JP5557066B2 - スイッチシステム、モニタリング集中管理方法 - Google Patents
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Description
以下に、本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態におけるスイッチシステムは、スイッチ101と、コントローラー102と、隣接スイッチ103を含む。
スイッチ101及び隣接スイッチ103の例として、オープンフロースイッチを想定している。オープンフロースイッチの例として、ネットワークスイッチ(network switch)、マルチレイヤスイッチ(multi−layer switch)等が考えられる。マルチレイヤスイッチは、サポートするOSI参照モデルの層毎に、更に細かく分類されている。主な種別としては、ネットワーク層(第3層)のデータを読むレイヤ3スイッチ、トランスポート層(第4層)のデータを読むレイヤ4スイッチ、アプリケーション層(第7層)のデータを読むレイヤ7スイッチ(アプリケーションスイッチ)がある。なお、オープンフローネットワークでは、一般的なルータやスイッチングハブ等の中継装置をオープンフロースイッチとして使用することもできる。また、スイッチ101及び隣接スイッチ103は、物理マシン上に構築された仮想スイッチでも良い。また、スイッチ101及び隣接スイッチ103の代替例として、ルータ(router)、プロキシ(proxy)、ゲートウェイ(gateway)、ファイアウォール(firewall)、ロードバランサ(load balancer:負荷分散装置)、帯域制御装置(packet shaper)、セキュリティ監視制御装置(SCADA:Supervisory Control And Data Acquisition)、ゲートキーパー(gatekeeper)、基地局(base station)、アクセスポイント(AP:Access Point)、通信衛星(CS:Communication Satellite)、或いは、複数の通信ポートを有する計算機等も考えられる。
図1では、スイッチにてパケットを受信時の動作を表している。
図2を参照して、コントローラーからスイッチのフローテーブルに対してエントリを登録する場合について説明する。
図3を参照して、コントローラーからスイッチの統計情報を取得する場合について説明する。
図4から図9において、ネットワークのシステム視点で、本発明の第1実施形態における制御(データ)の流れを表す。
図4を参照して、転送用テーブルに従ったパケット転送の例について説明する。
図5を参照して、モニタリング用テーブルへのミラーリング用エントリ登録の例について説明する。
図6を参照して、既存のエントリにヒットするものがない未知のパケットについて、コントローラーへの問い合わせを行う処理の例について説明する。
図7を参照して、モニタリング用テーブルへの統計用エントリ登録の例について説明する。
図8を参照して、コントローラーに対する統計情報の通知の例について説明する。
図9を参照して、統計情報に基づく転送用テーブルへのパケット転送用エントリ登録の例について説明する。
図10A、図10Bを参照して、本発明の第1実施形態におけるスイッチシステムの動作を表したシーケンスについて説明する。
コントローラー102は、スイッチ101宛に、オープンフロー技術における制御プロトコル(オープンフロープロトコル)に準拠した「Protocol message」でミラーリング用エントリの登録の要求を送信する。スイッチ101の内部にあるプロトコル制御部108は、コントローラー102から「Protocol message」でミラーリング用エントリの登録の要求を受信する。この処理フローは、図5のエントリ登録214に含まれる。
プロトコル制御部108は、ミラーリング用エントリの登録の要求に応じて、モニタリング用テーブル107へミラーリング用エントリの登録を行う。すなわち、コントローラー102は、プロトコル制御部108を経由してモニタリング用テーブル107へミラーリング用エントリを登録する制御を行う。この処理フローは、図5のエントリ登録214に含まれる。
プロトコル制御部108は、モニタリング用テーブル107へのミラーリング用エントリ(図5のエントリ215)の登録を完了する。スイッチ101の内部にあるハードウェア転送部104は、ミラーリング用エントリの登録が完了した時点から、ミラーリングを開始する。
ハードウェア転送部104は、スイッチ101の外部からパケットを受信した際、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録されたミラーリング用エントリに適合(Hit)するか確認する。なお、実際には、スイッチ内部で生成されたパケットに対しても同様の処理を行う。
ハードウェア転送部104は、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録されたミラーリング用エントリに適合(Hit)する場合、コントローラー102宛にミラーリングするために、プロトコル制御部108にパケット(図6のパケット216)を転送する。
プロトコル制御部108は、コントローラー102宛に「Protocol message」でミラーパケット(図6のパケット216)を送信し、ミラーリングする。
コントローラー102は、スイッチ101から送られてきたミラーパケットを解析する。
コントローラー102は、ミラーパケットを解析した結果を踏まえて、スイッチ101宛に「Protocol message」で統計用エントリの登録の要求を送信する。スイッチ101の内部にあるプロトコル制御部108は、コントローラー102からの「Protocol message」で統計用エントリの登録の要求を受信する。この処理フローは、図7のエントリ登録217に含まれる。
プロトコル制御部108は、統計用エントリの登録の要求に応じて、モニタリング用テーブル107へ統計用エントリの登録を行う。すなわち、コントローラー102は、プロトコル制御部108を経由してモニタリング用テーブル107へ統計用エントリを登録する制御を行う。この処理フローは、図7のエントリ登録217に含まれる。
モニタリング用テーブル107は、エントリ登録作業を受け付け、統計用エントリ(図7のエントリ218)を登録する。ハードウェア転送部104は、統計用エントリの登録が完了した時点から、その統計用エントリに該当するパケットについて、統計情報の収集を開始する。ハードウェア転送部104は、スイッチ101の外部からパケットを受信した際、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録された統計用エントリに適合(Hit)するか確認することで、該当エントリの統計情報をスイッチ101の内部で収集し、モニタリング用テーブル107に蓄積する。
コントローラー102は、スイッチ101に対する統計情報の問い合わせ、及び統計解析を行う処理を開始する。
コントローラー102は、統計情報を収集するために、スイッチ101に「Protocol message」で統計情報を問い合わせる。
プロトコル制御部108は、コントローラー102からの「Protocol message」に応じて、モニタリング用テーブル107に、スイッチ101で収集している統計情報の問い合わせを行う。
プロトコル制御部108は、モニタリング用テーブル107からの応答として、統計情報の結果を取得する。
プロトコル制御部108は、統計情報の結果を「Protocol message」でコントローラー102へ送信する。コントローラー102は、統計情報の結果を基に、統計解析を行う。
コントローラー102は、統計解析の結果をネットワークの経路制御にフィードバックする必要がある場合、スイッチ101宛に「Protocol message」でパケット転送用エントリの登録の要求を送信する。これにより、コントローラー102は、スイッチ101の経路変更を行う。スイッチ101の内部にあるプロトコル制御部108は、コントローラー102から「Protocol message」でパケット転送用エントリの登録の要求を受信する。この処理フローは、図9のエントリ登録220に含まれる。
プロトコル制御部108は、パケット転送用エントリの登録の要求に応じて、転送用テーブル106へパケット転送用エントリの登録を行う。すなわち、コントローラー102は、プロトコル制御部108を経由して転送用テーブル106へパケット転送用エントリを登録する制御を行う。この処理フローは、図9のエントリ登録220に含まれる。
転送用テーブル106は、エントリ登録作業を受け付け、パケット転送用エントリ(図9のエントリ221)を登録する。ハードウェア転送部104は、パケット転送用エントリの登録が完了した時点から、当該エントリに該当する受信パケットに対し、当該エントリに記されたアクション(所定の処理)を開始する。
以上説明したように、本実施形態におけるスイッチシステムでは、通信機器の制御プロトコルを使用し、モニタリング機能とネットワークの経路制御を実現しているので、ネットワーク全体としてモニタリングの集中制御を実現し、そのモニタリング結果を経路制御へ反映することができる。
本発明の第2実施形態として、その基本的構成は第1実施形態と同様であるが、経路制御の方法について更に工夫している。その構成を図11〜図15で説明する。
図11を参照して、モニタリング用テーブルが存在しない場合のパケット転送時の制御(データ)の流れについて説明する。
図12を参照して、モニタリング用テーブルが存在しない場合のスイッチの起動時の制御(データ)の流れについて説明する。
図13を参照して、モニタリング用テーブルを利用し、スイッチの起動時等のファーストパケットをコントローラーへ転送する場合の制御(データ)の流れについて説明する。
図14を参照して、モニタリング用テーブルを利用した場合の制御(データ)の流れについて説明する。
図15を参照して、本発明の第2実施形態におけるスイッチシステムの動作を表したシーケンスについて説明する。
スイッチ101は、モニタリング用テーブル107にミラーリング用エントリが存在し、転送用テーブル106に転送用デフォルトエントリが登録されている状態である。例えば、コントローラー102は、スイッチの起動時等、事前に、スイッチ101に対して、モニタリング用テーブル107にミラーリング用エントリを登録し、転送用テーブル106に転送用デフォルトエントリを登録しておくようにしても良い。
スイッチ101の内部にあるハードウェア転送部104は、ファーストパケットを受信した際、受信パケットがモニタリング用テーブル107に登録されているミラーリング用エントリに適合(Hit)するか否か確認する。ここでは、ミラーリング用エントリには、全てのパケットをミラーパケットとしてコントローラー102に送信する旨が記されているため、受信パケットはミラーリング用エントリに適合(Hit)する。
更に、ハードウェア転送部104は、受信パケットが転送用テーブル106に登録されている転送用デフォルトエントリに適合(Hit)するか否か確認する。ここでは、転送用デフォルトエントリには、全てのパケットを予め決められた出力先(ここではコントローラー102)に転送する旨が記されているため、受信パケットは転送用デフォルトエントリに適合(Hit)する。
ハードウェア転送部104は、受信パケットが、モニタリング用テーブル107に登録されているミラーリング用エントリに適合(Hit)し、更に、転送用テーブル106に登録されている転送用デフォルトエントリに適合(Hit)した場合、ミラーリング用エントリに記されているアクション(所定の処理)として、当該パケット(図12のパケット216)をプロトコル制御部108に送信する。
プロトコル制御部108は、上記パケット(図12のパケット216)を「Protocol message」でコントローラー102宛にミラーパケットとして送信(ミラーリング)する。
コントローラー102は、送られてきたミラーパケットを解析する。
コントローラー102は、ミラーパケットの解析結果を基に、当該ミラーパケットに関して、「Protocol message」で転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録の要求を、スイッチ101宛に送信する。なお、この「Protocol message」を使用した転送用エントリの登録要求は、当該パケット転送用エントリと同じルール(マッチ条件)の統計用エントリの登録要求との兼用であっても良い。
プロトコル制御部108は、コントローラー102から「Protocol message」で転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録の要求を受信し、転送用テーブル106に対して、パケット転送用エントリの登録を行う。
転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録が完了する。ハードウェア転送部104は、パケット転送用エントリの登録が完了した時点から、当該パケット転送用エントリに該当する受信パケット(上記ミラーパケットと同じ受信パケット)に対し、当該エントリに記されたアクション(所定の処理)を開始する。
転送用テーブル106へのパケット転送用エントリの登録と同時に、プロトコル制御部108は、モニタリング用テーブル107に対しても、上記のパケット転送用エントリと同じルール(マッチ条件)で、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)する旨のアクション(所定の処理)を記した統計用エントリの登録を行う。
モニタリング用テーブル107への統計用エントリの登録が完了する。ハードウェア転送部104は、統計用エントリの登録が完了した時点から、上記ミラーパケットと同じ受信パケットに対し、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)する。
このように、本実施形態では、モニタリング用テーブルのミラーリング機能と転送用テーブルとモニタリング用テーブルのマルチヒット動作を工夫することにより、スイッチの起動時等に流入してくるファーストパケットのロスを削減するという効果が得られる。
本発明の第3実施形態として、モニタリング用テーブルの代わりに転送テーブルを用意し、2つの転送テーブルを使って、経路制御の方法について更に工夫する方法について説明する。その構成を図16〜図17で説明する。
このように、本実施形態においても、本発明の第2実施形態と同様、スイッチの起動時等に流入してくるファーストパケットのロスを削減するという効果が得られる。
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。
以上のように、本発明では、通信データのモニタリングの集中管理を実現することを目的としている。
Claims (7)
- 内部のフローテーブルに登録されたフローエントリに従ってパケットを転送するスイッチと、
前記スイッチからパケットについての問い合わせを受けた際に、前記スイッチの内部のフローテーブルに、当該パケットについてのルールとアクションとを定義したフローエントリを登録するコントローラーと、
前記スイッチに接続された隣接スイッチと
を含み、
前記スイッチは、
ルールに該当するパケットを前記コントローラーに転送するための問い合わせ用エントリを登録するための第1テーブルと、
ルールに該当するパケットを前記隣接スイッチに転送するためのパケット転送用エントリを登録するための第2テーブルと
を含み、
前記コントローラーは、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送するためのミラーリング用エントリを前記第1テーブルに登録し、更に、前記スイッチから転送されたパケットを解析し、解析結果を基に、当該パケットについての統計情報を取得するための統計用エントリを前記第1テーブルに登録し、更に、前記スイッチから通知された統計情報を基に、前記パケット転送用エントリを前記第2テーブルに登録し、
前記スイッチは、前記ミラーリング用エントリに従い、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送し、更に、前記統計用エントリに従い、ルールに該当するパケットについての統計情報を取得して前記コントローラーに通知する
スイッチシステム。 - 請求項1に記載のスイッチシステムであって、
前記第1テーブルには、予め全てのパケットを前記コントローラーに転送するための第1デフォルトエントリが登録されており、
前記第2テーブルには、予め全てのパケットを前記隣接スイッチに転送するための第2デフォルトエントリが登録されており、
前記スイッチは、最初、前記第1デフォルトエントリ及び前記第2デフォルトエントリの各々に従ってパケットを転送し、
前記コントローラーは、前記スイッチから転送されたパケットについて、該当するパケット転送用エントリがあれば、当該パケット転送用エントリを前記第1テーブルに登録し、当該パケット転送用エントリと同じルールで、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)するための廃棄用エントリを前記第2テーブルに登録する
スイッチシステム。 - ルールに該当するパケットをコントローラーに転送するための問い合わせ用エントリを登録するための第1テーブルと、
ルールに該当するパケットを隣接スイッチに転送するためのパケット転送用エントリを登録するための第2テーブルと、
前記問い合わせ用エントリ及び前記パケット転送用エントリの各々に従ってパケットを転送する手段と、
ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送するためのミラーリング用エントリを前記第1テーブルに登録する手段と、
前記ミラーリング用エントリに従い、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送する手段と、
前記コントローラーにパケットを転送した際、前記コントローラーからの制御により、当該パケットについての統計情報を取得するための統計用エントリを前記第1テーブルに登録する手段と、
前記統計用エントリに従い、ルールに該当するパケットについての統計情報を取得して前記コントローラーに通知する手段と、
前記コントローラーに統計情報を通知した際、前記コントローラーからの制御により、前記パケット転送用エントリを前記第2テーブルに登録する手段と
を具備する
スイッチ。 - 請求項3に記載のスイッチであって、
前記第1テーブルには、予め全てのパケットを前記コントローラーに転送するための第1デフォルトエントリが登録されており、
前記第2テーブルには、予め全てのパケットを前記隣接スイッチに転送するための第2デフォルトエントリが登録されており、
最初、前記第1デフォルトエントリ及び前記第2デフォルトエントリの各々に従ってパケットを転送する手段と、
前記コントローラーにパケットを転送した際、前記コントローラーからの制御により、当該パケットについてのパケット転送用エントリを前記第1テーブルに登録する手段と、
当該パケット転送用エントリと同じルールで、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)するための廃棄用エントリを前記第2テーブルに登録する手段と
を更に具備する
スイッチ。 - スイッチの内部に、フローテーブルとして、ルールに該当するパケットをコントローラーに転送するための問い合わせ用エントリを登録するための第1テーブルを設けることと、
前記スイッチの内部に、フローテーブルとして、ルールに該当するパケットを隣接スイッチに転送するためのパケット転送用エントリを登録するための第2テーブルを設けることと、
前記スイッチにおいて、内部のフローテーブルに登録されたフローエントリに従ってパケットを転送することと、
前記コントローラーにおいて、前記スイッチからパケットについての問い合わせを受けた際に、前記スイッチの内部のフローテーブルに、当該パケットについてのルールとアクションとを定義したフローエントリを登録することと、
前記コントローラーから、前記第1テーブルに、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送するためのミラーリング用エントリを登録することと、
前記スイッチにおいて、前記ミラーリング用エントリに従い、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送することと、
前記コントローラーにおいて、前記スイッチから転送されたパケットを解析することと、
解析結果を基に、前記コントローラーから、前記第1テーブルに、当該パケットについての統計情報を取得するための統計用エントリを登録することと、
前記スイッチにおいて、前記統計用エントリに従い、ルールに該当するパケットについての統計情報を取得して前記コントローラーに通知することと、
前記スイッチから転送された統計情報を基に、前記コントローラーから、前記第2テーブルに、前記パケット転送用エントリを登録することと
を含む
モニタリング集中管理方法。 - 請求項5に記載のモニタリング集中管理方法であって、
前記第1テーブルに、予め全てのパケットを前記コントローラーに転送するための第1デフォルトエントリを登録しておくことと、
前記第2テーブルに、予め全てのパケットを前記隣接スイッチに転送するための第2デフォルトエントリを登録しておくことと、
前記スイッチにおいて、最初、前記第1デフォルトエントリ及び前記第2デフォルトエントリの各々に従ってパケットを転送することと、
前記コントローラーにおいて、前記スイッチから転送されたパケットについて、該当するパケット転送用エントリがあれば、当該パケット転送用エントリを前記第1テーブルに登録することと、
前記コントローラーにおいて、当該パケット転送用エントリと同じルールで、何もしない、もしくはドロップ(廃棄)するための廃棄用エントリを前記第2テーブルに登録することと
を更に含む
モニタリング集中管理方法。 - ルールに該当するパケットをコントローラーに転送するための問い合わせ用エントリを登録するための第1テーブルを参照するステップと、
ルールに該当するパケットを隣接スイッチに転送するためのパケット転送用エントリを登録するための第2テーブルを参照するステップと、
前記問い合わせ用エントリ及び前記パケット転送用エントリの各々に従ってパケットを転送するステップと、
前記第1テーブルに、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送するためのミラーリング用エントリを参照するステップと、
前記ミラーリング用エントリに従い、ルールに該当するパケットをコピーして前記コントローラーに転送するステップと、
前記第1テーブルに、パケットについての統計情報を取得するための統計用エントリを参照するステップと、
前記統計用エントリに従い、ルールに該当するパケットについての統計情報を取得して前記コントローラーに通知するステップと
をスイッチに実行させるためのプログラムを格納した
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