JP2015144357A - 通信システム、制御装置、トポロジ構成収集方法及びプログラム - Google Patents

通信システム、制御装置、トポロジ構成収集方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】通信ノードを制御する制御装置が複数配置された通信システムにおいて接続機器等の制約を受けずにネットワークトポロジを構築できるようにする。【解決手段】通信システムは、管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む。前記上位制御装置は、前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示し、対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する。【選択図】図1

Description

本発明は、通信システム、制御装置、トポロジ構成収集方法及びプログラムに関し、特に、通信ノードを制御する制御装置が複数配置された通信システム、制御装置、トポロジ構成収集方法及びプログラムに関する。
パケットを転送するスイッチと、スイッチのパケット転送を制御することにより通信経路を制御する制御装置とを備える通信システムの例が、非特許文献1、2に記載されている。
特許文献1には、上記のような集中制御型の通信システムにおいて、制御装置を複数配置し、上位の制御装置が、中間制御装置に権限を委譲し、権限移譲をした範囲でパケット転送装置の制御を任せることで、制御装置の負荷を軽減することができるという構成が開示されている。
特表2013−522934号公報
Nick McKeownほか7名、"OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks"、[online]、[平成26(2014)年1月22日検索]、インターネット〈URL: http://archive.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf〉 "OpenFlow Switch Specification" Version 1.1.0 Implemented (Wire Protocol 0x02)、[online]、[平成26(2014)年1月22日検索]、インターネット〈URL: http://archive.openflow.org/documents/openflow-spec-v1.1.0.pdf〉
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。上記特許文献1では、下位の中間制御装置が権限移譲された通信サブシステム内のパケット転送装置の接続関係に基づきネットワークトポロジを構築している(段落0062参照)。上位の制御装置は、これら中間制御装置が管理する通信サブシステムの接続関係に基づいて全体のネットワークトポロジを構築する構成となっている(段落0049参照)。
上記構成によれば、一貫性の取れた経路制御を行うことが可能となるが、サブネットワーク(通信サブシステム)間に、これら制御装置の制御を受けない通信機器(例えば、レイヤ2スイッチ、レイヤ3スイッチ、あるいは別の制御装置から制御を受けている機器等)が配置されている場合、中間制御装置及び上位の制御装置がネットワークトポロジを構築できないという問題点がある。その理由は、中間制御装置は、権限移譲された通信サブシステム内の制御対象装置間のトポロジ収集用のパケットの授受とその報告により接続関係を把握できるが、制御対象外の通信機器(例えば、レイヤ2スイッチ等)からは、トポロジ収集用のパケットの送信指示や受信方向を受け取ることができないためである。
本発明は、通信ノードを制御する制御装置が複数配置された通信システムにおいて接続機器等の制約を受けずにネットワークトポロジを構築できるようにした通信システム、制御装置、トポロジ構成収集方法及びプログラムを提供することを目的とする。
第1の視点によれば、管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムにおいて、前記上位制御装置は、前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示し、対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集することを特徴とする通信システムが提供される。
第2の視点によれば、上記した通信システムに配置される上位制御装置及び下位制御装置がそれぞれ提供される。
第3の視点によれば、管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムにおいて、前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示するステップと、前記対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集するステップと、を含むトポロジ構成収集方法が提供される。本方法は、前記通信ノードを直接又は間接的に制御する制御装置という、特定の機械に結びつけられている。
第4の視点によれば、管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムに接続されたコンピュータに、前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示する処理と、対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する処理と、を実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な(非トランジエントな)記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。
本発明によれば、通信ノードを制御する制御装置が複数配置された通信システムにおいて接続機器等の制約を受けずにネットワークトポロジを構築することが可能となる。
本発明の一実施形態の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の通信システムの構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の下位制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態の下位制御装置の端末位置情報テーブルに保持される端末位置情報エントリ(制御対象ネットワーク内)の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態の下位制御装置の端末位置情報テーブルに保持される端末位置情報エントリ(制御対象ネットワーク外)の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態の上位制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態の上位制御装置のインタフェース管理部に保持されるインタフェース管理エントリの一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態の上位制御装置の制御対象ネットワーク間経路探索部にて作成されるブロードキャスト用経路情報の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態の上位制御装置の制御対象ネットワーク間経路探索部にて作成されるユニキャスト用経路情報の一例を示す図である。
はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
本発明は、その一実施形態において、図1に示すように、管理対象のネットワークに配置された通信ノード1103−1〜1103−4に制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置1101aと、この下位制御装置1101aを制御する上位制御装置1100と、を含む通信システムにて実現できる。
より具体的には、前記上位制御装置1100は、所定の契機で、下位制御装置1101aに対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノード(例えば、図1の1103−2)からトポロジ検出パケットを送出させるよう指示する。そして、対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する。例えば、図1の通信ノード1103−2から制御対象外の通信ノード1105−1側にトポロジ検出パケットが送出されたものとする。そして、このトポロジ検出パケットが制御対象外の通信ノード1105−1に接続されている通信ノード1103−6で受信された場合、上位制御装置1100は、通信ノード1103−6が、少なくとも制御対象外の通信ノード1105−1を介して、通信ノード1103−2と接続されているとの接続関係を把握することができる。
上位制御装置1100は、以上のようにして構築されたネットワークトポロジを用いて端末1106−1、1106−2間の経路を計算することができるようになる。上記の例の場合、上位制御装置1100は、下位制御装置1101aに対して端末1106−1から端末1106−2宛てのパケットを通信ノード1105−1側に転送するように指示する。そして、通信ノード1103−6に、制御対象外の通信ノード1105−1を介して受信した端末1106−1から端末1106−2宛てのパケットを端末1106−2に転送することで、端末1106−1から端末1106−2方向への通信が実現される。逆方向についても、同様にトポロジ検出パケットを送信することで接続関係を把握し、経路を作成することができる。
なお、制御対象外の通信ノード1105−1がレイヤ2スイッチのように宛先の学習機能を有する場合には、上位制御装置1100が、所定の間隔で、通信ノード1103−6側から制御対象外の通信ノード1105−1に対し端末1106−2のアドレスを学習させる学習パケットを送信させることも好ましい。また、上記した(上位/下位)制御装置から通信ノードに対するトポロジ検出パケットや学習パケットの送信指示は、非特許文献2のオープンフロープロトコルにおいて規定されているPacket−Outメッセージ等を用いることができる。
[第1の実施形態]
次に、本発明の第1の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図2は、本発明の第1の実施形態の通信システムの構成を示す図である。図2を参照すると、通信ノード1103−1〜1103−4によって構成される制御対象(管理対象)ネットワーク1102−1と、通信ノード1103−5〜1103−8によって構成される制御対象(管理対象)ネットワーク1102−2と、が通信ノード1105−1、1105−2を介して接続された構成が示されている。
下位制御装置1101aは、図中破線で示す制御チャネルを介して通信ノード1103−1〜1103−4を制御する。同様に、下位制御装置1101bは、図中破線で示す制御チャネルを介して通信ノード1103−5〜1103−8を制御する。
上位制御装置1100は、図中破線で示す制御チャネルを介して、下位制御装置1101a、1101bを制御する。
通信ノード1103−1〜1103−8は、下位制御装置1101a、1101bから送信される指示(コマンド)に従って受信パケットの転送等を実施する機器である。前記下位制御装置1101a、1101bから送信される指示(コマンド)としては、非特許文献2のオープンフローコントローラからオープンフロースイッチに送信されるフローエントリの設定コマンド等を用いることもできる。
通信ノード1105−1、1105−2は、上記上位制御装置1100及び下位制御装置1101a、1101bのいずれからも制御を受けない通信機器である。通信ノード1105−1、1105−2は、例えば、レイヤ2スイッチ、レイヤ3スイッチであってもよいし、別の制御装置から制御を受ける通信ノード1103−1〜1103−8と同等の通信ノードであってもよい。
通信ノード1103−1は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−2と、通信ノード1103−3と接続している。
通信ノード1103−2は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−1、通信ノード1103−4及び通信ノード1105−1と接続している。また、通信ノード1103−2と通信ノード1105−1とは通信ノード1103−2のポート1104−1を介して接続している。
通信ノード1103−3は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−1と、通信ノード1103−4と、端末1106−1とに接続している。通信ノード1103−3と端末1106−1とは通信ノード1103−3のポート1104−5を介して接続している。
通信ノード1103−4は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−2、通信ノード1103−3及び通信ノード1105−2と接続している。通信ノード1103−4と通信ノード1105−2とは通信ノード1103−4のポート1104−2を介して接続している。
通信ノード1103−5は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1105−1、通信ノード1103−6及び通信ノード1103−7と接続している。通信ノード1103−5と通信ノード1105−1とは通信ノード1103−5のポート1104−3を介して接続している。
通信ノード1103−6は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−5と、通信ノード1103−8とに接続している。
通信ノード1103−7は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−5、通信ノード1103−8及び通信ノード1105−2と接続している。通信ノード1103−7と通信ノード1105−2とは通信ノード1103−7のポート1104−4を介して接続している。
通信ノード1103−8は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード1103−6、通信ノード1103−7及び端末1106−2と接続している。通信ノード1103−8と端末1106−2とは通信ノード1103−8のポート1104−6を介して接続している。
通信ノード1103−1〜1103−8は、上記上位制御装置1100及び下位制御装置1101a、1101bからの制御を受ける通信機器によって構成される。もちろん、通信ノード1103−1〜1103−8として非特許文献2のオープンフロースイッチを用いてもよい。
端末1106−1、1106−2は、下位制御装置1101a、1101bによって制御される制御対象ネットワークに接続し、通信するユーザ機器等である。端末1106−1、1106−2の一方が他方の端末に各種サービスを提供するサーバ等であってもよい。
続いて、下位制御装置1101a、1101bの構成について説明する。以下、下位制御装置1101a、1101bを特に区別しない場合、「下位制御装置1101」と記す。同様に、通信ノード1103−1〜1103−8を特に区別しない場合、「通信ノード1103」と記す。
図3は、本発明の第1の実施形態の下位制御装置の構成を示すブロック図である。図3を参照すると、ノード通信部1101−1と、トポロジ情報管理部1101−2と、トポロジテーブル1101−3と、端末位置情報管理部1101−4と、端末位置情報テーブル1101−5と、インタフェース管理部1101−6と、インタフェーステーブル1101−7と、制御対象ネットワーク内経路探索部1101−8と、経路制御コマンド生成部1101−9と、上位制御装置通信部1101−10とを備えた構成が示されている。
ノード通信部1101−1は、自装置の制御対象の通信ノード(下位制御装置1101aの場合、図2の通信ノード1103−1〜1103−4)との制御用セッションの確立、制御用コマンドの送信・受信を行う。制御用コマンドとしては、非特許文献2のOpenFlowプロトコルで規定されたコマンド(制御メッセージ)を用いてもよい。また、Telnet経由のコマンドラインインタフェース(CLI)や、SNMP(Simple Network Management Protocol)を用いて通信ノード通信を行ってもよい。
インタフェース管理部1101−6は、制御対象ネットワークの境界であるインタフェース(バウンダリポート;Boundary Port)情報を含むインタフェース情報を管理する。バウンダリポートは、上位制御装置1100で設定・管理して、上位制御装置通信部1101−10を経由して下位制御装置1101a、1101bに通知されることで設定されてもよいし、事前に下位制御装置1101a、1101bに設定しておく方法も考えられる。
トポロジ情報管理部1101−2は、自装置の制御対象ネットワークの通信ノード(下位制御装置1101aの場合、図2の通信ノード1103−1〜1103−4)間のトポロジの取得を行う。トポロジ取得方法としては、通信ノードの隣接通信ノード認識情報を吸い上げる方法が挙げられる。通信ノード間の認識プロトコルとしては、Link Layer Discovery Protocolが代表的である。また、下位制御装置1101より特定通信ノードの特定ポートから該通信ノードのIDとポート番号を含むパケット(トポロジ検出パケット)を出力するように制御を行い、対向となる通信ノードから該パケットを受信することで、通信ノード間の認識を行う方法もある。下位制御装置1101からのパケット出力とパケット受信には、非特許文献2のPacket−outメッセージ、Packet−inメッセージを用いることができる。また、事前にこれらトポロジを設定しておく方法も考えられる。
トポロジテーブル1101−3は、自装置の制御対象ネットワーク内の通信ノード1103−1〜1103−4間のトポロジ情報を登録するためのテーブルである。
端末位置情報管理部1101−4は、端末1106−1、1106−2の位置情報の管理を行う。端末位置情報の取得には、端末が接続されている通信ノードから端末位置情報を通知してもらう方法がある。通知用プロトコルとして、前述のOpenFlowプロトコルのPacket−inメッセージを用いることができる。また、事前に端末位置情報を設定しておく方法も考えられる。
ここで「端末位置情報」について説明する。制御対象ネットワーク内の端末の端末位置情報は、図4に示すように、少なくとも、端末のパケット宛先識別子と物理位置情報で記述できる。パケット宛先識別子としてMACアドレスが挙げられる。物理位置情報には、少なくともその端末が接続されている通信ノード、ポートが含まれる。例えば、図4の例では、MACアドレス00:00:4C:00:00:01を有する端末が通信ノード1103−3のポート1104−5に接続されていることを示している。
また、制御対象ネットワーク外の端末の端末位置情報は、図5に示すように少なくとも端末のパケット宛先識別子と宛先制御対象ネットワーク情報にて記述できる。宛先制御対象ネットワークはネクストホップの制御対象ネットワークであってもよい。例えば、図5の例では、MACアドレス00:00:4C:00:00:02を有する端末は、宛先制御対象ネットワーク1102−2又はその先のネットワークに接続されていることを示している。
なお、図5の宛先制御対象ネットワーク情報の取得には、通信ノードから通知される位置情報に送信元のネットワーク識別子のデータを含めるようにする方法が考えられる。また、送信パケットに送信元のネットワーク識別子のデータを含めるためには、パケット送信元のネットワークにおいて該ネットワークのIDを含めて送信パケットをカプセル化して送信する方法が考えられる。
制御対象ネットワーク内経路探索部1101−8は、端末位置情報管理部1101−4に対する宛先端末へ転送するためのエントリ設定要求を契機として、トポロジ情報管理部1101−2のトポロジテーブル1101−3と、インタフェース管理部1101−6のインタフェーステーブル1101−7の情報を利用して、自制御対象ネットワーク内の通信経路を計算する。
経路制御コマンド生成部1101−9は、制御対象ネットワーク内経路探索部1101−8にて計算された経路上の通信ノードに転送エントリ(制御情報)を設定することにより、自装置の制御対象ネットワーク内の通信ノード間の経路を設定する。
上位制御装置通信部1101−10は、上位制御装置1100との制御用セッションの確立、制御用コマンドの送信・受信を行う。制御用コマンドとしては、OpenFlowを用いてもよい。また、Telnet経由のCLIや、SNMP(Simple Network Management Protocol)を用いて通信を行ってもよい。
なお、下位制御装置1101bは、下位制御装置1101aと同様の構成であるため、説明を省略する。
続いて、上位制御装置1100の構成について説明する。図6は、本発明の第1の実施形態の上位制御装置の構成を示すブロック図である。図6を参照すると、下位制御装置通信部1100−1と、トポロジ情報管理部1100−2と、トポロジテーブル1100−3と、インタフェース管理部1100−6と、インタフェーステーブル1100−7と、制御対象ネットワーク間経路探索部1100−8と、経路制御コマンド生成部1100−9と、を備えた構成が示されている。
下位制御装置通信部1100−1は、下位制御装置1101との制御用セッションの確立、制御用コマンドの送信・受信を行う。制御用コマンドとしては、非特許文献2のOpenFlowプロトコルで規定されたコマンド(制御メッセージ)を用いてもよい。また、Telnet経由のコマンドラインインタフェース(CLI)や、SNMP(Simple Network Management Protocol)を用いて通信ノード通信を行ってもよい。
インタフェース管理部1100−6は、インタフェーステーブル1100−7を用いて、各下位制御装置1101の制御対象ネットワークの境界であるインタフェース(バウンダリポート)情報を管理する。インタフェーステーブル1100−6にて管理するインタフェース管理情報は、図7に示すように、少なくとも制御対象ネットワークと、バウンダリポートとを対応付けたエントリにて構成できる。この情報はCLIにより管理者より設定されてもよい。上位制御装置1100で設定した情報は、下位制御装置通信部1100−1を経由して下位制御装置1101に通知され、それぞれのインタフェーステーブル1100−7に格納される。
トポロジ情報管理部1100−2は、下位制御装置1101の制御対象ネットワーク間のトポロジの取得を行う。トポロジ取得方法としては、通信ノードの隣接通信ノード認識情報を吸い上げる方法が挙げられる。通信ノード間の認識プロトコルとしては、Link Layer Discovery Protocolが代表的である。また、下位制御装置1101より特定通信ノードの特定ポートから該通信ノードのIDとポート番号を含むパケット(トポロジ検出パケット)を出力するように制御を行い、対向となる通信ノードが該パケットを受信したことを、下位制御装置1101から通知を受けることで、通信ノード間の認識を行う方法もある。下位制御装置1101からのパケット出力とパケット受信には、非特許文献2のPacket−outメッセージ、Packet−inメッセージを用いることができる。また、事前にこれらトポロジを設定しておく方法も考えられる。
トポロジテーブル1100−3は、自装置の制御対象ネットワーク間のトポロジ情報を登録するためのテーブルである。
制御対象ネットワーク間経路探索部1100−8は、トポロジテーブル1100−3と、インタフェーステーブル1100−7の情報を利用して、制御対象ネットワーク間の通信経路を計算する。
その際に、制御対象ネットワーク間経路探索部1100−8は、ブロードキャストとユニキャストパケットの転送経路を別に計算してもよい。もちろん、ブロードキャストとユニキャストで同一の経路を使用する方法も考えられる。
ブロードキャストの転送経路情報は、図8に示すように、少なくとも送信元制御対象ネットワークと、出力先バウンダリポートとを対応付けたエントリにて構成できる。出力先バウンダリポートに代えて、出力しない(ブロックされる)バウンダリポートの情報を規定してもよい。図8の一番上のエントリは、送信元のネットワークが、下位制御装置1101aの制御対象ネットワーク1102−1である場合、ブロードキャストパケットの出力先は、バウンダリポート1104−1であることを示している。これは、図2において、下位制御装置1101aの制御対象ネットワーク1102−1において送信されたブロードキャストパケットを、通信ノード1103−2のバウンダリポート1104−1に転送する動作に相当する。同様に、図8の上から2番目のエントリは、下位制御装置1101bの制御対象ネットワーク1102−2において送信されたブロードキャストパケットを、通信ノード1103−5のバウンダリポート1104−3に転送することを示している。
また、ユニキャストの転送経路情報は、図9に示すように、少なくとも送信元制御対象ネットワークと、宛先制御対象ネットワークと、出力先バウンダリポートとを対応付けたエントリにて構成できる。宛先制御対象ネットワークは、ネクストホップとなる制御対象ネットワークであってもよい。出力先バウンダリポートに代えて、出力しない(ブロックされる)バウンダリポートの情報を規定してもよい。図9の一番上のエントリは、送信元が下位制御装置1101aの制御対象ネットワーク1102−1であり、宛先が下位制御装置1101bの制御対象ネットワーク1102−2であるユニキャストパケットを、バウンダリポート1104−2に転送することを示している。同様に、図9の上から2番目のエントリは、送信元が下位制御装置1101bの制御対象ネットワーク1102−2であり、宛先が下位制御装置1101aの制御対象ネットワーク1102−1であるユニキャストパケットをバウンダリポート1104−4経由で転送することを示している。
経路制御コマンド生成部1100−9は、制御対象ネットワーク間経路探索部1100−8にて計算された経路を下位制御装置1101に通知することで制御対象ネットワーク間の経路を設定する。なお、前記下位制御装置1101に経路を通知する方法としてはどのようなものでも構わないが、例えば、下位制御装置1101が通信ノードに設定する制御情報(フローエントリ)の追加等を指示する経路制御コマンドと同様の形態とし、下位制御装置1101がこれを解釈するように構成することもできる。
なお、図1に示すように、上位制御装置1100が直接制御する通信ノードが存在する場合には、上位制御装置1100に、図3の下位制御装置と同様のノード通信部を設けてもよい。
なお、本実施形態においては、データ用の通信路と、制御用の通信路を分けて説明した。これら2つは混在してもよい(In−band制御)。本実施形態において、制御対象ネットワークは2つ、制御対象ネットワーク内の通信ノードはそれぞれ4つ、端末はそれぞれ1つの場合で説明した。これらは数の制限を受けない。また、制御対象ネットワーク間が通信ノード1105−1、1105−2により接続されているものとしたが、通信ノード1105−1、1105−2の機器種別や個数は制限を受けない。また、下位制御装置と上位制御装置は物理的に異なる装置で構成されているものとしたが、これらは同一装置上に存在してもよい。
また、図3、図6に示した上位制御装置及び下位制御装置の各部(処理手段)は、これらの装置を構成するコンピュータに、そのハードウェアを用いて、上記した各処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。
続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。以下、制御対象ネットワークをまたがって存在する端末1106−1、1106−2間でパケットを転送する動作を例に挙げて詳細に説明する。
[ネットワーク間のトポロジの構築]
はじめに、図2、図3、図6を参照して、上位制御装置1100が制御対象ネットワーク間のトポロジを認識するまでの動作を説明する。上位制御装置1100にて、CLIを使って制御対象ネットワークの境界点となるバウンダリポートを設定する(図2の符号1104−1、1104−2、1104−3、1104−4参照)。インタフェース管理部1100−6は、設定されたバウンダリポート情報をインタフェーステーブル1100−7に登録する。
次に、上位制御装置1100は、制御対象ネットワーク間のトポロジを把握するために、下位制御装置1101aに対し、ポート1104−1からLLDPパケット送信するように要求する。下位制御装置1101aは、ポート1104−1を有する通信ノード1105−1に対してPacketOutメッセージ等を用いてLLDPパケットの送信を指示する。送信されたLLDPパケットは通信ノード1105−1を介して通信ノード1103−5のポート1104−3で受信される。
通信ノード1103−5は、下位制御装置1101bに対してPacketInメッセージ等を用いてLLDPパケットを受信したことを報告する。下位制御装置1101bは上位経路装置1100に対して、そのPacketInメッセージを転送すること等により、通信ノード1103−5がLLDPパケットを受信したことを報告する。
上記報告を受けた上位経路装置1100は、制御対象ネットワーク1102−1と1102−2がバウンダリポート1104−1と1104−3で接続されていることを認識し、その結果をトポロジテーブル1100−3に登録する。同様に、上位経路装置1100は、バウンダリポート1104−2と1104ー4間の接続も認識し、トポロジテーブル1100−3に登録する。つまり、上位経路装置1100は、制御対象ネットワーク1102−1、1102−2をそれぞれ一つのノードと見做してトポロジを管理することになる。この結果、上位経路装置1100における経路計算処理が簡略化される。
以上により上位制御装置1100は、制御対象ネットワーク1102−1と1102−2間が2つの経路で接続されているトポロジであると認識する。
[ブロードキャスト用経路の設定]
次に、図2、図3、図6を参照して、制御対象ネットワーク1102−1、1102−2に跨るブロードキャスト転送経路が完成するまでの動作を説明する。上位制御装置1100は、トポロジテーブル1100−3のトポロジ情報を基にして、制御対象ネットワーク1102−1と1102−2間のブロードキャストパケットの転送経路を決定する。
ブロードキャストパケットの転送経路が決定すると、上位制御装置1100は、下位制御装置1101a、1101bに対して、決定したブロードキャストパケットの転送経路情報を通知する。ブロードキャストパケットの転送経路情報は、図8に示したように、ブロードキャストの転送において使用するバウンダリポート(または使用しないバウンダリポート)が設定されている。ここではバウンダリポート1104−1、1104−3が使用するポートに選択されたとする。上位制御装置1100は、下位制御装置1101a、1101bに対し、バウンダリポート1104−1から1104−3間を転送するための転送エントリの設定を指示する。
前記指示を受けた下位制御装置は、それぞれ自身のトポロジテーブル1101−3及び端末位置情報テーブル1101−5を参照して、各制御対象ネットワーク内に閉じたブロードキャスト転送経路を計算し、各通信ノードにブロードキャストを行わせるための転送エントリを設定する。
[ユニキャスト用経路の設定]
次に、図2、図3、図6を参照して、端末1106−1から端末1106−2までユニキャストの転送経路が完成するまでの動作を説明する。上位制御装置1100は、トポロジテーブル1100−3のトポロジ情報を基にして、制御対象ネットワーク1102−1と1102−2間のユニキャストの転送経路を決定する。
次に、上位制御装置1100は、各下位制御装置1101に対して、決定したユニキャストパケットの転送経路情報を通知する。ユニキャストパケットの転送経路情報は、図9に示したように、送信元と宛先ネットワーク毎に、使用するバウンダリポート(または使用しないバウンダリポート)を対応付けて構成される。
ここで、端末1106−1が端末1106−2と通信するために、ARP Requestパケットを送信した場合を考える。通信ノード1103−3は配下のポート1104−5でパケットを受信すると、下位制御装置1101aに対してPacketInメッセージ等を用いて、ARP Requestパケットの受信を報告する。
前記報告を受けた下位制御装置1101aは、端末1106−1が通信ノード1103−3のポート1104−5に接続されていることを認識して、その位置情報を端末位置情報テーブル1101−5に登録する。また同時に、下位制御装置1101aは、PacketOutメッセージ等を用いて、ARP Requestパケットをブロードキャスト転送経路で転送する。このとき、制御対象ネットワーク内のいずれかの通信ノードで、送信元制御対象ネットワーク1102−1のIDでパケットをカプセル化して制御対象ネットワーク1102−2側に転送する。
通信ノード1103−5は、自制御対象ネットワーク宛てのパケットであることを認識すると、下位制御装置1101bに対して、PacketInメッセージ等を用いて、前記カプセル化されたパケットの受信を報告する。
前記報告を受けた下位制御装置1101bは、端末1106−1が制御対象ネットワーク1102−1に存在することを認識して、その位置情報を端末位置情報管理部1101−4に登録する。
また同時に、通信ノード1103−5はカプセル化を解除して、ブロードキャストの転送経路に従ってARP Requestパケットを端末1106−2まで転送する。
その後、端末1106−1のARP Requestへの応答として、端末1106−2がARP Replyを送信した場合を考える。通信ノード1103−8は、配下のポート1104−6でパケットを受信すると、下位制御装置1101bに対して、PacketInメッセージ等を用いて、ARP Replyパケットの受信を報告する。
前記報告を受けた下位制御装置1101bは、端末1106−2が通信ノード1103−8のポート1104−6に接続されていることを認識して、その位置情報を端末位置情報テーブル1101−5に登録する。また、下位制御装置1101bは、上位制御装置1100より事前に通知されたユニキャストの転送経路情報を参照して、宛先制御対象ネットワークに対するバウンダリポートを決定する。また、下位制御装置1101bは、通信ノード1103−8からバウンダリポートまでのユニキャストの転送経路を計算して、経路上の通信ノードに対して、転送エントリを設定する。下位制御装置1101bは、PacketOutメッセージ等を用いて、ARP Replyパケットを前記ユニキャスト用経路で制御対象ネットワーク1102−1側に転送する。
ARP Replyパケットが制御対象ネットワーク1102−1に到達すると、通信ノード1103−2は、ポート1104−1でパケットを受信し、下位制御装置1101aに対して、PacketInメッセージ等を用いて、ARP Replyパケットの受信を報告する。下位制御装置1101aは、端末位置情報テーブル1101−5を参照して、宛先に設定された端末1106−1の位置情報を取得し、該端末に転送するまでの転送エントリを設定する。これにより端末1106−2から1106−1の向きのユニキャストパケットの転送経路が設定される。反対向きのユニキャストの経路も端末1106−1からの最初のパケット(1st IPパケット)の送信により設定される。以上でユニキャストパケットの転送経路が設定される。
なお、通信ノード側で意図しないVLANのパケットが出力されないような制御を行っている場合、ユニキャストパケットの転送経路が設定されるまでの間、ブロードキャストパケットの転送経路で、上記したARP Replyパケット等を転送することとしてもよい。
また、上記した例では、制御対象のネットワーク間の通信を行う例を挙げて説明したが、制御対象のネットワーク内の通信については、下位制御装置が、上記したトポロジテーブル1101−3、端末位置情報テーブル1101−5を参照して、上位制御装置1100の指示によらず、通信経路を計算して、経路上の通信ノードに、前記経路に沿ったパケット転送を行わせる転送エントリを設定することも可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、制御装置を階層化して上位制御装置側で制御対象ネットワーク間の経路計算を実施する。このため、各制御対象ネットワーク間に冗長な経路が存在しても、上位制御装置にて把握されるため、適切な(ループ等の発生しない)、ネットワーク間の経路が作成される。
また、本実施形態によれは、制御対象ネットワーク間でリンクを認識するためのLLDPパケット等のトポロジ検出パケットを送受信することで、トポロジを自動構築することが可能となる。もちろん、ネットワーク間の経路の障害も検知することが可能となる。例えば、制御対象ネットワーク間の経路に障害が発生した際も迂回動作が可能となり、システムの可用性が向上する。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、各図面に示したネットワーク構成、各要素の構成、メッセージの表現形態は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。
また、上記した実施形態では、図8、図9に示したようにブロードキャストとユニキャストで出力ポート(出力バウンダリポート)を切り替えているが、その他の通信ポリシに基づいて、出力ポート(出力バウンダリポート)を切り替える構成も採用可能である。例えば、パケットヘッダ等から上位プロトコルの種別を識別し、その内容に応じて、パケット転送経路(出力ポート(出力バウンダリポート))を切り替える構成も採用可能である。さらには、端末の位置やアドレス情報からユーザのサービスレベル等を把握し、その内容に応じて、パケット転送経路(出力ポート(出力バウンダリポート))を切り替える構成も採用可能である。
最後に、本発明の好ましい形態を要約する。
[第1の形態]
(上記第1の視点による通信システム参照)
[第2の形態]
第1の形態の通信システムにおいて、
第1の下位制御装置の管理対象のネットワークと、第2の下位制御装置の管理対象のネットワークとの間に前記第1、第2の下位制御装置の制御を受けない通信ノードが配置されており、
前記上位制御装置は、前記第1の管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードから前記第1、第2の下位制御装置の制御を受けない通信ノードへ前記トポロジ検出パケットを送出させ、
前記第1の管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードから前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する通信システム。
[第3の形態]
第2の形態の通信システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成に基づいて、前記第1の下位制御装置に対し、前記第2の管理対象のネットワークへのパケットの前記第1の管理対象のネットワークにおける出力位置を通知し、
前記第1の下位制御装置は、前記出力位置に基づいて前記第1の管理対象のネットワーク内の経路を計算して、前記経路上の通信ノードに、前記経路に沿ったパケット転送を行わせる制御情報を設定する通信システム。
[第4の形態]
第3の形態の通信システムにおいて、
前記第1の下位制御装置の管理対象のネットワークと、第2の下位制御装置の管理対象のネットワークとの間に前記第1、第2の下位制御装置の制御を受けない通信ノードが複数配置されており、
前記上位制御装置は、所定の通信ポリシに基づいて、前記第1の管理対象のネットワークにおける出力位置を切り替える通信システム。
[第5の形態]
第2から第4いずれか一の形態の通信システムにおいて、
前記第1、第2の下位制御装置は、前記第1、第2の管理対象のネットワークに接続された端末の位置情報と、自装置の管理対象のネットワークに接続されていない端末の位置情報とをそれぞれ管理し、
自装置の管理対象のネットワークに接続する端末間の通信について、前記上位制御装置の指示によらずに経路を計算して、経路上の通信ノードに、前記経路に沿ったパケット転送を行わせる制御情報を設定する通信システム。
[第6の形態]
第1から第5いずれか一の形態の通信システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記下位制御装置によって制御されるネットワークを一つのノードと見做してトポロジを管理する通信システム。
[第7の形態]
第1から第6いずれか一の形態の通信システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記下位制御装置に対し、ブロードキャスト対象のパケットと、ユニキャスト対象のパケットとについて、それぞれ前記管理対象のネットワークにおける出力位置を通知する通信システム。
[第8の形態]
管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置に接続され、
前記下位制御装置を制御する手段と、
前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示する手段と、
対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する手段と、を備える上位制御装置。
[第9の形態]
管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する手段と、
上位制御装置からの指示に基づいて、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードにトポロジ検出パケットを送出させ、対向装置に、前記トポロジ検出パケットの受信報告を前記上位制御装置に転送させる手段と、
を備えた下位制御装置。
[第10の形態]
管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、
前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムにおいて、
前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示するステップと、
前記対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集するステップと、を含むトポロジ構成収集方法。
[第11の形態]
管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、
前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムに接続されたコンピュータに、
前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示する処理と、
対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する処理と、を実行させるプログラム。
なお、上記第8〜第11の形態は、第1の形態と同様に、第2〜第7の形態に展開することが可能である。
なお、上記の特許文献および非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
1100 上位制御装置
1100−1 下位制御装置通信部
1100−2、1101−2 トポロジ情報管理部
1100−3、1101−3 トポロジテーブル
1100−6、1101−6 インタフェース管理部
1100−7、1101−7 インタフェーステーブル
1100−8 制御対象ネットワーク間経路探索部
1100−9、1101−9 経路制御コマンド生成部
1101a、1101b 下位制御装置
1101−1 ノード通信部
1101−4 端末位置情報管理部
1101−5 端末位置情報テーブル
1101−8 制御対象ネットワーク内経路探索部
1101−10 上位制御装置通信部
1102−1、1102−2 制御対象(管理対象)ネットワーク
1103−1〜1103−8、1105−1、1105−2 通信ノード
1104−1〜1104−6 (バウンダリ)ポート
1104−5、1104−6 ポート
1106−1、1106−2 端末

Claims (10)

  1. 管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、
    前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムにおいて、
    前記上位制御装置は、前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示し、対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集することを特徴とする通信システム。
  2. 第1の下位制御装置の管理対象のネットワークと、第2の下位制御装置の管理対象のネットワークとの間に前記第1、第2の下位制御装置の制御を受けない通信ノードが配置されており、
    前記上位制御装置は、前記第1の管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードから前記第1、第2の下位制御装置の制御を受けない通信ノードへ前記トポロジ検出パケットを送出させ、
    前記第1の管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードから前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する請求項2の通信システム。
  3. 前記上位制御装置は、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成に基づいて、前記第1の下位制御装置に対し、前記第2の管理対象のネットワークへのパケットの前記第1の管理対象のネットワークにおける出力位置を通知し、
    前記第1の下位制御装置は、前記出力位置に基づいて前記第1の管理対象のネットワーク内の経路を計算して、前記経路上の通信ノードに、前記経路に沿ったパケット転送を行わせる制御情報を設定する請求項2の通信システム。
  4. 前記第1の下位制御装置の管理対象のネットワークと、前記第2の下位制御装置の管理対象のネットワークとの間に前記第1、第2の下位制御装置の制御を受けない通信ノードが複数配置されており、
    前記上位制御装置は、所定の通信ポリシに基づいて、前記第1の管理対象のネットワークにおける出力位置を切り替える請求項3の通信システム。
  5. 前記第1、第2の下位制御装置は、前記第1、第2の管理対象のネットワークに接続された端末の位置情報と、自装置の管理対象のネットワークに接続されていない端末の位置情報とをそれぞれ管理し、
    自装置の管理対象のネットワークに接続する端末間の通信について、前記上位制御装置の指示によらずに経路を計算して、経路上の通信ノードに、前記経路に沿ったパケット転送を行わせる制御情報を設定する請求項2から4いずれか一の通信システム。
  6. 前記上位制御装置は、前記下位制御装置によって制御されるネットワークを一つのノードと見做してトポロジを管理する請求項1から5いずれか一の通信システム。
  7. 前記上位制御装置は、前記下位制御装置に対し、ブロードキャスト対象のパケットと、ユニキャスト対象のパケットとについて、それぞれ前記管理対象のネットワークにおける出力位置を通知する請求項1から6いずれか一の通信システム。
  8. 管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置に接続され、
    前記下位制御装置を制御する手段と、
    前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示する手段と、
    対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集する手段と、を備える上位制御装置。
  9. 管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する手段と、
    上位制御装置からの指示に基づいて、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードにトポロジ検出パケットを送出させ、対向装置に、前記トポロジ検出パケットの受信報告を前記上位制御装置に転送させる手段と、
    を備えた下位制御装置。
  10. 管理対象のネットワークに配置された通信ノードに制御情報を設定することにより、前記管理対象のネットワークを制御する少なくとも1つ以上の下位制御装置と、
    前記下位制御装置を制御する上位制御装置と、を含む通信システムにおいて、
    前記下位制御装置に対して、前記管理対象のネットワークの境界に位置する通信ノードからトポロジ検出パケットを送出させるよう指示するステップと、
    前記対向装置から、前記トポロジ検出パケットの受信報告を受け取ることで、前記管理対象のネットワーク間のトポロジ構成を収集するステップと、を含むトポロジ構成収集方法。
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