JP2014171226A - スイッチシステム、モニタリング集中管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】オープンフロー(OpenFlow)技術に準拠した通信機器の制御プロトコルを使用し、モニタリング機能を制御することにより、ネットワーク全体として集中制御可能なモニタリングを実現し、結果を経路制御へ反映する。スイッチ101は、内部に、パケット転送用のフローテーブル105と、モニタリング用のフローテーブル107を持ち、1つのパケットに対して両テーブルを検索し、それぞれのエントリに登録された動作を実施するマルチヒット動作を行う。すなわち、両テーブルを検索し、該当する全てのフローエントリに従って、当該パケットを転送する。
【選択図】図1
Description
以下に、本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態におけるスイッチシステムは、スイッチ101と、コントローラー102と、隣接スイッチ103を含む。
スイッチ101及び隣接スイッチ103の例として、オープンフロースイッチを想定している。オープンフロースイッチの例として、ネットワークスイッチ(network switch)、マルチレイヤスイッチ(multi−layer switch)等が考えられる。マルチレイヤスイッチは、サポートするOSI参照モデルの層毎に、更に細かく分類されている。主な種別としては、ネットワーク層(第3層)のデータを読むレイヤ3スイッチ、トランスポート層(第4層)のデータを読むレイヤ4スイッチ、アプリケーション層(第7層)のデータを読むレイヤ7スイッチ(アプリケーションスイッチ)がある。なお、オープンフローネットワークでは、一般的なルータやスイッチングハブ等の中継装置をオープンフロースイッチとして使用することもできる。また、スイッチ101及び隣接スイッチ103は、物理マシン上に構築された仮想スイッチでも良い。また、スイッチ101及び隣接スイッチ103の代替例として、ルータ(router)、プロキシ(proxy)、ゲートウェイ(gateway)、ファイアウォール(firewall)、ロードバランサ(load balancer:負荷分散装置)、帯域制御装置(packet shaper)、セキュリティ監視制御装置(SCADA:Supervisory Control And Data Acquisition)、ゲートキーパー(gatekeeper)、基地局(base station)、アクセスポイント(AP:Access Point)、通信衛星(CS:Communication Satellite)、或いは、複数の通信ポートを有する計算機等も考えられる。
図1では、スイッチにてパケットを受信時の動作を表している。
図2を参照して、コントローラーからスイッチのフローテーブルに対してエントリを登録する場合について説明する。
図3を参照して、コントローラーからスイッチの統計情報を取得する場合について説明する。
図4から図9において、ネットワークのシステム視点で、本発明の第1実施形態における制御(データ)の流れを表す。
図4を参照して、転送用テーブルに従ったパケット転送の例について説明する。
図5を参照して、モニタリング用テーブルへのミラーリング用エントリ登録の例について説明する。
図6を参照して、既存のエントリにヒットするものがない未知のパケットについて、コントローラーへの問い合わせを行う処理の例について説明する。
図7を参照して、モニタリング用テーブルへの統計用エントリ登録の例について説明する。
図8を参照して、コントローラーに対する統計情報の通知の例について説明する。
図9を参照して、統計情報に基づく転送用テーブルへのパケット転送用エントリ登録の例について説明する。
図10A、図10Bを参照して、本発明の第1実施形態におけるスイッチシステムの動作を表したシーケンスについて説明する。
コントローラー102は、スイッチ101宛に、オープンフロー技術における制御プロトコル(オープンフロープロトコル)に準拠した「Protocol message」でミラーリング用エントリの登録の要求を送信する。スイッチ101の内部にあるプロトコル制御部108は、コントローラー102から「Protocol message」でミラーリング用エントリの登録の要求を受信する。この処理フローは、図5のエントリ登録214に含まれる。
プロトコル制御部108は、ミラーリング用エントリの登録の要求に応じて、モニタリング用テーブル107へミラーリング用エントリの登録を行う。すなわち、コントローラー102は、プロトコル制御部108を経由してモニタリング用テーブル107へミラーリング用エントリを登録する制御を行う。この処理フローは、図5のエントリ登録214に含まれる。
プロトコル制御部108は、モニタリング用テーブル107へのミラーリング用エントリ(図5のエントリ215)の登録を完了する。スイッチ101の内部にあるハードウェア転送部104は、ミラーリング用エントリの登録が完了した時点から、ミラーリングを開始する。
ハードウェア転送部104は、スイッチ101の外部からパケットを受信した際、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録されたミラーリング用エントリに適合(Hit)するか確認する。なお、実際には、スイッチ内部で生成されたパケットに対しても同様の処理を行う。
ハードウェア転送部104は、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録されたミラーリング用エントリに適合(Hit)する場合、コントローラー102宛にミラーリングするために、プロトコル制御部108にパケット(図6のパケット216)を転送する。
プロトコル制御部108は、コントローラー102宛に「Protocol message」でミラーパケット(図6のパケット216)を送信し、ミラーリングする。
コントローラー102は、スイッチ101から送られてきたミラーパケットを解析する。
コントローラー102は、ミラーパケットを解析した結果を踏まえて、スイッチ101宛に「Protocol message」で統計用エントリの登録の要求を送信する。スイッチ101の内部にあるプロトコル制御部108は、コントローラー102からの「Protocol message」で統計用エントリの登録の要求を受信する。この処理フローは、図7のエントリ登録217に含まれる。
プロトコル制御部108は、統計用エントリの登録の要求に応じて、モニタリング用テーブル107へ統計用エントリの登録を行う。すなわち、コントローラー102は、プロトコル制御部108を経由してモニタリング用テーブル107へ統計用エントリを登録する制御を行う。この処理フローは、図7のエントリ登録217に含まれる。
モニタリング用テーブル107は、エントリ登録作業を受け付け、統計用エントリ(図7のエントリ218)を登録する。ハードウェア転送部104は、統計用エントリの登録が完了した時点から、その統計用エントリに該当するパケットについて、統計情報の収集を開始する。ハードウェア転送部104は、スイッチ101の外部からパケットを受信した際、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録された統計用エントリに適合(Hit)するか確認することで、該当エントリの統計情報をスイッチ101の内部で収集し、モニタリング用テーブル107に蓄積する。
コントローラー102は、スイッチ101に対する統計情報の問い合わせ、及び統計解析を行う処理を開始する。
コントローラー102は、統計情報を収集するために、スイッチ101に「Protocol message」で統計情報を問い合わせる。
プロトコル制御部108は、コントローラー102からの「Protocol message」に応じて、モニタリング用テーブル107に、スイッチ101で収集している統計情報の問い合わせを行う。
プロトコル制御部108は、モニタリング用テーブル107からの応答として、統計情報の結果を取得する。
プロトコル制御部108は、統計情報の結果を「Protocol message」でコントローラー102へ送信する。コントローラー102は、統計情報の結果を基に、統計解析を行う。
コントローラー102は、統計解析の結果をネットワークの経路制御にフィードバックする必要がある場合、スイッチ101宛に「Protocol message」でパケット転送用エントリの登録の要求を送信する。これにより、コントローラー102は、スイッチ101の経路変更を行う。スイッチ101の内部にあるプロトコル制御部108は、コントローラー102から「Protocol message」でパケット転送用エントリの登録の要求を受信する。この処理フローは、図9のエントリ登録220に含まれる。
プロトコル制御部108は、パケット転送用エントリの登録の要求に応じて、転送用テーブル106へパケット転送用エントリの登録を行う。すなわち、コントローラー102は、プロトコル制御部108を経由して転送用テーブル106へパケット転送用エントリを登録する制御を行う。この処理フローは、図9のエントリ登録220に含まれる。
転送用テーブル106は、エントリ登録作業を受け付け、パケット転送用エントリ(図9のエントリ221)を登録する。ハードウェア転送部104は、パケット転送用エントリの登録が完了した時点から、当該エントリに該当する受信パケットに対し、当該エントリに記されたアクション(所定の処理)を開始する。
以上説明したように、本実施形態におけるスイッチシステムでは、通信機器の制御プロトコルを使用し、モニタリング機能とネットワークの経路制御を実現しているので、ネットワーク全体としてモニタリングの集中制御を実現し、そのモニタリング結果を経路制御へ反映することができる。
本発明の第2実施形態として、その基本的構成は第1実施形態と同様であるが、経路制御の方法について更に工夫している。その構成を図11〜図15で説明する。
図11を参照して、モニタリング用テーブルが存在しない場合のパケット転送時の制御(データ)の流れについて説明する。
図12を参照して、モニタリング用テーブルが存在しない場合のスイッチの起動時の制御(データ)の流れについて説明する。
図13を参照して、モニタリング用テーブルを利用し、スイッチの起動時等のファーストパケットをコントローラーへ転送する場合の制御(データ)の流れについて説明する。
図14を参照して、モニタリング用テーブルを利用した場合の制御(データ)の流れについて説明する。
図15を参照して、本発明の第2実施形態におけるスイッチシステムの動作を表したシーケンスについて説明する。
スイッチ101は、モニタリング用テーブル107にミラーリング用エントリが存在し、転送用テーブル106に転送用デフォルトエントリが登録されている状態である。例えば、コントローラー102は、スイッチの起動時等、事前に、スイッチ101に対して、モニタリング用テーブル107にミラーリング用エントリを登録し、転送用テーブル106に転送用デフォルトエントリを登録しておくようにしても良い。
スイッチ101の内部にあるハードウェア転送部104は、ファーストパケットを受信した際、受信パケットがモニタリング用テーブル107に登録されているミラーリング用エントリに適合(Hit)するか否か確認する。ここでは、ミラーリング用エントリには、全てのパケットをミラーパケットとしてコントローラー102に送信する旨が記されているため、受信パケットはミラーリング用エントリに適合(Hit)する。
更に、ハードウェア転送部104は、受信パケットが転送用テーブル106に登録されている転送用デフォルトエントリに適合(Hit)するか否か確認する。ここでは、転送用デフォルトエントリには、全てのパケットを予め決められた出力先(ここではコントローラー102)に転送する旨が記されているため、受信パケットは転送用デフォルトエントリに適合(Hit)する。
ハードウェア転送部104は、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録されているミラーリング用エントリに適合(Hit)し、更に、転送用テーブル106に登録されている転送用デフォルトエントリに適合(Hit)した場合、ミラーリング用エントリに記されているアクション(所定の処理)として、当該パケット(図12のパケット216)をプロトコル制御部108に送信する。
プロトコル制御部108は、上記パケット(図12のパケット216)を「Protocol message」でコントローラー102宛にミラーパケットとして送信(ミラーリング)する。
コントローラー102は、送られてきたミラーパケットを解析する。
コントローラー102は、ミラーパケットの解析結果を基に、当該ミラーパケットに関して、「Protocol message」で転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録の要求を、スイッチ101宛に送信する。なお、この「Protocol message」を使用した転送用エントリの登録要求は、当該パケット転送用エントリと同じルール(マッチ条件)の統計用エントリの登録要求との兼用であっても良い。
プロトコル制御部108は、コントローラー102から「Protocol message」で転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録の要求を受信し、転送用テーブル106に対して、パケット転送用エントリの登録を行う。
転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録が完了する。ハードウェア転送部104は、パケット転送用エントリの登録が完了した時点から、当該パケット転送用エントリに該当する受信パケット(上記ミラーパケットと同じ受信パケット)に対し、当該エントリに記されたアクション(所定の処理)を開始する。
転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録と同時に、プロトコル制御部108は、モニタリング用テーブル107に対しても、上記のパケット転送用エントリと同じルール(マッチ条件)で、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)する旨のアクション(所定の処理)を記した統計用エントリの登録を行う。
モニタリング用テーブル107への統計用エントリの登録が完了する。ハードウェア転送部104は、統計用エントリの登録が完了した時点から、上記ミラーパケットと同じ受信パケットに対し、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)する。
このように、本実施形態では、モニタリング用テーブルのミラーリング機能と転送用テーブルとモニタリング用テーブルのマルチヒット動作を工夫することにより、スイッチの起動時等に流入してくるファーストパケットのロスを削減するという効果が得られる。
本発明の第3実施形態として、モニタリング用テーブルの代わりに転送テーブルを用意し、2つの転送テーブルを使って、経路制御の方法について更に工夫する方法について説明する。その構成を図16〜図17で説明する。
このように、本実施形態においても、本発明の第2実施形態と同様、スイッチの起動時等に流入してくるファーストパケットのロスを削減するという効果が得られる。
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。
以上のように、本発明では、通信データのモニタリングの集中管理を実現することを目的としている。
Claims (9)
- コントローラから通知された制御情報に従って、パケットを処理するスイッチであって、
パケットを識別するためのマッチ条件と、当該マッチ条件に対応するパケットを処理するためのルールとを含む前記制御情報を記憶する複数のテーブルと、
受信パケットに対応するマッチ条件を含む制御情報が、第1及び第2のテーブルにそれぞれ記憶されている場合、前記第1のテーブルに記憶された第1の制御情報と第2のテーブルに記憶された第2の制御情報とに従って前記受信パケットを処理するパケット処理手段と、を備える
ことを特徴とするスイッチ。 - 前記パケット処理手段は、前記受信パケットに対して、前記複数のテーブルの各々を検索する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチ。 - 前記パケット処理手段は、前記第1の制御情報に対応する第1のルールと前記第2の制御情報に対応する第2のルールとの双方に従って前記受信パケットを処理する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチ。 - 前記パケット処理手段は、
前記第1の制御情報が前記受信パケットを隣接ノードに転送するルールを含み、前記第2の制御情報が前記受信パケットを前記コントローラに転送するルールを含む場合、前記受信パケットを前記隣接ノードと前記コントローラとに転送する
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスイッチ。 - コントローラと、
前記コントローラから通知された制御情報に従って、パケットを処理するスイッチと、を備え、
前記スイッチは、
パケットを識別するためのマッチ条件と、当該マッチ条件に対応するパケットを処理するためのルールとを含む前記制御情報を記憶する複数のテーブルと、
受信パケットに対応するマッチ条件を含む制御情報が、第1及び第2のテーブルにそれぞれ記憶されている場合、前記第1のテーブルに記憶された第1の制御情報と第2のテーブルに記憶された第2の制御情報とに従って前記受信パケットを処理するパケット処理手段と、を有し、
前記コントローラは、
前記スイッチに対し、前記第1及び第2の制御情報を、それぞれ第1のテーブルと第2のテーブルとに記憶するように指示する
ことを特徴とする通信システム。 - 前記パケット処理手段は、前記受信パケットに対して、前記複数のテーブルの各々を検索する
ことを特徴とする請求項5に記載の通信システム。 - 前記パケット処理手段は、前記第1の制御情報に対応する第1のルールと前記第2の制御情報に対応する第2のルールとの双方に従って前記受信パケットを処理する
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の通信システム。 - 前記パケット処理手段は、
前記第1の制御情報が前記受信パケットを隣接ノードに転送するルールを含み、前記第2の制御情報が前記受信パケットを前記コントローラに転送するルールを含む場合、前記受信パケットを前記隣接ノードと前記コントローラとに転送する
請求項5乃至7のいずれか1項に記載の通信システム。 - パケットを識別するためのマッチ条件と、当該マッチ条件に対応するパケットを処理するためのルールとを含む前記制御情報を記憶し、
受信パケットに対応するマッチ条件を含む制御情報が、第1及び第2のテーブルにそれぞれ記憶されている場合、前記第1のテーブルに記憶された第1の制御情報と第2のテーブルに記憶された第2の制御情報とに従って前記受信パケットを処理する
ことを特徴とする通信方法。
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