JP2019149642A - ネットワークシステム、トポロジ管理方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図12に示すように、物理網(インフラ網)1は、ノード2と、それぞれノード2間を接続するリンク3とを備える。物理網1は、例えば、各ノード2が光ファイバで接続されているWDMネットワークである。
物理網1上には、仮想網11−1、仮想網11−2、仮想網11−3が構成されている。仮想網11−1、仮想網11−2、仮想網11−3は、WDM(Wavelength Division Multiplexing)やTDM(Time Division Multiplexing)などのレイヤ1技術、Ethernet(登録商標)などのレイヤ2技術、および、パケット交換などのレイヤ3技術を組み合わせてネットワーク仮想化を行い、物理網1の物理リソースを仮想的に分割したのちに組み合わせられる。
加えて、リソース最適化やオートヒーリング等、オペレータを介さないネットワーク(以下、適宜「NW」という)構成の変化が行われることがある。
絶えずトポロジが変化するため、リアルタイムでのトポロジ把握が困難になる。
また、オートヒーリング等によって、障害発生前と後でNWトポロジが変化する可能性があるため、障害の原因箇所の特定(以下、適宜「切り分け」という)が困難となる。
図13の符号cに示すように、例えば、障害発生をトリガとして自動制御により、仮想網11−3のノード12(ノード「#4」)を、仮想網11−3のノード12(ノード「#5」)に移設する。これに伴い、仮想網11−3のノード12(ノード「#4」)に接続されていた、IAサーバ23−1のアプリケーション(APL「#1」)は仮想網11−3のノード12(ノード「#5」)に接続される。
また、図13の符号eおよび物理レイヤの破線矢印と丸印fに示すように、物理構成も変化する。
上述したように、絶えずトポロジが変化するため、リアルタイムでのトポロジ把握が困難になる。
(既存技術)
既存のNWトポロジ把握手法について説明する。
過去のトポロジを参照する手法の一つに、各装置や管理システムのログから、トポロジの再構成を行う方法がある。
図14は、既存のNWトポロジ把握手法を説明する図である。図12と同一構成部分には、同一符号を付している。
図14の矢印hに示すように、オペレータ60が、各装置のコンフィグ設定(図14の矢印g)や管理システム(オーケストレータ70)のログ71(図14の矢印h)を入手し、上記コンフィグ設定やログから、トポロジの再構成を行う方法がある。
しかしながら、キャリア網の物理装置(物理網1のノード2)や管理システムのログなどから、膨大な数の仮想化NWを再構成する(論理リソース同士の接続関係をみる)場合、計算量が膨大になる。
図15は、仮想化NWの動的変化への追従の課題を説明するイメージ図である。図15中、ユーザA,B,C、仮想化NW#1およびVNFは、図12の仮想化NW構成を簡略化して、符号αで示したものである。図15は、この仮想化NW構成αが、横軸の時間軸に従って変化していることを示し、各時刻t=0,t=0.5,t=1,t=0,t=1.4,t=2…において、図14のオペレータ60が参照するデータベースに保存される過去の仮想化NW構成のイメージを示している。
図1は、本発明の実施形態に係るネットワークシステムを示す構成図である。本実施形態のネットワークシステムは、物理網1および仮想網11から構成される仮想化NWに適用される。
図1に示すように、ネットワークシステムは、物理網1上に形成された仮想網11と、時系列管理装置100(後記)と、データベース(DB)200(後記)を有する記憶部130(図2参照)と、仮想網11の環境変化に対して設定制御を行うオーケストレータ300(後記)と、を備える。
時系列管理装置100は、オペレーション業務に用いるオペレーションシステムにより実現される。
オーケストレータ300は、仮想NWの設定制御を行う統合管理ソフトウェアである。 オペレータ80は、仮想NWの切り分けを行うオペレータであり、各レイヤの管理(監視や故障切り分けなど)を時系列管理装置100およびグラフDB220を用いて実行する。
なお、オペレータ80は、物理IPレイヤのオペレータ60(図14参照)や、仮想NWのオペレータ50(図14参照)とは異なるオペレータである。また、グラフDB220は、図14のオペレータ60が参照するデータベース(図15(b)のDB)とは異なるデータベースである。
物理網1上には、WDMやTDMなどのレイヤ1技術、Ethernet(登録商標)などのレイヤ2技術、および、パケット交換などのレイヤ3技術を組み合わせてネットワーク仮想化を行い、物理網1の物理リソースを仮想的に分割したのちに組み合わせた仮想網11−1、仮想網11−2、仮想網11−3が構成されている。
図2に示すように、時系列管理装置100は、リレーショナルDB210のコンフィグ情報210Aを参照するトポロジ参照部110と、グラフDB220のトポロジ情報220Aを管理するトポロジ情報管理部120と、を備える。
トポロジ参照部110は、表示部111(出力部)と、時系列データ選択部112と、トポロジ計算部113と、を備える。
トポロジ参照部110は、オーケストレータ300からのトポロジ情報220Aの参照要求を受付け、記憶部130のグラフDB220に記憶されたトポロジ情報に、参照したい期間のデータがある場合には、該当期間のトポロジ情報を参照・出力する。
表示部111は、トポロジ参照部110が参照したトポロジ情報220AA、またはトポロジ計算部113が計算したトポロジを表示する。
時系列データ選択部112は、トポロジ情報の参照要求を受付け、記憶部130のグラフDB220に記憶されたトポロジ情報に、参照したい期間の時系列データ(参照したい時間でのトポロジ情報220A)を選択する。
トポロジ計算部113は、参照したい期間のデータがない場合(指定した時間のトポロジ情報がない場合)には、記憶部130のグラフDB220に記憶されたコンフィグ情報210Aをもとに、トポロジを計算する。
トポロジ情報管理部120は、取得した設定情報をもとに、記憶部130のグラフDB220に記憶されたトポロジ情報220Aを更新する。
トポロジ情報管理部120は、参照する確率が低いトポロジ情報220A、および/または、所定以上過去のトポロジ情報220Aは、グラフDB220から破棄する。
設定情報取得部121は、オーケストレータ300からの変更通知を契機(トリガ)として、オーケストレータ300の設定部310から仮想網11の設定情報(一般的なオーケストレータが持つ設定系の機能(設定情報))を取得する。
変更通知取得部122は、新たに追加する変更通知機能(オーケストレータ300からの変更通知)を取得する。
記憶部130は、データベース200を有する。データベース200は、コンフィグ情報210Aを格納するリレーショナルDB210(図3参照)と、トポロジ情報220Aを格納するグラフDB220(図4および図5参照)とを備える。
記憶部130は、物理網1の各装置のコンフィグ情報210AをリレーショナルDB210に記憶する。
記憶部130は、仮想網11の論理リソース間の端点情報およびその接続情報と、物理網1の物理リソース間の端点情報およびその接続情報と、論理リソースと物理リソースの対応情報と、からなるトポロジ情報220Aを時系列でグラフDB220に記憶する。
なお、記憶部130は、どのような記憶媒体や記憶手段であってもよく、時系列管理装置100の内部または外部のいずれに設置されていてもよい。上記外部に設置する場合、ネットワークを介して他の装置に設置されてもよい。
オーケストレータ300は、仮想NWの設定制御を行う統合管理ソフトウェアである。オーケストレータ300は、一般的なオーケストレータ(例えば、図14の仮想NWのオペレータ50)が持つ設定系の機能である設定部310と、新たに追加する変更通知機能である変更通知部320と、を有する。
設定情報330は、NWに対する設定変更を行う際のオーダの情報である。設定情報330をもとに、各装置のコンフィグ情報等が書き換えられる。
まず、リレーショナルDB210に格納されるコンフィグ情報210Aについて述べる。
図3は、リレーショナルDB210に格納されるコンフィグ情報210Aの例を説明する図である。
リレーショナルDB210は、図3の符号z1に示す各装置のコンフィグ情報210Aを格納する。コンフィグ情報210Aは、例えば
装置名: xxx
NIC1:IP Address:
yyy.yyy.yyy.yyy
NIC2:
IP Address:
zzz.zzz.zzz.zzz
etc...
である。
図3の符号z2に示すように、管理しておく過去のコンフィグ情報210Aは、各装置のもつコンフィグの中で、接続関係に関係する部分を抽出したデータである。これらは装置ごとの個別データであり、格納するデータベースは、リレーショナルデータベースなどの利用を想定する。
なお、トポロジ情報220Aは、下記グラフDB220を用いる。
グラフDB220は、NWに関する管理情報を管理(データ作成、データ読み出し、データ更新、データ削除)する。
グラフDB220は、トポロジ情報220A(図4で後記)を管理する。
グラフDB220は、トポロジ情報の管理(データ作成、データ読み出し、データ更新、データ削除)を行うためのデータベースである。本実施形態では、グラフ型のデータベースを用いているが、他の形式のデータベースも可能である。各データベースについて、比較する。
・キー・バリュー型
Key : Valueを単位としてデータを格納する。読み取りの負荷が大きいシステム(APL (Application)など)、例えばゲーム、動画共有などの用途に適している。
・カラム指向型
カラム(列)単位でデータを処理する。収集、分析系システムなどの用途に適している。
ノード、属性、関係性を単位にデータを格納する。ネットワーク状のデータを格納する場合に適している。例えばSNS(Social Networking Service)のユーザ同士のつながり、関係性がある管理システムである。グラフ型は、トポロジ情報の管理に向いていると考えられるので、本実施形態では、グラフ型のデータベースを用いている。
・ドキュメント指向型
JSON(JavaScript Object Notation)やXML(Extensible Markup Language)など、構造を持ったドキュメントを単位としてデータを格納する。ログ分析、Webシステムなどの用途に適している。
次に、グラフDB220が管理するトポロジ情報220Aについて述べる。
図4は、グラフDB220が管理するトポロジ情報220Aの例を説明する図である。
管理とは、データ作成、データ読み出し、データ更新、およびデータ削除をいう。
トポロジ情報として取得するデータは、各リソースの接続情報であり、例えば、下記(1)−(3)である。
(1)論理リソース間の端点情報(図4の細白丸,符号o参照)およびその接続情報(図4の太実線,符号p参照)
論理リソース間の端点は、例えば論理ポート、仮想NIC(Network Interface Card)である。
物理リソース間の端点は、例えば物理ポート、物理NICである。また、物理装置とその接続では、例えば、IPレイヤと伝送レイヤのようにレイヤが分かれる可能性がある。
論理/物理リソースの対応情報は、具体的には物理NW/装置と仮想NW/装置の対応関係である。対応付けの例として、論理リソースのIDと物理装置名との対応付けが挙げられる。
図5(a)に示すネットワークでは、図5(b)に示すように、仮想網11と物理網1のノード(LogicalDevice#1,LogicalDevice#3,…/Physical Device #1,Physical Device #3,…)、属性(論物対応)、関係性(Runs,Connects)を単位に、トポロジ情報として格納される。
例えば、仮想網11のLogicalDevice#1は、エッジルータ22を介してエンドユーザ21に接続されるが、図5(b)に示すようにLogicalDevice#1が、Userに対し矢印に示すユーザ収容で示される。LogicalDevice#1は、VMで実行(Runs)され、このVMは論理物理対応(論物対応)でPhysical Device #1で構築される。また、LogicalDevice#1は、仮想網上でLogicalDevice#3と相互接続され、LogicalDevice#3は、VMで実行(Runs)され、このVMは論物対応でPhysical Device #3で構築される。
図5(a)に示す仮想網11を通してIAサーバ23上のアプリケーションサービスへの接続は、図5(b)に示すようにVNF #1が、VNF_VM#1で実行(Runs)され、このVNF #1にPhysical Server #1で構築される。
[制御シーケンス]
図6および図7は、ネットワークシステムのトポロジ管理方法を示すシーケンス図である。
図6および図7おいて、仮想NW_Aは、図1の仮想網11−1、仮想NW_Bは、図1の仮想網11−2、物理NW1は、図1の物理網1であるとする。また、オペレータ80は、仮想NWの切り分けを行うオペレータである。
仮想NW_Aで障害が発生した場合(図6の符号t参照)、オーケストレータ300の設定部310に障害発生が通知される(ステップS1)。オーケストレータ300の設定部310は、障害が発生した仮想NW_Aの設定変更を行う(設定変更情報を送信する)とともに(ステップS2)、物理NWに対しても物理NW_Aの設定変更を行う(設定変更情報を送信する)(ステップS3)。以上は、一般的なオーケストレータ(例えば図14のオーケストレータ70)が持つ設定系の機能である。
設定情報取得部121は、オーケストレータ300からの変更通知を契機(トリガ)として、オーケストレータ300の設定部310から仮想NW_A11−1の設定情報(一般的なオーケストレータが持つ設定系の機能(設定情報))を取得する(ステップS5)。
物理NW1は、オーケストレータ300の設定部310により設定変更が通知され、設定変更が完了すると、リレーショナルDB210にコンフィグ情報を送信し(ステップS7)、リレーショナルDB210は、送信されたコンフィグ情報を格納してコンフィグ情報210Aを更新する。
一方、ユーザは、上記とは非同期のシーケンスで、仮想NWの切り分けを行うオペレータ80に対して申告を行う(ステップS8)。オペレータ80は、申告に従って時系列管理装置100の時系列データ選択部112に対しデータ参照を行う(ステップS9)。
時系列データ選択部112は、トポロジ情報の参照要求を受付け、記憶部130のグラフDB220に記憶されたトポロジ情報に、参照したい期間の時系列データ(参照したい時間でのトポロジ情報220A)を選択する(ステップS10)。グラフDB220は、選択されたトポロジ情報220Aを時系列管理装置100の表示部111に送信し(ステップS11)、表示部111は、グラフDB220から送信されたトポロジ情報220Aを表示する(ステップS12)。
オペレータ80は、表示部111に表示されたトポロジ情報220Aをもとに、ユーザに申告に対する回答を行う(ステップS13)。
仮想NW_Bで障害が発生した場合(図7の符号u参照)、オーケストレータ300の設定部310に障害発生が通知される(ステップS14)。オーケストレータ300の設定部310は、障害が発生した仮想NW_Bの設定変更を行うとともに(ステップS15)、物理NWに対しても物理NW_Bの設定変更を行う(ステップS16)。
設定情報取得部121は、オーケストレータ300からの変更通知を契機(トリガ)として、オーケストレータ300の設定部310から仮想NW_B11−2の設定情報を取得する(ステップS18)。
物理NW1は、オーケストレータ300の設定部310により設定変更が通知され、設定変更が完了すると、リレーショナルDB210にコンフィグ情報を送信し(ステップS20)、リレーショナルDB210は、送信されたコンフィグ情報を格納してコンフィグ情報210Aを更新する。
一方、ユーザは、上記とは非同期のシーケンスで、オペレータ80に対して申告を行う(ステップS21)。オペレータ80は、申告に従って時系列管理装置100の時系列データ選択部112に対しデータ参照を行う(ステップS22)。
時系列データ選択部112は、トポロジ情報の参照要求を受付け、記憶部130のグラフDB220に記憶されたトポロジ情報に、参照したい期間の時系列データ(参照したい時間でのトポロジ情報220A)を選択する(ステップS23)。
この場合、グラフDB220のトポロジ情報220Aには、指定した時間のトポロジ情報がないとする。グラフDB220は、該当するデータがない旨を時系列データ選択部112に送信する(ステップS24)。
トポロジ計算部113は、参照したい期間のデータがない場合(指定した時間のトポロジ情報がない場合)には、記憶部130のリレーショナルDB210に記憶されたコンフィグ情報210Aをもとに、トポロジを計算する(ステップS27)。
オペレータ80は、トポロジ計算部113により計算されたトポロジをもとに、ユーザに申告に対する回答を行う(ステップS30)。
図8は、ネットワークシステムの時系列データ取得およびデータ参照を示すフローチャートである。本フローは、主として時系列管理装置100を構成する制御部(CPU)により実行される。
ステップS101で時系列管理装置100は、NWが定常状態にあることを確認する。具体的には、時系列管理装置100の変更通知取得部122が、オーケストレータ300から設定変更通知を受信しない場合、NWが定常状態にあると判定する。
ステップS102で時系列管理装置100は、障害発生を確認する。具体的には、時系列管理装置100の変更通知取得部122が、オーケストレータ300から送信された設定変更通知を受信した場合、当該設定変更通知の内容から障害発生を判定する。
ステップS103で変更通知取得部122は、トポロジ変更通知があるか否かを判別する。トポロジ変更通知がない場合(ステップS103:No)、ステップS101に戻る。
トポロジ変更通知がある場合(ステップS103:Yes)、ステップS104で設定情報取得部121は、変更通知を契機(トリガ)として、オーケストレータ300の設定部310から仮想網11の設定情報を取得しグラフDB220のトポロジ情報220Aに格納してステップS101に戻る。
ユーザ申告がある場合(ステップS105:Yes)、ステップS106で時系列データ選択部112は、グラフDB220のトポロジ情報220Aを参照する。
該当時間の時系列データがない場合(ステップS107:No)、ステップS109でトポロジ計算部113は、リレーショナルDB210のコンフィグ情報210Aを参照する。ステップS110でトポロジ計算部113は、指定した時間のトポロジ情報がない場合に、リレーショナルDB210のコンフィグ情報210Aからトポロジを計算(トポロジの再計算)してステップS111に進む。
ステップS112でオペレータ80は、トポロジ情報220Aをもとに、ユーザに申告に対する回答を行って本フローの処理を終了する。
次に、トポロジ情報220Aを用いたオペレーションについて説明する。
図9は、トポロジ情報220Aを用いたオペレーションを説明する図である。
時系列管理装置100およびグラフDB220を備えるネットワークシステムは、ユーザ申告時の切り分け業務に適用できる。
図9に示すように、ユーザからの申告は、フロントでの電話対応となる。フロントとオペレータ80は、連携している。オペレータ80は、ユーザからの申告内容に合わせて、仮想NWの切り分け業務を行う。オペレータ80は、時系列管理装置100およびグラフDB220を用いて、過去のトポロジを参照し、障害原因の特定を行う。この際、オペレータ80には、迅速な切り分けが求められる。なお、障害原因の特定については、図6〜図8で述べた。
次に、ネットワーク構成変更の頻度について説明する。
図10は、ネットワーク構成変更の頻度を説明する図である。
仮想網11では、オートヒーリング等の自動的な措置(図10の符号vの「自動制御」参照)や、物理網1のノード2(図10の符号wの「♯4のメンテナンス」参照)によるリソースのアロケーション(図10の符号xの「リソース再配置」参照)などが発生しうる。仮想網11での変更の頻度は、既存網よりも上がると想定される。ネットワークの仮想化と、論理/物理の分離により、単純に考えても変化対象は増加する。
したがって、1日1回のネットワーク構成変更の頻度では、追従が困難と想定される。そこで、数十分〜1時間程度の変更頻度を想定する。
次に、ネットワーク構成変更点のデータ更新について説明する。
図11は、ネットワーク構成変更点のデータ更新を説明する図である。
図11に示すように、オーケストレータ300は、設定部310(図2参照)が、仮想NWに対して設定情報330を送信して仮想NWの設定変更を実行する。この場合、オーケストレータ300の変更通知部320(図2参照)は、時系列管理装置100の変更通知取得部122に設定変更を通知する。
時系列管理装置100は、この変更通知に合わせて設定情報からトポロジ情報220Aを取得する。このため、時系列管理装置100は、変更点がある部分のみグラフDB220のデータを更新する。時系列管理装置100は、毎回、NW全体の情報は取得しない。
例えば、グラフDB220のトポロジ情報220Aは、20XX/MM/DD/Time1の更新タイミングでデータ更新され、次に20XX/MM/DD/Time2の更新タイミングでデータ更新される。このように、時系列管理装置100は、変更点がある部分のみ、その更新タイミングでグラフDB220のデータを更新する。
本実施形態では、現在から過去のトポロジ情報を持つことで、リアルタイムでのトポロジ把握が可能になる。障害発生前と後でNWトポロジが変化する可能性に対処でき、障害の原因箇所の特定を迅速に行うことができる。
本実施形態では、過去から現在までのトポロジ情報を持つことで、膨大な数の仮想化NWを再構成する必要がなくなるので、計算量を格段に減らすことができ、障害の原因箇所の特定を迅速に行うことができる。
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
2,12 ノード
3 リンク
11 仮想網
21 エンドユーザ
22 エッジルータ
80 オペレータ
100 時系列管理装置
110 トポロジ参照部
120 トポロジ情報管理部
111 表示部(出力部)
112 時系列データ選択部
113 トポロジ計算部
121 設定情報取得部
122 変更通知取得部
130 記憶部
200 データベース
210 リレーショナルDB
210A コンフィグ情報
220 グラフDB
220A トポロジ情報
300 オーケストレータ
310 設定部
320 変更通知部
Claims (7)
- 物理網上に形成された仮想網と、仮想網の環境変化に対して設定制御を行うオーケストレータと、を備えるネットワークシステムであって、
前記仮想網の論理リソース間の端点情報およびその接続情報と、前記物理網の物理リソース間の端点情報およびその接続情報と、前記論理リソースと前記物理リソースの対応情報と、からなるトポロジ情報を時系列でデータベースに記憶する記憶部と、
前記オーケストレータからの変更通知を契機として、前記オーケストレータから前記仮想網の設定情報を取得する設定情報取得部と、
取得した前記設定情報をもとに、前記記憶部の前記データベースに記憶された前記トポロジ情報を更新するトポロジ情報管理部と、を備える
ことを特徴とするネットワークシステム。 - 前記トポロジ情報の参照要求を受付け、前記記憶部に記憶された前記トポロジ情報に、参照したい期間のデータがある場合には、該当期間の前記トポロジ情報を参照するトポロジ参照部を、備える
ことを特徴とする請求項1に記載のネットワークシステム。 - 前記記憶部は、前記物理網の各装置のコンフィグ情報を前記データベースに記憶しており、
前記トポロジ参照部は、前記トポロジ情報に、参照したい期間のデータがない場合には、前記記憶部に記憶された前記コンフィグ情報をもとに、トポロジを計算するトポロジ計算部を、備える
ことを特徴とする請求項2に記載のネットワークシステム。 - 前記トポロジ情報管理部は、
参照する確率が所定値以下の前記トポロジ情報、および/または、所定よりも過去の前記トポロジ情報は、前記データベースから破棄する
ことを特徴とする請求項1に記載のネットワークシステム。 - 前記トポロジ参照部が参照した前記トポロジ情報、または前記トポロジ計算部が計算したトポロジを出力する出力部を備える
ことを特徴とする請求項3に記載のネットワークシステム。 - 物理網上に形成された仮想網と、仮想網の環境変化に対して設定制御を行うオーケストレータと、を備えるネットワークシステムにおけるトポロジ管理方法であって、
前記仮想網の論理リソース間の端点情報およびその接続情報と、前記物理網の物理リソース間の端点情報およびその接続情報と、前記論理リソースと前記物理リソースの対応情報と、からなるトポロジ情報を時系列でデータベースに記憶するステップと、
前記オーケストレータからの変更通知を契機として、前記オーケストレータから前記仮想網の設定情報を取得するステップと、
取得した前記設定情報をもとに、記憶部に記憶された前記トポロジ情報を更新するステップと、
を実行することを特徴とするトポロジ管理方法。 - 物理網上に形成された仮想網と、仮想網の環境変化に対して設定制御を行うオーケストレータと、を備えるサーバ装置としてのコンピュータを、
前記仮想網の論理リソース間の端点情報およびその接続情報と、前記物理網の物理リソース間の端点情報およびその接続情報と、前記論理リソースと前記物理リソースの対応情報と、からなるトポロジ情報を時系列でデータベースに記憶する記憶手段、
前記オーケストレータからの変更通知を契機として、前記オーケストレータから前記仮想網の設定情報を取得する設定情報取得手段、
取得した前記設定情報をもとに、記憶部に記憶された前記トポロジ情報を更新するトポロジ情報管理手段、として機能させるためのプログラム。
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