JP2017108264A - MAC address table update system and MAC address table update method - Google Patents

MAC address table update system and MAC address table update method Download PDF

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Masako Tanji
真子 端地
弘高 吉岡
Hirotaka Yoshioka
弘高 吉岡
隆典 岩井
Takanori Iwai
隆典 岩井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress load increase of a CPU and increase of broadcast traffic in MAC address table update of switches.SOLUTION: Upon receiving a frame from a newly accommodated virtual machine, a ToR switch 20a (first switch) of a MAC address table update system 1 transmits a MAC address table update notice to an SDN controller 10 and while using the received MAC address table update notice and topology information, the SDN controller 10 creates new MAC entries suitable for the ToR switch 20a and a high-order switch 20A (second switch) within an L2 domain. The SDN controller 10 then refers to MAC address tables of the ToR switch 20a and the high-order switch 20A, creates and transmits change information of the MAC address tables including addition instructions of the new MAC entries.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、L2(Layer 2:レイヤ2)ネットワークにおける各スイッチのMAC(Media Access Control)アドレステーブルを更新する、MACアドレステーブル更新システムおよびMACアドレステーブル更新方法に関する。   The present invention relates to a MAC address table updating system and a MAC address table updating method for updating a MAC (Media Access Control) address table of each switch in an L2 (Layer 2) network.

データセンタにおける物理リソースの有効利用と運用性向上を図るため、リソースの仮想化が推進されてきている。リソースの仮想化とは、物理的なCPU(Central Processing Unit)やメモリ等を論理的に分割し、サービス若しくはユーザ単位に提供することである。リソースの仮想化により、システムの自由度や柔軟性が向上するというメリットがあるが、システムが大規模化するに従って従来の技術では、以下に示すような問題が発生する。   Resource virtualization has been promoted in order to effectively use physical resources and improve operability in data centers. Resource virtualization means that a physical CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like are logically divided and provided for each service or user. Resource virtualization has the advantage of improving the degree of freedom and flexibility of the system. However, as the system scales up, the conventional technology causes the following problems.

データセンタ内でサーバ仮想化を実現することにより、仮想マシンは物理サーバ間を自由に移動することが可能となる。また、ライブマイグレーションを行うことでシステムを停止させることなくメンテナンス作業等を実行することができる。ライブマイグレーション等の仮想マシンの自由な移動を実現するためには、移動元のサーバと移動先のサーバが同一L2ネットワーク上に存在する必要がある。ネットワークが大規模になった場合、比例してブロードキャストドメインも広がることとなり、物理サーバを収容するToR(Top of Rack)スイッチはL2ネットワーク上に接続された全ノードのMACアドレスを学習する必要があるため、MACアドレステーブルが肥大することとなる。つまり、図6に示すように、仮想マシンには、1つ1つ異なるMACアドレスが設定される。そして、ToRスイッチ(以下、各図において「ToR SW」と記載する。)は、フレームを転送する際に、物理サーバ(以下、各図において「サーバ」と記載する。)の物理NIC宛にフォワーディングするのではなく、各仮想マシン宛てにフォワーディングを行う。よって、物理サーバ上の仮想マシンが増加するほど、MACアドレステーブル(以下、各図において「MACテーブル」と記載することがある。)が肥大することになる。なお、このMACアドレステーブルには、受信したデータの送信元MACアドレスと、受信したポートのポート番号とが、エントリ(MACエントリ)として格納される。   By realizing server virtualization in the data center, a virtual machine can freely move between physical servers. Further, by performing live migration, maintenance work and the like can be executed without stopping the system. In order to realize free movement of a virtual machine such as live migration, it is necessary that the source server and the destination server exist on the same L2 network. When the network becomes large, the broadcast domain also increases in proportion, and the ToR (Top of Rack) switch that accommodates the physical server needs to learn the MAC addresses of all the nodes connected on the L2 network. Therefore, the MAC address table is enlarged. That is, as shown in FIG. 6, a different MAC address is set for each virtual machine. The ToR switch (hereinafter referred to as “ToR SW” in each figure) forwards the frame to the physical NIC of the physical server (hereinafter referred to as “server” in each figure). Rather than forwarding to each virtual machine. Therefore, as the number of virtual machines on the physical server increases, the MAC address table (hereinafter sometimes referred to as “MAC table” in each figure) becomes larger. In this MAC address table, the transmission source MAC address of the received data and the port number of the received port are stored as entries (MAC entries).

ToRスイッチのMACアドレステーブルが肥大すると、具体的には次の問題が発生する。
(問題1)頻繁なMACアドレステーブルの更新によるCPU負荷の増大
(問題2)ブロードキャストトラフィックの増大
When the MAC address table of the ToR switch is enlarged, specifically, the following problem occurs.
(Problem 1) Increase in CPU load due to frequent MAC address table updates (Problem 2) Increase in broadcast traffic

(問題1)の「頻繁なMACアドレステーブルの更新によるCPU負荷の増大」について説明する。
MACアドレステーブルの更新では、各スイッチがフレームを受信した際に自身のMACアドレステーブルのエントリをすべて検索し、フレームの送信元MACアドレスの有無を確認する必要がある。そのため、頻繁にMACアドレステーブルが更新されると、各スイッチのCPUの負荷が増大する。
(Problem 1) “Increase in CPU load due to frequent MAC address table update” will be described.
In updating the MAC address table, when each switch receives a frame, it is necessary to search all the entries in its own MAC address table and confirm the presence or absence of the source MAC address of the frame. Therefore, when the MAC address table is frequently updated, the load on the CPU of each switch increases.

(問題2)の「ブロードキャストトラフィックの増大」について説明する。
あるスイッチ(ToRスイッチ)配下にある物理サーバ上に仮想マシンが移動する等により、スイッチのMACアドレステーブルが更新されると、その仮想マシンは、L2ブロードキャストドメインにRARP(Reverse Address Resolution Protocol)を送信し、上位スイッチのMACアドレステーブルを更新する。この処理のため、ブロードキャストトラフィックが増大し帯域を圧迫する。
(Problem 2) “Increase in broadcast traffic” will be described.
When a virtual machine is moved to a physical server under a switch (ToR switch) and the MAC address table of the switch is updated, the virtual machine sends RARP (Reverse Address Resolution Protocol) to the L2 broadcast domain. Then, the MAC address table of the upper switch is updated. This process increases broadcast traffic and compresses the bandwidth.

例えば、図7に示すように、物理サーバ「2」上の仮想マシンXが物理サーバ「1」に移動した場合、仮想マシンXがL2ブロードキャストドメインにRARPを送信する。これにより、まず、その仮想マシンXを収容するToRスイッチ「1」がRAPPを受信し、MACアドレステーブルを更新する。そして、そのToRスイッチ「1」は、L2ブロードキャストドメインの上位スイッチ(以下、各図において単に「SW」と記載する。図7では、SW「1」およびSW「2」)にRAPPを送信(転送)してMACアドレステーブルを更新する。続いて、上位スイッチに接続される他のToRスイッチ(図7では、ToRスイッチ「2」およびToRスイッチ「3」)のMACアドレステーブルが更新される。このようなMACアドレステーブルの更新処理が増加すると、それに伴いブロードキャストトラフィックが増大するため帯域を圧迫することになる。   For example, as illustrated in FIG. 7, when the virtual machine X on the physical server “2” moves to the physical server “1”, the virtual machine X transmits RARP to the L2 broadcast domain. Thus, first, the ToR switch “1” that accommodates the virtual machine X receives the RAPP and updates the MAC address table. Then, the ToR switch “1” transmits (transfers) the RAPP to the upper switch of the L2 broadcast domain (hereinafter simply referred to as “SW” in each figure. In FIG. 7, SW “1” and SW “2”). ) To update the MAC address table. Subsequently, the MAC address table of other ToR switches (ToR switch “2” and ToR switch “3” in FIG. 7) connected to the upper switch is updated. When the MAC address table update process increases, the broadcast traffic increases accordingly, and the band is compressed.

上記した問題を解消するための従来の代表的な手法として、以下の2つの手法が挙げられる。
(手法1)高性能スイッチの導入
MACアドレステーブルの容量が大きく、テーブル処理能力が高い高価なスイッチを導入する。
(手法2)SDN(Software Defined Network)コントローラによるOpenFlow制御
仮想マシンが移動した際に、OpenFlowでのフロー制御を実行する(非特許文献1参照)。
The following two methods are listed as typical conventional methods for solving the above problems.
(Method 1) Introduction of high-performance switch An expensive switch having a large MAC address table capacity and high table processing capacity is introduced.
(Method 2) OpenFlow Control by SDN (Software Defined Network) Controller When a virtual machine moves, flow control in OpenFlow is executed (see Non-Patent Document 1).

図8は、仮想マシンが移動した際のOpenFlowによるフロー制御を説明するための図である。
図8に示すように、仮想マシンXがサーバ「2」からサーバ「1」に移動すると(ステップS1)、仮想マシンXは、自身を収容するToRスイッチ「1」宛にフレームを送信する(ステップS2)。なお、この際、仮想マシンXからL2ブロードキャストドメインにRARPは送信しない設定にしておく。ToRスイッチ「1」は、自身のMACアドレステーブルを更新し(ステップS3)、その更新をSDNコントローラに送信する(ステップS4)。ToRスイッチ「1」から送信されるMACアドレステーブルの更新情報は、例えば、「移動MACアドレス:XX」「VLAN ID:1」「移動元ポート番号:a1,a2」「移動先ポート番号:a3」である。
FIG. 8 is a diagram for explaining flow control by OpenFlow when a virtual machine moves.
As shown in FIG. 8, when the virtual machine X moves from the server “2” to the server “1” (step S1), the virtual machine X transmits a frame to the ToR switch “1” that accommodates itself (step S1). S2). At this time, the RARP is not transmitted from the virtual machine X to the L2 broadcast domain. The ToR switch “1” updates its own MAC address table (step S3), and transmits the update to the SDN controller (step S4). Update information of the MAC address table transmitted from the ToR switch “1” includes, for example, “moving MAC address: XX”, “VLAN ID: 1”, “movement source port numbers: a1, a2”, “movement destination port number: a3”. It is.

MACアドレステーブルの更新情報を受信したSDNコントローラは、各上位スイッチに対してフロールールを設定して送信する(ステップS5)。例えば、上位スイッチ「1」に対しては、フロールールとして「Match(条件):フローの宛先MAC=XX」「Action:(宛先MAC=XXのフレームの)出力ポートをToRスイッチ「1」と接続するポート:A1に指定」が送信される。また、上位スイッチ「2」に対しては、フロールールとして「Match(条件):フローの宛先MAC=XX」「Action:(宛先MAC=XXのフレームの)出力ポートをToRスイッチ「1」と接続するポート:B1に指定」が送信される。
このようにすることにより、各スイッチにおいてMACアドレステーブルが更新されるまでの間のフローが適切に制御される。
The SDN controller that has received the MAC address table update information sets and transmits a flow rule to each upper switch (step S5). For example, for the upper switch “1”, the flow rule is “Match (condition): destination MAC = XX of flow” “Action: (output frame of destination MAC = XX)” is connected to the ToR switch “1”. Port: designated to A1 "is transmitted. For the upper switch “2”, the flow rule “Match (condition): flow destination MAC = XX” and “Action: output port (for frame of destination MAC = XX)” is connected to the ToR switch “1”. Port: designated to B1 "is transmitted.
By doing so, the flow until the MAC address table is updated in each switch is appropriately controlled.

「OpenFlow」、一般社団法人日本ネットワークインフォメーションセンタ、ニュースレターNo.52、2012年11月、[online]、[平成27年11月27日検索]、インターネット<URL: https://www.nic.ad.jp/ja/newsletter/No52/0800.html>"OpenFlow", Japan Network Information Center, Newsletter No.52, November 2012, [online], [Search on November 27, 2015], Internet <URL: https: //www.nic. ad.jp/en/newsletter/No52/0800.html>

しかしながら、上記した問題を解消するための従来の(手法1)では、スイッチが高価なため導入コストが増大してしまう。(手法2)では、ネットワークを構成するスイッチがOpenFlow対応のスイッチ(OpenFlowスイッチ)であり、SDNコントローラがOpenFlow対応のコントローラ(OpenFlowコントローラ)であることが必須条件となる。また、OpenFlowではフロー制御は可能となるが、MACアドレステーブルの直接の更新をすることはできない。そのため、自律的なMACアドレステーブル更新により仮想マシンの移動に追随する場合には、従来通りのMACアドレステーブルの更新が必要となり根本的な問題の解消とはならない。   However, in the conventional (method 1) for solving the above-described problem, the introduction cost increases because the switch is expensive. In (Method 2), it is essential that the switch configuring the network is an OpenFlow compatible switch (OpenFlow switch) and the SDN controller is an OpenFlow compatible controller (OpenFlow controller). OpenFlow allows flow control, but cannot directly update the MAC address table. Therefore, in the case of following the movement of the virtual machine by autonomously updating the MAC address table, it is necessary to update the MAC address table as before, and the fundamental problem is not solved.

このような背景を鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、各スイッチのMACアドレステーブル更新に際して、CPUの負荷増大とブロードキャストトラフィックの増大を抑制する、MACアドレステーブル更新システムおよびMACアドレステーブル更新方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such a background, and the present invention provides a MAC address table update system and a MAC address table that suppress an increase in CPU load and broadcast traffic when updating the MAC address table of each switch. It is an object to provide an update method.

前記した課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、物理サーバ上の1つ以上の仮想マシンと直接接続されることにより前記仮想マシンを収容する第1のスイッチと、1つ以上の前記第1のスイッチと接続されてフレームを転送する第2のスイッチと、L2(Layer 2)ドメイン内の1つ以上の前記第1のスイッチおよび1つ以上の前記第2のスイッチのそれぞれと接続されるSDN(Software Defined Network)コントローラと、を備えるMACアドレステーブル更新システムであって、前記第1のスイッチが、新たに収容する仮想マシンからフレームを受信すると、当該仮想マシンのMACアドレスを用いて、自身のMACアドレステーブルを更新するMACテーブル更新部と、前記MACアドレステーブルの更新を、前記SDNコントローラにMACアドレステーブル更新通知として送信するMACテーブル更新通知部と、前記SDNコントローラからMACアドレステーブル参照要求を受信すると、自身のMACアドレステーブルに格納されているMACエントリの情報を返信するMACテーブル情報通知部と、前記SDNコントローラから、MACアドレステーブルの変更情報を受信し、自身のMACアドレステーブルに格納されるMACエントリを新たなMACエントリに変更するMACテーブル変更部と、を備え、前記第2のスイッチが、前記MACテーブル情報通知部と、前記MACテーブル変更部と、を備え、前記SDNコントローラが、受信した前記MACアドレステーブル更新通知に含まれる更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報と、前記L2ドメイン内の前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれの接続関係を示すトポロジ情報とを用いて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれについて、前記更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報に対応する前記新たなMACエントリを作成するMACテーブルエントリ作成部と、前記MACアドレステーブル参照要求を送信することにより、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれのMACアドレステーブルを参照し、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれに、そのMACアドレステーブルに格納される、前記新たなMACエントリと同一のMACアドレスを含むMACエントリの削除指示、および、前記新たなMACエントリの追加指示、を示す前記MACアドレステーブルの変更情報を送信するMACテーブル設定指示部と、を備えることを特徴とするMACアドレステーブル更新システムとした。   In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 includes a first switch that accommodates the virtual machine by being directly connected to one or more virtual machines on a physical server, and one or more A second switch connected to the first switch for transferring a frame, and connected to each of the one or more first switches and the one or more second switches in an L2 (Layer 2) domain A SDN (Software Defined Network) controller, and when the first switch receives a frame from a newly accommodated virtual machine, the MAC address of the virtual machine is used. A MAC table update unit that updates its own MAC address table, and updates the MAC address table to the SDN controller. MAC table update notification unit that transmits as a MAC address table update notification, and MAC table information notification unit that returns MAC entry information stored in its own MAC address table upon receiving a MAC address table reference request from the SDN controller A MAC table changing unit that receives MAC address table change information from the SDN controller and changes a MAC entry stored in its own MAC address table to a new MAC entry, and the second switch Includes the MAC table information notification unit and the MAC table change unit, and the SDN controller receives the updated MAC address and its port information included in the received MAC address table update notification, and the L2 Domei And the topology information indicating the connection relationship between each of the first switch and the second switch, and for each of the first switch and the second switch, the updated MAC address and its port A MAC table entry creation unit that creates the new MAC entry corresponding to the information, and the MAC address table reference request by referring to the MAC address table of each of the first switch and the second switch. A deletion instruction of a MAC entry including the same MAC address as the new MAC entry stored in the MAC address table in each of the first switch and the second switch; and The MAC address table indicating an additional instruction And a MAC table setting instructing unit for transmitting the change information on the MAC address table.

また、請求項2に記載の発明は、物理サーバ上の1つ以上の仮想マシンと直接接続されることにより前記仮想マシンを収容する第1のスイッチと、1つ以上の前記第1のスイッチと接続されてフレームを転送する第2のスイッチと、L2ドメイン内の1つ以上の前記第1のスイッチおよび1つ以上の前記第2のスイッチのそれぞれと接続されるSDNコントローラと、を備えるMACアドレステーブル更新システムのMACアドレス更新方法であって、前記第1のスイッチが、新たに収容する仮想マシンからフレームを受信すると、当該仮想マシンのMACアドレスを用いて、自身のMACアドレステーブルを更新するステップと、前記MACアドレステーブルの更新を、前記SDNコントローラにMACアドレステーブル更新通知として送信するステップと、を実行し、前記SDNコントローラが、受信した前記MACアドレステーブル更新通知に含まれる更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報と、前記L2ドメイン内の前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれの接続関係を示すトポロジ情報とを用いて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれについて、前記更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報に対応する新たなMACエントリを作成するステップと、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれに、前記MACアドレステーブルの参照を要求するMACアドレステーブル参照要求を送信して、前記MACアドレステーブルに格納されているMACエントリの情報を取得するステップと、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれのMACアドレステーブルを参照し、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれに、そのMACアドレステーブルに格納される、前記新たなMACエントリと同一のMACアドレスを含むMACエントリの削除指示、および、前記新たなMACエントリの追加指示、を示すMACアドレステーブルの変更情報を送信するステップと、を実行し、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチが、前記SDNコントローラから、前記MACアドレステーブルの変更情報を受信し、自身のMACアドレステーブルに格納されるMACエントリを前記新たなMACエントリに変更するステップを実行することを特徴とするMACアドレステーブル更新方法とした。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a first switch that accommodates the virtual machine by being directly connected to one or more virtual machines on a physical server, and the one or more first switches. A MAC address comprising: a second switch connected to transfer a frame; and an SDN controller connected to each of the one or more first switches and the one or more second switches in an L2 domain A method of updating a MAC address of a table updating system, wherein when the first switch receives a frame from a newly accommodated virtual machine, the MAC address table of the virtual machine is updated using the MAC address of the virtual machine. The MAC address table update is sent to the SDN controller as a MAC address table update notification. And the SDN controller includes information on the updated MAC address and its port included in the received MAC address table update notification, the first switch in the L2 domain, and the second And creating new MAC entries corresponding to the updated MAC address and the information of the port for each of the first switch and the second switch using topology information indicating the connection relationship of each of the switches. A MAC address table reference request for requesting reference to the MAC address table to each of the first switch and the second switch, and information on the MAC entry stored in the MAC address table Obtaining the first switch And the MAC address table of each of the second switches, and each of the first switch and the second switch includes the same MAC address as the new MAC entry stored in the MAC address table. Transmitting a MAC address table change information indicating an instruction to delete a MAC entry and an instruction to add the new MAC entry, and the first switch and the second switch have the SDN The MAC address table update method is characterized in that the MAC address table change information is received from the controller, and the step of changing the MAC entry stored in its own MAC address table to the new MAC entry is executed. .

このように、本発明のMACアドレステーブル更新システムにおいて、MACアドレステーブルを更新するのは、収容する仮想マシンからフレーム受信した第1のスイッチ(ToRスイッチ)のみとなる。そして、L2ドメイン内の他の第1のスイッチや第2のスイッチ(上位スイッチ)は、SDNコントローラが生成したMACアドレステーブルの変更情報を用いて、MACエントリを変更するだけでよい。
よって、各スイッチ(第1のスイッチおよび第2のスイッチ)は、従来技術のようにMACアドレステーブルの更新を行う必要がないため、CPUの処理負荷の増大を抑制することができる。また、L2ブロードキャストドメインにRARPを送信する必要もないため、ブロードキャストトラフィックの増大を抑制することができる。したがって、システムが大規模化しても、処理能力の高い高価なスイッチを導入する必要をなくし、低廉なスイッチでネットワークを構成することが可能となる。
As described above, in the MAC address table update system of the present invention, the MAC address table is updated only by the first switch (ToR switch) that has received a frame from the accommodated virtual machine. Then, other first switches and second switches (higher switches) in the L2 domain need only change the MAC entry using the change information of the MAC address table generated by the SDN controller.
Therefore, each switch (the first switch and the second switch) does not need to update the MAC address table as in the prior art, and can suppress an increase in the processing load on the CPU. Further, since it is not necessary to transmit RARP to the L2 broadcast domain, it is possible to suppress an increase in broadcast traffic. Therefore, even if the system is scaled up, it is not necessary to introduce an expensive switch with a high processing capacity, and a network can be configured with inexpensive switches.

本発明によれば、各スイッチのMACアドレステーブル更新に際して、CPUの負荷増大とブロードキャストトラフィックの増大を抑制する、MACアドレステーブル更新システムおよびMACアドレステーブル更新方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a MAC address table update system and a MAC address table update method that suppress an increase in CPU load and broadcast traffic when updating the MAC address table of each switch.

本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システムの全体構成と処理の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the whole structure and process of the MAC address table update system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るSDNコントローラの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the SDN controller which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る物理トポロジDBのデータ構成例を示す図である。It is a figure which shows the data structural example of physical topology DB which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るスイッチの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the switch which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システムが実行する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which the MAC address table update system which concerns on this embodiment performs. 従来技術における、MACアドレステーブルが肥大する問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem in which a MAC address table is enlarged in a prior art. 従来技術における、MACアドレステーブルの更新手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the update method of a MAC address table in a prior art. 仮想マシンが移動した際のOpenFlowによるフロー制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow control by OpenFlow when a virtual machine moves.

次に、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)における、MACアドレステーブル更新システム1およびMACアドレステーブル更新方法について説明する。   Next, the MAC address table update system 1 and the MAC address table update method in a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described.

<発明の概要>
まず、MACアドレステーブル更新システム1の全体構成と処理の概要を説明する。
図1は、本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システム1の全体構成と処理の概要を示す図である。
図1に示すように、MACアドレステーブル更新システム1は、仮想マシンが設定される各物理サーバ30に通信接続される複数のToRスイッチ20a(第1のスイッチ)(図1においては、ToR SW「1」,「2」,「3」)と、各ToRスイッチ20aに通信接続される複数の上位スイッチ20A(第2のスイッチ)(図1においては、SW「1」,「2」)と、各ToRスイッチ20aおよび各上位スイッチ20Aに通信接続され、L2ドメインの外部に配置されるSDNコントローラ10と、を含んで構成される。
<Outline of the invention>
First, an overall configuration of the MAC address table update system 1 and an outline of processing will be described.
FIG. 1 is a diagram showing an overview of the overall configuration and processing of the MAC address table update system 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the MAC address table update system 1 includes a plurality of ToR switches 20a (first switches) (communication connected to each physical server 30 in which a virtual machine is set) (in FIG. 1, ToR SW “ 1 ”,“ 2 ”,“ 3 ”) and a plurality of upper switches 20A (second switches) (in FIG. 1, SW“ 1 ”,“ 2 ”) connected to each ToR switch 20a, The SDN controller 10 is connected to each ToR switch 20a and each upper switch 20A and is disposed outside the L2 domain.

ここで、ToRスイッチ20a(第1のスイッチ)および上位スイッチ20A(第2のスイッチ)は、同じL2ドメイン内の同じVLAN(Virtual LAN)に属するL2対応のスイッチであるものとする。なお、ToRスイッチ20aおよび上位スイッチ20Aを区別しない場合は、スイッチ20と記載して説明する。
SDNコントローラ10は、L2ドメインの外部に配置されるSDN対応のコントローラであり、L2ドメイン内のネットワークを外部制御する。このSDNコントローラ10と接続される各スイッチ20(ToRスイッチ20aおよび上位スイッチ20A)もSDN対応のスイッチである。
Here, the ToR switch 20a (first switch) and the upper switch 20A (second switch) are assumed to be L2-compatible switches belonging to the same VLAN (Virtual LAN) in the same L2 domain. In the case where the ToR switch 20a and the upper switch 20A are not distinguished, they will be described as the switch 20.
The SDN controller 10 is an SDN-compatible controller arranged outside the L2 domain, and externally controls the network in the L2 domain. Each switch 20 (ToR switch 20a and upper switch 20A) connected to the SDN controller 10 is also a switch corresponding to SDN.

このMACアドレステーブル更新システム1の処理の概要を説明する。
図1に示すように、仮想マシンXが上位オペレーションシステム等の指示によりサーバ「2」からサーバ「1」に移動する(ステップS10)。
仮想マシンXは、自身が直接接続する(自身を収容する)ToRスイッチ「1」宛にフレームを送信する(ステップS11)。
An outline of processing of the MAC address table update system 1 will be described.
As shown in FIG. 1, the virtual machine X moves from the server “2” to the server “1” according to an instruction from the higher-level operation system or the like (step S10).
The virtual machine X transmits a frame to the ToR switch “1” to which the virtual machine X is directly connected (accommodates itself) (step S11).

続いて、フレームを受信したToRスイッチ「1」は、受信したフレームに基づき、自身のMACアドレステーブル200を更新する(ステップS12)。このとき、仮想マシンXは、従来技術(図7参照)のように、L2ブロードキャストドメインにRARPを送信することにより、各スイッチ20のMACアドレステーブル200を更新する処理を行わず、仮想マシンX自身を収容するToRスイッチ「1」に対して上記フレームを送信することにより、ToRスイッチ「1」のMACアドレステーブル200のみを更新する。
続いて、ToRスイッチ「1」は、自身のMACアドレステーブル200を更新したことを示すMACアドレステーブル更新通知をSDNコントローラ10に送信する(ステップS13)。
Subsequently, the ToR switch “1” that has received the frame updates its own MAC address table 200 based on the received frame (step S12). At this time, the virtual machine X itself does not perform the process of updating the MAC address table 200 of each switch 20 by transmitting RARP to the L2 broadcast domain as in the related art (see FIG. 7), and the virtual machine X itself Only the MAC address table 200 of the ToR switch “1” is updated.
Subsequently, the ToR switch “1” transmits a MAC address table update notification indicating that its own MAC address table 200 has been updated to the SDN controller 10 (step S13).

MACアドレステーブル更新通知を受け取ったSDNコントローラ10は、MACアドレステーブル更新通知を送信してきたToRスイッチ「1」以外のスイッチ20(ToRスイッチ20aおよび上位スイッチ20A)それぞれについてのMACアドレステーブルの変更情報(後記する「新たなMACエントリ」)を作成(ステップS14)し、各スイッチ20に送信する。   Receiving the MAC address table update notification, the SDN controller 10 changes the MAC address table for each of the switches 20 (ToR switch 20a and upper switch 20A) other than the ToR switch “1” that has transmitted the MAC address table update notification ( “New MAC entry” to be described later) is created (step S14) and transmitted to each switch 20.

L2ドメイン内の各スイッチ20は、SDNコントローラ10からMACアドレステーブルの変更情報を受信し、自身のMACアドレステーブル200を書き換える(ステップS15)。   Each switch 20 in the L2 domain receives the MAC address table change information from the SDN controller 10 and rewrites its own MAC address table 200 (step S15).

このようにすることにより、本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システム1およびMACアドレステーブル更新方法によれば、MACアドレステーブル200の更新するのは、移動等してきた仮想マシンXを収容するToRスイッチ「1」のみである。そして、他のスイッチ20は、SDNコントローラ10が生成したMACアドレステーブルの変更情報を用いて、MACエントリを書き換えるだけで済む。よって、従来のように、自身のMACアドレステーブル200のエントリをすべて検索し、送信元MACアドレスの有無を確認するような処理を行う必要がないため、各スイッチ20におけるCPUの処理負荷の増大を抑制することができる。また、移動等してきた仮想マシンXは、従来のように、L2ブロードキャストドメインにRARPを送信しない、よって、仮想マシンXを収容するToRスイッチ「1」は、RARPをL2ブロードキャストドメインに送信(転送)する必要がなく、ブロードキャストトラフィックの増大を抑制することができる。   By doing so, according to the MAC address table update system 1 and the MAC address table update method according to the present embodiment, the MAC address table 200 is updated by the ToR switch that accommodates the virtual machine X that has moved or the like. Only “1”. The other switch 20 only needs to rewrite the MAC entry using the change information of the MAC address table generated by the SDN controller 10. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to search all the entries in its own MAC address table 200 and confirm the presence or absence of the source MAC address, so that the processing load on the CPU in each switch 20 is increased. Can be suppressed. Also, the virtual machine X that has moved or the like does not transmit RARP to the L2 broadcast domain as in the past, and therefore the ToR switch “1” that accommodates the virtual machine X transmits (forwards) RARP to the L2 broadcast domain. It is not necessary to increase the broadcast traffic.

<MACアドレステーブル更新システムの構成>
次に、本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システム1を構成する各装置(SDNコントローラ10およびスイッチ20)について詳細に説明する。まず、SDNコントローラ10について説明する。
<Configuration of MAC address table update system>
Next, each device (SDN controller 10 and switch 20) constituting the MAC address table update system 1 according to the present embodiment will be described in detail. First, the SDN controller 10 will be described.

≪SDNコントローラ≫
本実施形態に係るSDNコントローラ10(図1参照)は、L2ドメイン内のネットワークを外部制御する装置であり、トラヒック量の収集や障害情報の把握等を行い、それらの情報に基づき各装置の設定変更や上位オペレーションシステム等との連携することによりネットワークを管理する。
図2は、本実施形態に係るSDNコントローラ10の構成を示す機能ブロック図である。
このSDNコントローラ10は、移動してきた仮想マシンや新たに設定された仮想マシンを収容するToRスイッチ20aから、MACアドレステーブル更新通知を受け取り、各スイッチ20に対応するMACアドレステーブルの変更情報(新たなMACエントリ)を生成して送信する。これにより、SDNコントローラ10は、各スイッチのMACアドレステーブル200の書き換えを実行する。
≪SDN controller≫
The SDN controller 10 (see FIG. 1) according to the present embodiment is a device that externally controls a network in the L2 domain, collects traffic volume, grasps failure information, and the like, and sets each device based on the information. Manage networks by coordinating with changes and higher-level operation systems.
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the SDN controller 10 according to the present embodiment.
The SDN controller 10 receives the MAC address table update notification from the ToR switch 20a that accommodates the moved virtual machine or the newly set virtual machine, and changes the MAC address table corresponding to each switch 20 (new information) MAC entry) is generated and transmitted. Thereby, the SDN controller 10 rewrites the MAC address table 200 of each switch.

このSDNコントローラ10は、不図示の、制御手段と、通信手段と、記憶手段とを備えるコンピュータである。
通信手段は、各装置(スイッチ20や不図示の上位オペレーションシステム等)との間で通信接続を行うための通信インタフェース等から構成される。
また、記憶手段は、ハードディスクやフラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)等からなり、後記する物理トポロジDB(DataBase)100(図2,図3参照)等が格納される。
The SDN controller 10 is a computer including control means, communication means, and storage means (not shown).
The communication means includes a communication interface and the like for performing communication connection with each device (such as the switch 20 and a higher-level operation system not shown).
The storage means includes a hard disk, a flash memory, a RAM (Random Access Memory), and the like, and stores a physical topology DB (DataBase) 100 (see FIGS. 2 and 3) described later.

制御手段は、SDNコントローラ10全体の制御を司り、図2に示すように、通知受信部11と、通知送信部12と、物理トポロジ管理部13と、指示受信部14と、装置設定部15と、MACテーブルエントリ作成部16と、MACテーブル設定指示部17とを含んで構成される。
なお、SDNコントローラ10が備える機能のうち、本発明について直接関係しない機能(例えば、経路計算部、リソース計算部等)については、記載を省略する。
The control unit controls the entire SDN controller 10, and as shown in FIG. 2, the notification receiving unit 11, the notification transmitting unit 12, the physical topology management unit 13, the instruction receiving unit 14, and the device setting unit 15 The MAC table entry creation unit 16 and the MAC table setting instruction unit 17 are configured.
Of the functions provided in the SDN controller 10, functions that are not directly related to the present invention (for example, a route calculation unit, a resource calculation unit, etc.) are not described.

通知受信部11は、ネットワークを構成する各スイッチ20からの各種通知を受信する。
通知送信部12は、SDNコントローラ10の制御手段が処理した結果や、ネットワークを構成する各スイッチ20に関する情報を不図示の上位オペレーションシステム(図2において「上位システム」と記載する。)等に通知する。
The notification receiving unit 11 receives various notifications from the switches 20 constituting the network.
The notification transmission unit 12 notifies the result of processing by the control means of the SDN controller 10 and information on each switch 20 constituting the network to a higher-level operation system (not shown) (described as “higher-level system” in FIG. 2). To do.

物理トポロジ管理部13は、スイッチ20からの各種通知に基づき、各スイッチ20間の接続関係を示す物理トポロジをデータベース化し、物理トポロジDB100として保持する。   Based on various notifications from the switch 20, the physical topology management unit 13 creates a database of the physical topology indicating the connection relationship between the switches 20 and holds it as a physical topology DB 100.

図3は、本実施形態に係る物理トポロジDB100のデータ構成例を示す図である。
物理トポロジDB100は、ToRスイッチ20aのポートと、それに通信接続される上位スイッチ20Aのポートとが対応付けられる情報である。この物理トポロジDB100には、図3に示すように、ToRスイッチ20aの識別番号101、そのToRスイッチ20aのポートのポート番号102、そのToRスイッチaに対向する上位スイッチ20Aの識別番号103、その上位スイッチ20Aのポートのポート番号104、そのToRスイッチ20aと対向する上位スイッチ20Aの接続状態105が格納される。接続状態105には、接続ありの場合に「1」が格納され、接続なしの場合に「0」が格納される。
例えば、図3の1行目は、ToRスイッチ「1」のポート番号「a1」のポートと、上位スイッチ「2」のポート番号「B1」のポートとが通信接続され、接続状態が「1」(接続あり)であることを示している。
この物理トポロジDB100により、SDNコントローラ10(物理トポロジ管理部13)は、L2ドメイン内の各スイッチ20の接続関係(結線状態)を管理する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a data configuration example of the physical topology DB 100 according to the present embodiment.
The physical topology DB 100 is information in which the port of the ToR switch 20a is associated with the port of the higher-level switch 20A that is communicatively connected thereto. In this physical topology DB 100, as shown in FIG. 3, the identification number 101 of the ToR switch 20a, the port number 102 of the port of the ToR switch 20a, the identification number 103 of the upper switch 20A facing the ToR switch a, the upper The port number 104 of the port of the switch 20A and the connection state 105 of the upper switch 20A facing the ToR switch 20a are stored. In the connection state 105, “1” is stored when there is a connection, and “0” is stored when there is no connection.
For example, the first line in FIG. 3 is a communication connection between the port of the port number “a1” of the ToR switch “1” and the port of the port number “B1” of the upper switch “2”, and the connection state is “1”. (There is a connection).
With this physical topology DB 100, the SDN controller 10 (physical topology management unit 13) manages the connection relationship (connection state) of the switches 20 in the L2 domain.

図2に戻り、指示受信部14は、上位オペレーションシステムからの指示を受信する。
装置設定部15は、上位オペレーションシステムからの指示(設定変更等)に基づき、スイッチ20それぞれに対するコマンドを生成して、その設定変更等の情報を各スイッチ20に送信する。また、装置設定部15は、MACテーブル設定指示部17が指示したスイッチ20ごとのMACアドレステーブルの変更情報(新たなMACエントリ)を、各スイッチ20に送信する。
Returning to FIG. 2, the instruction receiving unit 14 receives an instruction from the higher-level operation system.
The device setting unit 15 generates a command for each switch 20 based on an instruction (setting change or the like) from the higher-level operation system, and transmits information such as the setting change or the like to each switch 20. In addition, the device setting unit 15 transmits the MAC address table change information (new MAC entry) for each switch 20 instructed by the MAC table setting instruction unit 17 to each switch 20.

MACテーブルエントリ作成部16は、MACアドレステーブル200を更新したことを示すMACアドレステーブル更新通知を、通知受信部11を介してToRスイッチ20aから受信し、スイッチ20それぞれに設定する(新たな)MACエントリを作成する。   The MAC table entry creating unit 16 receives a MAC address table update notification indicating that the MAC address table 200 has been updated from the ToR switch 20a via the notification receiving unit 11, and sets (new) MAC to each switch 20 Create an entry.

具体的には、MACテーブルエントリ作成部16は、まず、ToRスイッチ20aから受信したMACアドレステーブル更新通知に含まれる「MACアドレス」「VLAN ID」「追加・移動先ポート」の情報(以下これらの情報を「更新情報」と称する。)を読み取る。
ここで、「MACアドレス」は、ライブマイグレーション等により移動してきた仮想マシンのMACアドレスや、新たに設定された仮想マシンのMACアドレスである。「VLAN ID」は、MACアドレステーブル更新通知を送信してきたToRスイッチ20aが属するVLANのIDである。「追加・移動先ポート」は、ToRスイッチ20aがMACアドレステーブル更新通知を送信してきたポートのポート番号である。
Specifically, the MAC table entry creation unit 16 firstly stores information on “MAC address”, “VLAN ID”, and “addition / destination port” included in the MAC address table update notification received from the ToR switch 20a (hereinafter referred to as these Information is referred to as “update information”).
Here, the “MAC address” is a MAC address of a virtual machine that has been moved by live migration or the like, or a newly set virtual machine MAC address. “VLAN ID” is the ID of the VLAN to which the ToR switch 20a that has transmitted the MAC address table update notification belongs. “Addition / movement destination port” is the port number of the port from which the ToR switch 20a has transmitted the MAC address table update notification.

MACテーブルエントリ作成部16は、次に、物理トポロジ管理部13を介して、物理トポロジDB100のトポロジ情報を取得し、MACアドレステーブル更新通知を送信してきたToRスイッチ20aに結線しているスイッチ20の識別番号の情報とポート番号の情報とを読み取る。これにより、MACテーブルエントリ作成部16は、同一のVLAN内で接続関係にあるスイッチ20の情報(以下、このトポロジの情報を「接続関係情報」と称する。)を取得する。   Next, the MAC table entry creation unit 16 acquires the topology information of the physical topology DB 100 via the physical topology management unit 13, and the switch 20 connected to the ToR switch 20a that has transmitted the MAC address table update notification. The identification number information and the port number information are read. As a result, the MAC table entry creation unit 16 acquires information on the switches 20 that are connected in the same VLAN (hereinafter, this topology information is referred to as “connection relationship information”).

MACテーブルエントリ作成部16は、読み取った更新情報(「MACアドレス」「VLAN ID」「追加・移動先ポート」)と接続関係情報を用いて、L2ドメイン内(かつ同一VLAN)に位置し、MACアドレステーブル更新通知を送信してきたスイッチ20(ToRスイッチ20a)以外のスイッチ20を、設定対象となるスイッチ20として抽出する。そして、MACテーブルエントリ作成部16は、設定対象となるスイッチ20ごとに、MACアドレステーブル変更用のMACエントリを作成する。そして、MACテーブルエントリ作成部16は、設定対象となるスイッチ20毎に作成したMACエントリを、MACテーブル設定指示部17に出力する。   The MAC table entry creation unit 16 is located in the L2 domain (and the same VLAN) using the read update information (“MAC address”, “VLAN ID”, “addition / movement destination port”) and connection relation information. A switch 20 other than the switch 20 (ToR switch 20a) that has transmitted the address table update notification is extracted as a switch 20 to be set. Then, the MAC table entry creation unit 16 creates a MAC entry for changing the MAC address table for each switch 20 to be set. Then, the MAC table entry creation unit 16 outputs the MAC entry created for each switch 20 to be set to the MAC table setting instruction unit 17.

MACテーブル設定指示部17は、MACテーブルエントリ作成部16から取得した、スイッチ20毎のMACエントリを、設定対象となるスイッチ20に対し設定するように、装置設定部15に指示情報を出力する。   The MAC table setting instruction unit 17 outputs instruction information to the device setting unit 15 so as to set the MAC entry for each switch 20 acquired from the MAC table entry creation unit 16 for the switch 20 to be set.

具体的には、MACテーブル設定指示部17は、設定対象となる各スイッチ20に対し、MACアドレステーブル200の参照を要求する、MACアドレステーブル参照要求を送信することにより、各スイッチ20のMACアドレステーブル200を参照する。
そして、MACテーブル設定指示部17は、参照した各MACアドレステーブル200それぞれについて、MACテーブルエントリ作成部16から取得した(新たな)MACエントリと同一のMACアドレスのエントリが存在するか否かを探索する。
Specifically, the MAC table setting instructing unit 17 transmits a MAC address table reference request for requesting reference to the MAC address table 200 to each switch 20 to be set, so that the MAC address of each switch 20 is transmitted. Refer to table 200.
Then, the MAC table setting instruction unit 17 searches for each of the referenced MAC address tables 200 whether there is an entry with the same MAC address as the (new) MAC entry acquired from the MAC table entry creation unit 16. To do.

MACテーブル設定指示部17は、同一のMACアドレスのエントリが存在した場合には、そのMACアドレステーブル200を備えるスイッチ20に対する当該エントリの削除指示を出力するとともに、MACテーブルエントリ作成部16が作成したエントリ(新たなMACエントリ)の追加指示を、MACアドレステーブルの変更情報としてそのスイッチ20に送信するように装置設定部15に出力する。一方、MACテーブル設定指示部17は、同一のMACアドレスのエントリが存在しない場合には、そのMACアドレステーブル200を備えるスイッチ20に対して、MACテーブルエントリ作成部16が作成したエントリ(新たなMACエントリ)の追加指示を、MACアドレステーブルの変更情報として送信するように、装置設定部15に出力する。   When there is an entry with the same MAC address, the MAC table setting instruction unit 17 outputs an instruction to delete the entry to the switch 20 including the MAC address table 200 and the MAC table entry creation unit 16 creates it. An instruction to add an entry (new MAC entry) is output to the device setting unit 15 so as to be transmitted to the switch 20 as change information of the MAC address table. On the other hand, when there is no entry with the same MAC address, the MAC table setting instruction unit 17 creates an entry (new MAC address) created by the MAC table entry creation unit 16 for the switch 20 having the MAC address table 200. An entry) addition instruction is output to the apparatus setting unit 15 so as to be transmitted as change information of the MAC address table.

このようにすることにより、SDNコントローラ10は、各スイッチ20それぞれに適したMACアドレステーブル200の変更情報としての(新たな)MACエントリを作成し、各スイッチ20の送信することができる。   By doing so, the SDN controller 10 can create (new) MAC entries as change information of the MAC address table 200 suitable for the respective switches 20 and transmit the respective switches 20.

≪スイッチ≫
次に、本実施形態に係るスイッチ20について説明する。
本実施形態に係るスイッチ20は、ToRスイッチ20a(第1のスイッチ)や上位スイッチ20A(第2のスイッチ)により構成され(図1参照)、L2ドメイン内のフレームを送受信するSDN対応のスイッチである。
図4は、本実施形態に係るスイッチ20の構成を示す機能ブロック図である。
このスイッチ20は、不図示の、制御手段と、通信手段と、記憶手段とを備えるコンピュータである。
通信手段は、各装置(自身以外の他のスイッチ20や、仮想サーバ、SDNコントローラ10等)との間で通信接続を行うための通信インタフェース等から構成される。
また、記憶手段は、ハードディスクやフラッシュメモリ、RAM等からなり、MACアドレステーブル200等が格納される。
≪Switch≫
Next, the switch 20 according to the present embodiment will be described.
The switch 20 according to the present embodiment is configured by a ToR switch 20a (first switch) and an upper switch 20A (second switch) (see FIG. 1), and is an SDN-compatible switch that transmits and receives a frame in the L2 domain. is there.
FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration of the switch 20 according to the present embodiment.
The switch 20 is a computer including control means, communication means, and storage means (not shown).
The communication means includes a communication interface for establishing communication connection with each device (switch 20 other than itself, virtual server, SDN controller 10 and the like).
The storage means includes a hard disk, flash memory, RAM, and the like, and stores the MAC address table 200 and the like.

制御手段は、スイッチ20全体の制御を司り、図4に示すように、通知受信部21と、通知送信部22と、MACテーブル管理部23と、を含んで構成される。
なお、スイッチ20が備える機能のうち、本発明について直接関係しない機能については記載を省略する。
The control unit controls the entire switch 20 and includes a notification reception unit 21, a notification transmission unit 22, and a MAC table management unit 23 as shown in FIG.
Of the functions provided in the switch 20, descriptions of functions not directly related to the present invention are omitted.

通知受信部21は、自身以外の他のスイッチ20や、仮想サーバ、SDNコントローラ10等からの情報を受信する。
また、通知送信部22は、MACテーブル管理部23等が処理した結果や、外部の装置から受信したフレーム等を、宛先となる装置に出力する。
The notification receiving unit 21 receives information from the switch 20 other than itself, the virtual server, the SDN controller 10, and the like.
In addition, the notification transmission unit 22 outputs a result processed by the MAC table management unit 23 and the like, a frame received from an external device, and the like to a destination device.

MACテーブル管理部23は、MACアドレステーブル200に格納されるMACエントリの追加や更新等に関する処理の全般を司り、図4に示すように、MACテーブル更新部231、MACテーブル更新通知部232、MACテーブル情報通知部233、MACテーブル変更部234を含む。   The MAC table management unit 23 is responsible for overall processing relating to addition and update of MAC entries stored in the MAC address table 200. As shown in FIG. 4, the MAC table update unit 231, MAC table update notification unit 232, MAC A table information notifying unit 233 and a MAC table changing unit 234 are included.

MACテーブル更新部231は、自身が収容する仮想テーブルからのフレームを受信した場合に、そのフレームに付された送信元MACアドレス等の情報に基づき、MACアドレステーブル200を更新する。
具体的には、MACテーブル更新部231は、そのMACアドレステーブル200のMACエントリに、送信元MACアドレスと一致するMACアドレスが登録されていなければ、新たなMACエントリを生成し、MACアドレステーブル200に格納する。また、MACテーブル更新部231は、送信元MACアドレスと一致するMACアドレスのMACエントリにおいて、異なったポート番号の情報が記載されている場合には、そのMACエントリを削除した上で、新たなMACエントリを生成し、MACアドレステーブル200に格納する。
When the MAC table update unit 231 receives a frame from the virtual table contained in itself, the MAC table update unit 231 updates the MAC address table 200 based on information such as a transmission source MAC address attached to the frame.
Specifically, if the MAC address that matches the transmission source MAC address is not registered in the MAC entry of the MAC address table 200, the MAC table update unit 231 generates a new MAC entry, and the MAC address table 200 To store. In addition, in the MAC entry of the MAC address that matches the source MAC address, if the information of the different port number is described, the MAC table update unit 231 deletes the MAC entry and then creates a new MAC An entry is generated and stored in the MAC address table 200.

MACテーブル更新通知部232は、MACテーブル更新部231がMACアドレステーブル200を更新した場合に、MACアドレステーブル更新通知を生成し、SDNコントローラ10に送信する。
このMACアドレステーブル更新通知には、前記したように、MACアドレステーブル200の更新情報(「MACアドレス」「VLAN ID」「追加・移動先ポート」の情報)が含まれる。
When the MAC table update unit 231 updates the MAC address table 200, the MAC table update notification unit 232 generates a MAC address table update notification and transmits the MAC address table update notification to the SDN controller 10.
As described above, this MAC address table update notification includes the update information of the MAC address table 200 (“MAC address”, “VLAN ID”, “addition / destination port” information).

MACテーブル情報通知部233は、SDNコントローラ10からMACアドレステーブル参照要求を受信した場合に、MACアドレステーブル200に格納されているMACエントリの情報を取得し、SDNコントローラ10に送信する。   When receiving a MAC address table reference request from the SDN controller 10, the MAC table information notifying unit 233 acquires information on the MAC entry stored in the MAC address table 200 and transmits it to the SDN controller 10.

また、MACテーブル変更部234は、SDNコントローラ10からMACアドレステーブル200に格納されたMACエントリの削除指示を受信した場合に、そのMACエントリを削除する。
さらに、MACテーブル変更部234は、SDNコントローラ10からMACアドレステーブルの変更情報として、新たなMACエントリを受信した場合には、そのMACエントリをMACアドレステーブル200に格納する。
When the MAC table changing unit 234 receives an instruction to delete the MAC entry stored in the MAC address table 200 from the SDN controller 10, the MAC table changing unit 234 deletes the MAC entry.
Furthermore, when a new MAC entry is received from the SDN controller 10 as MAC address table change information, the MAC table changing unit 234 stores the MAC entry in the MAC address table 200.

なお、このMACテーブル管理部23の各機能のうち、ToRスイッチ20aは、少なくとも、MACテーブル更新部231、MACテーブル更新通知部232、MACテーブル情報通知部233、MACテーブル変更部234を含む。また、上位スイッチ20Aは、少なくとも、MACテーブル情報通知部233、MACテーブル変更部234を含む。   Of the functions of the MAC table management unit 23, the ToR switch 20a includes at least a MAC table update unit 231, a MAC table update notification unit 232, a MAC table information notification unit 233, and a MAC table change unit 234. The upper switch 20A includes at least a MAC table information notifying unit 233 and a MAC table changing unit 234.

このようにすることにより、スイッチ20は、SDNコントローラ10が生成したMACアドレステーブルの変更情報を用いて、MACエントリを書き換えるだけで済む。よって、従来のように、自身のMACアドレステーブル200のエントリをすべて検索し、送信元MACアドレスの有無を確認するような処理を行う必要がないため、各スイッチ20におけるCPUの処理負荷の増大を抑制することができる。また、移動等してきた仮想マシンXを収容するスイッチ20(ToRスイッチ20a)は、従来のように、L2ブロードキャストドメインにRARPを送信(転送)する必要がないため、ブロードキャストトラフィックの増大を抑制することができる。   In this way, the switch 20 only needs to rewrite the MAC entry using the change information of the MAC address table generated by the SDN controller 10. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to search all the entries in its own MAC address table 200 and confirm the presence or absence of the source MAC address, so that the processing load on the CPU in each switch 20 is increased. Can be suppressed. Further, since the switch 20 (ToR switch 20a) that accommodates the virtual machine X that has moved does not need to transmit (transfer) RARP to the L2 broadcast domain as in the prior art, it suppresses an increase in broadcast traffic. Can do.

<処理の流れ>
次に、MACアドレステーブル更新システム1が実行する処理について、図5を参照して説明する。
図5は、本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システム1が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
<Process flow>
Next, processing executed by the MAC address table update system 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing executed by the MAC address table update system 1 according to this embodiment.

まず、仮想マシンが上位オペレーションシステム(不図示)等の指示により他の物理サーバ30上に移動されたり、新たな仮想マシンが物理サーバ30上に設定されたりする(ステップS100)。   First, a virtual machine is moved to another physical server 30 by an instruction from a higher-level operation system (not shown) or a new virtual machine is set on the physical server 30 (step S100).

続いて、移動された仮想マシンまたは新たに設定された仮想マシンが、その仮想マシンを収容するToRスイッチ20aに対して、自身のMACアドレスが付されたフレームを、ユニキャストで送信する(ステップS101)。   Subsequently, the moved virtual machine or the newly set virtual machine transmits a frame with its own MAC address to the ToR switch 20a accommodating the virtual machine by unicast (step S101). ).

フレームを受信したToRスイッチ20a(MACテーブル更新部231)は、フレームに付された送信元のMACアドレスに基づき、自身のMACアドレステーブル200を更新する(ステップS102)。   The ToR switch 20a (MAC table update unit 231) that has received the frame updates its own MAC address table 200 based on the MAC address of the transmission source attached to the frame (step S102).

続いて、仮想マシンからのフレームを受信したToRスイッチ20aのMACテーブル更新通知部232は、MACアドレステーブル更新通知を生成し、SDNコントローラ10に送信する(ステップS103)。   Subsequently, the MAC table update notification unit 232 of the ToR switch 20a that has received the frame from the virtual machine generates a MAC address table update notification and transmits it to the SDN controller 10 (step S103).

次に、MACアドレステーブル更新通知を受信したSDNコントローラ10のMACテーブルエントリ作成部16は、受信したMACアドレステーブル更新通知に含まれる「MACアドレス」「VLAN ID」「追加・移動先ポート」の情報(更新情報)を読み取る(ステップS104)。   Next, the MAC table entry creation unit 16 of the SDN controller 10 that has received the MAC address table update notification includes information on “MAC address”, “VLAN ID”, and “addition / movement destination port” included in the received MAC address table update notification. (Update information) is read (step S104).

そして、MACテーブルエントリ作成部16は、読み取った更新情報と、物理トポロジ管理部13を介して取得した物理トポロジDB100(図3参照)のトポロジ情報とを用いて、設定対象となるスイッチ20を抽出し、その設定対象となるスイッチ20ごとに、MACアドレステーブル変更用の(新たな)MACエントリを作成する(ステップS105)。   Then, the MAC table entry creation unit 16 extracts the switch 20 to be set using the read update information and the topology information of the physical topology DB 100 (see FIG. 3) acquired through the physical topology management unit 13. Then, a (new) MAC entry for changing the MAC address table is created for each switch 20 to be set (step S105).

続いて、SDNコントローラ10のMACテーブル設定指示部17は、設定対象となるスイッチ20に対し、MACアドレステーブル参照要求を送信することにより、各スイッチ20のMACアドレステーブル200のMACエントリを参照する(ステップS106)。   Subsequently, the MAC table setting instruction unit 17 of the SDN controller 10 refers to the MAC entry of the MAC address table 200 of each switch 20 by transmitting a MAC address table reference request to the switch 20 to be set ( Step S106).

次に、MACテーブル設定指示部17は、MACテーブルエントリ作成部16が作成した(新たな)MACエントリごとに、次のステップS107の判定処理を実行する。
ステップS107において、MACテーブル設定指示部17は、作成した(新たな)MACエントリに含まれるMACアドレスと、同一のMACアドレスのエントリが、参照したスイッチ20のMACアドレステーブル200に存在するか否かを判定する。
Next, the MAC table setting instruction unit 17 performs the determination process of the next step S107 for each (new) MAC entry created by the MAC table entry creation unit 16.
In step S107, the MAC table setting instruction unit 17 determines whether or not an entry with the same MAC address as the MAC address included in the created (new) MAC entry exists in the MAC address table 200 of the referenced switch 20. Determine.

ここで、MACテーブル設定指示部17は、同一のMACアドレスのエントリが存在する場合には(ステップS107→Yes)、次のステップS108に進む。一方、MACテーブル設定指示部17は、同一のMACアドレスのエントリが存在しない場合には(ステップS107→No)、次のステップS109に進む。   Here, if there is an entry with the same MAC address (step S107 → Yes), the MAC table setting instruction unit 17 proceeds to the next step S108. On the other hand, if there is no entry with the same MAC address (step S107 → No), the MAC table setting instruction unit 17 proceeds to the next step S109.

ステップS108において、MACテーブル設定指示部17は、参照したスイッチ20における同一のMACアドレスのエントリの削除指示を、そのスイッチ20に送信するとともに、作成した(新たな)MACエントリの追加指示を、MACアドレステーブルの変更情報として、そのスイッチ20に送信する。   In step S108, the MAC table setting instructing unit 17 transmits an instruction to delete the entry of the same MAC address in the referenced switch 20 to the switch 20, and sends an instruction to add the created (new) MAC entry to the MAC 20 It is transmitted to the switch 20 as address table change information.

一方、ステップS109において、MACテーブル設定指示部17は、作成した(新たな)MACエントリの追加指示を、MACアドレステーブルの変更情報として、そのスイッチ20に送信する。   On the other hand, in step S109, the MAC table setting instruction unit 17 transmits the created (new) MAC entry addition instruction to the switch 20 as the MAC address table change information.

続いて、各スイッチ20のMACテーブル変更部234は、SDNコントローラ10から取得した情報を用いて、自身のMACアドレステーブル200を変更し(ステップS110)、MACアドレステーブル200の更新処理を終了する。
具体的には、各スイッチ20のMACテーブル変更部234は、ステップS108の処理が実行された場合には、SDNコントローラ10からの削除指示に基づきMACアドレステーブル200に格納されているMACエントリを削除した上で、MACアドレステーブルの変更情報に基づき新たなMACエントリを追加する。
また、各スイッチ20のMACテーブル変更部234は、ステップS109の処理が実行された場合に、SDNコントローラ10から取得したMACアドレステーブルの変更情報に基づき新たなMACエントリをMACアドレステーブル200に追加する。
Subsequently, the MAC table changing unit 234 of each switch 20 changes its own MAC address table 200 using the information acquired from the SDN controller 10 (step S110), and ends the update process of the MAC address table 200.
Specifically, the MAC table changing unit 234 of each switch 20 deletes the MAC entry stored in the MAC address table 200 based on the deletion instruction from the SDN controller 10 when the process of step S108 is executed. After that, a new MAC entry is added based on the change information of the MAC address table.
The MAC table changing unit 234 of each switch 20 adds a new MAC entry to the MAC address table 200 based on the MAC address table change information acquired from the SDN controller 10 when the process of step S109 is executed. .

以上説明したように、本実施形態に係るMACアドレステーブル更新システム1およびMACアドレステーブル更新方法によれば、MACアドレステーブル200の更新するのは、移動または新たに設定された仮想マシンを収容するスイッチ20(ToRスイッチ20a)のみである。そして、他のスイッチ20は、SDNコントローラ10が生成したMACアドレステーブルの変更情報を用いて、MACエントリを書き換えるだけで済む。これにより、各スイッチ20におけるCPUの処理負荷の増大を抑制することができる。また、移動または新たに設定された仮想マシンを収容するスイッチ20は、従来技術のように、L2ブロードキャストドメインにRARPを送信(転送)する必要がないため、ブロードキャストトラフィックの増大を抑制することができる。よって、ライブマイグレーションが頻繁に行われたり、新たな仮想マシンが大量に設定されたりするようなネットワーク環境においても、処理能力の高い高価なスイッチを導入する必要をなくし、低廉なスイッチ20でネットワークを構成することが可能となる。
また、本発明のSDNコントローラ10およびスイッチ20は、OpenFlowに限定されることなく、SDN対応のコントローラおよびスイッチであれば本発明を実行することが可能となり、汎用性の高いシステムを構築することができる。
As described above, according to the MAC address table update system 1 and the MAC address table update method according to the present embodiment, the MAC address table 200 is updated by a switch that accommodates a virtual machine that has been moved or newly set. 20 (ToR switch 20a) only. The other switch 20 only needs to rewrite the MAC entry using the change information of the MAC address table generated by the SDN controller 10. Thereby, increase of the processing load of CPU in each switch 20 can be suppressed. Further, unlike the conventional technology, the switch 20 that accommodates the virtual machine that has been moved or newly set does not need to transmit (transfer) the RARP to the L2 broadcast domain, and thus can suppress an increase in broadcast traffic. . Therefore, even in a network environment in which live migration is frequently performed or a large number of new virtual machines are set, it is not necessary to introduce an expensive switch with a high processing capacity, and the inexpensive switch 20 can be used to connect the network. It can be configured.
Further, the SDN controller 10 and the switch 20 of the present invention are not limited to OpenFlow, and the present invention can be implemented as long as the controller and the switch are compatible with SDN, and a highly versatile system can be constructed. it can.

1 MACアドレステーブル更新システム
10 SDNコントローラ
11,21 通知受信部
12,22 通知送信部
13 物理トポロジ管理部
14 指示受信部
15 装置設定部
16 MACテーブルエントリ作成部
17 MACテーブル設定指示部
20 スイッチ
20a ToRスイッチ(第1のスイッチ)
20A 上位スイッチ(第2のスイッチ)
23 MACテーブル管理部
30 物理サーバ
100 物理トポロジDB
200 MACアドレステーブル
231 MACテーブル更新部
232 MACテーブル更新通知部
233 MACテーブル情報通知部
234 MACテーブル変更部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MAC address table update system 10 SDN controller 11,21 Notification receiving part 12,22 Notification transmission part 13 Physical topology management part 14 Instruction receiving part 15 Device setting part 16 MAC table entry creation part 17 MAC table setting instruction | indication part 20 Switch 20a ToR Switch (first switch)
20A Upper switch (second switch)
23 MAC table management unit 30 Physical server 100 Physical topology DB
200 MAC address table 231 MAC table update unit 232 MAC table update notification unit 233 MAC table information notification unit 234 MAC table change unit

Claims (2)

物理サーバ上の1つ以上の仮想マシンと直接接続されることにより前記仮想マシンを収容する第1のスイッチと、1つ以上の前記第1のスイッチと接続されてフレームを転送する第2のスイッチと、L2(Layer 2)ドメイン内の1つ以上の前記第1のスイッチおよび1つ以上の前記第2のスイッチのそれぞれと接続されるSDN(Software Defined Network)コントローラと、を備えるMACアドレステーブル更新システムであって、
前記第1のスイッチは、
新たに収容する仮想マシンからフレームを受信すると、当該仮想マシンのMACアドレスを用いて、自身のMACアドレステーブルを更新するMACテーブル更新部と、
前記MACアドレステーブルの更新を、前記SDNコントローラにMACアドレステーブル更新通知として送信するMACテーブル更新通知部と、
前記SDNコントローラからMACアドレステーブル参照要求を受信すると、自身のMACアドレステーブルに格納されているMACエントリの情報を返信するMACテーブル情報通知部と、
前記SDNコントローラから、MACアドレステーブルの変更情報を受信し、自身のMACアドレステーブルに格納されるMACエントリを新たなMACエントリに変更するMACテーブル変更部と、を備え、
前記第2のスイッチは、
前記MACテーブル情報通知部と、前記MACテーブル変更部と、を備え、
前記SDNコントローラは、
受信した前記MACアドレステーブル更新通知に含まれる更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報と、前記L2ドメイン内の前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれの接続関係を示すトポロジ情報とを用いて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれについて、前記更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報に対応する前記新たなMACエントリを作成するMACテーブルエントリ作成部と、
前記MACアドレステーブル参照要求を送信することにより、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれのMACアドレステーブルを参照し、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれに、そのMACアドレステーブルに格納される、前記新たなMACエントリと同一のMACアドレスを含むMACエントリの削除指示、および、前記新たなMACエントリの追加指示、を示す前記MACアドレステーブルの変更情報を送信するMACテーブル設定指示部と、を備えること
を特徴とするMACアドレステーブル更新システム。
A first switch that accommodates the virtual machine by being directly connected to one or more virtual machines on a physical server, and a second switch that is connected to the one or more first switches to transfer a frame And an SDN (Software Defined Network) controller connected to each of the one or more first switches and the one or more second switches in an L2 (Layer 2) domain. A system,
The first switch is
When receiving a frame from a newly accommodated virtual machine, a MAC table update unit that updates its own MAC address table using the MAC address of the virtual machine;
A MAC table update notification unit for transmitting the MAC address table update to the SDN controller as a MAC address table update notification;
Upon receiving a MAC address table reference request from the SDN controller, a MAC table information notifying unit that returns information on the MAC entry stored in its own MAC address table;
A MAC table changing unit that receives MAC address table change information from the SDN controller and changes a MAC entry stored in its own MAC address table to a new MAC entry;
The second switch is
The MAC table information notifying unit, and the MAC table changing unit,
The SDN controller is
Using the updated MAC address and its port information included in the received MAC address table update notification, and topology information indicating the connection relationship between the first switch and the second switch in the L2 domain A MAC table entry creation unit for creating the new MAC entry corresponding to the updated MAC address and information of the port for each of the first switch and the second switch;
By transmitting the MAC address table reference request, the MAC address table of each of the first switch and the second switch is referred to, and the MAC address table is transmitted to each of the first switch and the second switch. MAC table setting instruction for transmitting change information of the MAC address table indicating an instruction to delete a MAC entry including the same MAC address as the new MAC entry and an instruction to add the new MAC entry A MAC address table update system.
物理サーバ上の1つ以上の仮想マシンと直接接続されることにより前記仮想マシンを収容する第1のスイッチと、1つ以上の前記第1のスイッチと接続されてフレームを転送する第2のスイッチと、L2ドメイン内の1つ以上の前記第1のスイッチおよび1つ以上の前記第2のスイッチのそれぞれと接続されるSDNコントローラと、を備えるMACアドレステーブル更新システムのMACアドレス更新方法であって、
前記第1のスイッチは、
新たに収容する仮想マシンからフレームを受信すると、当該仮想マシンのMACアドレスを用いて、自身のMACアドレステーブルを更新するステップと、
前記MACアドレステーブルの更新を、前記SDNコントローラにMACアドレステーブル更新通知として送信するステップと、を実行し、
前記SDNコントローラは、
受信した前記MACアドレステーブル更新通知に含まれる更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報と、前記L2ドメイン内の前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれの接続関係を示すトポロジ情報とを用いて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれについて、前記更新されたMACアドレスおよびそのポートの情報に対応する新たなMACエントリを作成するステップと、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれに、前記MACアドレステーブルの参照を要求するMACアドレステーブル参照要求を送信して、前記MACアドレステーブルに格納されているMACエントリの情報を取得するステップと、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれのMACアドレステーブルを参照し、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチそれぞれに、そのMACアドレステーブルに格納される、前記新たなMACエントリと同一のMACアドレスを含むMACエントリの削除指示、および、前記新たなMACエントリの追加指示、を示すMACアドレステーブルの変更情報を送信するステップと、を実行し、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、
前記SDNコントローラから、前記MACアドレステーブルの変更情報を受信し、自身のMACアドレステーブルに格納されるMACエントリを前記新たなMACエントリに変更するステップを実行すること
を特徴とするMACアドレステーブル更新方法。
A first switch that accommodates the virtual machine by being directly connected to one or more virtual machines on a physical server, and a second switch that is connected to the one or more first switches to transfer a frame And an SDN controller connected to each of the one or more first switches and the one or more second switches in an L2 domain, and a MAC address updating method of a MAC address table updating system comprising: ,
The first switch is
When receiving a frame from a newly accommodated virtual machine, using the MAC address of the virtual machine, updating its own MAC address table;
Transmitting the update of the MAC address table to the SDN controller as a MAC address table update notification, and
The SDN controller is
Using the updated MAC address and its port information included in the received MAC address table update notification, and topology information indicating the connection relationship between the first switch and the second switch in the L2 domain Creating a new MAC entry corresponding to the updated MAC address and information of the port for each of the first switch and the second switch;
Transmitting a MAC address table reference request for requesting reference to the MAC address table to each of the first switch and the second switch, and acquiring information on a MAC entry stored in the MAC address table; When,
Referring to the MAC address tables of the first switch and the second switch, respectively, the same as the new MAC entry stored in the MAC address table in each of the first switch and the second switch Transmitting a MAC address table change information indicating an instruction to delete a MAC entry including the MAC address and an instruction to add the new MAC entry, and
The first switch and the second switch are:
The MAC address table update method, comprising: receiving change information of the MAC address table from the SDN controller, and changing a MAC entry stored in its own MAC address table to the new MAC entry. .
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