JP2016058942A - 通信制御装置、通信制御方法および通信制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 本願発明によれば、コストを増加させることなく、ソフトウェア処理負荷の増加に起因する通信性能の低下を防ぐことにより、要求される通信性能を実現することができる通信制御装置等を提供する。【解決手段】 通信制御装置は、通信品質に関してグループ化された仮想マシンのそれぞれからの通信路を、当該グループ毎にそれぞれ収容する複数の仮想スイッチと、仮想スイッチにそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想インタフェースを含むネットワークインタフェースと、仮想スイッチにおける、少なくとも仮想マシンとの接続インタフェースおよび仮想インタフェースとの接続インタフェースのいずれかに対して、グループ毎に通信品質が満たされるように設定を行う管理手段とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の仮想マシンが動作するサーバにおける帯域制御（ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御）に関する。

サーバの仮想化技術が広く利用されるようになってきている。サーバの仮想化技術は、仮想化技術によって実現された論理的なコンピュータ（仮想マシン）を用いて、物理的なサーバ機器（物理サーバ）に仮想マシンで実現されたサーバを導入する技術である。

近年、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）電話やテレビ会議システム、基幹業務システムのようなリアルタイム性が要求されるアプリケーションが利用される機会が増え、また、それに伴いネットワークを介して送受信されるトラフィックが増大している。このようなリアルタイム性が要求されるアプリケーションが正しく動作するためには、パケット遅延やパケットロスを最小限に抑える必要がある。したがって、このようなパケット遅延やパケットロスを最小限に抑えるために必要な帯域を確保する帯域制御（ＱｏＳ制御）技術が重要になってきている。

図１３は、仮想化技術によって実現された仮想マシンが導入された物理サーバ１０００の構成を示すブロック図である。物理サーバ１０００では、仮想マシンの帯域制御を行う。

図１３に示すように、物理サーバ１０００の動作を管理するホストＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）１１００において、ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４、およびゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４からの通信路を収容する仮想スイッチ１２００が動作する。ここで、物理サーバの動作を管理するＯＳを「ホストＯＳ」、物理サーバで動作する仮想マシンの動作を管理するＯＳを「ゲストＯＳ」と、それぞれ称する。

仮想スイッチ１２００は、ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４からのパケットを、それぞれの伝送路から取得し、到着順にＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）１３００に送出する。ＮＩＣ１３００は、取得したパケットを外部装置（外部スイッチ等）に送信する。

一般に、仮想スイッチ１２００は、ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４からの入力インタフェース（入力ポート）において、ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４からのパケットに関するＱｏＳ制御（帯域制御）を実施する。ＱｏＳ制御とは、サービス品質を保証するために通信に使用される帯域を制御する技術である。仮想スイッチ１２００が入力インタフェースにおいてＱｏＳ制御を実施することにより、ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４は、指定された帯域までパケットの送出が可能となる。したがって、ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４は、最大スループットを実現できる。

ここで、ＮＩＣ１３００は、物理インタフェースの帯域として許容できる最大スループットを超えない範囲で、仮想スイッチ１２００から受け取ったパケットを、外部スイッチに送信する。

すなわち、仮想スイッチ１２００は、ＮＩＣ１３００への出力インタフェース（出力ポート）において、全ゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４からのスループットの合計値に対して、ＮＩＣ１３００の物理インタフェースが許容できる最大スループットを超えない範囲で（ベストエフォートで）、パケットをＮＩＣ１３００に送出するように制限する。

このような入力インタフェースおよび出力インタフェースの制御により、仮想スイッチ１２００は、ＮＩＣ１３００の物理インタフェースの帯域として許容される最大スループットを超えない範囲にて、ゲストＯＳ毎の最大スループットの保証や、ＮＩＣ１３００に出力するパケットのスループットの制限が出来る。

上述のように、仮想スイッチ１２００の入力インタフェースでベストエフォートで制御されるトラフィックは、仮想スイッチ１２００の出力インタフェースで帯域が制限される。ここで、仮想スイッチ１２００は、ソフトウェア制御で動作するので、各ゲストＯＳから入力されるベストエフォートのトラフィックが増えた場合、増大したトラフィックをソフトウェアにより制御しきれなくなる虞がある。

すなわち、帯域指定されたトラフィックに関しては、仮想スイッチ１２００への入力インタフェース側にてゲストＯＳ毎に帯域制御されるので、帯域指定されたトラフィックが増えた場合でも最大スループットを保証する制御への影響は比較的少ない。しかしながら、上述した通り、ベストエフォートで制御されるトラフィックは、仮想スイッチ１２００における同一プロセス上のソフトウェアにて処理されるので、そのトラフィックが増えた場合、ソフトウェア負荷が増大する。そして、仮想スイッチ１２００は、ソフトウェア負荷の影響により、指定された帯域までのスループットを実現できない虞がある。

そこで、図１４に示すように、１つの仮想スイッチが収容するゲストＯＳの数を削減した物理サーバ１００１がある。ゲストＯＳ１１０_１とゲストＯＳ１１０_２、ゲストＯＳ１１０_３とゲストＯＳ１１０_４は、それぞれグループ化され、各通信路は仮想スイッチ１２００_１、仮想スイッチ１２００_２に収容される。

ここで、複数の品質のサービスを提供する環境では、複数の仮想スイッチは、互いに独立したＱｏＳ制御（例えばベストエフォートと帯域指定）をゲストＯＳのグループ毎に行うことが望まれる。例えば、複数のゲストＯＳが同一業務に利用される環境において、複数のゲストＯＳがグループ化されて、１つの仮想スイッチにより独立して（他のグループのＱｏＳ制御の影響を受けることなく）ＱｏＳ制御されることが望まれる。

図１４に示す物理サーバ１００１では、複数の仮想スイッチ１２００_１、１２００_２とその通信を束ねる仮想ブリッジ１４００と、仮想スイッチ１２００_１、１２００_２と仮想ブリッジ１４００とを接続する仮想伝送路１５００_１、１５００_２を備える。なお、仮想ブリッジ１４００は、入力されたパケットをＭＡＣアドレステーブル（不図示）に従って転送する機能を有するものであり、ＱｏＳ制御機能は有していない。仮想伝送路１５００_１、１５００_２は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）では、ＶＥＴＨ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） Ｄｅｖｉｃｅ）がそれに相当し、仮想ブリッジ１４００と、仮想スイッチ１２００_１、１２００_２と間の接続に使用される。

図１４に示すような構成を有する物理サーバ１００１では、以下のようにＱｏＳ制御が実施される。なお、以下の説明において、説明の便宜上、仮想スイッチ１２００_１、１２００_２、およびゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４の符号を省略する場合がある。

仮想スイッチは、ゲストＯＳから送られたパケットに関し、入力インタフェース（入力ポート）において、ゲストＯＳ毎にスループットの制御を行う。また、仮想スイッチは、仮想スイッチからＮＩＣ１３００への出力インタフェース（出力ポート）においてスループットの制御を行う。これにより、仮想スイッチは、接続されるゲストＯＳのグループの合計値に対して、スループットの制御を行う。

物理サーバ１００１全体では、ＮＩＣ１３００の物理インタフェースの帯域として許容される最大スループットまでの範囲にて、ゲストＯＳ毎やゲストＯＳのグループ毎のＱｏＳ制御が行われる。

例えば、それぞれの通信路が仮想スイッチに収容されるゲストＯＳのグループ毎に、ベストエフォートにて制御されるグループと、指定された帯域にて制御されるグループとが設定される。なお、複数の仮想スイッチからの通信路をＮＩＣ１３００に収容するには、仮想伝送路１５００_１、１５００_２を経由して仮想ブリッジ１４００にて通信路を集約する必要がある。

また別の構成として、図１５に示す物理サーバ１００２がある。図１５に示す物理サーバ１００２は、ＮＩＣを複数枚（ＮＩＣ１３００_１、１３００_２）実装し、仮想スイッチ１２００_１、１２００_２からの通信路は、それぞれＮＩＣ１３００_１、１３００_２に収容される。この場合、図１４の構成と同様に、ゲストＯＳのグループ毎に通信路を仮想スイッチに収容することで、それぞれの仮想スイッチにおいて独立したＱｏＳ制御が実施される。

さらに別の構成として、図１６に示す物理サーバ１００３がある。図１６に示すＮＩＣ１３１０は、ＳＲ−ＩＯＶ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｏｔ Ｉ／Ｏ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）機能を有する。ＳＲ−ＩＯＶ機能を有するＮＩＣ１３１０が使用される場合、図１６に示すように、それぞれのゲストＯＳ１１０_１ないし１１０_４に対して、ＶＦ１３１１ないし１３１４が１対１で接続される。

ここで、ＳＲ−ＩＯＶとは、ハードウェアによるＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）デバイス仮想化支援機構として、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）規格の策定等を行う業界団体により標準化された、ＰＣＩデバイス側で仮想化をサポートする機能である。ＳＲ−ＩＯＶでは、ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓデバイスが複数の仮想Ｉ／Ｏデバイス（ＶＦ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を提供しており、ゲストＯＳにＶＦを占有で割り当てることによってＰＣＩデバイスをゲストＯＳ間で共有することができる。

また、ＳＲ−ＩＯＶ機能を有したＮＩＣのデファクトスタンダードとして、あるゲストＯＳが帯域を独占して利用することを防ぐために、ゲストＯＳ毎に帯域の上限を設定する機能が提供されている。

また、別の例として、特許文献１に、物理計算機のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）リソースを浪費せず、広帯域を実現し、仮想計算機又は仮想計算機グループに対する帯域制御を実現する計算機が開示される。この計算機は、ゲストＯＳやゲストＯＳのグループ単位で最大帯域と保障帯域を設定し、定期的に帯域測定を行う。そして、この計算機は、実測された帯域が保障帯域を下回った際に、その差分を他のゲストＯＳやゲストＯＳのグループに融通する。

特開２０１３−１９６６０４号公報

http://www.pcisig.com/specifications/iov/single_root/［平成２６年８月２０日検索］

上述のように、一つの物理サーバで動作する複数のゲストＯＳまたはゲストＯＳのグループに対して、独立したＱｏＳ制御を行う構成において、以下の課題がある。

すなわち、図１４に示す構成では、複数の仮想スイッチ１２００_１、１２００_２からの各通信路を一つのＮＩＣ１３００に収容するために使用される仮想伝送路１５００_１、１５００_２と、仮想ブリッジ１４００は、要求される通信性能を実現できない虞がある。

その理由は、仮想伝送路１５００_１、１５００_２と仮想ブリッジ１４００は、ともにソフトウェア制御により動作するので、通信トラフィックの増加に伴い、ＣＰＵの処理負荷が増大してしまうからである。

また、図１５に示す構成では、全体のＱｏＳ制御を実現するためにコストがかかるという課題がある。

その理由は、複数枚のＮＩＣが必要となり、また、接続される外部スイッチとして収容ポート数が多いスイッチが必要であるためである。また、外部スイッチにおいて、個々のＮＩＣに収容されるゲストＯＳのグループ毎に、指定されるＱｏＳ制御を行う必要があるので、高機能なスイッチが必要となるためである。

また、図１６に示す構成では、ゲストＯＳのグループ毎のＱｏＳ制御が困難であるという課題がある。

ＳＲ−ＩＯＶ対応のＮＩＣでは、ＶＦ毎に帯域の指定が可能となるので、広帯域の実現が可能である。しかしながら、図１６に示す構成では、ＳＲ−ＩＯＶ対応のＮＩＣにおいて、複数のゲストＯＳに対してそれぞれ所定のＱｏＳ制御（帯域指定、ベストエフォート等）を行うグループに分け、そのグループ毎の帯域制御を行いつつ、各グループの帯域の合計値がＮＩＣの物理インタフェースが許容する最大スループットの範囲に収まるＱｏＳ制御を実施する必要がある。このようなＱｏＳ制御を実施可能なＮＩＣは、構造が複雑で高価である。したがって、市販のＮＩＣでは、このようなＱｏＳ制御をＮＩＣで実施することは困難である。

また、特許文献１においては、利用帯域を常に測定し、その測定結果に基づいてＱｏＳ制御の変更を行うので、やはりホストＯＳ（ＣＰＵ）の処理負荷が増大し、それに伴い通信性能が低下するという課題がある。

本願発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、コストを増加させることなく、ソフトウェア処理負荷の増加に起因する通信性能の低下を防ぐことにより、グループ毎に要求される通信性能を実現する通信制御装置等を提供することを主要な目的とする。

本発明の第１の通信制御装置は、通信品質に関してグループ化された仮想マシンのそれぞれからの通信路を、当該グループ毎にそれぞれ収容する複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチにそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想インタフェースを含むネットワークインタフェースと、前記仮想スイッチにおける、少なくとも前記仮想マシンとの接続インタフェースおよび前記仮想インタフェースとの接続インタフェースのいずれかに対して、前記グループ毎に前記通信品質が満たされるように設定を行う管理手段とを備える。

本発明の第１の通信制御方法は、通信品質に関してグループ化された仮想マシンのそれぞれからの通信路を、当該グループ毎にそれぞれ収容する複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチにそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想インタフェースを含むネットワークインタフェースとを備えた通信制御装置に、管理手段により、前記仮想スイッチにおける、少なくとも前記仮想マシンとの接続インタフェースおよび前記仮想インタフェースとの接続インタフェースのいずれかに対して、前記グループ毎に前記通信品質が満たされるように設定を行う。

なお同目的は、上記の各構成を有する通信制御方法を、コンピュータによって実現するコンピュータ・プログラム、およびそのコンピュータ・プログラムが格納されている、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体によっても達成される。

本願発明によれば、コストを増加させることなく、ソフトウェア処理負荷の増加に起因する通信性能の低下を防ぐことにより、グループ毎に要求される通信性能を実現することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る通信制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る通信制御装置が備えるゲストＯＳ帯域テーブルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る通信制御装置が備えるゲストＯＳグループテーブルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る通信制御装置によるＱｏＳ制御の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る通信制御装置が備えるフィルタテーブルの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る通信制御装置によるＱｏＳ制御の内容を変更する動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る通信制御装置が備えるゲストＯＳ帯域テーブルの一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る通信制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る通信制御装置が備えるゲストＯＳ帯域テーブルの一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る通信制御装置が備えるゲストＯＳグループテーブルの一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る通信制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の各実施形態に係る通信制御装置を実現するハードウエア構成を例示する図である。 仮想化技術によって実現された仮想マシンが導入された物理サーバの構成を示すブロック図である。 仮想伝送路を経由して仮想ブリッジ通信路を集約する物理サーバの構成を示すブロック図である。 ＮＩＣを複数枚実装する物理サーバの構成を示すブロック図である。 ゲストＯＳに対してＶＦが１対１で接続された物理サーバの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。各実施形態において参照する図面において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

第１の実施形態
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信制御装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る通信制御装置１００は、オペレーティングシステムとしてのホストＯＳ１１とネットワーク通信カードとしてのＮＩＣ１２とを備える。

ホストＯＳ１１は、汎用或いは専用のオペレーションシステムで、かつ仮想化技術により仮想マシン（ゲストＯＳ）を動作させる機能を持つ。

仮想化技術については、ホストＯＳ１１がＬｉｎｕｘ（登録商標）の場合はＫＶＭ（Ｋｅｒｎｅｌ−ｂａｓｅｄ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ）が、ホストＯＳ１１がＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）の場合はＨｙｐｅｒ−Ｖが、代表的に用いられる。あるいは、ＶＭｗａｒｅ（登録商標）やＸｅｎＳｅｒｖｅｒ（登録商標）などの他の仮想化プラットフォームが用いられてもよい。

ホストＯＳ１１は、ＮＩＣ１２を介して外部システム（外部装置）との通信を行う機能を持つ。

本実施形態では、図１に示すように、ホストＯＳ１１は、ゲストＯＳ１１１ａないし１１１ｄと、ゲストＯＳ１１１ａ、１１１ｂからの各通信路を収容する仮想スイッチ１１２ａと_、ゲストＯＳ１１１ｃ、１１１ｄからの各通信路を収容する仮想スイッチ１１２ｂとを備える。以下の説明では、ゲストＯＳ１１１は、ゲストＯＳ１１１ａないし１１１ｄ、および図示しない他のゲストＯＳの総称、または、それらのうちいずれかを示すとする。

仮想スイッチ１１２ａは、ゲストＯＳ１１１ａ、１１１ｂからのパケットをそれぞれ受け付ける入力ポート１１３ａ、１１３ｂと、ＶＦ１２１ａにパケットを送出する出力ポート１１４ａとを備える。同様に、仮想スイッチ１１２ｂは、ゲストＯＳ１１１ｃ、１１１ｄからのパケットをそれぞれ受け付ける入力ポート１１３ｃ、１１３ｄと、ＶＦ１２１ｂにパケットを送出する出力ポート１１４ｂとを備える。以下の説明では、仮想スイッチ１１２は、仮想スイッチ１１２ａおよび１１２ｂ、および図示しない他の仮想スイッチの総称、または、それらのうちいずれかを示すとする。

すなわち、ホストＯＳ１１は、１または複数のゲストＯＳ１１１と、１または複数の仮想スイッチ１１２と、帯域管理部１３０とを備える。

ゲストＯＳ１１１は、ホストＯＳ１１で動作する仮想マシンのオペレーションシステムであり、ホストＯＳ１１が管理する資源（ディスクやメモリ等）が許す限り、ホストＯＳ１１に複数存在することが可能である。またゲストＯＳ１１１が複数存在する場合、それぞれのゲストＯＳ１１１の種類（ＬｉｎｕｘやＷｉｎｄｏｗｓ等）は同一である必要はないし、また全て同一であっても構わない。ゲストＯＳ１１１は、通信路を介して仮想スイッチ１１２と接続しており、仮想スイッチ１１２を通じて外部機器や別のゲストＯＳと通信する機能を持つ。

仮想スイッチ１１２は、ホストＯＳ１１でソフトウェアにより動作する仮想的なスイッチであり、機能的には通常のハードウェアスイッチと同等である。本実施形態では、仮想スイッチは、複数のゲストＯＳ１１１とＶＦ１２１（詳細は後述する）とを接続するスイッチの機能を持つ。また、仮想スイッチは、通常のスイッチと同様に、キューイングや帯域制限などの機能を備える。本実施形態では、ホストＯＳ１１で動作するソフトウェアとしての仮想スイッチ１１２は複数存在しうる。

帯域管理部１３０は、帯域設定部１３１、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２、ゲストＯＳグループテーブル１３３を備える。

ＮＩＣ１２は、ＳＲ−ＩＯＶ技術の一機能であるＶＦを２つ以上（図１ではＶＦ１２１ａ、１２１ｂ）備えるネットワークインタフェースカードである。ＮＩＣ１２は、さらにフィルタテーブル１２２とＮＩＣコントローラ１２３とを備える。ＮＩＣ１２は、外部機器（外部スイッチ）と接続する。

ＶＦ１２１ａ、１２１ｂは、仮想的なネットワークインタフェースカードとして動作し、通信制御装置１００では、それぞれ仮想スイッチ１１２ａ、１１２ｂと接続して外部システムと通信する機能を持つ。そのため、ＶＦ１２１ａ、１２１ｂは、仮想スイッチ１１２ａ、１１２ｂからは、直接接続するネットワークインタフェースカードとして見えている。通信制御装置１００では、ＶＦは、仮想スイッチと１対１で接続するので、仮想スイッチと同数以上存在する。但し、ＶＦの最大数はＮＩＣ１２の諸元に依存しているので、使用できるＶＦの数は無限ではなく限界値を有する。ＶＦは、ＮＩＣ１２が許容する帯域内で動作する。

また、ＮＩＣ１２は、ＮＩＣコントローラ１２３において、複数のＶＦ１２１ａ、１２１ｂからのパケットを、到着順に外部システムへ出力する。また、ＮＩＣコントローラ１２３は、また、外部システムからのパケットを、フィルタテーブル１２２に含まれるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスを参照して各ＶＦ１２１ａ、１２１ｂへ振り分ける機能を持つ。

次に、通信制御装置１００の具体的な構成について説明する。

本実施形態に係る通信制御装置１００は、通信品質に関してグループ化されたゲストＯＳのＱｏＳ制御を実施する。すなわち、通信制御装置１００は、帯域指定でＱｏＳ制御するゲストＯＳ（ゲストＯＳ１１１ａ、１１１ｂ）とベストエフォートでＱｏＳ制御するゲストＯＳ（ゲストＯＳ１１１ｃ、１１１ｄ）を組み合わせてＱｏＳ制御を行う。帯域指定でのＱｏＳ制御とは、指定された帯域での通信品質を保証する制御である。ベストエフォートでのＱｏＳ制御とは、使用可能な帯域を可能な範囲で使用する制御である。通信制御装置１００は、帯域指定にてＱｏＳ制御されるゲストＯＳの帯域に影響を及ぼさず、残った帯域をベストエフォートとして有効活用する形態である。

仮想スイッチ１１２ａを、帯域指定にてＱｏＳ制御を行う仮想スイッチとし、仮想スイッチ１１２ｂを、ベストエフォートにてＱｏＳ制御を行う仮想スイッチとする。

仮想スイッチ１１２ａは、ゲストＯＳ１１１ａからの通信路を入力ポート１１３ａにて収容する。帯域管理部１３０の帯域設定部１３１は、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２とゲストＯＳグループテーブル１３３を参照し、ゲストＯＳ１１１ａ向けに指定された値で（通信品質が満たされるように）、仮想スイッチ１１２ａの入力ポート１１３ａに設定を行う。

図２は、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２の一例を示す図である。図２に示すように、ゲストＯＳ帯域テールブル１３２は、ゲストＯＳの識別情報、ゲストＯＳが所属するＱｏＳグループの番号および帯域を示す情報を含む。図２に示す例では、ゲストＯＳ１１１ａとゲストＯＳ１１１ｂは、保証すべき通信品質が指定され、ゲストＯＳ１１１ｃとゲストＯＳ１１１ｄは、保証すべき通信品質は指定されず、使用可能な帯域が指定されることを示す。

図２に示すように、ゲストＯＳ１１１ａとゲストＯＳ１１１ｂは、ＱｏＳグループ番号「１」を有し、それぞれ２００Ｍｂｐｓ、３００Ｍｂｐｓの帯域が指定される。ゲストＯＳ１１１ｃとゲストＯＳ１１１ｄは、ＱｏＳグループ番号「２」を有し、それぞれ最大５００Ｍｂｐｓでの通信が可能である。ここで、ゲストＯＳ１１１ａ、１１１ｂに対して指定される帯域の値の合計値は、ＮＩＣ１２の物理インタフェースの帯域として許容される値以下とする。

図３は、ゲストＯＳグループテーブル１３３の一例を示す図である。図３に示すように、ゲストＯＳグループテーブル１３３は、ＱｏＳグループの番号と、そのグループのＱｏＳ制御の種別（ＱｏＳ種別）を示す情報を含む。ＱｏＳ種別とは、帯域指定でのＱｏＳ制御、ベストエフォートでのＱｏＳ制御等を示す情報である。図３に示す例では、ＱｏＳグループ番号として「１」を有するグループに含まれるゲストＯＳを、帯域指定にてＱｏＳ制御し、ＱｏＳグループ番号として「２」を有するグループに含まれるゲストＯＳを、ベストエフォートにてＱｏＳ制御することを示す。
[動作の説明]
次に、通信制御装置１００によるＱｏＳ制御の動作について、図４を参照して説明する。

まず、通信制御装置１００においてホストＯＳが起動する（Ｓ１０１）。ホストＯＳが起動すると、帯域管理部１３０の帯域設定部１３１は、ゲストＯＳの帯域に関する情報を参照する。すなわち、帯域設定部１３１は、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２とゲストＯＳグループテーブル１３３を参照する（Ｓ１０２）。ゲストＯＳの帯域に関する情報がある場合（Ｓ１０３においてＹｅｓ）、帯域設定部１３１は、仮想スイッチ１１２ａ、１１２ｂに対してゲストＯＳ毎の帯域の設定を行う（Ｓ１０４）。帯域設定部１３１は、ソフトウェアである仮想スイッチ１１２ａ、１１２ｂに対して、ポートあるいは設定したキュー単位で、コマンドを与えることにより、帯域の設定を行う。

具体的には、帯域設定部１３１は、以下のように帯域の設定を行う。すなわち、帯域設定部１３１は、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２とゲストＯＳグループテーブル１３３を参照し、ゲストＯＳ１１１ａ向けに指定された値（ここでは２００Ｍｂｐｓ）で、シェーピング等の設定を仮想スイッチ１１２ａの入力ポート１１３ａに行う。仮想スイッチ１１２ａは、その設定に基づいて帯域制限を行う。ここでは、帯域制限方法の例としてシェーピングを挙げたが、通信制御装置１００は、その実装方式には依存しないので、詳細な説明は省略する。

また、帯域設定部１３１は、ゲストＯＳ１１１ｂ向けに指定された値（ここでは３００Ｍｂｐｓ）で、シェーピング等の設定を仮想スイッチ１１２ａの入力ポート１１３ｂに行う。仮想スイッチ１１２ａは、その設定に基づいて帯域制限を行う。

また、帯域設定部１３１は、ベストエフォートにてＱｏＳ制御するゲストＯＳ１１１ｃ、１１１ｄ向けの設定を、仮想スイッチ１１２ｂの出力ポート１１４ｂに行う。すなわち、帯域設定部１３１は、ＶＦ１２１ｂへ出力する出力ポート１１４ｂに、ＮＩＣ１２の物理インタフェースの帯域として許容される値から、ゲストＯＳ１１１ａの帯域指定値とゲストＯＳ１１１ｂの帯域指定値との合計値を引いた値で、ポリシング等の設定を行う。ここでは、帯域制限方法の例としてポリシングを挙げたが、通信制御装置１００は、その実装方式には依存しないので、詳細な説明は省略する。

具体的には、ＮＩＣ１２の物理インタフェースの帯域として許容される値が１Ｇｂｐｓであるとする。この場合、帯域管理部１３０の帯域設定部１３１は、仮想スイッチ１１２ｂの出力ポート１１４ｂに、１Ｇｂｐｓから２００Ｍｂｐｓと３００Ｍｂｐｓを引いた残りである５００Ｍｂｐｓを、使用可能な帯域として設定する。仮想スイッチ１１２ｂは、その設定に基づいて帯域制限を行う。この設定により、ゲストＯＳ１１１ｃとゲストＯＳ１１１ｄは、帯域の空き状況によっては最大５００Ｍｂｐｓでの通信が可能となる。すなわち、ゲストＯＳ１１１ｃとゲストＯＳ１１１ｄは、ゲストＯＳ１１１ａとゲストＯＳ１１１ｂのスループットに影響を与えることなく、互いに５００Ｍｂｐｓを分け合うことができる。

続いて、ホストＯＳ１１は、ゲストＯＳ１１１ａないしゲストＯＳ１１１ｄを起動する（Ｓ１０５）。このとき、帯域設定部１３１は、ゲストＯＳ１１１ａないしゲストＯＳ１１１ｄのＭＡＣアドレスを取得する。そして、帯域設定部１３１は、外部システムからのパケットをＶＦ１２１ａ、１２１ｂのいずれかに振り分けるために、起動したゲストＯＳのＭＡＣアドレスを、ＮＩＣ１２が備えるフィルタテーブル１２２に書き込むことによりフィルタテーブル１２２を更新する（Ｓ１０６）。図５は、フィルタテーブル１２２の一例を示す図である。図５に示すように、フィルタテーブル１２２は、ゲストＯＳのＭＡＣアドレス（宛先ＭＡＣアドレス）と、宛先ＭＡＣアドレスに関連付けられたＶＦの識別情報とを含む。ＶＦの識別情報は、関連付けられた宛先ＭＡＣアドレスを有するゲストＯＳ宛てのパケットを振り分けるＶＦの識別情報である。

図５に示す例では、宛先がゲストＯＳ１１１ａ、１１１ｂであるパケットをＶＦ１２１ａに振り分け、宛先がゲストＯＳ１１１ｃ、１１１ｄであるパケットをＶＦ１２１ｂに振り分けることを示す。

なお、Ｓ１０３においてゲストＯＳの帯域に関する情報がない場合、ホストＯＳ１１は、処理を終了する。

以上のように、本第１の実施形態によれば、通信制御装置１００に、ネットワーク通信カードとして、ＳＲ−ＩＯＶ対応のＮＩＣ１２を搭載する。通信制御装置１００のホストＯＳ１１にて動作するゲストＯＳは、ＱｏＳ制御のグループ毎に異なる仮想スイッチ１１２ａ、１１２ｂに収容され、仮想スイッチ１１２ａ、１１２ｂは、ＮＩＣ１２に設けられた複数のＶＦ１２１ａ、１２１ｂと１対１で接続される。

ホストＯＳ１１が備える帯域管理部１３０は、仮想スイッチ１１２ａの入力ポートに対して、帯域を指定されたゲストＯＳに対するＱｏＳ制御の設定を行う。また、帯域管理部１３０は、仮想スイッチ１１２ｂの出力ポートに対して、ベストエフォートにて通信するゲストＯＳに対するＱｏＳ制御の設定を行う。

上記構成を採用することにより、本第１の実施形態によれば、通信制御装置１００は、通信品質に関するゲストＯＳのグループ毎に独立したＱｏＳ制御を実施でき、グループ毎に要求される通信性能を実現することができるという効果が得られる。

上記ＱｏＳ制御にあたり、通信制御装置１００には、ソフトウェア制御にて動作する仮想伝送路と仮想ブリッジを搭載しないので、本実施形態によれば、ＣＰＵ負荷の増大を防ぐことができ、それにより通信性能の低下を招くことなく、要求される通信性能を実現できるという効果が得られる。

また、通信制御装置１００に搭載するＮＩＣは１枚でよく、またこれにより、収容ポート数が多く高機能な外部スイッチが不要となるので、本実施形態によれば、コストを増加させることなく、上記効果を奏することができる。

また、通信制御装置１００は、ＳＲ−ＩＯＶ対応のＮＩＣと、仮想スイッチとを組み合わせて使用することで、ゲストＯＳのグループ毎の帯域制御を行いつつ、各グループの帯域の合計値がＮＩＣの物理インタフェースが許容する最大スループットの範囲に収まるといった柔軟なＱｏＳ制御を、簡易な構造のＮＩＣで実現できるという効果が得られる。

第２の実施の形態
[構成の説明]
次に、上述した第１の実施形態を基礎とする第２の実施形態について説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については同じ参照番号を付与することにより、重複する説明は省略する。

第２の実施形態では、通信制御装置１００においてＱｏＳ制御の内容を変更する動作について説明する。

通信制御装置１００は、ゲストＯＳの機能に応じてサービスを提供する場合、サービス内容の変更を行うために、ＱｏＳ制御の内容の変更が望まれる場合がある。また、サービス加入者の追加あるいは削除のために、ゲストＯＳの追加あるいは削除が望まれる場合がある。これらの場合、サービス提供者は、帯域管理部１３０に変更指示を行うことにより、帯域管理部１３０がその指示に応じて、ＱｏＳ制御の内容の変更を行う。このようなＱｏＳ制御の内容を変更する動作について、図６を参照して説明する。

サービス提供者から変更指示を受けると、帯域管理部１３０の帯域設定部１３１は、既存のゲストＯＳの帯域に関する情報を、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２とゲストＯＳグループテーブル１３３を参照して取得する（Ｓ２０１）。帯域設定部１３１は、サービス提供者の変更指示に基づいて、ゲストＯＳ帯域テーブル１３２とゲストＯＳグループテーブル１３３を更新する（Ｓ２０２）。

例えば、図２に示すゲストＯＳ帯域テーブル１３２に基づいてＱｏＳ制御を実施している際に、帯域設定部１３１は、サービス提供者から、１００ＭｂｐｓにてＱｏＳ制御を行うゲストＯＳ１１１ｅを追加する指示を受けたとする。この場合、帯域設定部１３１は、この指示に応じて、図７に示すようにゲストＯＳ帯域テーブル１３２を更新する。

帯域設定部１３１は、上記更新したゲストＯＳ帯域テーブル１３２に基づいて、仮想スイッチの帯域に関する設定を変更する（Ｓ２０３）。例えば図７のようにゲストＯＳ帯域テーブル１３２が変更された場合、帯域設定部１３１は、仮想スイッチ１１２ａの未使用の入力ポートに、１００Ｍｂｐｓを設定する。また、帯域設定部１３１は、仮想スイッチ１１２ｂの出力ポート１１４ｂに、１Ｇｂｐｓから、２００Ｍｂｐｓ、３００Ｍｂｐｓ、１００Ｍｂｐｓを引いた残りである４００Ｍｂｐｓを、使用可能な帯域として設定する。

サービス提供者からの変更指示が、ゲストＯＳを追加する指示である場合（Ｓ２０４においてＹｅｓ）、ホストＯＳ１１は、新たなゲストＯＳの起動処理を行う（Ｓ２０５）。帯域設定部１３１は、起動されたゲストＯＳのＭＡＣアドレスを、ＮＩＣ１２のフィルタテーブル１２２に書き込むことによりフィルタテーブル１２２を更新する（Ｓ２０６）。すなわち、帯域設定部１３１は、起動されたゲストＯＳのＭＡＣアドレスを、ＶＦ１２１ａと関連付けてフィルタテーブル１２２に書き込む。

一方、サービス提供者からの変更指示が、ゲストＯＳを削除する指示である場合（Ｓ２０７においてＹｅｓ）、ホストＯＳ１１は、削除を指示されたゲストＯＳのシャットダウン処理を実施する（Ｓ２０８）。そして、帯域設定部１３１は、シャットダウンされたゲストＯＳのＭＡＣアドレスとそれに関連付られたＶＦの識別情報を、フィルタテーブル１２２から削除する（Ｓ２０９）。

以上のように、本第２の実施形態によれば、サービス提供者からのＱｏＳ制御の内容の変更指示に応じて、帯域設定部１３１は、仮想スイッチの入力ポートおよび出力ポートの設定を変更する。この構成を採用することにより、本第２の実施形態によれば、ＱｏＳ制御の内容を変更する際に、ゲストＯＳの利用帯域の測定等は不要であるので、ＣＰＵの処理負荷増大に起因した通信性能の低下を招くことなく、要求される通信性能を実現できるという効果が得られる。

第３の実施形態
次に、上述した第１の実施形態を基礎とする第３の実施形態について説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については同じ参照番号を付与することにより、重複する説明は省略する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る通信制御装置３００の構成を示す図である。通信制御装置３００は、第１の実施形態にて説明した通信制御装置１００と同様の構成を有する。通信制御装置３００では、ゲストＯＳ１１１ｅとゲストＯＳ１１１ｆを仮想スイッチ１１２ｃによりベストエフォートにてＱｏＳ制御すると共に、ゲストＯＳ１１１ｇとゲストＯＳ１１１ｈを仮想スイッチ１１２ｄによりベストエフォートにてＱｏＳ制御することを説明する。

仮想スイッチ１１２ｃと仮想スイッチ１１２ｄは、いずれもベストエフォートでＱｏＳ制御する仮想スイッチである。仮想スイッチ１１２ｃと仮想スイッチ１１２ｄは、それぞれＶＦ１２１ｃ、ＶＦ１２１ｄへの出力ポート１１４ｃ、出力ポート１１４ｄにおいて、異なる帯域を指定する。これにより、仮想スイッチ１１２ｃ、１１２ｄに収容されるゲストＯＳ毎に、使用可能な帯域の最大値を別の値にすることが可能となる。

図９は、本第２の実施形態に係る通信制御装置３００が備えるゲストＯＳ帯域テールブル１３２の一例を示す図である。図９は、本第２の実施形態に係る通信制御装置３００が備えるゲストＯＳグループテーブル１３３の一例を示す図である。

ＮＩＣ１２の物理インタフェースの帯域として許容される値は、１Ｇｂｐｓとする。図９に示すゲストＯＳ帯域テーブル１３２に示すに従って、帯域設定部１３１は、仮想スイッチ１１２ｃからＶＦ１２１ｃへの出力ポート１２１ｃに、帯域制限値４００Ｍｂｐｓを設定し、仮想スイッチ１１２ｄからＶＦ１２１ｄへの出力ポート１２１ｄに、帯域制限値６００Ｍｂｐｓを設定する。この場合、ゲストＯＳ１１１ｅとゲストＯＳ１１１ｆは、帯域の空き状況に応じて、最大４００Ｍｂｐｓの通信が可能となる。また、ゲストＯＳ１１１ｇとゲストＯＳ１１１ｈは、帯域の空き状況に応じて、最大６００Ｍｂｐｓでの通信が可能となる。

以上の構成により、仮想スイッチ１１２ｃに接続するゲストＯＳ１１１ｅ、１１１ｆと、仮想スイッチ１１２ｄに接続するゲストＯＳ１１１ｇ、１１１ｈは、互いの帯域に影響を及ぼすことなく、それぞれベストエフォートでの通信が可能となる。

なお、本実施形態において、通信制御装置３００は、各仮想スイッチ１１２の出力ポートにおける帯域制限値の合計が、ＮＩＣ１２の物理インタフェースの帯域として許容される値を超えない限り、仮想スイッチを３つ以上備えてもよい。この場合、各仮想スイッチの出力ポートにおける帯域制限値を同じ値としてもよいし、異なる値としてもよい。

第４の実施形態
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る通信制御装置４００の構成を示す図である。図１１に示すように、本実施形態に係る通信制御装置４００は、複数の仮想スイッチ４１１と、ネットワークインタフェース４２０と、管理部４３０とを備える。

仮想スイッチ４１１は、通信品質に関してグループ化された仮想マシン４１２のそれぞれからの通信路を、グループ毎にそれぞれ収容する。ネットワークインタフェース４２０は、仮想スイッチ４１１にそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想ＩＦ（仮想インタフェース）４２１を含む。

管理部４３０は、仮想スイッチ４１１における、少なくとも仮想マシン４１２との接続インタフェース（入力ポート）および仮想インタフェース４２１との接続インタフェース（出力ポート）のいずれかに対して、グループ毎に通信品質が満たされるように設定を行う。

なお、ネットワークインタフェース４２０、管理部４３０は、それぞれ、第１の実施形態におけるＮＩＣ１２、帯域管理部１３０に相当する。また、仮想インタフェース４２１は、第１の実施形態におけるＶＦに相当する。

上記構成を採用することにより、本第４の実施形態によれば、コストを増加させることなく、ソフトウェア処理負荷の増加に起因する通信性能の低下を防ぐことにより、要求される通信性能を実現できるという効果が得られる。

なお、図１等に示した通信制御装置の各部は、図１２に例示するハードウエア資源において実現される。すなわち、図１２に示す構成は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２、外部接続インタフェース２３および記憶媒体２４を備える。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２または記憶媒体２４に記憶された各種ソフトウエア・プログラム（コンピュータ・プログラム）を、ＲＡＭ２１に読み出して実行することにより、通信制御装置の全体的な動作を司る。すなわち、上記各実施形態において、ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２または記憶媒体２４を適宜参照しながら、通信制御装置が備える各機能（各部）を実行するソフトウエア・プログラムを実行する。

また、各実施形態を例に説明した本発明は、通信制御装置に対して、上記説明した機能を実現可能なコンピュータ・プログラムを供給した後、そのコンピュータ・プログラムを、ＣＰＵ２０がＲＡＭ２１に読み出して実行することによって達成される。

また、係る供給されたコンピュータ・プログラムは、読み書き可能なメモリ（一時記憶媒体）またはハードディスク装置等のコンピュータ読み取り可能な記憶デバイスに格納すればよい。そして、このような場合において、本発明は、係るコンピュータ・プログラムを表すコード或いは係るコンピュータ・プログラムを格納した記憶媒体によって構成されると捉えることができる。

本発明は、例えば、仮想マシンが動作する仮想化環境と、仮想マシンと外部装置との通信を制御するネットワークインタフェースとを備えた通信制御装置に適用できる。

１１ ホストＯＳ
１２ ＮＩＣ
２０ ＣＰＵ
２１ ＲＡＭ
２２ ＲＯＭ
２３ 外部接続インタフェース
２４ 記憶媒体
１００ 通信制御装置
１１１ａないし１１１ｈ ゲストＯＳ
１１２ａないし１１２ｄ 仮想スイッチ
１１３ａないし１１３ｈ 入力ポート
１１４ａないし１１４ｄ 出力ポート
１２１ａないし１２１ｄ ＶＦ
１２２フィルタテーブル
１２３ ＮＩＣコントローラ
１３０ 帯域管理部
１３１ 帯域設定部
１３２ ゲストＯＳ帯域テーブル
１３３ ゲストＯＳグループテーブル

Claims (10)

1. 通信品質に関してグループ化された仮想マシンのそれぞれからの通信路を、当該グループ毎にそれぞれ収容する複数の仮想スイッチと、
   前記仮想スイッチにそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想インタフェースを含むネットワークインタフェースと、
   前記仮想スイッチにおける、少なくとも前記仮想マシンとの接続インタフェースおよび前記仮想インタフェースとの接続インタフェースのいずれかに対して、前記グループ毎に前記通信品質が満たされるように設定を行う管理手段と
   を備えた通信制御装置。
2. 前記管理手段は、保証すべき前記通信品質が指定された前記グループに含まれる前記仮想マシンからの通信路を収容する前記仮想スイッチにおける、当該仮想マシンとの接続インタフェースに、前記通信品質を満たす帯域を設定する
   請求項１記載の通信制御装置。
3. 前記管理手段は、保証すべき前記通信品質が指定されない前記グループに含まれる前記仮想マシンからの通信路を収容する前記仮想スイッチにおける、前記仮想インタフェースとの接続インタフェースに、前記ネットワークインタフェースが許容する帯域を超えない範囲で、使用可能な帯域を設定する
   請求項１または請求項２記載の通信制御装置。
4. 前記管理手段は、保証すべき前記通信品質が指定された前記グループに含まれる前記仮想マシンにそれぞれ指定された前記帯域の合計値を、前記ネットワークインタフェースが許容する帯域の値から引いた値を、保証すべき前記通信品質が指定されない前記グループに含まれる前記仮想スイッチにおける、前記仮想インタフェースとの接続インタフェースに、前記使用可能な帯域として設定する
   請求項３記載の通信制御装置。
5. 前記管理手段は、前記仮想マシンに指定された前記通信品質に関する情報を含む帯域テーブルを備え、
   前記設定の変更指示を受けると、当該変更に基づいて前記帯域テーブルを更新すると共に、更新した当該帯域テーブルに基づいて、前記通信品質が満たされるように設定を行う
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の通信制御装置。
6. 通信品質に関してグループ化された仮想マシンのそれぞれからの通信路を、当該グループ毎にそれぞれ収容する複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチにそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想インタフェースを含むネットワークインタフェースとを備えた通信制御装置に、
   管理手段により、前記仮想スイッチにおける、少なくとも前記仮想マシンとの接続インタフェースおよび前記仮想インタフェースとの接続インタフェースのいずれかに対して、前記グループ毎に前記通信品質が満たされるように設定を行う
   通信制御方法。
7. 前記管理手段は、保証すべき前記通信品質が指定された前記グループに含まれる前記仮想マシンからの通信路を収容する前記仮想スイッチにおける、当該仮想マシンとの接続インタフェースに、前記通信品質を満たす帯域を設定する
   請求項６記載の通信制御方法。
8. 前記管理手段は、保証すべき前記通信品質が指定されない前記グループに含まれる前記仮想マシンからの通信路を収容する前記仮想スイッチにおける、前記仮想インタフェースとの接続インタフェースに、前記ネットワークインタフェースが許容する帯域を超えない範囲で、使用可能な帯域を設定する
   請求項６または請求項７記載の通信制御方法。
9. 前記管理手段は、保証すべき前記通信品質が指定された前記グループに含まれる前記仮想マシンにそれぞれ指定された前記帯域の合計値を、前記ネットワークインタフェースが許容する帯域の値から引いた値を、保証すべき前記通信品質が指定されない前記グループに含まれる前記仮想スイッチにおける、前記仮想インタフェースとの接続インタフェースに、前記使用可能な帯域として設定する
   請求項８記載の通信制御方法。
10. 通信品質に関してグループ化された仮想マシンのそれぞれからの通信路を、当該グループ毎にそれぞれ収容する複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチにそれぞれ接続され、自インタフェースが許容する帯域内で動作する複数の仮想インタフェースを含むネットワークインタフェースとを備えた通信制御装置に、
    前記仮想スイッチにおける、少なくとも前記仮想マシンとの接続インタフェースおよび前記仮想インタフェースとの接続インタフェースのいずれかに対して、前記グループ毎に前記通信品質が満たされるように設定を行う処理を実行する
    通信制御プログラム。

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