、各接続は、接続を完全に定義する4要素から成る組、すなわちソースIPアドレス、ソース・ポート番号、宛先IPアドレス、および宛先ポート番号を含む。本発明は、接続を定義する4要素の1つまたは複数を変更することによって、より効率的に機能するNICまたはシステムに接続をマイグレートするように構成される。
【解決手段】ネットワーク接続がTCPによって確立される一実施形態では、各接続は、接続を完全に定義する4要素から成る組、すなわちソースIPアドレス、ソース・ポート番号、宛先IPアドレス、および宛先ポート番号を含む。本発明は、接続を定義する4要素の1つまたは複数を変更することによって、より効率的に機能するNICまたはシステムに接続をマイグレートするように構成される。
Description
本発明は一般に、データ処理ネットワークの分野に関し、より詳細には、負荷の変化、誤動作、またはその他のネットワーク特性に応答して、確立されたネットワーク接続がそのソースまたはデスティネーション(宛先)を動的にマイグレート(移動)できるようにするネットワークおよび方法に関する。
従来のデータ処理ネットワークでは、クライアント・システムとサーバ・システムは、一般にネットワーク・インタフェース・カード(NIC)と呼ばれる専用アダプタを介してネットワークに接続される。従来、ネットワークにおけるクライアント−サーバ・ペア間のネットワーク接続は、それぞれの装置のNICに完全に結び付けられる。接続のハードウェア要素が機能しなかったり、帯域幅の制限を受けたりする場合、接続特性を変更するために現時点で接続をより効率よく処理できる別のハードウェアに当該接続を「移動」させる機会は与えられない。代りに、既存の接続を終了させ、潜在的に大きなネットワーク・オーバヘッドを犠牲にして、新しい接続を確立しなければならない。オーバヘッドの負の影響は、潜在的に多数のクライアントに最高レベルの応答性を提供することを主要な目的とする高可用性サーバ環境において大きな問題となる。
したがって、ネットワーク負荷またはハードウェア障害などの要因に応答して、ネットワーク接続がその構成を動的に定義し、変更できるようにする、ネットワーク方法およびシステムを実施できることが望ましい。
上で明らかにされた問題は、最も効率的に利用可能なリソースの組を使用する接続を提供するため、ネットワーク接続が複数の利用可能なサーバおよび/またはクライアントの間をマイグレートできるようにする、データ処理ネットワークおよびシステムによって大部分は対処される。一般に、サーバおよびクライアントは、接続が確立されるときに、この接続マイグレーション機能をそれぞれがサポートすることを知らせる。オペレーティング・システムまたはアプリケーション・プログラムは、基本的な機能性およびパフォーマンスを含む特性について既存の接続を監視する。既存の接続が障害を起こしていることや、パフォーマンスが悪いことが見つかり、その接続に関係するクライアントおよびサーバが接続マイグレーションをサポートする場合、ソフトウェアは、より効率的な代替接続が存在するかどうかを判定する。そのような接続が発見された場合、接続を定義するパラメータが変更されて、好ましいハードウェアへの接続のマイグレーションが達成される。ネットワーク接続がTCP(伝送制御プロトコル)によって確立される一実施形態では、各接続は、接続を完全に定義する4要素から成る組、すなわちソースIPアドレス、ソース・ポート番号、宛先IPアドレス、および宛先ポート番号を含む。本発明は、接続を定義する4要素の1つまたは複数を変更することによって、より効率的に機能するNICまたはシステムに接続をマイグレートするように構成される。
次に図面を参照すると、図1は、本発明の一実施形態を実施するのに適したデータ処理ネットワーク100の選択された要素を含むブロック図である。ネットワーク・アーキテクチャ分野の当業者であれば、この具体的な実施が多くの可能な構成のうちの1つに過ぎないことを理解されよう。この具体的な実施形態を示したのは、少なくとも一つにはその一般性のためであり、またそれが増加を続ける多数のネットワーク具現化の代表例となっているためである。図示の実施形態では、ネットワーク100は、ワイド・エリア・ネットワーク104に接続されたクライアント・システム(クライアント)102を含む。クライアント102は一般に、クライアント装置で実行される従来のウェブ・ブラウザなどのクライアント・アプリケーション・プログラムを含む。
クライアント装置には、デスクトップまたはラップトップのパーソナル・コンピュータ、ネットワーク・コンピュータまたはワークステーション、あるいは携帯情報端末(PDA)またはインターネット電話などのその他のネットワークを意識した装置、を含めることができる。簡単に図2を参照すると、模範的なクライアント102における選択されたハードウェア要素を含むブロック図が示されている。クライアント102は一般に、システム・バス202を介してシステム・メモリ204と相互接続される、1つまたは複数の汎用マイクロプロセッサ(CPU)201a〜201n(総称的または集合的にCPU201)を含む。ブリッジ装置206は、システム・バス202とI/Oバス208を相互接続する。I/Oバスは一般に、例えば、PCIスペシャル・インタレスト・グループ(SIG)(www.pcisig.org)が策定したPCI(周辺コンポーネント相互接続)ローカル・バス仕様など、業界標準バス仕様に準拠する。1つまたは複数の周辺またはI/O装置は一般に、I/Oバス208に接続される。図示の実施形態には、I/Oバス208に接続されたネットワーク・インタフェース・カード(NIC)105と汎用I/Oアダプタ210が示されている。NIC105は、クライアント201のリソースをネットワーク媒体に接続する。一般的な実施では、NIC105は、クライアント102をイーサネット(R)・ネットワークなどのローカル・エリア・ネットワークに接続する。図1に戻ると、クライアント102は、介在するワイド・エリア・ネットワーク(WAN)104を介してサーバ・ネットワーク101にリモートに接続されるものとして示されている。別のクライアント(図1に図示せず)をサーバ・ネットワークにローカルに接続することもできる。
ワイド・エリア・ネットワーク104は一般に、ゲートウェイ、ルータ、ハブなどの様々なネットワーク装置と、1つまたは複数のローカル・エリア・ネットワーク(LAN)とを含み、両者は、銅線、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、および無線媒体を可能性として含む様々な媒体を用いて相互接続される。ワイド・エリア・ネットワーク104は、インターネットの部分に相当するか、またはこれを含む場合がある。
図示の実施形態では、サーバ・ネットワークまたはサーバ・クラスタ101は、WAN104に接続されたゲートウェイ106を介してクライアント102に接続される。サーバ・クラスタ101は一般に、1つまたは複数のサーバ110(図では4つ)を含むLANとして実施される。各サーバ110は、図2に示すクライアント・システムと実質的に同じ設計上の特徴をもつ(すなわち、共有システム・メモリに接続された1つまたは複数のマイクロプロセッサを有し、サーバをローカル・ネットワークに接続するNICを含むI/Oアダプタを有する)。各サーバ110は、標準的なイーサネット(R)またはトークン・リング構成などをとる共有媒体を介して互いにネットワーク接続される。サーバ・クラスタ101の各サーバ110は一般に、磁気ハードディスクなどの永続的(不揮発性)ストレージ媒体にアクセスする。さらに、どのサーバ110もそれ自体の内部ディスクおよびディスク・ドライブ機構を含むことができる。普及が進んでいる構成においては、永続的ストレージ装置は、ネットワーク接続された装置または装置の組として提供される。ネットワーク・ストレージ装置は、図1では参照番号によって識別され、1つまたは複数のネットワーク接続ストレージ(NAS)装置、ストレージ・エリア・ネットワーク(SAN)、またはそれらの組み合わせとして実施することができる。
ソフトウェアの側から見ると、クライアント102とサーバ110は、一般に1つまたは複数のアプリケーション・プログラム304、オペレーティング・システム302、およびネットワーク・プロトコル301を含む、図3に示すソフトウェア・コンポーネントを使用する。アプリケーション・プログラム304には、データベース・アプリケーション、ウェブ・ブラウザ、グラフィック・デザイン・アプリケーション、スプレッドシート、ワード・プロセッサ、その他が含まれる場合がある。オペレーティング・システム302は、システムのリソースを管理するソフトウェア・コンポーネント群を指す一般用語である。ネットワーク・プロトコル301は、装置上で実行されるアプリケーションがネットワークを介して情報通信を行えるように構成された1組のソフトウェア・コンポーネントである。ネットワーク・プロトコル301は、図3にはオペレーティング・システム302とは別個のものとして示されているが、プロトコル・コンポーネントがオペレーティング・システムのコンポーネントを含むこともできる。
アプリケーション・プログラムおよびオペレーティング・システム・ルーチンは、それらが実行されたときにプロセスを開始する。サーバ装置110などのサーバ装置で実行されるプロセスは一般に、クライアント上で実行されているリクエストを行ったプロセスに一連の1つまたは複数のネットワーク・パケットとしてデータを送信する。各パケットは、リクエストされたデータの一部を含むペイロード(荷重)と、使用中のネットワーク・プロトコルに応じた1つまたは複数のヘッダ・フィールドを含む。WAN104がインターネットに相当する実施形態では、例えば、サーバ110とクライアント102の間で送信されるパケットは一般に、インターネット・エンジニアリング・タスク・フォース(www.ietf.org)のRFC793およびRFC791で仕様が定められたTCP/IP(伝送制御プロトコル/インターネット・プロトコル)に準拠する。
TCP対応の装置またはシステムが処理できる個々のプロセスを識別するため、TCPは、クライアント−サーバ接続毎に固有のアドレスを提供する。これらの固有のアドレスは、IPアドレスとポート識別子を含む。IPアドレスは、特定のNICなど、ネットワーク上の物理ロケーションまたは宛先を特定する。ポート識別子は、複数のプロセスが同一のハードウェア・リソース(すなわち、同一の物理リソース)を共有している場合があるので必要となる。IPアドレスとポートの組み合わせは「ソケット」と呼ばれ、ネットワーク全域で固有となる。接続は、一般にクライアント側ソケットに相当する1つのソケットとサーバ側ソケットに相当するソケットとから成る1対のソケットによって完全に特定される。
次に図4を参照すると、クライアント−サーバ接続を概念的に説明する図が示されている。図示の接続は、サーバ110で実行されるプロセス109aとクライアント102で実行されるプロセス109bとの間のTCP準拠の接続を表す。接続は、1対のソケットによって定義される。サーバ110の側から見ると、ソース・ソケットは、NIC105のIPアドレスとプロセス109aに関連付けられたポート番号との組み合わせによって決定され、宛先ソケットは、NIC107のIPアドレスとクライアント102上のプロセス109bに関連付けられたポート番号との組み合わせによって決定される。クライアント102の側から見ると、ソース・ソケットと宛先ソケットが逆になり、NIC107とプロセス109bがソース・ソケットを定義し、NIC105とプロセス109aが宛先ソケットを定義する。従来のデータ処理ネットワークでは、接続定義は静的である。接続の両側におけるソース・ソケットと宛先ソケットは不変である。本発明は、既存の接続定義を変更したほうが有利な場合に、クライアントとサーバが協力してこれを変更できるようにすることによって、上記の制約に対処する。接続マイグレーション機能は好ましくは、ネットワーク・プロトコルの機能を拡張することによって達成される。この実施形態では、接続の双方の当事者は、共に接続マイグレーションをサポートすることを事前に合意しなければならない。当事者のどちらかが拡張をサポートしない場合、この機能はもう一方の当事者によって無効にされる。
本発明の各部分は、コンピュータ可読媒体に保存される一連のコンピュータ実行可能命令から構成されるソフトウェアで実施することができる。命令が実行されているとき、命令は一般に、クライアントまたはサーバの(一般にDRAMで構成される)システム・メモリあるいは(一般にSRAMで構成される)内部または外部キャッシュ・メモリなどの揮発性ストレージ媒体に格納される。それ以外のときは、ソフトウェアは、ハードディスク、フロッピ・ディスケット、CD ROM、DVD、フラッシュ・メモリ・カードまたは他の電気的消去可能媒体、磁気テープ、その他、といった不揮発性媒体に保存することができる。さらに、ソフトウェアの各部分は、ネットワークの様々な要素に分散させることができる。例えば、ソフトウェアのある部分はクライアント・システムに存在し、別の部分はサーバ・システムに存在することがある。
次に図5を参照すると、本発明の一実施形態に従って選択されたソフトウェア要素が示されている。図示の実施形態では、サーバ110は、マイグレーション・モジュール501、リソース・モニタ503、および接続モニタ505を含む。これらの要素は、サーバのオペレーティング・システムおよびネットワーク・プロトコル・モジュールと共存する。接続モニタ505は、サーバ110が参加している1つまたは複数のネットワーク接続のパフォーマンスを監視する役割を担う。接続モニタ505は、スタンドアロンのアプリケーション・プログラムとして実施することができ、あるいはオペレーティング・システムまたはネットワーク・プロトコル・ユーティリティとして提供することもできる。一般に接続モニタ505は、サーバの動作中ネットワーク接続の1つまたは複数のパフォーマンス特性を計測するように構成される。監視されるパフォーマンス特性には、接続の基本的な機能性、および接続スループットが含まれ得る。基本的な機能性は、タイムアウト・イベントの数または頻度を監視することによって決定することができる。タイムアウト・イベントとは、送信されたが所定の時間内に肯定応答が返信されないパケットのことである。接続スループットは、例えば、あるパケットを送出してからそのパケットに対する肯定応答を受信するまでに経過した時間を監視することによって監視することができる。この情報と各パケットのサイズについての情報から、その接続の「速度」の推定値を導き出せるように、接続モニタ505は構成される。
マイグレーション・モジュール501は、接続モニタ505と情報交換を行って、特定の接続をマイグレーションの候補とするかどうかを決定するように構成される。本発明の一実施形態では、接続モニタ505は、接続の監視されるパフォーマンス特性が基準または閾値条件に適合しなくなるたびに、マイグレーション・モジュールに情報を伝える。接続モニタ505は、例えば、ある監視接続の基本的な機能性が不良であると判定された場合に、マイグレーション・モジュール501にその接続について報告するように構成される。どのような場合に監視接続をマイグレーションの候補として報告するかについて定めたパフォーマンス基準には、1組の事前に決定された基準を含めることができる。あるいは、パフォーマンス基準は、接続の最近の動作記録に基づいて動的に決定することもできる。
接続モニタ505からの、モニターされた接続が何らかのパフォーマンス基準を下回った旨の報告に応答して、マイグレーション・モジュール501は最初に、その接続のもう一方の当事者が接続マイグレーションをサポートするかどうかを判定する。接続マイグレーションをサポートするクライアントまたはサーバにおいて接続が確立されたとき、クライアントまたはサーバは、もう一方の当事者が接続マイグレーションをサポートするかどうかを判定するため、もう一方の当事者に問い合わせを行う。その接続の双方の当事者が接続マイグレーションをサポートする場合、双方の当事者は、その接続に適切にタグを付ける。一方の当事者は、接続を確立するときに、専用のパケットを送信することによって、または専用のヘッダ・フィールドをもたせることによって、もう一方の当事者が接続マイグレーションをサポートするかどうかの判定を試みることができる。当事者のどちらかがマイグレーション機能をサポートしない場合、マイグレーション機能はもう一方の当事者によって無効にされる。
接続の双方の当事者がマイグレーション機能をサポートすると仮定すると、マイグレーション・モジュール501は、接続モニタ505からの指示に応答して、既存接続をマイグレートしようと試みるように構成される。図5に示す実施形態では、マイグレーション・モジュール501は、接続を提供するのに代替接続が利用可能であるかどうかを判定するため、リソース・モニタ503に情報を求める。リソース・モニタ503は一般に、ネットワーク接続を提供するのに利用可能なリソースの目録を維持するように構成される。図6を参照すると分かるが、各サーバ110および各クライアント102は、複数のネットワーク・インタフェース・カードを有することができる。サーバ110は、例えば、各スロットがネットワーク・インタフェース・カードをサポートできる160ものホットプラグ可能PCIスロットを有した、IBMコーポレーションのpSeries690サーバを用いて実施することができる。同様に、高可用性クライアント・システムも複数のネットワーク・アダプタを有することができる。サーバまたはクライアントが複数のネットワーク・アダプタを含む場合、特定のネットワーク接続を提供するための代替リソースとして、付加的なアダプタを利用可能とすることができる。マイグレーション・モジュール501は、接続をマイグレートしようと試みるとき、リソース・モニタ503に利用可能リソースの一覧の提供を求める。
本発明の一実施形態では、リソース・モニタ503は、マイグレーション・モジュール501がリクエストを発行するたびに、単にすべての利用可能リソースの一覧を提供できるに過ぎない。別の実施形態では、リソース・モニタ503は、利用可能リソースを選択的に示すことができ、または、例えば、どのクライアントかなど様々な要因に依存する優先順位を付けて示すことができる。この実施形態では、異なるクライアントに異なるレベルのサービスを提供するため、利用可能リソースに優先順位を付けることが企図されている。サービス・プロバイダは、異なるクラスのクライアントに異なるクラスのサービスを提供しようとすることができる。リソース・モニタ503は、低いクラスのサービスに加入するクライアントにとって利用できないリソースを、最高のクラスのサービスに加入するクライアントが利用できるようにすることができる。あるクライアントがどのリソースを利用できるかを決定するのに、その他の優先順位付け基準を使用することもできる。
図5に示すクライアント102は、サーバ110について示されたコンポーネントと実質的に類似のソフトウェア・コンポーネントを含むものとして示されている。したがって、各クライアント102は、マイグレーション・モジュール、接続モニタ、およびリソース・モニタを含むことができる。このようにして、接続パフォーマンスを接続の両側で監視することができ、接続の両側でその接続の他のリソースへのマイグレーションを開始することができる。
接続マイグレーションが接続のどちらかの当事者によって開始されたとき、マイグレーション・モジュール501は、新規パケットの送信を中断することによってマイグレーションを開始する。すべての未決パケット(すなわち、送出されたが、肯定応答が返信されていないパケット)が肯定応答を返されたか、またはタイムアウトになったとき、マイグレーション・モジュール501は、接続当事者の一方または双方のソケット定義を変更することができる。ソケット定義が変更された後、接続を定義する4要素から成る組が、クライアント側およびサーバ側でしかるべく変更される。したがって、ある接続マイグレーションにおいて、クライアント102のソケット定義を変更し、サーバ110のソケットはもとのままとした場合、変更されたクライアント側のソケット定義を反映するようにソースIPアドレス/ポート番号の組み合わせを変更することによって、クライアント側の4要素から成る組が変更される。サーバ110も、宛先IPアドレス/ポート番号の組み合わせを変更することによって、接続の4要素から成る組を変更する。
次に図6を再び参照すると、本発明によって企図される接続マイグレーションを概念的に説明する図が示されている。この図では、1組のネットワーク接続601a〜601cが、1組のクライアント102a〜102mと1組のサーバ110a〜110nの間を接続する。各クライアント102は、1つまたは複数のネットワーク接続を提供するのに利用可能な少なくとも1つのNIC107を有し、各サーバ110は、少なくとも1つのNIC105を有する。図6には、3タイプの接続マイグレーションが示されている。サーバ内マイグレーションを表す接続601aは、サーバ110aの第1のNIC105に接続される接続として実線で示されている。ここで、実線は元のネットワーク接続を表す。接続マイグレーションの後、接続601aは、点線で示すように、クライアント102aとサーバ110aの第2のNICとの間の接続となる。接続601bは、サーバ間マイグレーションを表し、クライアント102bとサーバ110aとの間の元の接続は、サーバ102bと第2のサーバ110nとの間の第2の接続(破線で示す)に移動される。このサーバ間マイグレーションは、例えば、サーバ・クラスタ101が複数のサーバ110を含み、サーバがすべて共通スイッチ108に接続される、図1に示すようなサーバ・クラスタ環境で実施することができる。この環境では、マイグレーション・モジュール501および接続モニタ505は、各サーバ110に分散させることができ、リソース・モニタ503は、クラスタ全体で利用可能なリソースを集中モニターできるスイッチ108にインストールすることができる。接続601cは、クライアント内マイグレーションを示し、クライアント102mの第1のNIC107によって初期定義された接続は、クライアントの第2のNICに移動される。本発明は、サーバ内、サーバ間、およびクライアント内マイグレーションを可能にすることによって、システムの柔軟性を最大化する。
Claims (14)
- メモリ(204)に接続された少なくとも1つのプロセッサ(201)を含むデータ処理システム(100)であって、
前記接続の少なくとも1つのパフォーマンス特性を監視するためのコンピュータ手段(505)と、
ネットワーク接続を提供するのに利用可能なリソースの目録を維持するためのコンピュータ手段(503)と、
前記監視されたパフォーマンス特性が前記ネットワーク接続に問題があることを示しているとの判定に応答して、前記接続を定義する少なくとも1つのリソースを前記利用可能なリソースの目録から選択されたリソースに変更することによって、前記接続を変更するためのコンピュータ手段(501)と
を含むデータ処理システム。 - 前記監視されたパフォーマンス特性が、前記接続の基本的な機能性を含む、請求項1に記載のデータ処理システム。
- 基本的な機能性が、パケット・タイムアウト・イベントの数を検出することによって監視される、請求項2に記載のデータ処理システム。
- 前記監視されたパフォーマンス特性が、前記接続の応答時間を示す、請求項1に記載のデータ処理システム。
- リソースを変更するための前記コンピュータ手段(501)が、前記接続を定義するサーバ側ソケットのインターネット・プロトコル(IP)アドレスを変更するためのコンピュータ手段を含む、請求項1に記載のデータ処理システム。
- 前記接続を確立する前にクライアントおよびサーバを、マイグレーションをサポートするものとして識別するためのコンピュータ手段をさらに含む、請求項1に記載のデータ処理システム。
- リソースを変更するための前記コンピュータ手段(501)が、前記接続を定義するクライアント側ソケットのIPアドレスを変更するためのコンピュータ手段を含む、請求項1に記載のデータ処理システム。
- データ処理ネットワーク内でクライアント(102)とサーバ(110)の間のネットワーク接続を管理する方法であって、
前記接続の少なくとも1つのパフォーマンス特性を監視するステップと、
ネットワーク接続を提供するのに利用可能なリソースの目録を維持するステップと、
前記監視されたパフォーマンス特性が前記ネットワーク接続に問題があることを示しているとの判定に応答して、前記接続を定義する少なくとも1つのリソースを前記利用可能なリソースの目録から選択されたリソースに変更することによって、前記接続を変更するステップと
を含む方法。 - 前記監視されたパフォーマンス特性が、前記接続の基本的な機能性を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記監視されたパフォーマンス特性が、前記接続の応答時間を示す、請求項8に記載の方法。
- リソースを変更するステップが、前記接続を定義するサーバ側ソケットのインターネット・プロトコル(IP)アドレスを変更するステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記接続を確立する前にクライアント(102)およびサーバ(110)をマイグレーションをサポートするものとして識別するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- リソースを変更するステップが、前記接続を定義するクライアント(102)側ソケットのIPアドレスを変更するステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 請求項8ないし13のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実行するコード手段を含むコンピュータ・プログラム。
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