JP4777043B2 - ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ネットワーキングの分野に関するものであり、特に、ルータ分離に関するものである。

本発明は、２００４年１１月１日出願された「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ：Ｒｏｕｔｅｒ Ｄｉｓａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ」という表題の仮出願第６０／６２３，８８５号（整理番号Ｌａｋｓｈｍａｎ ３５−２−２３−６２−３１）の利益を主張するものである。さらに、本出願は、本出願と同じ日に出願された同時係属出願「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄｉｓａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ」（整理番号Ａｎｓａｒｉ ２−２−４１−３−２４−３４（ＬＣＮＴ／１２７３０５））、「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｆａｉｌｏｖｅｒｓ」（整理番号Ａｎｓａｒｉ ３−４２−４−２５−３５（ＬＣＮＴ／１２７３０６））、「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ」（整理番号Ｌａｋｓｈｍａｎ ４３−６４−３６（ＬＣＮＴ／１２７３０７））、「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｓｅｒｖｅｒ」（整理番号Ｌａｋｓｈｍａｎ ４４−６５−３７（ＬＣＮＴ／１２７３０８））、「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」（整理番号Ａｎｓａｒｉ ４−３−４５−５−２６−３８ （ＬＣＮＴ／１２７３０９）に関係する。仮出願および関連出願は、すべて参照により本明細書に組み込まれる。

従来のルータ・アーキテクチャでは、転送プレーンと制御プレーンの実装は緊密に融合されている。典型的なルータでは、転送要素およびスイッチ・ファブリックのグループは、同じ筐体または同じ場所にある筐体のコントローラ・カード上で実行される制御プレーン・ソフトウェアにより制御される。転送要素は、制御プレーン・ソフトウェアを実行する制御要素に静的に関連付けられている。制御プレーン機能を実装する制御用プロセッサは、転送機能を実装し、同じルータ・バックプレーンを共有することが多いライン・カードと同じ場所に配置される。制御用プロセッサと転送ライン・カードとの間の通信は、標準ベースのメカニズムに基づいておらず、そのため、別のサプライヤの制御用プロセッサおよび転送要素を入れ換えることは不可能である。このことは、さらに、転送要素とライン・カードとの間の静的バインディングにもつながる。ルータは、通常、制御プレーン・ソフトウェアを実行する高々２つのコントローラ（ライブおよびスタンバイ）を持つ。それぞれのライン・カードは、これら２つのコントローラに静的にバインドされる。この２つのコントローラ、それらが静的にバインドされるライン・カード、およびスイッチ・ファブリックが一体となってルータを構成する。
転送プレーンと制御プレーンを分離し、転送要素と制御要素を動的に関連付ける新しいルータ・アーキテクチャが必要である。
仮出願第６０／６２３，８８５号 同時係属出願「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄｉｓａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ」（整理番号Ａｎｓａｒｉ ２−２−４１−３−２４−３４（ＬＣＮＴ／１２７３０５）） 「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｆａｉｌｏｖｅｒｓ」（整理番号Ａｎｓａｒｉ ３−４２−４−２５−３５（ＬＣＮＴ／１２７３０６）） 「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ」（整理番号Ｌａｋｓｈｍａｎ ４３−６４−３６（ＬＣＮＴ／１２７３０７）） 「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｓｅｒｖｅｒ」（整理番号Ｌａｋｓｈｍａｎ ４４−６５−３７（ＬＣＮＴ／１２７３０８）） 「ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」（整理番号Ａｎｓａｒｉ ４−３−４５−５−２６−３８ （ＬＣＮＴ／１２７３０９）

従来技術のさまざまな欠点は、多くの実施形態を持つネットワークおよびルータ・アーキテクチャの本発明により対処される。

ネットワークおよびルータ・アーキテクチャの一実施形態は、ルート・コントローラ・コンポーネント、およびルータ・コントローラから分離されたトランスポートおよびパケット転送コンポーネントを備える。バインディング・プロトコルは、ルート・コントローラ・コンポーネントをトランスポートおよびパケット転送コンポーネントにバインドする。バインディングが確立されると、ルート・コントローラ・コンポーネントは、制御プロトコルを介してトランスポートおよびパケット転送コンポーネントと通信する。
他の実施形態は、パケット転送用の多数の転送要素（ＦＥ）およびそれらのＦＥから隔てられている多数の制御要素（ＣＥ）を備えるネットワークおよびルータ・アーキテクチャである。これらのＣＥは、ルーティング情報を構成し、制御し、標準プロトコルを介してそれらのＦＥに供給する。それぞれのＣＥは、ＦＥの数よりもＣＥの数のほうが少なくなるように、複数のＦＥを制御する。

さらに他の実施形態は、制御プレーン空間、データ・プレーン空間、およびそれらの間の制御／データ・チャネルを含むネットワークおよびルータ・アーキテクチャである。制御プレーン空間は、複数の制御要素および属性テーブル・マネージャを実行するためのものである。データ・プレーン空間は、複数の転送要素を実行するためのものである。データ・プレーン空間は、制御プレーン空間から物理的および論理的に隔てられている。
本発明の教示は、付属の図面とともに以下の説明を考察することによりよく理解できる。

理解しやすくするために、同一の参照番号を使用し、これらの図に共通の同一の要素をできる限り指定する。

本発明は、主に、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の実施形態の一般的背景状況の範囲内において説明されるが、ただし、当業者および本明細書の教示による情報を得た者であれば、分離概念を使用して、ネットワーク・アーキテクチャの他のさまざまな実施形態を生み出すことができること、および本発明は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、および開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）層、ブリッジング・プロトコル、多くの他のプロトコル、トラフィック管理、光学、エッジ／コア・ルーティング、無線、ケーブル、データ・センター、故障管理、構成管理、アカウンティング管理、パフォーマンス管理、セキュリティ管理、その他のネットワーク管理、企業、政府、軍事アプリケーション、およびその他の多くの異なる種類のネットワーキング特性およびアプリケーションを使用するネットワークなどの他のネットワークに適用可能であることを理解するであろう。

インターネットワーキングにオープンな標準ベースのプロトコルを使用してルータのハードウェアをルータのソフトウェアから分離することには、多くの利点がある。分離概念は、各コンポーネントのサプライヤを分断することで、ハードウェア・ベンダの参入を阻害している壁を低くし、新規ハードウェア市場参入者に供給するキャリア・クラス・ルーティング・ソフトウェアの開発に独立系ソフトウェア・ベンダ（ＩＳＶ）が投資する意欲を高める。この分離概念を利用することにより、それぞれのコンポーネントがそれ独自の革新曲線から逸れることなく辿れるようにできる。ハードウェア・メーカーは、最低のコストで最高の単位密度当たり速度を達成することに集中して、資本支出を低減することができ、またソフトウェア・メーカーは、新しいアプリケーションおよびマネジャビリティに集中して、経常経費を下げつつ収益を高めることができる。分離の他の歴史的な例としては、ソフトスイッチ／メディア・ゲートウェイに対するクラス５音声スイッチおよびパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）に対するメインフレームがある。

定義
制御要素（ＣＥ）：ＣＥは、パケット転送を目的とするレイヤ３制御機能を提供する論理的アドレス指定可能エンティティである。ＣＥは、同じネットワーク要素（ＮＥ）に属する１つまたは複数の転送要素（ＦＥ）を制御する。ＣＥは、ちょうど１つのＮＥと関連付けられ、ＮＥはちょうど１つのＣＥを持つ。ＮＥは、制御機能を実装するために複数の分散冗長サブコンポーネントを備えることができる。ＣＥは、単一または複数の物理的制御要素（ＰＣＥ）を利用する。

転送要素（ＦＥ）：ＦＥは、レイヤ３パケット転送機能を提供する論理的アドレス指定可能エンティティである。ＦＥは、ちょうど１つのＣＥにより制御される。ＦＥは、与えられた時点においてちょうど１つのＣＥおよびＮＥにのみ関連付けることができる。ＦＥの制御は、別のＣＥに移行することができる。（これは、ＦＥが異なるＮＥに移動することを意味する）。ＦＥおよびＣＥは、数ホップ分だけ離すことができる。ＦＥは、ＣＥとの通信およびＦＥ発見用のプロトコルを処理することができる。ＮＥルータ・インターフェイスは、ちょうど１つのＦＥのみを使用する。インターネット・プロトコル有効期間（ＩＰ ＴＴＬ）およびＩＰオプションは、ＦＥ毎の精度で修正することができる。

ネットワーク要素（ＮＥ）：ＮＥは、従来のレイヤ３ルーティング機能を実行する論理的エンティティである。ＮＥは、通常、１つのＣＥおよび多数のＦＥを持つ。同じＮＥの複数のＦＥおよびＣＥは、数ホップ分だけ離すことができる。ＩＰ ＴＴＬおよびＩＰオプションは、ＦＥ毎の精度で修正することができる。これは、データ・プレーンはＮＥを複数ホップとみなすが、制御プレーンはＮＥを単一ホップとみなすことを意味する。

物理的制御要素（ＰＣＥ）：レイヤ３ルータ制御機能を実装するハードウェア・プラットフォーム。ＰＣＥは、部分的ＣＥ（ＣＥサブコンポーネント）または複数ＣＥをホスティングできる。

物理的転送要素（ＰＦＥ）：ＰＦＥは、レイヤ３パケット転送機能を実装するハードウェア・プラットフォームである。ＰＦＥは、複数のＦＥをホスティングすることができ、複数の部分的ＦＥをホスティングすることはできない。

外部リンク：外部リンクは、複数の近隣ＮＥと接続するためにＮＥのパケット転送プレーンを残すレイヤ３パケット転送リンクである。

内部リンク：内部リンクは、同じＮＥの複数のＦＥを相互接続するレイヤ３パケット転送リンクである。複数のＦＥとＣＥとの間のリンクは、内部リンクではない。

制御リンク：制御リンクは、複数のＣＥを複数のＦＥと相互接続する。直接制御リンクは、中間ＦＥまたはＮＥなしで複数のＣＥを複数のＦＥと接続する。間接的制御リンクは、複数の中間ＦＥおよびＮＥにまたがる。

事前関連付け段階：事前関連付け段階は、複数のＦＥおよびＣＥの複数のＰＦＥおよびＰＣＥへの関連付けがそれぞれ、確立され、どのＦＥおよびＣＥがＮＥに属しているかを判別する期間である。

事後関連付け段階：事後関連付け段階は、複数のＦＥおよびＣＥがその相互バインディングを知り、通信を確立する期間である。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャ
ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例は、制御プレーン機能の実装をパケット転送機能から分離する制御プレーン・アーキテクチャである（分離概念）。さまざまな組み合わせの機能を備えるＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャのこの実施例には、多数の実施形態がありえる。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、すべての制御プレーン機能は、制御要素（ＣＥ）と呼ばれる汎用サーバ（ａ／ｋ／ａコントローラ）上に実装される。ＣＥは、複数のライン・カードまたはＦＥ（ＦＥ）から数ホップ離すことができる。これらの複数のＣＥおよびＦＥとの間には静的関連付けはない。それぞれのＦＥは、ブート・アップすると、ＣＥの集合および複数のＦＥを発見する。ＦＥは、発見されたＣＥの集合から最良のＣＥに動的に自己バインドする。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、ＦＥ、そのスイッチ・ファブリック、およびその関連付けられたＣＥの集合体は、ネットワーク要素（ＮＥ）と呼ばれ、ルータを論理的に構成する。複数のＣＥとＦＥとの間に標準インターフェイスが使用される。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の複数の実施形態は、多数の異なるネットワーク・エンティティおよびそれらの間のプロトコルを含む。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例は、物理的ビューとルーティング・ビューの２つの異なるビューを持つ。

物理的ビューでは、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例は、リンクにより相互接続されている複数のノードで構成される。２種類のノード、ＦＥおよびＣＥがある。ＦＥは、複数のライン・カード（それぞれ順に複数のポートを終端する−物理的または論理的）および一方ライン・カードから他方のライン・カードへデータ・トラフィックを行き来させるバックプレーン（スイッチ・ファブリック）を備えることができる。従来のルータと異なり、ＦＥは、ローカルで実行する高度な制御ロジック（例えば、開放型最短経路優先（ＯＳＰＦ）のようなルーティング・プロセス）を持たない。その代わりに、制御ロジックは、汎用サーバ・マシンを含む、ＣＥ側でホスティングされる。リンクは、任意の２つの要素（ＦＥ／ＣＥ）を接続する。通常、ＦＥは複数のリンクを持ち、データ・トラフィックを一方のリンクから他方のリンクへルーティングできる。ＣＥは、複数のＦＥにマルチホーミングにより接続されるため、リンクのみに障害が発生してもネットワークから切断されない。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の物理的ビューは、少数のマルチホーミング接続されたＣＥを含む。

ＦＥは、リンク間でデータ・トラフィックを切り換える。スイッチング機能の特性は、異なる形態を取りうる。とりわけ、形態として、パケット転送、ラベル・スイッチング、および光スイッチングがある。パケット転送は、レイヤ２（媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ベースのスイッチング）およびレイヤ３（最長プレフィックス一致）転送の両方を含む。ラベル・スイッチングの一実施例は、マルチプロトコル・ラベル・スイッチング（ＭＰＬＳ）転送であり、データ・パス転送機能は、ラベルのスワッピング、プッシング、およびポッピングを含むことができる。光スイッチングでは、トラフィックは、リンク間で、時間スイッチング、波長スイッチング、または空間スイッチングが可能である。これらの場合のそれぞれにおいて、スイッチング機能は、ネットワーク上の特定のＣＥにより計算され、インストールされる単純ローカル・テーブルにより駆動される。いくつかの実施形態では、ＦＥはスイッチング以上のことを行う。例えば、ＦＥは、パケット・フィルタリングおよび侵入検知などのセキュリティ機能を実行できる。これらの機能は、リモートＣＥに常駐する管理インテリジェンス機能によりローカル・データ構造を取り除く。例えば、パケット・フィルタリングの場合、フィルタリング・ロジックは、ローカル・フィルタ・テーブルのみを参照する。ローカル・フィルタ・テーブルの管理（例えば、フィルタリング・ルールの挿入および削除）は、何らかのリモートＣＥにおいて実行される。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のルーティング・ビューは、ルーティング制御ロジックから見えるようにネットワークのトポロジを捕捉する。高水準では、ＮＥは、ネットワーク・ポートおよびそれらのポートを管理するそれぞれのＣＥの論理グループである。ポートは、複数のＮＥに属することはできない。どのようなネットワーク・ポートをグループにまとめられるかということにさまざまな制約を課すことにより、許容可能なＮＥは変わる。

図１は、ＮＥのいくつかの可能性を示すグラフである。制約を課せる次元は２つある。垂直方向の次元は、ＦＥの選択を制約する。単一のＦＥの場合、ＮＥ内のネットワーク・ポートは単一のＦＥからのものである。接続されているＦＥは、接続されているＦＥの集合の中から複数のポートを選択できることを意味する（つまり、一方のＦＥから他方のＦＥへの物理的経路が存在する）。ＦＥの集合があれば、ＦＥの任意の集合からのポートがありえる。水平方向の次元では、考察対象のＦＥのすべてのポートをＮＥが含まなければならないか、または部分集合のみを含むことができるかを指定する。これら２つの次元の任意の組み合わせで、ＮＥのポートの可能な定義が得られる。そこで、２つのＮＥは、物理的に接続されている複数のＦＥに属す複数のポートを含む場合に論理的に接続されているという。

これらの定義をわかりやすく例示するために、この定義により使用可能になる範囲の両極端を表す２つの具体的事例について調べる。

第１の事例は、任意の複数のＦＥ内のポートの部分集合である。ＦＥからのポートはどれも、単一ＮＥの一部としてグループ化できる。ルーティング・ビューは、物理的ビューと著しく異なる場合がある。この定義は、ネットワークベースの仮想プライベート・ネットワーク（ＶＰＮ）アプリケーションで役立ちうる。ＮＥ内の異なる複数のポートは、ワイドエリアＶＰＮ内の異なるサイトを表す。ルーティング・ビュー内でそれらを単一のＮＥの一部として論理的に折り畳むことにより、このビューで、ＶＰＮ内ルーティングとＶＰＮ間ルーティングとを分けることができる。

第２の事例は、単一のＦＥ内のすべてのポートである。それぞれのＦＥは、１つのＮＥの一部である。物理的ビューおよびルーティング・ビューは同じになる。この定義では、従来のルータ・アーキテクチャとＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例との唯一の違いは、ルーティング・ロジックのリモートＣＥへのオフロードである。

接続されているＦＥの事例のこのすべてのポートは、複数の近隣ＦＥを単一のＮＥにクラスタ化することを表しており、また本社内複数のルータを背合わせで接続している典型的事例に対応する。ルーティングの観点からは、これは、著しい簡素化をもたらしうる。第１に、ルーティング・ビュー内のＮＥの個数が減るため、ＮＥ間のルーティングの複雑さが低減される。第２に、ＮＥ内ルーティングに異なる（場合によっては複雑度の低い）ルーティング・プロトコルを使用することができる。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、複数のＮＥのルーティング制御は複数のＦＥから分離され、制御プロトコルは複数のＣＥ上で実行される。ＦＥとＣＥとの間バインディングは、ＣＥがＦＥの代わりに特定の制御機能を実行していることを意味する。複数のプロトコル（例えば、内部ゲートウェイ・プロトコル（ＩＧＰ）および外部ゲートウェイ・プロトコル（ＥＧＰ）、またはさらにはプロトコルの複数のインスタンスも）が、ＦＥの運用に必要になる場合があるからである。ＦＥは、複数のＣＥバインディングを持ちうる。

図２は、接続されているＦＥのすべてのポートとともにＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態を示している。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のこの実施形態では、２つのＣＥ ２００、２０４および多数のＦＥ ２０２、２０６がある。点線は、ＣＥ ２００、２０４とＦＥ ２０２、２０６とのバインディングを示す。ＦＥ ２０２、２０６とＣＥ ２００、２０４との間のバインディングは、ＣＥ１ ２００およびＦＥ１ ２０２のように、直接接続されていなくても、存在しうる。そのため、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、すべてのＣＥを接続する分離された（論理的および物理的に）信号伝達ネットワークを作成できる。

プロトコル
図３は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態で使用されるプロトコルを示している。これらのプロトコル３００は、発見プロトコル３０２、ＦＥ／ＣＥ制御プロトコル、標準プロトコル３０６、およびその他のプロトコル３０８を含む。

発見プロトコルおよびＦＥ／ＣＥ制御プロトコルを含む、多数のさまざまなプロトコルが、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の運用実施形態で使用されている。１つのプロトコルは、発見プロトコルである。ＦＥはＣＥとのバインディングを確立するために、まず、ＣＥの存在について知り、何らかのルートを使用してそれに到達できなければならない。発見プロトコルでは、どのようなＣＥが利用可能かを調べ、ＦＥについてそれらのＣＥへの経路をレイアウトするが、これについては、以下でさらに詳しく説明する。他のプロトコルは、ＦＥ／ＣＥ制御プロトコルである。バインディングが確立されると、ＦＥおよびＣＥは、ＦＥ／ＣＥ制御をプロトコルを使用して通信する。アップリンク（ＦＥからＣＥ）方向では、ＦＥ／ＣＥ制御プロトコルは、ＦＥ内の任意のポートで受信された制御パケットをトンネリングし（例えば、ＣＥがＦＥについてＯＳＰＦを実行している場合はすべてのＯＳＰＦプロトコル・パケット）、リンク状態情報（例えば、リンク・アップ／ダウン信号）をＣＥに供給する。ダウンリンク方向では、ＦＥ／ＣＥ制御プロトコルは、構成および制御情報を伝送する（例えば、リンク、転送情報ベース（ＦＩＢ）の有効／無効を設定する）。ＦＥ／ＣＥ制御プロトコルの設計は、ＦＥ／ＣＥ通信に対する周波数、帯域幅、および遅延の要求条件の課題に関係する。ＦＥ／ＣＥ制御プロトコルは、ＦｏｒＣＥＳプロトコルまたはこれらの課題に取り組む他の種類のプロトコルを使用して設計することができる。

与えられたＮＥにおいて、これらのＦＥは強固に接続され（同じ基本トポロジにより）、ＣＥは、対応する転送集合から何ホップも離すことができる。この分離により、既存ネットワークでは通常発生しない多くの新しいシナリオおよび技術的課題に生じる。統合されたＮＥは、既存のネットワーク内のルータであり、ＣＥおよび対応するＦＥは単一の物理的デバイスの一部である。

ブートストラッピング
統合されたＮＥでは、そのＮＥに関係する構成は、ブートアップ時に得られるが、それは、ボックス上の制御カードがバス／相互接続を通じて転送エンジンと直接接触するからである。ルータ（ＮＥ）が立ち上がるとすぐに、転送エンジンは、制御用プロセッサからすぐに構成情報を取得する方法を知る。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、ブートアップ時に、転送エンジンは、サーバ上に常駐するリモートＣＥからインターフェイスのＩＰアドレスを含む、構成情報を取得する。これは、パラドックスを引き起こす可能性がある。ＣＥを発見し、それにパケットを送信するために、ＦＥはルーティング情報を必要とするが、ルーティング情報は、ＣＥから発せられると想定されている。この問題を解消する１つの方法は、ＦＥによるＣＥの発見およびＣＥによるＦＥの発見を可能にする分離されたプロトコルを用意することである。このプロトコルの目的は、ＦＥにネットワーク内の使用可能なＣＥを知らせ、ＦＥが常に、使用可能であれば対応するＣＥに到達する経路を必ず持つようにすることである。

発見プロトコルは、それぞれのＦＥは主にそのＦＩＢを更新する最低限のソフトウェアを備える転送エンジンであるため単純であるように、またＣＥとの関連付けを維持するように設計されている。さらに、ＦＥは、自レイヤ３アドレスを持たない場合さえある。一実施形態では、一意的文字列がＦＥの識別子として割り当てられる（ＦＥＩＤ）。ＣＥはブートアップ時にその構成を知るが、互換性のために、ＣＥも一実施形態ではＦＥと同じようにして一意的文字列識別子（ＣＥＩＤ）を持つ。一実施形態では、この一意的文字列は、ＮＥに固有のランダムに選択されたプライベートＩＰアドレスに似たものである。ＣＥから１ホップだけ離れているＦＥは、ＣＥからステータス・ブロードキャスト・メッセージを聞くことによりＣＥを発見する。このＦＥは、次に、一意的文字列識別子に関して指定されたソース・ルートとともに特定のＣＥへのソース・ルートとともに近隣要素にこの情報を伝播する。したがって、それぞれのＣＥに対する到達可能性情報は、ＮＥ全体に波のようにして伝播される。ＦＥがＣＥの集合へのルートを受け取ると、ＦＥは１つのＣＥを選択し、広告されたソース・ルートを使用してローカル機能情報を持つＣＥに接触する。ＣＥは、ＦＥがパケット転送を開始できるようにする関連するアドレス指定およびＦＩＢデータベース情報でＦＥを構成する。

図４は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態の中のＣＥとＦＥとの間の通信例を示している。ＣＥ ４００はＦＥ ４０２を構成し、ＣＥ ４００は自分をＦＥ ４０２に広告し、ＦＥ ４０２はＣＥ ４００を発見し、ＣＥ ４００はＦＥ ４０２とルーティング情報を共有する。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、以下の仮定を置く。与えられたＮＥ内の任意のＣＥは、任意のＦＥをＮＥにより構成することができる。ＣＥは、システム負荷および輻輳レベルに関係なく、ＮＥ内の与えられたＦＥの代わりにルーティング機能を処理する用意がほぼいつでもある。ＣＥは、ほぼいつでも使用可能である、つまり、ＣＥは仮にあるとしてもめったに障害を生じない。特定ＣＥへのソース・ルートは、ＣＥによるＦＥの構成が進行中のときにその始めから終わりまで使用可能である。ＣＥはＦＥを信用し、ＦＥはＣＥを信用している。発見プロトコル・パケットは、ＮＥに隣接するが、ＮＥ内にはないノードにより立ち聞きされるようにでき、しかもＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の実施形態の機能に対し回復不能の障害を引き起こすことはない。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の他のさまざまな実施形態では、これらの仮定の１つまたは複数を緩和しているが、発見プロトコルの複雑さが増し、またさらに多くの機能およびプロトコル・メッセージも必要になる。しかし、これらは、無効にする仮定ではなく、発見プロトコルを十分単純なものとしながら対処することができる。

ルーティングおよび転送
ＦＥは最低限の制御機能をオンボードで備える単純なものなので、ＣＥは、同じＮＥ内のＦＥ間のリンク・ステータスに関する情報を保持する役割を持つ。さらに、ＣＥは、ＮＥ内のトポロジ変更を外部（ＮＥ間）ルート変更と統合もし、それに応じて個々のＦＥのＦＩＢを更新する。

物理的ビューとルーティング・ビューとの違いのせいで、ＩＰ ＴＴＬおよびＩＰオプションの挙動は、制御プレーンおよび転送プレーンが地理的に近いことを仮定する、従来のルータ・アーキテクチャから逸脱する可能性がある。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、与えられたＮＥの複数のＦＥが広い地理的領域にわたって分散され、これにより、ＴＴＬを減らし、ＦＥ毎に（ＮＥ毎にではなく）ＩＰオプションを処理するのが得策となる。同じ場所に配置されたＦＥを持つＮＥでは、同様に、この挙動を理解するか、または従来のルータ挙動を模倣することができる。

さらに、ＮＥは、ＮＥ内のトポロジを適切に反映する適切な外部ルーティング・メトリックを選択する。ＮＥ内のトポロジ変更は、アップまたはダウンするリンクだけでなく、異なるＦＥ内にありうる異なるＣＥとの関連付けを変更する複数のＦＥによっても引き起こされる。したがって、制御プレーンから見たホップ・カウントは、データ・プレーンで生じるカウントと異なる。制御プレーンでは、ＮＥ毎にホップを見るが、転送プレーンでは、潜在的に、ＦＥ毎にホップを見る。

プロトコルの分割および最適化
標準インターネット・ルーティング・プロトコルでは、異なる機能を実行するさまざまなメッセージがある。例えば、ＯＳＰＦは、リンク・ステータスを探るためのｈｅｌｌｏパケットおよびネットワークの他の部分にリンク・ステータスを広告するさまざまなリンク状態広告（ＬＳＡ）メッセージを持つ。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、これらのメッセージは、その目的に応じて区別される。いくつかの実施形態では、ＦＥは、受信されたすべてのルーティング・プロトコル・パケットをそのＣＥに転送し、他の実施形態では、ＦＥは、それをＣＥに転送することなくそれ自身によりプロトコル・パケットの部分集合を処理し、そうすることでネットワーク内の応答時間を短縮し、制御トラフィックを低減する。

ＯＳＰＦルーティング・プロトコルを一例として考察する。ｈｅｌｌｏメッセージは、近隣ＦＥのＯＳＰＦピアリング・ステータスを発見するために使用される。ＣＥにｈｅｌｌｏメッセージを発信させる代わりに、ＦＥ同士でこれらのメッセージを交換し（ｈｅｌｌｏメッセージの緊密な意味に違反するのと引き換えに）、ＦＥピアリング・ステータスのステータスに変更があった場合のみそれぞれのＣＥに通知することが可能である。一方、ＬＳＡメッセージは、ネットワークの残りの部分に接続性情報を広告するために使用され、したがって、これらのＬＳＡメッセージは、ＣＥから発信され、ＣＥ間で交換される。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、ルーティング・プロトコルは、メッセージのオーバーヘッドに関して最適化される。ＯＳＰＦを実行する従来のルータ・ネットワークでは、例えば、それぞれのＦＥからのＬＳＡメッセージはネットワーク全体にフラッディングされる。この実施形態では、ＬＳＡは、ＣＥのネットワーク上にのみフラッディングされる。複数のＣＥとＦＥの大きさに違いが潜在的にある場合、こうすることで、ネットワーク上で送信されるＯＳＰＦメッセージの個数が減る。他の実施形態は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例により使用可能にされるさまざまな他のプロトコルをさらに最適化することを含む。

障害および負荷分散
図５は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態において一次および二次ＣＥがあるＦＥを示している。ＦＥ ４０２は、一次ＣＥ ５００を持ち、障害が発生した場合のために、二次（ａ／ｋ／ａバックアップ）ＣＥ ５０２を持つ。

ＣＥ同士を隔てることにより、与えられたＦＥをＣＥが制御する選択肢が増える。この選択は、ＣＥ自体の障害に加えて中間リンクおよびノードの両方の障害によるＣＥの接続途絶に対する脆弱性の危険を冒すものである。ＣＥの集約により、ＣＥ障害の問題は悪化するが、それは、ルート・コントローラなしで多数のＦＥが残されるからである。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のいくつかの実施形態では、バックアップＣＥに対し標準サーバ・メカニズムを使用することによりこの問題に取り組む。それぞれのＦＥは、一次ＣＥおよび二次ＣＥ集合を備える。発見プロトコルまたは制御プロトコルが一次ＣＥとの関連付けの喪失を知らせた場合、ＦＥは、その一次ＣＥとなる候補を二次ＣＥ集合から選択する。再関連付けは、ブートストラッピングに使用されるのと同じ発見プロトコルを使用して実行される。

ＣＥ障害とは別に、ＣＥは、負荷分散の目的のためにＦＥの制御を自発的に放棄することができる。そのシナリオでは、ＣＥは、ＦＥに、他のＣＥを見つけてそのＣＥを管理するよう要求するか、またはそのＦＥを新しいＣＥに誘導する。前者では、新しいＣＥは、ＦＥのルーティング・インスタンスをリスタートし、後者では、古いＣＥがＦＥの状態を新しいＣＥに移動するが、その結果ホット・フェイルオーバーとなる。負荷分散および制御障害からの迅速な回復の能力は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の何らかの実施形態の一特徴である。

ＣＥとＦＥとの間の関連付けの喪失があった場合、ＦＥは、既存のＦＩＢを使用し、ＮＥ内に他のトポロジ変更がない限り、パケットを転送し続ける。発見プロトコルは、しばらくして他のＣＥを発見し、それにより、制御の喪失から回復する。

これらの障害回復プロセスは、既存のネットワークのように、ＮＥとしての単一物理的ボックスの選択に制限されない。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のいくつかの実施形態では、ＣＥの可用性に関してより柔軟に対応できる。

利点
ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のいくつかの実施形態は、１）信頼性の向上、２）スケーラビリティの向上、３）制御プレーンのセキュリティの向上、４）新しい機能追加の容易さ、および５）コスト削減といった多くの利点を有する。ＦＥ内のソフトウェアを減らすことで、その要素のロバスト性が高まるため、信頼性が向上する。ＣＥに関して、プロトコル固有の独立のメカニズムを組み込んで、信頼性を高めることができる。ＣＥは汎用サーバ上に実装することができ、したがって、定評のあるサーバ・スケーリング技術を使用してスケールアップできるため、スケーラビリティが向上する。管理点が少ないことでＣＥ周りの固い防御を管理し、提供することが比較的容易であり、それにより、ネットワーク全体のセキュリティを高められるため、制御プレーンのセキュリティが向上する。別の制御サーバ上で新しい機能を追加することが容易であり、汎用のプロセッサおよびオペレーティング・システム上で実行されるため、新しい機能を簡単に追加できる。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、制御とＦＥを切り離し、規模の経済によりコスト削減が可能であるため、コストが低い。これらの利点のそれぞれについて、以下で詳述する。

信頼性
ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例において制御とＦＥとを分離することには、信頼性の面でいくつかの利点がある。第１は、ＦＥ内のソフトウェアが減ることで、その要素をロバストにすることが容易になるという点である。制御プレーンのサーバ・サイドでは、自動フェイルオーバーおよびホットまたはコールド・スタンバイ（後述）の使用などの高度な信頼性強化メカニズムが、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のさまざまな実施形態において実装される。いくつかの実施形態では、サーバは、既存のルータの制限された１：１制御ブレード・フェイルオーバー機能ではなく１：Ｎのフェイルオーバー機能などのより高い冗長性機能を備える。最後に、異なるＣＥ上で異なるプロトコルをホスティングできることで、１つのＣＥに障害が発生しても、それに対応するＦＥが使用不能にならない（例えば、境界ゲートウェイ・プロトコル（ＢＧＰ）をホスティングするＣＥに障害が発生しても、ＦＥはＯＳＰＦプロトコル・メッセージの処理を続ける）。高い可用性が得られるこれらの一般的利点のほかに、２つのプロトコル例ＢＧＰおよびＯＳＰＦに関してプロトコル固有の最適化を説明する。ただし、本発明はそれらのプロトコルに限定されない。

ＢＧＰ信頼性の向上
図６Ａは、従来技術の大きな自律的システム（ＡＳ）内にルート・リフレクタを備えるＢＧＰの典型的配備を示している。この配備には、２つの主要な欠点がある。特に、特定の条件の下では、ネットワークは、ルータの部分集合が安定したルーティング状態に到達しなくてもルーティング情報を交換することができる永続的なルート振動状態に入る可能性がある。ルート・リフレクタ・アーキテクチャに関する他の問題は、内部ＢＧＰ（ＩＢＧＰ）の信頼性である。１つのＩＢＧＰセッションの障害は完全メッシュＩＢＧＰアーキテクチャの場合の２つのルータのみに影響するが、２つのルート・リフレクタの間のセッションの同じ障害により、ネットワークが分割され、その結果、信頼性が低下する可能性がある。

図６Ｂは、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態のＢＧＰ配備を示している。ＢＧＰを実行するＣＥの個数は、通常、ルータ（ＦＥ）の個数より少なくとも１桁小さい。そのため、完全ＩＢＧＰメッシュは、ＣＥ間で容易に維持できる。ＣＥは、次に、ＦｏｒＣＥＳプロトコルなどの標準プロトコルを使用して適切な転送テーブルをすべてのＦＥにダウンロードする。したがって、永続的なルート振動問題は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のこの実施形態では、ルート・リフレクタがないため解決される。これにより、ネットワークの可用性が向上する。

さらに、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のこの実施形態では、ＩＢＧＰメッシュは、ルータの制御用プロセッサでの１：１冗長性に比べて、１：Ｎ（Ｎ＞１）などのより高い冗長度を採用できるサーバ間に置かれる。そのため、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のこの実施形態におけるＢＧＰの信頼性は、従来技術のＢＧＰ配備上で高められ、ＣＥはマルチホーミングで接続され、ネットワーク内にはフェイルオーバー用に複数のＣＥがある。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のこの実施形態では、ＢＧＰの実装は、従来技術のルータ制御プラットフォーム（ＲＣＰ）と異なる。ＲＣＰとは異なり、ＩＧＰプロトコルはサーバでも実行されている。この実施形態では、ＲＣＰの場合のように、ＩＧＰとＩＢＧＰを使用するのではなく、ＦｏｒＣＥＳなどの標準プロトコルを使用して、ＦＥと通信する。このためＦＥ上のソフトウェアは簡素化される。この実施形態では、単一のＡＳ内部のＣＥサーバ間でＩＢＧＰメッシュを使用する。

ＯＳＰＦ収束の高速化
障害が存在する場合のＯＳＰＦ収束は、今日の大きなネットワークでは１０秒要することが知られている。この遅延は、特にＶｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ ＩＰ（ＶＯＩＰ）などのサービスについて、ネットワークの可用性に著しい影響を持つ可能性がある。電話網の５ ９の可用性と比べて（年約３分のダウンタイム）、今日のデータ・ネットワークは、リンク障害が１、２回発生したぐらいでは、その可用性が９９．９９９％の可用性目標を下回ることはない。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、以下のように、複数の相補的手法によりＯＳＰＦ収束を高速化できる。同じ個数のＦＥにたいしてＣＥは１桁少なく、ＯＳＰＦ制御ネットワークが小さく、また収束が速くなる。これは、ＦＥからＣＥへの伝播遅延が、数秒程度でタイマーにより制御される、ＯＳＰＦ更新の伝播遅延よりもかなり小さい。上述の実施形態に固有の制御プレーンの最適化により、収束を高速化できる。この実施形態でプロセッサが高速であれば、最短経路計算などの計算も高速化される。そのため、ＯＳＰＦ収束時間は、数１０秒から短縮され、その結果、可用性の高いデータ・ネットワークが得られる。

スケーラビリティ
既存のアーキテクチャのルーティング・プロトコルのスケーリングにおける制限の一部は、制御用プロセッサの能力とオンボード・メモリである。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例により分離が実現されているため、汎用サーバに基づく制御ハードウェアを容易にアップグレードできる。このことと、電力可用性、スロット可用性など他の制約条件とともにアップグレードに対応する必要があるルータ・メーカーからアップグレードされた制御用プロセッサ・カードを入手することの困難さを比べてみるとよい。

このスケーラビリティの利点は、スケーラビリティの高いモバイルＩＰホーム・エージェントのアプリケーションを持つ固有の実施例において強調されている。モバイルＩＰホーム・エージェントは、携帯電話会社が無線データを導入するときにスケーラビリティを高める必要がある。業界でのホーム・エージェントのスケーラビリティに対する既存のアプローチとしては、ルータのみを使用すると、汎用プロセッサのみを使用する、の２つがある。しかし、これらのアプローチは両方とも制限がある。

大手ルータ・ベンダのルータは、数十万のホーム・エージェントをサポートしているが、制御用プロセッサは約１００バインディング／秒（または１ユーザ当たり１時間当たり２回未満の更新）に制限されるため、信号送受信のスケーラビリティは制限されている。これは、両方のモビリティさらに定期的更新メカニズムを通じて生成される更新は１ユーザ当たり１時間当たり２回をたやすく超えてしまうため著しい制限である。モバイルＩＰは、通常、汎用プロセッサのクラスタ上に実装される。信号送受信のスケーラビリティは、ここでの課題ではない。しかし、ホーム・エージェントの数をスケーリングすることは、ＩＰセキュリティ（ＩＰＳｅｃ）処理（エージェント毎）には中央演算処理装置（ＣＰＵ）の計算能力を激しく使用し、また専用ハードウェアがないと数十万のホーム・エージェントに効率よくスケーリングできないため困難である。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態は、これらのアプローチの両方の相補的組み合わせを含む。これは、サーバ・ベースの信号送受信スケーラビリティが可能であるが、ハードウェアベースのトランスポート・スケーラビリティを保持する。そのため、トランスポートは、通常のルータ・ブレードを使用してＩＰＳｅｃをハードウェアによりサポートするＦＥによりそのまま処理されるが、信号送受信機能は、複数のサーバ・ブレードを使用して容易にスケールアップできる。

セキュリティ
ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、それぞれのフェンスがセキュリティの１つの層を追加する、セキュリティに対するマルチフェンス・アプローチを採用することができる。これらは、専用オペレーティング・システムに対する市販のオペレーティング・システム、１つまたは２つの制御に対するマルチブレード・サーバ・プラットフォーム、少数のＣＥ、および独立した信号ネットワークを含む。専用オペレーティング・システムは、セキュリティ・ホールに関して広くはテストされていない。悪意あるトラフィックによる過負荷は、多数のプロセッサに分散させることができ、また高度な大量の計算を要する侵入検知メカニズムを配備することができる。少数のＣＥを管理することは比較的容易であり（例えば、セキュリティ鍵を頻繁に変更する）、いくつかの実施形態では、多数のＦＥと比べてこれらの少数の要素をより安全な環境（物理的または論理的にファイヤウォールで防護された）内に配置することができる。インターネットに対し物理的または論理的に隔てられた信号ネットワークを使用すると制御プレーンのプロトコル・メッセージに対する攻撃を制限することができる。

ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態では、制御とＦＥとを分離し、少数の汎用サーバを使用して制御プロセスをホスティングすることにより、サービス品質サポート、トラフィック・エンジニアリング、ネットワークベースのＶＰＮサポートなどの新しいネットワークベースの機能を容易に導入することができる。ＢＧＰ／ＭＰＬＳを使用するネットワークベースのＶＰＮサービスを備えるアプリケーションでは、ＶＰＮサーバは、プロバイダ・エッジ・ルータ間にＭＰＬＳまたはＩＰＳｅｃトンネルを動的に作成する。従来技術では、ＶＰＮサーバがルータ制御ボード上で実行する。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態においてＶＰＮサーバ機能をＣＥに移行することには、従来技術に勝るいくつかの利点がある。ＶＰＮサーバ・アップグレードは、転送などの基本的なネットワーク運用に影響を及ぼすことなく独立に実行される。ＶＰＮ制御サーバのネットワーク規模のフェイルオーバーは、既存の、または新しいＶＰＮセッションに影響を及ぼすことなく実行される。ＶＰＮカスタマー・サイトに接続されているプロバイダ・エッジ・ルータに対しＢＧＰポリシーを構成することは、複数のルータ（例えば、ＶＰＮに関わるエッジ・ルータおよびルート・リフレクタ）ではなく、ＶＰＮサーバの中央の場所で実行される。ＭＰＬＳトンネルは、顧客要件を満たすように中央に集中する形で設計される。多数のＶＰＮをサポートするスケーラビリティは、汎用サーバ・スケーリング技術を使用して容易に取り扱える。

コスト
ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、ＦＥは、ほとんどハードウェアベースであり、管理をほとんど必要としない。このため、規模の経済で、それぞれのＦＥのコストを引き下げられる。一実施形態では、個々のルータＣＥが、少数の専用制御プレーン・サーバに統合される。これらのＣＥは、従来技術のように、ルータ内の専用制御用プロセッサ・カードではなく、汎用コンピューティング・サーバ上で実行される。これにより、制御用プロセッサの資源を共有でき、その結果、従来技術で採用されている分割アプローチよりも優れた効率が得られる。さらに、制御プレーン・サーバは汎用コンピューティング・サーバに対するもう１つのアプリケーションにすぎないため、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、これらのサーバ・プラットフォームのＣＰＵ価格−性能比曲線を利用する。最後に、制御プレーン要素の数が減るので、管理すべきボックスが少なくて済み、運用費用が低減される。

まとめると、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例では、パケット転送機能から制御プレーン機能の実装を分離したということである。ＦＥは、ほとんどインテリジェント機能を持たない単純なハードウェア・デバイスであり、数ホップ離れているであろうＣＥにより制御される。ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例は、信頼性向上、スケーラビリティ向上、セキュリティ向上、新しい機能の容易な追加、およびコスト低減を含む多くの利点を有する。データ・ネットワークがデータ・ネットワーク上に次第に配備されて行くにつれ、これらの利点はますます価値あるものとなる。

図７は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態の高水準概要を示している。制御プレーン７００は、トランスポート・プレーン７０２から離れている。制御プレーン７００は、ＣＥ ７０４およびオプションのフィーチャ・サーバ（ＦＳ）７０６を備える。ＦＳ ７０６は、トラフィック・エンジニアリング、強化ＶＰＮサポート、およびセキュリティなどのサービスを実行する。トランスポート・プレーン７０２は、ＦＥ ７０６を含む。ＣＥ ７０４、ＦＳ ７０６、およびＦＥ ７０６は、標準プロトコルにより接続される。

図８は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態を示している。２つのＣＥ ８０４、ＦＳ ８０６、および多数のＦＥ ８０６がネットワークを形成する。

図９は、ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のソフトウェアの構成内容例を示している。制御プレーン空間９００、要素抽象化層９０２、ＣＥ−ＦＥ制御プロトコル抽象化９０４、制御／データ・チャネル９０６、およびデータ・プレーン空間９０８がある。

制御プレーン空間９００では、ユニキャスト・プロトコル（例えば、ＯＳＰＦ、ＢＧＰ、ルーティング情報プロトコル（ＲＩＰ）、内部スイッチ・インターフェイス・システム（ＩＳＩＳ）、およびＭＰＬＳ）９１２、管理プロセス（例えば、発呼線識別（ＣＬＩ）および信号ネットワーク管理プロトコル（ＳＮＭＰ））９１４、およびマルチキャスト・プロトコル（例えば、インターネット・グループ管理プロトコル（ＩＧＭＰ）およびプロトコル独立マルチキャスト、疎モード（ＰＩＭ−ＳＭ））９１６などのアプリケーション９１０がある。制御プレーン空間９００は、さらに、トラフィック・エンジニアリング９２０、ＶＰＮ ９２２、およびその他のアプリケーション９２４などのフィーチャ・サーバ・アプリケーション９１８も含む。制御プレーン空間９００は、さらに、ルーティング、フィルタ、分類器などの属性テーブル・マネージャ９２６を含む。

要素抽象化層９０２は、転送要素抽象化（ＦＩＢ）９２８およびオペレーティング・システム抽象化層９３０を含む。

ＣＥ−ＦＥ制御プロトコル抽象化９０４は、ＣＥ−ＦＥインターフェイス９３２を含む。

データ・プレーン空間９０８は、多数のＦＥ ９３１を含む。それぞれのＦＥ ９３１は、ＣＥ−ＦＥインターフェイス９３２、動的バインディングおよび発見プロトコル９３４、ＦＩＢ／フィルタ９３６、暗号化などのハードウェア補助サービス９３８、および転送エンジン９３５を含む。動的バインディングおよび発見プロトコル９３４は、さらに、制御プレーン空間９００、要素抽象化層９０２、およびＣＥ−ＦＥ制御プロトコル抽象化９０４にまたがる。

図１０は、コンピュータを示す高水準のブロック図である。コンピュータ１０００を採用して、本発明のいくつかの実施形態を実装できる。コンピュータ１０００は、プロセッサ１０３０とともに、さまざまなプログラム１０４４およびデータ１０４６を格納するためのメモリ１０４０を備える。メモリ１０４０は、さらに、プログラム１０４４をサポートするオペレーティング・システム１０４２を格納することもできる。

プロセッサ１０３０は、電源、クロック回路、キャッシュ・メモリなどの従来のサポート回路とともに、メモリ１０４０に格納されているソフトウェア・ルーチンの実行を補助する回路と連携する。したがって、本明細書でソフトウェア方法として説明される工程のいくつかは、ハードウェア内に、例えば、プロセッサ１０３０と連携してさまざまな方法工程を実行する回路として実装することができる。コンピュータ１０００は、さらに、コンピュータ１０００と通信するさまざまな機能要素間のインターフェイスを形成する入出力（Ｉ／Ｏ）回路も備える。

コンピュータ１０００は、本発明によりさまざま機能を実行するようにプログラムされた汎用コンピュータとして示されているが、本発明は、ハードウェアで、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）として実装することができる。したがって、本明細書で説明されている工程段階は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせにより等しく実行されるものとして広く解釈することを意図されている。

本発明は、コンピュータ命令がコンピュータにより処理されると、本発明に方法および／または技術が呼び出されるか、または何らかの方法により提供されるようにコンピュータの動作を適合させるコンピュータ・プログラム製品として実装することができる。本発明の方法を呼び出す命令は、固定または取り外し可能媒体に格納するか、放送媒体または他の信号伝送媒体でデータストリームを介して送信するか、かつ／または命令に従って動作するコンピューティング・デバイス内の作業用メモリ内に格納することができる。

本発明のすでに説明されているいくつかの実施形態には多数の利点がある。転送と制御とのルータ分離は、分離、サーバ、および標準インターフェイスの少なくとも３つの有益な態様を包含する。第１に、分離により、複雑な制御プレーン処理機能（例えば、ルーティング・プロトコル処理）をパケット転送プレーンから引き離す。第２に、制御プレーン処理機能は、専用外部制御プレーン・サーバ上に実装される。第３に、標準インターフェイスは、ＦＥとインターフェイスする制御プレーン・サーバ用に定義される。

ルータ分離の概念は、競争を奨励し、コスト低減と革新の増大を進める。従来のルータは、呼び出し可能な制御プレーン・サーバおよび安価なＦＥで置き換えることができる。追加利点として、運用費用の低減、新しいネットワークベースの機能の容易な追加、スケーラビリティの向上、信頼性の向上、および制御プレーン・セキュリティの向上がある。

分離アーキテクチャの一実施形態では、ＦＥはハードウェアベースであり、管理をほとんど必要としないため、運用費用が低い。個々のルータ制御プレーン管理は、少数の専用制御プレーン・サーバに統合される。制御プレーン要素の数が減るので、管理すべきボックスが少なくて済み、運用費用が低減される。

制御プレーン・サーバが別になっておりネットワークベースの機能の導入が容易になるため、新しいネットワークベースの機能を簡単に追加できる。これらのいくつかの実施例として、サービス品質（ＱｏＳ）のサポート、ＢＧＰルータ・リフレクションのスケーリング、ＶＰＮサポート、およびインターネット・プロトコル・バージョン６（ＩＰｖ６）配備がある。

制御プレーン・サーバは通常のコンピュータ・サーバ上に実装することができ、したがって、定評のあるサーバ・スケーリング技術を使用して容易にスケールアップできるため、スケーラビリティが向上する。

ＦＥ内のソフトウェアを減らすことで、ロバスト性を高められるため、信頼性が向上する。制御プレーンのサーバ・サイドでは、自動フェイルオーバーおよび過負荷制御などの高度な信頼性強化メカニズムを組み込むことができる。

比較的管理点が少ないため制御プレーン・セキュリティが向上する。管理点の周りに固い防御を容易に配置できるため、ネットワーク全体のセキュリティを高められる。

前記の説明は本発明のさまざまな実施形態を対象としているが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考案することができる。したがって、本発明の適切な範囲は、請求項により決定されるものとする。

ネットワーク要素（ＮＥ）のいくつかの可能性を示すグラフである。 接続されている転送要素（ＦＥ）のすべてのポートとともにＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態を示すブロック図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態で使用されるプロトコルを示すブロック図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態の中のＣＥとＦＥとの間の通信例を示すブロック図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態の一次および二次制御要素（ＣＥ）とともに転送要素（ＦＥ）を示すブロック図である。 従来技術の大きな自律的システム（ＡＳ）内にルート・リフレクタを備える境界ゲートウェイ・プロトコル（ＢＧＰ）の典型的配備を示す図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態のＢＧＰ配備を示すブロック図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態の高水準概要を示す図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例の一実施形態を示す図である。 ＳｏｆｔＲｏｕｔｅｒアーキテクチャの実施例のソフトウェアの構成内容例を示す図である。 コンピュータを示す高水準のブロック図である。

Claims (7)

1. ルータ・アーキテクチャであって、
   複数の制御要素（ＣＥ）を備えるルート・コントローラ・コンポーネントと、
   前記ルート・コントローラ・コンポーネントから隔てられており、複数の転送要素（ＦＥ）を備えるトランスポートおよびパケット転送コンポーネントとを備え、
   発見プロトコルは、前記トランスポートおよびパケット転送コンポーネントの各前記ＦＥが前記ルート・コントローラ・コンポーネントの前記ＣＥを１つまたは複数発見できるようにし、
   各ＦＥは、１ホップ離れたＣＥからのステータス・ブロードキャスト・メッセージを聞くことにより、前記ＣＥを発見し、ＣＥからステータス・ブロードキャスト・メッセージを受信した各ＦＥは、前記ステータス・ブロードキャスト・メッセージを近隣に伝播し、伝播された各ステータス・ブロードキャスト・メッセージは、前記ステータス・ブロードキャスト・メッセージの発生源であるＣＥへのソース・ルートを含み、各ＦＥは発見したＣＥのうちの１つを、前記ＣＥに関連する前記ソース・ルート情報に基づいて選択し、
   バインディング・プロトコルは、前記ルート・コントローラ・コンポーネントを前記トランスポートおよびパケット転送コンポーネントにバインドし、
   前記トランスポートおよびパケット転送コンポーネントの各ＦＥは、前記発見プロトコルを用いて前記ＦＥに発見された前記ＣＥのうち選択された１つに動的にバインドされ、
   バインディングが確立されると、前記ルート・コントローラ・コンポーネントは、制御プロトコルを介して前記トランスポートおよびパケット転送コンポーネントと通信する、ルータ・アーキテクチャ。
   
2. さらに、
   トラフィック管理を実行するためのフィーチャ・サーバを備える請求項１に記載のルータ・アーキテクチャ。
   
3. 前記制御プロトコルが標準プロトコルである、請求項１に記載のルータ・アーキテクチャ。
   
4. 前記ルート・コントローラ・コンポーネントがソフトウェアベースであり、前記トランスポートおよびパケット転送コンポーネントがハードウェアベースである、請求項１に記載のルータ・アーキテクチャ。
   
5. 前記トランスポートおよびパケット転送コンポーネントが前記ルート・コントローラ・コンポーネントから物理的に隔てられている、請求項１に記載のルータ・アーキテクチャ。
   
6. 少なくとも１つのＣＥが、少なくとも１つのＦＥから数ホップ離れている、請求項１に記載のルータ・アーキテクチャ。
   
7. ネットワーク要素が前記ＣＥと前記ＦＥの間の動的バインディングを使用して形成される、請求項１に記載のルータ・アーキテクチャ。

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