JP2006135971A - SoftRouter - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このアーキテクチャでは、すべての制御プレーン機能は、転送要素(FE)202、206から数ホップ分だけ離れていると思われる制御要素(CE)200、204と呼ばれる汎用サーバ上に実装される。ネットワーク要素(NE)またはルータは、CEとFEとの間の動的バインディングを使用して形成される。同じ場所に配置され、密接に統合された制御機能と転送機能を備える従来のルータに勝るSoftRouterアーキテクチャの柔軟性により、信頼性の向上、スケーラビリティの向上、セキュリティの向上、新しい機能の容易な追加、およびコストの低減が実現される。
【選択図】図1
Description
転送プレーンと制御プレーンを分離し、転送要素と制御要素を動的に関連付ける新しいルータ・アーキテクチャが必要である。
他の実施形態は、パケット転送用の多数の転送要素(FE)およびそれらのFEから隔てられている多数の制御要素(CE)を備えるネットワークおよびルータ・アーキテクチャである。これらのCEは、ルーティング情報を構成し、制御し、標準プロトコルを介してそれらのFEに供給する。それぞれのCEは、FEの数よりもCEの数のほうが少なくなるように、複数のFEを制御する。
本発明の教示は、付属の図面とともに以下の説明を考察することによりよく理解できる。
制御要素(CE):CEは、パケット転送を目的とするレイヤ3制御機能を提供する論理的アドレス指定可能エンティティである。CEは、同じネットワーク要素(NE)に属する1つまたは複数の転送要素(FE)を制御する。CEは、ちょうど1つのNEと関連付けられ、NEはちょうど1つのCEを持つ。NEは、制御機能を実装するために複数の分散冗長サブコンポーネントを備えることができる。CEは、単一または複数の物理的制御要素(PCE)を利用する。
SoftRouterアーキテクチャの実施例は、制御プレーン機能の実装をパケット転送機能から分離する制御プレーン・アーキテクチャである(分離概念)。さまざまな組み合わせの機能を備えるSoftRouterアーキテクチャのこの実施例には、多数の実施形態がありえる。SoftRouterアーキテクチャの実施例では、すべての制御プレーン機能は、制御要素(CE)と呼ばれる汎用サーバ(a/k/aコントローラ)上に実装される。CEは、複数のライン・カードまたはFE(FE)から数ホップ離すことができる。これらの複数のCEおよびFEとの間には静的関連付けはない。それぞれのFEは、ブート・アップすると、CEの集合および複数のFEを発見する。FEは、発見されたCEの集合から最良のCEに動的に自己バインドする。SoftRouterアーキテクチャの実施例では、FE、そのスイッチ・ファブリック、およびその関連付けられたCEの集合体は、ネットワーク要素(NE)と呼ばれ、ルータを論理的に構成する。複数のCEとFEとの間に標準インターフェイスが使用される。SoftRouterアーキテクチャの実施例の複数の実施形態は、多数の異なるネットワーク・エンティティおよびそれらの間のプロトコルを含む。
図3は、SoftRouterアーキテクチャの実施例の一実施形態で使用されるプロトコルを示している。これらのプロトコル300は、発見プロトコル302、FE/CE制御プロトコル、標準プロトコル306、およびその他のプロトコル308を含む。
統合されたNEでは、そのNEに関係する構成は、ブートアップ時に得られるが、それは、ボックス上の制御カードがバス/相互接続を通じて転送エンジンと直接接触するからである。ルータ(NE)が立ち上がるとすぐに、転送エンジンは、制御用プロセッサからすぐに構成情報を取得する方法を知る。
FEは最低限の制御機能をオンボードで備える単純なものなので、CEは、同じNE内のFE間のリンク・ステータスに関する情報を保持する役割を持つ。さらに、CEは、NE内のトポロジ変更を外部(NE間)ルート変更と統合もし、それに応じて個々のFEのFIBを更新する。
標準インターネット・ルーティング・プロトコルでは、異なる機能を実行するさまざまなメッセージがある。例えば、OSPFは、リンク・ステータスを探るためのhelloパケットおよびネットワークの他の部分にリンク・ステータスを広告するさまざまなリンク状態広告(LSA)メッセージを持つ。SoftRouterアーキテクチャの実施例の一実施形態では、これらのメッセージは、その目的に応じて区別される。いくつかの実施形態では、FEは、受信されたすべてのルーティング・プロトコル・パケットをそのCEに転送し、他の実施形態では、FEは、それをCEに転送することなくそれ自身によりプロトコル・パケットの部分集合を処理し、そうすることでネットワーク内の応答時間を短縮し、制御トラフィックを低減する。
図5は、SoftRouterアーキテクチャの実施例の一実施形態において一次および二次CEがあるFEを示している。FE 402は、一次CE 500を持ち、障害が発生した場合のために、二次(a/k/aバックアップ)CE 502を持つ。
SoftRouterアーキテクチャの実施例のいくつかの実施形態は、1)信頼性の向上、2)スケーラビリティの向上、3)制御プレーンのセキュリティの向上、4)新しい機能追加の容易さ、および5)コスト削減といった多くの利点を有する。FE内のソフトウェアを減らすことで、その要素のロバスト性が高まるため、信頼性が向上する。CEに関して、プロトコル固有の独立のメカニズムを組み込んで、信頼性を高めることができる。CEは汎用サーバ上に実装することができ、したがって、定評のあるサーバ・スケーリング技術を使用してスケールアップできるため、スケーラビリティが向上する。管理点が少ないことでCE周りの固い防御を管理し、提供することが比較的容易であり、それにより、ネットワーク全体のセキュリティを高められるため、制御プレーンのセキュリティが向上する。別の制御サーバ上で新しい機能を追加することが容易であり、汎用のプロセッサおよびオペレーティング・システム上で実行されるため、新しい機能を簡単に追加できる。SoftRouterアーキテクチャの実施例では、制御とFEを切り離し、規模の経済によりコスト削減が可能であるため、コストが低い。これらの利点のそれぞれについて、以下で詳述する。
SoftRouterアーキテクチャの実施例において制御とFEとを分離することには、信頼性の面でいくつかの利点がある。第1は、FE内のソフトウェアが減ることで、その要素をロバストにすることが容易になるという点である。制御プレーンのサーバ・サイドでは、自動フェイルオーバーおよびホットまたはコールド・スタンバイ(後述)の使用などの高度な信頼性強化メカニズムが、SoftRouterアーキテクチャの実施例のさまざまな実施形態において実装される。いくつかの実施形態では、サーバは、既存のルータの制限された1:1制御ブレード・フェイルオーバー機能ではなく1:Nのフェイルオーバー機能などのより高い冗長性機能を備える。最後に、異なるCE上で異なるプロトコルをホスティングできることで、1つのCEに障害が発生しても、それに対応するFEが使用不能にならない(例えば、境界ゲートウェイ・プロトコル(BGP)をホスティングするCEに障害が発生しても、FEはOSPFプロトコル・メッセージの処理を続ける)。高い可用性が得られるこれらの一般的利点のほかに、2つのプロトコル例BGPおよびOSPFに関してプロトコル固有の最適化を説明する。ただし、本発明はそれらのプロトコルに限定されない。
図6Aは、従来技術の大きな自律的システム(AS)内にルート・リフレクタを備えるBGPの典型的配備を示している。この配備には、2つの主要な欠点がある。特に、特定の条件の下では、ネットワークは、ルータの部分集合が安定したルーティング状態に到達しなくてもルーティング情報を交換することができる永続的なルート振動状態に入る可能性がある。ルート・リフレクタ・アーキテクチャに関する他の問題は、内部BGP(IBGP)の信頼性である。1つのIBGPセッションの障害は完全メッシュIBGPアーキテクチャの場合の2つのルータのみに影響するが、2つのルート・リフレクタの間のセッションの同じ障害により、ネットワークが分割され、その結果、信頼性が低下する可能性がある。
障害が存在する場合のOSPF収束は、今日の大きなネットワークでは10秒要することが知られている。この遅延は、特にVoice Over IP(VOIP)などのサービスについて、ネットワークの可用性に著しい影響を持つ可能性がある。電話網の5 9の可用性と比べて(年約3分のダウンタイム)、今日のデータ・ネットワークは、リンク障害が1、2回発生したぐらいでは、その可用性が99.999%の可用性目標を下回ることはない。SoftRouterアーキテクチャの実施例の一実施形態では、以下のように、複数の相補的手法によりOSPF収束を高速化できる。同じ個数のFEにたいしてCEは1桁少なく、OSPF制御ネットワークが小さく、また収束が速くなる。これは、FEからCEへの伝播遅延が、数秒程度でタイマーにより制御される、OSPF更新の伝播遅延よりもかなり小さい。上述の実施形態に固有の制御プレーンの最適化により、収束を高速化できる。この実施形態でプロセッサが高速であれば、最短経路計算などの計算も高速化される。そのため、OSPF収束時間は、数10秒から短縮され、その結果、可用性の高いデータ・ネットワークが得られる。
既存のアーキテクチャのルーティング・プロトコルのスケーリングにおける制限の一部は、制御用プロセッサの能力とオンボード・メモリである。SoftRouterアーキテクチャの実施例により分離が実現されているため、汎用サーバに基づく制御ハードウェアを容易にアップグレードできる。このことと、電力可用性、スロット可用性など他の制約条件とともにアップグレードに対応する必要があるルータ・メーカーからアップグレードされた制御用プロセッサ・カードを入手することの困難さを比べてみるとよい。
SoftRouterアーキテクチャの実施例では、それぞれのフェンスがセキュリティの1つの層を追加する、セキュリティに対するマルチフェンス・アプローチを採用することができる。これらは、専用オペレーティング・システムに対する市販のオペレーティング・システム、1つまたは2つの制御に対するマルチブレード・サーバ・プラットフォーム、少数のCE、および独立した信号ネットワークを含む。専用オペレーティング・システムは、セキュリティ・ホールに関して広くはテストされていない。悪意あるトラフィックによる過負荷は、多数のプロセッサに分散させることができ、また高度な大量の計算を要する侵入検知メカニズムを配備することができる。少数のCEを管理することは比較的容易であり(例えば、セキュリティ鍵を頻繁に変更する)、いくつかの実施形態では、多数のFEと比べてこれらの少数の要素をより安全な環境(物理的または論理的にファイヤウォールで防護された)内に配置することができる。インターネットに対し物理的または論理的に隔てられた信号ネットワークを使用すると制御プレーンのプロトコル・メッセージに対する攻撃を制限することができる。
SoftRouterアーキテクチャの実施例では、FEは、ほとんどハードウェアベースであり、管理をほとんど必要としない。このため、規模の経済で、それぞれのFEのコストを引き下げられる。一実施形態では、個々のルータCEが、少数の専用制御プレーン・サーバに統合される。これらのCEは、従来技術のように、ルータ内の専用制御用プロセッサ・カードではなく、汎用コンピューティング・サーバ上で実行される。これにより、制御用プロセッサの資源を共有でき、その結果、従来技術で採用されている分割アプローチよりも優れた効率が得られる。さらに、制御プレーン・サーバは汎用コンピューティング・サーバに対するもう1つのアプリケーションにすぎないため、SoftRouterアーキテクチャの実施例では、これらのサーバ・プラットフォームのCPU価格−性能比曲線を利用する。最後に、制御プレーン要素の数が減るので、管理すべきボックスが少なくて済み、運用費用が低減される。
Claims (10)
- ネットワークおよびルータ・アーキテクチャであって、
ルート・コントローラ・コンポーネントと、
前記ルート・コントローラから隔てられているトランスポートおよびパケット転送コンポーネントとを備え、
バインディング・プロトコルは、前記ルート・コントローラ・コンポーネントを前記ハードウェアベースのトランスポートおよびパケット転送コンポーネントにバインドし、バインディングが確立されると、前記ルート・コントローラ・コンポーネントは、制御プロトコルを介して前記ハードウェアベースのトランスポートおよびパケット転送コンポーネントと通信するネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。 - 前記ルート・コントローラ・コンポーネントは、さらに、複数の制御要素(CE)を備える請求項1に記載のネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。
- 前記ハードウェアベースのトランスポートおよびパケット転送コンポーネントは、さらに、複数の転送要素(FE)を備える請求項1に記載のネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。
- さらに、
トラフィック管理を実行するためのフィーチャ・サーバを備える請求項1に記載のネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。 - ネットワークおよびルータ・アーキテクチャであって、
パケット転送用の複数の転送要素(FE)と、
標準プロトコルを介して、ルーティング情報を構成し、制御し、前記複数のFEに供給するため前記FEから隔てられている複数の制御要素(CE)とを備え、
それぞれのCEは、FEの数よりもCEの数のほうが少なくなるように、複数のFEを制御するネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。 - 少なくとも1つのCEは、少なくとも1つのFEから数ホップだけ離れている請求項5に記載のネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。
- ネットワーク要素は、前記CEと前記FEとの間の動的バインディングを使用して形成される請求項5に記載のネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。
- ネットワークおよびルータ・アーキテクチャであって、
複数の制御要素および属性テーブル・マネージャを実行するための制御プレーン空間と、
複数の転送要素を実行し、前記制御プレーン空間から物理的および論理的に隔てられている、データ・プレーン空間と、
前記制御プレーン空間と前記データ・プレーン空間との間の制御/データ・チャネルとを備えるネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。 - ネットワークおよびルータ・アーキテクチャであって、
複数の転送要素を実行し、制御プレーン空間から論理的に隔てられているデータ・プレーン空間であって、前記制御プレーン空間は複数の制御要素および属性テーブル・マネージャを実行する、データ・プレーン空間と、
前記データ・プレーン空間から前記制御プレーン空間への通信チャネルとを備えるネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。 - ネットワークおよびルータ・アーキテクチャであって、
複数の制御要素および属性テーブル・マネージャを実行し、データ・プレーン空間から論理的に隔てられている制御プレーン空間であって、前記データ・プレーン空間は複数の転送要素を実行する、制御プレーン空間と、
前記制御プレーン空間から前記データ・プレーン空間への通信チャネルとを備えるネットワークおよびルータ・アーキテクチャ。
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