JP2015162770A

JP2015162770A - 仮想ネットワークのトポロジ監視方法および装置

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Publication number: JP2015162770A
Application number: JP2014036185A
Authority: JP
Inventors: 力佐々木; Tsutomu Sasaki; 雅史渡里; Masafumi Watari; 茂浩阿野; Shigehiro Ano
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP6261378B2

Abstract

【課題】仮想ネットワークのトポロジを管理する方法および装置を提供する。【解決手段】物理ネットワーク上の物理ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築し(S101)、物理ルータから物理ネットワークのトポロジを取得し(S102，S103)、物理ネットワーク上の仮想ネットワーク数と同数のダミー仮想ルータを構築し(S104，S105)、仮想ネットワークごとに自装置と最近接の仮想ルータを収容する物理ルータを探索し(S107)、探索された各仮想ルータとの間に物理レイヤ上で仮想リンクを構築し(S108)、仮想リンクを介して前記探索された各仮想ルータと各ダミー仮想ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築し(S109)、各ダミー仮想ルータが各仮想ルータから各仮想ネットワークのリンクステータス情報を取得し(S110)、取得したリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジを解析する(S111-S113)。【選択図】図５

Description

本発明は、仮想ネットワークのトポロジ監視方法および装置に係り、特に、仮想ネットワークが動的に変動するネットワーク環境において、仮想ネットワーク数やトポロジの動的変動に応じて監視装置内にダミー仮想ルータや仮想リンクを動的に構築、変更し、各仮想ネットワークのトポロジ情報を取得して可視化する仮想ネットワークのトポロジ監視方法および装置に関する。

ネットワークの高機能化や仮想化、動的制御等に対する要求が高まりつつあり、それらの技術的課題を解決する新技術としてSDN（Software Defined Networking）が注目されている。

SDNは、ネットワークを外部のアプリケーションやコントローラからプログラムによって動的に制御することが可能なアーキテクチャであり、仮想化に適用した場合は、サーバ仮想化と同様に論理的に分離された仮想ネットワークを自由に構築することが可能となる。

SDNによる仮想化環境では、各仮想ネットワークのトポロジやリソース等の変更が容易に行えるため、頻繁にネットワークの最適化を行ったり、用途に応じて仮想ネットワーク数を増減したりすることができる。その一方、ネットワーク運用者の立場としては、頻繁に変更されるトポロジを効率的に監視する手法が必要となる。

特許文献１に開示されている仮想ネットワークの監視手法では、例えばVM（Virtual Machine）を管理する複数のハイパーバイザから仮想化に関する構成情報やコンフィグ情報を取得して監視装置側で情報を統合し、仮想ネットワークのトポロジを可視化する技術が開示されている。

特許文献２には、仮想ネットワーク上に配置されたVM（もしくはVM 上に構築された仮想ルータ）から各仮想ネットワークのリンク情報を取得し、仮想ネットワークのトポロジを可視化する技術が開示されている。

特許文献３には、通常のネットワークトポロジ監視技術として、監視システムがネットワーク上のルータとOSPFのネイバー関係を確立し、当該エリアのリンクステート情報を取得する技術が開示されている。

特許文献４には、仮想環境において故障のカテゴリを判断でき、故障時の系切り替えによるサービス提供の処理速度の性能劣化を招くことなく運用可能とする技術が開示されている。

特開2013-206368号公報特開2011-142042号公報特開2008-061139号公報特開2012-014674号公報

特許文献１では、ハイパーバイザから情報取得を行う関係で、ハイパーバイザに起因したネットワーク障害を検知することが困難となる。また、通常ハイパーバイザは構成情報の管理しか行わないため、各仮想ネットワーク上の経路管理までは行えない。

特許文献２では、各VMから情報取得を行うため、非常に多くのVMから情報取得を行う必要がある。また、仮想ネットワークが増減した際は、監視システム側において手動で当該増減したネットワークに対する追加設定を行う必要がある。

特許文献３は、仮想化に対応しておらず、仮想ネットワークが増加すると物理的に監視システムを設置する必要がある。また、各仮想ネットワークの情報が統合されておらず、各仮想ネットワーク間の障害関係が特定できない。

特許文献４は、システムの生成するログに基づいた障害分析を行うため、システム（ルータ）での障害検知が必要であったり、検知できない経路障害については抽出できなかったりする。

本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、仮想ネットワークのトポロジ管理を、各物理ルータに実装されているハイパーバイザに負担をかけることなく、かつ各物理ルータへのログイン無しに、更には仮想ネットワークのトポロジ変動に対して手動による設定変更無しに継続できる、仮想ネットワークのトポロジ監視方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、物理ネットワーク上に構築された仮想ネットワークのトポロジを監視する仮想ネットワークのトポロジ監視装置において、物理ネットワーク上の物理ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築して物理ネットワークのトポロジを取得する手段と、物理ネットワーク上の仮想ネットワーク数と同数のダミー仮想ルータを構築する手段と、仮想ネットワークごとに自装置と最近接の仮想ルータを収容する物理ルータを探索する手段と、仮想ネットワークごとに探索された各仮想ルータとの間に物理レイヤ上で仮想リンクを構築する手段と、仮想リンクを介して前記探索された各仮想ルータと前記各ダミー仮想ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築して各仮想ネットワークのリンクステータス情報を取得する手段と、取得したリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジを解析する手段とを具備した。

本発明によれば、物理ネットワーク上に構築された複数の仮想ネットワーク上の各一の仮想ルータとの間にOSPFネイバー関係を確立するダミー仮想ルータをそれぞれ設け、各ダミー仮想ルータが各仮想ルータから取得したOSPFリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジを把握できるので、以下のような効果が達成される。

(1)仮想ネットワークのトポロジ管理を各物理ルータに実装されているハイパーバイザに負担をかけずに行えるようになる。

(2)仮想ネットワークの経路管理を物理ルータへのログイン無しに行えるようになる。

(3)仮想ネットワークのトポロジ変動に対して、手動による設定変更無しにトポロジ監視を継続できるようになる。

本発明が適用される物理ネットワークの構成を示した図である。物理ネットワーク上に構築される仮想ネットワークの構成を示した図である。本発明の一実施形態に係る仮想ネットワークトポロジ監視装置の構成を示した機能ブロック図である。ハイパーバイザコントローラが仮想ネットワークを構築する手順を示したフローチャートである。仮想ネットワークトポロジ監視装置の動作を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る物理ネットワークの構成を示した図であり、多数の物理ルータPRを物理リンクPLで相互に接続して構成される物理ネットワーク１、この物理ネットワーク１上に、図２に示したような多数の仮想ネットワーク（スライス）を構築して管理するハイパーバイザコントローラ２、および各仮想ネットワークのトポロジを監視する仮想ネットワークトポロジ監視装置３により構成される。

前記ハイパーバイザコントローラ２は、各物理ルータPRのハードウェアとOSとの間に設けられたハイパーバイザ(Hypervisor)４と情報交換を行うことで、物理ネットワーク上に構築される仮想ネットワーク数や各仮想ネットワークのトポロジ変更、更新等を管理する。

前記監視装置３は、前記ハイパーバイザコントローラ２から仮想ネットワーク数や仮想ルータの接続変更情報を取得し、仮想化技術を用いて前記仮想ネットワーク数分のダミー仮想ルータをシステム上に構築する。そして、これらのダミー仮想ルータと前記各仮想ネットワークを構成する仮想ルータVRとの間にOSPFネイバー関係を確立してLSA(Link State Advertisement)情報を取得し、更には各仮想ネットワークのトポロジを分析する。仮想ネットワークのトポロジ情報は前記ハイパーバイザコントローラ２へ提供される。

図３は、前記仮想ネットワークトポロジ監視装置３の主要部の構成を示した機能ブロック図であり、汎用のコンピュータやサーバに各機能を実現するアプリケーション（プログラム）を実装することで構成できる。

インタフェースの物理レイヤでは、物理ルータ３０１がOSPFプロセス３０２を実行する。OSPFメッセージ取得機能３０３は、ネイバー関係が確立された物理ネットワークの物理インタフェース（物理ルータ）から物理リンク経由でLSA情報を取得する。

仮想レイヤには、前記仮想ネットワーク数分の仮想マシンモニタ（VM）が生成されている。このような仮想マシンモニタは、コンピュータを仮想化し、複数の異なるOSを並列に実行できるようにするソフトウェアにより構成できる。このようなVMとしては、VMware社が製造、販売及び提供するVMware（登録商標）や、Microsoft社が提供しているVirtual PC（登録商標）などを適宜に利用できる。

各VM３０４上では、ダミー仮想ルータ３０５がOSPFプロセス３０６を実行する。OSPFメッセージ取得機能３０７は、ネイバー関係が確立された仮想ネットワーク上の仮想ルータから仮想リンク経由でLSA情報を取得する。

ハイパーバイザ３１０は、仮想リンク生成機能３１１、仮想ルータ管理機能３１２およびVM管理機能３１３を備える。データ管理機能部３２０は、OSPFメッセージ収集機能３２１およびトラヒック管理機能３２２を備える。OSPF解析機能部３３０は、経路計算機能３３１、トポロジ管理機能３３２および障害検知・影響範囲解析機能３３３を備える。

次いで、図４のフローチャートを参照して、前記ハイパーバイザコントローラ２による物理ネットワーク上への仮想ネットワークの構築方法について説明する。

ステップS１では、仮想ネットワークが構築される物理ネットワークの各物理ルータPR上に仮想マシンモニタ(VM)が生成される。ステップS２では、各物理ルータPRのVM上にルータ用OSが導入されて仮想ルータとしての動作が開始する。これらの処理は、各物理ルータPRに実装されているハイパーバイザ４が主導的に行う。

ステップS３では、物理レイヤで既存のプロトコルを用いて仮想リンクが生成される。また、必要に応じて物理ルータ上で対応する仮想インタフェースが作成される。ステップS４では、作成された仮想ルータおよび仮想リンクを任意に組み合わせることで複数の仮想ネットワーク（スライス）が構築される。ステップS５では、各仮想ネットワークで別々のルーティングプロセス（OSPF）が動作を開始する。

次いで、図５のフローチャートを参照して、前記仮想ネットワークトポロジ監視装置３の動作を説明する。

ステップS１０１では、物理レイヤにおいて前記OSPFプロセス３０２が起動され、物理ネットワーク上の隣接する物理ルータとの間にOSPFネイバー関係が確立される。ステップS１０２では、前記OSPFメッセージ取得機能３０３により、物理ルータからLSA(Link State Advertisement)情報が取得される。ステップS１０３では、前記取得したLSA情報に基づいて、前記OSPF解析機能３３０により物理レイヤのトポロジおよび経路情報が解析される。

ステップS１０４では、ハイパーバイザ３１０により、物理ネットワーク上に構築されている仮想ネットワーク数に関する情報が、前記ハイパーバイザコントローラ２から取得される。ステップS１０５では、前記ハイパーバイザ３１０のVM管理機能３１３により、仮想ネットワーク数に相当するVM３０４が、当該監視装置３の仮想レイヤ上に構築される。

ステップS１０６では、前記ハイパーバイザ３１０の仮想ルータ管理機能３１２により、前記各VM上にダミー仮想ルータ３０５が構築される。ステップS１０７では、前記ハイパーバイザ３１０により、前記ハイパーバイザコントローラ２から、仮想ネットワーク毎に当該監視装置３から最も近い仮想ルータを収容する物理ルータの情報（物理レイヤのIPアドレス）が取得される。

ステップS１０８では、各物理ルータに対して物理レイヤ上でトンネル（仮想リンク）が構築される。ステップS１０９では、前記各OSPFプロセス３０６により、各仮想リンクを介して、仮想ネットワーク上の各仮想ルータと監視装置上の各ダミー仮想ルータ３０５との間に当該仮想ネットワーク上のOSPFネイバー関係が確立される。

ステップS１１０では、仮想ネットワーク上の各仮想ルータから当該仮想ネットワークのOSPFリンクステータス情報が、前記各OSPFメッセージ取得機能３０７により取得される。ステップS１１１では、前記OSPF解析機能３３０において、取得したOSPFリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジおよび各仮想ルータ間の経路解析が行われる。

ステップS１１２では、前記ハイパーバイザ３１０により、各物理ルータ上に構築された仮想ルータ情報や仮想リンクの物理レイヤ上の経路のマッピング情報がハイパーバイザコントローラ２から取得され、レイヤ間でのルータとリンクとの相関が解析される。

ステップS１１３では、前記相関の解析結果に基づいて、物理と仮想の障害影響範囲の特定、ならびに外部モニターから取得したトラヒック情報に基づいて障害時のトラヒックの影響範囲が特定される。

なお、ハイパーバイザコントローラ２経由で仮想ネットワークの増減が通知されると、これに合わせて監視装置側のVM数およびダミー仮想ルータ数が増減される。

物理レイヤの構成変化に対しては、アップデート情報をハイパーバイザコントローラ２から取得し、これに合わせて上記処理をアップデートする。また、仮想レイヤの構成変化については、監視装置３の接続する仮想ルータや仮想リンクに変更がない限りは、当該仮想ネットワーク上のリンクステータス情報から検知する。またハイパーバイザコントローラ２の操作ログに基づいて障害および計画工事を識別しても良い。

本実施形態によれば、物理ネットワーク上に構築された複数の仮想ネットワーク上の各一の仮想ルータとの間にOSPFネイバー関係を確立するダミー仮想ルータをそれぞれ設け、各ダミー仮想ルータが各仮想ルータから取得したOSPFリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジを把握できる。したがって、仮想ネットワークのトポロジ管理を各物理ルータに実装されているハイパーバイザに負担をかけずに行えるようになる。また、仮想ネットワークの経路管理を物理ルータへのログイン無しに行えるようになる。さらに、仮想ネットワークのトポロジ変動に対して、手動による設定変更無しにトポロジ監視を継続できるようになる。

１…物理ネットワーク，２…ハイパーバイザコントローラ，３…仮想ネットワークトポロジ監視装置，３０１…物理ルータ，３０２…OSPFプロセス，３０３…OSPFメッセージ取得機能，３０４…VM，３０５…ダミー仮想ルータ，３０６…OSPFプロセス，３０７…OSPFメッセージ取得機能，３１０…ハイパーバイザ，３１１…仮想リンク生成機能，３１２…仮想ルータ管理機能，３１３…VM管理機能，３２０…データ管理機能部，３２１…OSPFメッセージ収集機能，３２２…トラヒック管理機能，３３０…OSPF解析機能部，３３１…経路計算機能，３３２…トポロジ管理機能，３３３…障害検知・影響範囲解析機能

Claims

物理ネットワーク上に構築された仮想ネットワークのトポロジを監視する仮想ネットワークのトポロジ監視装置において、
物理ネットワーク上の物理ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築して物理ネットワークのトポロジを取得する手段と、
物理ネットワーク上の仮想ネットワーク数と同数のダミー仮想ルータを構築する手段と、
仮想ネットワークごとに自装置と最近接の仮想ルータを収容する物理ルータを探索する手段と、
前記仮想ネットワークごとに探索された各仮想ルータとの間に物理レイヤ上で仮想リンクを構築する手段と、
前記仮想リンクを介して前記探索された各仮想ルータと前記各ダミー仮想ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築して各仮想ネットワークのリンクステータス情報を取得する手段と、
前記取得したリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジを解析する手段とを具備したことを特徴とする仮想ネットワークのトポロジ監視装置。
前記ダミー仮想ルータを構築する手段は、物理ネットワークに接続されたハイパーバイザコントローラから仮想ネットワーク数を取得することを特徴とする請求項１に記載の仮想ネットワークのトポロジ監視装置
物理ネットワーク上に構築された仮想ネットワークのトポロジを監視する仮想ネットワークのトポロジ監視方法において、
物理ネットワーク上の物理ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築する手順と、
前記物理ルータから物理ネットワークのトポロジを取得する手順と、
物理ネットワーク上の仮想ネットワーク数と同数のダミー仮想ルータを構築する手順と、
仮想ネットワークごとに自装置と最近接の仮想ルータを収容する物理ルータを探索する手順と、
前記仮想ネットワークごとに探索された各仮想ルータとの間に物理レイヤ上で仮想リンクを構築する手順と、
前記仮想リンクを介して前記探索された各仮想ルータと前記各ダミー仮想ルータとの間にOSPFネイバー関係を構築する手順と、
前記各ダミー仮想ルータが各仮想ルータから各仮想ネットワークのリンクステータス情報を取得する手順と、
前記取得したリンクステータス情報に基づいて各仮想ネットワークのトポロジを解析する手順とを含むことを特徴とする仮想ネットワークのトポロジ監視方法。